吳啟華，凌秋平，沈大春，李 爽，黃 瑩，周文靈，陳迪文，敖俊華*

(1廣東省科學(xué)院生物工程研究所，廣東廣州510316；2廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)(資源環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品安全)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)中心，廣東廣州510316)

0 引言

甘蔗(Saccharum officinarumL.)是一種典型的熱帶和亞熱帶草本植物，廣泛分布于33?N～30?S之間，是世界上最主要的糖料作物之一，也是重要的能源和飼料作物。按照用途可以分為糖蔗和果蔗 2種，糖蔗是制糖原料，果蔗則專供鮮食。甘蔗在我國(guó)主要分布于廣西、云南、廣東和海南等省區(qū)，其中果蔗種植的經(jīng)濟(jì)效益高，是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民脫貧致富的重要產(chǎn)業(yè)[1-2]。長(zhǎng)期以來，為了追求高收益，甘蔗生產(chǎn)中過量施肥、養(yǎng)分利用率低等問題普遍存在，果蔗上尤為突出[3]。據(jù)報(bào)道，我國(guó)甘蔗的 N、P2O5和K2O用量范圍分別在400～800、150～300和250～500 kg/hm2，平均用量為發(fā)達(dá)國(guó)家的5～10倍[4]。甘蔗的氮肥利用率在 20%～40%之間，而磷肥利用率僅為10%～25%[5-6]。全球范圍內(nèi)，土壤速效磷含量不足是最常見的產(chǎn)量限制因子，施用磷肥成為保障糧食安全的必要措施。但是，過量施磷肥不僅增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，還導(dǎo)致磷肥利用率偏低和土壤磷素大量累積[7]。因此，探索適宜的施磷量對(duì)于指導(dǎo)甘蔗生產(chǎn)具有現(xiàn)實(shí)意義。

中國(guó)蔗區(qū)土壤類型以紅壤、赤紅壤為主，多數(shù)土壤中有效養(yǎng)分含量偏低，速效磷缺乏較為普遍。一方面是由于酸性紅壤中富含鐵鋁化合物，磷素大多以難溶性的磷酸鐵、鋁化合物以及閉蓄態(tài)磷存在；另一方面，磷肥進(jìn)入土壤后，大部分被礦物吸附和固定，只有小部分能被植物吸收利用[8]。甘蔗生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、養(yǎng)分需求量大。為了滿足其生長(zhǎng)磷素需求，生產(chǎn)中往往持續(xù)大量施用磷肥，但由于農(nóng)戶對(duì)適宜甘蔗生長(zhǎng)的土壤磷素水平不甚清楚，肥料配比、施用時(shí)間與甘蔗養(yǎng)分需求規(guī)律匹配度不高，選用磷肥品種時(shí)未有考慮土壤性質(zhì)，導(dǎo)致磷肥產(chǎn)投比較低。此外，大量施磷還造成有限磷礦資源浪費(fèi)、水體磷素污染風(fēng)險(xiǎn)升高等一系列問題[7]。確定蔗區(qū)土壤磷素的適宜水平，根據(jù)甘蔗生長(zhǎng)養(yǎng)分需求規(guī)律調(diào)整施肥策略，并參考土壤性質(zhì)來確定適宜的磷肥品種，從而保證甘蔗產(chǎn)量和磷肥的高效利用，是當(dāng)前的迫切需求。

1 根據(jù)甘蔗速效磷農(nóng)學(xué)閾值指導(dǎo)磷肥施用

1.1 甘蔗速效磷農(nóng)學(xué)閾值的確定

施用磷肥是提高土壤速效磷含量的重要措施。當(dāng)土壤有效磷含量處于較低水平時(shí)，作物產(chǎn)量隨著施磷量的增加而顯著提高，磷肥的當(dāng)季利用率較高；當(dāng)土壤有效磷含量超過某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)，繼續(xù)施用磷肥對(duì)作物產(chǎn)量提高的作用不明顯，這個(gè)臨界點(diǎn)被稱為土壤有效磷的農(nóng)學(xué)閾值[9-10]；當(dāng)土壤有效磷含量過高時(shí)，作物產(chǎn)量較高，但磷肥當(dāng)季利用率很低，且施用磷肥會(huì)造成大量磷素累積在土壤中[11]。一般認(rèn)為，將土壤有效磷水平維持在農(nóng)學(xué)閾值附近可以保證較高的產(chǎn)量和磷肥利用率，使農(nóng)民獲得最佳收益[12-14]。因此，針對(duì)特定的土壤類型，確定作物的有效磷農(nóng)學(xué)閾值，對(duì)于調(diào)控土壤磷素養(yǎng)分以及確定適宜磷肥用量十分必要。

本課題組研究人員通過分析中國(guó)廣東湛江蔗區(qū)35個(gè)田間試驗(yàn)點(diǎn)中4個(gè)不同施磷處理下甘蔗產(chǎn)量和土壤速效磷含量的變化規(guī)律，利用雙直線模型模擬二者的響應(yīng)關(guān)系，得到甘蔗的速效磷(Bray 1法)農(nóng)學(xué)閾值為28 mg/kg[15]。McCray等[16]對(duì)美國(guó)弗羅里達(dá)高有機(jī)質(zhì)土壤的研究認(rèn)為，甘蔗的有效磷(Mehlich 3法)農(nóng)學(xué)閾值為 30 g/m3，按照有機(jī)質(zhì)較高土壤容重1.2 g/cm3換算，相當(dāng)于25 mg/kg，與本研究的結(jié)果十分接近。一般認(rèn)為Bray 1和Mehlich 3都為含F(xiàn)提取劑，從土壤中提取磷的主要原理相同，因而二者有很好的替代性。因此，我們確定28 mg/kg作為甘蔗速效磷農(nóng)學(xué)閾值，進(jìn)一步指導(dǎo)我國(guó)蔗區(qū)磷肥施用。

1.2 根據(jù)速效磷水平推薦的磷肥用量

當(dāng)前，由于果蔗的經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，農(nóng)戶過量施肥、偏施化肥導(dǎo)致多年連作果蔗土壤的有效磷含量普遍很高，甚至達(dá)到280 mg/kg，遠(yuǎn)高于有效磷的農(nóng)學(xué)閾值[17]。另外，當(dāng)土壤有效磷含量(Olsen-P)超過 40 mg/kg時(shí)，中國(guó)絕大多數(shù)土壤面臨磷素流失風(fēng)險(xiǎn)[18]；而對(duì)于強(qiáng)酸性蔗區(qū)土壤，一般采用Bray 1法測(cè)定有效磷，我們認(rèn)為超過50 mg/kg時(shí)，該地區(qū)繼續(xù)大量施用磷肥對(duì)于果蔗增產(chǎn)效果微小，還可能造成土壤磷素流失[15,19]。根據(jù)甘蔗的有效磷農(nóng)學(xué)閾值和土壤磷素恒量監(jiān)控原理，我們給出了磷肥推薦施用量(見表1)：當(dāng)蔗區(qū)土壤速效磷含量分別在＜10，10～28，28～50和＞50 mg/kg時(shí)，磷肥推薦施用量分別為2倍果蔗磷素?cái)y出量、1.3～1.7倍果蔗磷素?cái)y出量、等于果蔗磷素?cái)y出量和0。此外，每隔3～5年，應(yīng)測(cè)定土壤速效磷含量，以調(diào)整磷肥施用量，適應(yīng)果蔗的生長(zhǎng)需求。

2 調(diào)整肥料配比和施用時(shí)間提高磷肥效率

2.1 影響果蔗磷肥效率的主要因素

磷肥施用推薦方案，除了考慮果蔗高產(chǎn)和土壤磷素肥力，還需要考慮肥料的高效利用[20]。謝如林等[21]對(duì)不同氮磷施肥量的研究表明，甘蔗的氮肥利用率平均為 19.1%～26.3%，而磷肥利用率僅12.0%～15.3%。當(dāng)前我國(guó)果蔗肥料利用率低下的主要原因包括2個(gè)方面。

表1 根據(jù)速效磷農(nóng)學(xué)閾值推薦的磷肥用量

2.1.1 施磷量過大、氮磷鉀肥配比失衡

蔡志鑫等[22]研究了廣東江門果蔗平衡施肥效應(yīng)，推薦黑皮果蔗N、P2O5、K2O最佳施用量為395、168、239 kg/hm2；而廣東省果蔗施肥狀況的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，全省果蔗 N、P2O5、K2O總施肥量分別為973、884和879 kg/hm2，其中磷肥用量達(dá)到推薦值的5倍[23]。在浙江溫嶺，果蔗平均施肥總量磷為446 kg/hm2，而該地區(qū)的果蔗平均產(chǎn)量在100 t，按照理論計(jì)算，僅需施磷50～150 kg/hm2，可見磷肥的投入嚴(yán)重過量[24]。果蔗對(duì)施肥技術(shù)要求高，而生產(chǎn)中蔗農(nóng)普遍存在偏施氮肥，輕施磷、鉀肥的現(xiàn)象，造成果蔗產(chǎn)量低，品質(zhì)差[25]。董素欽等[26]比較了8個(gè)不同氮、磷、鉀配比對(duì)果蔗產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，結(jié)果表明不同配比對(duì)果蔗產(chǎn)量和糖分產(chǎn)生顯著影響，氮、磷、鉀合理配施能提高產(chǎn)量，增加糖分、避免蔗皮硬，還能增加經(jīng)濟(jì)效益。研究發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)果蔗適宜的氮、磷、鉀配比不同，在廣東廣州的比例為 1∶0.3～0.4∶0.8～0.9[1]，在福建仙游為 1∶0.7∶0.5[27]，在浙江溫州為 1∶0.4∶0.6[28]。在生產(chǎn)中，需要根據(jù)果蔗的目標(biāo)產(chǎn)量和肥料效率來確定合理的磷肥用量。在不同的土壤類型上進(jìn)行氮、磷、鉀肥料的配比試驗(yàn)研究，參照肥料效率找出適宜的氮、磷、鉀施用比例，可以克服施肥的盲目性，提高果蔗的產(chǎn)量和品質(zhì)。

2.1.2 化肥施用時(shí)間及分配比例不合理

為了追求高產(chǎn)和高收入，在果蔗整個(gè)種植期，施肥次數(shù)較高，有些農(nóng)戶在果蔗快速生長(zhǎng)期甚至每15～20天追肥1次[29]。劉曉峰等[23]的抽樣調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，廣東省超過 90%的農(nóng)戶在果蔗種植中共施肥 5次：先施基肥，小培土2次，大培土1次，大培土后至收獲前20～30天追施1次；從果蔗不同生育期來看，大培土后期施肥占78.4%，苗期占19.5%，基肥僅2.1%。董素欽等[27]報(bào)道，福建地區(qū)果蔗整個(gè)生育期施肥5次，即苗期、小培土、中培土、高培土和濕培土，而中培土和高培土階段約占總施肥量的60%。張娜等[28]報(bào)道浙江果蔗整個(gè)生育期施肥4次，即基肥、苗肥、伸長(zhǎng)肥和壯梢肥，分別占40%、5%、40%和 15%。整體來看，不同地區(qū)果蔗施肥次數(shù)和施用比例存在很大差異。為了獲得最佳施肥效果，需要根據(jù)作物的養(yǎng)分需求規(guī)律來探索化肥適宜的施用時(shí)間及比例。

2.2 肥料配比和施用時(shí)間調(diào)整效果案例

本課題研究人員在廣東省湛江市遂溪縣布置了果蔗磷肥梯度的田間定位試驗(yàn)，分析研究了氮、磷、鉀的不同配比對(duì)果蔗產(chǎn)量品質(zhì)和磷肥效率的影響[30]。連續(xù)2年的結(jié)果表明，不同氮、磷、鉀的配比下果蔗產(chǎn)量、糖分、株高和莖徑等存在顯著差異；第2年時(shí)，不同施磷水平下磷肥農(nóng)學(xué)效率和磷肥偏生產(chǎn)力的變化范圍分別在68～95和179～315 kg/kg之間。此外，本研究還初步探索了果蔗氮、磷、鉀適宜施用時(shí)間和比例，肥料施用方法具體為：尿素分4次施用，種植前基肥，占肥料全部用量的10%，分蘗期、伸長(zhǎng)前期和伸長(zhǎng)后期，肥料用量分別占40%、35%、15%；過磷酸鈣分2次施用：基肥和分蘗肥各50%；氯化鉀分4次施用：基肥，占全部用量的10%，分蘗期、伸長(zhǎng)前期和伸長(zhǎng)后期，肥料用量分別占30%?？傮w來看，本研究磷肥的利用效率(28%～32%)顯著高于當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶施肥效果(平均在15%)。果蔗不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)養(yǎng)分需求不同，養(yǎng)分臨界期在苗期，最大養(yǎng)分需求期在伸長(zhǎng)期，根據(jù)需肥特點(diǎn)，調(diào)整肥料施用比例和施用時(shí)間，可以提高磷肥效率。

3 根據(jù)土壤類型選擇適宜磷肥品種

我國(guó)蔗區(qū)主要土壤類型為磚紅壤和赤紅壤，由于淋溶強(qiáng)烈，土壤普遍酸性較強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)含量偏低，有效磷和有效鉀含量缺乏，生產(chǎn)中肥料投入較大[3]。甘蔗養(yǎng)分需求量高，每生產(chǎn)1 kg甘蔗，需吸收N、P2O5、K2O 分別為 1.5～2.0、0.4～0.5和 2.0～2.5 g。由于果蔗種植收益可觀，蔗農(nóng)投入積極性高，尤其在肥料方面，除施用大量國(guó)產(chǎn)復(fù)合肥以及單質(zhì)氮、磷、鉀肥外，還常選用進(jìn)口復(fù)合肥。然而，進(jìn)口復(fù)合肥往往價(jià)格較高，增加了農(nóng)業(yè)投入成本[23,31]。何毅波等[31]對(duì)比了幾種復(fù)合肥料在果蔗上的施用效果，發(fā)現(xiàn)有效成分相同的肥料中，進(jìn)口復(fù)合肥單位面積產(chǎn)量略優(yōu)于國(guó)產(chǎn)復(fù)合肥，但純收入方面國(guó)產(chǎn)肥料處理略好于進(jìn)口肥料處理。對(duì)廣東省果蔗施肥狀況的調(diào)查結(jié)果顯示，復(fù)合肥施用比例為100%，有機(jī)肥的施用比例達(dá) 95.5%，而單質(zhì)氮、磷、鉀肥的比例均低于10%?？梢姰?dāng)前果蔗種植中農(nóng)戶普遍重視復(fù)合肥和有機(jī)肥的施用，但是有機(jī)肥施用量很低，有機(jī)肥中的N、P2O5、K2O僅占總養(yǎng)分含量的7%、3%、3%，其余均由無機(jī)化肥提供[23]。當(dāng)前偏施化肥、有機(jī)肥施用量極低的現(xiàn)象十分普遍，容易造成養(yǎng)分不均衡，尤其是微量元素不平衡，進(jìn)而對(duì)果蔗品質(zhì)造成影響。

果蔗肥料投入中，磷肥以復(fù)合肥、過磷酸鈣、鈣鎂磷肥為主[17,32]。果蔗地pH值較低，酸化明顯，采用堿性肥料可以調(diào)節(jié)土壤pH值，改善土壤質(zhì)量，促進(jìn)作物產(chǎn)量、品質(zhì)提高[32]。因此在南方酸性土壤推薦采用磷酸二銨、過磷酸鈣、鈣鎂磷肥等磷肥品種。此外，一些新型肥料的施用在果蔗上也取得了良好效果。婁贅等[29]的研究表明，果蔗栽培過程中合理地施用緩/控釋配方肥料能促進(jìn)果蔗增產(chǎn)和增收，同時(shí)提高肥料利用率。緩/控釋配方肥料可以取代進(jìn)口復(fù)合肥為果蔗生長(zhǎng)提供養(yǎng)分，實(shí)現(xiàn)輕簡(jiǎn)施肥。此外，陳小娟等[33]研究了新型肥料聚磷酸銨在磚紅壤上作種肥的效果，表明其聚合度組成會(huì)顯著影響肥效，同時(shí)施磷酸一銨能顯著促進(jìn)中高聚合度的聚磷酸銨的肥效。聚磷酸銨作為一種長(zhǎng)效緩釋型肥料，可能很適合于生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)的果蔗，其施用方式和效果有待進(jìn)一步的研究證實(shí)。

4 展望

農(nóng)業(yè)中磷素養(yǎng)分的管理需要從多方面綜合考慮。首先，需要確定土壤速效磷的適宜范圍。土壤速效磷含量過低，會(huì)影響作物的產(chǎn)量；速效磷含量過高，會(huì)導(dǎo)致磷肥利用率的下降，還可能引發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境問題。綜合作物高產(chǎn)、磷肥高效和磷素流失風(fēng)險(xiǎn)較低來看，土壤速效磷含量應(yīng)處于農(nóng)學(xué)閾值和環(huán)境閾值之間。其次，磷肥施用量、氮、磷、鉀配比、肥料施用時(shí)間及分配比例等需要根據(jù)作物養(yǎng)分需求規(guī)律以及特定的氣候土壤條件進(jìn)行探索調(diào)整，才能獲得最佳施肥效果。此外，不同磷肥品種也會(huì)顯著影響作物產(chǎn)量品質(zhì)，需要結(jié)合土壤性質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化篩選。