施氮方式和灌水量对甘蔗农艺性状、养分累积及产量的影响

刘亚男　马海洋　冼皑敏　王琚钢　陈菁　石伟琦

摘要：【目的】探討不同施氮方式和灌水量对甘蔗生长、养分累积及产量的影响，为合理利用水肥资源实现甘蔗高产高效栽培提供参考依据。【方法】以新台糖22号（ROC22）为试验材料，设不施氮肥、不灌水（CK），氮肥作基肥一次性施用、灌水750 mm（T1），氮肥作基施一次性施用、灌水1000 mm（T2），氮肥作基施一次性施用、灌水1250 mm（T3），氮肥分3次施用（基肥30%、分蘖肥30%、攻茎肥40%）、灌水750 mm（T4），氮肥分3次施用、灌水1000 mm（T5）和氮肥分3次施用、灌水1250 mm（T6）7个处理，测定各处理甘蔗农艺性状、各部位养分含量、产量和蔗汁锤度等指标，研究不同施氮方式和灌水量对甘蔗生长与产量的影响。【结果】中、高灌水量（1000和1250 mm，下同）时，分3次施氮处理甘蔗的株高高于一次性施氮处理，在5～7月差异显著（P<0.05）。在甘蔗成熟期，茎干重表现为T1>T2>T3、T6>T4>T5、T1>T4、T2>T5和T3T4、T2>T5和T3

Key words： sugarcane；nitrogen application method；irrigation amount；agronomic characters；nutrient accumulation；yield

0 引言

【研究意义】甘蔗是我国第一大糖料作物，以甘蔗为原料生产的蔗糖占我国蔗糖产量的90%以上（李杨瑞，2010），原料蔗的高产优质对我国食糖供给安全至关重要。在甘蔗栽培面积增加受限的情况下，提高甘蔗单产是实现我国蔗糖产量增加的重要途径。甘蔗单产主要决定于栽培品种、管理水平和气候条件，水和肥是甘蔗生产中的两大主要因素，水肥调控是重要的栽培管理措施。甘蔗作为C4作物，具有生长周期长、产量高的特性，需要充足的水肥供给（江永等，2011）。不施氮对甘蔗分蘖和有效茎数影响明显，最终导致减产（王伦旺等，2010）。而不合理施氮不仅会造成资源浪费，还会对农业生态环境造成严重威胁（巨晓棠等，2002；Dana et al.，2002；Yang et al.，2004）。甘蔗从种苗发芽、分蘖、伸长直到成熟，整个生育过程需消耗大量水分。有研究表明，每生产1 t原料蔗平均耗水150 m3（谢金兰等，2011）。春旱影响甘蔗下种，夏秋旱影响甘蔗伸长，干旱还易引发病虫害，季节性干旱是雷州半岛蔗区甘蔗高产的重要限制因子（冯奕玺，2002；何春林和王季槐，2002）。因此，研究合理的甘蔗氮肥施用方式和灌水量，对获得高产优质原料蔗及保障我國食糖供给安全具有重要意义。【前人研究进展】梁计南等（2000）研究表明，前期重施氮肥，施氮次数减少至2次或1次，有利于蔗茎产量的形成和蔗糖分积累。李兰涛和郭荣发（2007）研究表明，甘蔗苗期少施肥，伸长期重施肥，成熟期适量追施肥，可满足甘蔗生长对养分的需求，并为宿根蔗提供养分。杨声澉（2008）研究表明，早期止氮有利于甘蔗茎长、茎径、单茎重及蔗汁锤度等指标的提高。蓝立斌等（2011）研究表明，氮肥分基肥、分蘖肥和攻茎肥3次施用，甘蔗生长中后期的叶片叶绿素含量、可溶性蛋白质含量、硝酸还原酶活性及根系活力等生理生化指标较高，能持久保持较强的生理优势。韦剑锋等（2012b，2013）研究表明，氮肥按30%基施+30%分蘖期追施+40%伸长期追施方式施用，甘蔗植株偏氮生产力、吸收的氮素、来源于肥料N的比例、氮肥利用率、蔗茎产量和产糖量明显增加。谢金兰等（2013）研究发现，氮肥早施可促进甘蔗早拔节、早生长并提高蔗茎产量，有利于促进土壤磷酸盐溶解，提高磷的吸收利用，但容易造成氮流失，氮肥合理施用方式为分两次施用。【本研究切入点】目前，关于甘蔗施用氮肥方式的研究仍存在争议，且这些研究多数基于旱地蔗区，未考虑灌水因素同时作用的效果。【拟解决的关键问题】研究不同施氮方式（作基肥一次性施用；分基肥、分蘖肥和攻茎肥3次施用）和灌水量（750、1000和1250 mm）交互作用对甘蔗生长、养分累积及产量和品质的影响，旨在为合理利用水肥资源实现甘蔗高产高效栽培提供参考依据。

1 材料与方法

1. 1 试验地概况

试验地点广东省湛江市南亚热带作物研究所植物营养学科试验基地（东经110°17′、北纬21°12′）属热带季风气候和海洋气候，年有效积温8309～8519 ℃，年均降水量1417～1802 mm，且时空分布不均。土壤类型为凝灰岩砖红壤，土壤基础肥力参数：全氮1.1 g/kg，速效磷7.1 mg/kg，速效钾160.3 mg/kg，有机质23.0 g/kg，pH 4.4。

1. 2 试验材料

试验甘蔗品种为我国种植面积最大的新台糖22号（ROC22）。供试肥料有尿素（N 46%，中海石油化学股份有限公司）、过磷酸钙（P2O5 16%，广东湛化股份有限公司）和氯化钾（K2O 60%，中化化肥有限公司）。

1. 3 试验方法

1. 3. 1 试验设计 试验设7个处理，分别为：对照（CK），不施氮、不灌水；T1，氮肥作基肥一次性施用，灌水750 mm；T2，氮肥作基施一次性施用、灌水1000 mm；T3，氮肥作基施一次性施用、灌水1250 mm；T4，氮肥分3次施用（基肥占30%、分蘖肥占30%和攻茎肥占40%）、灌水750 mm；T5，氮肥分3次施用、灌水1000 mm；T6，氮肥分3次施用、灌水1250 mm。不同施氮方式氮肥总量相同，为N 379.5 kg/ha。不同灌溉水平水量分4次滴入，幼苗期占10.5%，分蘖期占20.0%，伸长期占54.7%，成熟期占14.8%。试验采用裂区设计，以不同施氮方式为主区，不同灌溉水平为副区，每处理111 m2，3次重复。甘蔗于2014年3月1日播种，下种量为90000芽/ha，2015年2月12日砍收测产。

1. 3. 2 指标测定 每处理随机选取甘蔗植株5株，2014年4～9月每月中旬测定株高、青叶数、茎节数和SPAD值等指标。采用TYS-3N型便携式植物营养测定仪测定SPAD值（每株甘蔗从形态学上端往下，测定第1片完全展开叶的叶尖、叶中和叶基的SPAD值，取平均值）；分别于2014年6月8日（分蘖期）、9月15日（伸长期）和2015年2月11日（成熟期）在每小区随机取5株甘蔗，分茎、叶和叶鞘3个不同部位，清洗后取样称鲜重，105 ℃杀青30 min，70 ℃烘干至恒重后称干重，测定各部位氮、磷、钾养分含量。收获前，测定株高、茎径和茎节数；每处理采集15株甘蔗，测定平均单茎重，计算产量；每处理取5株甘蔗，用手持折光仪测定蔗汁锤度。

1. 4 统计分析

试验数据采用Excel 2010和SAS 8.0进行统计分析。

2 结果与分析

2. 1 不同施氮方式和灌水量对甘蔗农艺性状的影响

2. 1. 1 对株高的影响 由表1可知，自5月起，施用氮肥和灌水处理的甘蔗株高均高于CK，其中6、7、8月各施用氮肥和灌水处理的甘蔗株高与CK差异显著（P<0.05，下同）；同一灌水量处理在5月的株高，T1显著高于T4、T5显著高于T2、T6显著高于T3；同一灌水量、分3次施氮处理在6月的株高均高于一次性施氮处理，且中、高灌水量（分别指1000和1250 mm，下同）时差异显著；6和7月分3次施氮时，随着灌水量增加，株高呈升高趋势，T5、T6与T4差异显著；同一灌水量、分3次施氮处理在8月的株高亦高于一次性施氮处理，且T5与T2差异显著；一次性施氮时，随着灌水量增加，9月的株高呈降低趋势，且差异显著；高灌水量下，T6的株高显著高于T3。说明分3次施氮处理的株高优于一次性施氮处理，即氮肥按基肥占30%、分蘖肥占30%、攻茎肥占40%分3次施用对甘蔗株高生长效果较佳。

2. 1. 2 对青叶数的影响 由表2可知，种植初期（4月），各处理甘蔗的青叶数无明显差异，5～8月施氮、灌水处理的青叶数高于CK（除6和7月的T6处理外）。其中，5月的青叶数T3高于T1和T2，T6显著高于T4和T5；6月的青叶数T3低于T1和T2，T6显著低于T4和T5；T4青叶数高于T1，T5高于T2，但差异不显著（P>0.05，下同），T3青叶数高于T6，且差异显著；7月，同一灌溉水平不同施氮处理的青叶数差异规律与6月相似，而分3次施氮时，随着灌水量增加，青叶数反而减少；8月的青叶数在灌水量相同时，分3次施氮处理均高于一次性施氮处理，而同一施氮方式的青叶数随着灌水量增加呈先减少后增加的变化趋势。说明增加灌水量不能增加甘蔗青叶数，但在高灌水量时，一次施氮处理的青叶数较多，即氮肥作基施一次性施用有利于促进甘蔗叶片生长。

2. 1. 3 对茎节数和SPAD值的影响 由表3可知，6月施氮、灌水处理的茎节数显著高于CK；一次性施氮时，随着灌水量增加，茎节数呈增加趋势；分3次施氮时，T5的茎节数最高，与T4和T6差异显著；7月，分3次施氮处理的茎节数显著高于CK，同一灌溉水平下分3次施氮处理的茎节数均高于一次性施氮处理，且中、高灌水量时差异显著；8月，施氮、灌水处理的茎节数显著高于CK，T1～T6间无显著差异；9月，一次性施氮处理随着灌水量增加，茎节数减少。6、7和9月，同一施氮方式下中灌水量的SPAD值最高；8月，分3次施氮、中灌水量处理的SPAD值最高，一次性施氮处理下中灌水量处理的SPAD值最低。說明施氮、灌水可显著提高甘蔗茎节数，不同灌水量处理的茎节数无明显差异；中灌水量的SPAD值高于低（750 mm，下同）、高灌水量处理。

2. 2 不同施氮方式和灌水量对甘蔗干物质累积与分配的影响

由表4可知，在一次性施氮下，随着灌水量的增加，甘蔗分蘖期茎、叶和叶鞘的干重均呈先降低后升高趋势；伸长期茎干重呈降低趋势，叶和叶鞘干重呈先升高后降低趋势，高灌水量处理各部位干重最低；成熟期茎干重呈降低趋势，叶干重呈先降低后升高趋势，叶鞘干重呈先升高后降低趋势。分3次施氮下，分蘖期茎干重以T5最高、T4最低，叶干重以T5最高、T6最低，叶鞘干重以T6最高、T4最低；在伸长期，随灌水量的增加，茎、叶和叶鞘的干重均呈先降低后升高趋势，茎干重以T6最高，叶和叶鞘干重以T4最高；在成熟期，茎、叶和叶鞘干重均以T6最高，茎和叶干重以T5最低，叶鞘干重以T4最低。说明氮肥按基肥占30%、分蘖肥占30%、攻茎肥占40%分3次施用时，高灌水量处理有利于甘蔗成熟期茎、叶、叶鞘部干物质的累积。

由表5可知，在一次性施氮下，甘蔗分蘖期干物质累积总量和净累积量以T1最高，T2最低；在伸长期和成熟期，干物质累积总量随灌水量的增加而降低，干物质净累积量在伸长期以T2最高、T3最低，在成熟期以T3最高、T2最低；分3次施氮下，分蘖期甘蔗干物质累积总量和净累积量以T5最高、T6最低，在伸长期以T6最高、T5最低；在成熟期，干物质累积总量以T6最高，净累积量以T4最高。在成熟期，同一灌溉水平、分3次施氮处理的干物质净累积量均高于一次性施氮处理。不同处理甘蔗在伸长期的干物质净累积量最高，占整个生长期干物质累积量的53.81%～65.05%，成熟期干物质净累积量次之，占整个生长期干物质累积量的25.39%～36.64%，分蘖期干物质净累积量最低，占整个生长期干物质累积量的9.14%～12.27%。说明氮肥按基肥占30%、分蘖肥占30%、攻茎肥占40%分3次施用能促进甘蔗成熟期干物质的累积。

2. 3 不同施氮方式和灌水量对甘蔗各部位养分累积的影响

由表6可知，在一次性施氮下，分蘖期甘蔗茎和叶部氮累积量以T3最高，磷、钾累积量以T1最高，叶鞘部氮、磷、钾累积量均以T1最高，茎和叶部氮、磷、钾累积量及叶鞘部氮、钾累积量均以T2处理最低；分3次施氮下，甘蔗茎、叶的氮、磷和钾及叶鞘部的氮和钾累积量均以T5最高。说明氮肥作基肥一次性施用时，中灌水量不利于甘蔗茎、叶和叶鞘部氮素累积；氮肥按基肥占30%、分蘖肥占30%、攻茎肥占40%分3次施用时，中灌水量有利于甘蔗茎、叶和叶鞘部氮素累积。

由表7可知，在一次性施氮时，随着灌水量的增加，甘蔗伸长期茎部的氮累积量增加，磷累积量减少，钾累积量呈先降低后升高趋势；叶部的氮、磷和钾累积量总体上均呈先升高后降低趋势，以T3的氮、磷和钾累积量最低；叶鞘部的氮和钾累积量均呈下降趋势。分3次施氮下，随灌水量的增加，甘蔗茎部的氮和钾、叶部的氮、磷和钾及叶鞘部的钾累积量均呈先降低后升高趋势，叶鞘部的氮和磷累积量总体上呈下降趋势。低灌水量下，茎部的氮、钾和叶部的氮累积量以分3次施氮处理高于一次性施氮处理，茎部的磷、叶部的钾及叶鞘部的氮和钾累积量以一次性施氮处理高于分3次施氮处理；中灌水量时，茎部的氮、磷累积量、叶部的氮、磷、钾累积量及叶鞘部的氮、钾累积量以一次性施氮处理高于分3次施氮处理；高灌水量时，茎、叶部的氮、磷、钾和叶鞘部的氮、钾累积量均以分3次施氮处理高于一次性施氮处理。

由表8可知，当灌水量相同时，甘蔗成熟期茎和叶部的氮、钾及叶鞘部的钾累积量均以分3次施氮处理高于一次性施氮处理；茎部的磷累积量以一次性施氮处理高于分3次施氮处理或与分3次施氮处理相当；叶鞘部的氮累积量在低、高灌水量时，分3次施氮处理高于一次性施氮处理，在中灌水量时，一次性施氮处理高于分3次施氮处理。说明分3次施氮处理的氮累积量优于一次性施氮处理，即氮肥按基肥占30%、分蘖肥占30%、攻茎肥占40%分3次施用有利于促进甘蔗植株氮素累积。

2. 4 不同施氮方式和灌水量对甘蔗产量和蔗汁锤度的影响

由表9可知，相比CK，施氮、灌水可提高甘蔗株高、茎径、茎节数和蔗茎产量。一次性施氮下，随着灌水量的增加，株高呈上升趋势，茎径呈下降趋势但差异不显著，茎节数呈先增加后减少趋势，其中，T2的茎节数显著多于T1和T3；分3次施氮下，随着灌水量的增加，株高、茎径和茎节数均呈上升趋势。低、中灌水量时，株高、茎径和茎节数以T1>T4、T2>T5；高灌水量时，以T6>T3。一次施氮处理的甘蔗产量以T3最高，为104.68 t/ha，T1最低，为78.81 t/ha；分3次施氮处理的甘蔗产量以T6最高，为97.09 t/ha，T5最低，为79.14 t/ha；低灌水量时，甘蔗产量以T4>T1，中、高灌水量时，以T2>T5、T3>T6。蔗汁锤度以CK最高，为21.68%，且与其他处理差异显著。一次性施氮下，蔗汁锤度以T2最高，与T3差异显著；分3次施氮下，蔗汁锤度以T4最高，与T6差异显著。灌水量相同时，一次性施氮处理的蔗汁锤度均比分3次施氮处理高，且高灌水量下差异显著。说明高灌水量有利于蔗茎产量形成，且中、高灌水量时，氮肥作基施一次性施用的产量优于氮肥分3次施用的产量；高灌水量会降低蔗汁锤度，灌水量相同时，一次施氮处理有利于提高蔗汁锤度。

3 讨论

氮是甘蔗生长的重要营养元素，合理施用氮肥是甘蔗高产的重要保证。本研究结果表明，在高、中、低3个灌溉水平下，氮肥作基肥、分蘖肥、攻茎肥分3次施用均比作基肥一次性施用有利于促进甘蔗茎、叶对氮的吸收。

在甘蔗成熟期，一次性施氮时茎干重表现为T1>T2>T3，分3次施氮时茎干重表现为T6>T4>T5 ；干物质累积总量以T1>T2>T3、T6>T4>T5、T1>T4、T2>T5、

T3T1>T2、T4>T6>T5、T1<

T4、T2

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（责任编辑 思利华）