李國良，何兆桓，王繼華，楊苞梅，顧 艷，胡偉芳，楊少海

（1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南方植物營養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省養(yǎng)分循環(huán)利用與耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640；2.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，廣東 廣州 510640）

【研究意義】甘蔗是甘蔗屬（Saccharum）植物的總稱，分布于熱帶亞熱帶地區(qū)，是我國南方最主要的糖料作物。作物養(yǎng)分需求規(guī)律是科學(xué)施肥的重要理論依據(jù)，隨著作物產(chǎn)量的增加，作物對養(yǎng)分的需求隨之增加[1-3]。氮磷鉀是植物生長發(fā)育的必需大量營養(yǎng)元素。每生產(chǎn)1 t甘蔗需要獲取 1.5～2 kg的 N、1～1.5 kg的P以及2～2.5 kg的K[4]。N、P、K的缺乏會嚴(yán)重抑制甘蔗生長、降低其生產(chǎn)力[5-6]。因此，氮磷鉀的合理施用是保證甘蔗高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效的關(guān)鍵技術(shù)措施之一?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】一直以來，我國有關(guān)甘蔗科學(xué)施肥等方面的系統(tǒng)研究少見報(bào)道，謝良商等[7]研究表明在氮磷鉀三要素貢獻(xiàn)率中，氮肥＞鉀肥＞磷肥；林昌華等[8]研究表明磷和氮供應(yīng)不足是高產(chǎn)甘蔗的主要養(yǎng)分限制因子。前人還在氮磷鉀缺乏條件下甘蔗生長表現(xiàn)的研究中指出，缺氮能使甘蔗葉片黃化，葉尖葉緣未老而先枯，蔗莖細(xì)長[6]；缺磷使甘蔗根系細(xì)而纖弱，分蘗減少，節(jié)間短，葉片窄而短，影響光合作用而蔗糖含量低[9]；缺鉀使甘蔗中脈變紅，老葉顯棕色具有小黑心斑塊，蔗莖細(xì)弱，韌皮部硬化，分蘗少，長勢減退，蔗糖含量下降[10]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】為提高或維持甘蔗產(chǎn)量，提高甘蔗含糖量，解決甘蔗缺素導(dǎo)致的生長受阻問題，施肥是最直接、最快速的手段。然而，近年來甘蔗盲目施肥或不合理施肥問題十分突出，導(dǎo)致養(yǎng)分元素的比例失調(diào)，限制了產(chǎn)量和質(zhì)量水平的進(jìn)一步提高?！緮M解決的關(guān)鍵問題】為此，我們結(jié)合甘蔗的養(yǎng)分吸收特性，開展甘蔗氮、磷、鉀化肥配施效應(yīng)田間試驗(yàn)，分析了氮、磷、鉀對甘蔗農(nóng)藝性狀、品質(zhì)、產(chǎn)量和肥料利用率的影響，旨在為甘蔗的合理施肥及提高甘蔗的施肥效益提供理論參考。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2017年3月至2018年1月在廣西壯族自治區(qū)南寧市武鳴區(qū)鑼圩鎮(zhèn)廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地（23.24275°N，108.0545°E）進(jìn)行。

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤為廣西典型的赤紅壤紅土，耕層0～25 cm土壤理化性狀為：pH 6.2，有機(jī)質(zhì)13.5 g/kg，堿解氮53.4 mg/kg，有效磷18.4 mg/kg，速效鉀112 mg/kg。供試土壤為弱酸性，有效磷和速效鉀含量中上，有機(jī)質(zhì)中下，堿解氮含量缺乏。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)不施肥（CK）、氮磷鉀（OPT）、不施氮肥（OPT-N）、不施磷肥（OPT-P）和不施鉀肥（OPT-K）5個處理。每個處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。各處理甘蔗全生育期養(yǎng)分用量見表1，全生育期共施肥3次，為基肥、分蘗肥（在基肥后100～110 d施用）和伸長肥（在分蘗肥后60 d左右施用）。試驗(yàn)用肥料為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。具體肥料分配為：基肥（25%尿素+33.3%過磷酸鈣+5%氯化鉀）、分蘗肥（40%尿素+33.3%過磷酸鈣+65%氯化鉀）、伸長肥（35%尿素+33.4%過磷酸鈣+30%氯化鉀）。

供試品種為桂柳05/136，于2017年3月6日種植，畦長5.5 m、畦寬5.0 m，小區(qū)面積27.5 m2。株距0.18 m，每行30段雙芽苗，“品”字型排列，每小區(qū)150段雙芽苗，即每小區(qū)300株芽苗，種植密度為54 555雙芽段/hm2。

表1 不同施肥處理養(yǎng)分及肥料用量Table 1 Nutrients and fertilizer amounts under various treatments（kg/hm2）

1.3 調(diào)查項(xiàng)目及方法

成熟期調(diào)查甘蔗商品莖長（按蔗農(nóng)收獲標(biāo)準(zhǔn)，將甘蔗葉片、頂部去除后，測定商品蔗莖長）、莖徑（采用游標(biāo)卡尺測定）、有效莖數(shù)（條/hm2）。

試驗(yàn)于2018年 1月6日收獲。收獲期間記錄每小區(qū)甘蔗產(chǎn)量，并采集蔗莖樣品分析品質(zhì)，蔗汁錘度采用WYT（0～80%）手持糖量計(jì)測定。

甘蔗收獲期間，調(diào)查每小區(qū)有效莖數(shù)，并隨機(jī)選擇6株調(diào)查甘蔗莖長和莖粗，采集地上部蔗莖和蔗尾（稍尾，包括部分落葉）測定N、P、K含量，并計(jì)算養(yǎng)分吸收情況。

方差分析應(yīng)用SAS 9.0軟件進(jìn)行。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[11-13]計(jì)算肥料利用效率：

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對甘蔗生長性狀的影響

表2顯示，CK甘蔗莖長、莖粗、單莖重和有效莖數(shù)均最低。與OPT處理相比，OPT-N處理莖長顯著下降0.36 m，莖粗顯著下降0.41 cm，單莖重顯著下降0.34 kg，有效莖數(shù)顯著下降5 700條/hm2；OPT-P處理莖長顯著下降0.09 m，莖粗顯著下降0.12 cm，單莖重顯著下降0.14 kg，有效莖數(shù)顯著下降3 639條/hm2；OPT-K處理莖長顯著下降0.13 m，莖粗顯著下降0.48 cm，單莖重顯著下降0.15 kg，有效莖數(shù)顯著下降3 396條/hm2。結(jié)果表明適宜的氮磷鉀施肥水平可顯著增加甘蔗莖長、莖粗、單莖重和有效莖數(shù)，為甘蔗高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

2.2 不同施肥處理對甘蔗葉片和蔗莖養(yǎng)分含量的影響

從不同施肥處理甘蔗葉片和蔗莖養(yǎng)分含量（表3）可知，CK甘蔗葉片和蔗莖N、P、K含量最低，葉片N、P、K含量顯著低于OPT處理0.253、0.03、0.417個百分點(diǎn)，蔗莖N、P、K含量顯著降低0.137、0.032、0.359個百分點(diǎn)，與OPT處理相比，OPT-N處理甘蔗葉片和蔗莖N含量顯著下降0.213、0.107個百分點(diǎn)，OPT-P處理甘蔗葉片和蔗莖P含量顯著下降0.025、0.023個百分點(diǎn)，OPT-K處理甘蔗葉片和蔗莖K含量顯著下降0.376、0.322個百分點(diǎn)。

表2 不同施肥處理甘蔗生長性狀Table 2 Growth characters of sugarcane under various treatments

表3 不同施肥處理甘蔗葉片和蔗莖養(yǎng)分含量（g/kg）Table 3 Nutrient amount of leaves and stems of sugarcane under various treatments

2.3 不同施肥處理對蔗汁錘度的影響

蔗汁錘度可以反映甘蔗糖分含量的大小。圖1顯示，與OPT處理相比，OPT-K處理甘蔗汁錘度顯著下降1.4個百分點(diǎn)，OPT-N和OPT-P處理分別下降0.1、0.9個百分點(diǎn)，CK下降1.1個百分點(diǎn)。表明不施鉀肥顯著降低甘蔗糖分的累積。

圖1 不同施肥處理甘蔗汁錘度Fig.1 Brix in sugarcane of various treatments

2.4 不同施肥處理對甘蔗產(chǎn)量的影響

從不同施肥處理甘蔗產(chǎn)量結(jié)果（表4）可知，CK甘蔗產(chǎn)量最低，其次是OPT-N處理。與CK相比，OPT處理顯著增產(chǎn)83.0%，其他缺素處理顯著增產(chǎn)18.7%～36.9%。與OPT處理相比，OPT-N處理顯著減產(chǎn)42.2%，OPT-P、OPT-K處理分別顯著減產(chǎn)16.8%和17.2%。由此表明，不施肥嚴(yán)重降低甘蔗產(chǎn)量，不施氮、磷、鉀肥顯著降低甘蔗產(chǎn)量。

表4 不同施肥處理甘蔗產(chǎn)量Table 4 Yield of sugarcane under various treatments

2.5 不同施肥處理對肥料農(nóng)學(xué)效率和利用率的影響

本試驗(yàn)用差減法計(jì)算試驗(yàn)點(diǎn)氮磷鉀肥的農(nóng)學(xué)效率和肥料利用率。鉀肥利用率為35.6%，農(nóng)學(xué)效率為46.5 kg/kg ，即在甘蔗生產(chǎn)中，每增施 K2O 1 kg可獲得甘蔗46.5 kg。其次是氮肥，當(dāng)磷、鉀肥達(dá)到最佳施用量時，氮肥利用率為27.1%，農(nóng)學(xué)效率為94.4 kg/kg，即在甘蔗生產(chǎn)中，每增施N 1 kg可獲得甘蔗94.4 kg。再者是磷肥，當(dāng)?shù)?、鉀肥達(dá)到最佳施用量時，磷肥利用率為9.0%，農(nóng)學(xué)效率為153.0 kg/kg，即在甘蔗生產(chǎn)中，每增施P2O51 kg可獲得甘蔗153.0 kg。配施氮磷鉀肥與無肥區(qū)相比，氮、磷、鉀總養(yǎng)分的農(nóng)學(xué)效率為62.7 kg/kg，即在甘蔗生產(chǎn)中，氮、磷、鉀肥配方達(dá)到最佳時，每增施肥料養(yǎng)分量1 kg，可生產(chǎn)甘蔗62.7 kg。

2.6 甘蔗養(yǎng)分收獲指數(shù)

養(yǎng)分收獲指數(shù)為甘蔗實(shí)際所得的蔗莖重量與其上部生物量的比例。由表5可知，OPT處理氮肥、磷肥和鉀肥收獲指數(shù)最高。施肥處理均不同程度增加了甘蔗的氮磷鉀肥收獲指數(shù)，氮肥收獲指數(shù)增幅0.5%～1.1%，磷肥收獲指數(shù)增幅4.3%～5.5%，鉀肥收獲指數(shù)增幅1.5%～3.6%。各處理氮磷鉀收獲指數(shù)均沒有顯著差異，即缺素處理和氮磷鉀處理對收獲指數(shù)的影響沒有顯著差異。

表5 不同施肥處理甘蔗養(yǎng)分收獲指數(shù)Table 5 Nutrient harvest index of sugarcane under various treatments

3 討論

眾所周知，氮、磷、鉀是植物生長發(fā)育所必需的大量營養(yǎng)元素。其中，氮是構(gòu)成蛋白質(zhì)的主要成分，是植物需求量最大的礦質(zhì)養(yǎng)分；磷是細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)，是磷脂、核酸和核蛋白等的重要組分；鉀參與植物生理生化代謝過程，維持某些代謝酶的活性。然而，土壤養(yǎng)分有效性低往往是限制甘蔗產(chǎn)量的主要因素之一，挖掘作物自身潛力、結(jié)合合理施肥措施是提高產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)有效的策略。本研究設(shè)置不施肥、不施氮肥、不施磷肥、不施鉀肥和配施氮磷鉀肥5個處理，分析不同施肥處理甘蔗生長性狀、養(yǎng)分含量、品質(zhì)、產(chǎn)量和肥料利用效率的差異。試驗(yàn)結(jié)果表明，在不施肥和不施氮肥條件下，甘蔗農(nóng)藝性狀（包括莖長、莖粗、單莖重、有效莖數(shù)和氮磷鉀養(yǎng)分含量）均顯著下降，甘蔗產(chǎn)量僅為配施氮磷鉀的55.0%和70.6%，而不施磷肥雖然莖長和莖粗均有下降，但未達(dá)顯著差異，單莖重、有效莖數(shù)和葉片及蔗莖磷含量均顯著下降，甘蔗產(chǎn)量為配施氮磷鉀的85.8%。不施鉀肥甘蔗農(nóng)藝性狀（包括莖長、莖粗、單莖重、有效莖數(shù)和葉片及蔗莖鉀含量）均顯著下降，蔗汁錘度顯著下降，甘蔗產(chǎn)量為配施氮磷鉀的85.7%。表明在土壤堿解氮缺乏，有效磷和有效鉀中上水平條件下，氮是影響甘蔗生長特性和產(chǎn)量的主要限制因子，鉀、磷次之；鉀則是影響甘蔗品質(zhì)構(gòu)成尤其是糖分累積的主要限制因子，氮、磷次之；磷主要對甘蔗產(chǎn)量的形成因素（如單莖重和有效莖數(shù)）影響比較顯著，對甘蔗莖長、莖粗和品質(zhì)構(gòu)成的影響較少。另外，廣西甘蔗種植區(qū)土壤肥力總體屬于較低水平[14]，土壤的低鈣、鎂和缺硼限制了甘蔗產(chǎn)量的進(jìn)一步提高和糖分含量的進(jìn)一步提升。至于甘蔗配施中微量元素的效應(yīng)有待日后進(jìn)一步研究揭示。

肥料農(nóng)學(xué)效率和肥料利用率分別是評價(jià)作物施肥增產(chǎn)效應(yīng)和養(yǎng)分被作物吸收的百分?jǐn)?shù)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，甘蔗的磷肥農(nóng)學(xué)效率＞氮肥農(nóng)學(xué)效率＞鉀肥農(nóng)學(xué)效率，甘蔗的鉀肥利用率＞氮肥利用率＞磷肥利用率。甘蔗磷肥農(nóng)學(xué)效率最高，利用率最低，而鉀肥農(nóng)學(xué)效率最低，利用率最高，這與土壤養(yǎng)分供應(yīng)水平、甘蔗養(yǎng)分吸收特性和養(yǎng)分在甘蔗體內(nèi)的遷移等有關(guān)。我國主要甘蔗種植區(qū)土壤多數(shù)為酸性紅壤，有效磷鉀含量較低，無法滿足甘蔗正常生長需求[15-17]。在甘蔗生產(chǎn)上，以大量養(yǎng)分平衡型復(fù)合肥投入為主，連續(xù)長期施用導(dǎo)致磷鉀尤其是磷在土壤中不斷累積，本試驗(yàn)土壤有效磷鉀處于中上水平，然而，磷肥施入酸性土壤后，水溶性磷易被土壤中的鐵、鋁等固定而降低肥效，磷肥當(dāng)季利用率處于較低水平，嚴(yán)重制約了甘蔗產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展[18-20]。甘蔗是一種喜鉀作物，它的整個生育期對主要營養(yǎng)元素的吸收累積總量從大到小依次為鉀＞氮＞磷[21-24]，因此，鉀肥利用率比磷肥利用率高。在不施磷和不施鉀甘蔗產(chǎn)量接近的情況下，磷肥施用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鉀肥施用量，導(dǎo)致磷肥農(nóng)學(xué)效率大于鉀肥農(nóng)學(xué)效率。

4 結(jié)論

在土壤有效磷和速效鉀含量中上、堿解氮缺乏的甘蔗地，配施N 375 kg/hm2、P2O5112.5 kg/hm2和K2O 375 kg/hm2，甘蔗產(chǎn)量最高達(dá)150.1 t/hm2，甘蔗蔗莖最長最粗，單莖重最大，有效莖數(shù)最多，葉片和蔗莖氮磷鉀養(yǎng)分含量最高，蔗汁錘度最高，氮磷鉀農(nóng)學(xué)效率、氮磷鉀肥料利用率和收獲指數(shù)均最高。