樊保宁，丘立杭*，游建华，庞天，罗含敏，覃诺忠，闫海锋

（1广西农业科学院甘蔗研究所/广西甘蔗遗传改良重点实验室/农业农村部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室，广西南宁530007；2南宁市天元顺丰科技有限公司，广西南宁530225）

0 引言

【研究意义】目前，我国耕地土壤质量持续恶化现状日益严重，土壤有机碳缺失和补偿已成为土壤改良的研究热点（罗寅辉等，2019）。糖料甘蔗的种植多以旱坡地为主，蔗地土壤有机质含量普遍较低（樊保宁和黄真理，2007），且糖料甘蔗长期面临连作种植，再加上连年施用化肥，致使土壤有机质含量逐步降低、土壤日趋板结、土壤微生物活性降低（林海荣，2017），蔗区土壤有机碳缺失，导致甘蔗单产低、糖分不高。因此，有机碳肥的应用研究对改良蔗区土壤和甘蔗的高产高糖栽培均具有重要意义。【前人研究进展】有机碳肥可协同促进作物对其他营养元素的吸收利用，提高肥料的利用率，在许多作物的栽培中应用效果良好（朱昌雄和李瑞波，2013）。陈秀莲等（2014）研究表明，在常规施肥基础上配施液态有机碳肥，蕹菜的株高、茎粗和单株鲜重均明显增加，产量比常规施肥基础上的等量清水浇灌增加8.6%，比单纯常规施肥方式增产9.6%。王百顺和刘保成（2018）研究表明，玉米种植中以600 kg/ha复合肥配施有机碳肥，当有机碳肥用量在0～450 kg/ha范围时，玉米产量与有机碳肥的施用量成正比。柳沈辉等（2018）利用液态有机碳肥培育3年生嘉宝果幼苗，发现有机碳肥对嘉宝果实生苗地上部生长量有一定促进作用，以每盆施150 mL有机碳效果最显著。刘保成和王百顺（2019）研究指出，有机碳肥可提高花生的单株果数和百果重，以施用750 kg/ha有机碳肥效果最佳。钟宏科等（2020）在大白菜上的有机碳肥施用试验表明，有机碳肥添加比例为8%时效果最佳，可较对照增产27.56%。有机碳肥不仅对作物增产有巨大潜力，在作物抗逆方面也发挥重要作用。蒋宇仙等（2021）等发现液态有机碳肥不仅可提高低温胁迫下烟苗的生长和干物质积累，还可提高相关抗逆酶的活性，从而增强烟苗抗逆性，有利于低温下烟苗早生快发。孙蕾（2021）系统分析了有机碳肥的碳效应，发现有机碳肥施用可促进作物光合作用而增加其固碳量，弱光照下这种作用效果更明显；还能提高无光照下作物能量代谢酶活性和代谢产物的含量，并通过延缓酶活性下降来稳定逆境下的作物生长，提高作物地上部干物质的量、株高和叶面积。由此可见，有机碳肥在促进作物生长、提高作物产量和效益上发挥着积极作用。【本研究切入点】目前，施用有机碳肥在糖料甘蔗产量形成上的研究鲜见报道，其对糖料甘蔗糖分的影响也有待研究。【拟解决的关键问题】采用随机区组设计，通过糖料甘蔗田间小区试验，分析施用有机碳肥对糖料甘蔗产量形成和糖分的影响，以期为有机碳肥在糖料甘蔗上的推广应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及试验地概况

供试甘蔗品种为目前我国种植面积最大的主栽品种桂糖42号。试验用有机碳肥养分含量：有机质≥45%、生物活性碳≥25%、矿物腐殖酸≥9%、生化黄腐酸≥2.5%、总氨基酸≥2%、NPK≥8%；碳基有机—无机复混肥养分含量NPK≥30%（10-10-10）、有机质≥20%、水溶性有机质≥10%、生物活性碳≥10%。碳肥由南宁市天元顺丰科技有限公司生产。常规肥料为市售红鹰牌甘蔗复混肥，养分含量：NPK总养分含量≥31%（16-5-10）、尿素N≥46%。

于2019年在广西来宾市兴宾区蒙村镇河敏村进行田间试验。试验地属旱坡地，土壤为红、黄壤混合类型，土壤翻耕和平整后，随机选取20个点的15 cm耕作层土样，混合后进行测定分析，土壤养分情况：pH 5.72、有机质13.50 g/kg、全氮1.25 g/kg、全磷0.48 g/kg、全钾5.63 g/kg、碱解氮73.4 mg/kg、有效磷37.6 mg/kg、速效钾98.7 mg/kg。

1.2 试验方法

试验设4个处理：处理A，施用1800 kg/ha有机碳肥；处理B，施用1800 kg/ha碳基有机—无机复混肥；处理C，施用900 kg/ha有机碳肥+1800 kg/ha甘蔗复混肥；对照（CK），1800 kg/ha甘蔗复混肥+750 kg/ha尿素（蔗农习惯施肥量）。其中，处理A的有机碳肥作为基肥一次性施用，处理B、处理C和CK的肥料分2次施用，基肥施入30%，中耕培土施入70%。试验采用随机区组设计，3次重复，各小区5行，行距1.20 m，行长11.11 m，小区面积66.7 m。2月18—19日种植甘蔗，下种量67500芽/ha，其他措施按常规种植进行管理。

1.3 测定项目及方法

3月23日调查各处理小区萌芽数，计算萌芽率，萌芽率（%）=萌芽数/种植芽数×100；4月26日调查分蘖数，计算分蘖率，分蘖率（%）=分蘖数/主苗数×100；调查单位面积蔗苗数。每处理小区同行连续标记20株甘蔗，自5月下旬至9月下旬，每月分别测量蔗株株高，计算月生长速度，月生长速度（cm）=当月平均株高-上月平均株高。12月26日进行小区蔗茎产量测定，同时调查每处理小区甘蔗有效茎数，计算成茎率，成茎率（%）=有效茎数/蔗苗数×100。每小区随机选取20株健康甘蔗植株测量其株高（茎长）、茎径、单茎重和锤度。计算蔗茎蔗糖分含量，蔗糖分（%）=锤度×1.0825-7.703。产糖量按蔗糖回收率85%计算，产糖量=蔗茎产量×蔗糖分×85%。

农业产值按2018/2019榨季广西原料蔗价490元/t、有机碳肥1720元/t、碳基有机—无机肥2520元/t、甘蔗复混肥2400元/t、尿素2400元/t、施肥人工600元/ha、砍收人工120元/t计；工业产值按2018/2019榨季广西蔗糖市场价5380.0元/t计。

1.4 统计分析

使用Excel 2010进行数据整理，以SPSS 20.0进行统计分析，各农艺性状参数间的差异分析采用单因素方差分析的最小显著性差异法（LSD）。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对甘蔗萌芽率、分蘖率和成茎率的影响

由表1可知，不同处理的甘蔗萌芽率差异不显著（＞0.05，下同），说明各施肥处理对甘蔗萌芽无明显影响。到甘蔗分蘖期时，处理B的分蘖率（65.6%）最高，显著高于处理A的分蘖率（62.4%）（＜0.05，下同），极显著高于CK的分蘖率（61.2%）（＜0.01，下同），处理C的分蘖率（63.9%）也显著高于CK。甘蔗成茎率也以处理B最高（86.0%），极显著高于其他处理，处理B的成茎率次之（83.5%），也极显著高于处理A和CK。其中，处理A的分蘖率高于CK，其成茎率却低于CK，但差异均不显著。综上可知，施用碳基有机—无机复混肥能较好地促进甘蔗分蘖和有效茎的形成，有机碳肥+复混肥的施用效果次之。

2.2 不同施肥处理对甘蔗月生长速度的影响

由表2可知，6—9月甘蔗的平均生长速度也受不同施肥处理的影响。处理B的蔗茎伸长最快，平均月生长速度极显著高于其他处理；处理C的蔗茎月生长速度次之，显著高于处理A，极显著高于CK；处理A的蔗茎月生长速度略高于CK，但两者差异不显著。由此可知，施用碳基有机—无机复混肥能有效促进甘蔗茎的快速生长，施用有机碳肥+复混肥的效果次之。

2.3 不同施肥处理对甘蔗产量性状的影响

由表3可知，不同施肥处理的甘蔗产量构成存在差异，甘蔗的株高、茎径、单茎重、有效茎数和产量均表现为处理B＞处理C＞处理A＞CK，其中处理B的产量达79.5 t/ha，较CK极显著增产14.9%，也极显著高于处理B和处理A。说明施用碳肥有利于甘蔗株高和茎径的生长，可增加单茎重和有效茎数，进而提高甘蔗产量，以碳基有机—无机复混肥对甘蔗生产的促进效果最佳，其次为有机碳+复混肥处理。

2.4 不同施肥处理对甘蔗蔗糖分的影响

由表4可知，不同施肥处理的甘蔗田间锤度差异不显著，但各有机碳肥处理的蔗糖分含量均高于CK，且差异达极显著水平。处理B的蔗糖分含量最高，处理C次之，二者差异不显著，但均极显著高于处理B和CK。说明施用有机碳肥可提高甘蔗蔗糖分，改善甘蔗品质，且以碳基有机—无机肥或与复混肥同时施用的增糖效果较好，比蔗农习惯用肥可提高甘蔗蔗糖分0.77%～1.20%（绝对值）。

2.5 不同施肥处理的经济效益分析

2.5.1 农业效益分析 从表5可知，不同处理的农业产值表现为处理B＞处理C＞处理A＞CK。扣除肥料成本、施肥及砍收等人工费后，各处理农业净产值排序为处理B＞处理A＞处理C＞CK。其中，施用碳基有机—无机肥（处理B）可提高甘蔗产量和农业产值，增加的经济效益最高；单一施用有机碳肥在提高甘蔗产量和产值方面低于有施用有机碳配施复混肥，但由于其肥料成本较低，最终获得的经济效益反而优于有机碳配施复混肥处理。

2.5.2 工业效益分析 从表6可知，各处理下甘蔗产糖量及其工业产值均表现为处理B＞处理C＞处理A＞CK，其中施用碳基有机—无机肥处理的工业产值最高，达64183.4元/ha，较CK增加23.2%，施用有机碳肥+复混肥和施用有机碳肥的工业产值较CK分别增加14.8%和8.9%。说明甘蔗施用有机碳肥或碳基有机—无机肥，或有机碳肥与复混肥配施，均可获得良好的经济效益，且以施用碳基有机—无机复混肥的效果较佳。

3 讨论

3.1 有机碳肥对甘蔗生长发育的影响

甘蔗植株积累的干物质中，有机物占90%左右，主要来自蔗叶的光合作用，而植株生长及其光合作用与土壤养分情况密切相关（李杨瑞，2010）。大田生产条件下，土壤中释放的碳源（CO）每天每平方米旱地可达1.5 g以上（Wang et al.，2022）。前人研究表明，农田土壤的有机碳含量可影响作物产量，且通过改善耕地土壤有机碳含量来实现作物增产的潜力巨大，土壤中较高的有机碳含量对节本增效作用显著（邱建军等，2009）。耕作方式和施肥是影响土壤有机碳含量的重要因素（郭胜利等，2008；金朝强和聂立孝，2020）。目前，有机碳肥施用是土壤碳的主要来源（向清慧等，2020）。蔗田中土壤有机碳源增多，可促进微生物繁殖活动增强，释放较多CO，使叶层的CO浓度达0.04%～0.05%，同时也改善土壤水溶有机碳的熵值，这些均有利于甘蔗的营养吸收和光合作用（李杨瑞，2010）。本研究结果表明，施用碳基有机—无机复混肥、有机碳肥+复混肥处理的甘蔗分蘖率、伸长速度、成茎率等显著高于对照，增施有机碳肥增加了蔗田土壤中的碳源，从而促进苗期的甘蔗分蘖，加速蔗茎的月生长速率，使得甘蔗后期形成更多的有效茎数，提高其成茎率，最终全面促进甘蔗的生长发育。有机碳肥促进甘蔗生长发育的原因可能是丰富的土壤有机碳源为土壤有益微生物活动提供了充足的有机营养，使微生物快速繁殖以分解有机物质，改善土壤条件为作物提供充足的养分，并源源不断地释放CO以满足甘蔗不同冠层叶片光合作用的需求（向清慧等，2020）。目前，广西蔗区的甘蔗常年连作，土壤酸化和有机质含量严重不足，可见，蔗田土壤有机碳源的补充，特别是对属于高光效C作物的甘蔗，应引起更多重视。

3.2 有机碳肥对甘蔗产量及经济效益的影响

有机碳肥可为作物提供小分子水溶有机碳，协同促进作物吸收其他营养物质（向清慧等，2020）。同时，有机碳肥也是传统有机肥的高效换替产品，其有效碳含量是普通有机肥的20倍左右，在作物增产增效上有积极作用（邱建军等，2009；朱昌雄和李瑞波，2013）。研究表明，在原生态环境中，植物根部可快速吸收地表腐殖质的水溶物（类黄腐酸），其有机碳占50%～60%（王曰鑫和李强，2020）。秸秆覆盖还田的有机碳源增加可改善大豆产量构成因素的综合表现，进而影响其产量形成（蔡丽君等，2021），同样的结果在旱地冬小麦上也有体现（叶元生等，2021）。本研究中，单一有机碳肥施用后可使甘蔗获得较高产量，即比蔗农习惯用肥对照的甘蔗增产2.8 t/ha以上，且碳基有机—无机复混肥和有机碳肥+复混肥配施处理的增产效果更显著，说明蔗田增施有机碳源可提高甘蔗单产，与前人研究结果一致。甘蔗产量构成的主要农艺性状调查结果表明，与对照相比，有机碳增施有效地促进甘蔗株高、茎径、有效茎数和单茎重等的形成，从而改善甘蔗产量性状的综合表现，实现其单产的增加。此外，蔗田增施有机碳肥，增加了碳源，不仅促进甘蔗产量性状生长的综合表现，还促进蔗糖的生物合成和积累。施用有机碳源后甘蔗蔗糖分比蔗农习惯用肥的单施无机化肥对照提高0.77%～1.20%（绝对值）。同时，在增产和糖分提高的前提下，不同有机碳源增施处理后甘蔗的农业效益和工业效益均有所增加。由此可见，有机碳肥的施用对甘蔗具有增产增效的作用。

甘蔗产量的形成是许多农艺性状生长的综合表现，受蔗田土壤必需养分元素相对供给量的影响（李杨瑞，2010）。本研究通过有机碳和无机营养元素联合施用实现甘蔗增产增效，说明土壤有机碳与甘蔗产量息息相关。然而，土壤中的各种营养元素间的吸收和利用有同时空效应，即甘蔗吸收有机养分和无机成分协同进行，具有同时、共空的特点（樊保宁，2007），而有机碳与无机营养的相互效应及其同时、共空对甘蔗增产的作用机理还有待进一步探究。

4 结论

施用有机碳肥可改善甘蔗产量相关农艺性状的综合表现，提高糖料甘蔗产量和蔗糖分，实现增产增效，以碳基有机—无机肥混施的效果最佳。建议在土壤有机碳缺失普遍的广西蔗区推广应用有机碳肥，以促进农民增收、企业增效。