甘蔗节水灌溉及高效施肥关键技术参数研究

谭宏伟　周柳强　谭俊杰　杨尚东

摘要：【目的】建立适合广西蔗区生产的甘蔗节水灌溉及高效施肥关键技术体系，为实现糖料蔗的高产优质目标奠定基础。【方法】以甘蔗田间试验为基础，采用蔗区土壤养分及水分系统研究法对甘蔗节水灌溉及高效施肥的参数进行探索，对历时15年的相关研究结果进行总结归纳。【结果】广西蔗区降雨主要集中在5～9月，春秋季干旱及缺水制约着糖料蔗生产；蔗区土壤饱和持水量38%～61%，土壤永久凋萎点2%～21%，土壤田间持水量6%～42%，土壤有效水含量4%～22%。甘蔗需水量1075.0～1231.0 mm，日需水量3.6～5.9 mm，日耗水强度4.0～6.0 mm。不同生长阶段甘蔗吸收氮、磷、钾量和节水灌溉肥料浓度参数存在较大差异，综合考虑甘蔗产量质量、降雨时空、灌溉量等因素，優选出节水灌溉肥料水平为：苗期0.10%～0.20%，分蘖期灌0.20%～0.30%，伸长（拔节）期0.20%～0.30%，成熟期灌溉停止施肥。经实际生产证实，不同灌溉方式中以滴灌甘蔗对水分和氮、磷、钾养分的利用率最高，分别为90.01%、51.32%、30.21%和52.11%；滴灌区采用减量施肥（N 210.00 kg/ha+P2O5 75.00 kg/ha+K2O 210.00 kg/ha）能实现糖料蔗的高产优质目标。【结论】广西蔗区生产的甘蔗节水灌溉及高效施肥模式为早春土壤湿润促苗，中期灌溉施肥偶合，后期灌溉防蔗早衰。即甘蔗灌溉频次9次（春季2次、分蘖期2次、伸长期3次、成熟期2次），灌溉总量900.0～1425.0 m3/ha，每次灌溉量60.0～90.0 m3/ha，用水關键节点在春秋季；轻质土壤的滴灌间隔9～12 d，黏壤土的滴灌间隔12～17 d；灌溉肥料水平为甘蔗苗期0.10%～0.20%、分蘖期0.20%～0.30%、伸长（拔节）期0.20%～0.30%、成熟期灌溉不施肥；以氮、钾肥为主（N∶K2O=1∶1.6）。

关键词： 甘蔗；节水灌溉；高效施肥；参数；广西蔗区

中图分类号： S566.107 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2016）05-0638-06

Abstract：【Objective】The present experiment was conducted to establish water-saving irrigation and high-efficiency fertilization technique system， in order to lay the foundation for achieving high yield and high quality of sugar crop. 【Method】Based on sugarcane field experiment， the key technical parameters of water-saving irrigation and high-efficiency fertilization were investigated using research method of sugarcane soil nutrient and water system， the experiment took 15 years， its research results were summarized. 【Result】The results showed that， the rainfall of sugarcane planting areas mainly concentrated in the months of May to September， the spring and autumn was drought season， and the water shortage restricted the sugarcane production. In sugarcane planting areas， the soil saturated water-holding capacity ranged from 38% to 61%， the permanent wilting point ranged from 2% to 21%， the field capacity ranged from 6% to 42%， the soil water content ranged from 4% to 22%， the available water capacity ranged from 4% to 22%. The water demand of sugarcane was 1075.0-1231.0 mm， the daily water demand of sugarcane was 3.6-5.9 mm， and daily water consumption intensity of sugarcane was 4.0-6.0 mm. In addition， there were some larger differences between fertilizer concentration parameter and amount of nitrogen， phosphorus and potassium absorbed by sugarcane， considering some factors viz.， yield and quality of cane， rainfall space time， irrigation water amount etc.， so the optimal fertilizer application rates in water-saving irrigation were as follows： 0.10%-0.20% at seedling stage， 0.20%-0.30% at tillering stage， 0.20%-0.30% at elongating stage， but no fertilizer was applied at maturation stage. The actual production confirmed that， among different irrigation methods， drop irrigation made use efficiencies of nitrogen， phosphorus and potassium into be the highest， the use efficiencies of nitrogen， phosphorus and potassium were 90.01%， 51.32%， 30.21% and 52.11%， respectively. And the reducing fertilizer application（N 210.00 kg/ha+P2O5 75.00 kg/ha+K2O 210.00 kg/ha） could achieve high yield and high quality of sugarcane. 【Conclusion】The established water-saving irrigation and high-efficiency fertilization mode suitable for Guangxi sugarcane areas is as follows： moist soils in early spring for promoting growth of seedlings， medium-term fertigation， the late irrigation for preventing premature aging. All that sugarcane irrigation frequency was nine times（irrigating 2 times in spring， 2 times at tillering stage， 3 times at elongating stage， 2 times at maturation stage）， and the irrigation amount is 60.0-90.0 m3/ha every time， total irrigation amount is 900.0-1425.0 m3/ha. And the key seasons for irrigation are spring and autumn， the light soil should be irrigated with drip system at intervals of 9-12 days， the clay loam should be irrigated with drip system at intervals of 12-17 days. Further， the fertilizer application rates in drop irrigation are 0.10%-0.20% at seedling stage， 0.20%-0.30% at tillering stage， 0.20%-0.30% at elongating stage， but no fertilizer is applied at maturation stage. More importantly， the nitrogen-potassium fertilizer（N∶K2O=1∶1.6） is mainly applied.

Key words： sugarcane； water-saving irrigation； high-efficiency fertilization； parameter； sugarcane planting areas in Guangxi

0 引言

【研究意义】广西现有80%的县（市、区）种植糖料蔗，主要分布在桂中、桂南及桂西南石灰岩旱坡地区，种植面积达100萬ha，但目前的蔗糖生产仍存在施肥量普遍过量、肥料利用率低等问题（张肇元等，1998；李杨瑞和杨丽涛，2009；谭宏伟，2009）。此外，气候季节性干旱及缺水也制约蔗糖生产，进而影响其经济效益。因此，系统研究甘蔗节水灌溉及高效施肥关键技术参数，有效解决糖料蔗生产因地形和季节性干旱缺水问题及推广高效施肥措施，对保障广西蔗糖产业可持续发展具有重要意义。【前人研究进展】近年来，我国蔗区大力推广甘蔗喷灌、滴灌、微喷等节水灌溉技术，实施节水灌溉的甘蔗平均产量在120 t/ha以上，较未灌溉的增产20%～40%（李杨瑞等，2014）。花铭隆等（2007）对比分析了节水灌溉（喷灌）、抽水灌溉（漫灌）对甘蔗生长和蔗茎产量的影响，结果表明，采用节水灌溉（喷灌）技术在实际用水量仅为抽水灌溉（漫灌）用水量一半的情况下，依然能满足甘蔗正常生长的水分需求。李毅杰等（2013）通过研究不同灌溉量对甘蔗生长的影响，发现以甘蔗冠层顶部水面蒸发量的1.00倍作为甘蔗滴灌栽培灌溉量的效果最佳。经福林等（2014）认为，节水灌溉是甘蔗节水节肥的一项重要技术，能有效供给甘蔗不同生长期所需水肥，充分利用有限淡水资源，并提高肥料利用率。谭俊杰（2015）研究表明，滴灌技术可最大化利用灌溉资源，而微灌技术在整体生产成本和灌溉效果方面更具竞争优势，两者均适宜在广西甘蔗生产上推广应用。目前，制约我国甘蔗生产的施肥管理问题主要表现为：一是甘蔗种植区农民对甘蔗吸收利用矿质营养普遍缺乏了解；二是甘蔗施肥不当导致养分不平衡。为此，李玉潜等（1994）通过计算机模拟优化得出相应的配套施肥方案；谭宏伟等（2011）研究表明，不同施肥条件对甘蔗吸收利用钾素及土壤中钾素的移动与平衡均有影响，实际生产中应注重氮、磷、钾合理配施，提高肥料利用率；吴洁敏等（2015）通过探讨甘蔗高糖高产的栽培模式，发现在施肥种类与施肥次数互作方面，施用复合肥使得甘蔗综合性状较好，在经济效益方面以二次施肥比一次施肥高；黄振瑞等（2015）研究发现，适当减少化肥施用量及调整氮、磷、钾配比，可促进甘蔗分蘖期和伸长期对氮、磷的吸收，提高肥料利用率及甘蔗产量。【本研究切入点】虽然至今已有较多关于甘蔗节水灌溉及高效施肥的研究报道（谭宏伟等，2013，2014），但由于缺乏系统的技术参数设计，且大部分研究结果局限于小区试验，无法实现大面积推广应用。【拟解决的关键问题】以甘蔗田间试验为基础，采用蔗区土壤养分及水分系统研究法对甘蔗节水灌溉及高效施肥的参数进行探索，对历时15年的相关研究结果进行总结归纳，以期建立适合广西蔗区生产的甘蔗节水灌溉及高效施肥关键技术体系，为实现糖料蔗的高产优质目标奠定基础。

1 研究方法

采用蔗区土壤养分及水分系统研究法对蔗区节水灌溉及高效施肥的参数进行探索，对本课题组历时15年的相关研究结果进行总结归纳，具体包括土壤养分及水分状况测定、各生长阶段降雨观测、土壤田间持水量测定、试验地养分测定、基于滴灌条件下的甘蔗减量施肥技术研究及甘蔗不同灌溉水量田间试验。其中，施肥量设3个处理，灌区减量施肥（N 315.00 kg/ha+P2O5 75.00 kg/ha+K2O 300.00 kg/ha），无灌溉区常规施肥（N 345.00 kg/ha+P2O5 90.00 kg/ha+K2O 330.00 kg/ha），减量灌溉施肥（N 210.00 kg/ha+P2O5 75.00 kg/ha+ K2O 210.00 kg/ha）；灌溉量设4个处理，处理1灌溉量60.0～ 90.0 m3/ha，处理2灌溉量105.0～135.0 m3/ha，处理3灌溉量150.0～180.0 m3/ha，处理4灌溉量195.0～240.0 m3/ha。试验地点设在来宾市兴宾区蒙村、南宁市武鸣县罗圩镇和崇左市扶绥县渠黎镇等广西主要甘蔗生产区。

2 结果与分析

2. 1 蔗区土壤水分状况关键技术参数

2. 1. 1 甘蔗种植区降雨分布情況 在各试验点附近收集雨水的结果表明，第一季度平均降雨量288.6 mm，第二季度平均降雨量562.2 mm，第三季度平均降雨量401.7 mm，第四季度平均降雨量129.2 mm，全年平均降雨量1379.7 mm。可见，广西蔗区降雨主要集中在第二、三季度（5～9月），除部分被甘蔗吸收外，由于降雨集中且强度大，极易形成经流流失，同时造成养分流失（Pocknee and Sumner，1997；Tan et al.，2005）。

2. 1. 2 蔗区耕地土壤质地饱和持水量及永久凋萎点 广西蔗区土壤质地从黏土至砂土均有分布（张肇元等，1998；谭宏伟等，2003；李杨瑞和杨丽涛，2009），蔗区土壤饱和持水量在38%～61%，蔗区土壤永久凋萎点为2%～21%（表1）。说明蔗区土壤饱和持水量与土壤永久凋萎点间土壤黏粒含量有关，同时土壤黏粒含量又决定了土壤的饱和持水量和永久凋萎点。如黏壤土饱和持水量在44%～55%，土壤永久凋萎点在13%～17%，即饱和持水量和永久凋萎点是设计甘蔗灌溉的重要参数。

2. 1. 3 不同质地土壤的田间持水量及有效水含量 由表2可以看出，广西蔗区土壤田间持水量为6%～42%，且以黏土田间持水量较高，其保持水分的能力强；而砂土保持水分的能力较差，其田间持水量仅6%～8%。广西蔗区土壤有效水含量在4%～22%，同样是黏土有效水含量高于砂土。进一步说明蔗区土壤田间持水量和有效水含量与土壤黏粒含量有关，通常干旱先发生在土壤质地为砂土的蔗区，因此甘蔗不同生长阶段的蔗区土壤田间持水量和有效水含量决定每次灌溉量等。

2. 1. 4 不同土壤有机质含量与土壤田间持水量的关系 据37个灌溉田间试验点的统计结果可知，当蔗区土壤有机质含量在1.5%～2.0%时，不同质地土壤田间持水量差异明显，土壤田间持水量在6%～30%（表3）。同一土壤质地随着土壤有机质含量的增加，其土壤田间持水量呈增加趋势（表4），即蔗区干旱先发生在土壤有机质含量较低的土壤，因此加强土壤肥力建设、增加土壤有机质是一项重要的田间保水工作。

2. 1. 5 不同土壤类型与土壤水含量及有效水含量的关系 由表5可以看出，蔗区不同土壤类型的田间持水量、永久凋萎点、饱和持水量和有效水含量等存在明显差异。不同土壤类型土壤田间持水量和有效水含量排序均为棕色石灰土>红壤土>赤红壤土>砖红壤土。

2. 2 甘蔗节水灌溉关键技术参数

2. 2. 1 甘蔗各生长发育阶段对水分的需求 我国甘蔗主产区的年降雨量为1000.0～2000.0 mm，甘蔗全生育期的需水规律为“两头少中间多”，即萌芽、分蘖及成熟期需水较少，伸长期需水多。其中，出苗期需水量占全生育期需水总量的8.3%，分蘖期占21.7%，伸长期占56.9%，成熟期占13.0%（试验区年降雨量1400.0 mm）。根据甘蔗生物特性及各生育期的需水量，广西春、秋季的蔗区土壤水分均不能满足甘蔗生长的需求，如春植蔗出苗期的降雨量仅能满足甘蔗需水量的74.4%，分蘖期仅能满足甘蔗需水量的68.6%（表6）；而在秋季，甘蔗成熟期的降雨量仅能满足甘蔗需水量的35.7%，说明秋旱已抑制了甘蔗的生长。

据各灌溉田间试验点的统计结果可知，甘蔗在各月份每天的需水量分别是：1月1.7～2.1 mm，平均1.9 mm；2月2.8～3.2 mm，平均3.0 mm；3月4.1～5.0 mm，平均4.6 mm；4月6.2～7.3 mm，平均7.0 mm；5月8.4～9.1 mm，平均9.0 mm；6月5.7～6.3 mm，平均6.2 mm；7月3.9～4.6 mm，平均4.3 mm；8月4.8～5.2 mm，平均5.0 mm；9月4.9～5.3 mm，平均5.0 mm；10月5.0～5.5 mm，平均5.1 mm；11月3.3～4.1 mm，平均3.9 mm；12月2.9～3.3 mm，平均3.1 mm。全年累计甘蔗需水量为1075.0～1231.0 mm。

2. 2. 2 甘蔗灌溉量 甘蔗灌溉量由甘蔗需水量、甘蔗日耗水強度、土壤湿润比、灌水均匀度和水有效利用系数等共同决定。据49个滴灌溉田间试验点的统计结果显示，甘蔗日需水量3.6～5.9 mm，甘蔗日耗水强度4.0～6.0 mm，甘蔗遮荫率对耗水量的修正系数0.8～1.0，遮荫率（甘蔗垂直投影与地面面积比）30%～

40%，甘蔗需水旺期最大蒸发量4.0～6.0 mm，土壤湿润比40%～60%；综合考虑到甘蔗产量质量、降雨时空、灌溉水利用率等因素，优选出节水灌溉以每次灌溉量60.0～90.0 m3/ha为宜。

2. 2. 3 甘蔗微灌施肥制度参数 甘蔗微灌施肥制度由甘蔗灌溉定额、灌溉周期、每次灌溉时间、灌溉次数与灌溉总量等组成。表7列出各种质地土壤的一些参数，以供制定甘蔗灌溉制度时参考。由表8可以看出，不同区域及不同质地土壤的灌溉量和灌溉次数也不一样。桂北蔗区的每次灌溉量为52.5～127.5 m3/ha，灌溉次数为7～10次；桂中蔗区的每次灌溉量为60.0～112.5 m3/ha，灌溉次数为7～10次；桂南蔗区的每次灌溉量为67.5～135.0 m3/ha，灌溉次数为8～10次。整个生长周期内，广西蔗区的甘蔗灌溉总量一般在900.0～1425.0 m3/ha，其中，轻质土壤的滴灌间隔为9～12 d，黏壤土的滴灌间隔为12～17 d。

2. 3 甘蔗高效施肥关键技术参数

2. 3. 1 甘蔗根系分布特征 甘蔗根系62.0%分布在0～20 cm土层，23.4%分布在20～40 cm土层，8.8%分布在40～60 cm土层，4.4%分布在60～80 cm土层，1.4%分布在80～100 cm土层。这是制定甘蔗灌溉方案必须考虑的关键因素。

2. 3. 2 甘蔗优质高产对矿质养分吸收规律 田间试验结果表明，甘蔗不同生长阶段对氮、磷、钾的吸收量也各不相同（表9）。与其相应的施肥量：施N 300.00～ 315.00 kg/ha，其中滴灌施N 195.00～240.00 kg/ha，其余为土层施肥；施P2O5 75.00～90.00 kg/ha，大部分采用土层施肥，推荐滴灌施P2O5 15.00～30.00 kg/ha；施K2O 270.00～300.00 kg/ha，推荐滴灌施K2O 120.00～150.00 kg/ha，其余采用土層施肥。在此施肥条件下，获得的甘蔗产量达201.945 t/ha。

2. 3. 3 甘蔗节水灌溉肥料浓度参数 在甘蔗灌溉施肥的肥料水平范围（0.05%～0.60%）内，综合考虑甘蔗产量质量、降雨时空、灌溉量等因素，优选出节水灌溉以甘蔗苗期灌溉肥料水平为0.10%～0.20%，分蘖期灌溉肥料水平为0.20%～0.30%，伸长（拔节）期灌溉肥料水平为0.20%～0.30%，成熟期灌溉但停止施肥。

2. 4 甘蔗肥水协调推荐施肥和灌溉设计的应用效果

2. 4. 1 提高水分和养分利用率 研究甘蔗节水灌溉及高效施肥关键技术参数，是以提高甘蔗水分和养分利用率为核心，最终实现甘蔗优质高产。由表10可以看出，不同灌溉方式中以滴灌甘蔗对水分和氮、磷、钾养分的利用率最高，分别为90.01%、51.32%、30.21%和52.11%；其次是微喷，无灌溉方式的利用率最低。

2. 4. 2 实现甘蔗高产优质的目标 在滴灌减量施肥田间试验中，无灌溉区采用常规施肥（N 345.00 kg/ha+ P2O5 90.00 kg/ha+K2O 330.00 kg/ha），滴灌区采用减量施肥（N 210.00 kg/ha+P2O5 75.00 kg/ha+K2O 210.00 kg/ha），结果表明，滴灌减量施肥（减1/3施肥量）的甘蔗产量183.855 t/ha，无灌溉区甘蔗产量112.980 t/ha，即滴灌减量施肥的甘蔗产量较无灌溉区增产62.73%。在甘蔗品质方面，滴灌减量施肥区的甘蔗品质略优于无灌溉区，如滴灌减量施肥处理蔗糖分（16.77%）较无灌溉区提高了1.16%（绝对值），蔗汁锤度和重力纯度也有所增加（表11）。

3 讨论

广西甘蔗90%以上种植在旱坡地上，缺乏水利设施，有效灌溉面积不足10%。广西全年降雨量虽然充沛，但降雨时空分布不匀，季节性干旱和区域性干旱频繁，干旱缺水已成为制约广西甘蔗高产稳产的主要因素（谭宏伟，2003）。滴灌施肥是当今世界上最先进的节水灌溉技术之一，在我国经过多年的发展，已得到广泛应用（邓兰生等，2015；张翠丽等，2015），尤其在旱地蔗区的应用前景十分广阔。目前，虽然已有较多关于甘蔗节水灌溉及高效施肥的研究报道（谭宏伟等，2013，2014），但由于缺乏系统的技术参数设计，且大部分研究结果局限于小区试验，无法实现大面积推广应用。因此，要稳步实现广西500万亩优质高产高糖糖料蔗基地建设，就必须系统研究甘蔗节水灌溉及高效施肥关键技术参数，尽快建立适合广西蔗区生产的甘蔗节水灌溉及高效施肥关键技术体系，并大面积推广应用。

本研究结果表明，甘蔗的周年生长需水量为1075.0～1231.0 mm，理论上广西蔗区降雨1200.0～1400.0 mm能满足甘蔗对水分的需求，但由于降雨分布不均，且降雨季节主要集中在5～9月，春秋季节干旱及缺水制约糖料蔗生产，因此实现甘蔗高效生产的关键是加强春秋季灌溉。进行蔗区灌溉设计前必须了解蔗区耕地土壤饱和持水量、永久凋萎点、土壤水含量、有效水含量和田间持水量等土壤水分特征，然后根据这些水分特征设计灌溉参数。此外，掌握甘蔗需水量、甘蔗日需水量、甘蔗日耗水强度、甘蔗遮荫率对耗水量的修正系数、遮荫率、甘蔗垂直投影与地面面积比、甘蔗需水旺期最大蒸腾量、土壤湿润比等指标，也是设计甘蔗灌溉量和灌溉频次的关键。综合15年来的研究结果可知，广西蔗区的甘蔗节水灌溉施肥模式为早春土壤湿润促苗，中期灌溉施肥偶合，后期灌溉防蔗早衰。即甘蔗灌溉频次9次（春季2次、分蘖期2次、伸长期3次、成熟期2次），灌溉总量900.0～1425.0 m3/ha，每次灌溉量60.0～90.0 m3/ha，用水关键节点在春秋季。

长期以来，由于缺乏甘蔗不同生长阶段吸收氮、磷、钾量和节水灌溉肥料浓度参数，以致于生产上施肥和灌溉存在一定的盲目性。本研究结果表明，甘蔗不同生长阶段吸收氮、磷、钾量和節水灌溉肥料浓度参数是设计甘蔗高效生产肥水协调的关键，经田间试验，发现甘蔗对水分和氮、磷、钾养分利用率分别为90.01%、51.32%、30.21%和52.11%。这对实现甘蔗高效生产节水节肥，解决甘蔗生产中灌溉设计缺少参数的现状具有重要意义。

4 结论

广西蔗区生产的甘蔗节水灌溉施肥模式为早春土壤湿润促苗，中期灌溉施肥偶合，后期灌溉防蔗早衰。即甘蔗灌溉频次9次（春季2次、分蘖期2次、伸长期3次、成熟期2次），灌溉总量900.0～1425.0 m3/ha，每次灌溉量60.0～90.0 m3/ha，用水关键节点在春秋季；轻质土壤的滴灌间隔9～12 d，黏壤土的滴灌间隔12～17 d；灌溉肥料水平为甘蔗苗期0.10%～0.20%、分蘖期0.20%～

0.30%、伸长（拔节）期0.20%～0.30%、成熟期灌溉不施肥；以氮、钾肥为主（N∶K2O=1∶1.6）。

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（责任编辑 兰宗宝）