有機(jī)碳肥對糖料甘蔗生長、產(chǎn)量形成及經(jīng)濟(jì)效益的影響

樊保寧，丘立杭*，游建華，龐天，羅含敏，覃諾忠，閆海鋒

（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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部廣西甘蔗生物技術(shù)與遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧530007；2南寧市天元順豐科技有限公司，廣西南寧530225）

0 引言

【研究意義】目前，我國耕地土壤質(zhì)量持續(xù)惡化現(xiàn)狀日益嚴(yán)重，土壤有機(jī)碳缺失和補(bǔ)償已成為土壤改良的研究熱點(diǎn)（羅寅輝等，2019）。糖料甘蔗的種植多以旱坡地為主，蔗地土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍較低（樊保寧和黃真理，2007），且糖料甘蔗長期面臨連作種植，再加上連年施用化肥，致使土壤有機(jī)質(zhì)含量逐步降低、土壤日趨板結(jié)、土壤微生物活性降低（林海榮，2017），蔗區(qū)土壤有機(jī)碳缺失，導(dǎo)致甘蔗單產(chǎn)低、糖分不高。因此，有機(jī)碳肥的應(yīng)用研究對改良蔗區(qū)土壤和甘蔗的高產(chǎn)高糖栽培均具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】有機(jī)碳肥可協(xié)同促進(jìn)作物對其他營養(yǎng)元素的吸收利用，提高肥料的利用率，在許多作物的栽培中應(yīng)用效果良好（朱昌雄和李瑞波，2013）。陳秀蓮等（2014）研究表明，在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上配施液態(tài)有機(jī)碳肥，蕹菜的株高、莖粗和單株鮮重均明顯增加，產(chǎn)量比常規(guī)施肥基礎(chǔ)上的等量清水澆灌增加8.6%，比單純常規(guī)施肥方式增產(chǎn)9.6%。王百順和劉保成（2018）研究表明，玉米種植中以600 kg/ha復(fù)合肥配施有機(jī)碳肥，當(dāng)有機(jī)碳肥用量在0～450 kg/ha范圍時(shí)，玉米產(chǎn)量與有機(jī)碳肥的施用量成正比。柳沈輝等（2018）利用液態(tài)有機(jī)碳肥培育3年生嘉寶果幼苗，發(fā)現(xiàn)有機(jī)碳肥對嘉寶果實(shí)生苗地上部生長量有一定促進(jìn)作用，以每盆施150 mL有機(jī)碳效果最顯著。劉保成和王百順（2019）研究指出，有機(jī)碳肥可提高花生的單株果數(shù)和百果重，以施用750 kg/ha有機(jī)碳肥效果最佳。鐘宏科等（2020）在大白菜上的有機(jī)碳肥施用試驗(yàn)表明，有機(jī)碳肥添加比例為8%時(shí)效果最佳，可較對照增產(chǎn)27.56%。有機(jī)碳肥不僅對作物增產(chǎn)有巨大潛力，在作物抗逆方面也發(fā)揮重要作用。蔣宇仙等（2021）等發(fā)現(xiàn)液態(tài)有機(jī)碳肥不僅可提高低溫脅迫下煙苗的生長和干物質(zhì)積累，還可提高相關(guān)抗逆酶的活性，從而增強(qiáng)煙苗抗逆性，有利于低溫下煙苗早生快發(fā)。孫蕾（2021）系統(tǒng)分析了有機(jī)碳肥的碳效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)有機(jī)碳肥施用可促進(jìn)作物光合作用而增加其固碳量，弱光照下這種作用效果更明顯；還能提高無光照下作物能量代謝酶活性和代謝產(chǎn)物的含量，并通過延緩酶活性下降來穩(wěn)定逆境下的作物生長，提高作物地上部干物質(zhì)的量、株高和葉面積。由此可見，有機(jī)碳肥在促進(jìn)作物生長、提高作物產(chǎn)量和效益上發(fā)揮著積極作用?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，施用有機(jī)碳肥在糖料甘蔗產(chǎn)量形成上的研究鮮見報(bào)道，其對糖料甘蔗糖分的影響也有待研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，通過糖料甘蔗田間小區(qū)試驗(yàn)，分析施用有機(jī)碳肥對糖料甘蔗產(chǎn)量形成和糖分的影響，以期為有機(jī)碳肥在糖料甘蔗上的推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)地概況

供試甘蔗品種為目前我國種植面積最大的主栽品種桂糖42號。試驗(yàn)用有機(jī)碳肥養(yǎng)分含量：有機(jī)質(zhì)≥45%、生物活性碳≥25%、礦物腐殖酸≥9%、生化黃腐酸≥2.5%、總氨基酸≥2%、NPK≥8%；碳基有機(jī)—無機(jī)復(fù)混肥養(yǎng)分含量NPK≥30%（10-10-10）、有機(jī)質(zhì)≥20%、水溶性有機(jī)質(zhì)≥10%、生物活性碳≥10%。碳肥由南寧市天元順豐科技有限公司生產(chǎn)。常規(guī)肥料為市售紅鷹牌甘蔗復(fù)混肥，養(yǎng)分含量：NPK總養(yǎng)分含量≥31%（16-5-10）、尿素N≥46%。

于2019年在廣西來賓市興賓區(qū)蒙村鎮(zhèn)河敏村進(jìn)行田間試驗(yàn)。試驗(yàn)地屬旱坡地，土壤為紅、黃壤混合類型，土壤翻耕和平整后，隨機(jī)選取20個(gè)點(diǎn)的15 cm耕作層土樣，混合后進(jìn)行測定分析，土壤養(yǎng)分情況：pH 5.72、有機(jī)質(zhì)13.50 g/kg、全氮1.25 g/kg、全磷0.48 g/kg、全鉀5.63 g/kg、堿解氮73.4 mg/kg、有效磷37.6 mg/kg、速效鉀98.7 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理：處理A，施用1800 kg/ha有機(jī)碳肥；處理B，施用1800 kg/ha碳基有機(jī)—無機(jī)復(fù)混肥；處理C，施用900 kg/ha有機(jī)碳肥+1800 kg/ha甘蔗復(fù)混肥；對照（CK），1800 kg/ha甘蔗復(fù)混肥+750 kg/ha尿素（蔗農(nóng)習(xí)慣施肥量）。其中，處理A的有機(jī)碳肥作為基肥一次性施用，處理B、處理C和CK的肥料分2次施用，基肥施入30%，中耕培土施入70%。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，各小區(qū)5行，行距1.20 m，行長11.11 m，小區(qū)面積66.7 m。2月18—19日種植甘蔗，下種量67500芽/ha，其他措施按常規(guī)種植進(jìn)行管理。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

3月23日調(diào)查各處理小區(qū)萌芽數(shù)，計(jì)算萌芽率，萌芽率（%）=萌芽數(shù)/種植芽數(shù)×100；4月26日調(diào)查分蘗數(shù)，計(jì)算分蘗率，分蘗率（%）=分蘗數(shù)/主苗數(shù)×100；調(diào)查單位面積蔗苗數(shù)。每處理小區(qū)同行連續(xù)標(biāo)記20株甘蔗，自5月下旬至9月下旬，每月分別測量蔗株株高，計(jì)算月生長速度，月生長速度（cm）=當(dāng)月平均株高-上月平均株高。12月26日進(jìn)行小區(qū)蔗莖產(chǎn)量測定，同時(shí)調(diào)查每處理小區(qū)甘蔗有效莖數(shù)，計(jì)算成莖率，成莖率（%）=有效莖數(shù)/蔗苗數(shù)×100。每小區(qū)隨機(jī)選取20株健康甘蔗植株測量其株高（莖長）、莖徑、單莖重和錘度。計(jì)算蔗莖蔗糖分含量，蔗糖分（%）=錘度×1.0825-7.703。產(chǎn)糖量按蔗糖回收率85%計(jì)算，產(chǎn)糖量=蔗莖產(chǎn)量×蔗糖分×85%。

農(nóng)業(yè)產(chǎn)值按2018/2019榨季廣西原料蔗價(jià)490元/t、有機(jī)碳肥1720元/t、碳基有機(jī)—無機(jī)肥2520元/t、甘蔗復(fù)混肥2400元/t、尿素2400元/t、施肥人工600元/ha、砍收人工120元/t計(jì)；工業(yè)產(chǎn)值按2018/2019榨季廣西蔗糖市場價(jià)5380.0元/t計(jì)。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

使用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，以SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，各農(nóng)藝性狀參數(shù)間的差異分析采用單因素方差分析的最小顯著性差異法（LSD）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對甘蔗萌芽率、分蘗率和成莖率的影響

由表1可知，不同處理的甘蔗萌芽率差異不顯著（＞0.05，下同），說明各施肥處理對甘蔗萌芽無明顯影響。到甘蔗分蘗期時(shí)，處理B的分蘗率（65.6%）最高，顯著高于處理A的分蘗率（62.4%）（＜0.05，下同），極顯著高于CK的分蘗率（61.2%）（＜0.01，下同），處理C的分蘗率（63.9%）也顯著高于CK。甘蔗成莖率也以處理B最高（86.0%），極顯著高于其他處理，處理B的成莖率次之（83.5%），也極顯著高于處理A和CK。其中，處理A的分蘗率高于CK，其成莖率卻低于CK，但差異均不顯著。綜上可知，施用碳基有機(jī)—無機(jī)復(fù)混肥能較好地促進(jìn)甘蔗分蘗和有效莖的形成，有機(jī)碳肥+復(fù)混肥的施用效果次之。

2.2 不同施肥處理對甘蔗月生長速度的影響

由表2可知，6—9月甘蔗的平均生長速度也受不同施肥處理的影響。處理B的蔗莖伸長最快，平均月生長速度極顯著高于其他處理；處理C的蔗莖月生長速度次之，顯著高于處理A，極顯著高于CK；處理A的蔗莖月生長速度略高于CK，但兩者差異不顯著。由此可知，施用碳基有機(jī)—無機(jī)復(fù)混肥能有效促進(jìn)甘蔗莖的快速生長，施用有機(jī)碳肥+復(fù)混肥的效果次之。

2.3 不同施肥處理對甘蔗產(chǎn)量性狀的影響

由表3可知，不同施肥處理的甘蔗產(chǎn)量構(gòu)成存在差異，甘蔗的株高、莖徑、單莖重、有效莖數(shù)和產(chǎn)量均表現(xiàn)為處理B＞處理C＞處理A＞CK，其中處理B的產(chǎn)量達(dá)79.5 t/ha，較CK極顯著增產(chǎn)14.9%，也極顯著高于處理B和處理A。說明施用碳肥有利于甘蔗株高和莖徑的生長，可增加單莖重和有效莖數(shù)，進(jìn)而提高甘蔗產(chǎn)量，以碳基有機(jī)—無機(jī)復(fù)混肥對甘蔗生產(chǎn)的促進(jìn)效果最佳，其次為有機(jī)碳+復(fù)混肥處理。

2.4 不同施肥處理對甘蔗蔗糖分的影響

由表4可知，不同施肥處理的甘蔗田間錘度差異不顯著，但各有機(jī)碳肥處理的蔗糖分含量均高于CK，且差異達(dá)極顯著水平。處理B的蔗糖分含量最高，處理C次之，二者差異不顯著，但均極顯著高于處理B和CK。說明施用有機(jī)碳肥可提高甘蔗蔗糖分，改善甘蔗品質(zhì)，且以碳基有機(jī)—無機(jī)肥或與復(fù)混肥同時(shí)施用的增糖效果較好，比蔗農(nóng)習(xí)慣用肥可提高甘蔗蔗糖分0.77%～1.20%（絕對值）。

2.5 不同施肥處理的經(jīng)濟(jì)效益分析

2.5.1 農(nóng)業(yè)效益分析 從表5可知，不同處理的農(nóng)業(yè)產(chǎn)值表現(xiàn)為處理B＞處理C＞處理A＞CK?？鄢柿铣杀?、施肥及砍收等人工費(fèi)后，各處理農(nóng)業(yè)凈產(chǎn)值排序?yàn)樘幚鞡＞處理A＞處理C＞CK。其中，施用碳基有機(jī)—無機(jī)肥（處理B）可提高甘蔗產(chǎn)量和農(nóng)業(yè)產(chǎn)值，增加的經(jīng)濟(jì)效益最高；單一施用有機(jī)碳肥在提高甘蔗產(chǎn)量和產(chǎn)值方面低于有施用有機(jī)碳配施復(fù)混肥，但由于其肥料成本較低，最終獲得的經(jīng)濟(jì)效益反而優(yōu)于有機(jī)碳配施復(fù)混肥處理。

2.5.2 工業(yè)效益分析 從表6可知，各處理下甘蔗產(chǎn)糖量及其工業(yè)產(chǎn)值均表現(xiàn)為處理B＞處理C＞處理A＞CK，其中施用碳基有機(jī)—無機(jī)肥處理的工業(yè)產(chǎn)值最高，達(dá)64183.4元/ha，較CK增加23.2%，施用有機(jī)碳肥+復(fù)混肥和施用有機(jī)碳肥的工業(yè)產(chǎn)值較CK分別增加14.8%和8.9%。說明甘蔗施用有機(jī)碳肥或碳基有機(jī)—無機(jī)肥，或有機(jī)碳肥與復(fù)混肥配施，均可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益，且以施用碳基有機(jī)—無機(jī)復(fù)混肥的效果較佳。

3 討論

3.1 有機(jī)碳肥對甘蔗生長發(fā)育的影響

甘蔗植株積累的干物質(zhì)中，有機(jī)物占90%左右，主要來自蔗葉的光合作用，而植株生長及其光合作用與土壤養(yǎng)分情況密切相關(guān)（李楊瑞，2010）。大田生產(chǎn)條件下，土壤中釋放的碳源（CO）每天每平方米旱地可達(dá)1.5 g以上（Wang et al.，2022）。前人研究表明，農(nóng)田土壤的有機(jī)碳含量可影響作物產(chǎn)量，且通過改善耕地土壤有機(jī)碳含量來實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)的潛力巨大，土壤中較高的有機(jī)碳含量對節(jié)本增效作用顯著（邱建軍等，2009）。耕作方式和施肥是影響土壤有機(jī)碳含量的重要因素（郭勝利等，2008；金朝強(qiáng)和聶立孝，2020）。目前，有機(jī)碳肥施用是土壤碳的主要來源（向清慧等，2020）。蔗田中土壤有機(jī)碳源增多，可促進(jìn)微生物繁殖活動(dòng)增強(qiáng)，釋放較多CO，使葉層的CO濃度達(dá)0.04%～0.05%，同時(shí)也改善土壤水溶有機(jī)碳的熵值，這些均有利于甘蔗的營養(yǎng)吸收和光合作用（李楊瑞，2010）。本研究結(jié)果表明，施用碳基有機(jī)—無機(jī)復(fù)混肥、有機(jī)碳肥+復(fù)混肥處理的甘蔗分蘗率、伸長速度、成莖率等顯著高于對照，增施有機(jī)碳肥增加了蔗田土壤中的碳源，從而促進(jìn)苗期的甘蔗分蘗，加速蔗莖的月生長速率，使得甘蔗后期形成更多的有效莖數(shù)，提高其成莖率，最終全面促進(jìn)甘蔗的生長發(fā)育。有機(jī)碳肥促進(jìn)甘蔗生長發(fā)育的原因可能是豐富的土壤有機(jī)碳源為土壤有益微生物活動(dòng)提供了充足的有機(jī)營養(yǎng)，使微生物快速繁殖以分解有機(jī)物質(zhì)，改善土壤條件為作物提供充足的養(yǎng)分，并源源不斷地釋放CO以滿足甘蔗不同冠層葉片光合作用的需求（向清慧等，2020）。目前，廣西蔗區(qū)的甘蔗常年連作，土壤酸化和有機(jī)質(zhì)含量嚴(yán)重不足，可見，蔗田土壤有機(jī)碳源的補(bǔ)充，特別是對屬于高光效C作物的甘蔗，應(yīng)引起更多重視。

3.2 有機(jī)碳肥對甘蔗產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

有機(jī)碳肥可為作物提供小分子水溶有機(jī)碳，協(xié)同促進(jìn)作物吸收其他營養(yǎng)物質(zhì)（向清慧等，2020）。同時(shí)，有機(jī)碳肥也是傳統(tǒng)有機(jī)肥的高效換替產(chǎn)品，其有效碳含量是普通有機(jī)肥的20倍左右，在作物增產(chǎn)增效上有積極作用（邱建軍等，2009；朱昌雄和李瑞波，2013）。研究表明，在原生態(tài)環(huán)境中，植物根部可快速吸收地表腐殖質(zhì)的水溶物（類黃腐酸），其有機(jī)碳占50%～60%（王曰鑫和李強(qiáng)，2020）。秸稈覆蓋還田的有機(jī)碳源增加可改善大豆產(chǎn)量構(gòu)成因素的綜合表現(xiàn)，進(jìn)而影響其產(chǎn)量形成（蔡麗君等，2021），同樣的結(jié)果在旱地冬小麥上也有體現(xiàn)（葉元生等，2021）。本研究中，單一有機(jī)碳肥施用后可使甘蔗獲得較高產(chǎn)量，即比蔗農(nóng)習(xí)慣用肥對照的甘蔗增產(chǎn)2.8 t/ha以上，且碳基有機(jī)—無機(jī)復(fù)混肥和有機(jī)碳肥+復(fù)混肥配施處理的增產(chǎn)效果更顯著，說明蔗田增施有機(jī)碳源可提高甘蔗單產(chǎn)，與前人研究結(jié)果一致。甘蔗產(chǎn)量構(gòu)成的主要農(nóng)藝性狀調(diào)查結(jié)果表明，與對照相比，有機(jī)碳增施有效地促進(jìn)甘蔗株高、莖徑、有效莖數(shù)和單莖重等的形成，從而改善甘蔗產(chǎn)量性狀的綜合表現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)其單產(chǎn)的增加。此外，蔗田增施有機(jī)碳肥，增加了碳源，不僅促進(jìn)甘蔗產(chǎn)量性狀生長的綜合表現(xiàn)，還促進(jìn)蔗糖的生物合成和積累。施用有機(jī)碳源后甘蔗蔗糖分比蔗農(nóng)習(xí)慣用肥的單施無機(jī)化肥對照提高0.77%～1.20%（絕對值）。同時(shí)，在增產(chǎn)和糖分提高的前提下，不同有機(jī)碳源增施處理后甘蔗的農(nóng)業(yè)效益和工業(yè)效益均有所增加。由此可見，有機(jī)碳肥的施用對甘蔗具有增產(chǎn)增效的作用。

甘蔗產(chǎn)量的形成是許多農(nóng)藝性狀生長的綜合表現(xiàn)，受蔗田土壤必需養(yǎng)分元素相對供給量的影響（李楊瑞，2010）。本研究通過有機(jī)碳和無機(jī)營養(yǎng)元素聯(lián)合施用實(shí)現(xiàn)甘蔗增產(chǎn)增效，說明土壤有機(jī)碳與甘蔗產(chǎn)量息息相關(guān)。然而，土壤中的各種營養(yǎng)元素間的吸收和利用有同時(shí)空效應(yīng)，即甘蔗吸收有機(jī)養(yǎng)分和無機(jī)成分協(xié)同進(jìn)行，具有同時(shí)、共空的特點(diǎn)（樊保寧，2007），而有機(jī)碳與無機(jī)營養(yǎng)的相互效應(yīng)及其同時(shí)、共空對甘蔗增產(chǎn)的作用機(jī)理還有待進(jìn)一步探究。

4 結(jié)論

施用有機(jī)碳肥可改善甘蔗產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀的綜合表現(xiàn)，提高糖料甘蔗產(chǎn)量和蔗糖分，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效，以碳基有機(jī)—無機(jī)肥混施的效果最佳。建議在土壤有機(jī)碳缺失普遍的廣西蔗區(qū)推廣應(yīng)用有機(jī)碳肥，以促進(jìn)農(nóng)民增收、企業(yè)增效。