不同品种甘蔗生长对氮肥的响应与利用

李进 段婷婷 邓凯 景占鑫 蔺中 梁燕秋 邓焯楠 高宇 郑超

摘  要  本文以研究區当家甘蔗品种台糖22（ROC22）、柳城5136（LC5136）、粤糖236（YT236）为材料，设5个不同氮肥施用量，研究施氮量对不同品种甘蔗生长及氮肥利用的影响。结果表明：（1）施氮量增加，3种甘蔗的茎重和产量先增加后无显著变化。ROC22和LC5136在施氮量为351.9 kg/hm2时较为适宜，而YT236在234.6 kg/hm2时较适宜;ROC22的产量最高，分别比LC5136和YT236增产8.6%和40%。（2）随施氮量的提高，LC5136和YT236的产糖量呈先增加后无明显变化的趋势。ROC22的产糖量在施氮量为351.9 kg/hm2时显著大于无氮处理的，但不同施肥量处理间无显著差异;ROC22的平均产糖量分别比LC5136和YT236高20%和57%。（3）随着施氮量的增加，ROC22和YT236的氮肥利用率呈递减趋势，施氮量为117.3 kg/hm2时利用率最高。而LC5136的肥料利用率呈递增趋势，施氮量为469.2 kg/hm2时利用率最高;ROC22的氮肥利用率比LC5136和YT236的均高出10个百分点。综合考虑甘蔗产量、产糖量、氮肥利用率的情况，氮肥用量为351.9 kg/hm2时，对ROC22和LC5136较适宜，而在234.6 kg/hm2时，对YT236较适宜。在研究区种植甘蔗ROC22明显优于LC5136和YT236。

关键词  甘蔗;产量;产糖量;氮肥;肥料利用率中图分类号  S566.1      文献标识码  A

Abstract  The aim was to investigate the optimum nitrogen （N） fertilizer application for different sugarcanes varieties to conserve resources and reduce pollution. Using three main local sugarcanes varieties， ROC22， LC5136， and YT236， for experiments， 5 levels of N fertilizers quantities were set to study the effects of N fertilizer application on different sugarcanes varieties. The results showed that： （1） The weight of stem and yield of all three sugarcanes varieties increased with N fertilizers increased， followed by no significant change. The best application rate for ROC22 and LC5136 was 351.9 kg/hm2， while that for YT236 was 234.6 kg/hm2. The yield of ROC22 was the highest， which was more than LC5136 and YT236 for 8.6% and 40%， respectively. （2） The sugar yield of LC5136 and YT236 increased with increasing N fertilizer， followed by leveling off. The sugar yield of ROC22 with N application of 351.9 kg/hm2 was significantly higher than no N application， but no obvious difference for different N applications. The average sugar yield of ROC22 was 20% and 57% higher than that of LC5136 and YT236. （3） The effect of N application on three sugarcanes varieties was different. With increasing N application， the use efficiency of N fertilizer of ROC22 and YT236 showed decreasing trend， reaching highest efficiency at 117.3 kg/hm2. The use efficiency of N fertilizer of ROC22 was 10% higher than that of LC5316 and YT236. Considering the yield of sugarcanes， yield of sugar， and use efficiency of N fertilizer， the optimum N fertilizer application for ROC22 and LC5136 was 351.9 kg/hm2， while that of YT236 was 234.6 kg/hm2. The growth of ROC22 in the study area was obviously better than LC5136 and YT236.

Keywords  sugarcane; crop yield; sugar yield; nitrogen fertilizer; fertilizer use efficiency

DOI  10.3969/j.issn.1000-2561.2019.04.004

甘蔗属于禾本科甘蔗属植物，是非常重要的糖料作物。我国甘蔗的种植总面积位居世界第三[1]。甘蔗是我国食糖产业的主要原料，蔗糖占食糖总产量的比值超过70%，甘蔗产业对我国甘蔗产区农业增效、蔗农增收的意义重大[2]。氮是甘蔗生长发育必不可少的营养元素，氮肥的应用对甘蔗有明显的增产效应[3]。但施用氮肥越多并非增产效果越好，供氮过多会影响甘蔗的正常生长发育，降低甘蔗的产量和品质[4]，且大量施用的氮肥能被植株吸收利用的只有30%～40%甚至更少，这既增加了生产成本，又造成了资源浪费和环境污染[5-6]。只有适量合理的施用氮肥才能促进蔗株生长，提高其产量和品质[7-8]。

湛江是广东甘蔗的主产区，也是我国第三大优势植蔗区，每年种植面积和产糖量占全省 90%以上[9]。目前湛江蔗区的氮肥用量多数在600～750 kg/hm2，此施氮量是巴西蔗区的6～8倍，氮肥的长期不合理施用已经严重制约了广东乃至全国的蔗糖业健康发展[10]。为此，笔者以广东湛江甘蔗区为研究区，设5个氮肥用量水平和3种当家品种进行田间试验，通过对甘蔗农艺性状、产量、氮肥利用率等的研究，探索研究区当家甘蔗品种的适宜氮肥用量，减少生产成本和环境氮污染，为甘蔗科学施用氮肥及选育氮高效利用品种提供重要理论和实践依据。

1  材料与方法

1.1  材料及田间情况

供试甘蔗为研究区当家品种新台糖22号（ROC22）、粤糖236号（YT236）和柳城5136号（LC5136）。供试氮磷钾肥料分别为尿素（含N 46%），钙镁磷肥（含P2O5 12%），氯化钾（含K2O 60%）。试验地设在广东湛江农垦科学研究所大田，多年连作甘蔗，土壤pH 4.76，有机质20.23 g/kg，土壤总氮含量1.12 g/kg;碱解氮78.43 mg/kg，有效磷13.41 mg/kg，速效钾84.32 mg/kg。

1.2  方法

1.2.1  试验设计  试验有2 个因素，因素1为不同的甘蔗品种，分别为ROC22、LC5136、YT236;因素2为不同氮肥施用量，设5个水平，分别为无氮处理（N0），施117.3 kg/hm2纯氮处理（N1），施234.6 kg/hm2纯氮处理（N2），施351.9 kg/hm2纯氮处理（N3），施469.2 kg/hm2纯氮处理（N4）。

试验采用随机区组设计，3种甘蔗各有5个施氮水平，合计15个处理，每个处理有3个重复小区，共计45个小区。小区为3行区，行长8 m、行距1.1 m，面积26.4 m2。用健康甘蔗种苗移栽，种植密度为102 000株/hm2，每株间距为8.9 cm左右。各处理均施用磷（P2O5）288 kg/hm2，氯化钾（K2O）324 kg/hm2。氮肥采用基肥（30%）、追肥（拔节大培土期70%）各1次的施肥方式;磷肥采用基肥（100%）;钾肥采用基肥（40%）、追肥（拔节大培土60%）各1次。

1.2.2  调查项目  本研究于2015年3月—2015年12月在试验田进行。期间在每个处理中选择长势相对均一的15株甘蔗作为观测株，定期收集枯叶以备后期测定叶片氮素吸收总量;2015年11月初调查观测株株高、茎径和有效茎数，并取各处理9条甘蔗样本测其生物量、蔗糖分及氮素吸收量，计算氮肥利用率。肥料利用率=（施肥区作物养分吸收量-不施肥区作物养分吸收量）/施肥量×100%。2015年12月初，甘蔗收获时，按小区统计产量和产糖量，以及氮肥偏生产力。产量（kg/hm2）=单茎重（kg）×有效茎数（plant/hm2）;产糖量（kg/hm2）=蔗糖分（%）×产量（kg/hm2）;氮肥偏生产力（kg/kg）=施氮区产量/施氮量。

1.3  数据处理

试验数据采用Excel 2007软件和SSPS 13软件进行统计分析。

2  结果与分析

2.1  施氮量对不同品种甘蔗农艺性状的影响

如表1所示，氮肥施用量对不同品种甘蔗的农艺性状影响显著。随着氮肥用量的增多，3种甘蔗的株高显著增加，且不同氮肥用量下的3种甘蔗平均株高差异显著，ROC22分别比LC5136和YT236增高6 cm和46 cm;施氮量对3种甘蔗的茎径影响显著。N2、N3和N4处理的ROC22茎径显著大于N0和N1的。N3处理的LC5136茎径显著大于N0和N1的。不同施氮量处理的YT236

茎径差异不显著，但均显著大于不施氮肥处理N0的。不同氮肥用量下的3种甘蔗平均茎径差异显著，LC5136分别比ROC22和YT236增粗0.16 cm和0.22 cm;氮肥用量对3种甘蔗的有效茎数影响显著。N3和N4处理的ROC22和LC5136有效茎数均大于N0、N1和N2。不同施氮量处理的YT236有效茎数差异不显著，但均显著大于不施氮肥N0处理的。不同氮肥用量下的3种甘蔗平均有效茎数差异显著，YT236分别比ROC22和LC5136多10%和40%。

2.2  施氮量对不同品种甘蔗的生物量影响

如图1所示，氮肥施用量对不同品种甘蔗的整株生物量影响显著。N3和N4处理的3种甘蔗生物量均显著大于N0、N1和N2的，N2处理显著大于N0和N1的，N1处理显著大于无氮处理N0的;在不同氮肥用量水平下，3种甘蔗的植株生物量差异显著，均是LC5136显著大于ROC22和YT236，ROC22显著大于YT236。5种氮肥用量下的LC5136平均生物量分别比ROC22和YT236增重20%和53%。

2.3  施氮量对不同品种甘蔗的氮素吸收影響

如图2所示，氮肥施用量对不同品种甘蔗单株地上部氮素吸收量影响显著。N3处理的ROC22氮素吸收量显著大于N0、N1、N2和N4的，N2和N4处理显著大于N0和N1，N1处理显著大于无氮处理N0的;N4处理的LC5136氮素吸收量显著大于N0、N1、N2和N3的，N3显著大于N0、N1和N2的，N2显著大于N0和N1的，N1和N0无显著

柱上不同小写字母表示同品种的不同施氮量处理间差异显著（P<0.05）;不同大写字母表示相同施氮量下甘蔗品种处理间差异显著（P<0.05）。

Different small letters indicate significant differencesamong nitrogen rate treatments for the same varietiescondition （P<0.05）. Different capital letters meant significantdifferences among different sugarcane varieties treatmentsfor the same nitrogen rate condition （P<0.05）.

柱上不同小写字母表示同品种的不同施氮量处理间差异显著（P<0.05）;不同大写字母表示相同施氮量下甘蔗品种处理间差异显著（P<0.05）。

Different small letters indicate significant differences among nitrogen rate treatments for the same varietiescondition （P<0.05）. Different capital letters meant significant differences among different sugarcane varieties treatments for the same nitrogen rate condition （P<0.05）.

N1和N2处理的ROC22蔗糖分显著大于N0、N3和N4。不同氮肥用量下的LC5136和YT236蔗糖分差异不明显;不同氮肥用量下的ROC22平均蔗糖分显著大于LC5136和YT236的。

N1、N2、N3和N4处理的ROC22产糖量差异不显著，N3处理的产糖量显著大于N0不施肥处理的。N2、N3和N4处理的LC5136产糖量差异不显著，但显著大于N0和N1处理的。N1、N2、N3和N4处理的YT236产糖量差异不显著，N2和N4处理的产糖量显著大于N0处理的;3种甘蔗在不同氮肥用量下的平均产糖量差异显著，ROC22显著大于LC5136，LC5136显著大于YT236，ROC22的产糖量分别比LC5136和YT236的高20%和57%。

2.5  施氮量对不同品种甘蔗的产量及产糖量影响

如表3所示，随着氮肥用量的增加，3种甘蔗每公顷氮素平均吸收量呈显著递增趋势。N3处理ROC22显著大于其他氮素水平处理的，N4处理的LC5136显著大于其他氮素处理的，N3和N4处理的YT236显著大于N2、N1和N0的;且不同氮肥用量下的3种甘蔗平均氮素吸收量差异显著，每公顷LC5136分别比ROC22和YT236多吸收氮素14.01、34.5 kg。

施氮量对3种甘蔗的氮肥利用率影响显著。N1处理的ROC22显著大于其他处理的，N4处理的LC5136显著大于N1和N2的，N1处理的YT236显著大于N4处理的;3种甘蔗在不同氮肥用量下的平均利用率差异显著，ROC22的利用率比LC5136和YT236都高出10个百分点。

随着氮肥用量的增加，3种甘蔗的氮肥偏生产力显著降低。不同氮肥用量下的3种甘蔗平均

氮肥偏生产力差异显著，ROC22分别比LC5136和YT236高8.5%和36%。

3  讨论

3.1  施氮量对不同品种甘蔗产量的影响

在传统甘蔗种植过程中，大多蔗农认为氮肥对甘蔗增产至关重要，因此为提高甘蔗产量，甚至不计成本重偏施氮肥[11]。但施用氮肥的增产效果并非随用量的增加而直线上升，而是增加到一定水平出现下降的趋势[5， 12-13]，这与本研究结果一致。本研究结果显示施用氮肥可以在一定程度上提高3种甘蔗的株高、茎粗、茎重、生物量和产量，但当施氮量到达一定水平，甘蔗的生物量和产量都出现下降或无显著变化的情况。这是由于氮肥用量过高后引起营养元素间的比例失调，甘蔗光合强度减弱，抗性降低，降低蔗糖分[11， 14]。因此，一定范围内增施氮肥可以促进甘蔗生长及提高产量，针对不同甘蔗品种进行适量施肥是增产的关键，生产上应避免盲目过量施肥。在产量无明显差异的情况下，选择产量较高而施氮量较低的水平作为本试验所推荐的施肥量，即ROC22和LC5136在施氮量為351.9 kg/hm2时较为适宜，YT236在234.6 kg/hm2时较适宜。

产量是甘蔗各种农艺性状的集中体现，同时也是群体质量优劣的标准之一[15]。本研究显示3种甘蔗的农艺性状和产量差异显著，ROC22分别比LC5136和YT236增高6、46 cm，LC5136和ROC22分别比YT236增粗0.22、0.06 cm，LC5136和ROC22分别比YT236的茎增重80%和62%，YT236和ROC22分别比LC5136的有效茎数增多40%和30%。综合考虑，ROC22的茎重和有效茎数等农艺性状是优于LC5136和YT236的。其中蔗茎和有效茎是构成甘蔗产量的主要因素，其水平的高低直接影响甘蔗的产量和经济效益，对于甘蔗生产具有决定性的意义[8]。本研究结果也表明ROC22分别比LC5136和YT236增产8.6%和40%。因此，相比2种当地传统种植品种LC5136和YT236，本研究建议在研究区种植ROC22。

3.2  施氮量对不同品种甘蔗产糖量的影响

实现甘蔗种植的高产量和高品质是当前甘蔗生产的主要目标，其中甘蔗的品质决定于蔗茎的含糖量。三大矿质营养元素（氮磷钾）对甘蔗生产发育、产量和品质形成尤为重要[16]。氮磷钾养分的不同供给量可以改善蔗茎中的糖分含量[17]。本研究结果也表明增施氮肥可以提高ROC22的蔗糖分，但当施肥量到一定水平时，糖分含量反而开始显著减少，同时氮用量增加对LC5136和YT236的蔗糖含量无显著影响。这可能是因为除了氮素外，磷钾元素对甘蔗的生长发育及品质改善也是至关重要，尤其钾素对甘蔗的碳水化合物代谢过程、糖分含量的提高有着重要作用，是改善甘蔗品质的主要元素[18]。即使氮素供应充足，钾素相对不足后，甘蔗糖分含量也不会有所提高，尤其当重偏施氮肥引起营养元素间比例失衡时，可直接导致甘蔗品质的降低[11]。这说明过量施用氮肥并不能有效提高甘蔗的含糖量，需要适量施肥，并与磷钾等肥料一起配合施用来达到改善甘蔗品质的目的[19]。

甘蔗的产糖量主要由蔗糖含量和产量共同构成，因此他们的多少就直接决定了产糖量的大小[19-20]。本研究结果显示随着施氮量的增加，LC5136和YT236的產糖量呈先增加后无明显变化趋势。而ROC22的产糖量在施氮量为351.9 kg/hm2时显著大于无氮处理，但不同施氮量处理间无显著差异，且ROC22的平均产糖量显著大于其他2种甘蔗的，分别比LC5136和YT236高20%和57%。因此本研究建议在研究区种植ROC22甘蔗品种，并按351.9 kg/hm2的用量施氮肥可获得较高产糖量和经济效益。

3.3  施氮量对不同品种甘蔗氮素吸收和肥料利用率的影响

氮素的吸收积累对作物干物质形成至关重要。氮素是植物生长和产量形成的首要营养元素，他在植物生长发育中影响到干物质的积累与分配[21]。本研究中，随着氮肥用量增加，ROC22和YT236的地上部氮素吸收量先增加后减少或无显著变化，这与其整株生物量的变化趋势一致，此结果说明甘蔗植株干物质积累总量与氮素累积总量存在正相关关系[22-24]。同理由于LC5136的整株生物量显著大于ROC22和YT236的，因此其地上部对氮素的吸收量也显著大于其他2种甘蔗。

有研究表明甘蔗植株在拔节之前，大部分的氮素分配在叶片中，甘蔗开始拔节后，为维持茎的快速生长，叶片中储存和吸收的氮素大量转移到茎中，使茎的氮素累积量迅速增加，而叶片中的氮素分配比例迅速下降[25]。 本研究结果表明氮肥用量对3种甘蔗地上部氮素累积分配比例影响显著。随着氮肥用量的增加，3种甘蔗茎部氮素累积比例递增，而叶片氮素累积比例递减。这可能与本试验采用的氮肥用量和施肥方式有关，本研究尿素按30%作基肥+70%作攻茎肥施用（拔节大培土期），施肥重心后移，供氮越多，中后期叶片氮素向茎中转移以及蔗茎吸收累积氮素越多[19]。因此，要提高氮肥对甘蔗的施用效益，建议从施肥量和施肥时间2个方面进行改善[10]。

施肥量对3种甘蔗的氮肥利用率影响不同。随着施氮量的增加，ROC22和YT236的氮肥利用率呈显著递减趋势。这是因为增施氮肥，氮素土壤残留和氮肥损失量均显著增加，进而引起肥料利用率的显著降低[24， 26]。可见，增施氮肥会增加土壤和环境污染的风险。本研究也发现，增施氮肥，LC5136的肥料利用率变化与其他2种甘蔗不同，呈递增趋势。这可能是因为不同基因型的甘蔗对氮素吸收特性存在差异[10， 27]，LC5136的有效茎数、单株地上部和单位面积甘蔗氮素吸收量均不同于其他2种甘蔗，呈现递增趋势，因此其肥料利用率也呈递增趋势。因为基因型不同所引起的差异还表现在3种甘蔗品种在不同施氮水平下的平均肥料利用率差异显著，ROC22的氮肥利用率显著高于LC5136和YT236，比LC5136和YT236均高出10个百分点。

氮肥偏生产力则反映了作物吸收肥料氮和土壤氮后所产生的边际效应，定义为作物施肥后的产量与氮肥施用量的比值[28]。本研究表明氮肥偏生产力与氮肥施用量呈负相关[29]，施肥量是影响氮肥偏生产力的重要因素，其增加时偏生产力下降，但不是简单的等量直线下降，这说明施肥量不是影响偏生产力的唯一因素，可能还与作物产量以及影响作物产量的其他因素有关。在一定范围内，产量会随着施氮量的增加而递增，当施肥超过最佳用量后，产量开始减少，因此过量的施用氮肥会导致较低的偏生产力[30]。同时，不同基因型的甘蔗产量差异，也导致了3种甘蔗平均氮肥偏生产力差异显著，ROC22显著大于LC5136和YT236。因此，选择肥料利用高效的甘蔗品种及适量施肥是提高氮肥偏生产力的重要措施。

综上所述，从甘蔗产量、产糖量及氮肥利用率3个方面综合考虑，ROC22和LC5136在氮肥用量为351.9 kg/hm2，YT236为234.6 kg/hm2时，是研究区兼顾甘蔗产量、产糖量、环境安全等方面的合理施肥量，值得借鉴。且试验表明种植甘蔗ROC22明显优于LC5136和YT236，建议在研究区推广种植ROC22。

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