彭李順 曹崢英 蔡文偉 甘儀梅 楊本鵬

關(guān)鍵詞：甘蔗；膜下滴灌施肥；化肥減施；產(chǎn)量；養(yǎng)分利用率

甘蔗是我國(guó)最為重要的食糖原料作物，也是我國(guó)熱帶、亞熱帶地區(qū)第一大經(jīng)濟(jì)作物。盡管我國(guó)蔗區(qū)水熱資源普遍較為豐富，具備較好的生產(chǎn)潛力，但由于各季降雨不均，春、秋季節(jié)性干旱頻繁發(fā)生，每年均會(huì)出現(xiàn)不同程度的旱害，限制甘蔗產(chǎn)量的提升[1-2]。此外，甘蔗作為高光效C4植物，具有生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、生物量大的特點(diǎn)，對(duì)養(yǎng)分需求量較大，蔗農(nóng)為了獲得高產(chǎn)，通常會(huì)過(guò)量施用化肥。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)甘蔗生產(chǎn)上化肥平均施用量是世界平均施肥量的3倍，是發(fā)達(dá)國(guó)家的5～10倍，化肥平均利用率普遍偏低，其中氮肥利用率僅為14.5%～24.7%，磷肥利用率為6.7%～13.4%，鉀肥利用率為15.6%～26.9%，與澳大利亞、美國(guó)等甘蔗生產(chǎn)發(fā)達(dá)國(guó)家有著較大差距[3-5]。春、秋季節(jié)性干旱頻發(fā)加上長(zhǎng)期過(guò)量不合理的化肥施用量，不僅導(dǎo)致甘蔗生產(chǎn)化肥利用率低，肥料浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，還極大制約甘蔗產(chǎn)量的提升，導(dǎo)致甘蔗種植效益不高，甚至出現(xiàn)虧損現(xiàn)象，甘蔗產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展已受到挑戰(zhàn)[6-8]。

滴灌施肥技術(shù)是一項(xiàng)可實(shí)現(xiàn)水肥同步管理和高效利用的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)技術(shù)。該技術(shù)根據(jù)作物對(duì)水分、養(yǎng)分需求通過(guò)滴灌系統(tǒng)將肥料定時(shí)定量均勻地輸送到作物根部，不僅具有節(jié)水、節(jié)肥、省工的特點(diǎn)，還可以明顯促進(jìn)作物產(chǎn)量和品質(zhì)提升、節(jié)省灌溉和施肥時(shí)間、改善土壤環(huán)境[9-10]。近年來(lái)，在甘蔗生產(chǎn)上滴灌施肥技術(shù)也逐漸開始被廣泛研究和應(yīng)用。多項(xiàng)相關(guān)研究表明，通過(guò)滴灌施肥可以明顯增加甘蔗在不同生長(zhǎng)階段的主要養(yǎng)分吸收[11-13]、促進(jìn)甘蔗產(chǎn)量與蔗糖分提升[14-17]，同時(shí)對(duì)土壤生態(tài)和理化性狀也有一定改善作用[18]，可以有效解決甘蔗生產(chǎn)上長(zhǎng)期存在的化肥施用量大、利用率低、浪費(fèi)嚴(yán)重、單產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益低等問(wèn)題。

此外，在滴灌施肥的基礎(chǔ)上，通過(guò)覆蓋地膜進(jìn)行膜下滴灌施肥，可集成覆膜和滴灌施肥技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，在積溫保墑、節(jié)水節(jié)肥的同時(shí)，進(jìn)一步減少施用肥料的揮發(fā)和淋失，提升肥料利用率，減少化肥施用量，目前該項(xiàng)技術(shù)已在蔬菜、玉米、小麥、棉花等作物中廣泛應(yīng)用[19]。然而，膜下滴灌施肥技術(shù)在甘蔗生產(chǎn)上的應(yīng)用仍處于起步階段，目前鮮有關(guān)于該技術(shù)應(yīng)用對(duì)甘蔗生長(zhǎng)、產(chǎn)量、蔗糖分、化肥利用率、經(jīng)濟(jì)效益等指標(biāo)影響的研究報(bào)道。因此，本研究以不施肥、常規(guī)施肥以及滴灌清水+常規(guī)施肥3個(gè)處理為對(duì)照，同時(shí)設(shè)置4個(gè)不同施肥量的膜下滴灌施肥處理，分析膜下滴灌減量施肥對(duì)甘蔗主要農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量、蔗糖分、產(chǎn)糖量、經(jīng)濟(jì)效益及養(yǎng)分利用率等指標(biāo)的影響，研究膜下滴灌條件下適宜甘蔗生產(chǎn)的最佳施肥模式，以期為甘蔗膜下滴灌施肥技術(shù)高效應(yīng)用和化肥減肥增效提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1供試品種供試甘蔗品種為中糖3號(hào)，田間試驗(yàn)種植采用該品種脫毒種莖（由中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶生物技術(shù)研究所繁育）。

1.1.2試驗(yàn)地點(diǎn)試驗(yàn)于2019年和2020年在位于海南省臨高縣皇桐鎮(zhèn)文賢村的中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶生物技術(shù)研究所海南甘蔗試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤為粘質(zhì)磚紅壤，pH4.6，有機(jī)質(zhì)10.5g/kg，堿解氮101.3mg/kg，有效磷18.5mg/kg，速效鉀126.8mg/kg。

1.2方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)田間試驗(yàn)分2年開展，第一年試驗(yàn)于2019年2月25日種植，2020年1月7日收獲；第二年試驗(yàn)于2020年2月18日種植，2021年1月12日收獲。2年試驗(yàn)甘蔗均采用大小行種植模式，大行距為1.4m，小行距為0.4m，每公頃種植67500芽（33750雙芽段）。試驗(yàn)設(shè)置7個(gè)處理：（1）處理CK0，不施肥；（2）處理CK1，常規(guī)施肥；（3）處理CK2，膜下滴灌+常規(guī)施肥；（4）處理T100，膜下滴灌施肥；（5）處理T80，膜下滴灌施肥減量20%；（6）處理T70，膜下滴灌施肥減量30%；（7）處理T60，膜下滴灌施肥減量40%。各處理施肥量見(jiàn)表1。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)寬9m（包含1.4m大行和0.4m小行，各5行，共10行甘蔗），行長(zhǎng)50m，小區(qū)面積為450m2，后續(xù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)從各小區(qū)中間6行采集。甘蔗種植均使用配套大小行種植機(jī)完成，需要膜下滴灌處理使用配套的聯(lián)合種植機(jī)一次性完成開溝、下種、覆土、鋪設(shè)滴灌帶和覆蓋地膜等工序。

常規(guī)施肥分2次施用，基肥在種植時(shí)施用肥料總量的40%，追肥在拔節(jié)初期結(jié)合中耕培土施用剩余60%肥料。滴灌處理采用膜下滴灌方式施肥，使用滴孔間距為20cm的貼片式滴灌帶，鋪設(shè)在相距0.4m的小行中間，同時(shí)使用厚度為0.01mm、寬度為80cm的透明地膜完全覆蓋相距0.4m的2個(gè)小行甘蔗，每條滴灌帶負(fù)責(zé)2行甘蔗水肥膜下滴灌供給。滴灌施肥時(shí)將肥料放入罐裝容器中溶解，再隨水滴灌施用。滴灌施肥各處理水肥分5次施用，分別在苗期出苗完成80%時(shí)施用肥料總量的10%，分蘗期完成50%時(shí)再施用15%，然后在拔節(jié)期分3次施用，每次施用25%。

不施肥CK0和常規(guī)施肥CK1處理種植時(shí)根據(jù)土壤墑情進(jìn)行適當(dāng)灌水確保出苗，其余時(shí)間不再進(jìn)行灌溉。其他安裝滴灌設(shè)施的處理在種植完成后滴灌一次確保出苗用水，然后根據(jù)土壤墑情在干旱時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充灌溉，包含5次滴灌施肥，一個(gè)甘蔗生長(zhǎng)期總計(jì)進(jìn)行10次灌溉，共灌水約900m3/hm2。其余同常規(guī)農(nóng)田管理。

1.2.2項(xiàng)目測(cè)定在甘蔗的苗期、分蘗期分別調(diào)查各處理小區(qū)甘蔗的出苗率及分蘗率。甘蔗收獲時(shí)，在各處理小區(qū)連續(xù)測(cè)定10株甘蔗株高、莖徑及田間錘度，并通過(guò)田間錘度計(jì)算蔗糖分。蔗糖分計(jì)算公式：蔗糖分=（錘度1.0825?7.703）100%。調(diào)查和砍收每個(gè)小區(qū)中間6行，統(tǒng)計(jì)和測(cè)定30m區(qū)域內(nèi)的甘蔗株數(shù)和重量，并計(jì)算公頃有效莖數(shù)和產(chǎn)量。

在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取5株生長(zhǎng)正常的甘蔗，用自來(lái)水洗凈，并用蒸餾水沖洗后，分成青葉+蔗尾、枯葉、蔗莖3個(gè)部位，于105℃殺青30min，然后70℃烘干稱重，粉碎過(guò)篩，用于后續(xù)氮、磷、鉀元素含量的測(cè)定。全氮含量用凱氏定氮法，全磷用鉬銻抗比色法，全鉀用火焰光度計(jì)法測(cè)定。

肥料利用效率參照下列公式計(jì)算：肥料利用率=（施肥處理甘蔗吸收養(yǎng)分量?不施肥處理甘蔗吸收養(yǎng)分量）/施肥量100%。其中：養(yǎng)分吸收量=蔗莖干物質(zhì)重蔗莖養(yǎng)分含量+（青葉+蔗尾）干物質(zhì)重（青葉+蔗尾）養(yǎng)分含量+枯葉干重枯葉養(yǎng)分含量。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用Excel2007等軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用DPS7.05軟件進(jìn)行單因素方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理對(duì)甘蔗主要農(nóng)藝性狀的影響

由表2可知，各處理出苗率均無(wú)顯著差異，這主要由于為保證各處理出苗相對(duì)一致，各處理在種植過(guò)程中或完成后均及時(shí)進(jìn)行水分灌溉促進(jìn)出苗。在分蘗率方面，2年試驗(yàn)除CK0分蘗率較低（不到70%）外，其他施肥處理的分蘗率均在110%以上。T100和T80相較于CK1，2年分蘗率平均值分別提高了22.86和15.18個(gè)百分點(diǎn)，但T80與CK1間差異不顯著。隨著滴灌施肥量減少，T70和T60的2年平均分蘗率逐步減少至與CK1相當(dāng)。滴灌施肥各處理分蘗率相較于CK2，均無(wú)顯著差異，其中減肥量最大的T60分蘗率均值較CK2減少了9.19個(gè)百分點(diǎn)。這表明在甘蔗分蘗期需要同時(shí)保證水分灌溉和施肥量才能獲得較高的分蘗率。

在株高方面，CK0處理顯著低于其他施肥處理10cm以上。在各施肥處理間，2年滴灌施肥T100及2020年滴灌減量施肥T80均較常規(guī)施肥CK1顯著提高，其余滴灌施肥減量處理與CK1和CK2的株高均較為接近。在蔗株莖徑方面，CK0顯著低于其他處理外，其余各施肥處理對(duì)莖徑影響較小，均無(wú)顯著變化。

在有效莖數(shù)方面，與其他農(nóng)藝性狀不同，CK2的有效莖數(shù)較CK1顯著增加，而T100和T80的有效莖數(shù)較CK2表現(xiàn)出顯著增長(zhǎng)，而隨著施肥量減少，T70和T60的有效莖數(shù)呈現(xiàn)逐步減少的趨勢(shì)，其中T60有效莖數(shù)與CK1間無(wú)顯著差異。

在成莖率方面，增加滴灌的CK2與CK1之間無(wú)顯著差異，而應(yīng)用滴灌施肥及減量施肥處理中，除2020年減量施肥T60與CK1和CK2無(wú)顯著差異外，其余滴灌處理成莖率均顯著高于CK1和CK2處理。

2.2不同施肥處理對(duì)甘蔗產(chǎn)量、蔗糖分及產(chǎn)糖量的影響

由表3可知，除2019年蔗糖分外，其余各處理中CK0的產(chǎn)量、蔗糖分和產(chǎn)糖量均顯著低于其他施肥處理。在各施肥處理中，產(chǎn)量與有效莖數(shù)變化趨勢(shì)較為相似，CK2產(chǎn)量比CK1顯著提升13.64%，而滴灌施肥T100和T80的產(chǎn)量顯著增長(zhǎng)，2年試驗(yàn)平均產(chǎn)量相較于CK1分別提升了32.20%和27.00%，相對(duì)于CK2也分別提升了16.34%和11.76%，但T100與T80的產(chǎn)量間無(wú)顯著差異。隨著滴灌施肥量減少30%～40%（T70和T60）時(shí)，甘蔗產(chǎn)量有所下降，2019年，T70和T60產(chǎn)量與CK2間無(wú)顯著差異，但仍顯著高于CK1。2020年，T70產(chǎn)量仍顯著高于CK2和CK1，僅有T60產(chǎn)量與CK1接近，無(wú)顯著差異。

在蔗糖分方面，可能由于2020年甘蔗生產(chǎn)后期降雨較少，蔗糖分整體上高于2019年對(duì)應(yīng)各處理0.9～1.6個(gè)百分點(diǎn)。各施肥處理間，蔗糖分僅2019年CK2、T100和T80相對(duì)于CK1顯著提升，而2020年各施肥處理間并無(wú)顯著差異。各施肥處理間產(chǎn)糖量和產(chǎn)量變化趨勢(shì)較為相近，CK2產(chǎn)糖量較CK1顯著提升了16.30%，而T100和T80的產(chǎn)糖量均顯著高于CK1和CK2，分別較CK1提高35.08%和31.39%，分別較CK2提高16.14%和12.97%，同樣T100和T80的產(chǎn)糖量間無(wú)顯著差異。隨著滴灌施肥量減少至T70和T60時(shí)，其產(chǎn)糖量與同樣具備水分滴灌條件的CK2無(wú)顯著差異，但除了2020年T60外，其余處理產(chǎn)糖量仍顯著高于CK1。

2.3不同施肥處理對(duì)甘蔗經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表4可以看出，CK2的甘蔗收益顯著高于CK1，但去除肥料及滴灌投入成本后，其純收益2個(gè)處理間無(wú)顯著差異，CK2的2年收益平均值甚至比CK1少了3446元/hm2。T100和T80去除成本后的純收益仍然顯著高于CK1處理，2年平均收益相對(duì)于CK1分別提高4534.4、3953.8元/hm2，而T80與T100純收益間無(wú)顯著差異。滴灌減量施肥30%和40%時(shí)純收益開始減少，T70和T60與CK1之間純收益無(wú)顯著差異，其中T60兩年平均純收益較CK1減少2350元/hm2。

2.4不同施肥處理對(duì)甘蔗養(yǎng)分利用率的影響

由表5可知，CK2的氮、磷、鉀肥利用率較CK1均顯著上升，2年平均分別提高了8.22、6.36和11.87個(gè)百分點(diǎn)。滴灌施肥T100、T80和T70的氮、磷、鉀肥利用率均較CK2顯著提高，其中均以T80的養(yǎng)分利用率最高，2年氮、磷、鉀肥平均利用率較CK1分別提高了28.42、17.95和30.71個(gè)百分點(diǎn)，較CK2也分別提高了20.2、11.59和11.87個(gè)百分點(diǎn)。隨著滴灌施肥減量至40%，T60的氮、磷、鉀肥利用率均有所下降，但氮肥利用率仍然較CK2提高10.24個(gè)百分點(diǎn)，而磷、鉀肥利用率則與CK2無(wú)顯著差異。

3討論

滴灌施肥是一項(xiàng)將灌溉和施肥融為一體的高效施肥技術(shù)，在甘蔗生產(chǎn)上多個(gè)試驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)滴灌施肥技術(shù)對(duì)于分蘗率、株高、有效莖數(shù)等產(chǎn)量相關(guān)因素及產(chǎn)量提升均有較好促進(jìn)作用[11，15-17]。本研究中膜下滴灌施肥T100相對(duì)于CK1的分蘗率、株高、成莖率和有效莖數(shù)等農(nóng)藝性狀均得到增加，產(chǎn)量增幅能夠達(dá)到32.20%。當(dāng)?shù)喂嗍┓柿繙p少20%時(shí)，T80各項(xiàng)農(nóng)藝性狀相對(duì)T100無(wú)顯著變化，仍保持27.00%的增產(chǎn)效果。當(dāng)?shù)喂嗍┓柿繙p少30%和40%時(shí)，各農(nóng)藝性狀和甘蔗產(chǎn)量相較T100處理開始出現(xiàn)明顯減少，但相對(duì)于CK1各項(xiàng)指標(biāo)并未出現(xiàn)顯著減少。通過(guò)將滴灌施肥各處理與另一個(gè)增加了水分滴灌的常規(guī)施肥CK2進(jìn)行比較時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)T100和T80較CK2增產(chǎn)效果大幅下降，分別降至16.3%和11.8%。上述結(jié)果表明，滴灌施肥相對(duì)常規(guī)施肥對(duì)甘蔗生長(zhǎng)有促進(jìn)和增產(chǎn)作用，有相當(dāng)一部分是由增加的水分滴灌貢獻(xiàn)，另一部分通過(guò)少量多次的滴灌施肥模式貢獻(xiàn)。趙海雄[20]和楊雪等[21]的研究也證實(shí)僅通過(guò)增加膜下滴灌可以顯著促進(jìn)甘蔗有效莖數(shù)增加，蔗莖產(chǎn)量提升達(dá)到10%以上。而滴灌施肥模式的加入，可以根據(jù)甘蔗生長(zhǎng)養(yǎng)分需求，將70%以上的養(yǎng)分安排在對(duì)養(yǎng)分需求量更多的莖伸長(zhǎng)期分多次施用，同時(shí)通過(guò)水肥融合作用，以促進(jìn)這個(gè)階段養(yǎng)分吸收量增加，去提升甘蔗成莖率和有效莖數(shù)，進(jìn)而增加甘蔗產(chǎn)量。譚宏偉等[11]和彭明戈[13]研究證實(shí)滴灌施肥少量多次的施肥方式可顯著增加在甘蔗莖伸長(zhǎng)期氮、磷、鉀元素吸收量。本研究也證實(shí)，滴灌施肥T100和T80相對(duì)于CK2前期分蘗率并無(wú)顯著差異，其增產(chǎn)作用主要通過(guò)成莖率和有效莖數(shù)增加來(lái)實(shí)現(xiàn)。

與滴灌施肥顯著促進(jìn)甘蔗產(chǎn)量提升不同，其對(duì)甘蔗蔗糖分影響相對(duì)較小，僅在2019年試驗(yàn)中，滴灌施肥T100和T80蔗糖分顯著高于CK1。在2020年試驗(yàn)中，各滴灌施肥處理與CK1和CK2均無(wú)顯著差異。由于甘蔗蔗糖分累積是一個(gè)由多因素控制的復(fù)雜性狀，特別在甘蔗生長(zhǎng)中后期會(huì)受到水分供給、不同營(yíng)養(yǎng)元素配比以及水肥耦合效應(yīng)等多因素的正向或負(fù)向調(diào)控[22-23]，因此后期可開展針對(duì)性的研究，在甘蔗糖分累積關(guān)鍵時(shí)期通過(guò)對(duì)不同配比營(yíng)養(yǎng)元素的科學(xué)合理供給和水肥耦合調(diào)控來(lái)提升蔗糖分累積。

經(jīng)濟(jì)效益是滴灌施肥技術(shù)能否可持續(xù)發(fā)展的重要指標(biāo)。本研究中，甘蔗收益在扣除肥料和滴灌成本后，僅滴灌施肥T100和T80純收益顯著高于CK1。CK2和T60處理相對(duì)CK1均出現(xiàn)增產(chǎn)不增收的現(xiàn)象，2年平均收益分別減少3446、2350元/hm2。成本較高的滴灌設(shè)施投入一直是阻礙滴灌施肥技術(shù)在甘蔗生產(chǎn)應(yīng)用的主要限制因子，但供水管道和水泵等滴灌設(shè)施均可通過(guò)擴(kuò)大種植規(guī)模和多年重復(fù)利用來(lái)攤低前期投入成本，逐步提高植蔗整體收益。因此，通過(guò)利用滴灌施肥技術(shù)設(shè)置適宜施肥量，加上規(guī)?；统掷m(xù)性經(jīng)營(yíng)，可極大降低甘蔗滴灌施肥技術(shù)的應(yīng)用成本。

滴灌施肥除了能夠促進(jìn)作物生長(zhǎng)、提升產(chǎn)量和效益外，還能夠大幅提升肥料的利用率[9]。在本研究中，所有滴灌施肥處理及CK2的肥料利用率均較CK1顯著提高，特別是T80的養(yǎng)分利用率提升最高，2年平均氮肥利用率從19.94%增長(zhǎng)至48.36%、磷肥從9.75%增長(zhǎng)至27.70%，鉀肥從38.24%增長(zhǎng)至68.95%。這表明常規(guī)施肥的大量養(yǎng)分未被甘蔗吸收利用而進(jìn)入了環(huán)境，給環(huán)境帶來(lái)了巨大潛在風(fēng)險(xiǎn)。膜下滴灌減量施肥技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以大幅提升肥料利用率，降低肥料成本，還可以有效減緩農(nóng)業(yè)面源的污染問(wèn)題。

本研究通過(guò)2年田間試驗(yàn)表明，在中等肥力磚紅壤蔗區(qū)，應(yīng)用膜下滴灌施肥系統(tǒng)，采用較常規(guī)施肥減量20%處理T80的施肥模式，化肥利用率最高，同時(shí)增產(chǎn)效果顯著，在甘蔗生產(chǎn)中具有較好的應(yīng)用前景。同時(shí)，在本研究中也還存在著滴灌施肥對(duì)蔗糖分的提升并不明顯，以及試驗(yàn)僅針對(duì)蔗區(qū)磚紅壤開展，不同生態(tài)蔗區(qū)土壤質(zhì)地差異也會(huì)對(duì)滴灌施肥效果產(chǎn)生影響。因此，在今后的研究中，一方面可進(jìn)一步針對(duì)甘蔗不同發(fā)育時(shí)期對(duì)氮、磷、鉀及各種中微量元素的差異化需求，研發(fā)適宜各生長(zhǎng)階段的水溶性肥料套餐，配合滴灌施肥技術(shù)，促進(jìn)甘蔗產(chǎn)量、蔗糖分、肥料利用率繼續(xù)提升；另一方面，還需要針對(duì)不同蔗區(qū)生態(tài)環(huán)境和土壤質(zhì)地差異，對(duì)甘蔗滴灌施肥頻次、濃度等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行研究和優(yōu)化，完善甘蔗滴灌施肥技術(shù)體系，以促進(jìn)滴灌施肥技術(shù)在我國(guó)甘蔗生產(chǎn)上規(guī)模化應(yīng)用。