不同施氮水平下固氮菌肥對甘蔗的應(yīng)用效果試驗①

梁 闐 何為中 譚宏偉 高軼靜 龐 天 李德偉 覃振強

(1廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/廣西甘蔗遺傳改良重點實驗室/農(nóng)業(yè)部廣西甘蔗生物技術(shù)與遺傳改良重點實驗室 530007；2廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院 530007)

化肥在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用十分重要，但長期大量使用化肥卻導(dǎo)致土壤肥力下降，作物產(chǎn)量不增反降，進而引起成本增加、環(huán)境污染等一系列的問題。在化肥中，氮肥的使用量最大，但作物對氮肥的利用率很低，平均只有20%～40%[1-2]。甘蔗植株高大，生育期長，產(chǎn)量高，需肥量大、需肥時間長；甘蔗常規(guī)施肥中，氮肥利用率為18.9%～22.2%，大部分氮被揮發(fā)、淋溶和土壤吸附[3-4]。固氮菌肥是一類生物肥料，它通過固氮微生物的活動在土壤中固定空氣中分子態(tài)氮素，并將其轉(zhuǎn)化為植物可利用的化合態(tài)氮素[5-6]；同時，固氮菌肥中的固氮菌在自身生命活動中將土壤中難溶的礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化為作物可以利用的物質(zhì)，增加肥效，供給作物利用，從而達到提高作物產(chǎn)量的目的[7-8]；施用固氮菌肥可節(jié)約化肥、增加作物產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本，對保護農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境也十分有利[9-10]。陸忠等[11]在甘蔗、崔美華等[5]在水稻、曹云海[12]在小麥玉米的研究結(jié)果表明，施用固氮菌肥，可以提高這些作物的產(chǎn)量，對其生長有益，減少施氮量。但是固氮菌肥對作物應(yīng)用效果受作物生長狀況、土壤條件、氣候環(huán)境、生產(chǎn)水平等因素的影響[10,13]；馬紅梅等[7]的研究結(jié)果顯示，在土壤0.15 mg/kg氮水平時，固氮菌肥對油菜的綜合施用效果最佳；而有關(guān)甘蔗的固氮菌肥高效施用與氮素范圍的研究未見報道。為此，本研究聚焦固氮菌肥在不同施氮水平下對甘蔗產(chǎn)量和蔗糖品質(zhì)的影響，探討固氮菌肥施用的氮量最佳范圍，以期在甘蔗生產(chǎn)上的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試肥料：甘蔗固氮菌劑(固氮菌分離自廣西的栽培甘蔗，有效活菌數(shù)≥5億/mL，廣東東莞市保得生物工程有限公司產(chǎn)品)、 尿素(N≥46%，國產(chǎn))、 過磷酸鈣(P2O5≥16%，國產(chǎn))、 氯化鉀(K2O≥60%，國產(chǎn))； 供試甘蔗品種：‘桂糖42號’。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)5個處理，其中CK氮肥為常規(guī)追量，即尿素900 kg/hm2(分蘗肥為總追量25%、撥節(jié)肥為總追量75%，下同)，A、B、C、D處理種莖用500倍固氮菌劑稀釋液浸泡1 min，尿素追量分別為630、540、450、 360 kg/hm2(即 CK尿素追量的 70%、60%、50%、40%)；各處理基肥均施尿素75 kg/hm2、過磷酸鈣937.5 kg/hm2、氯化鉀500 kg/hm2。試驗行長7.0 m、行距1.2 m，5行區(qū)，小區(qū)面積42.0 m2；3次重復(fù)，共15個小區(qū)，隨機區(qū)組排列，周圍種保護行(排)。

1.2.2 試驗方法

試驗在廣西農(nóng)科院甘蔗研究所試驗場進行，供試地塊平坦，排灌條件良好，前茬作物為甘蔗；土壤類型為黃壤土、粘重。種植前對蔗地土壤采樣，土壤理化特性分析結(jié)果如下：pH值5.4，有機質(zhì)含量15.1g/kg、全氮含量0.085%、全磷含量0.059%、全鉀含量1.01%，水解性氮66 mg/kg、速效磷20.7mg/kg、速效鉀77 mg/kg。2017年3月11日種植。選擇無病蟲害、蔗莖均勻、蔗芽飽滿的半莖種或梢部種，砍成雙芽段，下種量105 000芽/hm2。下種前施基肥，即按設(shè)計量將各肥料均勻撒施于處理小區(qū)種植溝并用鋤頭將肥料與溝底碎土拌勻，CK種莖直接擺入處理小區(qū)種植溝，A、B、C、D處理種莖用500倍固氮菌劑稀釋液浸泡1 min，撈起瀝干(陰干)，放入相應(yīng)的處理小區(qū)種植溝，雙行品字型擺種，蓋3～5 cm厚細泥、覆蓋地膜；5月6日施分蘗肥后小培土，5月28日施撥節(jié)肥后大培土。其它田間管理與常規(guī)生產(chǎn)方法相同。2018年1月29日砍收。

1.2.3 項目調(diào)查及分析

（1）土壤肥力：甘蔗種植前采樣，分析土壤全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀、有機質(zhì)、pH值等。

(2)調(diào)查甘蔗萌芽率、分蘗率、蔗株伸長量(6～10月，每月調(diào)查1次)，收獲前調(diào)查甘蔗產(chǎn)量性狀(單位面積有效莖數(shù)、株高、莖徑)和分析蔗糖品質(zhì)等，砍收時稱量每小區(qū)的蔗莖產(chǎn)量。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel和DPS軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 各處理對甘蔗萌芽率及分蘗率的影響

甘蔗生長從萌芽開始。萌芽好，產(chǎn)量就有足夠的苗數(shù)基礎(chǔ)。生產(chǎn)上一般要求甘蔗萌芽率60%以上。分蘗是甘蔗的一種固有習(xí)性，是增加單位面積有效莖數(shù)的一條重要途徑。分蘗期既要產(chǎn)生分蘗，又要大量長根長葉，需要較多的養(yǎng)分，養(yǎng)分不足甘蔗分蘗減弱[3,14]。調(diào)查結(jié)果(表1)表明，A、B、C、D處理甘蔗萌芽率為72.05%～75.91%，比CK(69.39%)多2.66%～6.52%，處理間的萌芽率相差較少，差異不顯著，說明固氮菌肥不影響甘蔗萌芽出苗。CK甘蔗分蘗率最高41.48%，A、C、B、D處理分蘗率分別為31.76%、28.44%、25.72%和24.87%，分蘗率與施氮量呈正比，CK甘蔗分蘗率高于其余處理的9.72%～16.61%。其中，CK分蘗率分別與A、B、C、D處理差異達顯著水平，A、B、C、D處理間的差異不明顯，表明減少氮肥施量，甘蔗分蘗減弱。

表1 各處理甘蔗萌芽率與分蘗率 單位：%

2.2 各處理對甘蔗伸長量的影響

從表2可知，6月底，各處理甘蔗株高為101～103 cm、相差較少，處理間差異不明顯；7月CK甘蔗伸長量最多88 cm，A、B、C、D處理伸長量分別為86、86、80、80 cm，CK伸長量均高于其它處理，但處理間差異不顯著。8～10月，各處理甘蔗的月伸長量基本一致、相差較少?？梢娫诘?尿素)施量減少40%～70%的情況下，通過固氮菌肥的作用，前中期的甘蔗生長保持較高的水平。11月至次年1月，A、B、C、D處理甘蔗伸長量在31～34 cm，CK為21 cm，其中A、B、C、D處理間差異不明顯，分別與CK差異達顯著水平。7月至次年1月，各處理甘蔗總伸長量從高至低為：A＞B＞C＞D＞CK，處理間差異不顯著。生長后期，A、B、C、D處理甘蔗伸長量明顯高于CK，表明A、B、C、D處理延長了肥料作用時間，后期甘蔗保持一定的生長速度。可見，固氮菌肥對甘蔗生長具有促進作用，其中生長后期的甘蔗伸長量顯著增加。

表2 7月至次年1月各處理甘蔗伸長量 單位：cm

2.3 各處理對甘蔗產(chǎn)量性狀及蔗莖產(chǎn)量的影響

甘蔗單位面積產(chǎn)量由單位面積的有效莖數(shù)和平均單莖重構(gòu)成，甘蔗單莖重由蔗莖長度、莖徑和蔗莖密度決定[3,14]。表3顯示，CK、A、B、D、C處理的甘蔗有效莖數(shù)在57 930～60 945株/hm2、處理間相差較少，差異不顯著；處理間的蔗株莖徑差異不明顯；各處理甘蔗蔗株從高至低為：A(350 cm)＞B(347 cm)＞C(345 cm)＞D(344 cm)＞CK(337 cm)， A、B、D、C處理株高與施氮量呈正相關(guān)，各處理之間差異不顯著；A處理蔗莖產(chǎn)量最高，為84.24 t/hm2， B 處理次之， 為 84.21 t/hm2， D、 C、 CK 處理蔗莖產(chǎn)量依次為81.68、80.48、80.01 t/hm2，A、B、D、C處理分別比CK增產(chǎn)0.58%～5.34%，處理間產(chǎn)量差異不明顯。表明固氮菌肥與適量氮肥配施，促進甘蔗生長，株高和產(chǎn)量有所增加。

表3 各處理甘蔗產(chǎn)量性狀及蔗莖產(chǎn)量

2.4 各處理對甘蔗品質(zhì)的影響

甘蔗蔗糖分分析結(jié)果(表4)顯示，A、B、C、D處理間的錘度和蔗汁重力純度相差較少、均略低于CK；各處理的纖維分為11.41%～12.79%、還原糖分為0.16%～0.23%；CK蔗汁糖分和甘蔗蔗糖分均略高于A、B、C、D處理，A、B、C、D處理間的蔗汁糖分及甘蔗蔗糖分相差不大；各處理含糖量10.994～11.815 t/hm2，其中B處理含糖量最高、A處理次之。A、B、C、D處理的錘度、蔗汁糖分、蔗汁糖分、甘蔗蔗糖分等略低于CK，是因在糖分積累前期還進行蔗莖營養(yǎng)生長，故推遲了甘蔗糖分積累期。

表4 各處理的甘蔗品質(zhì)

2.5 各處理的經(jīng)濟效益分析

對各處理經(jīng)濟效益進行比較分析(表5)結(jié)果顯示，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值扣除固氮菌、浸種、尿素等成本，CK、A、B、C、D處理收入分別為37 755、39 895、40 080、38 440、39 265元/hm2。與CK相比，B處理增收2 325元/hm2、排名第1，A處理增收2 140元/hm2、列居第2，D處理增收1 510元/hm2、排位第3，C增收685元/hm2、名列第4。固氮菌肥與適量的氮肥配施，可以提高養(yǎng)分利用率，促進甘蔗生長，增加和穩(wěn)定甘蔗產(chǎn)量，減少化肥施量、降低生產(chǎn)成本，節(jié)本增收效果明顯，其中以B處理增收效果最佳、A處理次之。

表5 各處理的經(jīng)濟效益

3 討論與結(jié)論

試驗結(jié)果表明，不同的施氮水平下，固氮菌肥的施用對甘蔗生長、產(chǎn)量等方面具有一定的效應(yīng)作用。固氮菌肥與適量氮肥配施，提高肥料利用率，延長肥料作用時間，促進甘蔗生長，增加和穩(wěn)定甘蔗產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本，增加經(jīng)濟收入，減肥增效明顯。尿素追量540～630 kg/hm2，固氮菌肥施用的增產(chǎn)效果及經(jīng)濟效益優(yōu)于360～450 kg/hm2。

氮養(yǎng)分對甘蔗分蘗具有促進作用，分蘗率隨著施氮量增多而增加[3,14]。本研究各處理分蘗肥尿素量為相應(yīng)追肥總量的25%，分蘗肥(尿素)90～157.5 kg/hm2的A、B、C、D處理分蘗率隨施氮量減少依次遞減、處理間差異不明顯，與分蘗肥(尿素)225 kg/hm2的CK相比，分蘗率減少9.76%～16.61%、差異均達顯著,表明A、B、C、D處理提供的氮肥不足，以致甘蔗分蘗逐漸減弱。謝金蘭等[15]的研究結(jié)果表明，氮肥(尿素)施量300、 600、 900 kg/hm2， 一次性作基肥施用的甘蔗分蘗率分別為25.6%、39.0%、40.8%，30%作分蘗肥施用的甘蔗分蘗率分別為17.7%、24.1%、28.7%，甘蔗分蘗率隨著氮肥施用量的增加而增加，與本研究結(jié)果相似。由于試驗的甘蔗萌芽率(69.39%以上)比較高、超過大田生產(chǎn)指標(60%)，加之甘蔗具有較強自我調(diào)節(jié)能力，所以處理間的單位面積有效莖數(shù)差異不明顯。為此，大田生產(chǎn)上應(yīng)根據(jù)苗情，對萌芽率低、出苗差的蔗地要早施和適當(dāng)增施氮肥，促進主莖苗早分蘗、多分蘗，增加蔗苗數(shù)，為獲取甘蔗高產(chǎn)打好苗數(shù)基礎(chǔ)。

生物菌肥能改善根際微生態(tài)條件，增加土壤肥力，肥效持久，與化肥配合施用效果更佳[16-17]。生物肥料中有益微生物在生命活動過程中，能促進土壤中各種營養(yǎng)物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化以及養(yǎng)分的釋放,促進作物的生長發(fā)育,增加作物的生物產(chǎn)量[7-8]。試驗觀察結(jié)果表明，與CK相比較，A、B、C、D處理甘蔗分蘗末期或伸長期的株高或月伸長量基本同處一水平，生長后期甘蔗伸長量增多，差異顯著，增高蔗株，蔗莖產(chǎn)量與之相當(dāng)甚至增加；而生長后期還進行蔗莖營養(yǎng)生長，影響蔗糖分積累、延遲了甘蔗成熟。可見，在尿素追量360～630 kg/hm2內(nèi)，固氮菌肥的肥效相當(dāng)甚至略優(yōu)于CK，能提供足夠的養(yǎng)分滿足甘蔗生長需要，利于甘蔗對養(yǎng)分的吸收，促進甘蔗生長，而且延長肥料作用時間，生長后期甘蔗還保持一定的生長速度，穩(wěn)定和增加產(chǎn)量，其中尿素追量540～630 kg/hm2時，固氮菌肥施用的增產(chǎn)效果最佳。因此，不同施氮水平下固氮菌肥的施用對甘蔗株高和產(chǎn)量有一定的促進作用。

固氮菌肥與適量氮肥配施，能減少化肥施量，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染，達到節(jié)本增收的效果。微生物能釋放土壤中不易被植物吸收的養(yǎng)分,降低肥料的施用量,提高了肥料的利用率[7-8]。本試驗中，在固氮菌肥與適量氮肥配施的模式下，投入的尿素追量比CK減少40%～70%，仍獲得與CK相當(dāng)甚至較高的甘蔗產(chǎn)量，是一種兼顧經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的生物菌肥與化肥合理配施的施肥方案。與CK相比，既減少了化肥施量，降低生產(chǎn)成本，減輕環(huán)境污染，又改善土壤肥力，提高了肥料利用率，穩(wěn)定和增加甘蔗產(chǎn)量，達到節(jié)本增效的效果。目前生產(chǎn)上普遍存在蔗農(nóng)為了獲得更高的甘蔗產(chǎn)量，不惜成本重施、偏施氮肥等現(xiàn)狀；肥料的不合理施用，不僅增加施肥成本，影響甘蔗生產(chǎn)的效益，而且加重土壤板結(jié)，理化性狀惡化，帶來嚴重的環(huán)境污染[18-19]。因此，固氮菌肥與適量氮肥的推廣應(yīng)用，對推進甘蔗產(chǎn)量的提高與農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的保護和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

本研究中固氮菌肥與氮肥配施的甘蔗分蘗減弱、生長后期保持一定的蔗莖營養(yǎng)生長、延遲成熟，可能與分蘗肥、撥節(jié)肥的施量有關(guān)聯(lián)；固氮菌肥對作物應(yīng)用效果受作物生長狀況、土壤條件、氣候環(huán)境、生產(chǎn)水平等因素影響[10-11]。因此，還有待在今后進行分蘗肥和撥節(jié)肥施量比例及更多的大田試驗，進一步探討更科學(xué)合理與固氮菌肥配施的氮量范圍，以實現(xiàn)優(yōu)化配比施肥和有效施肥，促進甘蔗的節(jié)本增效栽培。