龙州县河谷地区甘蔗适宜施氮量研究

2019-11-04施泽升唐利球陈海生覃潇敏马文清罗晟昇莫周美秦昌鲜何洪良闭德金莫勇武

甘蔗糖业 2019年5期

施泽升，唐利球，彭崇，陈海生*，覃潇敏，马文清，罗晟昇，郭强，莫周美，秦昌鲜，何洪良，闭德金，莫勇武

(1广西南亚热带农业科学研究所，广西崇左532400；2广西凤糖生化股份有限公司，广西柳州545002)

0 引言

我国氮肥用量已达2400多万t，随着氮肥大量投入的同时，氮肥利用效率明显降低。目前施入农田中的氮肥被作物利用的仅 20%～40%，剩余的养分通过各种途径进入环境，造成环境污染，对此已有学者进行相关的研究报道[1-3]。由于多年甘蔗连作，过度投入氮肥导致土壤酸化、板结，使土壤中氮素含量增加，破坏了土壤肥力的平衡，养分失衡进一步导致了甘蔗黑穗病、梢腐病等病害的加重，甘蔗“连作障碍”已成为甘蔗产区突出的问题，因此寻求合理的氮肥投入量对维持蔗田生态平衡、促进广西糖业可持续发展都至关重要。谢如林等[4]在广西中南部南宁市通过肥料试验，结果表明减氮施肥能大幅提高氮肥利用率，同时甘蔗产量并没有下降。关于甘蔗对氮肥利用率有不同的报道，有学者指出甘蔗施用普通尿素的当季氮素利用率在17.98%～31.44%[5-6]，低于世界甘蔗生产发达国家水平，而周修冲等[7]报道甘蔗对氮肥的利用率为29.3%～43.4%。在氮肥的平衡施用方法上，甘蔗生产中应注重氮、磷、钾合理配施，提高肥料利用率[8]，测土配方施肥，适当配施钙、镁、硼、钼肥，养分比较平衡，利于促进甘蔗对养分的吸收，明显增加甘蔗的产量和含糖量[9]，同时不同品种往往对肥料响应不一致[10]，不同品种应进行合理的施肥运筹，减少肥料的损失浪费。龙州县是广西崇左市种植甘蔗面积较大的地区，甘蔗常年种植面积达3.2万hm2左右，关于龙州地区氮肥对甘蔗产量和氮肥利用率的研究报道较少，本试验通过2017～2019年1新1宿田间定位试验研究不同氮肥用量对甘蔗农艺性状、产量、糖分等的影响，以期寻求龙州县河谷地区合理的甘蔗氮肥施用量，减少蔗田由于过多的化学肥料投入而造成生态的破坏。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验点概况

试验地位于崇左市龙州县 (106°47′19′′ E ，22°20′28′′ N，海拔 115.4 m)的甘蔗种植区，属南亚热带季风气候类型。该地区气候属于南亚热带季风气候，光热充足，湿润多雨，年平均气温为20～23℃，年平均降雨量为1000～1800 mm。试验点2017年降雨量为1293 mm，年平均温度23.7℃；2018年降雨量为1073 mm，年平均温度22.7℃。试验田土壤类型为赤红壤，土壤质地为粘土，耕层0～20 cm，土壤有机质含量2.09%，碱解氮87.84 mg/kg，有效磷91.654 mg/kg，速效钾54.73 g/kg，pH为4.40。

1.1.2 试验品种和试验肥料类型

甘蔗品种为 ROC22，占广西甘蔗种植面积的68%，部分市、县达90%以上。ROC22特征特性为：中茎至中大茎，原料蔗茎长，茎数中等，易脱叶，甘蔗基部粗大，不易抽穗开花，耐旱力强。试验施用氮肥为尿素(含N量为46%)，磷肥为普通过磷酸钙(含 P2O5为 12%)，钾肥为氯化钾(含 K2O 为 60%)。

1.2 方法

1.2.1 施肥处理

实验于2017～2019年进行了1新1宿试验，施肥试验共设6个处理，分别为施纯氮0(N0，0%常规施氮量)、225(N1，37.5%常规施氮量)、300(N2，50%常规施氮量)、375(N3，62.5%常规施氮量)、450(N4，75%常规施氮量)、600(N5，100%常规施氮量)kg/hm2；所有处理的磷、钾用量相同，磷肥施用量P2O5为120 kg/hm2，钾肥施用量K2O为240 kg/hm2。2017年新植年氮肥分基肥(30%)、苗肥(20%)、伸长肥(50%) 3次施入，磷肥作为基肥一次性施入，钾肥分2次施用，苗肥和伸长肥各占50%，基肥施肥日期为2017年3月14日，苗肥追肥日期为2017年5月 20日(同时进行甘蔗培土)，伸长肥追肥日期为2017年7月13日。2018年宿根年氮肥分苗肥(50%)、伸长肥(50%) 2次施入，磷肥作为基肥一次性施入，钾肥分2次施用，苗肥和伸长肥各占50%，苗肥施肥日期为2018年 5月 16日(同时进行甘蔗培土)，伸长肥追肥日期为2018年7月18日。甘蔗行距1.2 m，采用双芽段种植，用种量为12万芽/hm2，小区面积42 m2(6.0 m×7.0 m)，每处理3次重复，随机区组排列。甘蔗田间管理措施均一致。

1.2.2 样品测定及计算方法

甘蔗于2017年3月12日播种，2018年4月2日收获新植甘蔗，2019年4月1日收获宿根甘蔗。伸长期采用山东方科仪器有限公司生产的FK-YL03叶绿素测定仪(具有测定SPAD值、氮素含量和温度的功能)测定叶片叶绿素SPAD值和氮素含量，测定方法为在每年8月中旬，在伸长期每小区取10株长势正常的甘蔗完全展开的倒4叶～倒5叶的叶片，用叶绿素仪夹住叶片中部后进行读数。收获时测定甘蔗产量、锤度、株高、茎径。计算方法如下：糖分(%)=平均锤度(°Bx)×1.0825-7.703[11]；产糖量(kg/hm2)=产量×糖分；氮肥农学利用率(kg/kg)(Nitrogen Agronomy Utilization Efficiency，NAUE)=(施氮区甘蔗产量-空白区甘蔗产量)/施氮量；氮肥偏生产力(kg/kg)(Partial Factor Productivity，PFP)=施氮区甘蔗产量/施氮量；氮肥产糖生产力(kg/kg)(Sugar Partial Factor Productivity，SPFP)=施氮区甘蔗产糖量/施氮量。

2 结果与分析

2.1 不同施氮量对甘蔗产量及糖分的影响

如表1所示，与对照处理(N0)相比，2017年新植年，施氮(N1、N2、N4、N5)能显著提高甘蔗株高、茎径的数值，而不同施氮量(N1～N5)间的甘蔗株高和茎径无显著影响，但2018年宿根年，不同施氮处理间(N0～N5)间的株高、茎径(N4除外)无显著差异；2017年新植年，与对照处理相比，N2和N3处理显著提高了甘蔗公顷有效茎数，但其他处理与对照无显著差异，而2018年宿根年不同施氮处理间(N0～N5)间的有效茎数无显著差异。通过1新1宿试验表明，施氮使新植与宿根的甘蔗产量显著增产，不同施氮量(N1～N5)间的甘蔗产量则无显著差异。

当施氮量为N2(300 kg/hm2)，甘蔗产量和产糖量最大，1新1宿2年产量分别为88651和71941 kg/hm2、2年产糖量为12449和9329 kg/hm2。1新1宿 2年平均产量和产糖量分别为 80296、10889 kg/hm2。施用氮肥能显著提高 2年的甘蔗产糖量，但宿根年N1处理产糖量低于N2～N5处理，说明当施氮量低于 225 kg/hm2(N1)时，即使产量没有显著下降，但产糖量将显著降低，因此，施氮量 225 kg/hm2可作为甘蔗产量随施氮量变化的拐点。从表1中可以看出，N2处理是最优处理，能使新植宿根的甘蔗产量和产糖量稳定高产。

表1 不同施氮量对甘蔗产量及糖分的影响

2.2 不同施氮量对甘蔗氮素利用的影响

如表 2所示，通过测定甘蔗伸长期甘蔗叶片SPAD值和氮含量，结果表明施氮能提高叶片中SPAD和氮的含量，由于宿根年N0处理的土壤氮素开始耗竭，宿根年施氮处理的叶片叶绿素值和氮含量显著高于不施氮处理。在甘蔗氮素利用方面，氮肥农学利用率(NAUE)、氮肥偏生产力(PFP)、氮肥产糖力(SPFP)随着氮肥的增加而逐渐下降(宿根年N1除外)，N1和N2处理的氮肥偏生产力(PFP)显著高于N3、N4和N5处理。当产量最大时(N2)，新植与宿根 2年的氮肥农学利用率(NAUE)分别为103.44、77.08 kg/kg，而常规施肥(N5)则降至41.14、24.83 kg/kg。

2.3 龙州县河谷地区甘蔗氮肥适宜施用量分析

表2 不同施氮量对甘蔗氮素利用的影响

通过 SPSS 15.0软件回归过程分析，模拟了 5种曲线模型表示不同氮肥与甘蔗产量间的关系，从表3可以看出线性函数、二次函数、三次函数、复合函数的R为0.396、0.572、0.583和0.436，概率P为 0.017、0.001、0.004和 0.008，概率P都小于 0.05，能模拟氮肥与甘蔗产量的关系。但是，本次的实验结果表明N2处理产量最高，2年N1～N5处理的产量差异并不显著；N1处理的产糖量在宿根年已显著低于 N2施氮处理，而甘蔗产糖量下降会给糖厂造成经济损失，说明施氮量低于225 kg/hm2后，甘蔗产糖量将显著下降，N1处理的施氮量应作为产量变化的拐点，而N3～N5均属于过量施肥，以上4种模拟的函数不能反映施肥由不足到过量的过程，会给模拟结果带来巨大偏差，采用分段模型“线性+平台”则能完整地模拟产量与施氮量间的关系(图1)：当施氮量为 0～225 kg/hm2时，能用函数y1=84.307466x+53217.47表示；当施氮量大于 225 kg/hm2后，则y2=C，C为常数，此时产量在72186～80296 kg/hm2间小范围变动。

在甘蔗氮肥适宜施用量计算上，取最高产量处理的施氮量(300 kg/hm2)为施肥下限，拐点施肥量225 kg/hm2与最高产量处理的施氮量相差 75 kg/hm2，对应的取 375 kg/hm2(N3)为施肥上限，能保证甘蔗连年产量和产糖量都高产稳产。因此，在龙州县河谷地区，甘蔗生产上推荐的氮肥施用量为300～375 kg/hm2，比常规施肥(N5)减少 37.5%～50%。

表3 不同施氮量与甘蔗产量模拟分析

图1 甘蔗氮肥适宜施用量模型图

3 讨论

合理的氮肥投入量对维持蔗田生态平衡至关重要。笔者通过调查崇左地区蔗农习惯施氮量高达600 kg/hm2，肥料不合理利用问题十分突出。本区域最高产时所需的施氮量(300 kg/hm2)略低于其他区域的研究结果[12-13]，随后增加氮肥投入甘蔗产量并未显著增产，这是因为该区域蔗田长期过量施肥，土壤碱解氮达87.84 mg/kg，所以提供适量的氮肥就能满足甘蔗高产需求。在甘蔗氮肥适宜施用量计算上，取施氮量300 kg/hm2为施肥下限、取375 kg/hm2(比300 kg/hm2增加25%)为施肥上限的原因是：N1～N5处理间1新1宿2年甘蔗产量并无显著差异，符合平台型趋势，因而氮肥施用区间不能用函数计算；此外，当地甘蔗连作年限一般为3～5年，随着年限的增加，产量和产糖量的显著变化的拐点施氮量将大于225 kg/hm2，产量最高时的施氮量也将大于300 kg/hm2，另一方面实验表明 N3～N5处理为施氮过量，施肥上限应小于375 kg/hm2，因而施氮量上限取处理产量最高施氮量的125%(375 kg/hm2)较为科学。因此，在龙州县河谷地区推荐的施氮量为300～375 kg/hm2，能科学地指导龙州县河谷地区的甘蔗施肥。需要指出的是，甘蔗氮肥效应呈“线性+平台”模型，当施氮量小于 225 kg/hm2时，虽可用函数y1=84.307466x+53217.47表示，但在该施肥区间内，甘蔗产量或产糖量已显著下降，因而该线性函数在甘蔗生产上并无实际指导意义。