膜下滴灌減量施肥對甘蔗農藝性狀、產量和養分利用率的影響

彭李順 曹崢英 蔡文偉 甘儀梅 楊本鵬

關鍵詞：甘蔗；膜下滴灌施肥；化肥減施；產量；養分利用率

甘蔗是我國最為重要的食糖原料作物，也是我國熱帶、亞熱帶地區第一大經濟作物。盡管我國蔗區水熱資源普遍較為豐富，具備較好的生產潛力，但由于各季降雨不均，春、秋季節性干旱頻繁發生，每年均會出現不同程度的旱害，限制甘蔗產量的提升[1-2]。此外，甘蔗作為高光效C4植物，具有生長周期長、生物量大的特點，對養分需求量較大，蔗農為了獲得高產，通常會過量施用化肥。據統計，我國甘蔗生產上化肥平均施用量是世界平均施肥量的3倍，是發達國家的5～10倍，化肥平均利用率普遍偏低，其中氮肥利用率僅為14.5%～24.7%，磷肥利用率為6.7%～13.4%，鉀肥利用率為15.6%～26.9%，與澳大利亞、美國等甘蔗生產發達國家有著較大差距[3-5]。春、秋季節性干旱頻發加上長期過量不合理的化肥施用量，不僅導致甘蔗生產化肥利用率低，肥料浪費現象嚴重，還極大制約甘蔗產量的提升，導致甘蔗種植效益不高，甚至出現虧損現象，甘蔗產業的可持續健康發展已受到挑戰[6-8]。

滴灌施肥技術是一項可實現水肥同步管理和高效利用的現代化農業技術。該技術根據作物對水分、養分需求通過滴灌系統將肥料定時定量均勻地輸送到作物根部，不僅具有節水、節肥、省工的特點，還可以明顯促進作物產量和品質提升、節省灌溉和施肥時間、改善土壤環境[9-10]。近年來，在甘蔗生產上滴灌施肥技術也逐漸開始被廣泛研究和應用。多項相關研究表明，通過滴灌施肥可以明顯增加甘蔗在不同生長階段的主要養分吸收[11-13]、促進甘蔗產量與蔗糖分提升[14-17]，同時對土壤生態和理化性狀也有一定改善作用[18]，可以有效解決甘蔗生產上長期存在的化肥施用量大、利用率低、浪費嚴重、單產和經濟效益低等問題。

此外，在滴灌施肥的基礎上，通過覆蓋地膜進行膜下滴灌施肥，可集成覆膜和滴灌施肥技術的優點，在積溫保墑、節水節肥的同時，進一步減少施用肥料的揮發和淋失，提升肥料利用率，減少化肥施用量，目前該項技術已在蔬菜、玉米、小麥、棉花等作物中廣泛應用[19]。然而，膜下滴灌施肥技術在甘蔗生產上的應用仍處于起步階段，目前鮮有關于該技術應用對甘蔗生長、產量、蔗糖分、化肥利用率、經濟效益等指標影響的研究報道。因此，本研究以不施肥、常規施肥以及滴灌清水+常規施肥3個處理為對照，同時設置4個不同施肥量的膜下滴灌施肥處理，分析膜下滴灌減量施肥對甘蔗主要農藝性狀、產量、蔗糖分、產糖量、經濟效益及養分利用率等指標的影響，研究膜下滴灌條件下適宜甘蔗生產的最佳施肥模式，以期為甘蔗膜下滴灌施肥技術高效應用和化肥減肥增效提供科學依據。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1供試品種供試甘蔗品種為中糖3號，田間試驗種植采用該品種脫毒種莖（由中國熱帶農業科學院熱帶生物技術研究所繁育）。

1.1.2試驗地點試驗于2019年和2020年在位于海南省臨高縣皇桐鎮文賢村的中國熱帶農業科學院熱帶生物技術研究所海南甘蔗試驗基地進行。試驗地土壤為粘質磚紅壤，pH4.6，有機質10.5g/kg，堿解氮101.3mg/kg，有效磷18.5mg/kg，速效鉀126.8mg/kg。

1.2方法

1.2.1試驗設計田間試驗分2年開展，第一年試驗于2019年2月25日種植，2020年1月7日收獲；第二年試驗于2020年2月18日種植，2021年1月12日收獲。2年試驗甘蔗均采用大小行種植模式，大行距為1.4m，小行距為0.4m，每公頃種植67500芽（33750雙芽段）。試驗設置7個處理：（1）處理CK0，不施肥；（2）處理CK1，常規施肥；（3）處理CK2，膜下滴灌+常規施肥；（4）處理T100，膜下滴灌施肥；（5）處理T80，膜下滴灌施肥減量20%；（6）處理T70，膜下滴灌施肥減量30%；（7）處理T60，膜下滴灌施肥減量40%。各處理施肥量見表1。每個處理設置3個重復小區，每個小區寬9m（包含1.4m大行和0.4m小行，各5行，共10行甘蔗），行長50m，小區面積為450m2，后續試驗數據從各小區中間6行采集。甘蔗種植均使用配套大小行種植機完成，需要膜下滴灌處理使用配套的聯合種植機一次性完成開溝、下種、覆土、鋪設滴灌帶和覆蓋地膜等工序。

常規施肥分2次施用，基肥在種植時施用肥料總量的40%，追肥在拔節初期結合中耕培土施用剩余60%肥料。滴灌處理采用膜下滴灌方式施肥，使用滴孔間距為20cm的貼片式滴灌帶，鋪設在相距0.4m的小行中間，同時使用厚度為0.01mm、寬度為80cm的透明地膜完全覆蓋相距0.4m的2個小行甘蔗，每條滴灌帶負責2行甘蔗水肥膜下滴灌供給。滴灌施肥時將肥料放入罐裝容器中溶解，再隨水滴灌施用。滴灌施肥各處理水肥分5次施用，分別在苗期出苗完成80%時施用肥料總量的10%，分蘗期完成50%時再施用15%，然后在拔節期分3次施用，每次施用25%。

不施肥CK0和常規施肥CK1處理種植時根據土壤墑情進行適當灌水確保出苗，其余時間不再進行灌溉。其他安裝滴灌設施的處理在種植完成后滴灌一次確保出苗用水，然后根據土壤墑情在干旱時進行補充灌溉，包含5次滴灌施肥，一個甘蔗生長期總計進行10次灌溉，共灌水約900m3/hm2。其余同常規農田管理。

1.2.2項目測定在甘蔗的苗期、分蘗期分別調查各處理小區甘蔗的出苗率及分蘗率。甘蔗收獲時，在各處理小區連續測定10株甘蔗株高、莖徑及田間錘度，并通過田間錘度計算蔗糖分。蔗糖分計算公式：蔗糖分=（錘度1.0825?7.703）100%。調查和砍收每個小區中間6行，統計和測定30m區域內的甘蔗株數和重量，并計算公頃有效莖數和產量。

在每個小區隨機取5株生長正常的甘蔗，用自來水洗凈，并用蒸餾水沖洗后，分成青葉+蔗尾、枯葉、蔗莖3個部位，于105℃殺青30min，然后70℃烘干稱重，粉碎過篩，用于后續氮、磷、鉀元素含量的測定。全氮含量用凱氏定氮法，全磷用鉬銻抗比色法，全鉀用火焰光度計法測定。

肥料利用效率參照下列公式計算：肥料利用率=（施肥處理甘蔗吸收養分量?不施肥處理甘蔗吸收養分量）/施肥量100%。其中：養分吸收量=蔗莖干物質重蔗莖養分含量+（青葉+蔗尾）干物質重（青葉+蔗尾）養分含量+枯葉干重枯葉養分含量。

1.3數據處理

采用Excel2007等軟件對數據進行處理，采用DPS7.05軟件進行單因素方差分析。

2結果與分析

2.1不同處理對甘蔗主要農藝性狀的影響

由表2可知，各處理出苗率均無顯著差異，這主要由于為保證各處理出苗相對一致，各處理在種植過程中或完成后均及時進行水分灌溉促進出苗。在分蘗率方面，2年試驗除CK0分蘗率較低（不到70%）外，其他施肥處理的分蘗率均在110%以上。T100和T80相較于CK1，2年分蘗率平均值分別提高了22.86和15.18個百分點，但T80與CK1間差異不顯著。隨著滴灌施肥量減少，T70和T60的2年平均分蘗率逐步減少至與CK1相當。滴灌施肥各處理分蘗率相較于CK2，均無顯著差異，其中減肥量最大的T60分蘗率均值較CK2減少了9.19個百分點。這表明在甘蔗分蘗期需要同時保證水分灌溉和施肥量才能獲得較高的分蘗率。

在株高方面，CK0處理顯著低于其他施肥處理10cm以上。在各施肥處理間，2年滴灌施肥T100及2020年滴灌減量施肥T80均較常規施肥CK1顯著提高，其余滴灌施肥減量處理與CK1和CK2的株高均較為接近。在蔗株莖徑方面，CK0顯著低于其他處理外，其余各施肥處理對莖徑影響較小，均無顯著變化。

在有效莖數方面，與其他農藝性狀不同，CK2的有效莖數較CK1顯著增加，而T100和T80的有效莖數較CK2表現出顯著增長，而隨著施肥量減少，T70和T60的有效莖數呈現逐步減少的趨勢，其中T60有效莖數與CK1間無顯著差異。

在成莖率方面，增加滴灌的CK2與CK1之間無顯著差異，而應用滴灌施肥及減量施肥處理中，除2020年減量施肥T60與CK1和CK2無顯著差異外，其余滴灌處理成莖率均顯著高于CK1和CK2處理。

2.2不同施肥處理對甘蔗產量、蔗糖分及產糖量的影響

由表3可知，除2019年蔗糖分外，其余各處理中CK0的產量、蔗糖分和產糖量均顯著低于其他施肥處理。在各施肥處理中，產量與有效莖數變化趨勢較為相似，CK2產量比CK1顯著提升13.64%，而滴灌施肥T100和T80的產量顯著增長，2年試驗平均產量相較于CK1分別提升了32.20%和27.00%，相對于CK2也分別提升了16.34%和11.76%，但T100與T80的產量間無顯著差異。隨著滴灌施肥量減少30%～40%（T70和T60）時，甘蔗產量有所下降，2019年，T70和T60產量與CK2間無顯著差異，但仍顯著高于CK1。2020年，T70產量仍顯著高于CK2和CK1，僅有T60產量與CK1接近，無顯著差異。

在蔗糖分方面，可能由于2020年甘蔗生產后期降雨較少，蔗糖分整體上高于2019年對應各處理0.9～1.6個百分點。各施肥處理間，蔗糖分僅2019年CK2、T100和T80相對于CK1顯著提升，而2020年各施肥處理間并無顯著差異。各施肥處理間產糖量和產量變化趨勢較為相近，CK2產糖量較CK1顯著提升了16.30%，而T100和T80的產糖量均顯著高于CK1和CK2，分別較CK1提高35.08%和31.39%，分別較CK2提高16.14%和12.97%，同樣T100和T80的產糖量間無顯著差異。隨著滴灌施肥量減少至T70和T60時，其產糖量與同樣具備水分滴灌條件的CK2無顯著差異，但除了2020年T60外，其余處理產糖量仍顯著高于CK1。

2.3不同施肥處理對甘蔗經濟效益的影響

由表4可以看出，CK2的甘蔗收益顯著高于CK1，但去除肥料及滴灌投入成本后，其純收益2個處理間無顯著差異，CK2的2年收益平均值甚至比CK1少了3446元/hm2。T100和T80去除成本后的純收益仍然顯著高于CK1處理，2年平均收益相對于CK1分別提高4534.4、3953.8元/hm2，而T80與T100純收益間無顯著差異。滴灌減量施肥30%和40%時純收益開始減少，T70和T60與CK1之間純收益無顯著差異，其中T60兩年平均純收益較CK1減少2350元/hm2。

2.4不同施肥處理對甘蔗養分利用率的影響

由表5可知，CK2的氮、磷、鉀肥利用率較CK1均顯著上升，2年平均分別提高了8.22、6.36和11.87個百分點。滴灌施肥T100、T80和T70的氮、磷、鉀肥利用率均較CK2顯著提高，其中均以T80的養分利用率最高，2年氮、磷、鉀肥平均利用率較CK1分別提高了28.42、17.95和30.71個百分點，較CK2也分別提高了20.2、11.59和11.87個百分點。隨著滴灌施肥減量至40%，T60的氮、磷、鉀肥利用率均有所下降，但氮肥利用率仍然較CK2提高10.24個百分點，而磷、鉀肥利用率則與CK2無顯著差異。

3討論

滴灌施肥是一項將灌溉和施肥融為一體的高效施肥技術，在甘蔗生產上多個試驗已經證實滴灌施肥技術對于分蘗率、株高、有效莖數等產量相關因素及產量提升均有較好促進作用[11，15-17]。本研究中膜下滴灌施肥T100相對于CK1的分蘗率、株高、成莖率和有效莖數等農藝性狀均得到增加，產量增幅能夠達到32.20%。當滴灌施肥量減少20%時，T80各項農藝性狀相對T100無顯著變化，仍保持27.00%的增產效果。當滴灌施肥量減少30%和40%時，各農藝性狀和甘蔗產量相較T100處理開始出現明顯減少，但相對于CK1各項指標并未出現顯著減少。通過將滴灌施肥各處理與另一個增加了水分滴灌的常規施肥CK2進行比較時，可以發現T100和T80較CK2增產效果大幅下降，分別降至16.3%和11.8%。上述結果表明，滴灌施肥相對常規施肥對甘蔗生長有促進和增產作用，有相當一部分是由增加的水分滴灌貢獻，另一部分通過少量多次的滴灌施肥模式貢獻。趙海雄[20]和楊雪等[21]的研究也證實僅通過增加膜下滴灌可以顯著促進甘蔗有效莖數增加，蔗莖產量提升達到10%以上。而滴灌施肥模式的加入，可以根據甘蔗生長養分需求，將70%以上的養分安排在對養分需求量更多的莖伸長期分多次施用，同時通過水肥融合作用，以促進這個階段養分吸收量增加，去提升甘蔗成莖率和有效莖數，進而增加甘蔗產量。譚宏偉等[11]和彭明戈[13]研究證實滴灌施肥少量多次的施肥方式可顯著增加在甘蔗莖伸長期氮、磷、鉀元素吸收量。本研究也證實，滴灌施肥T100和T80相對于CK2前期分蘗率并無顯著差異，其增產作用主要通過成莖率和有效莖數增加來實現。

與滴灌施肥顯著促進甘蔗產量提升不同，其對甘蔗蔗糖分影響相對較小，僅在2019年試驗中，滴灌施肥T100和T80蔗糖分顯著高于CK1。在2020年試驗中，各滴灌施肥處理與CK1和CK2均無顯著差異。由于甘蔗蔗糖分累積是一個由多因素控制的復雜性狀，特別在甘蔗生長中后期會受到水分供給、不同營養元素配比以及水肥耦合效應等多因素的正向或負向調控[22-23]，因此后期可開展針對性的研究，在甘蔗糖分累積關鍵時期通過對不同配比營養元素的科學合理供給和水肥耦合調控來提升蔗糖分累積。

經濟效益是滴灌施肥技術能否可持續發展的重要指標。本研究中，甘蔗收益在扣除肥料和滴灌成本后，僅滴灌施肥T100和T80純收益顯著高于CK1。CK2和T60處理相對CK1均出現增產不增收的現象，2年平均收益分別減少3446、2350元/hm2。成本較高的滴灌設施投入一直是阻礙滴灌施肥技術在甘蔗生產應用的主要限制因子，但供水管道和水泵等滴灌設施均可通過擴大種植規模和多年重復利用來攤低前期投入成本，逐步提高植蔗整體收益。因此，通過利用滴灌施肥技術設置適宜施肥量，加上規?；统掷m性經營，可極大降低甘蔗滴灌施肥技術的應用成本。

滴灌施肥除了能夠促進作物生長、提升產量和效益外，還能夠大幅提升肥料的利用率[9]。在本研究中，所有滴灌施肥處理及CK2的肥料利用率均較CK1顯著提高，特別是T80的養分利用率提升最高，2年平均氮肥利用率從19.94%增長至48.36%、磷肥從9.75%增長至27.70%，鉀肥從38.24%增長至68.95%。這表明常規施肥的大量養分未被甘蔗吸收利用而進入了環境，給環境帶來了巨大潛在風險。膜下滴灌減量施肥技術的應用，不僅可以大幅提升肥料利用率，降低肥料成本，還可以有效減緩農業面源的污染問題。

本研究通過2年田間試驗表明，在中等肥力磚紅壤蔗區，應用膜下滴灌施肥系統，采用較常規施肥減量20%處理T80的施肥模式，化肥利用率最高，同時增產效果顯著，在甘蔗生產中具有較好的應用前景。同時，在本研究中也還存在著滴灌施肥對蔗糖分的提升并不明顯，以及試驗僅針對蔗區磚紅壤開展，不同生態蔗區土壤質地差異也會對滴灌施肥效果產生影響。因此，在今后的研究中，一方面可進一步針對甘蔗不同發育時期對氮、磷、鉀及各種中微量元素的差異化需求，研發適宜各生長階段的水溶性肥料套餐，配合滴灌施肥技術，促進甘蔗產量、蔗糖分、肥料利用率繼續提升；另一方面，還需要針對不同蔗區生態環境和土壤質地差異，對甘蔗滴灌施肥頻次、濃度等關鍵參數進行研究和優化，完善甘蔗滴灌施肥技術體系，以促進滴灌施肥技術在我國甘蔗生產上規?；瘧?。