龍州縣河谷地區(qū)甘蔗適宜施氮量研究

施澤升，唐利球，彭 崇，陳海生*，覃瀟敏，馬文清，羅晟昇，郭 強(qiáng)，莫周美，秦昌鮮，何洪良，閉德金，莫勇武

(1廣西南亞熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，廣西崇左532400；2廣西鳳糖生化股份有限公司，廣西柳州545002)

0 引言

我國氮肥用量已達(dá)2400多萬t，隨著氮肥大量投入的同時，氮肥利用效率明顯降低。目前施入農(nóng)田中的氮肥被作物利用的僅 20%～40%，剩余的養(yǎng)分通過各種途徑進(jìn)入環(huán)境，造成環(huán)境污染，對此已有學(xué)者進(jìn)行相關(guān)的研究報道[1-3]。由于多年甘蔗連作，過度投入氮肥導(dǎo)致土壤酸化、板結(jié)，使土壤中氮素含量增加，破壞了土壤肥力的平衡，養(yǎng)分失衡進(jìn)一步導(dǎo)致了甘蔗黑穗病、梢腐病等病害的加重，甘蔗“連作障礙”已成為甘蔗產(chǎn)區(qū)突出的問題，因此尋求合理的氮肥投入量對維持蔗田生態(tài)平衡、促進(jìn)廣西糖業(yè)可持續(xù)發(fā)展都至關(guān)重要。謝如林等[4]在廣西中南部南寧市通過肥料試驗(yàn)，結(jié)果表明減氮施肥能大幅提高氮肥利用率，同時甘蔗產(chǎn)量并沒有下降。關(guān)于甘蔗對氮肥利用率有不同的報道，有學(xué)者指出甘蔗施用普通尿素的當(dāng)季氮素利用率在17.98%～31.44%[5-6]，低于世界甘蔗生產(chǎn)發(fā)達(dá)國家水平，而周修沖等[7]報道甘蔗對氮肥的利用率為29.3%～43.4%。在氮肥的平衡施用方法上，甘蔗生產(chǎn)中應(yīng)注重氮、磷、鉀合理配施，提高肥料利用率[8]，測土配方施肥，適當(dāng)配施鈣、鎂、硼、鉬肥，養(yǎng)分比較平衡，利于促進(jìn)甘蔗對養(yǎng)分的吸收，明顯增加甘蔗的產(chǎn)量和含糖量[9]，同時不同品種往往對肥料響應(yīng)不一致[10]，不同品種應(yīng)進(jìn)行合理的施肥運(yùn)籌，減少肥料的損失浪費(fèi)。龍州縣是廣西崇左市種植甘蔗面積較大的地區(qū)，甘蔗常年種植面積達(dá)3.2萬hm2左右，關(guān)于龍州地區(qū)氮肥對甘蔗產(chǎn)量和氮肥利用率的研究報道較少，本試驗(yàn)通過2017～2019年1新1宿田間定位試驗(yàn)研究不同氮肥用量對甘蔗農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量、糖分等的影響，以期尋求龍州縣河谷地區(qū)合理的甘蔗氮肥施用量，減少蔗田由于過多的化學(xué)肥料投入而造成生態(tài)的破壞。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

試 驗(yàn) 地 位 于 崇 左 市 龍 州 縣 (106°47′19′′ E ，22°20′28′′ N，海拔 115.4 m)的甘蔗種植區(qū)，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候類型。該地區(qū)氣候?qū)儆谀蟻啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，光熱充足，濕潤多雨，年平均氣溫為20～23℃，年平均降雨量為1000～1800 mm。試驗(yàn)點(diǎn)2017年降雨量為1293 mm，年平均溫度23.7℃；2018年降雨量為1073 mm，年平均溫度22.7℃。試驗(yàn)田土壤類型為赤紅壤，土壤質(zhì)地為粘土，耕層0～20 cm，土壤有機(jī)質(zhì)含量2.09%，堿解氮87.84 mg/kg，有效磷91.654 mg/kg，速效鉀54.73 g/kg，pH為4.40。

1.1.2 試驗(yàn)品種和試驗(yàn)肥料類型

甘蔗品種為 ROC22，占廣西甘蔗種植面積的68%，部分市、縣達(dá)90%以上。ROC22特征特性為：中莖至中大莖，原料蔗莖長，莖數(shù)中等，易脫葉，甘蔗基部粗大，不易抽穗開花，耐旱力強(qiáng)。試驗(yàn)施用氮肥為尿素(含N量為46%)，磷肥為普通過磷酸鈣(含 P2O5為 12%)，鉀肥為氯化鉀(含 K2O 為 60%)。

1.2 方法

1.2.1 施肥處理

實(shí)驗(yàn)于2017～2019年進(jìn)行了1新1宿試驗(yàn)，施肥試驗(yàn)共設(shè)6個處理，分別為施純氮0(N0，0%常規(guī)施氮量)、225(N1，37.5%常規(guī)施氮量)、300(N2，50%常規(guī)施氮量)、375(N3，62.5%常規(guī)施氮量)、450(N4，75%常規(guī)施氮量)、600(N5，100%常規(guī)施氮量)kg/hm2；所有處理的磷、鉀用量相同，磷肥施用量P2O5為120 kg/hm2，鉀肥施用量K2O為240 kg/hm2。2017年新植年氮肥分基肥(30%)、苗肥(20%)、伸長肥(50%) 3次施入，磷肥作為基肥一次性施入，鉀肥分2次施用，苗肥和伸長肥各占50%，基肥施肥日期為2017年3月14日，苗肥追肥日期為2017年5月 20日(同時進(jìn)行甘蔗培土)，伸長肥追肥日期為2017年7月13日。2018年宿根年氮肥分苗肥(50%)、伸長肥(50%) 2次施入，磷肥作為基肥一次性施入，鉀肥分2次施用，苗肥和伸長肥各占50%，苗肥施肥日期為2018年 5月 16日(同時進(jìn)行甘蔗培土)，伸長肥追肥日期為2018年7月18日。甘蔗行距1.2 m，采用雙芽段種植，用種量為12萬芽/hm2，小區(qū)面積42 m2(6.0 m×7.0 m)，每處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。甘蔗田間管理措施均一致。

1.2.2 樣品測定及計算方法

甘蔗于2017年3月12日播種，2018年4月2日收獲新植甘蔗，2019年4月1日收獲宿根甘蔗。伸長期采用山東方科儀器有限公司生產(chǎn)的FK-YL03葉綠素測定儀(具有測定SPAD值、氮素含量和溫度的功能)測定葉片葉綠素SPAD值和氮素含量，測定方法為在每年8月中旬，在伸長期每小區(qū)取10株長勢正常的甘蔗完全展開的倒4葉～倒5葉的葉片，用葉綠素儀夾住葉片中部后進(jìn)行讀數(shù)。收獲時測定甘蔗產(chǎn)量、錘度、株高、莖徑。計算方法如下：糖分(%)=平 均錘度(°Bx)×1.0825-7.703[11]； 產(chǎn)糖量(kg/hm2)=產(chǎn)量×糖分；氮肥農(nóng)學(xué)利用率(kg/kg)(Nitrogen Agronomy Utilization Efficiency，NAUE)=(施氮區(qū)甘蔗產(chǎn)量-空白區(qū)甘蔗產(chǎn)量)/施氮量；氮肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)(Partial Factor Productivity，PFP)=施氮區(qū)甘蔗產(chǎn)量/施氮量；氮肥產(chǎn)糖生產(chǎn)力(kg/kg)(Sugar Partial Factor Productivity，SPFP)=施氮區(qū)甘蔗產(chǎn)糖量/施氮量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮量對甘蔗產(chǎn)量及糖分的影響

如表1所示，與對照處理(N0)相比，2017年新植年，施氮(N1、N2、N4、N5)能顯著提高甘蔗株高、莖徑的數(shù)值，而不同施氮量(N1～N5)間的甘蔗株高和莖徑無顯著影響，但2018年宿根年，不同施氮處理間(N0～N5)間的株高、莖徑(N4除外)無顯著差異；2017年新植年，與對照處理相比，N2和N3處理顯著提高了甘蔗公頃有效莖數(shù)，但其他處理與對照無顯著差異，而2018年宿根年不同施氮處理間(N0～N5)間的有效莖數(shù)無顯著差異。通過1新1宿試驗(yàn)表明，施氮使新植與宿根的甘蔗產(chǎn)量顯著增產(chǎn)，不同施氮量(N1～N5)間的甘蔗產(chǎn)量則無顯著差異。

當(dāng)施氮量為N2(300 kg/hm2)，甘蔗產(chǎn)量和產(chǎn)糖量最大，1新1宿2年產(chǎn)量分別為88651和71941 kg/hm2、2年產(chǎn)糖量為12449和9329 kg/hm2。1新1宿 2年平均產(chǎn)量和產(chǎn)糖量分別為 80296、10889 kg/hm2。施用氮肥能顯著提高 2年的甘蔗產(chǎn)糖量，但宿根年N1處理產(chǎn)糖量低于N2～N5處理，說明當(dāng)施氮量低于 225 kg/hm2(N1)時，即使產(chǎn)量沒有顯著下降，但產(chǎn)糖量將顯著降低，因此，施氮量 225 kg/hm2可作為甘蔗產(chǎn)量隨施氮量變化的拐點(diǎn)。從表1中可以看出，N2處理是最優(yōu)處理，能使新植宿根的甘蔗產(chǎn)量和產(chǎn)糖量穩(wěn)定高產(chǎn)。

表1 不同施氮量對甘蔗產(chǎn)量及糖分的影響

2.2 不同施氮量對甘蔗氮素利用的影響

如表 2所示，通過測定甘蔗伸長期甘蔗葉片SPAD值和氮含量，結(jié)果表明施氮能提高葉片中SPAD和氮的含量，由于宿根年N0處理的土壤氮素開始耗竭，宿根年施氮處理的葉片葉綠素值和氮含量顯著高于不施氮處理。在甘蔗氮素利用方面，氮肥農(nóng)學(xué)利用率(NAUE)、氮肥偏生產(chǎn)力(PFP)、氮肥產(chǎn)糖力(SPFP)隨著氮肥的增加而逐漸下降(宿根年N1除外)，N1和N2處理的氮肥偏生產(chǎn)力(PFP)顯著高于N3、N4和N5處理。當(dāng)產(chǎn)量最大時(N2)，新植與宿根 2年的氮肥農(nóng)學(xué)利用率(NAUE)分別為103.44、77.08 kg/kg，而常規(guī)施肥(N5)則降至41.14、24.83 kg/kg。

2.3 龍州縣河谷地區(qū)甘蔗氮肥適宜施用量分析

表2 不同施氮量對甘蔗氮素利用的影響

通過 SPSS 15.0軟件回歸過程分析，模擬了 5種曲線模型表示不同氮肥與甘蔗產(chǎn)量間的關(guān)系，從表3可以看出線性函數(shù)、二次函數(shù)、三次函數(shù)、復(fù)合函數(shù)的R為0.396、0.572、0.583和0.436，概率P為 0.017、0.001、0.004和 0.008，概率P都小于 0.05，能模擬氮肥與甘蔗產(chǎn)量的關(guān)系。但是，本次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明N2處理產(chǎn)量最高，2年N1～N5處理的產(chǎn)量差異并不顯著；N1處理的產(chǎn)糖量在宿根年已顯著低于 N2施氮處理，而甘蔗產(chǎn)糖量下降會給糖廠造成經(jīng)濟(jì)損失，說明施氮量低于225 kg/hm2后，甘蔗產(chǎn)糖量將顯著下降，N1處理的施氮量應(yīng)作為產(chǎn)量變化的拐點(diǎn)，而N3～N5均屬于過量施肥，以上4種模擬的函數(shù)不能反映施肥由不足到過量的過程，會給模擬結(jié)果帶來巨大偏差，采用分段模型“線性+平臺”則能完整地模擬產(chǎn)量與施氮量間的關(guān)系(圖1)：當(dāng)施氮量為 0～225 kg/hm2時，能用函數(shù)y1=84.307466x+53217.47表示；當(dāng)施氮量大于 225 kg/hm2后，則y2=C，C為常數(shù)，此時產(chǎn)量在72186～80296 kg/hm2間小范圍變動。

在甘蔗氮肥適宜施用量計算上，取最高產(chǎn)量處理的施氮量(300 kg/hm2)為施肥下限，拐點(diǎn)施肥量225 kg/hm2與最高產(chǎn)量處理的施氮量相差 75 kg/hm2，對應(yīng)的取 375 kg/hm2(N3)為施肥上限，能保證甘蔗連年產(chǎn)量和產(chǎn)糖量都高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。因此，在龍州縣河谷地區(qū)，甘蔗生產(chǎn)上推薦的氮肥施用量為300～375 kg/hm2，比常規(guī)施肥(N5)減少 37.5%～50%。

表3 不同施氮量與甘蔗產(chǎn)量模擬分析

圖1 甘蔗氮肥適宜施用量模型圖

3 討論

合理的氮肥投入量對維持蔗田生態(tài)平衡至關(guān)重要。筆者通過調(diào)查崇左地區(qū)蔗農(nóng)習(xí)慣施氮量高達(dá)600 kg/hm2，肥料不合理利用問題十分突出。本區(qū)域最高產(chǎn)時所需的施氮量(300 kg/hm2)略低于其他區(qū)域的研究結(jié)果[12-13]，隨后增加氮肥投入甘蔗產(chǎn)量并未顯著增產(chǎn)，這是因?yàn)樵搮^(qū)域蔗田長期過量施肥，土壤堿解氮達(dá)87.84 mg/kg，所以提供適量的氮肥就能滿足甘蔗高產(chǎn)需求。在甘蔗氮肥適宜施用量計算上，取施氮量300 kg/hm2為施肥下限、取375 kg/hm2(比300 kg/hm2增加25%)為施肥上限的原因是：N1～N5處理間1新1宿2年甘蔗產(chǎn)量并無顯著差異，符合平臺型趨勢，因而氮肥施用區(qū)間不能用函數(shù)計算；此外，當(dāng)?shù)馗收徇B作年限一般為3～5年，隨著年限的增加，產(chǎn)量和產(chǎn)糖量的顯著變化的拐點(diǎn)施氮量將大于225 kg/hm2，產(chǎn)量最高時的施氮量也將大于300 kg/hm2，另一方面實(shí)驗(yàn)表明 N3～N5處理為施氮過量，施肥上限應(yīng)小于375 kg/hm2，因而施氮量上限取處理產(chǎn)量最高施氮量的125%(375 kg/hm2)較為科學(xué)。因此，在龍州縣河谷地區(qū)推薦的施氮量為300～375 kg/hm2，能科學(xué)地指導(dǎo)龍州縣河谷地區(qū)的甘蔗施肥。需要指出的是，甘蔗氮肥效應(yīng)呈“線性+平臺”模型，當(dāng)施氮量小于 225 kg/hm2時，雖可用函數(shù)y1=84.307466x+53217.47表示，但在該施肥區(qū)間內(nèi)，甘蔗產(chǎn)量或產(chǎn)糖量已顯著下降，因而該線性函數(shù)在甘蔗生產(chǎn)上并無實(shí)際指導(dǎo)意義。

4 結(jié)論

施氮肥能使甘蔗產(chǎn)量和產(chǎn)糖量顯著增產(chǎn)，但施用氮肥對甘蔗糖分無顯著影響。在龍州縣河谷地區(qū)，甘蔗生產(chǎn)上推薦的氮肥施用量為300～375 kg/hm2，這比常規(guī)施肥減少了37.5%～50%的氮肥用量，能保證甘蔗的后續(xù)生產(chǎn)力，這對節(jié)省甘蔗生產(chǎn)成本和減少農(nóng)田面源污染有著重要意義。