有機碳肥對糖料甘蔗生長、產量形成及經濟效益的影響

樊保寧，丘立杭*，游建華，龐天，羅含敏，覃諾忠，閆海鋒

（1廣西農業科學院甘蔗研究所/廣西甘蔗遺傳改良重點實驗室/農業農村部廣西甘蔗生物技術與遺傳改良重點實驗室，廣西南寧530007；2南寧市天元順豐科技有限公司，廣西南寧530225）

0 引言

【研究意義】目前，我國耕地土壤質量持續惡化現狀日益嚴重，土壤有機碳缺失和補償已成為土壤改良的研究熱點（羅寅輝等，2019）。糖料甘蔗的種植多以旱坡地為主，蔗地土壤有機質含量普遍較低（樊保寧和黃真理，2007），且糖料甘蔗長期面臨連作種植，再加上連年施用化肥，致使土壤有機質含量逐步降低、土壤日趨板結、土壤微生物活性降低（林海榮，2017），蔗區土壤有機碳缺失，導致甘蔗單產低、糖分不高。因此，有機碳肥的應用研究對改良蔗區土壤和甘蔗的高產高糖栽培均具有重要意義。【前人研究進展】有機碳肥可協同促進作物對其他營養元素的吸收利用，提高肥料的利用率，在許多作物的栽培中應用效果良好（朱昌雄和李瑞波，2013）。陳秀蓮等（2014）研究表明，在常規施肥基礎上配施液態有機碳肥，蕹菜的株高、莖粗和單株鮮重均明顯增加，產量比常規施肥基礎上的等量清水澆灌增加8.6%，比單純常規施肥方式增產9.6%。王百順和劉保成（2018）研究表明，玉米種植中以600 kg/ha復合肥配施有機碳肥，當有機碳肥用量在0～450 kg/ha范圍時，玉米產量與有機碳肥的施用量成正比。柳沈輝等（2018）利用液態有機碳肥培育3年生嘉寶果幼苗，發現有機碳肥對嘉寶果實生苗地上部生長量有一定促進作用，以每盆施150 mL有機碳效果最顯著。劉保成和王百順（2019）研究指出，有機碳肥可提高花生的單株果數和百果重，以施用750 kg/ha有機碳肥效果最佳。鐘宏科等（2020）在大白菜上的有機碳肥施用試驗表明，有機碳肥添加比例為8%時效果最佳，可較對照增產27.56%。有機碳肥不僅對作物增產有巨大潛力，在作物抗逆方面也發揮重要作用。蔣宇仙等（2021）等發現液態有機碳肥不僅可提高低溫脅迫下煙苗的生長和干物質積累，還可提高相關抗逆酶的活性，從而增強煙苗抗逆性，有利于低溫下煙苗早生快發。孫蕾（2021）系統分析了有機碳肥的碳效應，發現有機碳肥施用可促進作物光合作用而增加其固碳量，弱光照下這種作用效果更明顯；還能提高無光照下作物能量代謝酶活性和代謝產物的含量，并通過延緩酶活性下降來穩定逆境下的作物生長，提高作物地上部干物質的量、株高和葉面積。由此可見，有機碳肥在促進作物生長、提高作物產量和效益上發揮著積極作用。【本研究切入點】目前，施用有機碳肥在糖料甘蔗產量形成上的研究鮮見報道，其對糖料甘蔗糖分的影響也有待研究。【擬解決的關鍵問題】采用隨機區組設計，通過糖料甘蔗田間小區試驗，分析施用有機碳肥對糖料甘蔗產量形成和糖分的影響，以期為有機碳肥在糖料甘蔗上的推廣應用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及試驗地概況

供試甘蔗品種為目前我國種植面積最大的主栽品種桂糖42號。試驗用有機碳肥養分含量：有機質≥45%、生物活性碳≥25%、礦物腐殖酸≥9%、生化黃腐酸≥2.5%、總氨基酸≥2%、NPK≥8%；碳基有機—無機復混肥養分含量NPK≥30%（10-10-10）、有機質≥20%、水溶性有機質≥10%、生物活性碳≥10%。碳肥由南寧市天元順豐科技有限公司生產。常規肥料為市售紅鷹牌甘蔗復混肥，養分含量：NPK總養分含量≥31%（16-5-10）、尿素N≥46%。

于2019年在廣西來賓市興賓區蒙村鎮河敏村進行田間試驗。試驗地屬旱坡地，土壤為紅、黃壤混合類型，土壤翻耕和平整后，隨機選取20個點的15 cm耕作層土樣，混合后進行測定分析，土壤養分情況：pH 5.72、有機質13.50 g/kg、全氮1.25 g/kg、全磷0.48 g/kg、全鉀5.63 g/kg、堿解氮73.4 mg/kg、有效磷37.6 mg/kg、速效鉀98.7 mg/kg。

1.2 試驗方法

試驗設4個處理：處理A，施用1800 kg/ha有機碳肥；處理B，施用1800 kg/ha碳基有機—無機復混肥；處理C，施用900 kg/ha有機碳肥+1800 kg/ha甘蔗復混肥；對照（CK），1800 kg/ha甘蔗復混肥+750 kg/ha尿素（蔗農習慣施肥量）。其中，處理A的有機碳肥作為基肥一次性施用，處理B、處理C和CK的肥料分2次施用，基肥施入30%，中耕培土施入70%。試驗采用隨機區組設計，3次重復，各小區5行，行距1.20 m，行長11.11 m，小區面積66.7 m。2月18—19日種植甘蔗，下種量67500芽/ha，其他措施按常規種植進行管理。

1.3 測定項目及方法

3月23日調查各處理小區萌芽數，計算萌芽率，萌芽率（%）=萌芽數/種植芽數×100；4月26日調查分蘗數，計算分蘗率，分蘗率（%）=分蘗數/主苗數×100；調查單位面積蔗苗數。每處理小區同行連續標記20株甘蔗，自5月下旬至9月下旬，每月分別測量蔗株株高，計算月生長速度，月生長速度（cm）=當月平均株高-上月平均株高。12月26日進行小區蔗莖產量測定，同時調查每處理小區甘蔗有效莖數，計算成莖率，成莖率（%）=有效莖數/蔗苗數×100。每小區隨機選取20株健康甘蔗植株測量其株高（莖長）、莖徑、單莖重和錘度。計算蔗莖蔗糖分含量，蔗糖分（%）=錘度×1.0825-7.703。產糖量按蔗糖回收率85%計算，產糖量=蔗莖產量×蔗糖分×85%。

農業產值按2018/2019榨季廣西原料蔗價490元/t、有機碳肥1720元/t、碳基有機—無機肥2520元/t、甘蔗復混肥2400元/t、尿素2400元/t、施肥人工600元/ha、砍收人工120元/t計；工業產值按2018/2019榨季廣西蔗糖市場價5380.0元/t計。

1.4 統計分析

使用Excel 2010進行數據整理，以SPSS 20.0進行統計分析，各農藝性狀參數間的差異分析采用單因素方差分析的最小顯著性差異法（LSD）。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對甘蔗萌芽率、分蘗率和成莖率的影響

由表1可知，不同處理的甘蔗萌芽率差異不顯著（＞0.05，下同），說明各施肥處理對甘蔗萌芽無明顯影響。到甘蔗分蘗期時，處理B的分蘗率（65.6%）最高，顯著高于處理A的分蘗率（62.4%）（＜0.05，下同），極顯著高于CK的分蘗率（61.2%）（＜0.01，下同），處理C的分蘗率（63.9%）也顯著高于CK。甘蔗成莖率也以處理B最高（86.0%），極顯著高于其他處理，處理B的成莖率次之（83.5%），也極顯著高于處理A和CK。其中，處理A的分蘗率高于CK，其成莖率卻低于CK，但差異均不顯著。綜上可知，施用碳基有機—無機復混肥能較好地促進甘蔗分蘗和有效莖的形成，有機碳肥+復混肥的施用效果次之。

2.2 不同施肥處理對甘蔗月生長速度的影響

由表2可知，6—9月甘蔗的平均生長速度也受不同施肥處理的影響。處理B的蔗莖伸長最快，平均月生長速度極顯著高于其他處理；處理C的蔗莖月生長速度次之，顯著高于處理A，極顯著高于CK；處理A的蔗莖月生長速度略高于CK，但兩者差異不顯著。由此可知，施用碳基有機—無機復混肥能有效促進甘蔗莖的快速生長，施用有機碳肥+復混肥的效果次之。

2.3 不同施肥處理對甘蔗產量性狀的影響

由表3可知，不同施肥處理的甘蔗產量構成存在差異，甘蔗的株高、莖徑、單莖重、有效莖數和產量均表現為處理B＞處理C＞處理A＞CK，其中處理B的產量達79.5 t/ha，較CK極顯著增產14.9%，也極顯著高于處理B和處理A。說明施用碳肥有利于甘蔗株高和莖徑的生長，可增加單莖重和有效莖數，進而提高甘蔗產量，以碳基有機—無機復混肥對甘蔗生產的促進效果最佳，其次為有機碳+復混肥處理。

2.4 不同施肥處理對甘蔗蔗糖分的影響

由表4可知，不同施肥處理的甘蔗田間錘度差異不顯著，但各有機碳肥處理的蔗糖分含量均高于CK，且差異達極顯著水平。處理B的蔗糖分含量最高，處理C次之，二者差異不顯著，但均極顯著高于處理B和CK。說明施用有機碳肥可提高甘蔗蔗糖分，改善甘蔗品質，且以碳基有機—無機肥或與復混肥同時施用的增糖效果較好，比蔗農習慣用肥可提高甘蔗蔗糖分0.77%～1.20%（絕對值）。

2.5 不同施肥處理的經濟效益分析

2.5.1 農業效益分析 從表5可知，不同處理的農業產值表現為處理B＞處理C＞處理A＞CK。扣除肥料成本、施肥及砍收等人工費后，各處理農業凈產值排序為處理B＞處理A＞處理C＞CK。其中，施用碳基有機—無機肥（處理B）可提高甘蔗產量和農業產值，增加的經濟效益最高；單一施用有機碳肥在提高甘蔗產量和產值方面低于有施用有機碳配施復混肥，但由于其肥料成本較低，最終獲得的經濟效益反而優于有機碳配施復混肥處理。

2.5.2 工業效益分析 從表6可知，各處理下甘蔗產糖量及其工業產值均表現為處理B＞處理C＞處理A＞CK，其中施用碳基有機—無機肥處理的工業產值最高，達64183.4元/ha，較CK增加23.2%，施用有機碳肥+復混肥和施用有機碳肥的工業產值較CK分別增加14.8%和8.9%。說明甘蔗施用有機碳肥或碳基有機—無機肥，或有機碳肥與復混肥配施，均可獲得良好的經濟效益，且以施用碳基有機—無機復混肥的效果較佳。

3 討論

3.1 有機碳肥對甘蔗生長發育的影響

甘蔗植株積累的干物質中，有機物占90%左右，主要來自蔗葉的光合作用，而植株生長及其光合作用與土壤養分情況密切相關（李楊瑞，2010）。大田生產條件下，土壤中釋放的碳源（CO）每天每平方米旱地可達1.5 g以上（Wang et al.，2022）。前人研究表明，農田土壤的有機碳含量可影響作物產量，且通過改善耕地土壤有機碳含量來實現作物增產的潛力巨大，土壤中較高的有機碳含量對節本增效作用顯著（邱建軍等，2009）。耕作方式和施肥是影響土壤有機碳含量的重要因素（郭勝利等，2008；金朝強和聶立孝，2020）。目前，有機碳肥施用是土壤碳的主要來源（向清慧等，2020）。蔗田中土壤有機碳源增多，可促進微生物繁殖活動增強，釋放較多CO，使葉層的CO濃度達0.04%～0.05%，同時也改善土壤水溶有機碳的熵值，這些均有利于甘蔗的營養吸收和光合作用（李楊瑞，2010）。本研究結果表明，施用碳基有機—無機復混肥、有機碳肥+復混肥處理的甘蔗分蘗率、伸長速度、成莖率等顯著高于對照，增施有機碳肥增加了蔗田土壤中的碳源，從而促進苗期的甘蔗分蘗，加速蔗莖的月生長速率，使得甘蔗后期形成更多的有效莖數，提高其成莖率，最終全面促進甘蔗的生長發育。有機碳肥促進甘蔗生長發育的原因可能是豐富的土壤有機碳源為土壤有益微生物活動提供了充足的有機營養，使微生物快速繁殖以分解有機物質，改善土壤條件為作物提供充足的養分，并源源不斷地釋放CO以滿足甘蔗不同冠層葉片光合作用的需求（向清慧等，2020）。目前，廣西蔗區的甘蔗常年連作，土壤酸化和有機質含量嚴重不足，可見，蔗田土壤有機碳源的補充，特別是對屬于高光效C作物的甘蔗，應引起更多重視。

3.2 有機碳肥對甘蔗產量及經濟效益的影響

有機碳肥可為作物提供小分子水溶有機碳，協同促進作物吸收其他營養物質（向清慧等，2020）。同時，有機碳肥也是傳統有機肥的高效換替產品，其有效碳含量是普通有機肥的20倍左右，在作物增產增效上有積極作用（邱建軍等，2009；朱昌雄和李瑞波，2013）。研究表明，在原生態環境中，植物根部可快速吸收地表腐殖質的水溶物（類黃腐酸），其有機碳占50%～60%（王曰鑫和李強，2020）。秸稈覆蓋還田的有機碳源增加可改善大豆產量構成因素的綜合表現，進而影響其產量形成（蔡麗君等，2021），同樣的結果在旱地冬小麥上也有體現（葉元生等，2021）。本研究中，單一有機碳肥施用后可使甘蔗獲得較高產量，即比蔗農習慣用肥對照的甘蔗增產2.8 t/ha以上，且碳基有機—無機復混肥和有機碳肥+復混肥配施處理的增產效果更顯著，說明蔗田增施有機碳源可提高甘蔗單產，與前人研究結果一致。甘蔗產量構成的主要農藝性狀調查結果表明，與對照相比，有機碳增施有效地促進甘蔗株高、莖徑、有效莖數和單莖重等的形成，從而改善甘蔗產量性狀的綜合表現，實現其單產的增加。此外，蔗田增施有機碳肥，增加了碳源，不僅促進甘蔗產量性狀生長的綜合表現，還促進蔗糖的生物合成和積累。施用有機碳源后甘蔗蔗糖分比蔗農習慣用肥的單施無機化肥對照提高0.77%～1.20%（絕對值）。同時，在增產和糖分提高的前提下，不同有機碳源增施處理后甘蔗的農業效益和工業效益均有所增加。由此可見，有機碳肥的施用對甘蔗具有增產增效的作用。

甘蔗產量的形成是許多農藝性狀生長的綜合表現，受蔗田土壤必需養分元素相對供給量的影響（李楊瑞，2010）。本研究通過有機碳和無機營養元素聯合施用實現甘蔗增產增效，說明土壤有機碳與甘蔗產量息息相關。然而，土壤中的各種營養元素間的吸收和利用有同時空效應，即甘蔗吸收有機養分和無機成分協同進行，具有同時、共空的特點（樊保寧，2007），而有機碳與無機營養的相互效應及其同時、共空對甘蔗增產的作用機理還有待進一步探究。

4 結論

施用有機碳肥可改善甘蔗產量相關農藝性狀的綜合表現，提高糖料甘蔗產量和蔗糖分，實現增產增效，以碳基有機—無機肥混施的效果最佳。建議在土壤有機碳缺失普遍的廣西蔗區推廣應用有機碳肥，以促進農民增收、企業增效。