水肥調(diào)控對(duì)甘蔗農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量及水肥利用的影響

孫夢(mèng)恬，邵金華，周柳強(qiáng)，黃 凱，韋繼鑫，盧興達(dá)，黃振平，吳衛(wèi)熊

（1.廣西壯族自治區(qū)水利科學(xué)研究院，南寧 530023；2.廣西水工程材料與結(jié)構(gòu)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南寧 530023；3.河海大學(xué)，南京 210098；4.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院，南寧 530007）

0 引言

甘蔗是世界主要的糖料作物，我國(guó)甘蔗種植面積約為139.26 萬hm2，僅次于巴西和印度，為世界第三大甘蔗糖生產(chǎn)國(guó)[1]。其中廣西作為中國(guó)最大的甘蔗生產(chǎn)地區(qū)，甘蔗種植面積達(dá)到106.67 萬hm2，廣西蔗糖產(chǎn)量占全國(guó)蔗糖總產(chǎn)量的67%。甘蔗是廣西最重要的經(jīng)濟(jì)作物，因此，甘蔗生產(chǎn)在廣西經(jīng)濟(jì)中占有非常重要的地位，經(jīng)濟(jì)效益顯著[2]。雖然廣西甘蔗產(chǎn)區(qū)水熱資源比較豐富，生產(chǎn)潛力較大，但由于近年來極端天氣頻發(fā)、降水分布不均、季節(jié)性干旱嚴(yán)重[3-5]，還有蔗區(qū)土壤以旱地紅壤為主，特點(diǎn)是酸、粘、瘦，再加上甘蔗種植過程中需要較多水分和養(yǎng)料[6-9]。這些自然因素導(dǎo)致了肥料利用率低、肥料浪費(fèi)嚴(yán)重等現(xiàn)象，對(duì)甘蔗生產(chǎn)造成了嚴(yán)重影響，制約了甘蔗產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[10-12]。已有的研究表明，提高水分和肥料利用效率的最佳方法是水肥的高效耦合[13]。因此，構(gòu)建合理的水肥管理模式是保證蔗區(qū)甘蔗高效生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展的前提。

近幾年來，關(guān)于甘蔗的水肥效應(yīng)的研究已經(jīng)較為廣泛，但關(guān)于灌溉施肥或不同生育期施肥量分配對(duì)甘蔗產(chǎn)量、生長(zhǎng)性狀及水肥利用效率的影響還較少。本文以綜合提高甘蔗產(chǎn)量、灌溉水分利用效率和肥料養(yǎng)分利用效率為目標(biāo)，通過布置裂區(qū)試驗(yàn)，研究甘蔗水肥調(diào)控配比實(shí)施過程中，不同滴肥方案與不同灌溉方案對(duì)甘蔗生長(zhǎng)、產(chǎn)量的影響，探討甘蔗高效高產(chǎn)的水肥耦合策略。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選擇有代表性的甘蔗種植區(qū)進(jìn)行田間試驗(yàn)，供試甘蔗品種為“柳城05136”，寬窄行種植，寬行140 cm，窄行60 cm。

試驗(yàn)實(shí)施前在試驗(yàn)地塊內(nèi)采集耕層土壤25 個(gè)點(diǎn)以上，混合均勻，對(duì)土壤的理化特性分析結(jié)果如表1所示。

表1 試驗(yàn)前土壤的理化特性分析結(jié)果Tab.1 Physicochemical characteristics of the soil before the test

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)灌水量和不同生育期施肥量分配兩個(gè)因素。灌水量設(shè)4 種灌水方案（保持灌溉次數(shù)不變，均分9 次灌溉），T1：灌溉量=6.53 m3∕hm2；T2（現(xiàn)行方案）：灌溉量=8.70 m3∕hm2；T3：灌溉量=10.87 m3∕hm2；T4：灌溉量=13.05 m3∕hm2。上述不同灌水量均按總灌水量的6.90%、6.90%、8.62%、8.62%、13.79%、13.79%、13.79%、13.79%、13.79%比例分配。設(shè)5種施肥方案（保持N、P、K 養(yǎng)分不變，肥料全部隨滴灌施肥施用），F(xiàn)0：不施肥，僅滴灌；F1：分蘗期重施，偏重生育前期（占總施肥量27%）；F2：分蘗—伸長(zhǎng)期重施，偏重生育前中期（占總施肥量40%）；F3：伸長(zhǎng)期重施，偏重生育盛期（占總施肥量53%）；F4：伸長(zhǎng)—成熟期重施，偏重生育中后期（占總施肥量27%）。施肥量(kg∕hm2)為：N=2.625；P2O5=0.75；K2O=1.8；N+P2O5+K2O=5.175；比正常土施肥料的N+P2O5+K2O施肥量降低28.3%。肥料品種為富島硫酸鉀型復(fù)合肥1.8-1.5-3.6 7.5 kg∕hm2和心連心腐殖酸尿素3.75 kg∕hm2。小區(qū)面積306～746 m2，并配有水表及施肥器。設(shè)計(jì)處理見表2。

表2 設(shè)計(jì)處理表Tab.2 Design and processing list

2019 年3 月23 日，甘蔗地破隴出苗，2019 年4 月29 日每個(gè)小區(qū)選擇生長(zhǎng)健康、長(zhǎng)勢(shì)均勻的苗10 株，分別于2019 年6月7 日、8 月17 日、10 月8 日、12 月18 日定點(diǎn)觀測(cè)甘蔗株高（從地面量取到最高葉尖）的動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)情況。

2019 年4 月29 日開始滴灌施肥，6 月13 日、6 月18 日、7月30 日、8 月17 日、9 月10 日、9 月17 日、10 月8 日、10 月18 日按方案滴灌施肥，分蘗期滴灌施肥1 次（占灌水量6.90%），分蘗—伸長(zhǎng)期滴灌施肥2 次（占總灌水量15.52%），伸長(zhǎng)期滴灌施肥4 次（占總灌水量50.00%），成熟期滴灌施肥2次（占總灌水量27.59%）。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

產(chǎn)量構(gòu)成因素的調(diào)查：伸長(zhǎng)中期，各小區(qū)調(diào)查15 株有代表性甘蔗的株高、莖徑、單莖重，取平均值作為該小區(qū)甘蔗的株高、莖徑、單莖重；全小區(qū)調(diào)查原料蔗主莖大于100 cm的甘蔗條數(shù)，作為有效莖數(shù)，并換算成公頃有效莖數(shù)。

測(cè)產(chǎn)方法：在每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)砍收66.7 m2的甘蔗，去掉蔗稍及蔗莖上的葉，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)稱重實(shí)收實(shí)測(cè)記錄，并計(jì)算出公頃產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和制圖，用SPSS 21 軟件進(jìn)行方差分析（ANOVA），多重比較采用Duncan 法（α=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥調(diào)控對(duì)甘蔗產(chǎn)量的影響

表3為不同水肥調(diào)控對(duì)甘蔗產(chǎn)量的影響。由表可見，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，不同灌溉水平條件下，T2 處理下甘蔗產(chǎn)量最高，為893.40 kg∕hm2，T1、T3、T4 分別比T2 處理下減 產(chǎn)6.7%、3.9%、3.5%，但上述減產(chǎn)差異均達(dá)不到顯著水平，說明在目前的試驗(yàn)條件下，灌溉量對(duì)甘蔗產(chǎn)量的影響不明顯。不同滴灌施肥水平條件下，F(xiàn)3 處理下甘蔗產(chǎn)量最高，為962.25 kg∕hm2，F(xiàn)3、F4、F2、F1 分別比F0 處理下增產(chǎn)38.9%、32.6%、28.5%、22.0%，F(xiàn)3、F4與F0、F1、F2處理的增產(chǎn)差異均達(dá)到顯著水平，可見在甘蔗生長(zhǎng)的盛期重施肥料，可明顯提高滴灌施肥的增產(chǎn)效益，在甘蔗生長(zhǎng)中后期滴灌施肥的增產(chǎn)效益明顯高于在甘蔗生長(zhǎng)的中前期的滴灌施肥。

表3 不同水肥調(diào)控對(duì)甘蔗產(chǎn)量的影響Tab.3 Yield of sugarcane in different water-fertilizer treatments

2.2 不同水肥調(diào)控對(duì)甘蔗農(nóng)藝性狀的影響

表4為不同滴肥、灌溉方案對(duì)甘蔗農(nóng)藝性狀的影響。由表可見，單一的灌溉和施肥處理均可明顯提高甘蔗株高、單莖重；滴灌施肥處理可明顯提高甘蔗莖徑。

表4 不同滴肥、灌溉方案對(duì)甘蔗農(nóng)藝性狀的影響Tab.4 Agronomic characteristics of sugarcane in different waterfertilizer treatments

從株高來看，F(xiàn)3 分別比F1、F2、F4 的平均值增加11.1、5.9、5.1 cm，提高2.75%、1.44%、1.23%，上述增加差異均達(dá)不到顯著水平；T1、T3、T4 分別比T2 處理下提高1.3、-3.1、58.3 cm，提高0.33%、-0.80%、15.0%，T4處理下甘蔗株高增加差異達(dá)到了極顯著水平。可見，在甘蔗不同生育期重施肥料均可有效提高甘蔗的平均株高；不同時(shí)期重施肥料對(duì)甘蔗平均株高提高的幅度差異不明顯。T4 灌溉量對(duì)甘蔗平均株高的提高最佳，灌水量提高50%，甘蔗株高明顯增加，說明灌溉量過多會(huì)明顯影響甘蔗的平均株高。

從單莖重來看，F(xiàn)3 分別比F1、F2、F4 的平均單莖重增加0.05、0.07、0.12 kg，提高3.05%、3.97%、7.04%，上述增加差異均達(dá)不到顯著水平；T2 處理對(duì)甘蔗平均單莖重的提高最佳，T1、T3、T4 分別比T2 處理下顯著減少12.47%、8.44%、9.27%，均達(dá)到顯著水平。可見，在甘蔗不同生育期重施肥料均可有效提高甘蔗的平均單莖重；不同時(shí)期重施肥料對(duì)甘蔗平均單莖重提高的幅度差異不明顯。T2 處理對(duì)甘蔗平均單莖重的提高最佳，選擇適宜的灌溉量能明顯影響甘蔗的平均單莖重。

從有效莖數(shù)來看，F(xiàn)4 分別比F1、F2 的甘蔗有效莖數(shù)增加64.2、40.35 株∕hm2，增加12.35%、7.40%，F(xiàn)3 的滴灌施肥方案比F1 的滴灌施肥方案的甘蔗有效莖數(shù)增加48 株∕hm2，增加9.23%，上述增加差異均達(dá)到顯著或極顯著水平；說明，在甘蔗生長(zhǎng)中、后期重施肥料，可明顯促進(jìn)甘蔗生長(zhǎng)，提高甘蔗的有效莖數(shù)，明顯高于在甘蔗生長(zhǎng)的中前期重施肥料。灌溉量對(duì)甘蔗有效莖數(shù)的影響不明顯。

1.3.2 不良反應(yīng)的評(píng)定 根據(jù)患者明顯感覺到的不適及需要對(duì)癥處理的臨床癥狀，分別記錄服藥過程中惡心嘔吐、腹痛腹脹和里急后重等不良反應(yīng)。

從莖徑來看，F(xiàn)2 分別比F1、F3、F4 的平均莖徑增加0.107、0.205、0.197 cm，提高4.28%、7.86%、7.56%，上述增加差異均達(dá)到顯著及極顯著水平；T1、T3 分別比T2 處理下平均莖徑顯著降低8.02%、7.38%?？梢?，在甘蔗不同生育期重施肥料均可有效提高甘蔗的平均莖徑；以分蘗—伸長(zhǎng)期重施肥料對(duì)甘蔗莖徑增粗最為明顯，其次為分蘗期重施肥料處理，在生長(zhǎng)中后期重施肥料，甘蔗的莖徑明顯低于分蘗—伸長(zhǎng)期重施肥料的處理，說明選擇在甘蔗生長(zhǎng)旺盛期重施肥料對(duì)甘蔗莖徑增粗最佳。T2 對(duì)甘蔗平均莖徑的增粗最佳，T1 或T3處理下，甘蔗莖徑均明顯降低。

2.3 不同水肥調(diào)控對(duì)甘蔗產(chǎn)糖量的影響

圖1 為不同滴肥與灌溉方案對(duì)甘蔗產(chǎn)糖量的影響。從圖1可以看出，在施用相等肥料基礎(chǔ)上，開展不同滴灌施肥方案和不同的灌水方案，甘蔗產(chǎn)糖量變化趨勢(shì)不大。在有灌溉的條件下，F(xiàn)1、F2、F3、F4 產(chǎn)糖量差異不大，但與F0 產(chǎn)糖量95.15 kg∕hm2差異顯著，說明滴灌施肥能明顯提高甘蔗的產(chǎn)糖量，其產(chǎn)糖量的差異主要是產(chǎn)量差異帶來的。

圖1 不同滴肥與灌溉方案對(duì)甘蔗產(chǎn)糖量的影響Fig.1 Sugar yield of sugarcane in different water-fertilizer treatments

2.4 不同水肥調(diào)控對(duì)甘蔗養(yǎng)分吸收利用狀況的影響

表5為不同水肥處理下甘蔗養(yǎng)分吸收利用狀況的變化。由表可見，對(duì)不同滴肥灌溉方案下甘蔗N、P、K 養(yǎng)分吸收利用狀況進(jìn)行分析，F(xiàn)3 處理對(duì)NPK 的養(yǎng)分吸收量和利用效率（48.20%）最高，每種植1 t 甘蔗需吸收2.60 kg N、0.57 kg P2O5、2.88 kg K2O，平均每千克N+P+K 養(yǎng)分可增產(chǎn)甘蔗102.6 kg。F2 處理下甘蔗肥料利用效率為37.85%，每種植1 t甘蔗需吸收2.53 kg N、0.56 kg P2O5、2.84 kg K2O，平均每千克N+P+K養(yǎng)分可增產(chǎn)甘蔗75.1 kg；F4 處理下甘蔗肥料利用效率為44.99%，每種植1 t 甘蔗需吸收2.64 kg N、0.57 kg P2O5、2.94 kg K2O，平均每千克N+P+K 養(yǎng)分可增產(chǎn)甘蔗85.9 kg；F1 處理下甘蔗肥料利用效率為28.32%，每種植1 t甘蔗需吸收2.39 kg N、0.55 kg P2O5、2.73 kg K2O，平均每千克N+P+K 養(yǎng)分可增產(chǎn)甘蔗75.1 kg。

表5 不同水肥處理下甘蔗養(yǎng)分吸收利用狀況Tab.5 Nutrient uptake and use efficiency of sugarcane in different treatments

F3 處理下甘蔗肥料養(yǎng)分利用效率最高，肥料的生理利用效率最高，每生產(chǎn)1 t 甘蔗需求的NPK 養(yǎng)分適中，從養(yǎng)分利用狀況分析，F(xiàn)3 值得推薦；F2 處理的肥料養(yǎng)分利用效率較高，每生產(chǎn)1 t甘蔗需求的NPK 養(yǎng)分比F3處理稍低，從養(yǎng)分利用狀況分析，F(xiàn)2 也值得推薦；F4 處理的肥料養(yǎng)分利用效率較高，肥料的生理利用效率也較高，但每生產(chǎn)1 t 甘蔗需求的NPK 養(yǎng)分比F3 處理稍高，從養(yǎng)分利用狀況分析，在土壤養(yǎng)分狀況稍低的條件下，F(xiàn)4也可推薦；F1處理的肥料養(yǎng)分利用效率較低，但每生產(chǎn)1 t 甘蔗需求的NPK 養(yǎng)分也較低，從養(yǎng)分利用狀況分析，在土壤養(yǎng)分狀況較好的條件下，F(xiàn)1 也可推薦。不同灌溉量對(duì)甘蔗P、K 養(yǎng)分吸收利用狀況無明顯影響，過高(T4)或過低(T1)的灌溉量亦影響甘蔗對(duì)N 養(yǎng)分的吸收利用。吸收N 素量最高的為T4，為2.32 kg∕hm2，明顯分別高于T1、T2、T3 處理21.12%、16.58%、11.34%，但每生產(chǎn)1 t 甘蔗吸收的N 素及甘蔗對(duì)N 素的生理利用效率各灌溉量處理間均無明顯差別；養(yǎng)分利用效率則是T4（50.3%）處理明顯高于T2（36.2%）、T1（38.0%）處理，說明過多的灌溉量雖能促進(jìn)甘蔗對(duì)N 素的吸收，提高甘蔗生長(zhǎng)后期的N 素含量水平，對(duì)甘蔗產(chǎn)量的進(jìn)一步提高累積了一定的養(yǎng)分基礎(chǔ)，但對(duì)本試驗(yàn)甘蔗原料莖的形成還未顯現(xiàn)明顯的促進(jìn)作用。

2.5 不同水肥調(diào)控對(duì)甘蔗田灌溉水利用率的影響

表6 為不同水肥調(diào)控對(duì)甘蔗水利用率[kg∕(hm2·mm)]的影響。由表6可見，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，不同灌溉水平條件下，隨著灌溉水量的增加，水利用率則表現(xiàn)出不斷降低的規(guī)律性，如T1、T2、T3、T4處理下甘蔗田灌溉水利用率在降低，T1和T4相比，水分利用率提高了6.18 kg∕(hm2·mm)。不同滴灌施肥水平條件下，F(xiàn)3 處理下水分利用率最高，為10.47 kg∕(hm2·mm)，但對(duì)甘蔗水利用率的影響不明顯。

表6 不同水肥調(diào)控對(duì)甘蔗水利用率的影響Tab.6 Water use of sugarcane in different water-fertilizer treatments

由此可見，綜合考慮，選擇F3T1 的滴肥灌溉方案對(duì)甘蔗田灌溉水利用率提高最多，水肥耦合效應(yīng)最好。

3 討 論

雖然廣西全年降雨總量充沛，但降雨時(shí)空分布不均，季節(jié)性干旱和地區(qū)性干旱頻繁；再加上廣西甘蔗主要以旱地甘蔗為主，90%以上種植于旱坡地上，缺少水利灌溉設(shè)施，有效灌溉面積不足10%，嚴(yán)重制約廣西甘蔗高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[15-17]。此外，甘蔗在不同生育階段需肥量存在一定的差異，為了提高甘蔗產(chǎn)量及節(jié)約資源，結(jié)合甘蔗不同生育階段的需肥情況對(duì)其進(jìn)行合理的灌溉施肥非常必要。因此，在前人的研究基礎(chǔ)上，本研究探討了灌溉水平與肥料分期追肥對(duì)甘蔗產(chǎn)量、農(nóng)藝性狀、產(chǎn)糖量及水肥利用效率的影響。

本研究結(jié)果表明，不同滴肥方案均可有效提高甘蔗的株高、單莖重、有效莖數(shù)和莖徑，但對(duì)甘蔗株高和單莖重提高的幅度差異不明顯，F(xiàn)3 和F4 處理可顯著增加甘蔗的有效莖數(shù)，T2 處理顯著提高甘蔗單莖重、株高和莖徑，為其提高產(chǎn)量提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

產(chǎn)量與水肥利用效率是決定甘蔗栽培經(jīng)濟(jì)效益的首要指標(biāo)，提高產(chǎn)量與水肥利用效率是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的基礎(chǔ)。水肥是影響甘蔗產(chǎn)量及水分利用率的重要因素，發(fā)揮“以肥調(diào)水”對(duì)于提高作物的產(chǎn)量及水分利用率有極其重要的作用[18,19]。已有研究表明，施肥對(duì)提高甘蔗的產(chǎn)量和水分利用率的重要性大于灌溉[20]。甘蔗產(chǎn)量由單位面積有效莖數(shù)和單莖重構(gòu)成，而單莖重又取決于莖長(zhǎng)和莖徑的大小。本研究結(jié)果表明，滴灌施肥條件下，灌溉量對(duì)甘蔗產(chǎn)量的影響不明顯，F(xiàn)3 處理下甘蔗的增產(chǎn)效益最高，F(xiàn)3、F4、F2、F1 分別比F0 處理下增產(chǎn)38.9%、32.6%、28.5%、22.0%，說明在甘蔗生長(zhǎng)的生育盛期重施肥料，可明顯提高滴灌施肥的增產(chǎn)效益。這與李世君[13]得出甘蔗的株高、莖徑、單莖重、產(chǎn)量與供水量呈正相關(guān)趨勢(shì)以及Erdem 等[21]得出增大灌水量，作物產(chǎn)量先增大后降低的結(jié)論不同。這可能是由灌水和施肥量設(shè)置水平不同以及試驗(yàn)材料不同引起的，同時(shí)土壤中水分和養(yǎng)分的不足或過量，在作物生長(zhǎng)期間，妨礙了植物的各種生理過程，最終影響作物產(chǎn)量。

礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素直接參與植物的各種生理代謝過程，是完成植物生命活動(dòng)周期所不可缺少的。本試驗(yàn)條件下，F(xiàn)3 處理對(duì)NPK 肥料利用效率最高（48.20%），其生理機(jī)制可能在于，在甘蔗生長(zhǎng)的生育盛期重施氮肥能促進(jìn)甘蔗根系發(fā)育，施磷和鉀肥參與植物糖類代謝，同時(shí)施鉀能促進(jìn)和加強(qiáng)植物對(duì)磷的吸收、生物合成以及光合產(chǎn)物的運(yùn)輸[22,23]。

不斷追求產(chǎn)量最大化的同時(shí)提高水肥利用效率是指導(dǎo)農(nóng)業(yè)科學(xué)發(fā)展的有效途徑。本研究以綜合提高甘蔗產(chǎn)量、灌溉水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力為目標(biāo)，運(yùn)用綜合多因素分析得到T2和F3處理為最優(yōu)組合，即甘蔗節(jié)水增產(chǎn)的水肥調(diào)控模式為灌溉量為8.70m3∕hm2、伸長(zhǎng)期重施肥料（占總施肥量53%）。這表明在廣西地區(qū)該組合不但能改善甘蔗農(nóng)藝性狀和品質(zhì)，而且能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和水肥利用綜合效益最佳，研究結(jié)果對(duì)廣西甘蔗高效生產(chǎn)具有一定的實(shí)踐參考意義。

4 結(jié) 論

（1）不同滴肥方案均可有效提高甘蔗的株高、單莖重、有效莖數(shù)和莖徑，但對(duì)甘蔗株高和單莖重提高的幅度差異不明顯，F(xiàn)3和F4處理可顯著增加甘蔗的有效莖數(shù)。T2處理顯著提高甘蔗單莖重、株高和莖徑。

（2） 不同滴灌施肥水平條件下，F(xiàn)3 處理下甘蔗產(chǎn)量（962.25 kg∕hm2）、肥料利用效率（48.20%）和灌溉水利用率(10.47 kg∕(hm2·mm))最佳；灌溉量對(duì)甘蔗產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收利用狀況的影響不明顯，T1 和T2 處理下甘蔗灌溉水利用率顯著提高。全生育期定量施肥中，增加伸長(zhǎng)期（偏重生育盛期）施肥和T1、T2處理能有效促進(jìn)甘蔗產(chǎn)量增長(zhǎng)和水肥利用。

（3）通過全面考慮水肥協(xié)同效應(yīng)、節(jié)水節(jié)肥和增產(chǎn)以及提高養(yǎng)分吸收利用效率等多因素出發(fā)，T2 和F3 處理為最優(yōu)組合，即甘蔗節(jié)水增產(chǎn)的水肥調(diào)控模式為灌溉量為8.70 m3∕hm2、伸長(zhǎng)期重施肥料（占總施肥量53%）。