甘蔗關鍵生育期不同施肥處理對土壤養分及酶活性的影響

魏 鑫，林德喜，袁照年，鄭夢雅，白小芳

(1.福建農林大學資源與環境學院,福建 福州 350002;2.福建農林大學甘蔗研究所,福建 福州 350002；3.廣西大學廣西蔗糖產業協同創新中心,廣西 南寧 530004)

【研究意義】甘蔗是中國主要的糖料作物，全國90 %的食糖產自甘蔗[1]。C4作物生長發育四個階段分別是苗期、分蘗期、伸長期和成熟期，其生長周期長，消耗養分多，甘蔗生長不同時期對土壤養分含量和酶活性有不同需求。通過不同施肥處理，對甘蔗在不同時期內土壤養分及酶活變化分析，提出合理的施肥方式，保證甘蔗正常所需養分[2]，提高甘蔗的產量和品質，進而提高蔗田生產能力和甘蔗經濟價值，對促進甘蔗生產種植可持續發展有重要意義[3]。【前人研究進展】有機肥和無機肥的混施有利于提高作物產量，改善土壤肥力，在玉米[4-5]，小麥[6]，水稻[7-8]等作物上均已得到驗證。廖青等[9]研究發現有機肥和無機肥混施可以改善土壤養分含量，進而提高甘蔗產量和品質。張業海等[10]和樊保寧等[11]研究發現有機肥和無機肥混施可以提高甘蔗產量增加經濟效益。近幾年，我國關于緩釋控釋肥等新型肥料在甘蔗上的應用有較多報道，汪帆等[12]研究緩釋袋控復混肥滿足甘蔗養分的生長需要，可以減少施肥次數，降低生產成本。李翠英等[13]研究表明緩釋肥可以增加甘蔗分蘗，提高有效莖數量，同時增加蔗莖的寬度，提高甘蔗的產量。【本研究切入點】福農41號甘蔗根系生長與甘蔗關鍵生育期土壤養分含量及土壤酶活性之間影響的相關報道較少[14]，且有機肥和復合肥混施處理與緩釋施肥處理均有助于改善土壤養分含量和提高甘蔗產量和品質，本試驗可同時比較這兩種施肥方案。【擬解決的關鍵問題】以不施肥，單施復合肥，單施有機肥處理作對照，比較有機肥和復合肥混施及緩釋袋控施肥在甘蔗不同的生長時期土壤養分含量和酶活性的變化，進而優化施肥方案。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗田位于福建省閩侯縣白沙鎮新坡村，東經119°06′ 02″,北緯26°23′ 31″，該地區屬于亞熱帶與熱帶交界區域。年降水量1350 mm，全年平均溫度20°，年日照時間為1815 h，土壤類型為黃泥田。施肥前土壤基本化學性質pH 6.10, 有機質19.13 g/kg, 全氮0.80 g/kg, 全磷0.60 g/kg, 全鉀24.37 g/kg, 堿解氮71.43 mg/kg, 速效磷23.11 mg/kg, 速效鉀120.00 mg/kg。

1.2 試驗設計

本試驗布置于2017年，種植的甘蔗品種是福農41號。共設計5個施肥處理，分別為對照處理(CK)：不施肥；可降解緩釋袋控施肥處理(NPKD)：復合肥900 kg/hm2裝降解袋，每小區30袋,每袋0.045 kg，袋一側均勻扎4個孔, 將孔口朝上, 放置土深至20 cm處, 埋土；有機肥和復合肥混施(ONPK)：有機肥3600 kg/hm2+復合肥900 kg/hm2混合施用；單施復合肥(NPK)：復合肥900 kg/hm2；單施有機肥(O)：有機肥3600 kg/hm2，肥料分別為復合肥(氮16∶磷16∶鉀∶16), 有機肥主要成分為雞糞, 有機質的含量≥45 %，其中ONPK，NPK，O處理為一次常規施肥。每個處理3個重復, 共15個小區，采用隨機區組分布排列, 小區面積為3 m×5 m，各小區之間設有一畦保護行，每個小區種植3行甘蔗，甘蔗均勻種植，每行3 m×1 m=3 m2，行距間隔1 m。

1.3 樣品采集與分析

試驗樣品為第二年宿根土壤，采集時間2018年5、7、9和11月, 通過五點取樣方式取其20 cm處的表層土壤，一部分保存于4 ℃冰箱，用于土壤酶活性測定, 一部分于室內風干過篩采用農化常規分析方法[15]進行土壤養分含量測定, 土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色測定法, 土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色測定法, 土壤酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色測定法。甘蔗根系測定采用根系分析儀進行分析。

1.4 數據分析

數據分析采用Excel 2019和SPSS 22.0 繪圖軟件SigmaPot 12.5 和Adobe Illustrator CS6。

2 結果與分析

2.1 在不同時期下各個施肥處理的土壤養分含量

如表1可知，在甘蔗苗期各個施肥處理土壤有機質含量 ONPK> NPK> NPKD> O>CK，其中ONPK, NPKD和NPK處理之間沒有顯著差異，與CK相比分別增加24.67 %、20.62 %和22.16 %；不同施肥處理堿解氮的含量ONPK> NPK> NPKD> O>CK，ONPK的堿解氮含量顯著高于其他處理，與NPK、NPKD、O和CK相比，分別增加5.02 %、10.62 %、17.31 %和18.10 %；有效磷含量ONPK> NPK> NPKD> O>CK，其中ONPK與NPK處理之間無顯著差異，與NPKD、O和CK相比分別增加17.09 %、25.26 %和27.51 %；速效鉀的含量ONPK> NPK> NPKD> O>CK，其中ONPK處理的速效鉀含量顯著高于其他處理，與NPK、NPKD、O和CK相比分別增加12.39 %、15.39 %、17.85 %和34.10 %，其中NPK和NPKD之間無顯著差異，O和CK之間無顯著差異。

在甘蔗分蘗期，各個施肥處理的土壤有機質含量 ONPK> NPK> NPKD> O>CK，其中ONPK、NPK和NPKD處理之間沒有顯著差異，與CK相比分別顯著增加22.51 %、20.18 %和16.83 %；堿解氮的含量ONPK> NPK> NPKD> O>CK，ONPK的堿解氮含量顯著高于其他處理，與NPK、NPKD、O和CK相比分別增加6.53 %、13.04 %、15.66 %和15.93 %；有效磷含量ONPK> NPK> NPKD> O>CK，ONPK有效磷含量顯著高于其他處理，與NPK、NPKD、O和CK相比分別增加3.26 %、14.35 %、22.95 %和24.13 %，其中NPK和NPKD有顯著差異；速效鉀的含量ONPK> NPK> NPKD> O>CK，其中ONPK處理的速效鉀含量顯著高于其他處理，與NPK、NPKD、O和CK相比增加11.80 %、14.12 %、19.51 %和32.93 %。

在甘蔗伸長期，有機質含量 ONPK> NPK> NPKD> O>CK，其中ONPK、NPK和NPKD處理之間沒有顯著差異，與CK相比分別增加29.84 %，28.21 %和23.13 %；堿解氮的含量ONPK> NPK> NPKD> O>CK，ONPK的堿解氮含量顯著高于其他處理，與NPK、NPKD、O和CK相比增加3.71 %、9.99 %、14.83 %和16.18 %，且NPKD，O和CK之間無顯著差異；有效磷含量ONPK> NPK> NPKD> O>CK，ONPK與NPK、NPKD、O和CK處理相比分別提高3.68 %、16.34 %、22.95 %和24.13 %，其中ONPK與NPK之間無顯著差異；土壤速效鉀含量 ONPK> NPK> NPKD> O>CK，其中ONPK、NPK、NPKD和O處理與CK相比分別顯著增加37.00 %、22.90 %、19.27 %和11.83 %，且NPKD與NPK之間無差異。

在甘蔗成熟期，土壤有機質含量 ONPK> NPK> NPKD> O>CK，其中ONPK、NPK和NPKD處理之間沒有顯著差異，ONPK、NPK、NPKD和O與CK相比分別增加28.33 %、20.43 %、23.69 %和6.14 %；堿解氮的含量ONPK> NPK> NPKD> O>CK，ONPK處理堿解氮含量顯著高于其他處理，與NPK、NPKD、O和CK相比增加7.00 %、10.00 %、16.86 %和17.45 %；不同施肥處理中有效磷含量ONPK> NPK> NPKD> O>CK，ONPK的有效磷含量顯著高于其他處理，與NPK、NPKD、O和CK相比增加5.81 %、14.15 %、22.92 %和25.71 %，且NPK和NPKD之間有顯著差異；速效鉀含量ONPK> NPK> NPKD> O>CK，且各處理間差異顯著，與CK相比分別增加35.35 %，22.81 %，18.96 %和11.53 %。

在不同時期下，同一施肥處理土壤養分含量如表1，隨著生長周期的不同，同一處理的土壤pH沒有顯著差異；不同處理間有機質含量均在成熟期最高，其中NPKD處理在成熟期顯著高于其它3個時期，分蘗期有機質含量最低，與之相比提高5.36 %；同一施肥處理土壤堿解氮含量在伸長期均低于其他時期，其中ONPK處理在苗期的堿解氮含量比伸長期增加3.14 %；同一施肥處理的土壤有效磷含量在分蘗期最高，時期之間各個處理均沒有顯著差異；同一施肥處理的土壤速效鉀含量在分蘗期最高，總體差異變化不大，其中ONPK處理的速效鉀含量在分蘗期比成熟期增加3.89 %。

綜上所述，同一施肥處理土壤養分含量在不同時期變化差異不大，其中土壤有效磷和速效鉀含量在分蘗期整體高于其他時期；有機肥與復合肥混施處理的土壤養分含量在整個生育期顯著高于其他處理，袋控緩釋施肥處理的土壤養分含量在各個生育期都介于單施復合肥和單施有機肥之間，土壤pH在不同時期各處理之間均無顯著差異。

2.2 不同時期下各個施肥處理的土壤酶活性質

如表2可知，在甘蔗苗期，各個施肥處理中土壤脲酶的含量ONPK> NPKD> NPK> O>CK, ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK處理均有差異，分別增加18.91 %、22.22 %、37.5 %和41.92 %；土壤蔗糖酶含量ONPK> NPKD> NPK> O>CK, ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK相比分別增加11.78 %、19.65 %、19.65 %和22.89 %，ONPK與NPKD處理之間無顯著差異；酸性磷酸酶含量ONPK> NPKD> NPK>O>CK, ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK相比分別增加2.56 %、25 %、33.33 %和37.93 %，其中ONPK與NPKD處理之間無顯著差異。

在甘蔗分蘗期，各個施肥處理中土壤脲酶的含量ONPK> NPKD> NPK> O>CK, ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK均有差異，分別增加18.91 %、25.71 %、33.33 %和41.94 %；土壤蔗糖酶含量ONPK> NPKD> NPK> O>CK, ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK相比分別增加10.81 %、18.16 %、18.50 %和19.88 %，ONPK與NPKD處理之間無顯著差異；酸性磷酸酶含量ONPK> NPKD> NPK>O>CK, ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK相比分別增加5.00 %、27.27 %、35.48 %和40.00 %，其中ONPK與NPKD處理之間無顯著差異。

表1 在不同時期下各個施肥處理的土壤養分含量

在甘蔗伸長期，各個施肥處理中土壤脲酶的含量ONPK> NPKD> NPK> O>CK, ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK均有差異，分別增加18.42 %、21.62 %、32.35 %和40.63 %；土壤蔗糖酶含量ONPK> NPKD> NPK>O>CK, ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK均有差異，分別增加14.25 %、19.83 %、20.17 %和21.57 %；酸性磷酸酶含量ONPK> NPKD> NPK>O>CK, ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK相比分別增加10.00 %、33.33 %、41.94 %和41.94 %, 其中ONPK與NPKD處理之間無顯著差異。

在甘蔗成熟期，各個施肥處理中土壤脲酶的含量 ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK均有差異，分別增加15.38 %、21.62 %、28.57 %和45.16 %；土壤蔗糖酶含量ONPK> NPKD> NPK>O>CK, ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK均有差異，分別增加15.76 %、21.71 %、21.71 %和23.84 %；酸性磷酸酶含量ONPK> NPKD> NPK>O>CK, ONPK處理與NPKD、NPK、O和CK相比分別增加10 %、29.41 %、37.50 %和41.94 %, 其中ONPK與NPKD處理之間無顯著差異。

如表2所示，同一施肥處理脲酶和蔗糖酶變化差異不顯著，隨著甘蔗生長，酶活性逐漸增大，在成熟期到達到最大；NPKD處理在甘蔗苗期和分蘗期顯著低于其它2個時期。

綜上所述，同一處理土壤酶活含量均在甘蔗成熟期最高，各個時期土壤酶活性變化差異不大，有機肥與復合肥混施處理較其他施肥處理酶活性顯著增加，袋控緩釋處理在各個時期土壤酶活含量僅低于有機肥和復合肥混施處理，且與其他處理差異較大。

表2 在不同時期下各個施肥處理的土壤酶活性

表3 甘蔗產量與品質

2.3 不同施肥處理下甘蔗的產量與品質的變化

表3結果表明, 不同施肥處理NPKD、ONPK、NPK、O與CK處理相比，蔗莖產量增加13.79 %, 76.73 %、27.95 %和10.64 %, 增長幅度ONPK > NPK >NPKD > O > CK。各個施肥處理NPKD、ONPK、NPK和O與CK處理相比增加21.91 %、80.42 %、34.67 %和17.09 %, 增長幅度ONPK > NPK >NPKD > O > CK，各個施肥處理的蔗莖產量與產糖量差異變化趨勢一致，其中ONPK較其他處理在產量和品質上差異顯著。

3 討 論

3.1 不同施肥處理下甘蔗土壤的養分含量

土壤養分含量是衡量土壤肥力的重要指標[16]。甘蔗分蘗期土壤養分含量比其他關鍵生育期土壤養分含量高，可能土壤養分在分蘗期未被甘蔗充分吸收利用。有機肥和復合肥混施處理在整個生育期土壤養分含量高于其他處理，因為單施復合肥在甘蔗生長前期可一次性為土壤提供大量養分，但在甘蔗生長后期大量營養消耗和流失, 土壤中的養分含量供應不足[17]。單施有機肥處理，不能為土壤提供大量營養且肥力緩慢釋放，但可以改善土壤團粒結構, 促進土壤腐殖質的形成, 提高土壤的物理性狀[18]。復合肥與有機肥兩種肥料配合使用達到一加一大于二的效果，有利于提高土壤有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀等養分含量，進而提高甘蔗土壤肥力，這與前人研究成果保持一致[19]。緩釋袋控施肥的土壤養分含量介于單施復合肥和單施有機肥之間，由于緩釋袋中的養分沒有完全釋放到土壤中，且已經釋放的養分及時被甘蔗吸收利用，所以土壤中養分含量不高。本試驗土壤pH均無顯著差異，可能是由于連續兩年施肥時間短，不能對土壤pH產生明顯影響，前人研究表明長期大量施肥可改變土壤酸堿度[20]。

3.2 不同施肥處理下甘蔗土壤的酶活性質

土壤酶是土壤微生物和植物根系分泌產物, 是土壤重要組成部分[21], 土壤脲酶將尿素水解成氨[22]，其活性高低取決于土壤微生物及土壤有機質含量, 與土壤肥力密切相關。土壤蔗糖酶作為土壤表征生物水解酶, 是根系微生物分解產物。土壤酸性磷酸酶加速土壤有機磷的分解, 釋放出可被植物直接吸收的營養[23]。有機肥與復合肥配施在整個生育期較其他施肥處理都有較強的酶活性[24]，其中有機肥提高土壤酶活性，促進土壤酶與土壤微生物之間相互作用，特別是蔗糖酶和磷酸酶[25]，復合肥改善土壤理化性質，促進微生物的生長。緩釋袋控在作物產量及土壤養分含量方面不及單一施用復合肥的效果，但是在提高土壤酶活性方面優于單一施肥，可能單一施肥易造成土地板結，抑制土壤微生物的生長，緩釋袋控施肥緩慢釋放養分含量，有效緩解了無機肥對土壤酶活性抑制，進而促進土壤酶活性。隨著甘蔗生長后期土壤肥料流失，土壤中被抑制的酶活性被激活，在甘蔗成熟期土壤酶活性最強。

3.3 不同施肥處理下對甘蔗的生理指標影響

有機肥和復合肥的混施較其他施肥處理在提高甘蔗產量和品質方面有顯著差異, 這與前人研究有機肥和無機肥的配施有利于提高作物的產量和品質結果一致[26-27]。復合肥肥效快，易被植物吸收利用，有機肥肥效緩慢，不能及時滿足作物生長所需的養分[28],復合肥和有機肥混施相互促進互補，無機營養和有機營養大量釋放，被甘蔗直接吸收利用，有利于增強甘蔗出苗，分蘗，促進株高生長，促進甘蔗新陳代謝和生長發育進而提高甘蔗蔗莖產量和產糖量[29]。緩釋袋控施肥處理在甘蔗產量和品質方面均低于單一施用復合肥, 與其他研究緩釋控施肥較單一施用化肥有助于提高作物產量結果不一致[33-34]其主要原因甘蔗發育成長迅速, 而緩釋袋控肥料釋放緩慢, 不能及時滿足甘蔗的快速生長養分需要, 且緩釋袋控釋放機理，肥料釋放周期，受溫度，濕度等環境不可控因素的問題需要研究解決[35-36]。

4 結 論

有機肥與無機肥的配施在提高甘蔗產量和品質上均有顯著影響, 同時在甘蔗生長各個生育期較其他施肥處理可以提高土壤養分含量和土壤酶活性。緩釋袋控施肥處理與單一施肥相比可促進土壤酶活性。