廣西蔗區土壤肥力和葉片養分狀況調查研究

孟 博，周一帆，戰 健，楊林生，鄧 燕

（長江經濟帶農業綠色發展研究中心/西南大學資源環境學院，重慶 400715）

廣西是我國第一大甘蔗產區，甘蔗種植面積和產量占全國甘蔗生產的60%以上。據《廣西統計年鑒2019》［1］數據，2018 年廣西甘蔗種植面積為88.64 萬hm2，產量達7292.76 萬t。廣西蔗區主要分布在西南部和中部，其中種植面積最大的是崇左市，其次為南寧、來賓、柳州等地。吳多廣等［2］對中國蔗區進行了比較優勢分析，結果表明，廣西具有絕對的規模和綜合比較優勢，需要進一步提高單產水平來發展甘蔗產業。合理施肥是保證甘蔗高產的重要措施；土壤養分狀況影響土壤供肥能力和肥料利用率，葉片養分則反映植株對土壤和肥料養分的吸收利用情況，了解土壤和植株葉片養分狀況，結合養分分級標準進行施肥推薦是指導作物合理施肥常用的方法之一［3］。近20 年來，不同學者對廣西蔗區的土壤和植株養分進行了調查報道。1998年吳圣進等［4］對廣西主要甘蔗產區土壤和植株養分進行了調查分析，提出了廣西甘蔗生產的施肥建議；2004 年謝如林等［5］對廣西興賓蔗區的土壤養分狀況進行了調研分析，提出了在甘蔗生產中需重視氮、磷、鉀肥施用的建議；2006 年黃紹富等［6］對廣西南寧和崇左蔗區進行土壤抽樣調查，分析了土壤養分狀況，提出了蔗田土壤改良、平衡氮磷鉀施肥、補充中量元素的建議；2014 年曾艷等［7］對廣西桂南蔗區土壤養分狀況進行了調研，發現廣西桂南蔗區土壤肥力總體水平不高、有機質偏低等養分問題；2015 年雷崇華等［8］對廣西金光農場甘蔗土壤肥力進行調查，提出了南寧高產甘蔗產區的土壤養分指標；2017 年Zeng 等［9］采用肥力綜合指數法對廣西蔗區土壤進行了綜合評價，得出廣西蔗區處于低肥力水平的結論。由前人研究可知，廣西蔗區土壤養分狀況調查研究較多，而將土壤和植株養分結合進行分析的調研較少，兩者結合更能說明養分供應和吸收是否匹配。因此，本研究旨在通過調研取樣了解當前廣西不同甘蔗產區土壤肥力和葉片養分特征并做出評價，為廣西甘蔗產區的科學施肥管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 調研地區

本次調研于2019 年8 月在廣西主要蔗區開展。調研區域包括南寧市金光農場和良圻農場，崇左市寧明、江州、扶綏、大新、龍州5 縣（區），來賓市武宣、興賓、象州、忻城4 縣（區），百色市平果、田東、右江、田林、田陽5 縣（區），柳州柳城實驗站和柳城、柳江2 縣（區），河池市金城江、宜州、羅城3 縣（區），貴港市西江農場，玉林市龍安縣和防城港市昌菱農場。調查取樣點如圖1 所示。

圖1 廣西蔗區調查取樣點分布

1.2 取樣方法

土壤樣品：本次調研一共采集110 份土壤樣品。在每個調研區域每個代表性地塊上采集0 ～30 cm 土層的土壤樣品，避開施肥點按照“S”形路線隨機選擇5 點取樣，樣品混合后，用四分法取1 kg左右的樣品帶回實驗室處理分析。

葉片樣品：本次調研一共采集110 份甘蔗植株的葉片樣品，植株選擇是在與采集土壤樣品的點相對應的地塊。每個地塊采集甘蔗+1 葉（最高可見肥厚帶葉）5 片，混合為一個樣品，帶回實驗室處理分析。

1.3 樣品處理

土壤樣品：土樣放在陰涼通風的樣品室內風干，去掉植物根系、小石塊等，用橡膠錘粉碎后過2 mm 篩、瓷研缽磨碎后過0.149 mm 篩，放樣品室保存待測。

葉片樣品：甘蔗葉片樣品帶回實驗室用去離子水洗凈，放入105℃烘箱中殺青30 min，再在75℃下烘干至恒重；烘干的葉片用不銹鋼粉碎機粉碎，放樣品室保存待測。

1.4 測定方法

土壤樣品：依據鮑士旦主編的《土壤農化分析（第3 版）》［10］對土壤樣品進行理化性質及養分含量的檢測。測試項目及方法如下：土壤pH 值（土水比1∶2.5）采用電位計法測定；有機質含量采用重鉻酸鉀容量法（外加熱法）測定；堿解氮含量采用堿解擴散法測定；有效磷含量采用0.5 mol/L 碳酸氫鈉浸提，紫外分光光度法測定；速效鉀含量采用乙酸銨提取，火焰光度法測定；交換性鈣和交換性鎂含量采用乙酸銨浸提，原子吸收光譜法測定。

葉片樣品：葉片樣品總氮含量采用H2SO4-H2O2消煮法制備待測液，凱氏定氮法測定［11］；葉片樣品總磷、鉀、鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅、硼含量采用HNO3-H2O2消煮法制備待測液，ICP-OES 法測定［12］。

1.5 數據統計及土壤葉片養分狀況評價標準

數據采用Excel 2016、SPSS 21.0 進行整理分析。土壤pH 值分級及土壤養分分級參照Zeng 等［9］介紹的甘蔗土壤pH 值分級標準及廣西土壤養分分級標準，詳見表1、表2。甘蔗葉片養分分級參照美國的標準［11］，詳見表3。

表1 土壤pH 值分級標準

表2 廣西土壤養分分級標準

表3 甘蔗葉片養分分級標準

2 結果與分析

2.1 蔗區土壤肥力狀況

2.1.1 土壤pH 值

從表4 可知，廣西蔗區調研土壤pH 值的變幅為3.02 ～8.37，平均值為5.21。其中偏酸性的土壤占比高達78.18%，而且40.91%屬于pH 值＜4.5 的強酸性土壤；中性和堿性土樣占比僅約五分之一。

2.1.2 土壤有機質及養分元素含量

由表5 可知，調研地塊土壤有機質含量變幅為8.03 ～60.40 g/kg，平均水平為24.43 g/kg。有機質含量為20 ～30 g/kg 的中等水平土樣比例最大，達46.36%，豐富等級土樣占18.18%，缺乏的土樣占比約為35%；總體處于中等水平。

表4 廣西蔗區土壤pH 值分析

表5 廣西蔗區土壤有機質和養分狀況分析

調研地塊土壤堿解氮含量范圍為38.22 ～197.37 mg/kg，變異相對較小，平均含量達到中等水平（102.7 mg/kg）（表5）。從分級情況來看，處于缺乏狀態（＜80 mg/kg）的土樣占比26.36%，中等樣品占比48.18%，處于豐富狀態（＞120 mg/kg）的土樣占比25.45%，總體處于中等偏上水平。

土壤有效磷含量變異大，范圍為1.01 ～56.13 mg/kg，平均值為22.79 mg/kg（表5）。從分級情況來看，處于缺乏狀態（＜10 mg/kg）的土樣占比30.91%，中等樣品占比14.55%，處于豐富狀態（＞20 mg/kg）的土樣占比54.55%，總體處于較豐富水平。

土壤速效鉀含量的變幅也較大，為8.00 ～509.00 mg/kg，平均含量達158.45 mg/kg（表5）。從分級情況來看，處于缺乏狀態（＜50 mg/kg）的土樣占比僅為4.63%，中等樣品占比27.78%，處于豐富狀態（＞100 mg/kg）的土樣比例高達67.59%，總體處于較豐富水平。

土壤交換性鈣、鎂含量范圍分別為 7.83 ～1744.67、4.50 ～256.75 mg/kg， 平 均 值 分 別 為637.98、93.33 mg/kg。交換性鈣含量從分級情況來看，近一半的土樣（45.46%）處于缺乏狀態（＜500 mg/kg），中等樣品占比14.55%，處于豐富狀態（＞700 mg/kg）的土樣比例為40%，總體處于中等水平。交換性鎂含量從分級情況來看，處于缺乏狀態（＜70 mg/kg）的土樣占比為41.82%，中等樣品占比40.91%，處于豐富狀態（＞150 mg/kg）的土樣占比17.27%，總體處于中等偏下水平。

2.1.3 土壤pH 值、有機質與養分元素之間的相關性

從表6 可知，調研土壤pH 值與交換性鈣和交換性鎂含量均呈極顯著的正相關關系（r=0.517**、r=0.470**），與土壤堿解氮含量呈顯著的負相關關系（r=-0.215*），對土壤有效磷和速效鉀含量的影響不顯著。土壤有機質含量與土壤堿解氮、速效鉀、交換性鈣和交換性鎂含量均呈極顯著的正相關關 系（r=0.481**、r=0.357**、r=0.267**、r=0.297**），對土壤有效磷含量影響不顯著。

表6 廣西蔗區土壤pH、有機質及養分相關性分析

2.2 蔗區葉片養分狀況

與土壤養分含量相比，葉片養分含量的分析更能直接反映甘蔗植株養分的豐缺情況。如表7 所示，調研甘蔗葉片樣品的大量和中量養分元素氮、磷、鉀、鈣、鎂含量范圍分別為14.80 ～25.50、1.30 ～2.50、9.90 ～19.70、1.30 ～7.50、0.40 ～2.80 g/kg，其中鈣、鎂含量變異較大，氮、磷、鉀含量變異較小，平均含量分別為19.50、1.80、14.60、3.70、1.20 g/kg。微量元素鐵、錳、銅、鋅、硼含量范圍分 別 為15.90 ～175.80、15.20 ～238.10、1.00 ～6.70、4.90 ～38.80、1.10 ～27.70 mg/kg，其中錳、鋅、硼含量的變異系數明顯高于鐵、銅，各元素平均含量分別為84.30、116.40、4.40、16.20、8.60 mg/kg。

根據參考的美國標準，廣西蔗區葉片中的氮、磷、鎂、鋅和硼這5 種養分元素含量大多表現為較缺乏或缺乏狀態，低于適宜含量的樣品占比分別為60.00%、91.82%、82.73%、50.09%和89.09%。而葉片中鉀、鈣、鐵、錳、銅這5 種養分元素含量大多處于適宜或者豐富的狀態，分別占樣品的99.09%、94.55%、91.82%、99.09%和65.45%。

表7 廣西蔗區葉片養分分布狀況分析

2.3 蔗區土壤養分與葉片養分的相關性

由表8 可知，廣西蔗區土壤pH 值與葉片鈣含量呈極顯著正相關（r=0.349**），與葉片錳含量呈極顯著負相關（r=-0.596**）。土壤有機質含量與葉片磷、鉀含量顯著正相關（r=0.243*、r=0.211*），與葉片錳含量顯著負相關（r=-0.234*）。土壤堿解氮含量與葉片磷、鐵含量顯著正相關（r=0.215*、r=0.223*）。土壤有效磷含量與葉片中鉀、銅含量均呈顯著負相關（r=-0.202*、r=-0.191*），但與葉片鋅含量呈極顯著正相關（r=0.287**）。土壤速效鉀含量與葉片鈣含量呈極顯著負相關（r=-0.253**）。土壤交換性鈣含量與葉片錳含量呈極顯著負相關（r=-0.337**）。土壤交換性鎂含量與葉片磷含量呈顯著正相關（r=0.201*），與葉片鎂含量呈極顯著正相關（r=0.300**），與葉片錳含量呈極顯著負相關（r=-0.331**）。

表8 廣西蔗區土壤養分與葉片養分間相關性分析

3 討論

土壤酸堿性是土壤理化性狀的基礎，對土壤養分有效性、土壤微生物活性以及甘蔗的生長發育均有明顯的影響［13］。甘蔗適宜生長的pH 值范圍是5.5 ～8.0［14］。1998 年吳圣進等［4］對廣西主要蔗區調研結果表明土壤pH 值基本在5.0 以上，pH 值為5.0 ～5.5 的占比為40%、6.0 ～7.0 的占比為45%；2006 年黃紹富等［6］在南寧和崇左采集了1733 個地塊樣品分析，發現pH 值＜5.5 的地塊占58.7%，但pH 值＜4.5 的地塊只占9.2%；2014 年曾艷等對桂南蔗區進行了調研，pH 值＜5.5 的地塊占比84.3%，且pH 值＜4.5 的占比達26.5%［7］；本次調研結果發現pH 值＜4.5 的強酸性地塊占比高達40.91%。雖然這些不同時期的調研取樣點不一樣，但覆蓋了廣西主要蔗區，反映出來的土壤酸化加劇的趨勢是明顯的。Guo 等［15］分析了1980 年以來不同因素對中國主要農田土壤酸化的貢獻，發現過量施用氮肥是土壤酸化的主要貢獻因素，其次是鹽基陽離子的吸收。有調查表明，廣西蔗區的蔗農每生產1 t 原料蔗會施用超過4.0 kg 的純氮肥，而實際上每生產1 t 原料蔗一般只需要1.0 ～1.2 kg 純氮［16］。由此可以推測，廣西蔗區土壤酸化加劇很大程度上與近年來大量施用氮肥有關。本研究發現土壤pH 值與土壤堿解氮含量呈顯著的負相關關系即證明了這一點。甘蔗生物量大，收獲帶走的養分也多，包括鉀、鈣、鎂等鹽基陽離子。但生產中蔗農往往只施氮磷鉀肥，忽視鈣、鎂肥料投入，加之廣西地區多降雨的氣候條件也容易導致土壤中鹽基陽離子的流失［9］，這進一步加劇了蔗區土壤的酸化。本研究中發現土壤pH 值與土壤交換性鈣、交換性鎂含量呈極顯著正相關關系，也印證了這點。土壤過酸不僅容易使甘蔗遭受缺磷、缺鈣、缺鎂等脅迫，也會增加甘蔗遭受酸害、鋁毒、錳毒脅迫的風險，誘發病害，影響甘蔗生產［17］。本調研發現，隨著土壤pH 值下降，甘蔗葉片錳含量明顯增加，高于適宜范圍，可能造成錳毒害。因此，廣西蔗區土壤酸化問題亟需重視，除注意氮肥的合理施用，還應重視施用有機肥、石灰、土壤改良劑等進行調節［18-19］。

土壤有機質是衡量土壤肥力的重要指標，除了為植物生長提供全面的營養元素，還可改善土壤物理性狀，增強土壤保水保肥能力［20］。本次調研表明，廣西蔗區土壤有機質含量處于中等水平，與2014 年曾艷等［7］的調研結論基本一致。本研究發現，土壤有機質含量與土壤堿解氮、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂含量均呈極顯著的正相關關系，與葉片磷、鉀含量呈顯著正相關關系，與葉片錳含量呈顯著負相關關系。以上結果表明，土壤有機質含量增加有助于提高土壤速效養分含量，促進甘蔗對磷、鉀的吸收，降低對錳的吸收，以降低甘蔗遭受錳毒害的風險。當前國家大力推廣有機肥部分替代化肥的施肥策略，廣西蔗區可以結合蔗葉還田、糖廠制糖廢棄物資源化再利用等措施，培肥地力，提高土壤有機質含量［21］。

前人的調研結果表明，廣西蔗區土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量處于中等偏下水平［6-7，22-23］。經樣品分析，本次調研發現廣西蔗區土壤堿解氮含量處于中等水平，土壤有效磷和速效鉀含量處于中等偏上水平，與前人研究相比，養分水平有所上升。上升的原因可能是近年來氮磷鉀肥的大量施用。調查表明，當前我國甘蔗氮、磷、鉀肥的施用量分別為400 ～800 kg/hm2（N）、150 ～300 kg/hm2（P2O5）和250 ～500 kg/hm2（K2O），而巴西甘蔗氮肥的施用量為 60 ～100 kg/hm2［24］，印度甘蔗氮、磷、鉀肥的平均施用量分別為225 kg/hm2（N）、33 kg/hm2（P2O5）和100 kg/hm2（K2O）［25］，澳 大利亞甘蔗氮肥的施用量為170 kg/hm2［26］，比較可知，我國在甘蔗上的肥料投入遠高于世界其他甘蔗主產國［27］。氮磷鉀肥過量施用增加了種植的成本，也加大了環境污染的風險，不符合可持續發展的要求。廣西不同蔗區應根據當前土壤氮磷鉀養分含量水平，針對性制定進一步提升或維持養分水平的施肥推薦策略，并且基于“4R”的施肥原則從施肥量、施肥時期、肥料形態和施肥位置這4 個方面探索氮磷鉀肥高效利用的途徑。需要注意的是，雖然土壤氮磷鉀速效養分含量有所上升，但調研發現土壤交換性鈣鎂含量偏低。當前生產中蔗農對施用中微量元素肥料普遍忽視，而偏施氮磷鉀肥又加劇了土壤養分的不平衡。因此，在土壤交換性鈣鎂含量缺乏的蔗區，應考慮鈣鎂肥的施用。

此次調研的廣西蔗區大部分葉片中氮、磷、鎂、鋅、硼含量為較缺乏或缺乏狀態，而大部分葉片的鉀、鈣、鐵、錳、銅含量處于適宜或者豐富狀態。吳圣進等［4］對廣西蔗區甘蔗葉片的分析結果也表明，甘蔗葉片氮、磷含量大多低于適宜水平標準，而鉀、鈣、鎂含量大多處于或高于適宜水平標準。雖然蔗區土壤堿解氮含量大多已達中等水平，生產中施氮量也很高，但仍有大部分調研地塊的甘蔗葉片氮含量低于適宜水平，表明甘蔗植株并沒有高效的吸收利用土壤和肥料提供的氮。究其原因，可能主要是因為不合理的氮肥施用方法導致氮素供應在時間和空間上與甘蔗根系吸收不匹配，肥料供應的氮大量損失而導致養分利用率不高［28］。同樣，盡管土壤有效磷含量大多已較豐富且生產中重視磷肥施用，但甘蔗葉片缺磷的比例卻很高，這可能主要與土壤酸化加劇導致酸性土壤對磷的吸附固定作用加強而降低了磷對甘蔗的生物有效性有關［17］。土壤和植株氮磷養分不匹配的問題說明氮磷肥的合理施用要綜合考慮甘蔗生長需求和土壤中氮磷供應的時空特性，增強甘蔗根系對養分的吸收利用，減少損失或固定，而不只是以單純提升土壤氮磷養分含量為施肥參考。在檢測的營養元素中，只有土壤交換性鎂含量與葉片鎂含量呈極顯著正相關關系，當前蔗區土壤中缺鎂的比例較大，意味著土壤交換性鎂缺乏是導致葉片鎂含量低的主要原因。調研結果也表明，土壤交換性鎂含量增加，有助于提高葉片中磷的含量，降低葉片中錳的含量。因此，可以推測鎂肥施用將有助于改善甘蔗鎂和磷營養，降低酸性土壤上甘蔗遭受錳毒害的風險。本次土壤調研未測定微量元素含量，但植株鋅和硼的含量處于缺乏狀態的占比很高，尤其是硼。黃奕倫等［29］結合第二次全國土壤普查調研分析了廣西耕地土壤鋅含量，發現低鋅面積占總耕地面積的49.2%，主要集中在廣西中部和南部地區。鄭丹等［30］調研了廣西耕地土壤有效硼含量現狀，發現82.54%的耕地處于缺硼狀態。由此可以推測，土壤有效鋅和有效硼缺乏是造成甘蔗葉片鋅和硼含量低于適宜范圍的主要原因，生產中應重視鋅肥和硼肥的施用。

本次調查對廣西主要甘蔗產區的土壤和葉片養分狀況有了一定的了解，分析的結果對指導廣西甘蔗科學平衡施肥具有參考意義。廣西蔗區甘蔗種植面積大，本次調研雖涉及了不同產區，但每個產區內調研取樣地塊數量仍較少，不足以準確代表整個廣西蔗區土壤養分及葉片養分現狀。同時，本次調研葉片取樣未能區分種植品種、新植和宿根年限，不能反映品種和種植年限差異。今后的工作中需要繼續推進針對不同蔗區土壤養分與葉片養分的調查，考慮調研取樣的時期、樣點的布局、土壤類型、種植品種、新植與宿根年限、對應產量等因素，建立完善的蔗區土壤和葉片養分數據庫，來更好地指導廣西蔗區的科學施肥。

4 結論

從調研結果來看，廣西蔗區土壤以酸性為主，土壤酸化加劇；有機質、堿解氮含量中等；有效磷、速效鉀、交換性鈣含量多處于中等或者豐富狀態；交換性鎂含量多處于中等偏下水平。廣西蔗區葉片中的氮、磷、鎂、鋅和硼元素含量多處于缺乏狀態，而葉片中鉀、鈣、鐵、錳和銅元素含量多處于適宜或豐富狀態。土壤養分含量受土壤有機質含量和土壤pH 值影響較大，而土壤養分含量與對應葉片養分含量的相關性較弱。建議廣西蔗區重視土壤酸化的治理，合理施用氮、磷、鉀肥料，增施有機肥，補充施用鎂、鋅、硼等中微量元素肥料。