水肥調(diào)控對甘蔗農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量及水肥利用的影響

孫夢恬，邵金華，周柳強，黃 凱，韋繼鑫，盧興達，黃振平，吳衛(wèi)熊

（1.廣西壯族自治區(qū)水利科學(xué)研究院，南寧 530023；2.廣西水工程材料與結(jié)構(gòu)重點實驗室，南寧 530023；3.河海大學(xué)，南京 210098；4.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院，南寧 530007）

0 引言

甘蔗是世界主要的糖料作物，我國甘蔗種植面積約為139.26 萬hm2，僅次于巴西和印度，為世界第三大甘蔗糖生產(chǎn)國[1]。其中廣西作為中國最大的甘蔗生產(chǎn)地區(qū)，甘蔗種植面積達到106.67 萬hm2，廣西蔗糖產(chǎn)量占全國蔗糖總產(chǎn)量的67%。甘蔗是廣西最重要的經(jīng)濟作物，因此，甘蔗生產(chǎn)在廣西經(jīng)濟中占有非常重要的地位，經(jīng)濟效益顯著[2]。雖然廣西甘蔗產(chǎn)區(qū)水熱資源比較豐富，生產(chǎn)潛力較大，但由于近年來極端天氣頻發(fā)、降水分布不均、季節(jié)性干旱嚴重[3-5]，還有蔗區(qū)土壤以旱地紅壤為主，特點是酸、粘、瘦，再加上甘蔗種植過程中需要較多水分和養(yǎng)料[6-9]。這些自然因素導(dǎo)致了肥料利用率低、肥料浪費嚴重等現(xiàn)象，對甘蔗生產(chǎn)造成了嚴重影響，制約了甘蔗產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[10-12]。已有的研究表明，提高水分和肥料利用效率的最佳方法是水肥的高效耦合[13]。因此，構(gòu)建合理的水肥管理模式是保證蔗區(qū)甘蔗高效生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展的前提。

近幾年來，關(guān)于甘蔗的水肥效應(yīng)的研究已經(jīng)較為廣泛，但關(guān)于灌溉施肥或不同生育期施肥量分配對甘蔗產(chǎn)量、生長性狀及水肥利用效率的影響還較少。本文以綜合提高甘蔗產(chǎn)量、灌溉水分利用效率和肥料養(yǎng)分利用效率為目標，通過布置裂區(qū)試驗，研究甘蔗水肥調(diào)控配比實施過程中，不同滴肥方案與不同灌溉方案對甘蔗生長、產(chǎn)量的影響，探討甘蔗高效高產(chǎn)的水肥耦合策略。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選擇有代表性的甘蔗種植區(qū)進行田間試驗，供試甘蔗品種為“柳城05136”，寬窄行種植，寬行140 cm，窄行60 cm。

試驗實施前在試驗地塊內(nèi)采集耕層土壤25 個點以上，混合均勻，對土壤的理化特性分析結(jié)果如表1所示。

表1 試驗前土壤的理化特性分析結(jié)果Tab.1 Physicochemical characteristics of the soil before the test

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)灌水量和不同生育期施肥量分配兩個因素。灌水量設(shè)4 種灌水方案（保持灌溉次數(shù)不變，均分9 次灌溉），T1：灌溉量=6.53 m3∕hm2；T2（現(xiàn)行方案）：灌溉量=8.70 m3∕hm2；T3：灌溉量=10.87 m3∕hm2；T4：灌溉量=13.05 m3∕hm2。上述不同灌水量均按總灌水量的6.90%、6.90%、8.62%、8.62%、13.79%、13.79%、13.79%、13.79%、13.79%比例分配。設(shè)5種施肥方案（保持N、P、K 養(yǎng)分不變，肥料全部隨滴灌施肥施用），F(xiàn)0：不施肥，僅滴灌；F1：分蘗期重施，偏重生育前期（占總施肥量27%）；F2：分蘗—伸長期重施，偏重生育前中期（占總施肥量40%）；F3：伸長期重施，偏重生育盛期（占總施肥量53%）；F4：伸長—成熟期重施，偏重生育中后期（占總施肥量27%）。施肥量(kg∕hm2)為：N=2.625；P2O5=0.75；K2O=1.8；N+P2O5+K2O=5.175；比正常土施肥料的N+P2O5+K2O施肥量降低28.3%。肥料品種為富島硫酸鉀型復(fù)合肥1.8-1.5-3.6 7.5 kg∕hm2和心連心腐殖酸尿素3.75 kg∕hm2。小區(qū)面積306～746 m2，并配有水表及施肥器。設(shè)計處理見表2。

表2 設(shè)計處理表Tab.2 Design and processing list

2019 年3 月23 日，甘蔗地破隴出苗，2019 年4 月29 日每個小區(qū)選擇生長健康、長勢均勻的苗10 株，分別于2019 年6月7 日、8 月17 日、10 月8 日、12 月18 日定點觀測甘蔗株高（從地面量取到最高葉尖）的動態(tài)生長情況。

2019 年4 月29 日開始滴灌施肥，6 月13 日、6 月18 日、7月30 日、8 月17 日、9 月10 日、9 月17 日、10 月8 日、10 月18 日按方案滴灌施肥，分蘗期滴灌施肥1 次（占灌水量6.90%），分蘗—伸長期滴灌施肥2 次（占總灌水量15.52%），伸長期滴灌施肥4 次（占總灌水量50.00%），成熟期滴灌施肥2次（占總灌水量27.59%）。

1.3 測定項目及方法

產(chǎn)量構(gòu)成因素的調(diào)查：伸長中期，各小區(qū)調(diào)查15 株有代表性甘蔗的株高、莖徑、單莖重，取平均值作為該小區(qū)甘蔗的株高、莖徑、單莖重；全小區(qū)調(diào)查原料蔗主莖大于100 cm的甘蔗條數(shù)，作為有效莖數(shù)，并換算成公頃有效莖數(shù)。

測產(chǎn)方法：在每個小區(qū)內(nèi)隨機砍收66.7 m2的甘蔗，去掉蔗稍及蔗莖上的葉，進行現(xiàn)場稱重實收實測記錄，并計算出公頃產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和制圖，用SPSS 21 軟件進行方差分析（ANOVA），多重比較采用Duncan 法（α=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥調(diào)控對甘蔗產(chǎn)量的影響

表3為不同水肥調(diào)控對甘蔗產(chǎn)量的影響。由表可見，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，不同灌溉水平條件下，T2 處理下甘蔗產(chǎn)量最高，為893.40 kg∕hm2，T1、T3、T4 分別比T2 處理下減 產(chǎn)6.7%、3.9%、3.5%，但上述減產(chǎn)差異均達不到顯著水平，說明在目前的試驗條件下，灌溉量對甘蔗產(chǎn)量的影響不明顯。不同滴灌施肥水平條件下，F(xiàn)3 處理下甘蔗產(chǎn)量最高，為962.25 kg∕hm2，F(xiàn)3、F4、F2、F1 分別比F0 處理下增產(chǎn)38.9%、32.6%、28.5%、22.0%，F(xiàn)3、F4與F0、F1、F2處理的增產(chǎn)差異均達到顯著水平，可見在甘蔗生長的盛期重施肥料，可明顯提高滴灌施肥的增產(chǎn)效益，在甘蔗生長中后期滴灌施肥的增產(chǎn)效益明顯高于在甘蔗生長的中前期的滴灌施肥。

表3 不同水肥調(diào)控對甘蔗產(chǎn)量的影響Tab.3 Yield of sugarcane in different water-fertilizer treatments

2.2 不同水肥調(diào)控對甘蔗農(nóng)藝性狀的影響

表4為不同滴肥、灌溉方案對甘蔗農(nóng)藝性狀的影響。由表可見，單一的灌溉和施肥處理均可明顯提高甘蔗株高、單莖重；滴灌施肥處理可明顯提高甘蔗莖徑。

表4 不同滴肥、灌溉方案對甘蔗農(nóng)藝性狀的影響Tab.4 Agronomic characteristics of sugarcane in different waterfertilizer treatments

從株高來看，F(xiàn)3 分別比F1、F2、F4 的平均值增加11.1、5.9、5.1 cm，提高2.75%、1.44%、1.23%，上述增加差異均達不到顯著水平；T1、T3、T4 分別比T2 處理下提高1.3、-3.1、58.3 cm，提高0.33%、-0.80%、15.0%，T4處理下甘蔗株高增加差異達到了極顯著水平。可見，在甘蔗不同生育期重施肥料均可有效提高甘蔗的平均株高；不同時期重施肥料對甘蔗平均株高提高的幅度差異不明顯。T4 灌溉量對甘蔗平均株高的提高最佳，灌水量提高50%，甘蔗株高明顯增加，說明灌溉量過多會明顯影響甘蔗的平均株高。

從單莖重來看，F(xiàn)3 分別比F1、F2、F4 的平均單莖重增加0.05、0.07、0.12 kg，提高3.05%、3.97%、7.04%，上述增加差異均達不到顯著水平；T2 處理對甘蔗平均單莖重的提高最佳，T1、T3、T4 分別比T2 處理下顯著減少12.47%、8.44%、9.27%，均達到顯著水平。可見，在甘蔗不同生育期重施肥料均可有效提高甘蔗的平均單莖重；不同時期重施肥料對甘蔗平均單莖重提高的幅度差異不明顯。T2 處理對甘蔗平均單莖重的提高最佳，選擇適宜的灌溉量能明顯影響甘蔗的平均單莖重。

從有效莖數(shù)來看，F(xiàn)4 分別比F1、F2 的甘蔗有效莖數(shù)增加64.2、40.35 株∕hm2，增加12.35%、7.40%，F(xiàn)3 的滴灌施肥方案比F1 的滴灌施肥方案的甘蔗有效莖數(shù)增加48 株∕hm2，增加9.23%，上述增加差異均達到顯著或極顯著水平；說明，在甘蔗生長中、后期重施肥料，可明顯促進甘蔗生長，提高甘蔗的有效莖數(shù)，明顯高于在甘蔗生長的中前期重施肥料。灌溉量對甘蔗有效莖數(shù)的影響不明顯。

1.3.2 不良反應(yīng)的評定 根據(jù)患者明顯感覺到的不適及需要對癥處理的臨床癥狀，分別記錄服藥過程中惡心嘔吐、腹痛腹脹和里急后重等不良反應(yīng)。

從莖徑來看，F(xiàn)2 分別比F1、F3、F4 的平均莖徑增加0.107、0.205、0.197 cm，提高4.28%、7.86%、7.56%，上述增加差異均達到顯著及極顯著水平；T1、T3 分別比T2 處理下平均莖徑顯著降低8.02%、7.38%。可見，在甘蔗不同生育期重施肥料均可有效提高甘蔗的平均莖徑；以分蘗—伸長期重施肥料對甘蔗莖徑增粗最為明顯，其次為分蘗期重施肥料處理，在生長中后期重施肥料，甘蔗的莖徑明顯低于分蘗—伸長期重施肥料的處理，說明選擇在甘蔗生長旺盛期重施肥料對甘蔗莖徑增粗最佳。T2 對甘蔗平均莖徑的增粗最佳，T1 或T3處理下，甘蔗莖徑均明顯降低。

2.3 不同水肥調(diào)控對甘蔗產(chǎn)糖量的影響

圖1 為不同滴肥與灌溉方案對甘蔗產(chǎn)糖量的影響。從圖1可以看出，在施用相等肥料基礎(chǔ)上，開展不同滴灌施肥方案和不同的灌水方案，甘蔗產(chǎn)糖量變化趨勢不大。在有灌溉的條件下，F(xiàn)1、F2、F3、F4 產(chǎn)糖量差異不大，但與F0 產(chǎn)糖量95.15 kg∕hm2差異顯著，說明滴灌施肥能明顯提高甘蔗的產(chǎn)糖量，其產(chǎn)糖量的差異主要是產(chǎn)量差異帶來的。

圖1 不同滴肥與灌溉方案對甘蔗產(chǎn)糖量的影響Fig.1 Sugar yield of sugarcane in different water-fertilizer treatments

2.4 不同水肥調(diào)控對甘蔗養(yǎng)分吸收利用狀況的影響

表5為不同水肥處理下甘蔗養(yǎng)分吸收利用狀況的變化。由表可見，對不同滴肥灌溉方案下甘蔗N、P、K 養(yǎng)分吸收利用狀況進行分析，F(xiàn)3 處理對NPK 的養(yǎng)分吸收量和利用效率（48.20%）最高，每種植1 t 甘蔗需吸收2.60 kg N、0.57 kg P2O5、2.88 kg K2O，平均每千克N+P+K 養(yǎng)分可增產(chǎn)甘蔗102.6 kg。F2 處理下甘蔗肥料利用效率為37.85%，每種植1 t甘蔗需吸收2.53 kg N、0.56 kg P2O5、2.84 kg K2O，平均每千克N+P+K養(yǎng)分可增產(chǎn)甘蔗75.1 kg；F4 處理下甘蔗肥料利用效率為44.99%，每種植1 t 甘蔗需吸收2.64 kg N、0.57 kg P2O5、2.94 kg K2O，平均每千克N+P+K 養(yǎng)分可增產(chǎn)甘蔗85.9 kg；F1 處理下甘蔗肥料利用效率為28.32%，每種植1 t甘蔗需吸收2.39 kg N、0.55 kg P2O5、2.73 kg K2O，平均每千克N+P+K 養(yǎng)分可增產(chǎn)甘蔗75.1 kg。

表5 不同水肥處理下甘蔗養(yǎng)分吸收利用狀況Tab.5 Nutrient uptake and use efficiency of sugarcane in different treatments

F3 處理下甘蔗肥料養(yǎng)分利用效率最高，肥料的生理利用效率最高，每生產(chǎn)1 t 甘蔗需求的NPK 養(yǎng)分適中，從養(yǎng)分利用狀況分析，F(xiàn)3 值得推薦；F2 處理的肥料養(yǎng)分利用效率較高，每生產(chǎn)1 t甘蔗需求的NPK 養(yǎng)分比F3處理稍低，從養(yǎng)分利用狀況分析，F(xiàn)2 也值得推薦；F4 處理的肥料養(yǎng)分利用效率較高，肥料的生理利用效率也較高，但每生產(chǎn)1 t 甘蔗需求的NPK 養(yǎng)分比F3 處理稍高，從養(yǎng)分利用狀況分析，在土壤養(yǎng)分狀況稍低的條件下，F(xiàn)4也可推薦；F1處理的肥料養(yǎng)分利用效率較低，但每生產(chǎn)1 t 甘蔗需求的NPK 養(yǎng)分也較低，從養(yǎng)分利用狀況分析，在土壤養(yǎng)分狀況較好的條件下，F(xiàn)1 也可推薦。不同灌溉量對甘蔗P、K 養(yǎng)分吸收利用狀況無明顯影響，過高(T4)或過低(T1)的灌溉量亦影響甘蔗對N 養(yǎng)分的吸收利用。吸收N 素量最高的為T4，為2.32 kg∕hm2，明顯分別高于T1、T2、T3 處理21.12%、16.58%、11.34%，但每生產(chǎn)1 t 甘蔗吸收的N 素及甘蔗對N 素的生理利用效率各灌溉量處理間均無明顯差別；養(yǎng)分利用效率則是T4（50.3%）處理明顯高于T2（36.2%）、T1（38.0%）處理，說明過多的灌溉量雖能促進甘蔗對N 素的吸收，提高甘蔗生長后期的N 素含量水平，對甘蔗產(chǎn)量的進一步提高累積了一定的養(yǎng)分基礎(chǔ)，但對本試驗甘蔗原料莖的形成還未顯現(xiàn)明顯的促進作用。

2.5 不同水肥調(diào)控對甘蔗田灌溉水利用率的影響

表6 為不同水肥調(diào)控對甘蔗水利用率[kg∕(hm2·mm)]的影響。由表6可見，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，不同灌溉水平條件下，隨著灌溉水量的增加，水利用率則表現(xiàn)出不斷降低的規(guī)律性，如T1、T2、T3、T4處理下甘蔗田灌溉水利用率在降低，T1和T4相比，水分利用率提高了6.18 kg∕(hm2·mm)。不同滴灌施肥水平條件下，F(xiàn)3 處理下水分利用率最高，為10.47 kg∕(hm2·mm)，但對甘蔗水利用率的影響不明顯。

表6 不同水肥調(diào)控對甘蔗水利用率的影響Tab.6 Water use of sugarcane in different water-fertilizer treatments

由此可見，綜合考慮，選擇F3T1 的滴肥灌溉方案對甘蔗田灌溉水利用率提高最多，水肥耦合效應(yīng)最好。

3 討 論

雖然廣西全年降雨總量充沛，但降雨時空分布不均，季節(jié)性干旱和地區(qū)性干旱頻繁；再加上廣西甘蔗主要以旱地甘蔗為主，90%以上種植于旱坡地上，缺少水利灌溉設(shè)施，有效灌溉面積不足10%，嚴重制約廣西甘蔗高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[15-17]。此外，甘蔗在不同生育階段需肥量存在一定的差異，為了提高甘蔗產(chǎn)量及節(jié)約資源，結(jié)合甘蔗不同生育階段的需肥情況對其進行合理的灌溉施肥非常必要。因此，在前人的研究基礎(chǔ)上，本研究探討了灌溉水平與肥料分期追肥對甘蔗產(chǎn)量、農(nóng)藝性狀、產(chǎn)糖量及水肥利用效率的影響。

本研究結(jié)果表明，不同滴肥方案均可有效提高甘蔗的株高、單莖重、有效莖數(shù)和莖徑，但對甘蔗株高和單莖重提高的幅度差異不明顯，F(xiàn)3 和F4 處理可顯著增加甘蔗的有效莖數(shù)，T2 處理顯著提高甘蔗單莖重、株高和莖徑，為其提高產(chǎn)量提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

產(chǎn)量與水肥利用效率是決定甘蔗栽培經(jīng)濟效益的首要指標，提高產(chǎn)量與水肥利用效率是實現(xiàn)高產(chǎn)高效的基礎(chǔ)。水肥是影響甘蔗產(chǎn)量及水分利用率的重要因素，發(fā)揮“以肥調(diào)水”對于提高作物的產(chǎn)量及水分利用率有極其重要的作用[18,19]。已有研究表明，施肥對提高甘蔗的產(chǎn)量和水分利用率的重要性大于灌溉[20]。甘蔗產(chǎn)量由單位面積有效莖數(shù)和單莖重構(gòu)成，而單莖重又取決于莖長和莖徑的大小。本研究結(jié)果表明，滴灌施肥條件下，灌溉量對甘蔗產(chǎn)量的影響不明顯，F(xiàn)3 處理下甘蔗的增產(chǎn)效益最高，F(xiàn)3、F4、F2、F1 分別比F0 處理下增產(chǎn)38.9%、32.6%、28.5%、22.0%，說明在甘蔗生長的生育盛期重施肥料，可明顯提高滴灌施肥的增產(chǎn)效益。這與李世君[13]得出甘蔗的株高、莖徑、單莖重、產(chǎn)量與供水量呈正相關(guān)趨勢以及Erdem 等[21]得出增大灌水量，作物產(chǎn)量先增大后降低的結(jié)論不同。這可能是由灌水和施肥量設(shè)置水平不同以及試驗材料不同引起的，同時土壤中水分和養(yǎng)分的不足或過量，在作物生長期間，妨礙了植物的各種生理過程，最終影響作物產(chǎn)量。

礦質(zhì)營養(yǎng)元素直接參與植物的各種生理代謝過程，是完成植物生命活動周期所不可缺少的。本試驗條件下，F(xiàn)3 處理對NPK 肥料利用效率最高（48.20%），其生理機制可能在于，在甘蔗生長的生育盛期重施氮肥能促進甘蔗根系發(fā)育，施磷和鉀肥參與植物糖類代謝，同時施鉀能促進和加強植物對磷的吸收、生物合成以及光合產(chǎn)物的運輸[22,23]。

不斷追求產(chǎn)量最大化的同時提高水肥利用效率是指導(dǎo)農(nóng)業(yè)科學(xué)發(fā)展的有效途徑。本研究以綜合提高甘蔗產(chǎn)量、灌溉水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力為目標，運用綜合多因素分析得到T2和F3處理為最優(yōu)組合，即甘蔗節(jié)水增產(chǎn)的水肥調(diào)控模式為灌溉量為8.70m3∕hm2、伸長期重施肥料（占總施肥量53%）。這表明在廣西地區(qū)該組合不但能改善甘蔗農(nóng)藝性狀和品質(zhì)，而且能實現(xiàn)產(chǎn)量和水肥利用綜合效益最佳，研究結(jié)果對廣西甘蔗高效生產(chǎn)具有一定的實踐參考意義。

4 結(jié) 論

（1）不同滴肥方案均可有效提高甘蔗的株高、單莖重、有效莖數(shù)和莖徑，但對甘蔗株高和單莖重提高的幅度差異不明顯，F(xiàn)3和F4處理可顯著增加甘蔗的有效莖數(shù)。T2處理顯著提高甘蔗單莖重、株高和莖徑。

（2） 不同滴灌施肥水平條件下，F(xiàn)3 處理下甘蔗產(chǎn)量（962.25 kg∕hm2）、肥料利用效率（48.20%）和灌溉水利用率(10.47 kg∕(hm2·mm))最佳；灌溉量對甘蔗產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收利用狀況的影響不明顯，T1 和T2 處理下甘蔗灌溉水利用率顯著提高。全生育期定量施肥中，增加伸長期（偏重生育盛期）施肥和T1、T2處理能有效促進甘蔗產(chǎn)量增長和水肥利用。

（3）通過全面考慮水肥協(xié)同效應(yīng)、節(jié)水節(jié)肥和增產(chǎn)以及提高養(yǎng)分吸收利用效率等多因素出發(fā)，T2 和F3 處理為最優(yōu)組合，即甘蔗節(jié)水增產(chǎn)的水肥調(diào)控模式為灌溉量為8.70 m3∕hm2、伸長期重施肥料（占總施肥量53%）。