谢金兰,李长宁,何为中,梁 强,李毅杰,刘晓燕,梁 阗,罗亚伟,谭宏伟,王维赞
(中国农业科学院甘蔗研究中心/广西农科业学院甘蔗研究所/广西作物遗传改良生物技术重点开放实验室,南宁530007)
甘蔗化肥减量增效的栽培技术
谢金兰,李长宁,何为中,梁 强,李毅杰,刘晓燕,梁 阗,罗亚伟,谭宏伟*,王维赞
(中国农业科学院甘蔗研究中心/广西农科业学院甘蔗研究所/广西作物遗传改良生物技术重点开放实验室,南宁530007)
阐述了我国当前甘蔗生产的施肥现状,并提出蔗地机械深耕深松、测土配方施肥、增施有机肥、蔗叶还田、合理灌溉等相应的化肥减量增效栽培技术措施。
甘蔗;化肥;减量;增效
中国是世界第三大甘蔗糖生产国,甘蔗种植面积仅次于巴西和印度。我国甘蔗生产中化肥施用量较大,平均施肥量为世界平均水平的3倍,是发达国家的5~10倍[1]。甘蔗生产中肥料投入成本高、肥料利用率低,过量施用化肥还导致土壤酸化、板结、有毒物质积累、肥力下降等。同时,肥料流失引起的水体污染和富营养化等环境问题也日趋严重。
2015年,“中央1号文件”和全国农业工作会议提出了“大力推进化肥减量提效、农药减量控害,积极探索产出高效、产品安全、资源节约、环境友好的现代农业发展之路”。国家农业部制定发布了“到2020年化肥使用量零增长行动方案”。因此,通过多途径提高土壤肥力,提高化肥当季利用率,减少甘蔗生产中化肥投入量,将成为我国甘蔗产业未来发展的重要举措。
1.1 化肥施用量大,肥料利用率低
我国是农业化肥使用的大国,化肥施用量远远高于世界平均水平,农业生产成本高、效益低,缺乏国际竞争力。目前,我国甘蔗生产施肥以化肥为主,普遍存在偏施、盲目过量施用化肥的现象。根据粤西蔗区的调查分析,平均每公顷甘蔗生产成本达21000元,其中肥料投入成本达7500元,占总生产成本的35.71%[2]。另有报道,广东蔗区中高施肥水平,尿素施用量为750~900kg/hm2、过磷酸钙为1500~2250kg/hm2、氯化钾为450~750kg/hm2[3]。在广西兴宾桂宝蔗区的调查中,复合肥的施用量最大,平均用量为1909.2kg/hm2,尿素平均用量为657.9kg/hm2[4]。另有调研,在广西蔗区尿素施用水平一般为500~700kg/hm2,在广东、云南、福建等蔗区的施用量大多数为600~750kg/hm2,施氮量是巴西蔗区的6~8倍[5-6]。
我国甘蔗生产中,化肥当季利用率较低。据谭宏伟等5年田间试验结果统计,甘蔗对氮肥利用率为14.5%~24.7%(平均21.2%);对磷肥利用率为6.7%~13.4%(平均11.6%);对钾肥利用率为15.6%~26.9%(平均21.1%)[7]。还有试验表明,甘蔗常规施肥中,氮肥利用率为18.9%~22.2%;磷肥利用率为7.5%~8.1%[8]。而一些发达国家的甘蔗氮肥利用率较高,如巴西氮肥利用率高达60%,阿根廷为70%,美国、墨西哥为40%[9]。
1.2 施肥结构不合理,养分比例失衡
甘蔗生长周期长,需肥量较多,不但需要吸收氮、磷、钾等大量元素,同时还要吸收钙、镁、硅、锌、硼、锰等多种微量元素。甘蔗所需的氮、磷、钾一般是通过常规施肥进行补给,而各种中微量元素主要来源是土壤。
甘蔗是喜钾作物,对氮、磷、钾的吸收量以钾最多,其次是氮,磷最少,三者的吸收比例为氮(纯N)∶磷(P2O5)∶钾(K2O)=1.0∶0.6~0.7∶1.2~1.6[10]。一般每生产1t原料蔗,需吸收N 1.08~3.20 kg、P2O50.27~0.70 kg、K2O 1.01~3.34 kg[11]。然而,在我国甘蔗生产上,往往是氮的施用量最大,其次为磷,钾最少。在广西兴宾桂宝蔗区的调查中,31%的农户在甘蔗生产中尿素施用量为750~1050kg/hm2,16%的蔗农尿素施用量高达1050~1500kg/ hm2;57%的农户仅通过施用复合肥补充钾素,钾肥平均用量仅为184.2kg/hm2,远远不能满足甘蔗生长所需[4]。在广东雷州半岛蔗区,甘蔗施肥中的氮磷钾比例常见为4∶1∶2,其中施土杂肥15~22.5t/hm2,尿素975~1050kg/ hm2,过磷酸钙675~750kg/hm2,钾肥375~450kg/hm2[12]。而在云南文山蔗区,氮肥(纯N)投入量在102~552kg/ hm2,平均施用量为235.5kg/hm2;磷肥(P2O5)施用量在0~240kg/hm2,平均施用量为120kg/hm2,钾肥(K2O)施用量在0~375kg/hm2,平均施用量仅为72 kg/hm2,氮、磷、钾配比不合理,钾肥施用量不足最为突出[13]。
1.3 有机肥施用严重不足
有机肥料是农业生产中的一种重要肥料,含有作物生长所需要的各种大量元素和微量元素,肥效慢但营养全面。施用有机肥对改良土壤理化性状、培肥土壤、提高肥料利用率、增加作物产量、提高农产品品质等均有很好促进作用。
改革开放以来,随着我国化肥生产的快速发展,化肥施用量逐年递增,有机肥的施用显著减少,一些农户甚至在农业生产中忽略有机肥的施用。在我国甘蔗生产中,同样存在重化肥、轻或无有机肥的现状。在广西兴宾桂宝蔗区的调查中,82%的甘蔗种植户在甘蔗生产中不施用有机肥[4];在兴宾区的另一调查结果显示,蔗农施用有机肥更少,施用有机肥仅占调查面积的11.2%,占调查农户总数的13%,施用有机肥的蔗地平均施用量为6447.5kg/hm2[14]。云南文山蔗区有机肥施用情况比其他蔗区略好,占甘蔗调查面积的39.5%,占调查农户的53.8%;但是,在施用量方面仍显不足,施用有机肥的蔗地平均施用量只有6870kg/hm2,按调查总面积平均施用量不足3300kg/hm2[13]。
1.4 肥料施用技术不当
在甘蔗生产中,一些蔗农施肥技术不当:有的蔗农在甘蔗种植时一次性施用大量常规肥料(非缓释肥)作基肥,造成甘蔗烧苗,萌芽出苗率低;有的没有按照甘蔗生长需肥规律进行施肥,不追肥或追肥不及时,甘蔗伸长期供肥不足;有的蔗农在宿根蔗管理上,没有进行破垄开沟而直接施肥于蔗蔸,不及时培土,肥料在施用后随水流失、挥发严重;有的蔗区,如广西崇左,一些蔗农在甘蔗生产管理中新植蔗和宿根蔗均不进行中耕培土,而常常选择在雨天撒施肥料,认为这样省工省时,结果造成肥料流失大、利用率低。
2.1 蔗地机械深耕深松技术
机械深耕深松可以打破犁底层,调整土壤结构,加厚耕作层,提高土壤蓄水保墒能力;可以改善土壤通透性,抑制土壤厌氧细菌活动,促进土壤熟化,加速养分的分解和积累。
20世纪90年代初,我国广西开始大力推广蔗地机械深耕深松技术,最初是在农垦和监狱系统推广,随后逐渐扩大到了农村蔗区。据统计,2011年全区蔗地机械深耕面积达到34.04万公顷[15]。廖青等的研究结果表明,机械化深耕深松栽培能增加土壤的含水量,甘蔗出苗率比常规耕作栽培的高17.8%,分蘖率高13.4%,甘蔗根系发达、生长快、抗旱能力强,原料蔗增产7.22t/hm2,增收2347元/hm2[16]。广西兴宾蔗区,采用机械深耕深松技术,甘蔗产量达到106.7t/hm2,比常规耕作增产17.1%,增加收益7140元/hm2[17]。广西农科院甘蔗研究所科技人员在广西兴宾桂宝蔗区调查中,有一位甘蔗种植户也反映,同样的肥料施用水平和田间管理方法,采用132.3kW深耕机进行耕翻,当年新植蔗增产12~15t/hm2。因此,在甘蔗生产中,机械深耕深松技术对化肥减量增效方面仍发挥着重要的作用。
2.2 推广测土配方施肥技术
甘蔗测土配方施肥是以蔗区土壤养分测定和肥料田间试验为基础,依甘蔗生长需肥规律、蔗地土壤供肥能力和肥料效应,提出合理的施肥方案。甘蔗缺什么就补充什么,需要多少补多少,实现各种养分平衡供应,满足甘蔗生长的需要,达到提高肥料利用率和减少用量、提高甘蔗产量、改善品质、节支增收的目的。
在广西崇左蔗区,通过测定蔗地土壤养分,按照测土配方施肥专家系统软件的施肥建议卡,在试验区实施测土配方施肥。结果表明,测土配方施肥比常规施肥节约化肥投入1636元/hm2,增产12.73%,增收4842元/hm2,节支增收6478元/hm2[18]。广西罗城县蔗区以新台糖22号作为试验品种,进行配方施肥试验,同等的甘蔗产量,配方施肥区比当地常规施肥区肥料成本降低22.13%[19]。云南蔗区研制了多个适宜当地不同甘蔗种植区域土壤生态类型的施肥配方,累计推广应用面积达5.7万hm2。据测定,甘蔗平均增产8.10~10.95t/ hm2,蔗糖分提高0.21%~0.5%,节省化肥投入72~225元/hm2,实现甘蔗测土配方施肥的节本增效[20]。
2.3 增施有机肥,推广有机肥替代部分无机肥的技术
有机肥料是农业生产中的重要肥源,其养分全面,肥效均衡持久,既能改善土壤结构、培肥改土,促进土壤养分的释放,又能供应、改善作物营养,具有化学肥料不可替代的优越性。
在广西兴宾桂宝蔗区的甘蔗种植户问卷调查中,有23%的种植户认为蔗地地力下降是造成当前甘蔗低产的主要原因之一[4]。广西蔗区大部分蔗地为连作10年以上,加上连年单施、重施化肥尤其是氮肥,土壤有机质逐年下降,土壤板结、理化性状恶化,地力明显下降,甘蔗种植的投入产出比逐年增加。因此,甘蔗生产的可持续发展需要重视有机肥的投入,推广有机肥替代部分无机肥,改良和培肥蔗地土壤。
关于有机肥在甘蔗上的应用报道以生物有机肥居多。在广西来宾蔗区连续3年施用生物有机肥,施生物有机肥+化肥处理甘蔗平均产量为120.70t/hm2,比仅施用化肥的常规施肥处理增产19.11t/hm2,增产率为18.8%;连续3年施用生物有机肥后,土壤有机质、速效氮、速效磷和速效钾含量均比常规施肥处理高;施用生物有机肥有利于提高甘蔗对氮、磷和钾吸收利用,氮、磷、钾利用率比常规施肥处理分别提高15.0%、4.5%和30.8%[21]。陆兴伦等在广西扶绥、邕宁、马山等县甘蔗产区进行生物有机肥试验,施用生物有机肥2250kg/hm2,甘蔗产量比施用单质化肥处理增加17.08t/hm2,增产21.3%,增产效果显著[22]。
除了生物有机肥,应通过多途径、多渠道增加蔗地有机物料的投入,比如:堆肥、厩肥、畜禽粪肥、糖厂滤泥、糖厂酒精发酵液、间作豆科绿肥压青等等。在巴西、美国、澳大利亚等发达国家,甘蔗种植重视有机肥的投入和地力的培肥。如巴西的甘蔗种植中,宿根甘蔗不施用化肥,而是每年施1次酒精发酵液,新植蔗的化肥施用量也仅为100kg/hm2左右,而甘蔗产量达到80t/hm2[23]。
2.4 推广蔗叶还田技术
甘蔗叶含有氮、磷、钾、钙、硫等大量、微量营养元素,是丰富的可再生肥料资源。据测定,鲜蔗叶(以干物计)的氮、磷、钾含量分别为0.7%、0.31%、2.2%,每公顷蔗田约有15000kg鲜蔗叶,把蔗叶全部粉碎还田,相当于施尿素110kg、钙镁磷肥150kg、氯化钾275kg[24]。蔗叶还田能改善土壤的结构和理化性状,增加有机质含量,增强土壤贮存水分、养分能力,提高肥料利用率,促进甘蔗持续增产。
广西农科院甘蔗研究所试验场连续9年机械粉碎蔗叶还田。经测定,土壤有机质含量平均提高了3.32g/ kg;土壤全钾提高0.408个百分点,增幅达到43.3%相对值;土壤速效氮含量提高了28.87mg/kg,占相对值为31.9%;速效磷提高了5.97mg/kg,占相对值为16.7%;土壤生态环境得到很好的改善,甘蔗增产增收[25]。广西农垦国有黔江农场经过20多年蔗叶还田并进行跟踪测定土壤养分,结果表明:长期蔗叶还田,蔗地土壤的各项养分都得到了提升,有机质由原来的1.79%提高到2.60%,全氮从0.09%增加到0.14%,速效磷从13.37mg/kg增加到43.25mg/kg,速效钾从79.63mg/kg增加到233.33mg/kg[26]。
蔗叶还田促进甘蔗增产也有相关的研究报道。广西农垦金光农场在向阳、龙山、坛井分场进行蔗叶还田对照试验,结果表明蔗叶还田可增产9.6%~27.27%,增产效果十分显著[27]。2003—2005年在广西马山县蔗区进行蔗叶还田试验,单产达77.58t/hm2,比蔗叶就地焚烧处理增产9.16%[28]。在云南陇川农场从1993年至2007年连续15年实施蔗叶还田,蔗叶还田前10年(1983—1993年)的甘蔗单产呈现下降趋势,而蔗叶还田后甘蔗的单产呈现逐渐上升的趋势。在实施蔗叶还田前10年的甘蔗平均单产为84.48t/hm2,蔗叶还田后15年的平均单产为100.61t/hm2,是蔗叶还田前的1.2倍。2003—2007年的平均单产为117.72t/hm2,是蔗叶还田前的1.4倍。由此可见,蔗叶多年连续还田,蔗地土壤得到较好的培肥,促进了甘蔗持续增产[29]。
2.5 灌溉条件下的化肥减量技术
甘蔗生长期长,植株高大,叶面积指数大,蒸腾作用旺盛,是需水量较大的一种作物。据调查,每生产1t原料蔗,耗水量为83.5~289.2m3(平均为150.2m3)[30]。而我国甘蔗主产区广西、云南70%以上甘蔗种植在旱坡地,春秋两季频现的季节性干旱导致了甘蔗生产中肥料利用率低、施用肥料浪费严重等现象。因此,合理灌溉在提高肥料利用率、降低化肥用量、提高甘蔗产量和质量等方面发挥着重要作用。
谭宏伟等研究滴灌条件下的甘蔗减量施肥,在N(纯氮)减少8.7%、磷(P2O5)减少27.8%、钾(K2O)减少9.1%的条件下实施滴灌区土层施肥(A)和滴灌区土层施肥+滴灌施肥(B),从甘蔗吸收养分量来看,以滴灌减量施肥的B最高,与对照无灌溉区的常规土层施肥差异显著,B处理甘蔗产量高达183.86t/hm2,A处理甘蔗产量为134.46t/hm2,分别比无灌溉区常规施肥处理增产了70.88t/hm2和21.48t/hm2,增幅分别达62.73%和19.01%[31]。在大棚内人工控制灌水量的试验,同一施肥水平下灌水量对甘蔗蔗茎产量的促进作用更为显著。甘蔗伸长期(7—10月)土壤相对含水量保持在70%左右的处理比土壤相对含水量保持在50%的处理蔗茎产量增产127.23%[32]。可见,土壤水分供给对提高肥料利用率、增加甘蔗产量效应显著。
2.6 优化施肥技术
施肥是甘蔗高产稳产的关键措施之一,如何合理施肥,才能较好发挥肥料对甘蔗生长的促进作用,是广大科研工作者和蔗农共同关心的问题。
首先要明确甘蔗需肥特点,总的来说是“两头少、中间多”,即苗期和成熟期少,伸长期多。甘蔗苗期需肥少但迫切,所以生产上应注意施足基肥,基肥以有机肥、磷肥、钾肥为主,氮肥施用量占总氮施用量的5%~10%即可。甘蔗分蘖后期至伸长初期对肥料的需求量最大,占整个生育期的50%以上,这个阶段是甘蔗的营养高效期,应重施,以氮肥为主,结合甘蔗大培土进行追肥。甘蔗正常生长情况下,后期一般不再追施肥料。如果在甘蔗种植时一次性施用肥料,应因地制宜选择缓控释肥。
在甘蔗出苗较好,苗齐、苗壮的前提条件下,可适当早追肥,春植蔗在分蘖期(5月上旬)即可追肥培土。如果前期甘蔗出苗差,则应在蔗苗4~5叶期及时追施尿素75~150kg/hm2,促进早分蘖,提高分蘖的成茎率。
有条件的蔗区,可以推行甘蔗水肥一体化技术。在广西贵港市覃塘蔗区示范基地的甘蔗水肥一体化技术应用试验中,甘蔗产量比常规处理增产47.85t/hm2,产量提高42.93%,比滴灌处理增产25.77t/hm2,产量提高30.06%[33]。在广东国营火炬农场,推广甘蔗水肥一体化技术后,甘蔗平均单产达到91.65t/hm2,比常规施肥增产69.25%[34]。另有报道,甘蔗生产使用滴灌水肥一体化技术,氮肥利用率高达58%~65%,对比沟灌利用率提高20%~25%,可节省氮肥30%左右[35]。
甘蔗生产实现化肥减量施用,种植户从观念上首先要改变,改变“高产就要高肥”的种植管理习惯。相关政府部门、科技人员深入基层,加强现代农业科学知识的宣传力度,提高和改善广大农民的科学施肥意识。同时,需要加大农业技术培训、应用示范及推广的力度。
随着糖料蔗“双高”基地建设的推进,部分蔗区将实现甘蔗种植规模化、良种化、生产机械化、水利现代化等,更有利于通过机械深耕深松、测土配方施肥、机械碎叶还田、水肥一体化等栽培技术实现甘蔗生产中化肥减量增效的目标。
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Cultivation Techniques of Reducing Fertilizer and Increasing Efficiency on Sugarcane
XIE Jin-lan,LI Chang-ning,HE Wei-zhong,LIANG Qiang,LI Yi-jie,LIU Xiao-yan,LIANG Tian,et al
(Sugarcane Research Center,Chinese Academy of Agricultural Sciences/Sugarcane Institute,Guangxi Academy of Agricultural Sciences/Guangxi Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improvement,Nanning 530007)
It describes the current status of fertilization of sugarcane production,and proposes cultivation techniques of reducing fertilizer and increasing efficiency on sugarcane,such as mechanical deep plowing subsoiling,soil testing fertilization,increasing organic fertilizer,cane-leaf returning,and reasonable irrigation.
sugarcane;fertilizer;reduction;increasing efficiency
S566.106
B
1007-2624(2017)01-0038-04
10.13570/j.cnki.scc.2017.01.014
2016-09-22
广西蔗糖产业协同创新团队项目;广西自然科学基金项目(2016GXNSFAA380020);广西农科院特色农业兴宾甘蔗试验站;广西农业科学院基本科研业务专项(桂农科2016YM05、2015YT05、2015JZ03)。
谢金兰(1977-),女,助理研究员,主要研究甘蔗栽培技术、土壤与肥料。E-mail:xiejinlan2008@126.com
谭宏伟(1961-),男,研究员,研究方向:土壤和植物营养及肥料。E-mail:hwtan@gxaas.net