优化施肥对甘蔗产量、养分吸收及肥料利用率的影响

黄振瑞等

摘 要 过量施用化肥不仅影响甘蔗的生长发育，而且导致化肥利用率低和污染环境。以甘蔗品种新台糖22号为材料，采用随机区组设计，通过两年（造）田间试验，探讨优化施肥对甘蔗产量效应、养分吸收和肥料利用率的影响。结果表明，优化施肥处理（N 345 kg/hm2，P2O5 195 kg/hm2，K2O 240 kg/hm2）甘蔗平均产量高于常规施肥处理（N 404 kg/hm2，P2O5 296 kg/hm2，K2O 281 kg/hm2）；甘蔗分蘖期和伸长期的氮和磷吸收量显著高于常规施肥处理；氮、磷、钾肥料利用率显著高于常规施肥，分别提高6.1%、5.5%和13.3%。适当减少化肥施用量，调整氮磷钾配比，可促进甘蔗分蘖期和伸长期对氮和磷的吸收，提高肥料利用率和产量。甘蔗优化施肥是一种兼顾经济效益和环境效益的合理施肥方案，值得推广应用。

关键词 甘蔗；优化施肥；产量；养分吸收；肥料利用率

中图分类号 S147.3 文献标识码 A

Effect of Optimum Fertilization on Sugarcane Yield，

Nutrient Uptake and Fertilizer Use Efficiency

HUANG Zhenrui1，2， ZHOU Wenling1， JIANG Yong1，

LI Qiwei1， CHEN Qing2 *， ZHANG Fusuo2

1 Guangzhou Sugarcane Industry Research Institute / Guangdong Key Laboratory of Sugarcane Improvement

and Biorefinery， Guangzhou， Guangdong 510316， China

2 College of Resources and Environmental Sciences， China Agricultural University， Beijing 100193， China

Abstract Excessive application of chemical fertilizer not only limits sugarcane growth， but also reduces fertilizer use efficiency and pollutes the environment. In this paper， based on the randomized block design， two years field experiments with cultivar ROC22 were conducted to study the effects of optimum fertilization on the yield of sugarcane， nutrient uptake and fertilizer use efficiency. The results showed that the average sugarcane yield of the optimized fertilization treatment（OPT， N 345 kg/hm2， P2O5 195 kg/hm2， K2O 240 kg/hm2）was a little higher than that of the conventional fertilizer treatment（CON， N 404 kg/hm2， P2O5 296 kg/hm2， K2O 281 kg/hm2）. The contents of nitrogen and phosphorus in shoots at both the tillering and elongation stage of the OPT were significantly higher than those of CON. The average fertilizer use efficiencies of nitrogen， phosphorus， and potassium increased by 6.1%， 5.5% and 13.3% with optimized fertilization treatment compared to the conventional way. These results implied that properly reducing fertilizer dosage and adjusting the ratio of NPK would increase the absorption of nitrogen and phosphorus at both tillering and elongation stage， and finally improve apparent fertilizer use efficiency and sugarcane yield. The optimized fertilization was a both economic and environmental benefits scheme that should be recommended for practical sugarcane production under local conditions.

Key words Sugarcane； Optimum fertilization； Yield； Nutrient uptake； Fertilizer use efficiency

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.09.004

甘蔗是世界上最主要的糖料作物，中国是世界第三大甘蔗糖生产国，甘蔗种植面积位于巴西和印度之后，达160万hm2[1]。与世界许多先进甘蔗生产国及地区相比，中国甘蔗单产较低，平均单产约70 t/hm2左右，而澳大利亚、泰国、夏威夷、墨西哥等单产较高，约120 t/hm2[2]。当前我国甘蔗生产主要存在施肥量大（尤其是氮肥）、生产成本高、肥料利用率低等问题，不仅造成蔗田土壤质量和甘蔗品质逐渐下降，而且大量盈余养分不能被作物吸收利用而在较长时间内以不同的形态残留在土壤或释放到大气环境中，对生态环境构成巨大的威胁。20世纪90年代以来，随着中国农业生产中肥料用量的急剧增加，由于不合理施用而引起土壤氮素过剩、肥料增产不明显以及氮、磷大量积累危害生态环境的现象日益普遍，这种情况在甘蔗生产中尤为突出。合理施肥，发展作物高产优质是建立资源节约型、环境友好型农业生产体系，实现中国农业可持续发展的重要措施。西欧农业发达国家自20世纪80年代起，化肥用量就开始下调[3]。近年来在中国部分地区也进行了化肥减量试验研究，不同地区的实验结果显示，适当减少氮肥用量对作物不会造成显著减产[4-5]。然而，在甘蔗生产上尚没有科学合理的优化施肥方案。特别是减量施肥，对于如何减，减多少等问题都鲜有相关研究报道。为此，本研究以农民常规施肥为对照，根据甘蔗生长发育和养分需求规律，采用降低施肥量并调整氮磷钾配比的优化方案，通过田间对比试验，研究不同生育时期甘蔗体内养分含量状况，探讨优化施肥与常规施肥对甘蔗产量效应和肥料利用率的影响，提出研究区域兼顾环境和经济效益的合理施肥方案。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试土壤 试验地点位于广西南宁市宾阳县，东经108°32′～109°15′，北纬22°54′～23°37′。供试土壤为赤红壤，基本肥力参数为：pH5.4，土壤有机质含量21.3 g/kg，全氮1.3 g/kg，速效磷18.5 mg/kg（盐酸-氟化铵法），速效钾134 mg/kg（醋酸铵浸提法）。

1.1.2 供试作物及肥料 以全国栽培面积最大的甘蔗品种新台糖22号为试验材料进行两年（造）田间试验，第一造试验时间：2012年3月3日种植，2013年1月15日收获；第二造试验时间：2013年3月21日种植，2014年1月28日收获。蔗种经砍成双芽后品字形摆放，下种量为12 t/hm2，行距1.0 m。供试肥料：复合肥均为广西新洋丰肥业有限公司生产，养分含量（N-P2O5-K2O）有45%和51%两种，45%配比分别有12-20-13、15-15-15和14-16-15三种，51%配比为25-10-16；尿素（含N 46%）。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验以甘蔗施肥为考察对象，结合土壤养分及甘蔗需肥特性，在当地农民习惯施肥的基础上优化氮磷钾肥施用量和施用比例，设3个处理，分别为不施肥（CK）、常规施肥（CON）和优化施肥（OPT）。各处理具体措施为：不施肥处理为空白对照；常规施肥（CON）按当地农民施肥习惯，施肥量为N 404 kg/hm2，P2O5 296 kg/hm2，K2O 281 kg/hm2；优化施肥（OPT）的施肥量为N 345 kg/hm2，P2O5 195 kg/hm2，K2O 240 kg/hm2，氮肥和钾肥用量较常规施肥各减少15%，磷肥减少34%。各个处理3次重复，随机区组排列，小区面积333.5 m2。具体施肥量和肥料运筹见表1。基肥在播种时施下，两年试验的分蘖肥分别于2012年6月6日和2013年6月15日施用，追尾肥分别于2012年8月19日和2013年8月26日施用。其他田间生产管理均按当地实际生产措施进行，并适时防治病虫害。

1.2.2 测定项目与方法 植株样品养分的测定：分别于2012年4月15日（苗期）、6月2日（分蘖期）、9月13日（伸长期）、12月8日（成熟期）在每个小区随机取6株生长正常的甘蔗，用自来水洗净，并用蒸馏水冲洗后，分成叶片、茎、根不同部位，在105 ℃杀青30 min，于70 ℃烘干后称干重，粉碎过0.15 mm筛，用于养分含量的测定。全氮含量用凯氏定氮法，全磷用钼锑抗比色法，全钾用火焰光度计法测定[6]。

产量构成因素的调查：伸长中期，每小区内随机选取5行，每行连续调查20 株甘蔗的株高和茎径，取平均值作为该小区甘蔗的株高和茎径；随机调查每个小区内66.7 m2的甘蔗株数作为有效茎数，并换算成公顷有效茎数。

测产方法：在每个小区内随机砍收66.7 m2的甘蔗，去掉蔗稍及蔗茎上的叶，进行现场称重实收实测记录，并计算出公顷产量。

甘蔗蔗糖分的测定：分别于2012年12月28日和2014年1月5日在每个小区随机取6株甘蔗，去除蔗稍及蔗茎上的叶，经过压榨后，通过分析蔗汁蔗糖分和蔗渣蔗糖分来测定甘蔗蔗糖分。蔗汁蔗糖分采用一次旋光法，蔗渣蔗糖分采用烘干推算法[7]。

肥料利用率（%）计算方法[8]如下：

氮（磷、钾）肥料利用率=[（施氮（磷、钾）肥区作物地上部分氮（磷、钾）吸收量-不施氮（磷、钾）肥区作物地上部分氮（磷、钾）吸收量）]/施氮（磷、钾）肥区养分氮（磷、钾）投入量×100%

其中：养分吸收量=甘蔗产量×蔗茎养分含量+叶片干物质重×叶片养分含量。

1.3 数据统计分析

试验数据用Excel和DPS统计软件进行分析，多重比较分析采用Duncan方法检验。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理的甘蔗产量

从表2可以看出，2012～2014年优化施肥（OPT）处理的甘蔗产量均最高，其中2013年的产量显著高于常规施肥（CON）和对照（CK）。优化施肥和常规施肥两年甘蔗平均产量分别为80.2和76.7 t/hm2，比对照（56.5 t/hm2）分别增产42.0%和35.9%。从产量构成因素来看，优化施肥处理对各构成因素有一定的促进作用，但效果不显著，而综合各因素的作用，2013年的产量显著高于常规施肥。由此可见，适当减少施肥量，不会造成甘蔗减产，反而通过氮磷钾配比的调整，养分的供应更加符合甘蔗生长发育对养分的需求规律，促进甘蔗的生长，提高甘蔗产量。

2.2 甘蔗氮磷钾养分吸收与分配

表3显示，施肥处理的甘蔗各部位氮含量均高于对照（CK）。除不施肥处理外，施肥处理叶片、茎和根中氮含量苗期无显著差异；分蘖期和伸长期优化施肥（OPT）处理显著高于常规处理（CON）；成熟期常规施肥处理略高于优化施肥处理。常规施肥处理基肥投入量高于优化施肥处理，而且比优化施肥多施一次氮肥作为追尾肥，因此，苗期和成熟期其甘蔗体内氮含量也比优化施肥处理的高；而分蘖肥优化施肥处理的氮素施用量比常规施肥处理多42.9%，甘蔗体内的氮含量显著高于常规施肥处理。可见，甘蔗体内氮含量与各处理不同时期氮素投入量紧密相关。

随着生长时期的推移，各处理甘蔗体内的氮素累积量呈上升趋势，成熟期达到最大值（图1）。各施肥处理各时期氮累积量均显著高于对照（p<0.05），表现为优化施肥（OPT）>常规施肥（CON）>CK。苗期和分蘖期，优化施肥处理氮累积量和常规施肥处理无显著差异，但伸长期显著高于常规施肥处理。这是因为各处理间基肥氮素用量相差不大，而分蘖肥中优化施肥处理的氮素用量大，而且该时期为甘蔗的生长旺盛期，干物质的积累需要大量的氮素，因此其氮累积量较高。可见，氮肥运筹方式的不同，对甘蔗不同生育时期氮素的吸收与累积会产生较大影响，进而影响甘蔗产量的形成。

从表4可以看出，施肥处理甘蔗各部位的磷含量均高于对照。从不同施肥处理看，苗期甘蔗叶片、茎和根中磷含量均表现为优化施肥高于常规施肥，差异显著；分蘖期以后常规施肥处理的磷含量与优化施肥处理的相当或略高。这主要与常规施肥处理分蘖肥投入大量磷素有关。

各施肥处理不同时期磷吸收总量显著高于对照（p<0.05），大小顺序为优化施肥（OPT）>常规施肥（CON）>CK（图2）。分蘖期前优化施肥处理磷积累量显著高于常规施肥，但分蘖期后随着大量磷肥的施用，彼此之间的差异也随之变小。

由不同生长时期不同部位钾含量的动态变化（表5）可以看出，各施肥处理的钾含量均高于对照。不同生长时期不同器官中常规施肥处理的钾含量均高于优化施肥处理，但差异不显著。主要与常规施肥处理钾素投入量大相关。

整个生育期钾的累积量以常规施肥（CON）最高，优化施肥（OPT）次之，显著高于对照（p<0.05）（图3）。比较不同施肥处理可知，伸长期前优化施肥处理钾累积量略高于常规施肥，而成熟期时常规施肥处理的钾累积量最高（10.26 g/株），略高于优化施肥处理，但无显著差异。

2.3 施肥处理对品质和经济效益的影响

由表6可以看出，2012年和2013年优化施肥处理的甘蔗蔗糖分均显著高于常规施肥（CON）处理，分别提高0.7%（绝对值，下同）和0.8%。常规施肥处理糖分较低的原因可能与后期追尾肥施入尿素影响蔗糖积累有关。2012年和2013年优化施肥处理的经济效益较常规施肥的分别增加6.5%和12.3%，产投比分别是常规施肥处理的1.28倍和1.33倍。优化施肥处理的养分投入量较常规施肥的少，而其产量又略高于常规施肥处理，故其效益和产投比均比常规施肥处理的高。可见，优化施肥的氮磷钾养分配比和肥料运筹方式有利于提高甘蔗蔗糖分和产投比，增加效益。

2.4 施肥处理对肥料利用率的影响

从表7可以看出，2012年和2013年优化施肥的氮肥、磷肥和钾肥利用率均高于常规施肥。不同年际间不同施肥处理的肥料利用率变化有所不同。2013年常规施肥的氮肥、磷肥和钾肥利用率较2012年均下降，特别是氮肥和钾肥，下降3～4个百分点；而优化施肥的氮肥和磷肥利用率较2012年有所上升，钾肥利用率略有下降。优化施肥氮肥、磷肥和钾肥利用率两年平均值分别为26.7%、13.3%和72.8%，较常规施肥（20.6%、7.8%和59.5%）分别高6.1、5.5和13.3个百分点。可见，优化施肥处理有利于提高肥料利用率，降低生产成本和肥料盈余给环境带来的风险。

3 讨论与结论

试验结果表明，优化施肥分蘖期和伸长期甘蔗体内的氮和磷含量明显高于常规施肥，说明优化施肥的运筹方式有利于甘蔗对氮和磷的吸收，为甘蔗的分蘖、有效茎数的形成和干物质的积累奠定了基础。另外，成熟期常规施肥处理甘蔗体内较高的氮含量会延迟甘蔗成熟和降低蔗糖分[9-10]，两年的结果均表明优化施肥处理的甘蔗蔗糖分显著高于常规施肥，平均高0.75%（绝对值）。梁计南等[11]的研究也表明，无论是旱地还是水田，氮肥对甘蔗蔗糖分有负作用，较高的氮水平会降低蔗糖分。

本研究结果表明，与常规施肥相比较，优化施肥处理在减少养分投入的情况下仍能获得与之相当甚至更高的产量，说明常规施肥的肥料投入量过大或氮磷钾配比不合理，而优化施肥的氮磷钾配比更符合甘蔗生长发育对养分的需求，促进甘蔗生长关键期（分蘖期和伸长期）对氮、磷养分的吸收和干物质的积累，从而获得较高产量。张其然[12]认为，甘蔗施肥配方的比例一般为N ∶ P2O5 ∶ K2O=1 ∶ 0.4 ∶ 0.7。谢恩[13]等研究发现，甘蔗产量效益最好时的氮磷钾施肥配比为1 ∶ 0.35 ∶ 0.68。本研究中农民常规施肥配比为1 ∶ 0.7 ∶ 0.7，可以看出磷肥比例过大，而且集中在后期，与甘蔗对养分需求规律不吻合，不利于甘蔗的分蘖，从而限制了产量水平。而优化施肥配比为1 ∶ 0.56 ∶ 0.7，与前人报道较为接近，但考虑该地土壤有效磷含量较低，配方中加大了磷的比例。

氮磷钾肥优化配比不仅可促进甘蔗对养分的吸收利用，实现增产增收，而且可提高肥料利用率和生产效率，降低生产成本和环境污染风险。本研究中，在常规施肥与优化施肥模式下，甘蔗产量明显高于不施肥处理，且优化施肥在增产、肥料利用率和环境保护方面均优于常规施肥处理，这与众多学者的研究结果一致[14-16]。当养分施用量已到达产量增加的潜力限度时，过量的养分投入有减小作物产量增加的趋势[17]，过量施肥一方面造成肥料浪费，致使养分的当季吸收利用率、农学利用率降低[18-19]，另一方面大量盈余养分进入环境，存在着巨大的环境风险。本试验中，两年的结果均显示常规施肥的氮、磷和钾肥料利用率显著低于优化施肥，而且常规施肥处理2013年的肥料利用率低于2012年，说明更多的肥料无法被甘蔗吸收利用而进入环境，埋下了潜在的风险。2012年和2013年两年常规施肥和优化施肥处理的钾肥利用率均较高（57.7%～73.1%），可能与甘蔗对钾的奢侈吸收有关。

优化施肥处理的氮肥和钾肥投入量为常规施肥的85%，磷肥投入量为常规施肥的66%，是一种兼顾经济效益和环境效益的合理施肥方案，可为防治农业面源污染提供一定的指导作用。与常规施肥相比，既减少了养分投入量和施肥次数，又提高了肥料利用率，获得稳定的产量，达到节肥省工增效的效果，具有一定的推广应用价值。

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