甘蔗氮磷钾化肥效应研究

李国良，何兆桓，王继华，杨苞梅，顾 艳，胡伟芳，杨少海

（1.广东省农业科学院农业资源与环境研究所/农业农村部南方植物营养与肥料重点实验室/广东省养分循环利用与耕地保育重点实验室，广东 广州 510640；2.广东省农业科学院作物研究所，广东 广州 510640）

【研究意义】甘蔗是甘蔗属（Saccharum）植物的总称，分布于热带亚热带地区，是我国南方最主要的糖料作物。作物养分需求规律是科学施肥的重要理论依据，随着作物产量的增加，作物对养分的需求随之增加[1-3]。氮磷钾是植物生长发育的必需大量营养元素。每生产1 t甘蔗需要获取 1.5～2 kg的 N、1～1.5 kg的P以及2～2.5 kg的K[4]。N、P、K的缺乏会严重抑制甘蔗生长、降低其生产力[5-6]。因此，氮磷钾的合理施用是保证甘蔗高产优质高效的关键技术措施之一。【前人研究进展】一直以来，我国有关甘蔗科学施肥等方面的系统研究少见报道，谢良商等[7]研究表明在氮磷钾三要素贡献率中，氮肥＞钾肥＞磷肥；林昌华等[8]研究表明磷和氮供应不足是高产甘蔗的主要养分限制因子。前人还在氮磷钾缺乏条件下甘蔗生长表现的研究中指出，缺氮能使甘蔗叶片黄化，叶尖叶缘未老而先枯，蔗茎细长[6]；缺磷使甘蔗根系细而纤弱，分蘖减少，节间短，叶片窄而短，影响光合作用而蔗糖含量低[9]；缺钾使甘蔗中脉变红，老叶显棕色具有小黑心斑块，蔗茎细弱，韧皮部硬化，分蘖少，长势减退，蔗糖含量下降[10]。【本研究切入点】为提高或维持甘蔗产量，提高甘蔗含糖量，解决甘蔗缺素导致的生长受阻问题，施肥是最直接、最快速的手段。然而，近年来甘蔗盲目施肥或不合理施肥问题十分突出，导致养分元素的比例失调，限制了产量和质量水平的进一步提高。【拟解决的关键问题】为此，我们结合甘蔗的养分吸收特性，开展甘蔗氮、磷、钾化肥配施效应田间试验，分析了氮、磷、钾对甘蔗农艺性状、品质、产量和肥料利用率的影响，旨在为甘蔗的合理施肥及提高甘蔗的施肥效益提供理论参考。

1 材料与方法

试验于2017年3月至2018年1月在广西壮族自治区南宁市武鸣区锣圩镇广西农业科学院试验基地（23.24275°N，108.0545°E）进行。

1.1 试验材料

供试土壤为广西典型的赤红壤红土，耕层0～25 cm土壤理化性状为：pH 6.2，有机质13.5 g/kg，碱解氮53.4 mg/kg，有效磷18.4 mg/kg，速效钾112 mg/kg。供试土壤为弱酸性，有效磷和速效钾含量中上，有机质中下，碱解氮含量缺乏。

1.2 试验方法

试验设不施肥（CK）、氮磷钾（OPT）、不施氮肥（OPT-N）、不施磷肥（OPT-P）和不施钾肥（OPT-K）5个处理。每个处理3次重复，随机区组排列。各处理甘蔗全生育期养分用量见表1，全生育期共施肥3次，为基肥、分蘖肥（在基肥后100～110 d施用）和伸长肥（在分蘖肥后60 d左右施用）。试验用肥料为尿素、过磷酸钙和氯化钾。具体肥料分配为：基肥（25%尿素+33.3%过磷酸钙+5%氯化钾）、分蘖肥（40%尿素+33.3%过磷酸钙+65%氯化钾）、伸长肥（35%尿素+33.4%过磷酸钙+30%氯化钾）。

供试品种为桂柳05/136，于2017年3月6日种植，畦长5.5 m、畦宽5.0 m，小区面积27.5 m2。株距0.18 m，每行30段双芽苗，“品”字型排列，每小区150段双芽苗，即每小区300株芽苗，种植密度为54 555双芽段/hm2。

表1 不同施肥处理养分及肥料用量Table 1 Nutrients and fertilizer amounts under various treatments（kg/hm2）

1.3 调查项目及方法

成熟期调查甘蔗商品茎长（按蔗农收获标准，将甘蔗叶片、顶部去除后，测定商品蔗茎长）、茎径（采用游标卡尺测定）、有效茎数（条/hm2）。

试验于2018年 1月6日收获。收获期间记录每小区甘蔗产量，并采集蔗茎样品分析品质，蔗汁锤度采用WYT（0～80%）手持糖量计测定。

甘蔗收获期间，调查每小区有效茎数，并随机选择6株调查甘蔗茎长和茎粗，采集地上部蔗茎和蔗尾（稍尾，包括部分落叶）测定N、P、K含量，并计算养分吸收情况。

方差分析应用SAS 9.0软件进行。根据相关文献[11-13]计算肥料利用效率：

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对甘蔗生长性状的影响

表2显示，CK甘蔗茎长、茎粗、单茎重和有效茎数均最低。与OPT处理相比，OPT-N处理茎长显著下降0.36 m，茎粗显著下降0.41 cm，单茎重显著下降0.34 kg，有效茎数显著下降5 700条/hm2；OPT-P处理茎长显著下降0.09 m，茎粗显著下降0.12 cm，单茎重显著下降0.14 kg，有效茎数显著下降3 639条/hm2；OPT-K处理茎长显著下降0.13 m，茎粗显著下降0.48 cm，单茎重显著下降0.15 kg，有效茎数显著下降3 396条/hm2。结果表明适宜的氮磷钾施肥水平可显著增加甘蔗茎长、茎粗、单茎重和有效茎数，为甘蔗高产奠定基础。

2.2 不同施肥处理对甘蔗叶片和蔗茎养分含量的影响

从不同施肥处理甘蔗叶片和蔗茎养分含量（表3）可知，CK甘蔗叶片和蔗茎N、P、K含量最低，叶片N、P、K含量显著低于OPT处理0.253、0.03、0.417个百分点，蔗茎N、P、K含量显著降低0.137、0.032、0.359个百分点，与OPT处理相比，OPT-N处理甘蔗叶片和蔗茎N含量显著下降0.213、0.107个百分点，OPT-P处理甘蔗叶片和蔗茎P含量显著下降0.025、0.023个百分点，OPT-K处理甘蔗叶片和蔗茎K含量显著下降0.376、0.322个百分点。

表2 不同施肥处理甘蔗生长性状Table 2 Growth characters of sugarcane under various treatments

表3 不同施肥处理甘蔗叶片和蔗茎养分含量（g/kg）Table 3 Nutrient amount of leaves and stems of sugarcane under various treatments

2.3 不同施肥处理对蔗汁锤度的影响

蔗汁锤度可以反映甘蔗糖分含量的大小。图1显示，与OPT处理相比，OPT-K处理甘蔗汁锤度显著下降1.4个百分点，OPT-N和OPT-P处理分别下降0.1、0.9个百分点，CK下降1.1个百分点。表明不施钾肥显著降低甘蔗糖分的累积。

图1 不同施肥处理甘蔗汁锤度Fig.1 Brix in sugarcane of various treatments

2.4 不同施肥处理对甘蔗产量的影响

从不同施肥处理甘蔗产量结果（表4）可知，CK甘蔗产量最低，其次是OPT-N处理。与CK相比，OPT处理显著增产83.0%，其他缺素处理显著增产18.7%～36.9%。与OPT处理相比，OPT-N处理显著减产42.2%，OPT-P、OPT-K处理分别显著减产16.8%和17.2%。由此表明，不施肥严重降低甘蔗产量，不施氮、磷、钾肥显著降低甘蔗产量。

表4 不同施肥处理甘蔗产量Table 4 Yield of sugarcane under various treatments

2.5 不同施肥处理对肥料农学效率和利用率的影响

本试验用差减法计算试验点氮磷钾肥的农学效率和肥料利用率。钾肥利用率为35.6%，农学效率为46.5 kg/kg ，即在甘蔗生产中，每增施 K2O 1 kg可获得甘蔗46.5 kg。其次是氮肥，当磷、钾肥达到最佳施用量时，氮肥利用率为27.1%，农学效率为94.4 kg/kg，即在甘蔗生产中，每增施N 1 kg可获得甘蔗94.4 kg。再者是磷肥，当氮、钾肥达到最佳施用量时，磷肥利用率为9.0%，农学效率为153.0 kg/kg，即在甘蔗生产中，每增施P2O51 kg可获得甘蔗153.0 kg。配施氮磷钾肥与无肥区相比，氮、磷、钾总养分的农学效率为62.7 kg/kg，即在甘蔗生产中，氮、磷、钾肥配方达到最佳时，每增施肥料养分量1 kg，可生产甘蔗62.7 kg。

2.6 甘蔗养分收获指数

养分收获指数为甘蔗实际所得的蔗茎重量与其上部生物量的比例。由表5可知，OPT处理氮肥、磷肥和钾肥收获指数最高。施肥处理均不同程度增加了甘蔗的氮磷钾肥收获指数，氮肥收获指数增幅0.5%～1.1%，磷肥收获指数增幅4.3%～5.5%，钾肥收获指数增幅1.5%～3.6%。各处理氮磷钾收获指数均没有显著差异，即缺素处理和氮磷钾处理对收获指数的影响没有显著差异。

表5 不同施肥处理甘蔗养分收获指数Table 5 Nutrient harvest index of sugarcane under various treatments

3 讨论

众所周知，氮、磷、钾是植物生长发育所必需的大量营养元素。其中，氮是构成蛋白质的主要成分，是植物需求量最大的矿质养分；磷是细胞结构物质，是磷脂、核酸和核蛋白等的重要组分；钾参与植物生理生化代谢过程，维持某些代谢酶的活性。然而，土壤养分有效性低往往是限制甘蔗产量的主要因素之一，挖掘作物自身潜力、结合合理施肥措施是提高产量经济有效的策略。本研究设置不施肥、不施氮肥、不施磷肥、不施钾肥和配施氮磷钾肥5个处理，分析不同施肥处理甘蔗生长性状、养分含量、品质、产量和肥料利用效率的差异。试验结果表明，在不施肥和不施氮肥条件下，甘蔗农艺性状（包括茎长、茎粗、单茎重、有效茎数和氮磷钾养分含量）均显著下降，甘蔗产量仅为配施氮磷钾的55.0%和70.6%，而不施磷肥虽然茎长和茎粗均有下降，但未达显著差异，单茎重、有效茎数和叶片及蔗茎磷含量均显著下降，甘蔗产量为配施氮磷钾的85.8%。不施钾肥甘蔗农艺性状（包括茎长、茎粗、单茎重、有效茎数和叶片及蔗茎钾含量）均显著下降，蔗汁锤度显著下降，甘蔗产量为配施氮磷钾的85.7%。表明在土壤碱解氮缺乏，有效磷和有效钾中上水平条件下，氮是影响甘蔗生长特性和产量的主要限制因子，钾、磷次之；钾则是影响甘蔗品质构成尤其是糖分累积的主要限制因子，氮、磷次之；磷主要对甘蔗产量的形成因素（如单茎重和有效茎数）影响比较显著，对甘蔗茎长、茎粗和品质构成的影响较少。另外，广西甘蔗种植区土壤肥力总体属于较低水平[14]，土壤的低钙、镁和缺硼限制了甘蔗产量的进一步提高和糖分含量的进一步提升。至于甘蔗配施中微量元素的效应有待日后进一步研究揭示。

肥料农学效率和肥料利用率分别是评价作物施肥增产效应和养分被作物吸收的百分数。本试验结果表明，甘蔗的磷肥农学效率＞氮肥农学效率＞钾肥农学效率，甘蔗的钾肥利用率＞氮肥利用率＞磷肥利用率。甘蔗磷肥农学效率最高，利用率最低，而钾肥农学效率最低，利用率最高，这与土壤养分供应水平、甘蔗养分吸收特性和养分在甘蔗体内的迁移等有关。我国主要甘蔗种植区土壤多数为酸性红壤，有效磷钾含量较低，无法满足甘蔗正常生长需求[15-17]。在甘蔗生产上，以大量养分平衡型复合肥投入为主，连续长期施用导致磷钾尤其是磷在土壤中不断累积，本试验土壤有效磷钾处于中上水平，然而，磷肥施入酸性土壤后，水溶性磷易被土壤中的铁、铝等固定而降低肥效，磷肥当季利用率处于较低水平，严重制约了甘蔗产业的进一步发展[18-20]。甘蔗是一种喜钾作物，它的整个生育期对主要营养元素的吸收累积总量从大到小依次为钾＞氮＞磷[21-24]，因此，钾肥利用率比磷肥利用率高。在不施磷和不施钾甘蔗产量接近的情况下，磷肥施用量远远低于钾肥施用量，导致磷肥农学效率大于钾肥农学效率。

4 结论

在土壤有效磷和速效钾含量中上、碱解氮缺乏的甘蔗地，配施N 375 kg/hm2、P2O5112.5 kg/hm2和K2O 375 kg/hm2，甘蔗产量最高达150.1 t/hm2，甘蔗蔗茎最长最粗，单茎重最大，有效茎数最多，叶片和蔗茎氮磷钾养分含量最高，蔗汁锤度最高，氮磷钾农学效率、氮磷钾肥料利用率和收获指数均最高。