不同施氮水平下固氮菌肥对甘蔗的应用效果试验①

梁 阗 何为中 谭宏伟 高轶静 庞 天 李德伟 覃振强

(1广西农业科学院甘蔗研究所/广西甘蔗遗传改良重点实验室/农业部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室 530007；2广西农业科学院 530007)

化肥在我国农业生产中的作用十分重要，但长期大量使用化肥却导致土壤肥力下降，作物产量不增反降，进而引起成本增加、环境污染等一系列的问题。在化肥中，氮肥的使用量最大，但作物对氮肥的利用率很低，平均只有20%～40%[1-2]。甘蔗植株高大，生育期长，产量高，需肥量大、需肥时间长；甘蔗常规施肥中，氮肥利用率为18.9%～22.2%，大部分氮被挥发、淋溶和土壤吸附[3-4]。固氮菌肥是一类生物肥料，它通过固氮微生物的活动在土壤中固定空气中分子态氮素，并将其转化为植物可利用的化合态氮素[5-6]；同时，固氮菌肥中的固氮菌在自身生命活动中将土壤中难溶的矿物质转化为作物可以利用的物质，增加肥效，供给作物利用，从而达到提高作物产量的目的[7-8]；施用固氮菌肥可节约化肥、增加作物产量、降低生产成本，对保护农业生态环境也十分有利[9-10]。陆忠等[11]在甘蔗、崔美华等[5]在水稻、曹云海[12]在小麦玉米的研究结果表明，施用固氮菌肥，可以提高这些作物的产量，对其生长有益，减少施氮量。但是固氮菌肥对作物应用效果受作物生长状况、土壤条件、气候环境、生产水平等因素的影响[10,13]；马红梅等[7]的研究结果显示，在土壤0.15 mg/kg氮水平时，固氮菌肥对油菜的综合施用效果最佳；而有关甘蔗的固氮菌肥高效施用与氮素范围的研究未见报道。为此，本研究聚焦固氮菌肥在不同施氮水平下对甘蔗产量和蔗糖品质的影响，探讨固氮菌肥施用的氮量最佳范围，以期在甘蔗生产上的推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试肥料：甘蔗固氮菌剂(固氮菌分离自广西的栽培甘蔗，有效活菌数≥5亿/mL，广东东莞市保得生物工程有限公司产品)、 尿素(N≥46%，国产)、 过磷酸钙(P2O5≥16%，国产)、 氯化钾(K2O≥60%，国产)； 供试甘蔗品种：‘桂糖42号’。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

试验共设5个处理，其中CK氮肥为常规追量，即尿素900 kg/hm2(分蘖肥为总追量25%、拨节肥为总追量75%，下同)，A、B、C、D处理种茎用500倍固氮菌剂稀释液浸泡1 min，尿素追量分别为630、540、450、 360 kg/hm2(即 CK尿素追量的 70%、60%、50%、40%)；各处理基肥均施尿素75 kg/hm2、过磷酸钙937.5 kg/hm2、氯化钾500 kg/hm2。试验行长7.0 m、行距1.2 m，5行区，小区面积42.0 m2；3次重复，共15个小区，随机区组排列，周围种保护行(排)。

1.2.2 试验方法

试验在广西农科院甘蔗研究所试验场进行，供试地块平坦，排灌条件良好，前茬作物为甘蔗；土壤类型为黄壤土、粘重。种植前对蔗地土壤采样，土壤理化特性分析结果如下：pH值5.4，有机质含量15.1g/kg、全氮含量0.085%、全磷含量0.059%、全钾含量1.01%，水解性氮66 mg/kg、速效磷20.7mg/kg、速效钾77 mg/kg。2017年3月11日种植。选择无病虫害、蔗茎均匀、蔗芽饱满的半茎种或梢部种，砍成双芽段，下种量105 000芽/hm2。下种前施基肥，即按设计量将各肥料均匀撒施于处理小区种植沟并用锄头将肥料与沟底碎土拌匀，CK种茎直接摆入处理小区种植沟，A、B、C、D处理种茎用500倍固氮菌剂稀释液浸泡1 min，捞起沥干(阴干)，放入相应的处理小区种植沟，双行品字型摆种，盖3～5 cm厚细泥、覆盖地膜；5月6日施分蘖肥后小培土，5月28日施拨节肥后大培土。其它田间管理与常规生产方法相同。2018年1月29日砍收。

1.2.3 项目调查及分析

（1）土壤肥力：甘蔗种植前采样，分析土壤全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾、有机质、pH值等。

(2)调查甘蔗萌芽率、分蘖率、蔗株伸长量(6～10月，每月调查1次)，收获前调查甘蔗产量性状(单位面积有效茎数、株高、茎径)和分析蔗糖品质等，砍收时称量每小区的蔗茎产量。

试验数据采用Excel和DPS软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 各处理对甘蔗萌芽率及分蘖率的影响

甘蔗生长从萌芽开始。萌芽好，产量就有足够的苗数基础。生产上一般要求甘蔗萌芽率60%以上。分蘖是甘蔗的一种固有习性，是增加单位面积有效茎数的一条重要途径。分蘖期既要产生分蘖，又要大量长根长叶，需要较多的养分，养分不足甘蔗分蘖减弱[3,14]。调查结果(表1)表明，A、B、C、D处理甘蔗萌芽率为72.05%～75.91%，比CK(69.39%)多2.66%～6.52%，处理间的萌芽率相差较少，差异不显著，说明固氮菌肥不影响甘蔗萌芽出苗。CK甘蔗分蘖率最高41.48%，A、C、B、D处理分蘖率分别为31.76%、28.44%、25.72%和24.87%，分蘖率与施氮量呈正比，CK甘蔗分蘖率高于其余处理的9.72%～16.61%。其中，CK分蘖率分别与A、B、C、D处理差异达显著水平，A、B、C、D处理间的差异不明显，表明减少氮肥施量，甘蔗分蘖减弱。

表1 各处理甘蔗萌芽率与分蘖率 单位：%

2.2 各处理对甘蔗伸长量的影响

从表2可知，6月底，各处理甘蔗株高为101～103 cm、相差较少，处理间差异不明显；7月CK甘蔗伸长量最多88 cm，A、B、C、D处理伸长量分别为86、86、80、80 cm，CK伸长量均高于其它处理，但处理间差异不显著。8～10月，各处理甘蔗的月伸长量基本一致、相差较少。可见在氮肥(尿素)施量减少40%～70%的情况下，通过固氮菌肥的作用，前中期的甘蔗生长保持较高的水平。11月至次年1月，A、B、C、D处理甘蔗伸长量在31～34 cm，CK为21 cm，其中A、B、C、D处理间差异不明显，分别与CK差异达显著水平。7月至次年1月，各处理甘蔗总伸长量从高至低为：A＞B＞C＞D＞CK，处理间差异不显著。生长后期，A、B、C、D处理甘蔗伸长量明显高于CK，表明A、B、C、D处理延长了肥料作用时间，后期甘蔗保持一定的生长速度。可见，固氮菌肥对甘蔗生长具有促进作用，其中生长后期的甘蔗伸长量显著增加。

表2 7月至次年1月各处理甘蔗伸长量 单位：cm

2.3 各处理对甘蔗产量性状及蔗茎产量的影响

甘蔗单位面积产量由单位面积的有效茎数和平均单茎重构成，甘蔗单茎重由蔗茎长度、茎径和蔗茎密度决定[3,14]。表3显示，CK、A、B、D、C处理的甘蔗有效茎数在57 930～60 945株/hm2、处理间相差较少，差异不显著；处理间的蔗株茎径差异不明显；各处理甘蔗蔗株从高至低为：A(350 cm)＞B(347 cm)＞C(345 cm)＞D(344 cm)＞CK(337 cm)， A、B、D、C处理株高与施氮量呈正相关，各处理之间差异不显著；A处理蔗茎产量最高，为84.24 t/hm2， B 处理次之， 为 84.21 t/hm2， D、 C、 CK 处理蔗茎产量依次为81.68、80.48、80.01 t/hm2，A、B、D、C处理分别比CK增产0.58%～5.34%，处理间产量差异不明显。表明固氮菌肥与适量氮肥配施，促进甘蔗生长，株高和产量有所增加。

表3 各处理甘蔗产量性状及蔗茎产量

2.4 各处理对甘蔗品质的影响

甘蔗蔗糖分分析结果(表4)显示，A、B、C、D处理间的锤度和蔗汁重力纯度相差较少、均略低于CK；各处理的纤维分为11.41%～12.79%、还原糖分为0.16%～0.23%；CK蔗汁糖分和甘蔗蔗糖分均略高于A、B、C、D处理，A、B、C、D处理间的蔗汁糖分及甘蔗蔗糖分相差不大；各处理含糖量10.994～11.815 t/hm2，其中B处理含糖量最高、A处理次之。A、B、C、D处理的锤度、蔗汁糖分、蔗汁糖分、甘蔗蔗糖分等略低于CK，是因在糖分积累前期还进行蔗茎营养生长，故推迟了甘蔗糖分积累期。

表4 各处理的甘蔗品质

2.5 各处理的经济效益分析

对各处理经济效益进行比较分析(表5)结果显示，农业产值扣除固氮菌、浸种、尿素等成本，CK、A、B、C、D处理收入分别为37 755、39 895、40 080、38 440、39 265元/hm2。与CK相比，B处理增收2 325元/hm2、排名第1，A处理增收2 140元/hm2、列居第2，D处理增收1 510元/hm2、排位第3，C增收685元/hm2、名列第4。固氮菌肥与适量的氮肥配施，可以提高养分利用率，促进甘蔗生长，增加和稳定甘蔗产量，减少化肥施量、降低生产成本，节本增收效果明显，其中以B处理增收效果最佳、A处理次之。

表5 各处理的经济效益

3 讨论与结论

试验结果表明，不同的施氮水平下，固氮菌肥的施用对甘蔗生长、产量等方面具有一定的效应作用。固氮菌肥与适量氮肥配施，提高肥料利用率，延长肥料作用时间，促进甘蔗生长，增加和稳定甘蔗产量，降低生产成本，增加经济收入，减肥增效明显。尿素追量540～630 kg/hm2，固氮菌肥施用的增产效果及经济效益优于360～450 kg/hm2。

氮养分对甘蔗分蘖具有促进作用，分蘖率随着施氮量增多而增加[3,14]。本研究各处理分蘖肥尿素量为相应追肥总量的25%，分蘖肥(尿素)90～157.5 kg/hm2的A、B、C、D处理分蘖率随施氮量减少依次递减、处理间差异不明显，与分蘖肥(尿素)225 kg/hm2的CK相比，分蘖率减少9.76%～16.61%、差异均达显著,表明A、B、C、D处理提供的氮肥不足，以致甘蔗分蘖逐渐减弱。谢金兰等[15]的研究结果表明，氮肥(尿素)施量300、 600、 900 kg/hm2， 一次性作基肥施用的甘蔗分蘖率分别为25.6%、39.0%、40.8%，30%作分蘖肥施用的甘蔗分蘖率分别为17.7%、24.1%、28.7%，甘蔗分蘖率随着氮肥施用量的增加而增加，与本研究结果相似。由于试验的甘蔗萌芽率(69.39%以上)比较高、超过大田生产指标(60%)，加之甘蔗具有较强自我调节能力，所以处理间的单位面积有效茎数差异不明显。为此，大田生产上应根据苗情，对萌芽率低、出苗差的蔗地要早施和适当增施氮肥，促进主茎苗早分蘖、多分蘖，增加蔗苗数，为获取甘蔗高产打好苗数基础。

生物菌肥能改善根际微生态条件，增加土壤肥力，肥效持久，与化肥配合施用效果更佳[16-17]。生物肥料中有益微生物在生命活动过程中，能促进土壤中各种营养物质和能量的转化以及养分的释放,促进作物的生长发育,增加作物的生物产量[7-8]。试验观察结果表明，与CK相比较，A、B、C、D处理甘蔗分蘖末期或伸长期的株高或月伸长量基本同处一水平，生长后期甘蔗伸长量增多，差异显著，增高蔗株，蔗茎产量与之相当甚至增加；而生长后期还进行蔗茎营养生长，影响蔗糖分积累、延迟了甘蔗成熟。可见，在尿素追量360～630 kg/hm2内，固氮菌肥的肥效相当甚至略优于CK，能提供足够的养分满足甘蔗生长需要，利于甘蔗对养分的吸收，促进甘蔗生长，而且延长肥料作用时间，生长后期甘蔗还保持一定的生长速度，稳定和增加产量，其中尿素追量540～630 kg/hm2时，固氮菌肥施用的增产效果最佳。因此，不同施氮水平下固氮菌肥的施用对甘蔗株高和产量有一定的促进作用。

固氮菌肥与适量氮肥配施，能减少化肥施量，降低生产成本，减少环境污染，达到节本增收的效果。微生物能释放土壤中不易被植物吸收的养分,降低肥料的施用量,提高了肥料的利用率[7-8]。本试验中，在固氮菌肥与适量氮肥配施的模式下，投入的尿素追量比CK减少40%～70%，仍获得与CK相当甚至较高的甘蔗产量，是一种兼顾经济效益和环境效益的生物菌肥与化肥合理配施的施肥方案。与CK相比，既减少了化肥施量，降低生产成本，减轻环境污染，又改善土壤肥力，提高了肥料利用率，稳定和增加甘蔗产量，达到节本增效的效果。目前生产上普遍存在蔗农为了获得更高的甘蔗产量，不惜成本重施、偏施氮肥等现状；肥料的不合理施用，不仅增加施肥成本，影响甘蔗生产的效益，而且加重土壤板结，理化性状恶化，带来严重的环境污染[18-19]。因此，固氮菌肥与适量氮肥的推广应用，对推进甘蔗产量的提高与农业生态环境的保护和可持续发展具有重要意义。

本研究中固氮菌肥与氮肥配施的甘蔗分蘖减弱、生长后期保持一定的蔗茎营养生长、延迟成熟，可能与分蘖肥、拨节肥的施量有关联；固氮菌肥对作物应用效果受作物生长状况、土壤条件、气候环境、生产水平等因素影响[10-11]。因此，还有待在今后进行分蘖肥和拨节肥施量比例及更多的大田试验，进一步探讨更科学合理与固氮菌肥配施的氮量范围，以实现优化配比施肥和有效施肥，促进甘蔗的节本增效栽培。