果蔗磷肥高效施用技术研究

吴启华，凌秋平，沈大春，李 爽，黄 莹，周文灵，陈迪文，敖俊华*

(1广东省科学院生物工程研究所，广东广州510316；2广东省现代农业(资源环境与农产品安全)产业技术研发中心，广东广州510316)

0 引言

甘蔗(Saccharum officinarumL.)是一种典型的热带和亚热带草本植物，广泛分布于33˚N～30˚S之间，是世界上最主要的糖料作物之一，也是重要的能源和饲料作物。按照用途可以分为糖蔗和果蔗 2种，糖蔗是制糖原料，果蔗则专供鲜食。甘蔗在我国主要分布于广西、云南、广东和海南等省区，其中果蔗种植的经济效益高，是当地农民脱贫致富的重要产业[1-2]。长期以来，为了追求高收益，甘蔗生产中过量施肥、养分利用率低等问题普遍存在，果蔗上尤为突出[3]。据报道，我国甘蔗的 N、P2O5和K2O用量范围分别在400～800、150～300和250～500 kg/hm2，平均用量为发达国家的5～10倍[4]。甘蔗的氮肥利用率在 20%～40%之间，而磷肥利用率仅为10%～25%[5-6]。全球范围内，土壤速效磷含量不足是最常见的产量限制因子，施用磷肥成为保障粮食安全的必要措施。但是，过量施磷肥不仅增加了农业生产成本，还导致磷肥利用率偏低和土壤磷素大量累积[7]。因此，探索适宜的施磷量对于指导甘蔗生产具有现实意义。

中国蔗区土壤类型以红壤、赤红壤为主，多数土壤中有效养分含量偏低，速效磷缺乏较为普遍。一方面是由于酸性红壤中富含铁铝化合物，磷素大多以难溶性的磷酸铁、铝化合物以及闭蓄态磷存在；另一方面，磷肥进入土壤后，大部分被矿物吸附和固定，只有小部分能被植物吸收利用[8]。甘蔗生长周期长、养分需求量大。为了满足其生长磷素需求，生产中往往持续大量施用磷肥，但由于农户对适宜甘蔗生长的土壤磷素水平不甚清楚，肥料配比、施用时间与甘蔗养分需求规律匹配度不高，选用磷肥品种时未有考虑土壤性质，导致磷肥产投比较低。此外，大量施磷还造成有限磷矿资源浪费、水体磷素污染风险升高等一系列问题[7]。确定蔗区土壤磷素的适宜水平，根据甘蔗生长养分需求规律调整施肥策略，并参考土壤性质来确定适宜的磷肥品种，从而保证甘蔗产量和磷肥的高效利用，是当前的迫切需求。

1 根据甘蔗速效磷农学阈值指导磷肥施用

1.1 甘蔗速效磷农学阈值的确定

施用磷肥是提高土壤速效磷含量的重要措施。当土壤有效磷含量处于较低水平时，作物产量随着施磷量的增加而显著提高，磷肥的当季利用率较高；当土壤有效磷含量超过某个临界点时，继续施用磷肥对作物产量提高的作用不明显，这个临界点被称为土壤有效磷的农学阈值[9-10]；当土壤有效磷含量过高时，作物产量较高，但磷肥当季利用率很低，且施用磷肥会造成大量磷素累积在土壤中[11]。一般认为，将土壤有效磷水平维持在农学阈值附近可以保证较高的产量和磷肥利用率，使农民获得最佳收益[12-14]。因此，针对特定的土壤类型，确定作物的有效磷农学阈值，对于调控土壤磷素养分以及确定适宜磷肥用量十分必要。

本课题组研究人员通过分析中国广东湛江蔗区35个田间试验点中4个不同施磷处理下甘蔗产量和土壤速效磷含量的变化规律，利用双直线模型模拟二者的响应关系，得到甘蔗的速效磷(Bray 1法)农学阈值为28 mg/kg[15]。McCray等[16]对美国弗罗里达高有机质土壤的研究认为，甘蔗的有效磷(Mehlich 3法)农学阈值为 30 g/m3，按照有机质较高土壤容重1.2 g/cm3换算，相当于25 mg/kg，与本研究的结果十分接近。一般认为Bray 1和Mehlich 3都为含F提取剂，从土壤中提取磷的主要原理相同，因而二者有很好的替代性。因此，我们确定28 mg/kg作为甘蔗速效磷农学阈值，进一步指导我国蔗区磷肥施用。

1.2 根据速效磷水平推荐的磷肥用量

当前，由于果蔗的经济价值高，农户过量施肥、偏施化肥导致多年连作果蔗土壤的有效磷含量普遍很高，甚至达到280 mg/kg，远高于有效磷的农学阈值[17]。另外，当土壤有效磷含量(Olsen-P)超过 40 mg/kg时，中国绝大多数土壤面临磷素流失风险[18]；而对于强酸性蔗区土壤，一般采用Bray 1法测定有效磷，我们认为超过50 mg/kg时，该地区继续大量施用磷肥对于果蔗增产效果微小，还可能造成土壤磷素流失[15,19]。根据甘蔗的有效磷农学阈值和土壤磷素恒量监控原理，我们给出了磷肥推荐施用量(见表1)：当蔗区土壤速效磷含量分别在＜10，10～28，28～50和＞50 mg/kg时，磷肥推荐施用量分别为2倍果蔗磷素携出量、1.3～1.7倍果蔗磷素携出量、等于果蔗磷素携出量和0。此外，每隔3～5年，应测定土壤速效磷含量，以调整磷肥施用量，适应果蔗的生长需求。

2 调整肥料配比和施用时间提高磷肥效率

2.1 影响果蔗磷肥效率的主要因素

磷肥施用推荐方案，除了考虑果蔗高产和土壤磷素肥力，还需要考虑肥料的高效利用[20]。谢如林等[21]对不同氮磷施肥量的研究表明，甘蔗的氮肥利用率平均为 19.1%～26.3%，而磷肥利用率仅12.0%～15.3%。当前我国果蔗肥料利用率低下的主要原因包括2个方面。

表1 根据速效磷农学阈值推荐的磷肥用量

2.1.1 施磷量过大、氮磷钾肥配比失衡

蔡志鑫等[22]研究了广东江门果蔗平衡施肥效应，推荐黑皮果蔗N、P2O5、K2O最佳施用量为395、168、239 kg/hm2；而广东省果蔗施肥状况的调查研究发现，全省果蔗 N、P2O5、K2O总施肥量分别为973、884和879 kg/hm2，其中磷肥用量达到推荐值的5倍[23]。在浙江温岭，果蔗平均施肥总量磷为446 kg/hm2，而该地区的果蔗平均产量在100 t，按照理论计算，仅需施磷50～150 kg/hm2，可见磷肥的投入严重过量[24]。果蔗对施肥技术要求高，而生产中蔗农普遍存在偏施氮肥，轻施磷、钾肥的现象，造成果蔗产量低，品质差[25]。董素钦等[26]比较了8个不同氮、磷、钾配比对果蔗产量和品质的影响，结果表明不同配比对果蔗产量和糖分产生显著影响，氮、磷、钾合理配施能提高产量，增加糖分、避免蔗皮硬，还能增加经济效益。研究发现不同地区果蔗适宜的氮、磷、钾配比不同，在广东广州的比例为 1∶0.3～0.4∶0.8～0.9[1]，在福建仙游为 1∶0.7∶0.5[27]，在浙江温州为 1∶0.4∶0.6[28]。在生产中，需要根据果蔗的目标产量和肥料效率来确定合理的磷肥用量。在不同的土壤类型上进行氮、磷、钾肥料的配比试验研究，参照肥料效率找出适宜的氮、磷、钾施用比例，可以克服施肥的盲目性，提高果蔗的产量和品质。

2.1.2 化肥施用时间及分配比例不合理

为了追求高产和高收入，在果蔗整个种植期，施肥次数较高，有些农户在果蔗快速生长期甚至每15～20天追肥1次[29]。刘晓峰等[23]的抽样调查中发现，广东省超过 90%的农户在果蔗种植中共施肥 5次：先施基肥，小培土2次，大培土1次，大培土后至收获前20～30天追施1次；从果蔗不同生育期来看，大培土后期施肥占78.4%，苗期占19.5%，基肥仅2.1%。董素钦等[27]报道，福建地区果蔗整个生育期施肥5次，即苗期、小培土、中培土、高培土和湿培土，而中培土和高培土阶段约占总施肥量的60%。张娜等[28]报道浙江果蔗整个生育期施肥4次，即基肥、苗肥、伸长肥和壮梢肥，分别占40%、5%、40%和 15%。整体来看，不同地区果蔗施肥次数和施用比例存在很大差异。为了获得最佳施肥效果，需要根据作物的养分需求规律来探索化肥适宜的施用时间及比例。

2.2 肥料配比和施用时间调整效果案例

本课题研究人员在广东省湛江市遂溪县布置了果蔗磷肥梯度的田间定位试验，分析研究了氮、磷、钾的不同配比对果蔗产量品质和磷肥效率的影响[30]。连续2年的结果表明，不同氮、磷、钾的配比下果蔗产量、糖分、株高和茎径等存在显著差异；第2年时，不同施磷水平下磷肥农学效率和磷肥偏生产力的变化范围分别在68～95和179～315 kg/kg之间。此外，本研究还初步探索了果蔗氮、磷、钾适宜施用时间和比例，肥料施用方法具体为：尿素分4次施用，种植前基肥，占肥料全部用量的10%，分蘖期、伸长前期和伸长后期，肥料用量分别占40%、35%、15%；过磷酸钙分2次施用：基肥和分蘖肥各50%；氯化钾分4次施用：基肥，占全部用量的10%，分蘖期、伸长前期和伸长后期，肥料用量分别占30%。总体来看，本研究磷肥的利用效率(28%～32%)显著高于当地农户施肥效果(平均在15%)。果蔗不同生长时期对养分需求不同，养分临界期在苗期，最大养分需求期在伸长期，根据需肥特点，调整肥料施用比例和施用时间，可以提高磷肥效率。

3 根据土壤类型选择适宜磷肥品种

我国蔗区主要土壤类型为砖红壤和赤红壤，由于淋溶强烈，土壤普遍酸性较强，有机质含量偏低，有效磷和有效钾含量缺乏，生产中肥料投入较大[3]。甘蔗养分需求量高，每生产1 kg甘蔗，需吸收N、P2O5、K2O 分别为 1.5～2.0、0.4～0.5和 2.0～2.5 g。由于果蔗种植收益可观，蔗农投入积极性高，尤其在肥料方面，除施用大量国产复合肥以及单质氮、磷、钾肥外，还常选用进口复合肥。然而，进口复合肥往往价格较高，增加了农业投入成本[23,31]。何毅波等[31]对比了几种复合肥料在果蔗上的施用效果，发现有效成分相同的肥料中，进口复合肥单位面积产量略优于国产复合肥，但纯收入方面国产肥料处理略好于进口肥料处理。对广东省果蔗施肥状况的调查结果显示，复合肥施用比例为100%，有机肥的施用比例达 95.5%，而单质氮、磷、钾肥的比例均低于10%。可见当前果蔗种植中农户普遍重视复合肥和有机肥的施用，但是有机肥施用量很低，有机肥中的N、P2O5、K2O仅占总养分含量的7%、3%、3%，其余均由无机化肥提供[23]。当前偏施化肥、有机肥施用量极低的现象十分普遍，容易造成养分不均衡，尤其是微量元素不平衡，进而对果蔗品质造成影响。

果蔗肥料投入中，磷肥以复合肥、过磷酸钙、钙镁磷肥为主[17,32]。果蔗地pH值较低，酸化明显，采用碱性肥料可以调节土壤pH值，改善土壤质量，促进作物产量、品质提高[32]。因此在南方酸性土壤推荐采用磷酸二铵、过磷酸钙、钙镁磷肥等磷肥品种。此外，一些新型肥料的施用在果蔗上也取得了良好效果。娄赘等[29]的研究表明，果蔗栽培过程中合理地施用缓/控释配方肥料能促进果蔗增产和增收，同时提高肥料利用率。缓/控释配方肥料可以取代进口复合肥为果蔗生长提供养分，实现轻简施肥。此外，陈小娟等[33]研究了新型肥料聚磷酸铵在砖红壤上作种肥的效果，表明其聚合度组成会显著影响肥效，同时施磷酸一铵能显著促进中高聚合度的聚磷酸铵的肥效。聚磷酸铵作为一种长效缓释型肥料，可能很适合于生长周期较长的果蔗，其施用方式和效果有待进一步的研究证实。

4 展望

农业中磷素养分的管理需要从多方面综合考虑。首先，需要确定土壤速效磷的适宜范围。土壤速效磷含量过低，会影响作物的产量；速效磷含量过高，会导致磷肥利用率的下降，还可能引发水体富营养化等环境问题。综合作物高产、磷肥高效和磷素流失风险较低来看，土壤速效磷含量应处于农学阈值和环境阈值之间。其次，磷肥施用量、氮、磷、钾配比、肥料施用时间及分配比例等需要根据作物养分需求规律以及特定的气候土壤条件进行探索调整，才能获得最佳施肥效果。此外，不同磷肥品种也会显著影响作物产量品质，需要结合土壤性质进行优化筛选。