钾肥施用量对甘蔗产量、糖分积累及其抗逆性的效应研究

谢金兰，李长宁，李毅杰，梁 强，刘晓燕，罗 霆，林 丽，梁 阗，何为中，谭宏伟

（1．广西作物遗传改良生物技术重点开放实验室/中国农业科学院甘蔗研究中心/广西农业科学院甘蔗研究所，广西 南宁 530007；2．广西农业科学院，广西 南宁 530007）

蔗糖业是广西农业经济建设的支柱产业和优势产业。糖料蔗种植面积和产量占全国的比重长期稳定在60%以上，糖产量占全国70%以上［1］。但是广西甘蔗单产水平较低，近几年甘蔗平均产量仅为60～70 t/hm2。广西甘蔗单产低的原因是多方面的，其中土壤贫瘠、养分供应不足、施肥不当、天气干旱、病虫害严重等都是主要原因。

甘蔗是喜钾作物，在氮、磷、钾三要素中需钾量最大。一般每生产1 t 原料蔗需从土壤中吸收 N 为 1.08 ～ 3.20 kg、P2O50.27 ～ 0.70 kg、K2O 1.01 ～ 3.34 kg［2］。钾素在甘蔗碳水化合物代谢过程中起着重要作用，能促进植株机械组织的发育，使抗逆性增强，并能协调氮素，使甘蔗生长健壮，增加产量［3］。广西蔗区土壤钾含量普遍较低，土壤速效钾含量大部分在30～90 mg/kg之间［4］，钾肥施用也没有得到蔗农足够的重视。甘蔗每年从土壤中吸取大量的钾素，却得不到相应的补充，土壤中的钾含量远远不能满足甘蔗对钾素营养的需要，土壤钾素供应与甘蔗钾素需要之间矛盾非常突出。

国内关于钾肥施用对甘蔗产量与糖分影响的研究有不同结果：有试验表明，施用钾肥对甘蔗增产显著，可促进糖分积累，增加甘蔗田间锤度［5-6］；但也有试验表明，随着施钾量的增加，甘蔗茎径、单茎重有明显下降趋势，对甘蔗增产不明显［7］。关于钾肥施用与作物抗逆性的研究，在其他作物的较多：钾肥施用可以提高玉米［8］、马铃薯［9］、烤烟［10］等作物的抗旱性；钾素营养能降低番茄青枯病发生［11］，降低桃果实褐腐病的病情指数［12］；增施钾肥还可以提高小麦的抗蚜性［13］，提高苜蓿抗蓟马性［14］。但是，至今国内鲜有关于钾素营养与甘蔗抗性的研究报道。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试甘蔗品种为桂糖44号。试验在广西农科院甘蔗研究所科研基地开展，质地为粘壤土，多年连作甘蔗。土壤基本理化性质：pH值5.8，有机质12.6 g/kg，全氮 0.81 g/kg，全磷 0.59 g/kg，全钾 8.4 g/kg，碱解氮 59 mg/kg，有效磷 30.1 mg/kg，速效钾65 mg/kg。供试肥料为：尿素（N 46%）、钙镁磷肥（P2O518%）、氯化钾（K2O 60%）。

1.2 试验设计

试验设4个钾（K2O）水平，分别为150 kg/hm2（K1）、300 kg/hm2（K2）、450 kg/hm2（K3） 和 600 kg/hm2（K4），各处理钾肥50%作为基肥施用，50%结合大培土施用；以不施钾处理为对照（CK）。

采用随机区组设计，3个重复。小区为5行区，行长 7 m，行距 1.2 m，小区面积 42 m2，甘蔗播种密度为105 000芽/hm2。各处理均施用相同的氮肥、磷肥，用量为：氮（N）300 kg/hm2，磷（P2O5）180 kg/hm2。氮肥10%作为基肥，30%结合小培土施用，60%结合大培土施用；磷肥全部作为基肥。2016年新植蔗试验，2017年为宿根蔗试验。

1.3 调查项目

在甘蔗不同生长时期调查萌芽率、分蘖率、株高、茎径、有效茎等农艺性状；甘蔗黑穗病、螟害率、抗旱性等的田间调查；甘蔗成熟期测定甘蔗田间锤度；甘蔗砍收时进行产量测定。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2003处理和制图，采用SAS 8.1软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 钾肥施用量对甘蔗生长及产量的影响

从表1可知，新植蔗各处理萌芽没有明显差异；施钾处理分蘖率均较对照高，整体趋势为甘蔗分蘖率随着钾肥施用量增加而增加，其中K3、K4的分蘖率与对照、K1差异显著。施用钾肥促进甘蔗生长，各施钾处理甘蔗株高均比对照高，其中K2、K3与对照间差异显著。甘蔗茎径随着钾肥施用量增加而增粗，K4茎径达到2.80 cm，与对照间差异显著。钾肥施用可以显著提高甘蔗成茎率，各处理甘蔗有效茎数与对照间差异显著。甘蔗产量随着钾肥施用量增加而增加，各处理甘蔗产量与对照间差异显著，K4与K1间差异显著。

表1 新植蔗农艺性状及产量

由表2可知，宿根蔗农艺性状及产量数据与新植蔗表现基本一致。宿根发株率各处理没有显著差异；分蘖率以K2最高，与对照、K1、K3间差异显著；甘蔗株高也是K2最高，与对照差异显著；茎径以K2、K4最高，但处理间差异不显著；各处理甘蔗有效茎数均比对照高，与对照间差异显著；甘蔗产量各处理由高到低为：K3＞K4＞K2＞K1＞CK，各处理甘蔗产量与对照间差异显著，K3、K4两个处理与K1间差异显著。

表2 宿根蔗农艺性状及产量

2.2 钾肥施用量对甘蔗糖分积累的影响

试验在2016年和2017年的11月和12月，分别对新植蔗和宿根蔗按每小区20株进行锤度测定，结果见表3。从田间锤度调查数据看，不同钾肥处理间差异不显著。

表3 钾肥施用量对甘蔗田间锤度的影响 （%）

2.3 钾肥施用量对甘蔗抗逆性的影响

2.3.1 钾肥施用量对甘蔗黑穗病发生率的影响

在新植蔗，甘蔗苗期至伸长期田间黑穗病基本没有发生，到生长后期陆续出现。从2016年11月的调查数据（图1）看，处理间差异不显著，K1、K2与对照的发病率都在10%左右，而K3、K4的发病率为7%左右，可见，施用钾肥对甘蔗抗黑穗病有一定作用。2017年的宿根蔗中，黑穗病发生比新植蔗有增加趋势，整个生长期均有发生，但仍以生长后期的发病率最高（图2）。甘蔗生长前期和中期各处理的发病率都较低，处理间差异不显著。而生长后期黑穗病发病率随着钾肥施用量增加而下降，K2、K3、K4 3个处理与对照间差异显著。

图1 钾肥施用量对新植蔗黑穗病发病率的影响

2.3.2 钾肥施用量对甘蔗螟虫危害率的影响

图2 钾肥施用量对宿根蔗黑穗病发病率的影响

甘蔗螟虫在我国各省蔗区均有发生，尤其是在旱地蔗区发生较严重。甘蔗苗期受害后造成枯心苗，主茎则最终无法形成有效茎，严重影响甘蔗产量。本试验新植蔗在3月份种植，4月下旬陆续出苗，时间上错过螟虫发生高峰期，所以螟害率很少。没做调查。宿根蔗在4、5、6月份分别做调查。由图3可见，宿根蔗螟害率发生较严重，枯心苗发生高峰期在5月上旬，CK、K1、K2、K3 4个处理的甘蔗枯心苗都在40%以上，K4的也高达39.23%；4月份各处理螟害枯心率在20%以上；6月份，甘蔗分蘖高峰期，枯心率下降，各处理甘蔗枯心率在15%以下。在3次调查中，不同处理间甘蔗螟害枯心率差异均不显著。

图3 钾肥施用量对宿根蔗枯心苗发生率的影响

2.3.3 钾肥施用量对甘蔗抗旱性的影响

在甘蔗生产上，甘蔗青叶数和土壤含水量是评估甘蔗抗旱性强弱的有效指标。2016年9月，新植甘蔗生长中后期，连续15 d以上无降雨，甘蔗受旱，午后甘蔗叶片呈现稍卷，各小区连续调查15株甘蔗的青叶（叶片有2/3以上部分为绿色）数，计算平均单株青叶数。同期还测定了蔗地0～25 cm土层的土壤含水量。

由图4可见，4个钾肥处理甘蔗青叶数均比对照多，其中K4青叶数与对照间差异显著。图5中，各处理土壤含水量差异不显著，但钾肥施用的处理均比对照略高，仍以K4的土壤含水量最高。由此可见，增施钾肥对提高甘蔗抗旱能力有一定促进作用。

图4 钾肥施用量对甘蔗青叶数的影响

图5 钾肥施用量对土壤含水量的影响

2.4 不同钾肥施用量的经济效益分析

表4中的化肥投入按2016年和2017年本试验肥料购买价格计算：尿素2 700元/t，钙镁磷肥1 400 元 /t，氯 化 钾 3 600 元 /t。因 各 处理肥 料 以外的各项投入相等，试验只核算扣除肥料投资的收入。原料蔗价格按照广西2016/2017榨季和2017/2018榨季收购价500元/t计算。

由表4可以看到，K1-K3处理的收入随着钾肥施用量增加而增加。K4的甘蔗产量虽然为最高，但其化肥投资收入在4个钾肥施用处理中却为最低。

表4 不同钾肥施用量的经济效益分析

3 小结与讨论

在本试验中，与不施用钾肥的对照比较，甘蔗产量随着钾肥施用量增加而增加，4个钾肥用量的新植、宿根两年甘蔗平均产量增产率分别为16.9%、21.8%、25.0%、25.6%，钾肥施用处理均显著高于对照。这与杨宗飞等［5］、曾维宾等［6］、雷斯等［15］的研究结果相似。钾是作物体内非常活泼的元素，是多种酶的活化剂。施用钾肥能够促进作物光合作用，有利于蛋白质合成、碳水化合物代谢，并能协调氮、磷的吸收，从而提高作物产量［16］。从肥料投入产出经济效益分析看，经济效益 K3＞K2＞K1＞K4＞CK。所以甘蔗虽为喜钾作物，但在生产中钾肥施用并非越多越好，超过一定施用量则降低肥料发挥的经济效益，而且给环境污染带来更多隐患。

从本试验甘蔗田间锤度测定结果看，钾肥施用对甘蔗糖分积累影响不明显。这与雷斯等［15］的试验结果相似。但有的试验结果表明，钾肥施用明显提高甘蔗糖分与田间锤度［17］。甘蔗糖分含量是一个相对稳定的值，主要与甘蔗品种有关，与栽培措施也有一定关系，在肥料施用中，甘蔗糖分积累对氮素比较敏感。

甘蔗黑穗病，又称甘蔗鞭黑穗病、黑粉病，病原是甘蔗鞭黑粉菌。甘蔗黑穗病普遍存在于大多数甘蔗种植国家和地区，也是广西蔗区主要病害。据报道，广西主栽品种新台糖22号黑穗病平均发病率达 18%，部分宿根蔗田甚至高达 50%，严重影响到甘蔗产量和品质［18］。在广西来宾蔗区，宿根蔗黑穗病高发，已经成为目前该蔗区甘蔗低产的主要原因之一［19］。从本试验调查结果看，施用钾肥可以提高甘蔗对黑穗病的抗性。在宿根蔗生长后期，黑穗病发生率随着钾肥施用量增加而降低，K2、K3、K4处理的发病率与对照间达到显著差异。钾能提高甘蔗黑穗病抗性的原因可能有两个方面：（1）钾能改变作物组织结构，增厚厚角组织细胞，使厚壁细胞木质化及增加纤维含量，阻碍病菌入侵；（2）钾有利于植物组织酚类化合物的合成［20］，酚对微生物活性具有一定抑制作用，并降低病原菌产生的细胞壁降解酶活性，从而增强植物抗病性［21-22］。

在本试验调查结果中，钾肥施用对提高甘蔗螟虫危害抗性作用微乎其微。在螟害高峰期，各处理的甘蔗枯心率都呈现出较高的水平。

钾肥施用有利于提高甘蔗田间抗旱性，在天气持续干旱条件下，甘蔗保持的青叶数随着钾肥施用量增加而增加。相关研究表明，施钾能促进植株对氮、磷的吸收和转运［23］，降低叶水势，提高叶片持水能力［24］。钾还可以促进硝酸还原酶活性的提高，有利于植株进行氨的同化，提高叶绿素含量［8］。因此，在干旱条件下，施用钾肥能增加作物青叶数有一定的理论依据。

本试验关于钾肥对甘蔗抗逆性的研究结果，有待进一步从生理生化方面加以论证。