蔗田农业废弃物资源化利用对土壤养分的影响

2010-07-26谭裕模黎焕光许树宁江泽普韦广泼

中国糖料 2010年1期

谭裕模，黎焕光，许树宁，刘斌，江泽普，韦广泼

（1.广西农业科学院土壤肥料研究所，南宁 530007；2.广西甘蔗研究所，南宁 530007）

传统上农民经常为了田间操作上的方便把砍收甘蔗后留在蔗地的蔗叶烧掉，至少会造成大量养分的损失，还容易引起火灾。根据研究，不同品种的鲜蔗叶的叶片系数一般在25%左右，按照广西全区2007～2008榨季平均单产78t计，每公顷留下的半干的蔗叶约12～15t，全广西年种植面积100万hm2计，每年留下的鲜蔗叶达1170万t，折干物质蔗叶315万t被烧掉，造成每年约相当于5.86万t尿素，8.19万t钙镁磷肥和52.86万t氯化钾的损失。

中国有悠久的种蔗历史，化学肥料发明和使用之前，全部依赖于有机肥，甘蔗收获后留在田间的废弃物如蔗叶和叶鞘的资源化再利用还田较早就已经得到应用，有增施有机肥，田间秸秆通过垫猪栏、堆沤成堆肥间接还田和直接还田的习惯和传统，蔗叶还田对改良土壤肥力有明显的增产作用。但是近30年来广西大部分蔗区的耕作制度发生了较大的变化，随着广西种蔗面积的扩大和蔗地利用率的提高，大部分的蔗地都是采用连续多年连作甘蔗，有的蔗地连作年限长达20年以上，蔗地肥力得不到恢复；商品化肥特别是专用复合肥的应用给蔗农生产带来了很大效益和便利，而对蔗叶还田的改土肥田作用缺乏认识，很多蔗农把收获后留下的蔗叶焚烧干净，结果造成大量的养分的损失，部分蔗区的土壤肥力明显退化，特别是有机质含量下降，土壤容重变大，粘结，不但造成土地耕翻和整地培土等作业困难，而且由于土壤通气不良对蔗根生长不利，排水不畅。如果长期焚烧蔗叶，导致养分的损失，对蔗地的生态养分平衡、培肥地力均不利，将可能造成蔗地越种越瘦，连作产量越种越低，不利于甘蔗的可持续发展。要做强做大广西的蔗糖业，必须在稳定现有的种植面积的基础上，通过改良土壤，逐步提高土壤肥力，提高单位面积的产量和蔗糖分含量。

多年来，对于蔗叶还田有过不少的研究，取得了一定的结果。蔗叶还田可以提高产量和改良土壤结构（韦衍标，2004；梁武业，周恒献，2006；张艳兰，2008；宋日云；陈超君，2008）；在蔗叶还田方法上，采用机械碎后还田，效果较好（汪刘一；吕有界，2006；李明功，2003；梁兆新，曾伯胜，2004）。有研究认为，蔗叶还田配合施用化肥和农家肥效果更好（张艳兰，2008；江泽普；韦广泼2008；谭裕模，王伦旺，2002）。但是这些研究的年限较短，对于长期蔗叶还田对连作蔗田肥力的量化影响缺乏研究。对蔗田对增加肥力的影响多年的实践表明，蔗叶还田由于有利于增加土壤有机质含量，提高各种土壤养分含量指标，改善土壤生物环境和土壤结构，对甘蔗的长年连作的可持续稳定增产具有非常重要的理论和实践意义。笔者等为解决广西大部分蔗地超长年限的连作制度的土壤肥力培育问题，通过多年的观察和试验，研究了多年的连续蔗叶还田对土壤肥力的影响的变化趋势以及对产量的贡献度，以期通过蔗叶还田促进蔗田养分的良性循环。

1 材料与方法

1.1 试验概况

供试甘蔗品种：ROC22、ROC16、台引 28、04-32、桂 02-208、桂 02-251、桂 02-237、桂 02-467 共 8 个品种。试验点：广西甘蔗研究所甘蔗试验农场；广西农垦西江农场；广西农垦红河农场。研究时间：2000～2008年。

1.2 试验方法

1.2.1 蔗叶还田试验（1）甘蔗植株叶片养分残留的研究。本研究分别测定不同甘蔗品种不同叶位叶片自然干枯条件下的氮磷钾养分的残留量，在1.1所述3个试验地点测定不同甘蔗品种不同叶位的养分残留量。（2）蔗地经过多年蔗叶还田后的土壤养分含量实地取样监检。本研究的蔗叶还田方法全部是通过机械粉碎后直接还田，从2000～2008年共9年连续3年新植3年宿根还田。按照各年份的甘蔗产量计算，每年留下的蔗叶鲜重为12～15t/hm2，平均折干物质约7950kg，分别在2000、2002、2007和2008年检测土壤的养分含量和化学特性。（3）对蔗地蔗叶还田后的增产效应及经济效益分析。

1.2.2 取样（1）蔗地土壤的取样，按每田块5点取样法，把样品集中于田边拌匀再按对角法取样，每样品约1000g土，在室内晾干待测。（2）甘蔗叶片的取样，在甘蔗生长前期、中期和后期分别取5株甘蔗的第1～5叶，第6～10叶，第11～15叶，第16～20叶，每品种取样分为4个样。样品带回广西农科院农业资源与环境研究所化验室分析。

1.2.3 检测（1）土样的分析，全氮检测根据GB7173-87标准；全磷检测按GB9837-88标准；全钾检测按GB9836-88标准；速效氮检测按《土壤分析技术规范》中的碱解扩散法；速效磷检测按NY/T148-1990标准；速效钾检测按《土壤分析技术规范》中乙酸铵提取-火焰光度法；有机质检测按《土壤分析技术规范》中重铬酸钾容量法；pH的检测按《土壤分析技术规范》电位法。（2）甘蔗叶片的分析，全氮：H2SO4-H2O2消煮-蒸馏法；全磷：H2SO4-H2O2消煮-钼锑抗比色法；全钾：H2SO4-H2O2消煮-火焰光度计法；全钙、镁、锌：灰化-盐酸溶解-原子吸收光谱法；全硫：硫酸钡比浊法；全硅：钼蓝比色法。

1.2.4 施肥试验 2006年试验地在广西甘蔗研究所25号地，甘蔗品种为ROC22号，新植。设正常施肥和空白不施肥两个处理：正常施肥处理为公顷施丰岭牌25%（13-5-7）复合肥1500kg，分别作分蘖肥和拔节肥各施 750kg；尿素 600kg，苗期追施 150kg，拔节肥追施450kg。空白处理为不施肥。田间管理与常规一样。2007年试验在3号地，上年每公顷已施了45t滤泥，甘蔗品种为ROC22号，新植。正常施肥：公顷施丰岭牌25%（13-5-7）复合肥2925kg，其中基肥施975kg，中培土施 750kg，大培土施 1200kg。空白处理为不施肥。

表1 不同甘蔗品种叶茎比例

2 结果与分析

2.1 甘蔗叶茎比例和养分残留量分析

在检测叶茎比例时，蔗地比较干旱，青叶数只有4～5叶，所以叶茎率比较低。表1中3个不同甘蔗品种的半干蔗叶的叶茎比例最高是台引28，叶茎率平均为16.67%；04-32为13.52%；ROC22为12.94%；3个品种平均叶茎比为14.60%，按照单产78t/hm2原料蔗计算，每公顷平均半干蔗叶残留量为11385kg，按每公顷7395kg干物质计，每公顷残留的养分总量见表2。

表2 不同甘蔗品种不同叶位各养分含量

2.2 蔗叶还田土壤的养分含量变化

通过2000～2008年9个季节的连续蔗叶还田对土壤养分含量变化是十分明显的，结果（表3）表明，从总体上，土壤有机质含量，氮、磷、钾三大元素的含量和速效含量均呈明显增加的趋势，其中土壤有机质含量3.32g/kg，折合每年提高0.42g/kg；三大元素中，增加幅度最大的是钾，全钾提高0.408个百分点，增幅达到43.3%相对值；速效钾也分别提高了40.13mg/kg和50.7%相对值。全氮提高不多，但速效氮含量提高了28.87mg/kg，占相对值为31.9%；全磷和速效磷变化水平都较低，速效磷只提高了5.97mg/kg，占相对值的16.7%。

表3 2000～2008年各年份检测土壤的养分含量结果

2.3 甘蔗产量与土壤养分含量变化关系

结果（表4）表明，过去10多年的甘蔗单位面积产量在不同年份有较大的波动，尽管多年来施肥水平都是统一的施肥量，即是每公顷施用氮、磷、钾含量比例为13∶5∶7的复合肥 1500kg，另施尿素 600kg，主要由于各年份的气候变化较大，特别是受秋季雨量的影响，其次是各年份试验圃的种植品种和比例也不一样；再次是2000年以前试验场每年均有约1/4的面积用水稻或香蕉轮作，使土壤得到适当的恢复；另外，各田块之间的肥力水平也有较大的差异，过去的10年，单产的变化基本上是每两年有一小浮动，但从10多年的总趋势来看，特别是2007年的单位面积产量有较大的提高，创历史最高水平，这至少可表明土壤肥力的改善为甘蔗的可持续高产提供了保障，蔗叶还田与甘蔗的增产有密切的关系。

2.4 施肥对甘蔗产量的影响

2006～2007年进行空白试验，2006年空白试验不施任何肥料的条件下，甘蔗产量可达到76545kg/hm2，仅比公顷施用丰岭牌25%（13-5-7）复合肥1500kg，减产10695kg，降幅为2.26%。2007年空白试验不施任何肥料的条件下，甘蔗产量可达到114675kg/hm2，仅比公顷施用丰岭牌25%（13-5-7）复合肥 2925kg，减产 8430kg，降幅为 6.34%。以上结果表明，目前甘蔗试验农场的土壤肥力有达到单产75～105t/hm2以上的水平。

表5 各年份蔗茎平均产量与土壤养分含量变化关系

2.5 各养分参数的变化与甘蔗产量的关系

试图通过对最初蔗叶还田的头两年1999年和2001年，以及蔗叶还田9年后的最近两年即2006年和2007年的土壤养分对甘蔗产量的回归分析，探索各元素不同含量水平对甘蔗产量影响（表5、表6）。这些结果可能对甘蔗的需肥规律的认识有所帮助。

表6 土壤养分含量对甘蔗产量回归参数的简单估计

2.6 蔗叶还田成本和效益估算

目前广西进行蔗叶还田最主要的方法有机械粉碎后还田和隔行集中自然覆盖还田两种方法。机械粉碎后还田法的效果较好，但需要机械和燃料成本较高。隔行集中自然覆盖还田法操作成本较低，但需要投入一定的人工，操作麻烦。蔗叶需要较长时间才能腐烂，而且一般只在宿根蔗栽培时采用该技术。两种技术的成本和效益估算见表7。

表4 1996～2007年广西甘蔗研究所试验场甘蔗面积与产量

表7 两种蔗叶还田技术效益分析

3 分析与讨论

3.1 不同品种收获后田间残留物

3个品种的叶片残留量有较大的差别，台引28号和04-32的叶片较宽，叶茎比率较大，而ROC22叶片较窄，叶茎比率较小。在本研究初步测定的3个品种平均叶茎比率为14.60%。折算平均干物质量为7395kg/hm2，残留在田间的每公顷全氮、全钾和全磷量分别为36.60kg、3.75kg和17.25kg。对于不同地点，不同年份的残留量还需继续研究。

3.2 蔗叶还田对土壤养分含量的影响

广西甘蔗经过连续9年的机械粉碎蔗叶还田，土壤的物理和化学性质都有明显的改良和提高，本试验的测试结果，土壤有机质含量，氮、磷、钾三大元素的全量和速效含量均全面呈明显增加的趋势，其中土壤有机质含量增加3.32g/kg，折合每年提高0.42g/kg，按照每公顷土壤200000kg计，相当于每年每公顷递增土壤有机质含量1245kg，对照于每年留在蔗地上蔗叶干重约为7395kg来比，经过腐烂部分养分被作物吸收并分解矿质化过程后，每年有1/5的有机质剩余是有可能的。三大元素中，增加幅度最大的是钾，全钾提高0.408个百分点，增幅达到43.3%相对值。如果按这一结果，相当于每公顷增加了约12t的K2O，这与施肥和其它有机肥有关。速效钾也分别提高了40.13mg/kg绝对值和50.7%相对值。虽然全氮提高不多，但速效氮含量提高了28.87mg/kg，相对值为31.9%，说明供氮能力大大提高；全磷和速效磷变化水平都较低，速效磷只提高了16.7%。这表明通过蔗叶还田至少可大大降低钾肥和氮肥的应用，至于降低的具体数值仍需继续探讨。

3.3 蔗叶还田的增产效果和实践意义

过去的10年，广西甘蔗研究所每年的原料蔗的单产尽管有较大的变化，这与气候、品种等因素有关，但从总趋势来看，特别是2007年的单位面积产量有较大的提高，创历史最高水平，这表明与土壤的肥力的改善为甘蔗的高产创造了良好的条件，与蔗叶还田有直接关系。另外，由于土壤有机质含量增加，土壤中部分未完全腐烂的蔗叶使得土壤疏松，通气性得到改善，植株根系生长环境大大改善。经过9年的实践，土壤肥力增加，实践的效果十分明显，农场职工对于蔗叶还田措施从2000年开始实施时的思想抵触和实施上的被动转变成为目前的大力支持和主动的实施，并从实践中得到了实惠。表明只要采用适当的蔗叶还田技术并合理施肥，即使是长年连作也不会引起蔗田的肥力下降。