广西蔗区土壤肥力和叶片养分状况调查研究

孟 博，周一帆，战 健，杨林生，邓 燕

（长江经济带农业绿色发展研究中心/西南大学资源环境学院，重庆 400715）

广西是我国第一大甘蔗产区，甘蔗种植面积和产量占全国甘蔗生产的60%以上。据《广西统计年鉴2019》［1］数据，2018 年广西甘蔗种植面积为88.64 万hm2，产量达7292.76 万t。广西蔗区主要分布在西南部和中部，其中种植面积最大的是崇左市，其次为南宁、来宾、柳州等地。吴多广等［2］对中国蔗区进行了比较优势分析，结果表明，广西具有绝对的规模和综合比较优势，需要进一步提高单产水平来发展甘蔗产业。合理施肥是保证甘蔗高产的重要措施；土壤养分状况影响土壤供肥能力和肥料利用率，叶片养分则反映植株对土壤和肥料养分的吸收利用情况，了解土壤和植株叶片养分状况，结合养分分级标准进行施肥推荐是指导作物合理施肥常用的方法之一［3］。近20 年来，不同学者对广西蔗区的土壤和植株养分进行了调查报道。1998年吴圣进等［4］对广西主要甘蔗产区土壤和植株养分进行了调查分析，提出了广西甘蔗生产的施肥建议；2004 年谢如林等［5］对广西兴宾蔗区的土壤养分状况进行了调研分析，提出了在甘蔗生产中需重视氮、磷、钾肥施用的建议；2006 年黄绍富等［6］对广西南宁和崇左蔗区进行土壤抽样调查，分析了土壤养分状况，提出了蔗田土壤改良、平衡氮磷钾施肥、补充中量元素的建议；2014 年曾艳等［7］对广西桂南蔗区土壤养分状况进行了调研，发现广西桂南蔗区土壤肥力总体水平不高、有机质偏低等养分问题；2015 年雷崇华等［8］对广西金光农场甘蔗土壤肥力进行调查，提出了南宁高产甘蔗产区的土壤养分指标；2017 年Zeng 等［9］采用肥力综合指数法对广西蔗区土壤进行了综合评价，得出广西蔗区处于低肥力水平的结论。由前人研究可知，广西蔗区土壤养分状况调查研究较多，而将土壤和植株养分结合进行分析的调研较少，两者结合更能说明养分供应和吸收是否匹配。因此，本研究旨在通过调研取样了解当前广西不同甘蔗产区土壤肥力和叶片养分特征并做出评价，为广西甘蔗产区的科学施肥管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 调研地区

本次调研于2019 年8 月在广西主要蔗区开展。调研区域包括南宁市金光农场和良圻农场，崇左市宁明、江州、扶绥、大新、龙州5 县（区），来宾市武宣、兴宾、象州、忻城4 县（区），百色市平果、田东、右江、田林、田阳5 县（区），柳州柳城实验站和柳城、柳江2 县（区），河池市金城江、宜州、罗城3 县（区），贵港市西江农场，玉林市龙安县和防城港市昌菱农场。调查取样点如图1 所示。

图1 广西蔗区调查取样点分布

1.2 取样方法

土壤样品：本次调研一共采集110 份土壤样品。在每个调研区域每个代表性地块上采集0 ～30 cm 土层的土壤样品，避开施肥点按照“S”形路线随机选择5 点取样，样品混合后，用四分法取1 kg左右的样品带回实验室处理分析。

叶片样品：本次调研一共采集110 份甘蔗植株的叶片样品，植株选择是在与采集土壤样品的点相对应的地块。每个地块采集甘蔗+1 叶（最高可见肥厚带叶）5 片，混合为一个样品，带回实验室处理分析。

1.3 样品处理

土壤样品：土样放在阴凉通风的样品室内风干，去掉植物根系、小石块等，用橡胶锤粉碎后过2 mm 筛、瓷研钵磨碎后过0.149 mm 筛，放样品室保存待测。

叶片样品：甘蔗叶片样品带回实验室用去离子水洗净，放入105℃烘箱中杀青30 min，再在75℃下烘干至恒重；烘干的叶片用不锈钢粉碎机粉碎，放样品室保存待测。

1.4 测定方法

土壤样品：依据鲍士旦主编的《土壤农化分析（第3 版）》［10］对土壤样品进行理化性质及养分含量的检测。测试项目及方法如下：土壤pH 值（土水比1∶2.5）采用电位计法测定；有机质含量采用重铬酸钾容量法（外加热法）测定；碱解氮含量采用碱解扩散法测定；有效磷含量采用0.5 mol/L 碳酸氢钠浸提，紫外分光光度法测定；速效钾含量采用乙酸铵提取，火焰光度法测定；交换性钙和交换性镁含量采用乙酸铵浸提，原子吸收光谱法测定。

叶片样品：叶片样品总氮含量采用H2SO4-H2O2消煮法制备待测液，凯氏定氮法测定［11］；叶片样品总磷、钾、钙、镁、铁、锰、铜、锌、硼含量采用HNO3-H2O2消煮法制备待测液，ICP-OES 法测定［12］。

1.5 数据统计及土壤叶片养分状况评价标准

数据采用Excel 2016、SPSS 21.0 进行整理分析。土壤pH 值分级及土壤养分分级参照Zeng 等［9］介绍的甘蔗土壤pH 值分级标准及广西土壤养分分级标准，详见表1、表2。甘蔗叶片养分分级参照美国的标准［11］，详见表3。

表1 土壤pH 值分级标准

表2 广西土壤养分分级标准

表3 甘蔗叶片养分分级标准

2 结果与分析

2.1 蔗区土壤肥力状况

2.1.1 土壤pH 值

从表4 可知，广西蔗区调研土壤pH 值的变幅为3.02 ～8.37，平均值为5.21。其中偏酸性的土壤占比高达78.18%，而且40.91%属于pH 值＜4.5 的强酸性土壤；中性和碱性土样占比仅约五分之一。

2.1.2 土壤有机质及养分元素含量

由表5 可知，调研地块土壤有机质含量变幅为8.03 ～60.40 g/kg，平均水平为24.43 g/kg。有机质含量为20 ～30 g/kg 的中等水平土样比例最大，达46.36%，丰富等级土样占18.18%，缺乏的土样占比约为35%；总体处于中等水平。

表4 广西蔗区土壤pH 值分析

表5 广西蔗区土壤有机质和养分状况分析

调研地块土壤碱解氮含量范围为38.22 ～197.37 mg/kg，变异相对较小，平均含量达到中等水平（102.7 mg/kg）（表5）。从分级情况来看，处于缺乏状态（＜80 mg/kg）的土样占比26.36%，中等样品占比48.18%，处于丰富状态（＞120 mg/kg）的土样占比25.45%，总体处于中等偏上水平。

土壤有效磷含量变异大，范围为1.01 ～56.13 mg/kg，平均值为22.79 mg/kg（表5）。从分级情况来看，处于缺乏状态（＜10 mg/kg）的土样占比30.91%，中等样品占比14.55%，处于丰富状态（＞20 mg/kg）的土样占比54.55%，总体处于较丰富水平。

土壤速效钾含量的变幅也较大，为8.00 ～509.00 mg/kg，平均含量达158.45 mg/kg（表5）。从分级情况来看，处于缺乏状态（＜50 mg/kg）的土样占比仅为4.63%，中等样品占比27.78%，处于丰富状态（＞100 mg/kg）的土样比例高达67.59%，总体处于较丰富水平。

土壤交换性钙、镁含量范围分别为 7.83 ～1744.67、4.50 ～256.75 mg/kg， 平 均 值 分 别 为637.98、93.33 mg/kg。交换性钙含量从分级情况来看，近一半的土样（45.46%）处于缺乏状态（＜500 mg/kg），中等样品占比14.55%，处于丰富状态（＞700 mg/kg）的土样比例为40%，总体处于中等水平。交换性镁含量从分级情况来看，处于缺乏状态（＜70 mg/kg）的土样占比为41.82%，中等样品占比40.91%，处于丰富状态（＞150 mg/kg）的土样占比17.27%，总体处于中等偏下水平。

2.1.3 土壤pH 值、有机质与养分元素之间的相关性

从表6 可知，调研土壤pH 值与交换性钙和交换性镁含量均呈极显著的正相关关系（r=0.517**、r=0.470**），与土壤碱解氮含量呈显著的负相关关系（r=-0.215*），对土壤有效磷和速效钾含量的影响不显著。土壤有机质含量与土壤碱解氮、速效钾、交换性钙和交换性镁含量均呈极显著的正相关关 系（r=0.481**、r=0.357**、r=0.267**、r=0.297**），对土壤有效磷含量影响不显著。

表6 广西蔗区土壤pH、有机质及养分相关性分析

2.2 蔗区叶片养分状况

与土壤养分含量相比，叶片养分含量的分析更能直接反映甘蔗植株养分的丰缺情况。如表7 所示，调研甘蔗叶片样品的大量和中量养分元素氮、磷、钾、钙、镁含量范围分别为14.80 ～25.50、1.30 ～2.50、9.90 ～19.70、1.30 ～7.50、0.40 ～2.80 g/kg，其中钙、镁含量变异较大，氮、磷、钾含量变异较小，平均含量分别为19.50、1.80、14.60、3.70、1.20 g/kg。微量元素铁、锰、铜、锌、硼含量范围分 别 为15.90 ～175.80、15.20 ～238.10、1.00 ～6.70、4.90 ～38.80、1.10 ～27.70 mg/kg，其中锰、锌、硼含量的变异系数明显高于铁、铜，各元素平均含量分别为84.30、116.40、4.40、16.20、8.60 mg/kg。

根据参考的美国标准，广西蔗区叶片中的氮、磷、镁、锌和硼这5 种养分元素含量大多表现为较缺乏或缺乏状态，低于适宜含量的样品占比分别为60.00%、91.82%、82.73%、50.09%和89.09%。而叶片中钾、钙、铁、锰、铜这5 种养分元素含量大多处于适宜或者丰富的状态，分别占样品的99.09%、94.55%、91.82%、99.09%和65.45%。

表7 广西蔗区叶片养分分布状况分析

2.3 蔗区土壤养分与叶片养分的相关性

由表8 可知，广西蔗区土壤pH 值与叶片钙含量呈极显著正相关（r=0.349**），与叶片锰含量呈极显著负相关（r=-0.596**）。土壤有机质含量与叶片磷、钾含量显著正相关（r=0.243*、r=0.211*），与叶片锰含量显著负相关（r=-0.234*）。土壤碱解氮含量与叶片磷、铁含量显著正相关（r=0.215*、r=0.223*）。土壤有效磷含量与叶片中钾、铜含量均呈显著负相关（r=-0.202*、r=-0.191*），但与叶片锌含量呈极显著正相关（r=0.287**）。土壤速效钾含量与叶片钙含量呈极显著负相关（r=-0.253**）。土壤交换性钙含量与叶片锰含量呈极显著负相关（r=-0.337**）。土壤交换性镁含量与叶片磷含量呈显著正相关（r=0.201*），与叶片镁含量呈极显著正相关（r=0.300**），与叶片锰含量呈极显著负相关（r=-0.331**）。

表8 广西蔗区土壤养分与叶片养分间相关性分析

3 讨论

土壤酸碱性是土壤理化性状的基础，对土壤养分有效性、土壤微生物活性以及甘蔗的生长发育均有明显的影响［13］。甘蔗适宜生长的pH 值范围是5.5 ～8.0［14］。1998 年吴圣进等［4］对广西主要蔗区调研结果表明土壤pH 值基本在5.0 以上，pH 值为5.0 ～5.5 的占比为40%、6.0 ～7.0 的占比为45%；2006 年黄绍富等［6］在南宁和崇左采集了1733 个地块样品分析，发现pH 值＜5.5 的地块占58.7%，但pH 值＜4.5 的地块只占9.2%；2014 年曾艳等对桂南蔗区进行了调研，pH 值＜5.5 的地块占比84.3%，且pH 值＜4.5 的占比达26.5%［7］；本次调研结果发现pH 值＜4.5 的强酸性地块占比高达40.91%。虽然这些不同时期的调研取样点不一样，但覆盖了广西主要蔗区，反映出来的土壤酸化加剧的趋势是明显的。Guo 等［15］分析了1980 年以来不同因素对中国主要农田土壤酸化的贡献，发现过量施用氮肥是土壤酸化的主要贡献因素，其次是盐基阳离子的吸收。有调查表明，广西蔗区的蔗农每生产1 t 原料蔗会施用超过4.0 kg 的纯氮肥，而实际上每生产1 t 原料蔗一般只需要1.0 ～1.2 kg 纯氮［16］。由此可以推测，广西蔗区土壤酸化加剧很大程度上与近年来大量施用氮肥有关。本研究发现土壤pH 值与土壤碱解氮含量呈显著的负相关关系即证明了这一点。甘蔗生物量大，收获带走的养分也多，包括钾、钙、镁等盐基阳离子。但生产中蔗农往往只施氮磷钾肥，忽视钙、镁肥料投入，加之广西地区多降雨的气候条件也容易导致土壤中盐基阳离子的流失［9］，这进一步加剧了蔗区土壤的酸化。本研究中发现土壤pH 值与土壤交换性钙、交换性镁含量呈极显著正相关关系，也印证了这点。土壤过酸不仅容易使甘蔗遭受缺磷、缺钙、缺镁等胁迫，也会增加甘蔗遭受酸害、铝毒、锰毒胁迫的风险，诱发病害，影响甘蔗生产［17］。本调研发现，随着土壤pH 值下降，甘蔗叶片锰含量明显增加，高于适宜范围，可能造成锰毒害。因此，广西蔗区土壤酸化问题亟需重视，除注意氮肥的合理施用，还应重视施用有机肥、石灰、土壤改良剂等进行调节［18-19］。

土壤有机质是衡量土壤肥力的重要指标，除了为植物生长提供全面的营养元素，还可改善土壤物理性状，增强土壤保水保肥能力［20］。本次调研表明，广西蔗区土壤有机质含量处于中等水平，与2014 年曾艳等［7］的调研结论基本一致。本研究发现，土壤有机质含量与土壤碱解氮、速效钾、交换性钙、交换性镁含量均呈极显著的正相关关系，与叶片磷、钾含量呈显著正相关关系，与叶片锰含量呈显著负相关关系。以上结果表明，土壤有机质含量增加有助于提高土壤速效养分含量，促进甘蔗对磷、钾的吸收，降低对锰的吸收，以降低甘蔗遭受锰毒害的风险。当前国家大力推广有机肥部分替代化肥的施肥策略，广西蔗区可以结合蔗叶还田、糖厂制糖废弃物资源化再利用等措施，培肥地力，提高土壤有机质含量［21］。

前人的调研结果表明，广西蔗区土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量处于中等偏下水平［6-7，22-23］。经样品分析，本次调研发现广西蔗区土壤碱解氮含量处于中等水平，土壤有效磷和速效钾含量处于中等偏上水平，与前人研究相比，养分水平有所上升。上升的原因可能是近年来氮磷钾肥的大量施用。调查表明，当前我国甘蔗氮、磷、钾肥的施用量分别为400 ～800 kg/hm2（N）、150 ～300 kg/hm2（P2O5）和250 ～500 kg/hm2（K2O），而巴西甘蔗氮肥的施用量为 60 ～100 kg/hm2［24］，印度甘蔗氮、磷、钾肥的平均施用量分别为225 kg/hm2（N）、33 kg/hm2（P2O5）和100 kg/hm2（K2O）［25］，澳 大利亚甘蔗氮肥的施用量为170 kg/hm2［26］，比较可知，我国在甘蔗上的肥料投入远高于世界其他甘蔗主产国［27］。氮磷钾肥过量施用增加了种植的成本，也加大了环境污染的风险，不符合可持续发展的要求。广西不同蔗区应根据当前土壤氮磷钾养分含量水平，针对性制定进一步提升或维持养分水平的施肥推荐策略，并且基于“4R”的施肥原则从施肥量、施肥时期、肥料形态和施肥位置这4 个方面探索氮磷钾肥高效利用的途径。需要注意的是，虽然土壤氮磷钾速效养分含量有所上升，但调研发现土壤交换性钙镁含量偏低。当前生产中蔗农对施用中微量元素肥料普遍忽视，而偏施氮磷钾肥又加剧了土壤养分的不平衡。因此，在土壤交换性钙镁含量缺乏的蔗区，应考虑钙镁肥的施用。

此次调研的广西蔗区大部分叶片中氮、磷、镁、锌、硼含量为较缺乏或缺乏状态，而大部分叶片的钾、钙、铁、锰、铜含量处于适宜或者丰富状态。吴圣进等［4］对广西蔗区甘蔗叶片的分析结果也表明，甘蔗叶片氮、磷含量大多低于适宜水平标准，而钾、钙、镁含量大多处于或高于适宜水平标准。虽然蔗区土壤碱解氮含量大多已达中等水平，生产中施氮量也很高，但仍有大部分调研地块的甘蔗叶片氮含量低于适宜水平，表明甘蔗植株并没有高效的吸收利用土壤和肥料提供的氮。究其原因，可能主要是因为不合理的氮肥施用方法导致氮素供应在时间和空间上与甘蔗根系吸收不匹配，肥料供应的氮大量损失而导致养分利用率不高［28］。同样，尽管土壤有效磷含量大多已较丰富且生产中重视磷肥施用，但甘蔗叶片缺磷的比例却很高，这可能主要与土壤酸化加剧导致酸性土壤对磷的吸附固定作用加强而降低了磷对甘蔗的生物有效性有关［17］。土壤和植株氮磷养分不匹配的问题说明氮磷肥的合理施用要综合考虑甘蔗生长需求和土壤中氮磷供应的时空特性，增强甘蔗根系对养分的吸收利用，减少损失或固定，而不只是以单纯提升土壤氮磷养分含量为施肥参考。在检测的营养元素中，只有土壤交换性镁含量与叶片镁含量呈极显著正相关关系，当前蔗区土壤中缺镁的比例较大，意味着土壤交换性镁缺乏是导致叶片镁含量低的主要原因。调研结果也表明，土壤交换性镁含量增加，有助于提高叶片中磷的含量，降低叶片中锰的含量。因此，可以推测镁肥施用将有助于改善甘蔗镁和磷营养，降低酸性土壤上甘蔗遭受锰毒害的风险。本次土壤调研未测定微量元素含量，但植株锌和硼的含量处于缺乏状态的占比很高，尤其是硼。黄奕伦等［29］结合第二次全国土壤普查调研分析了广西耕地土壤锌含量，发现低锌面积占总耕地面积的49.2%，主要集中在广西中部和南部地区。郑丹等［30］调研了广西耕地土壤有效硼含量现状，发现82.54%的耕地处于缺硼状态。由此可以推测，土壤有效锌和有效硼缺乏是造成甘蔗叶片锌和硼含量低于适宜范围的主要原因，生产中应重视锌肥和硼肥的施用。

本次调查对广西主要甘蔗产区的土壤和叶片养分状况有了一定的了解，分析的结果对指导广西甘蔗科学平衡施肥具有参考意义。广西蔗区甘蔗种植面积大，本次调研虽涉及了不同产区，但每个产区内调研取样地块数量仍较少，不足以准确代表整个广西蔗区土壤养分及叶片养分现状。同时，本次调研叶片取样未能区分种植品种、新植和宿根年限，不能反映品种和种植年限差异。今后的工作中需要继续推进针对不同蔗区土壤养分与叶片养分的调查，考虑调研取样的时期、样点的布局、土壤类型、种植品种、新植与宿根年限、对应产量等因素，建立完善的蔗区土壤和叶片养分数据库，来更好地指导广西蔗区的科学施肥。

4 结论

从调研结果来看，广西蔗区土壤以酸性为主，土壤酸化加剧；有机质、碱解氮含量中等；有效磷、速效钾、交换性钙含量多处于中等或者丰富状态；交换性镁含量多处于中等偏下水平。广西蔗区叶片中的氮、磷、镁、锌和硼元素含量多处于缺乏状态，而叶片中钾、钙、铁、锰和铜元素含量多处于适宜或丰富状态。土壤养分含量受土壤有机质含量和土壤pH 值影响较大，而土壤养分含量与对应叶片养分含量的相关性较弱。建议广西蔗区重视土壤酸化的治理，合理施用氮、磷、钾肥料，增施有机肥，补充施用镁、锌、硼等中微量元素肥料。