水肥调控对甘蔗农艺性状和产量及水肥利用的影响

孙梦恬，邵金华，周柳强，黄 凯，韦继鑫，卢兴达，黄振平，吴卫熊

（1.广西壮族自治区水利科学研究院，南宁 530023；2.广西水工程材料与结构重点实验室，南宁 530023；3.河海大学，南京 210098；4.广西农业科学院，南宁 530007）

0 引言

甘蔗是世界主要的糖料作物，我国甘蔗种植面积约为139.26 万hm2，仅次于巴西和印度，为世界第三大甘蔗糖生产国[1]。其中广西作为中国最大的甘蔗生产地区，甘蔗种植面积达到106.67 万hm2，广西蔗糖产量占全国蔗糖总产量的67%。甘蔗是广西最重要的经济作物，因此，甘蔗生产在广西经济中占有非常重要的地位，经济效益显著[2]。虽然广西甘蔗产区水热资源比较丰富，生产潜力较大，但由于近年来极端天气频发、降水分布不均、季节性干旱严重[3-5]，还有蔗区土壤以旱地红壤为主，特点是酸、粘、瘦，再加上甘蔗种植过程中需要较多水分和养料[6-9]。这些自然因素导致了肥料利用率低、肥料浪费严重等现象，对甘蔗生产造成了严重影响，制约了甘蔗产业的可持续发展[10-12]。已有的研究表明，提高水分和肥料利用效率的最佳方法是水肥的高效耦合[13]。因此，构建合理的水肥管理模式是保证蔗区甘蔗高效生产和可持续发展的前提。

近几年来，关于甘蔗的水肥效应的研究已经较为广泛，但关于灌溉施肥或不同生育期施肥量分配对甘蔗产量、生长性状及水肥利用效率的影响还较少。本文以综合提高甘蔗产量、灌溉水分利用效率和肥料养分利用效率为目标，通过布置裂区试验，研究甘蔗水肥调控配比实施过程中，不同滴肥方案与不同灌溉方案对甘蔗生长、产量的影响，探讨甘蔗高效高产的水肥耦合策略。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选择有代表性的甘蔗种植区进行田间试验，供试甘蔗品种为“柳城05136”，宽窄行种植，宽行140 cm，窄行60 cm。

试验实施前在试验地块内采集耕层土壤25 个点以上，混合均匀，对土壤的理化特性分析结果如表1所示。

表1 试验前土壤的理化特性分析结果Tab.1 Physicochemical characteristics of the soil before the test

1.2 试验设计

试验设灌水量和不同生育期施肥量分配两个因素。灌水量设4 种灌水方案（保持灌溉次数不变，均分9 次灌溉），T1：灌溉量=6.53 m3∕hm2；T2（现行方案）：灌溉量=8.70 m3∕hm2；T3：灌溉量=10.87 m3∕hm2；T4：灌溉量=13.05 m3∕hm2。上述不同灌水量均按总灌水量的6.90%、6.90%、8.62%、8.62%、13.79%、13.79%、13.79%、13.79%、13.79%比例分配。设5种施肥方案（保持N、P、K 养分不变，肥料全部随滴灌施肥施用），F0：不施肥，仅滴灌；F1：分蘖期重施，偏重生育前期（占总施肥量27%）；F2：分蘖—伸长期重施，偏重生育前中期（占总施肥量40%）；F3：伸长期重施，偏重生育盛期（占总施肥量53%）；F4：伸长—成熟期重施，偏重生育中后期（占总施肥量27%）。施肥量(kg∕hm2)为：N=2.625；P2O5=0.75；K2O=1.8；N+P2O5+K2O=5.175；比正常土施肥料的N+P2O5+K2O施肥量降低28.3%。肥料品种为富岛硫酸钾型复合肥1.8-1.5-3.6 7.5 kg∕hm2和心连心腐殖酸尿素3.75 kg∕hm2。小区面积306～746 m2，并配有水表及施肥器。设计处理见表2。

表2 设计处理表Tab.2 Design and processing list

2019 年3 月23 日，甘蔗地破陇出苗，2019 年4 月29 日每个小区选择生长健康、长势均匀的苗10 株，分别于2019 年6月7 日、8 月17 日、10 月8 日、12 月18 日定点观测甘蔗株高（从地面量取到最高叶尖）的动态生长情况。

2019 年4 月29 日开始滴灌施肥，6 月13 日、6 月18 日、7月30 日、8 月17 日、9 月10 日、9 月17 日、10 月8 日、10 月18 日按方案滴灌施肥，分蘖期滴灌施肥1 次（占灌水量6.90%），分蘖—伸长期滴灌施肥2 次（占总灌水量15.52%），伸长期滴灌施肥4 次（占总灌水量50.00%），成熟期滴灌施肥2次（占总灌水量27.59%）。

1.3 测定项目及方法

产量构成因素的调查：伸长中期，各小区调查15 株有代表性甘蔗的株高、茎径、单茎重，取平均值作为该小区甘蔗的株高、茎径、单茎重；全小区调查原料蔗主茎大于100 cm的甘蔗条数，作为有效茎数，并换算成公顷有效茎数。

测产方法：在每个小区内随机砍收66.7 m2的甘蔗，去掉蔗稍及蔗茎上的叶，进行现场称重实收实测记录，并计算出公顷产量。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2016 软件进行数据统计分析和制图，用SPSS 21 软件进行方差分析（ANOVA），多重比较采用Duncan 法（α=0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同水肥调控对甘蔗产量的影响

表3为不同水肥调控对甘蔗产量的影响。由表可见，根据试验数据，不同灌溉水平条件下，T2 处理下甘蔗产量最高，为893.40 kg∕hm2，T1、T3、T4 分别比T2 处理下减 产6.7%、3.9%、3.5%，但上述减产差异均达不到显著水平，说明在目前的试验条件下，灌溉量对甘蔗产量的影响不明显。不同滴灌施肥水平条件下，F3 处理下甘蔗产量最高，为962.25 kg∕hm2，F3、F4、F2、F1 分别比F0 处理下增产38.9%、32.6%、28.5%、22.0%，F3、F4与F0、F1、F2处理的增产差异均达到显著水平，可见在甘蔗生长的盛期重施肥料，可明显提高滴灌施肥的增产效益，在甘蔗生长中后期滴灌施肥的增产效益明显高于在甘蔗生长的中前期的滴灌施肥。

表3 不同水肥调控对甘蔗产量的影响Tab.3 Yield of sugarcane in different water-fertilizer treatments

2.2 不同水肥调控对甘蔗农艺性状的影响

表4为不同滴肥、灌溉方案对甘蔗农艺性状的影响。由表可见，单一的灌溉和施肥处理均可明显提高甘蔗株高、单茎重；滴灌施肥处理可明显提高甘蔗茎径。

表4 不同滴肥、灌溉方案对甘蔗农艺性状的影响Tab.4 Agronomic characteristics of sugarcane in different waterfertilizer treatments

从株高来看，F3 分别比F1、F2、F4 的平均值增加11.1、5.9、5.1 cm，提高2.75%、1.44%、1.23%，上述增加差异均达不到显著水平；T1、T3、T4 分别比T2 处理下提高1.3、-3.1、58.3 cm，提高0.33%、-0.80%、15.0%，T4处理下甘蔗株高增加差异达到了极显著水平。可见，在甘蔗不同生育期重施肥料均可有效提高甘蔗的平均株高；不同时期重施肥料对甘蔗平均株高提高的幅度差异不明显。T4 灌溉量对甘蔗平均株高的提高最佳，灌水量提高50%，甘蔗株高明显增加，说明灌溉量过多会明显影响甘蔗的平均株高。

从单茎重来看，F3 分别比F1、F2、F4 的平均单茎重增加0.05、0.07、0.12 kg，提高3.05%、3.97%、7.04%，上述增加差异均达不到显著水平；T2 处理对甘蔗平均单茎重的提高最佳，T1、T3、T4 分别比T2 处理下显著减少12.47%、8.44%、9.27%，均达到显著水平。可见，在甘蔗不同生育期重施肥料均可有效提高甘蔗的平均单茎重；不同时期重施肥料对甘蔗平均单茎重提高的幅度差异不明显。T2 处理对甘蔗平均单茎重的提高最佳，选择适宜的灌溉量能明显影响甘蔗的平均单茎重。

从有效茎数来看，F4 分别比F1、F2 的甘蔗有效茎数增加64.2、40.35 株∕hm2，增加12.35%、7.40%，F3 的滴灌施肥方案比F1 的滴灌施肥方案的甘蔗有效茎数增加48 株∕hm2，增加9.23%，上述增加差异均达到显著或极显著水平；说明，在甘蔗生长中、后期重施肥料，可明显促进甘蔗生长，提高甘蔗的有效茎数，明显高于在甘蔗生长的中前期重施肥料。灌溉量对甘蔗有效茎数的影响不明显。

1.3.2 不良反应的评定 根据患者明显感觉到的不适及需要对症处理的临床症状，分别记录服药过程中恶心呕吐、腹痛腹胀和里急后重等不良反应。

从茎径来看，F2 分别比F1、F3、F4 的平均茎径增加0.107、0.205、0.197 cm，提高4.28%、7.86%、7.56%，上述增加差异均达到显著及极显著水平；T1、T3 分别比T2 处理下平均茎径显著降低8.02%、7.38%。可见，在甘蔗不同生育期重施肥料均可有效提高甘蔗的平均茎径；以分蘖—伸长期重施肥料对甘蔗茎径增粗最为明显，其次为分蘖期重施肥料处理，在生长中后期重施肥料，甘蔗的茎径明显低于分蘖—伸长期重施肥料的处理，说明选择在甘蔗生长旺盛期重施肥料对甘蔗茎径增粗最佳。T2 对甘蔗平均茎径的增粗最佳，T1 或T3处理下，甘蔗茎径均明显降低。

2.3 不同水肥调控对甘蔗产糖量的影响

图1 为不同滴肥与灌溉方案对甘蔗产糖量的影响。从图1可以看出，在施用相等肥料基础上，开展不同滴灌施肥方案和不同的灌水方案，甘蔗产糖量变化趋势不大。在有灌溉的条件下，F1、F2、F3、F4 产糖量差异不大，但与F0 产糖量95.15 kg∕hm2差异显著，说明滴灌施肥能明显提高甘蔗的产糖量，其产糖量的差异主要是产量差异带来的。

图1 不同滴肥与灌溉方案对甘蔗产糖量的影响Fig.1 Sugar yield of sugarcane in different water-fertilizer treatments

2.4 不同水肥调控对甘蔗养分吸收利用状况的影响

表5为不同水肥处理下甘蔗养分吸收利用状况的变化。由表可见，对不同滴肥灌溉方案下甘蔗N、P、K 养分吸收利用状况进行分析，F3 处理对NPK 的养分吸收量和利用效率（48.20%）最高，每种植1 t 甘蔗需吸收2.60 kg N、0.57 kg P2O5、2.88 kg K2O，平均每千克N+P+K 养分可增产甘蔗102.6 kg。F2 处理下甘蔗肥料利用效率为37.85%，每种植1 t甘蔗需吸收2.53 kg N、0.56 kg P2O5、2.84 kg K2O，平均每千克N+P+K养分可增产甘蔗75.1 kg；F4 处理下甘蔗肥料利用效率为44.99%，每种植1 t 甘蔗需吸收2.64 kg N、0.57 kg P2O5、2.94 kg K2O，平均每千克N+P+K 养分可增产甘蔗85.9 kg；F1 处理下甘蔗肥料利用效率为28.32%，每种植1 t甘蔗需吸收2.39 kg N、0.55 kg P2O5、2.73 kg K2O，平均每千克N+P+K 养分可增产甘蔗75.1 kg。

表5 不同水肥处理下甘蔗养分吸收利用状况Tab.5 Nutrient uptake and use efficiency of sugarcane in different treatments

F3 处理下甘蔗肥料养分利用效率最高，肥料的生理利用效率最高，每生产1 t 甘蔗需求的NPK 养分适中，从养分利用状况分析，F3 值得推荐；F2 处理的肥料养分利用效率较高，每生产1 t甘蔗需求的NPK 养分比F3处理稍低，从养分利用状况分析，F2 也值得推荐；F4 处理的肥料养分利用效率较高，肥料的生理利用效率也较高，但每生产1 t 甘蔗需求的NPK 养分比F3 处理稍高，从养分利用状况分析，在土壤养分状况稍低的条件下，F4也可推荐；F1处理的肥料养分利用效率较低，但每生产1 t 甘蔗需求的NPK 养分也较低，从养分利用状况分析，在土壤养分状况较好的条件下，F1 也可推荐。不同灌溉量对甘蔗P、K 养分吸收利用状况无明显影响，过高(T4)或过低(T1)的灌溉量亦影响甘蔗对N 养分的吸收利用。吸收N 素量最高的为T4，为2.32 kg∕hm2，明显分别高于T1、T2、T3 处理21.12%、16.58%、11.34%，但每生产1 t 甘蔗吸收的N 素及甘蔗对N 素的生理利用效率各灌溉量处理间均无明显差别；养分利用效率则是T4（50.3%）处理明显高于T2（36.2%）、T1（38.0%）处理，说明过多的灌溉量虽能促进甘蔗对N 素的吸收，提高甘蔗生长后期的N 素含量水平，对甘蔗产量的进一步提高累积了一定的养分基础，但对本试验甘蔗原料茎的形成还未显现明显的促进作用。

2.5 不同水肥调控对甘蔗田灌溉水利用率的影响

表6 为不同水肥调控对甘蔗水利用率[kg∕(hm2·mm)]的影响。由表6可见，根据试验数据，不同灌溉水平条件下，随着灌溉水量的增加，水利用率则表现出不断降低的规律性，如T1、T2、T3、T4处理下甘蔗田灌溉水利用率在降低，T1和T4相比，水分利用率提高了6.18 kg∕(hm2·mm)。不同滴灌施肥水平条件下，F3 处理下水分利用率最高，为10.47 kg∕(hm2·mm)，但对甘蔗水利用率的影响不明显。

表6 不同水肥调控对甘蔗水利用率的影响Tab.6 Water use of sugarcane in different water-fertilizer treatments

由此可见，综合考虑，选择F3T1 的滴肥灌溉方案对甘蔗田灌溉水利用率提高最多，水肥耦合效应最好。

3 讨 论

虽然广西全年降雨总量充沛，但降雨时空分布不均，季节性干旱和地区性干旱频繁；再加上广西甘蔗主要以旱地甘蔗为主，90%以上种植于旱坡地上，缺少水利灌溉设施，有效灌溉面积不足10%，严重制约广西甘蔗高产稳产[15-17]。此外，甘蔗在不同生育阶段需肥量存在一定的差异，为了提高甘蔗产量及节约资源，结合甘蔗不同生育阶段的需肥情况对其进行合理的灌溉施肥非常必要。因此，在前人的研究基础上，本研究探讨了灌溉水平与肥料分期追肥对甘蔗产量、农艺性状、产糖量及水肥利用效率的影响。

本研究结果表明，不同滴肥方案均可有效提高甘蔗的株高、单茎重、有效茎数和茎径，但对甘蔗株高和单茎重提高的幅度差异不明显，F3 和F4 处理可显著增加甘蔗的有效茎数，T2 处理显著提高甘蔗单茎重、株高和茎径，为其提高产量提供物质基础。

产量与水肥利用效率是决定甘蔗栽培经济效益的首要指标，提高产量与水肥利用效率是实现高产高效的基础。水肥是影响甘蔗产量及水分利用率的重要因素，发挥“以肥调水”对于提高作物的产量及水分利用率有极其重要的作用[18,19]。已有研究表明，施肥对提高甘蔗的产量和水分利用率的重要性大于灌溉[20]。甘蔗产量由单位面积有效茎数和单茎重构成，而单茎重又取决于茎长和茎径的大小。本研究结果表明，滴灌施肥条件下，灌溉量对甘蔗产量的影响不明显，F3 处理下甘蔗的增产效益最高，F3、F4、F2、F1 分别比F0 处理下增产38.9%、32.6%、28.5%、22.0%，说明在甘蔗生长的生育盛期重施肥料，可明显提高滴灌施肥的增产效益。这与李世君[13]得出甘蔗的株高、茎径、单茎重、产量与供水量呈正相关趋势以及Erdem 等[21]得出增大灌水量，作物产量先增大后降低的结论不同。这可能是由灌水和施肥量设置水平不同以及试验材料不同引起的，同时土壤中水分和养分的不足或过量，在作物生长期间，妨碍了植物的各种生理过程，最终影响作物产量。

矿质营养元素直接参与植物的各种生理代谢过程，是完成植物生命活动周期所不可缺少的。本试验条件下，F3 处理对NPK 肥料利用效率最高（48.20%），其生理机制可能在于，在甘蔗生长的生育盛期重施氮肥能促进甘蔗根系发育，施磷和钾肥参与植物糖类代谢，同时施钾能促进和加强植物对磷的吸收、生物合成以及光合产物的运输[22,23]。

不断追求产量最大化的同时提高水肥利用效率是指导农业科学发展的有效途径。本研究以综合提高甘蔗产量、灌溉水分利用效率和肥料偏生产力为目标，运用综合多因素分析得到T2和F3处理为最优组合，即甘蔗节水增产的水肥调控模式为灌溉量为8.70m3∕hm2、伸长期重施肥料（占总施肥量53%）。这表明在广西地区该组合不但能改善甘蔗农艺性状和品质，而且能实现产量和水肥利用综合效益最佳，研究结果对广西甘蔗高效生产具有一定的实践参考意义。

4 结 论

（1）不同滴肥方案均可有效提高甘蔗的株高、单茎重、有效茎数和茎径，但对甘蔗株高和单茎重提高的幅度差异不明显，F3和F4处理可显著增加甘蔗的有效茎数。T2处理显著提高甘蔗单茎重、株高和茎径。

（2） 不同滴灌施肥水平条件下，F3 处理下甘蔗产量（962.25 kg∕hm2）、肥料利用效率（48.20%）和灌溉水利用率(10.47 kg∕(hm2·mm))最佳；灌溉量对甘蔗产量和养分吸收利用状况的影响不明显，T1 和T2 处理下甘蔗灌溉水利用率显著提高。全生育期定量施肥中，增加伸长期（偏重生育盛期）施肥和T1、T2处理能有效促进甘蔗产量增长和水肥利用。

（3）通过全面考虑水肥协同效应、节水节肥和增产以及提高养分吸收利用效率等多因素出发，T2 和F3 处理为最优组合，即甘蔗节水增产的水肥调控模式为灌溉量为8.70 m3∕hm2、伸长期重施肥料（占总施肥量53%）。