【研究意义】甘蔗作为世界上最重要的糖料和能源作物，广泛种植于热带及亚热带地区［1］。甘蔗栽培分为新植蔗与宿根蔗，国外甘蔗生产栽培方式如巴西一般新植1年、宿根4～5年，澳大利亚、美国等一般新植1年、宿根2～3年［2-4］；我国糖料蔗生产栽植方式为一般新植1年，宿根1～3年，其中宿根蔗面积约占甘蔗总面积的40%～60%，宿根蔗是否淘汰主要取决于上茬蔗产量，对此不同地区标准不一致，但由于蔗农对宿根蔗生产种植缺乏重视，田管粗放，造成糖料蔗产量普遍低，提早淘汰，宿根年限短［5-7］。因此，寻求一种有效提高糖料蔗宿根产量，延长宿根年限的方法已成为当前糖料蔗生产种植中急需解决的问题。【前人研究进展】国外甘蔗宿根长的国家对宿根蔗生产田管相当重视，机械化程度较高（如日本、美国）［8］，宿根性优良的品系多（如巴西）［9］以及采用先进滴水灌溉系统（如以色列）［10］等。而近些年我国也开始重视宿根蔗的生产田管，关于提高宿根蔗产量有许多研究报道，如马泽辉等［11］对宿根蔗盖膜技术的研究，马丽等［12］关于宿根性优良品系的选育，敖俊华等［13］对甘蔗进行测土配方施肥，陆绍德等［14］、陈建国等［15］、周爱芳等［16］将水肥一体化技术应用到甘蔗田管及宿根甘蔗机械培土施肥推广等，在一定程度上提高了糖料蔗宿根产量。【本研究切入点】目前，基于水肥一体技术延长糖料蔗宿根年限方面的研究尚未见报道。【拟解决的关键问题】根据广东省雷州半岛气候、甘蔗田管模式及水利基础设施条件［17-18］，利用水肥一体化技术，以常规施肥作为参照，通过比较新植蔗农艺、经济性状与收益，筛选水肥一体化技术最佳肥料配方应用到宿根蔗田管，明确水肥一体化技术延长糖料蔗宿根年限效果，为有效提高糖料蔗产量、宿根年限及增加收入寻找出一种科学有效的方法。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验地设在广东省火炬农场16队，位于广东省雷州半岛西海岸，地势平整，水利设施完善，属南亚热带海洋性季风气候，温度较高，冬春干旱，夏秋多雨有台风，年平均气温23℃，年平均降雨量1 273 mm，试验区面积11.6 hm2，土质为玄武岩砖红壤土，土壤偏酸，土壤有机质含量1.0～20.0 g/kg处于中下水平，全氮含量0.5～0.75 g/kg处于低水平，碱解氮含量60.0～90.0 mg/kg处于中下水平，速效磷含量5.0～10.0 mg/kg处于中下水平，速效钾含量50.0～100.0 mg/kg处于中水平。前茬作物为糖料蔗［18］。
1.2 试验材料
供试糖料蔗品种为粤糖00-236。水肥一体化滴灌材料：N16贴片式滴灌管带，16PE软管球阀旁通及主管Φ63PE软水管。供试肥料：尿素（N≥46%），农用钙镁磷肥（P2O5≥18%），农用硫酸钾（K2O≥50%），复合肥（N∶P∶K=15∶15∶15，总养分≥45%），有机肥鸡粪含有机质145.84 g/kg、氨态氮11.52 g/kg、速效磷（P2O5）5.38 g/kg、速效钾（K2O）5.44 g/kg、pH值6.2。
1.3 试验方法
采用随机区组设计，3次重复，施用肥料配方设计见表1，小区面积0.4～0.8 hm2。试验地糖料蔗为夏繁全茎蔗种，下种量均为10.5 t/hm2，单行一字型排列，行距1 m，2015年1月种植，每年12月砍收。
表1 糖料蔗施肥处理配方设计
Table 1 Design of fertilization formula for sugarcane
注：肥料价格：尿素2 000元/t，钙镁磷肥800元/t，复合肥3 200元/t，硫酸钾3 000元/t，有机肥1 000元/t。
Note: The price of fertilizer: 2 000 yuan/t for urea, 800 yuan/t for calcium magnesium phosphate fertilizer, 3 200 yuan/t for compound fertilizer, 3 000 yuan/t for agricultural potassium sulfate and 1 000 yuan/t for organic fertilizer.
处理Treatment尿素Urea（kg/hm2）钙镁磷肥Calcium magnesium phosphate fertilizer（kg/hm2）复合肥Compound fertilizer（kg/hm2）农用硫酸钾肥Agricultural potassium sulfate（kg/hm2）有机肥Organic fertilizer（kg/hm2）肥料成本（元/hm2）Fertilizer cost（yuan/hm2）CK 750 1500 450 300 1350 6390 F1 150 1500 90 60 1350 3318 F2 300 1500 180 120 1350 4086 F3 450 1500 270 180 1350 4854 F4 600 1500 360 240 1350 5622 F5 750 1500 450 300 1350 6390
田间管理：对照采用当地常规田管施肥方法（含新植和宿根），分两次施肥，第1次拖拉机施基肥，施钙镁磷肥（全部）、有机肥（全部）、尿素300 kg/hm2、复合肥225 kg/hm2、钾肥150 kg/hm2，余下肥料在伸长初期，拖拉机培土施下。处理F1～F5第1年施肥方法分4次施肥，第1次与对照CK方法一致，拖拉机施基肥，施钙镁磷肥（全部），有机肥（全部），余下尿素、复合肥、钾肥利用试验区水肥设备等量的分别在糖料蔗苗期、分蘖期、伸长期进行施肥，并根据试验区糖料蔗需水情况进行1～4次滴灌淋水［19］；第2年保留经济效益最优配方试验小区重复第1年施肥方法，直至淘汰。田间管理：第1年的基肥在种植时施下，之后几年基肥在糖料蔗砍收清理蔗园后机械破垄施下，田间防病虫、除草管理相同。
1.4 调查项目及方法
糖料蔗农艺、经济性状的测定参照《中国甘蔗品种志》［20］，第1年调查区组所有试验小区，第2年之后只调查对照与经济效益最优配方试验小区，直至淘汰。采用五点取样法调查每个试验小区糖料蔗的生长状况，每个样点取单行10 m内糖料蔗作为样方，调查其农艺、经济性状。在苗期调查发株率，收获期调查有效茎数、株高、蔗茎重、产量、蔗糖分。每个样点随机测量20条生长正常蔗茎的株高与重量并计算平均株高（cm）与蔗茎重（kg）；从测蔗茎重的甘蔗中随机选取10株，在每株上、中、下部3点（无虫口）钻取蔗茎汁，用手持锤度计测定并计算平均锤度；产量按实际收获统计；各处理区所采集的数据取平均值。
有效茎数（条/hm2）=样方中所有株高超过1.0 m的糖料蔗/样方面积（hm2）
蔗糖分（%）=平均田间锤度（%）×1.0825-7.703。
试验数据采用Microsoft Excel 2007软件进行统计分析与作表，并用统计软件SAS 9.0 duncan新复极差法进行方差分析。
2 结果与分析
2.1 新植糖料蔗农艺、经济性状及经济效益
2.1.1 新植糖料蔗农艺、经济性状 由表2可知，各处理对新植糖料蔗发株率及糖分的影响差异不明显，而对株高、有效茎数、蔗茎重及蔗产量的影响存在差异显著，其中随着处理F1～F5化学肥料量的增加，新植糖料蔗株高、有效茎数、蔗茎重及蔗产量也表现出相应增加，与常规施肥（CK）比较，处理F1和F2的株高、有效茎数、蔗茎重及蔗产量差异不显著，而F3、F4、F5则显著高于常规施肥（CK），但它们之间差异不显著。
2.1.2 新植糖料蔗经济效益 由表3可知，5个新植糖料蔗肥料配方成本与常规施肥（CK）比较，依次为处理 F1＞F2＞F3＞F4＞F5，节省成本最高为处理F1（3 072 元/hm2）；5个新植糖料蔗甘蔗收入与常规施肥（CK）比较，依次为处理 F5＞F4＞F3＞F2 ＞F1，甘蔗收入增加最高为处理F5，但除去肥料成本后，处理F3实际增加经济收入最高（43 206 元/hm2），结合上述新植糖料蔗农艺、经济性状情况，处理F3为水肥一体化最优肥料配方。
表2 新植糖料蔗农艺、经济性状
Table 2 Agronomic and economic characters of new planted sugarcane
注：同列数据后小写英文字母不同者表示差异显著。
Note: Different lowercase letters in the same column represent significant differences.
处理Treatment发株率Emergence rate（%）株高Plant height（cm）有效茎数Number of effective stalk（stem/hm2）蔗茎重Cane stalk weight（kg）蔗产量Cane yield（t/hm2）蔗糖分Sucrose content（%）CK 86.72±2.05a 189.1±13.2b 65753±3053b 1.52±0.15ba 94.20±5.25cb 13.16±0.37a F1 85.81±2.75a 188.3±15.1b 65443±2753b 1.41±0.14b 90.15±3.75c 13.06±0.43a F2 86.07±2.56a 197.5±13.8ab 66703±2564b 1.57±0.16ba 98.55±4.80b 13.14±0.47a F3 86.63±2.74a 203.2±12.2a 69465±2844a 1.68±0.13a 106.80±3.60ba 13.08±0.31a F4 85.92±1.95a 207.3±10.5a 70155±2654a 1.71±0.11a 108.15±5.25a 13.02±0.26a F5 86.58±2.11a 208.4±11.3a 70245±3113a 1.72±0.12a 109.95±4.65a 12.92±0.32a
表3 新植糖料蔗经济效益
Table 3 Economic benefits of new planted sugarcane
注：糖料蔗按地区收购价格450 元/t。
Note: The purchasing price of sugarcane is 450 yuan/t in the region.
处理Treatment肥料成本（元/hm2）Fertilizer cost（yuan/hm2）甘蔗产量Sugarcane yield（t/hm2）甘蔗收入（元/hm2）Sugarcane income（yuan/hm2）去除成本后增加收入（元/hm2）Increased income after removing costs（yuan/hm2）CK 6390 94.20 42390.0 36000.0 F1 3318 90.15 40567.5 37249.5 F2 4086 98.55 44347.5 40261.5 F3 4854 106.80 48060.0 43206.0 F4 5622 108.15 48667.5 43045.5 F5 6390 109.95 49477.5 43087.5
2.2 宿根糖料蔗农艺、经济性状
由表4可知，宿根糖料蔗田管应用水肥一体化技术（处理F3），其发株率、株高和有效株数明显优于常规施肥（CK），并且随着宿根年限增长，其优势表现越显著，如2018年和2019 年宿根糖料蔗的发株率、株高及有效茎数均显著高于常规施肥（CK），其中有效茎数在整个宿根期均显著高于常规施肥（CK）。由表5可知，应用水肥一体化技术（处理F3）的宿根糖料蔗糖分与常规施肥（CK）没有明显差异，但在宿根蔗产量及茎重方面，显著高于常规施肥（CK）。
2.3 糖料蔗生产成本
由表6可知，新植糖料蔗应用水肥一体化技术（处理F3）田管成本与常规施肥（CK）比较，增加成本为2 130元/hm2；宿根糖料蔗应用水肥一体化技术（处理F3）田管成本与常规施肥（CK）比较，2016—2019年分别增加1 554、1 404、1 254、1 104元/hm2，宿根增加成本合计7 446元/hm2。因此，2015—2019年糖料蔗应用水肥一体化技术（处理F3）田管成本比常规施肥（CK）累计增加成本9 576元/hm2。
2.4 糖料蔗经济收益情况
由表7可知，2015—2019年糖料蔗应用水肥一体化技术（处理F3）与常规施肥（CK）比较，产量增加80.85 t/hm2，其中新植蔗增加12.6 t/hm2，宿根蔗增加68.25 t/hm2；收入增加36 382.5元/hm2，其中新植蔗增加5 670元/hm2，宿根蔗增加30 712.5元/hm2。核减糖料蔗增加的成本费用后，应用水肥一体化技术（F3）实际比常规施肥（CK）增加收入26 806.5元/hm2。
表4 宿根糖料蔗农艺状
Table 4 Agronomic characters of new planted ratoon sugarcane
注：同一指标同行数据后小写英文字母不同者表示差异显著。
Note: Different lowercase letters in the same line of the same index represent significant differences.
年份Year发株率Emergence rate（%）株高Plant height（cm）有效茎数Number of effective stalk（stem/hm2）CK F3 CK F3 CK F3 2016 121.12±3.05a 133.23±3.68a 184.2±13.8b 202.2±12.9a 64472±2241b 68554±2251a 2017 101.03±3.65b 122.19±3.89a 169.0±12.6a 176.0±14.3a 62161±3341b 66753±3672a 2018 98.12±2.98b 119.66±4.02a 162.3±14.7b 184.8±13.9a 55148±4352b 66143±3012a 2019 85.29±2.87b 111.17±3.42a 160.1±13.5b 177.8±15.0a 53497±3142b 64062±3322a
表5 宿根糖料蔗经济性状
Table 5 Economic characters of new planted ratoon sugarcane
注：同一指标同行数据后小写英文字母不同者表示差异显著。
Note: Different lowercase letters in the same line of the same index represent significant differences.
年份Year蔗茎重Cane stalk weight（kg）蔗产量Cane yield（t/hm2）蔗糖分Sucrose content（%）CK F3 CK F3 CK F3 2016 1.51±0.19a 1.66±0.24a 89.55±5.40b 102.45±6.75a 13.13±0.27a 13.21±0.24a 2017 1.31±0.22b 1.53±0.21a 61.20±7.20b 77.10±4.65a 12.42±0.52a 12.76±0.48a 2018 1.45±0.15b 1.65±0.17a 73.05±6.75b 92.40±4.20a 12.75±0.41a 13.16±0.29a 2019 1.38±0.19b 1.59±0.21a 62.70±7.20b 82.80±4.05a 12.52±0.49a 12.86±0.34a
表6 糖料蔗田管成本情况
Table 6 Cost of sugarcane field management
注：（1）机械破垄施肥一次375元/hm2，滴灌淋水一次150 元/hm2，施水肥一次195 元/hm2；（2）N16贴片式滴灌管带0.14 元/m、12 000 m/hm2，16PE软管球阀旁通1.2 元/个、180 个/hm2，主管Φ63PE软水管2 元/m、180 m/hm2,安装费用450 元/hm2，球阀旁通和主管可以连续使用，其他含设备折旧及维护等费用。
Note:（1）The cost of mechanical ridge breaking and fertilization is 375 yuan /hm2 for one time, the drip irrigation for one time is 150 yuan/hm2, and the application of water and fertilizer is 195 yuan /hm2 ;（2）The cost of N16 patch type drip irrigation belt is 0.14 yuan/m（12 000 m/hm2）, 16 PE hose valve switch is 1.2 yuan/piece（180 piece/ hm2）, Φ 63 PE water hose of main pipe is 2 yuan/m（180 m/hm2）;（3）The cost of pipeline installation is 450 yuan/hm2.The ball valve switch and the main pipe can be used continuously.Other costs include equipment depreciation and maintenance.
成本Cost常规（CK）Conventional（CK）水肥一体化技术（F3）Fertiogation technology（F3）新植蔗（元/hm2）New planted cane（yuan/hm2）宿根蔗（元/hm2·年）Ratoon cane（yuan/hm2·year）新植蔗（元/hm2）New planted cane（yuan/hm2）宿根（元/hm2）Ratoon cane（yuan/hm2）2016 2017 2018 2019肥料费用Cost of fertilizer 6390 6390 4854 4854 4854 4854 4854滴管材料及安装费用Costs of dropper materials and installation 2706 2130 2130 2130 2130机械施肥费用Cost of mechanical fertilization 375 750 375 375 375 375施水肥费用Cost of applying water and fertilizer 585 585 585 585 585滴灌淋水费用Cost of drip irrigation 600 600 450 300 150防病虫及除草费用Cost of pest control and weeding 450 450 450 450 450 450 450其他费用Other cost 150 150 150 150 150合计Total 7215 7590 9345 9144 8994 8844 8694
表7 糖料蔗经济收益情况
Table 7 Economic benefits of sugarcane
年份Year甘蔗产量Sugarcane yield（t/hm2）甘蔗收入（元/hm2）Sugarcane income（yuan/hm2）CK F3 CK F3 2015 94.20 106.80 42390.0 48060.0 2016 89.55 102.45 40297.5 46102.5 2017 61.20 77.10 27540.0 34695.0 2018 73.05 92.40 32872.5 41580.0 2019 62.70 82.80 28215.0 37260.0合计Total 244.95 461.55 110227.5 207697.5
3 讨论
水肥一体化技术能减少化学肥料的施用，提高作物对化学肥料的利用率，使其增产增收［21］。将水肥一体化技术应用到糖料蔗生产田管中，通过比较新植蔗农艺、经济性状与收益，筛选出最优肥料配比：尿素450 kg/hm2、农用钙镁磷肥1 500 kg/hm2、农用硫酸钾180 kg/hm2、复合肥270 kg/hm2、有机肥1 350 kg/hm2，合计施用化学肥料量为2 400 kg/hm2，比常规施肥对照3 000 kg/hm2，减少600 kg/hm2，节省化学肥料20%，但糖料蔗发株率、株高，有效茎数、蔗茎重和蔗产量仍显著高于常规施肥对照。这与杨胜［10］、陈建国［15］、马富国［21］报道水肥一体化技术能提高肥料利用率相一致，但对比国外如以色列（节肥率在40%～50%）等发达国家，其节肥率仍有待进一步深入研究。
糖料蔗应用水肥一体化技术可以增加甘蔗收入［18］。按本地区实际生产效益，糖料蔗种植到第3年产量小于75 t/hm2将淘汰重新种植，常规施肥对照第3年（2017年）宿根产量为61.2 t/hm2，故2018年和2019年不作比较，因此常规施肥糖料蔗收入按3年计算（新植1年，宿根2年），甘蔗收入为110 227.5元/hm2，去除田管成本22 395元/hm2和砍收成本35 517.75元/hm2（本地区人工砍收等费用145元/t，下同），实际收入52 314.75元/hm2。应用水肥一体化技术糖料蔗种植达到5年（新植1年，宿根4年），比常规施肥对照延长宿根2年，其前3年甘蔗收入为128 857.5元/hm2，去除田管成本27 483元/hm2和砍收成本41 520.75元/hm2，实际收入59 853.75元/hm2，比常规施肥对照实际增加收入7 539元/hm2；其后两年宿根蔗甘蔗收入78 840元/hm2，去除田管成本17 538元/hm2和砍收成本25 404元/hm2，实际收入35 898元/hm2。因此，糖料蔗田管应用水肥一体化技术，比常规施肥对照实际累计增加收入43 437元/hm2。
本研究发现试验地糖料蔗种植行距太窄，试验进行到第6年，因蔗垄过高大，机械破垄施基肥难以开展，糖料蔗被迫淘汰。国内冯志高等［22］已报道不同行距对甘蔗产量及糖分的有一定影响，而国外甘蔗宿根年限长的国家如巴西［23］，甘蔗种植行距一般在1.4 m以上。因此，糖料蔗进行多年宿根，种植行距应控制在1.2～1.4 m，以适应机械化田管作业。
4 结论
应用水肥一体化技术进行糖料蔗田管，能延长宿根年限2年，减少化学肥料的施用量，增加经济收入，可作为提升本地区宿根蔗田管质量、产量及延长宿根年限技术大面积推广应用。这是国内首次研究水肥一体化技术延长糖料蔗宿根年限，也为糖料蔗提质增效提供了一种新途径。
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