張祥會 馬曉曉 董斌 林金海 劉文 李榮喜 閆志燁

摘要：為研究雷州半島磚紅壤不同氮鉀互作水平下甘蔗農藝性狀、產量和土壤養(yǎng)分的變化，采用田間隨機區(qū)組試驗，以尿素和氯化鉀為試驗材料，各設置4個濃度梯度，開展氮鉀互作試驗。結果表明：N2K1、N2K2、N2K3、N3K1、N3K2、N3K3試驗處理均顯著提高甘蔗產量、單莖質量，均在N3K2處理達到最大值，增產幅度分別達32.44%、37.25%;N1K3、N2K2、N2K3、N3K2、N3K3試驗處理顯著提高甘蔗糖分含量，在N3K3處理達到最大值，增幅達19.72%;N2K1、N2K2、N2K3、N3K1、N3K2、N3K3試驗處理均顯著提高甘蔗有效莖數(shù)，在N3K3處理下達到最大值，增幅分別達14.09%。不同處理土壤pH值均有所降低，N3K3處理pH值降幅最大，降低了0.31個單位，土壤酸化顯著;不同處理土壤有機質含量均呈增加趨勢，在N3K3處理下達到最大值，增加量為2.82 g/kg;不同處理土壤全氮、有效磷含量均有所降低，速效鉀含量均有所增加。相關分析結果表明，甘蔗有效莖與有機質、全氮、速效鉀含量呈極顯著正相關（P<0.01）;單莖質量與有機質含量呈極顯著正相關（P<0.01），與全氮、速效鉀含量呈顯著正相關（P<0.05）;糖分含量與速效鉀含量呈極顯著正相關（P<0.01），與有機質含量呈顯著正相關（P<0.05）;分蘗率、株高與有機質、全氮呈極顯著正相關（P<0.01）;莖徑與有機質含量呈極顯著正相關（P<0.01），與全氮含量呈顯著正相關（P<0.05）。甘蔗主要的農藝性狀、土壤有機質、全氮、速效鉀分別與土壤pH值呈不同程度的負相關。由主成分分析結果可知，甘蔗各農藝性狀對產量直接貢獻的大小依次為單莖質量>有效莖>株高>糖分含量>分蘗率>莖徑>出芽率。通徑結果表明，單莖質量、有效莖和株高通徑系數(shù)較大，因此在甘蔗生長中應重視這3個性狀的生長調控。綜上所述，從甘蔗產量、農藝性狀、土壤營養(yǎng)和成本綜合考慮，推薦N3K2互作處理相對適宜，后續(xù)土壤酸化防控栽培技術還需要進一步深入研究。

關鍵詞：氮鉀互作;甘蔗;農藝性狀;糖分含量;碳氮代謝

中圖分類號：S566.106?? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）18-0095-08

收稿日期：2021-06-06

基金項目：國家重點研發(fā)計劃子課題（編號：2020YFD1000604-15）;廣東省普通高校重點科研平臺和項目（編號：2017GKQNCX040、2020GCZX009）;廣東省農村農業(yè)廳農作物良種良法示范基地建設項目（編號：粵財農[2018]125號）。

作者簡介：張祥會（1984—），男，山東冠縣人，碩士，助理研究員，主要從事土壤與植物營養(yǎng)方面的研究。E-mail：120136456@qq.com。

通信作者：董 斌，博士，副教授，主要從事園林學、作物學方面的研究。E-mail：bbeenn@163.com。

甘蔗（Saccharum officinarum）屬于多年生草本植物，是我國重要的糖料作物和能源作物，我國甘蔗種植主要分布在廣東、廣西、云南、海南等熱帶、亞熱帶地區(qū)。其中廣東甘蔗種植區(qū)域主要集中在雷州半島，種植面積13.3萬hm2，占廣東省植蔗面積的85%以上[1]，但單位面積產量、糖分含量均比較低，與高產省份仍有不小的差距。施肥不當是導致甘蔗單位面積產量、糖分低的主要原因之一。在氮、磷、鉀三要素中，甘蔗喜氮、鉀，每生產1 t原料蔗需從土壤中吸收N 1.08～3.20 kg、P2O5 0.27～0.70 kg、K2O 1.01～3.34 kg，被吸收的氮、磷、鉀元素直接或間接參與甘蔗體內多種重要化合物組成和營養(yǎng)代謝，從而影響甘蔗生長發(fā)育[2-3]。雷州半島甘蔗常年連作，土壤中氮、鉀大量消耗，一般不能滿足甘蔗生長的需要，施用氮、鉀肥通常是甘蔗補充氮、鉀素營養(yǎng)的重要手段。氮、鉀施肥不足會影響甘蔗正常生長，施肥過量不僅不能保障甘蔗穩(wěn)產、增產，還會導致肥料流失，造成農業(yè)面源污染。

目前，甘蔗配方施肥相關研究較多，而雷州半島蔗區(qū)氮、鉀互作對甘蔗生長表現(xiàn)和土壤養(yǎng)分變化的系統(tǒng)性研究鮮有報道。樊葉等研究表明，氮鉀互作對玉米產量影響達到極顯著水平[4]。李陶研究發(fā)現(xiàn)，氮鉀互作能明顯促進甘薯養(yǎng)分吸收、利用，提高甘薯產量[5]。林小兵等研究發(fā)現(xiàn)，施氮量增加可提高花生莢果產量、單株果質量和飽果率，莢果增產幅度為12.94%～24.62%[6]。張艷梅等研究發(fā)現(xiàn)，在適量范圍內甘蔗的氮代謝隨著施氮量的增加而顯著增強[7]。劉子凡等研究表明，鉀肥施用量的增加可顯著提高蔗汁蔗糖分、總糖，改善甘蔗品質[8]。不同氮、鉀的供給量和供給方式，會對作物產量及品質產生不同的影響。同時研究發(fā)現(xiàn)長期大量施用生理酸性氮肥會導致土壤酸化和營養(yǎng)變化[9-11]。本研究主要解決雷州半島磚紅壤甘蔗常規(guī)施肥條件下甘蔗低產低糖的問題，通過設置不同氮鉀互作試驗，探究不同氮鉀互作水平下雷州半島甘蔗農藝性狀、產量和土壤養(yǎng)分的變化，并研究各參數(shù)間的相關性，得出最佳氮鉀配施比例，為雷州半島甘蔗的科學種植和合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于廣東省湛江市遂溪縣廣東農墾湛江墾區(qū)國家現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)園（110°07′30″E，21°27′30″N），屬熱帶、亞熱帶氣候，年平均氣溫 23.5 ℃，1月平均氣溫16.3 ℃，7月平均氣溫 29 ℃，5—10月為雨季，9月為暴雨鼎盛期，年平均降水量1 417～1 804 mm，有明顯的干、濕季之分。土壤為磚紅壤，表層土（0～20 cm）基礎養(yǎng)分性質為：有機質含量22.38 g/kg，全氮含量1.22 g/kg，有效磷含量136.01 mg/kg，速效鉀含量92.61 mg/kg，pH值4.38。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

本試驗選用桂糖08/120為試驗品種，采用尿素（總N質量分數(shù)≥46.4%）和氯化鉀（K2O質量分數(shù)≥60%）為試驗材料，各設置4個水平，尿素用量分別為0、300、750、1 200 kg/hm2，分別記為N0、N1、N2、N3;氯化鉀用量分別為0、300、750、1 200 kg/hm2，分別記為K0、K1、K2、K3，試驗共10個處理，3次重復，采取隨機區(qū)組排列。每個小區(qū)種植規(guī)格設置為1.4、0.4 m大小雙行，長度為10 m，小區(qū)面積為18 m2。蔗種均以2%的石灰水+0.05%多菌靈浸種24 h，于2019年2月種下，下種量為 136芽/小區(qū)，每個試驗小區(qū)基施2 kg過磷酸鈣。尿素、鉀肥施肥采取基施、小培土、大培土3種方式，全年施肥比例為1 ∶1 ∶2，施肥時間分別選在2月5日、4月15日和5月25日。

1.2.2 樣品采集和指標測定

在甘蔗苗期調查試驗小區(qū)的出苗率和分蘗率;在甘蔗成熟期測定試驗小區(qū)甘蔗株高、莖徑、有效莖數(shù);在當年12月份測定甘蔗田間錘度，并計算出蔗糖分;在當年12月份每個小區(qū)隨機砍10株甘蔗計算單莖質量，次年1月砍蔗稱質量計算小區(qū)產量。甘蔗播種前和當年11月測定各小區(qū)的土壤養(yǎng)分。土壤全氮含量測定采用凱氏定氮法;有效磷含量測定采用鉬銻抗比色法;速效鉀含量測定采用火焰光度計法;土壤鈣、鎂測定采用原子吸收法。凱氏定氮法采用瑞典Foss公司產凱氏定氮儀（K8200），比色法采用北京京科瑞達科技有限公司產紫外/可見分光光度計（UV-1801C），火焰光度計法采用Sherwood公司產火焰光度計（410），原子吸收法采用日本島津產原子吸收光譜儀（AA-6650）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)主要采用Excel 2010進行整理，甘蔗農藝性狀、產量和土壤營養(yǎng)、pH值等數(shù)據(jù)采用DPS V9.01進行Dunn-Sidak法分析;甘蔗農藝性狀及產量和土壤養(yǎng)分指標間的相關性分析采用R語言程序包corrplot、Performance Analytics等完成;甘蔗農藝性狀及產量的主成分分析和通徑分析采用R語言程序包stat（sprcomp）和agricolae完成。

2 結果與分析

2.1 不同氮鉀互作對甘蔗基本農藝性狀、糖分及產量的影響

圖1-A顯示，甘蔗整體發(fā)芽率在73%左右，各處理間甘蔗發(fā)芽率差異不顯著，這可能因為甘蔗發(fā)芽所需營養(yǎng)主要依靠自身種莖供給。圖1-B中，甘蔗分蘗率與氮鉀互作水平顯著相關，N2、N3水平下各組處理的分蘗率顯著高于對照組。同N施肥水平下，N2、N3水平甘蔗分蘗率與K施肥量差異不顯著。同K施肥水平下，各組間甘蔗分蘗率與N施肥量差異不顯著，均在N3水平處理下數(shù)值較高，在N3K3處理達到最大值，比對照組提高了22.18%。N施肥水平越高，甘蔗分蘗率越高，K施肥水平提高對甘蔗分蘗率有促進作用。

圖1-C顯示，甘蔗莖徑與氮鉀互作處理呈相關趨勢，除N1K1處理外各處理甘蔗莖徑均顯著高于對照組，同N施肥水平，N1水平下K3處理甘蔗莖徑顯著高于K1處理，N2水平下各組甘蔗莖徑與K施肥水平差異不顯著，N3水平下K2處理顯著高于K1、K3處理。同K施肥水平，K1水平下不同N施肥處理甘蔗莖徑差異均顯著，K2、K3水平下，N3處理顯著高于N1和N2處理。圖1-D顯示，甘蔗株高與氮鉀互作處理相關，N2、N3水平下各組甘蔗株高均顯著高于對照組，同N施肥水平下，不同K施肥處理甘蔗株高差異不顯著。同K施肥水平，K1、K2水平下N3處理甘蔗株高顯著高于N1處理，K3水平下不同N施肥水平甘蔗株高差異不顯著，甘蔗莖徑、株高均在N3K2處理下達到最大值，比對照組分別提高42.01%、14.55%。

圖1-E顯示，甘蔗有效莖數(shù)與氮鉀互作水平相關，N2、N3水平下各組甘蔗有效莖數(shù)均顯著高于對照組，同N施肥水平下K施肥處理差異不顯著，N3處理下甘蔗有效莖數(shù)整體較多。同K施肥水平，K1、K3水平下N3處理顯著高于N1處理，K2水平N2處理顯著高于N1處理。甘蔗有效莖數(shù)在N3K3處理下達到最大值，比對照提高了14.09%，在N2K2至N3K3處理中，甘蔗有效莖數(shù)整體較高，增施氮肥對甘蔗有效莖數(shù)有促進作用。

圖1-F顯示，甘蔗糖分含量與氮鉀互作水平相關，N1K3、N2K2、N2K3、N3K2、N3K3處理甘蔗糖分含量均顯著高于對照組，N3K3處理達到最大值，比對照提高了19.72%。同N施肥水平下，N1、N2水平下不同K施肥處理甘蔗糖分含量差異不顯著，N3水平下K3處理顯著高于K1處理。同K施肥水平下，不同N施肥處理差異不顯著。

圖1-G顯示，甘蔗單莖質量與氮鉀互作水平相關，N2、N3水平下各組處理甘蔗單莖質量顯著高于對照組，在N3K2處理達到最大值，比對照組提高了37.25%。同N施肥水平下，不同K施肥處理不顯著。同K施肥水平，K1、K2水平下N3處理顯著高于N1和N2處理，K3水平下N2、N3處理顯著高于N1處理。

圖1-H顯示，甘蔗產量與氮鉀互作水平相關，除N1K1外各組處理甘蔗產量顯著高于對照組，在N3K2處理下達到最大值，比對照組提高了32.44%。同N施肥水平，N1、N2水平下K3處理顯著高于K1處理，N3水平下不同K施肥處理差異不顯著。同K施肥水平，K1、K2水平下不同N施肥處理甘蔗產量差異均達到顯著水平，K3水平下N3、N2處理顯著高于N2處理。不同N、K互作處理甘蔗單莖質量和產量與N施肥水平呈顯著正相關，提高鉀肥施肥水平對甘蔗單莖質量和產量的提升有明顯促進作用。

2.2 植蔗土壤養(yǎng)分及pH值

表1和圖2-A顯示，不同氮鉀互作處理下土壤pH值變化量呈遞增的趨勢，表現(xiàn)為N3K3>N3K2>N3K1>N2K3>N2K1>N2K2>N1K2>N1K3>N0K0=N1K1，均呈現(xiàn)不同程度酸化，N3K3處理pH值變化量達到最大值，減少了0.31個單位。

表1和圖2-B顯示，不同氮鉀互作處理下，土壤有機質含量均呈現(xiàn)不同程度的增加，但組間差異不顯著。在N2、N3水平處理下，土壤有機質含量明顯增加，且N3K3處理下土壤有機質增加量最大，增加量為2.82 g/kg。

表1和圖2-C顯示，不同氮鉀互作處理下土壤全氮變化量均小于對照組，在N2、N2水平，土壤全N變化量與K施肥水平呈正相關，N3水平下土壤全N變化量整體較小。

表1和圖2-D顯示，在所有處理中，土壤中有效磷含量均減少。除N3K3外不同氮鉀互作處理下土壤中有效磷變化量差異不顯著，N3K3處理下減少量顯著高于對照組。

表1和圖2-E顯示，N1K3、N3K3處理土壤中速效鉀變化量顯著高于對照組，其余各組差異不顯著，土壤速效鉀變化量與K施肥水平相關。

2.3 甘蔗農藝性狀和土壤養(yǎng)分及pH值相關性

由圖3可知，有效莖與有機質、全氮、速效鉀含量呈極顯著正相關（P<0.01）;單莖質量與有機質含量呈極顯著正相關（P<0.01），與全氮、速效鉀含量呈顯著正相關（P<0.05）;糖分含量與速效鉀含量呈極顯著正相關（P<0.01），與有機質含量呈顯著正相關（P<0.05）;分蘗率、株高與有機質、全氮呈極顯著正相關（P<0.01）;莖徑與有機質含量呈極顯著正相關（P<0.01），與全氮含量呈顯著正相關（P<0.05）。甘蔗主要的農藝性狀、土壤有機質、全氮、速效鉀分別與土壤pH值呈不同程度的負相關，有效磷與pH值呈正相關關系。

2.4 甘蔗產量與農藝性狀的主成分分析和通徑分析

由表2可知，在所有的主成分構成中，信息主要集中在前2個，其累計貢獻率達到81.50%，主成分1貢獻率最大，為66.00%，其次為主成分2，貢獻率為15.50%。在主成分1中單莖質量、有效莖、株高、莖徑、分蘗率、糖分含量權重系數(shù)較大，即為產量因子;主成分2中出芽率所占權重最大，即為生長勢因子。

由表3可知，甘蔗各農藝性狀對產量直接貢獻的大小依次為單莖質量>有效莖>株高>糖分含量>分蘗率>莖徑>出芽率，單莖質量、有效莖、株高、糖分含量、分蘗率、莖徑對產量有正向作用，而出芽率本身的直接效應則對產量表現(xiàn)負向效應。其中單莖質量、有效莖、株高對于產量的影響較大，在甘蔗栽培中， 應該著重加強對于以上3個性狀的選擇和調控，并兼顧其他農藝性狀，這是提高甘蔗產量的重要途徑。

3 討論

3.1 甘蔗基本農藝性狀、糖度及產量

本研究結果表明，不同氮鉀互作處理對甘蔗產量、單莖質量、糖分含量有促進作用，較對照組最高可分別提高32.44%、37.25%和19.72%。甘蔗產量、單莖質量主要取決于N、K營養(yǎng)元素的施用量，甘蔗糖分含量主要取決于K元素的施用量。不同N、K配比對甘蔗農藝性狀的影響差異顯著， N肥施肥量與甘蔗分蘗率、莖徑、株高、有效莖數(shù)呈正相關，從而較大程度地影響甘蔗產量;而K施肥水平在N施肥基礎上對甘蔗農藝性狀有促進作用。王軍偉等研究發(fā)現(xiàn)，氮鉀營養(yǎng)是影響番茄葉片氮代謝和碳代謝的主要因子，氮鉀互作對葉片游離氨基酸和谷氨酰胺合成酶活性影響顯著，鉀營養(yǎng)水平與番茄葉片糖含量和蔗糖磷酸合成酶、酸性轉化酶呈正相關趨勢[12]。Akhtar等研究發(fā)現(xiàn)，氮鉀供應水平對番茄產量和品質有決定性的影響[13-15]。牛巧龍等研究發(fā)現(xiàn)，在氮鉀正常供給處理基礎上，適量增施氮肥可提高作物葉片硝酸還原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、蔗糖磷酸合成酶（SPS）等活性，有利于果實淀粉積累，過量施氮NR、GS活性會降低，不利于植株對氮營養(yǎng)的同化吸收[16-17]。汪順義等研究發(fā)現(xiàn)，鉀處理提高氮吸收量和葉片SPS活性，促進光合產物在植株器官中的分配，氮鉀互作對NR和SPS活性存在顯著的正交互作效應[18]。

3.2 植蔗土壤養(yǎng)分和pH值變化

本研究結果表明，不同氮鉀互作處理下，植蔗土壤的pH值、土壤全氮、有效磷等均有所降低。土壤有機質、速效鉀等整體略有增加。苗娜研究表明，氮肥施用中銨態(tài)氮發(fā)生硝化作用會導致土壤酸化[19]，譚宏偉等研究表明，長期施用氮、磷、鉀肥會導致紅壤交換性酸和交換性鋁持續(xù)性增加[20-22]。梁紅芳研究表明，麥秸稈全量還田下適宜氮肥運籌處理可提高土壤有機質含量[23]。本試驗中植蔗土壤有機質含量增加，可能與甘蔗葉腐解有關，而不同氮施肥水平對甘蔗葉腐解起到促進作用。不同N、K互作處理均能有效補充土壤N、K營養(yǎng)，同時又促進甘蔗對N、P、K的吸收，甘蔗葉腐解過程中微生物消耗N元素，從而導致土壤氮營養(yǎng)進一步減少。

3.3 甘蔗農藝性狀和土壤養(yǎng)分及pH值相關性

一般情況下，生長期末的養(yǎng)分有效性基本反映當季的土壤養(yǎng)分供應能力[6]。本研究發(fā)現(xiàn)土壤有機質、全氮和速效鉀與甘蔗單莖質量、糖分含量、莖徑表現(xiàn)出協(xié)同作用，而與土壤中pH值和有效磷表現(xiàn)出一定負作用;土壤有機質與甘蔗單莖質量、株高、莖徑和分蘗率表現(xiàn)出協(xié)同作用;土壤全氮與有效莖、分蘗率和株高表現(xiàn)出協(xié)同作用;速效鉀對糖分含量、有效莖和分蘗率表現(xiàn)出協(xié)同作用。黃崇斌研究發(fā)現(xiàn)，不同施肥方案對甘蔗農藝性狀有顯著影響，施肥處理下甘蔗出苗率、有效莖、莖長、莖徑比對照組分別提高24.69%、37.52%、26.49%、56.22%，同時研究發(fā)現(xiàn)對甘蔗增產效果的影響表現(xiàn)為N>K>P[24]。曾沐梵在酸敏感區(qū)域的土壤上，定量了土壤酸化主要驅動力，發(fā)現(xiàn)在氮肥施用處理中N過程占總H+產生量的80%[25-28]。同時有研究發(fā)現(xiàn)，隨農田氮素投入的不斷增加，帶來的土壤酸化問題也愈加嚴重，在1980—2000年間，氮肥的施用導致耕地表層土壤pH值平均下降 0.13～0.76個單位[19]。

3.4 甘蔗產量與農藝性狀的通徑分析

本研究結果表明，不同氮鉀互作處理下單莖質量、有效莖、株高為決定甘蔗產量的主要因子，莖徑、分蘗率、糖分含量、 出芽率也會不同程度地影響甘蔗產量。在甘蔗生產管理提高產量和糖分中應重視這3個性狀營養(yǎng)調控。趙俊等研究發(fā)現(xiàn)，株高、莖徑、單莖質量、有效莖、蔗糖分是影響蔗、糖產量的重要指標，與品種的蔗、糖產量高低關系密切[29]。譚芳等研究表明，施肥水平和種植密度均影響甘蔗農藝性狀從而影響甘蔗產量[30]。

4 結論

本研究結果表明，N2K1、N2K2、N2K3、N3K1、N3K2、N3K3氮鉀互作處理對甘蔗分蘗率、莖徑、株高、有效莖數(shù)、單莖質量和產量呈顯著促進作用，N1K3、N2K2、N2K3、N3K2、N3K3氮鉀互作處理顯著提高甘蔗糖分含量，甘蔗產量、單莖質量和糖分含量較對照最高可分別提高32.44%、37.25%和19.72%。單莖質量、有效莖、株高為決定甘蔗產量的主要因子，在甘蔗生產管理提高產量和糖分中應重視這3個性狀的選擇與調控。從甘蔗產量、農藝性狀、土壤營養(yǎng)和成本綜合考慮，推薦N3K2互作處理相對適宜，后續(xù)土壤酸化防控栽培技術還需要進一步深入研究。

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