龙州县河谷地区甘蔗适宜施氮量研究

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。

4 结论

施氮肥能使甘蔗产量和产糖量显著增产，但施用氮肥对甘蔗糖分无显著影响。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，这比常规施肥减少了37.5%～50%的氮肥用量，能保证甘蔗的后续生产力，这对节省甘蔗生产成本和减少农田面源污染有着重要意义。