李進(jìn) 段婷婷 鄧凱 景占鑫 藺中 梁燕秋 鄧焯楠 高宇 鄭超

摘? 要? 本文以研究區(qū)當(dāng)家甘蔗品種臺糖22（ROC22）、柳城5136（LC5136）、粵糖236（YT236）為材料，設(shè)5個不同氮肥施用量，研究施氮量對不同品種甘蔗生長及氮肥利用的影響。結(jié)果表明：（1）施氮量增加，3種甘蔗的莖重和產(chǎn)量先增加后無顯著變化。ROC22和LC5136在施氮量為351.9 kg/hm2時較為適宜，而YT236在234.6 kg/hm2時較適宜;ROC22的產(chǎn)量最高，分別比LC5136和YT236增產(chǎn)8.6%和40%。（2）隨施氮量的提高，LC5136和YT236的產(chǎn)糖量呈先增加后無明顯變化的趨勢。ROC22的產(chǎn)糖量在施氮量為351.9 kg/hm2時顯著大于無氮處理的，但不同施肥量處理間無顯著差異;ROC22的平均產(chǎn)糖量分別比LC5136和YT236高20%和57%。（3）隨著施氮量的增加，ROC22和YT236的氮肥利用率呈遞減趨勢，施氮量為117.3 kg/hm2時利用率最高。而LC5136的肥料利用率呈遞增趨勢，施氮量為469.2 kg/hm2時利用率最高;ROC22的氮肥利用率比LC5136和YT236的均高出10個百分點(diǎn)。綜合考慮甘蔗產(chǎn)量、產(chǎn)糖量、氮肥利用率的情況，氮肥用量為351.9 kg/hm2時，對ROC22和LC5136較適宜，而在234.6 kg/hm2時，對YT236較適宜。在研究區(qū)種植甘蔗ROC22明顯優(yōu)于LC5136和YT236。

關(guān)鍵詞? 甘蔗;產(chǎn)量;產(chǎn)糖量;氮肥;肥料利用率中圖分類號? S566.1? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? A

Abstract? The aim was to investigate the optimum nitrogen （N） fertilizer application for different sugarcanes varieties to conserve resources and reduce pollution. Using three main local sugarcanes varieties， ROC22， LC5136， and YT236， for experiments， 5 levels of N fertilizers quantities were set to study the effects of N fertilizer application on different sugarcanes varieties. The results showed that： （1） The weight of stem and yield of all three sugarcanes varieties increased with N fertilizers increased， followed by no significant change. The best application rate for ROC22 and LC5136 was 351.9 kg/hm2， while that for YT236 was 234.6 kg/hm2. The yield of ROC22 was the highest， which was more than LC5136 and YT236 for 8.6% and 40%， respectively. （2） The sugar yield of LC5136 and YT236 increased with increasing N fertilizer， followed by leveling off. The sugar yield of ROC22 with N application of 351.9 kg/hm2 was significantly higher than no N application， but no obvious difference for different N applications. The average sugar yield of ROC22 was 20% and 57% higher than that of LC5136 and YT236. （3） The effect of N application on three sugarcanes varieties was different. With increasing N application， the use efficiency of N fertilizer of ROC22 and YT236 showed decreasing trend， reaching highest efficiency at 117.3 kg/hm2. The use efficiency of N fertilizer of ROC22 was 10% higher than that of LC5316 and YT236. Considering the yield of sugarcanes， yield of sugar， and use efficiency of N fertilizer， the optimum N fertilizer application for ROC22 and LC5136 was 351.9 kg/hm2， while that of YT236 was 234.6 kg/hm2. The growth of ROC22 in the study area was obviously better than LC5136 and YT236.

Keywords? sugarcane; crop yield; sugar yield; nitrogen fertilizer; fertilizer use efficiency

DOI? 10.3969/j.issn.1000-2561.2019.04.004

甘蔗屬于禾本科甘蔗屬植物，是非常重要的糖料作物。我國甘蔗的種植總面積位居世界第三[1]。甘蔗是我國食糖產(chǎn)業(yè)的主要原料，蔗糖占食糖總產(chǎn)量的比值超過70%，甘蔗產(chǎn)業(yè)對我國甘蔗產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)增效、蔗農(nóng)增收的意義重大[2]。氮是甘蔗生長發(fā)育必不可少的營養(yǎng)元素，氮肥的應(yīng)用對甘蔗有明顯的增產(chǎn)效應(yīng)[3]。但施用氮肥越多并非增產(chǎn)效果越好，供氮過多會影響甘蔗的正常生長發(fā)育，降低甘蔗的產(chǎn)量和品質(zhì)[4]，且大量施用的氮肥能被植株吸收利用的只有30%～40%甚至更少，這既增加了生產(chǎn)成本，又造成了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[5-6]。只有適量合理的施用氮肥才能促進(jìn)蔗株生長，提高其產(chǎn)量和品質(zhì)[7-8]。

湛江是廣東甘蔗的主產(chǎn)區(qū)，也是我國第三大優(yōu)勢植蔗區(qū)，每年種植面積和產(chǎn)糖量占全省 90%以上[9]。目前湛江蔗區(qū)的氮肥用量多數(shù)在600～750 kg/hm2，此施氮量是巴西蔗區(qū)的6～8倍，氮肥的長期不合理施用已經(jīng)嚴(yán)重制約了廣東乃至全國的蔗糖業(yè)健康發(fā)展[10]。為此，筆者以廣東湛江甘蔗區(qū)為研究區(qū)，設(shè)5個氮肥用量水平和3種當(dāng)家品種進(jìn)行田間試驗，通過對甘蔗農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量、氮肥利用率等的研究，探索研究區(qū)當(dāng)家甘蔗品種的適宜氮肥用量，減少生產(chǎn)成本和環(huán)境氮污染，為甘蔗科學(xué)施用氮肥及選育氮高效利用品種提供重要理論和實(shí)踐依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 材料及田間情況

供試甘蔗為研究區(qū)當(dāng)家品種新臺糖22號（ROC22）、粵糖236號（YT236）和柳城5136號（LC5136）。供試氮磷鉀肥料分別為尿素（含N 46%），鈣鎂磷肥（含P2O5 12%），氯化鉀（含K2O 60%）。試驗地設(shè)在廣東湛江農(nóng)墾科學(xué)研究所大田，多年連作甘蔗，土壤pH 4.76，有機(jī)質(zhì)20.23 g/kg，土壤總氮含量1.12 g/kg;堿解氮78.43 mg/kg，有效磷13.41 mg/kg，速效鉀84.32 mg/kg。

1.2? 方法

1.2.1? 試驗設(shè)計? 試驗有2 個因素，因素1為不同的甘蔗品種，分別為ROC22、LC5136、YT236;因素2為不同氮肥施用量，設(shè)5個水平，分別為無氮處理（N0），施117.3 kg/hm2純氮處理（N1），施234.6 kg/hm2純氮處理（N2），施351.9 kg/hm2純氮處理（N3），施469.2 kg/hm2純氮處理（N4）。

試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3種甘蔗各有5個施氮水平，合計15個處理，每個處理有3個重復(fù)小區(qū)，共計45個小區(qū)。小區(qū)為3行區(qū)，行長8 m、行距1.1 m，面積26.4 m2。用健康甘蔗種苗移栽，種植密度為102 000株/hm2，每株間距為8.9 cm左右。各處理均施用磷（P2O5）288 kg/hm2，氯化鉀（K2O）324 kg/hm2。氮肥采用基肥（30%）、追肥（拔節(jié)大培土期70%）各1次的施肥方式;磷肥采用基肥（100%）;鉀肥采用基肥（40%）、追肥（拔節(jié)大培土60%）各1次。

1.2.2? 調(diào)查項目? 本研究于2015年3月—2015年12月在試驗田進(jìn)行。期間在每個處理中選擇長勢相對均一的15株甘蔗作為觀測株，定期收集枯葉以備后期測定葉片氮素吸收總量;2015年11月初調(diào)查觀測株株高、莖徑和有效莖數(shù)，并取各處理9條甘蔗樣本測其生物量、蔗糖分及氮素吸收量，計算氮肥利用率。肥料利用率=（施肥區(qū)作物養(yǎng)分吸收量-不施肥區(qū)作物養(yǎng)分吸收量）/施肥量×100%。2015年12月初，甘蔗收獲時，按小區(qū)統(tǒng)計產(chǎn)量和產(chǎn)糖量，以及氮肥偏生產(chǎn)力。產(chǎn)量（kg/hm2）=單莖重（kg）×有效莖數(shù)（plant/hm2）;產(chǎn)糖量（kg/hm2）=蔗糖分（%）×產(chǎn)量（kg/hm2）;氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量。

1.3? 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007軟件和SSPS 13軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 施氮量對不同品種甘蔗農(nóng)藝性狀的影響

如表1所示，氮肥施用量對不同品種甘蔗的農(nóng)藝性狀影響顯著。隨著氮肥用量的增多，3種甘蔗的株高顯著增加，且不同氮肥用量下的3種甘蔗平均株高差異顯著，ROC22分別比LC5136和YT236增高6 cm和46 cm;施氮量對3種甘蔗的莖徑影響顯著。N2、N3和N4處理的ROC22莖徑顯著大于N0和N1的。N3處理的LC5136莖徑顯著大于N0和N1的。不同施氮量處理的YT236

莖徑差異不顯著，但均顯著大于不施氮肥處理N0的。不同氮肥用量下的3種甘蔗平均莖徑差異顯著，LC5136分別比ROC22和YT236增粗0.16 cm和0.22 cm;氮肥用量對3種甘蔗的有效莖數(shù)影響顯著。N3和N4處理的ROC22和LC5136有效莖數(shù)均大于N0、N1和N2。不同施氮量處理的YT236有效莖數(shù)差異不顯著，但均顯著大于不施氮肥N0處理的。不同氮肥用量下的3種甘蔗平均有效莖數(shù)差異顯著，YT236分別比ROC22和LC5136多10%和40%。

2.2? 施氮量對不同品種甘蔗的生物量影響

如圖1所示，氮肥施用量對不同品種甘蔗的整株生物量影響顯著。N3和N4處理的3種甘蔗生物量均顯著大于N0、N1和N2的，N2處理顯著大于N0和N1的，N1處理顯著大于無氮處理N0的;在不同氮肥用量水平下，3種甘蔗的植株生物量差異顯著，均是LC5136顯著大于ROC22和YT236，ROC22顯著大于YT236。5種氮肥用量下的LC5136平均生物量分別比ROC22和YT236增重20%和53%。

2.3? 施氮量對不同品種甘蔗的氮素吸收影響

如圖2所示，氮肥施用量對不同品種甘蔗單株地上部氮素吸收量影響顯著。N3處理的ROC22氮素吸收量顯著大于N0、N1、N2和N4的，N2和N4處理顯著大于N0和N1，N1處理顯著大于無氮處理N0的;N4處理的LC5136氮素吸收量顯著大于N0、N1、N2和N3的，N3顯著大于N0、N1和N2的，N2顯著大于N0和N1的，N1和N0無顯著

柱上不同小寫字母表示同品種的不同施氮量處理間差異顯著（P<0.05）;不同大寫字母表示相同施氮量下甘蔗品種處理間差異顯著（P<0.05）。

Different small letters indicate significant differencesamong nitrogen rate treatments for the same varietiescondition （P<0.05）. Different capital letters meant significantdifferences among different sugarcane varieties treatmentsfor the same nitrogen rate condition （P<0.05）.

柱上不同小寫字母表示同品種的不同施氮量處理間差異顯著（P<0.05）;不同大寫字母表示相同施氮量下甘蔗品種處理間差異顯著（P<0.05）。

Different small letters indicate significant differences among nitrogen rate treatments for the same varietiescondition （P<0.05）. Different capital letters meant significant differences among different sugarcane varieties treatments for the same nitrogen rate condition （P<0.05）.

N1和N2處理的ROC22蔗糖分顯著大于N0、N3和N4。不同氮肥用量下的LC5136和YT236蔗糖分差異不明顯;不同氮肥用量下的ROC22平均蔗糖分顯著大于LC5136和YT236的。

N1、N2、N3和N4處理的ROC22產(chǎn)糖量差異不顯著，N3處理的產(chǎn)糖量顯著大于N0不施肥處理的。N2、N3和N4處理的LC5136產(chǎn)糖量差異不顯著，但顯著大于N0和N1處理的。N1、N2、N3和N4處理的YT236產(chǎn)糖量差異不顯著，N2和N4處理的產(chǎn)糖量顯著大于N0處理的;3種甘蔗在不同氮肥用量下的平均產(chǎn)糖量差異顯著，ROC22顯著大于LC5136，LC5136顯著大于YT236，ROC22的產(chǎn)糖量分別比LC5136和YT236的高20%和57%。

2.5? 施氮量對不同品種甘蔗的產(chǎn)量及產(chǎn)糖量影響

如表3所示，隨著氮肥用量的增加，3種甘蔗每公頃氮素平均吸收量呈顯著遞增趨勢。N3處理ROC22顯著大于其他氮素水平處理的，N4處理的LC5136顯著大于其他氮素處理的，N3和N4處理的YT236顯著大于N2、N1和N0的;且不同氮肥用量下的3種甘蔗平均氮素吸收量差異顯著，每公頃LC5136分別比ROC22和YT236多吸收氮素14.01、34.5 kg。

施氮量對3種甘蔗的氮肥利用率影響顯著。N1處理的ROC22顯著大于其他處理的，N4處理的LC5136顯著大于N1和N2的，N1處理的YT236顯著大于N4處理的;3種甘蔗在不同氮肥用量下的平均利用率差異顯著，ROC22的利用率比LC5136和YT236都高出10個百分點(diǎn)。

隨著氮肥用量的增加，3種甘蔗的氮肥偏生產(chǎn)力顯著降低。不同氮肥用量下的3種甘蔗平均

氮肥偏生產(chǎn)力差異顯著，ROC22分別比LC5136和YT236高8.5%和36%。

3? 討論

3.1? 施氮量對不同品種甘蔗產(chǎn)量的影響

在傳統(tǒng)甘蔗種植過程中，大多蔗農(nóng)認(rèn)為氮肥對甘蔗增產(chǎn)至關(guān)重要，因此為提高甘蔗產(chǎn)量，甚至不計成本重偏施氮肥[11]。但施用氮肥的增產(chǎn)效果并非隨用量的增加而直線上升，而是增加到一定水平出現(xiàn)下降的趨勢[5， 12-13]，這與本研究結(jié)果一致。本研究結(jié)果顯示施用氮肥可以在一定程度上提高3種甘蔗的株高、莖粗、莖重、生物量和產(chǎn)量，但當(dāng)施氮量到達(dá)一定水平，甘蔗的生物量和產(chǎn)量都出現(xiàn)下降或無顯著變化的情況。這是由于氮肥用量過高后引起營養(yǎng)元素間的比例失調(diào)，甘蔗光合強(qiáng)度減弱，抗性降低，降低蔗糖分[11， 14]。因此，一定范圍內(nèi)增施氮肥可以促進(jìn)甘蔗生長及提高產(chǎn)量，針對不同甘蔗品種進(jìn)行適量施肥是增產(chǎn)的關(guān)鍵，生產(chǎn)上應(yīng)避免盲目過量施肥。在產(chǎn)量無明顯差異的情況下，選擇產(chǎn)量較高而施氮量較低的水平作為本試驗所推薦的施肥量，即ROC22和LC5136在施氮量為351.9 kg/hm2時較為適宜，YT236在234.6 kg/hm2時較適宜。

產(chǎn)量是甘蔗各種農(nóng)藝性狀的集中體現(xiàn)，同時也是群體質(zhì)量優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)之一[15]。本研究顯示3種甘蔗的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量差異顯著，ROC22分別比LC5136和YT236增高6、46 cm，LC5136和ROC22分別比YT236增粗0.22、0.06 cm，LC5136和ROC22分別比YT236的莖增重80%和62%，YT236和ROC22分別比LC5136的有效莖數(shù)增多40%和30%。綜合考慮，ROC22的莖重和有效莖數(shù)等農(nóng)藝性狀是優(yōu)于LC5136和YT236的。其中蔗莖和有效莖是構(gòu)成甘蔗產(chǎn)量的主要因素，其水平的高低直接影響甘蔗的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，對于甘蔗生產(chǎn)具有決定性的意義[8]。本研究結(jié)果也表明ROC22分別比LC5136和YT236增產(chǎn)8.6%和40%。因此，相比2種當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)種植品種LC5136和YT236，本研究建議在研究區(qū)種植ROC22。

3.2? 施氮量對不同品種甘蔗產(chǎn)糖量的影響

實(shí)現(xiàn)甘蔗種植的高產(chǎn)量和高品質(zhì)是當(dāng)前甘蔗生產(chǎn)的主要目標(biāo)，其中甘蔗的品質(zhì)決定于蔗莖的含糖量。三大礦質(zhì)營養(yǎng)元素（氮磷鉀）對甘蔗生產(chǎn)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成尤為重要[16]。氮磷鉀養(yǎng)分的不同供給量可以改善蔗莖中的糖分含量[17]。本研究結(jié)果也表明增施氮肥可以提高ROC22的蔗糖分，但當(dāng)施肥量到一定水平時，糖分含量反而開始顯著減少，同時氮用量增加對LC5136和YT236的蔗糖含量無顯著影響。這可能是因為除了氮素外，磷鉀元素對甘蔗的生長發(fā)育及品質(zhì)改善也是至關(guān)重要，尤其鉀素對甘蔗的碳水化合物代謝過程、糖分含量的提高有著重要作用，是改善甘蔗品質(zhì)的主要元素[18]。即使氮素供應(yīng)充足，鉀素相對不足后，甘蔗糖分含量也不會有所提高，尤其當(dāng)重偏施氮肥引起營養(yǎng)元素間比例失衡時，可直接導(dǎo)致甘蔗品質(zhì)的降低[11]。這說明過量施用氮肥并不能有效提高甘蔗的含糖量，需要適量施肥，并與磷鉀等肥料一起配合施用來達(dá)到改善甘蔗品質(zhì)的目的[19]。

甘蔗的產(chǎn)糖量主要由蔗糖含量和產(chǎn)量共同構(gòu)成，因此他們的多少就直接決定了產(chǎn)糖量的大小[19-20]。本研究結(jié)果顯示隨著施氮量的增加，LC5136和YT236的產(chǎn)糖量呈先增加后無明顯變化趨勢。而ROC22的產(chǎn)糖量在施氮量為351.9 kg/hm2時顯著大于無氮處理，但不同施氮量處理間無顯著差異，且ROC22的平均產(chǎn)糖量顯著大于其他2種甘蔗的，分別比LC5136和YT236高20%和57%。因此本研究建議在研究區(qū)種植ROC22甘蔗品種，并按351.9 kg/hm2的用量施氮肥可獲得較高產(chǎn)糖量和經(jīng)濟(jì)效益。

3.3? 施氮量對不同品種甘蔗氮素吸收和肥料利用率的影響

氮素的吸收積累對作物干物質(zhì)形成至關(guān)重要。氮素是植物生長和產(chǎn)量形成的首要營養(yǎng)元素，他在植物生長發(fā)育中影響到干物質(zhì)的積累與分配[21]。本研究中，隨著氮肥用量增加，ROC22和YT236的地上部氮素吸收量先增加后減少或無顯著變化，這與其整株生物量的變化趨勢一致，此結(jié)果說明甘蔗植株干物質(zhì)積累總量與氮素累積總量存在正相關(guān)關(guān)系[22-24]。同理由于LC5136的整株生物量顯著大于ROC22和YT236的，因此其地上部對氮素的吸收量也顯著大于其他2種甘蔗。

有研究表明甘蔗植株在拔節(jié)之前，大部分的氮素分配在葉片中，甘蔗開始拔節(jié)后，為維持莖的快速生長，葉片中儲存和吸收的氮素大量轉(zhuǎn)移到莖中，使莖的氮素累積量迅速增加，而葉片中的氮素分配比例迅速下降[25]。 本研究結(jié)果表明氮肥用量對3種甘蔗地上部氮素累積分配比例影響顯著。隨著氮肥用量的增加，3種甘蔗莖部氮素累積比例遞增，而葉片氮素累積比例遞減。這可能與本試驗采用的氮肥用量和施肥方式有關(guān)，本研究尿素按30%作基肥+70%作攻莖肥施用（拔節(jié)大培土期），施肥重心后移，供氮越多，中后期葉片氮素向莖中轉(zhuǎn)移以及蔗莖吸收累積氮素越多[19]。因此，要提高氮肥對甘蔗的施用效益，建議從施肥量和施肥時間2個方面進(jìn)行改善[10]。

施肥量對3種甘蔗的氮肥利用率影響不同。隨著施氮量的增加，ROC22和YT236的氮肥利用率呈顯著遞減趨勢。這是因為增施氮肥，氮素土壤殘留和氮肥損失量均顯著增加，進(jìn)而引起肥料利用率的顯著降低[24， 26]?？梢?，增施氮肥會增加土壤和環(huán)境污染的風(fēng)險。本研究也發(fā)現(xiàn)，增施氮肥，LC5136的肥料利用率變化與其他2種甘蔗不同，呈遞增趨勢。這可能是因為不同基因型的甘蔗對氮素吸收特性存在差異[10， 27]，LC5136的有效莖數(shù)、單株地上部和單位面積甘蔗氮素吸收量均不同于其他2種甘蔗，呈現(xiàn)遞增趨勢，因此其肥料利用率也呈遞增趨勢。因為基因型不同所引起的差異還表現(xiàn)在3種甘蔗品種在不同施氮水平下的平均肥料利用率差異顯著，ROC22的氮肥利用率顯著高于LC5136和YT236，比LC5136和YT236均高出10個百分點(diǎn)。

氮肥偏生產(chǎn)力則反映了作物吸收肥料氮和土壤氮后所產(chǎn)生的邊際效應(yīng)，定義為作物施肥后的產(chǎn)量與氮肥施用量的比值[28]。本研究表明氮肥偏生產(chǎn)力與氮肥施用量呈負(fù)相關(guān)[29]，施肥量是影響氮肥偏生產(chǎn)力的重要因素，其增加時偏生產(chǎn)力下降，但不是簡單的等量直線下降，這說明施肥量不是影響偏生產(chǎn)力的唯一因素，可能還與作物產(chǎn)量以及影響作物產(chǎn)量的其他因素有關(guān)。在一定范圍內(nèi)，產(chǎn)量會隨著施氮量的增加而遞增，當(dāng)施肥超過最佳用量后，產(chǎn)量開始減少，因此過量的施用氮肥會導(dǎo)致較低的偏生產(chǎn)力[30]。同時，不同基因型的甘蔗產(chǎn)量差異，也導(dǎo)致了3種甘蔗平均氮肥偏生產(chǎn)力差異顯著，ROC22顯著大于LC5136和YT236。因此，選擇肥料利用高效的甘蔗品種及適量施肥是提高氮肥偏生產(chǎn)力的重要措施。

綜上所述，從甘蔗產(chǎn)量、產(chǎn)糖量及氮肥利用率3個方面綜合考慮，ROC22和LC5136在氮肥用量為351.9 kg/hm2，YT236為234.6 kg/hm2時，是研究區(qū)兼顧甘蔗產(chǎn)量、產(chǎn)糖量、環(huán)境安全等方面的合理施肥量，值得借鑒。且試驗表明種植甘蔗ROC22明顯優(yōu)于LC5136和YT236，建議在研究區(qū)推廣種植ROC22。

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