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摘 要： 摘要：宿根蔗機(jī)械化收獲造成蔗區(qū)土壤理化特性和生物學(xué)性能改變，甘蔗地下芽庫(kù)生長(zhǎng)發(fā)育和后期出苗受到影響，最終導(dǎo)致甘蔗產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降。本研究以機(jī)收對(duì)宿根蔗地下芽庫(kù)構(gòu)成及萌發(fā)的影響為切入點(diǎn)，采用兩種收獲方式(機(jī)收和人工收獲)為主區(qū)，5個(gè)甘蔗品種(R
摘要：宿根蔗機(jī)械化收獲造成蔗區(qū)土壤理化特性和生物學(xué)性能改變，甘蔗地下芽庫(kù)生長(zhǎng)發(fā)育和后期出苗受到影響，最終導(dǎo)致甘蔗產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降。本研究以機(jī)收對(duì)宿根蔗地下芽庫(kù)構(gòu)成及萌發(fā)的影響為切入點(diǎn)，采用兩種收獲方式(機(jī)收和人工收獲)為主區(qū)，5個(gè)甘蔗品種(“ROC”22、GT32、YZ05-51、FN39和YT93-159)為副區(qū)，在大田條件下連續(xù)3年研究收獲方式對(duì)土壤緊實(shí)度、宿根蔗地下芽庫(kù)數(shù)量和萌發(fā)成苗的影響。主要研究結(jié)果如下：機(jī)收能顯著增加土壤緊實(shí)度，在10cm和20cm土壤深度條件下，3年宿根甘蔗機(jī)械收獲土壤緊實(shí)度較人工收獲分別增加了72%～200%和41%～155%;隨宿根年限的增加，人工和機(jī)收處理，甘蔗地下芽庫(kù)數(shù)量呈相反的變化趨勢(shì)，人工收獲呈增加趨勢(shì)，而機(jī)收呈降低趨勢(shì)，第3年宿根人工收獲條件下地下芽庫(kù)總數(shù)量為178個(gè)/m2，顯著高于機(jī)械收獲的92個(gè)/m2;地下芽庫(kù)數(shù)量及萌發(fā)率與宿根發(fā)株成苗量呈顯著正相關(guān)，表明機(jī)收處理下的宿根蔗成苗量更依賴地下芽庫(kù)的萌發(fā)率。
關(guān)鍵詞：甘蔗;宿根;機(jī)械收獲;人工收獲;機(jī)械壓實(shí);地下芽庫(kù);成苗
0引言
砍收作為甘蔗生產(chǎn)主要環(huán)節(jié)，占甘蔗生產(chǎn)作業(yè)成本的55%，占總勞動(dòng)量的50%[1-2]。因此，大力推廣機(jī)械化收獲對(duì)降低甘蔗生產(chǎn)成本具有重要意義。目前，國(guó)內(nèi)甘蔗收割機(jī)以大型聯(lián)合切斷式收割機(jī)和小型割鋪機(jī)為主，農(nóng)機(jī)使用過(guò)程中反復(fù)碾壓會(huì)造成土壤壓實(shí)，直接引起土壤容重、孔隙度、水分分布等土壤理化特性的改變。劉曉燕[3]研究機(jī)收對(duì)甘蔗生長(zhǎng)發(fā)育的影響發(fā)現(xiàn)，機(jī)械壓實(shí)對(duì)蔗田土壤容重，含水量、pH、速效養(yǎng)分等土壤理化特性有顯著影響，從而導(dǎo)致甘蔗干重顯著下降，發(fā)株數(shù)顯著減少，蔗莖減產(chǎn)7.43%。趙培方[4]通過(guò)研究小型機(jī)收在第1年和第2年宿根甘蔗產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，機(jī)收兩年后宿根甘蔗產(chǎn)量均低于人工收獲，第2年宿根顯著減產(chǎn)，較人工收獲減產(chǎn)15.05t/hm2，減產(chǎn)幅度達(dá)15.64%。
相關(guān)期刊推薦：《中國(guó)糖料》SugarCropsofChina(季刊)曾用刊名：中國(guó)甜菜，1979年創(chuàng)刊，農(nóng)業(yè)技術(shù)類科技期刊。主要報(bào)導(dǎo)甜菜、甘蔗、甜葉菊等糖料作物的育種、良種每秒育、耕作栽培、病蟲(chóng)害防治、生物技術(shù)等方面的研究成果、先進(jìn)實(shí)用的高產(chǎn)栽培技術(shù)及國(guó)內(nèi)外科研、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)等。
甘蔗地下芽庫(kù)是指上一季作物收獲后單位面積內(nèi)地下芽的總數(shù)，由單株地下芽數(shù)與留于地下蔗蔸數(shù)構(gòu)成，是宿根甘蔗成苗的基礎(chǔ)[4]。機(jī)收后土壤壓實(shí)，植物根系生長(zhǎng)速度變慢，根系變短變粗，根量減少，由于土壤阻力的作用，根系空間分布以橫向分布的增加為主，從而導(dǎo)致根系正常生長(zhǎng)受阻，對(duì)土壤中水分和養(yǎng)分的吸收能力變?nèi)酰瑢?dǎo)致對(duì)地下芽庫(kù)營(yíng)養(yǎng)體水分養(yǎng)分供給不足，影響宿根蔗地下芽庫(kù)發(fā)株成苗及后期的生長(zhǎng)發(fā)育[5-6]。因此研究機(jī)械壓實(shí)造成的土壤緊實(shí)度增加對(duì)宿根蔗地下芽及苗期生長(zhǎng)發(fā)育的影響對(duì)明確宿根減產(chǎn)機(jī)理具有重要意義。
1材料與方法
1.1試驗(yàn)區(qū)概況
田間試驗(yàn)設(shè)置于云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所第一科研基地(103°15′E,23°42′N)。土壤類型為粘壤土，土壤養(yǎng)分情況：有機(jī)質(zhì)25.5mg/kg、堿解氮86.1mg/kg、速效磷73.9mg/kg、速效鉀124.0mg/kg、pH7.6。
1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)
采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，以兩種收獲方式(人工收獲MH和小型機(jī)收SMH)為主區(qū)，5個(gè)甘蔗品種(“ROC”22、GT32、YZ05-51、FN39和YT93-159)為副區(qū)。試驗(yàn)設(shè)4次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)7行，行長(zhǎng)8.0m，行距1.2m，面積67.2m2。試驗(yàn)于2016至2019年間實(shí)施，新植蔗于2016年2月種植，下芽量為12萬(wàn)芽/hm2，種植深度約10cm。試驗(yàn)各處理的栽培管理措施與常規(guī)管理措施一致，為防止破壞機(jī)收土壤緊實(shí)度脅迫，全生育期內(nèi)不進(jìn)行中耕培土。每年施用尿素(含N46%)、過(guò)磷酸鈣(含P2O516%)和硫酸鉀(含K2O52%)各750kg/hm2、750kg/hm2和150kg/hm2。
1.3收獲處理
每一季作物在每年2月底至3月中旬收獲。人工收獲處理采用傳統(tǒng)鐮刀砍收方式，沿土表砍下蔗莖，并于生長(zhǎng)點(diǎn)砍去蔗莖梢頭部分。機(jī)收處理采用小型往復(fù)式收割機(jī)(型號(hào)：為4GZW—0.8，切割速度：4～7次/s)收獲。機(jī)收后，砍倒的甘蔗通過(guò)人工收獲方式收獲。為模擬機(jī)收對(duì)土壤緊實(shí)度的影響，每季甘蔗收獲均于機(jī)收小區(qū)由負(fù)重后7t的拖拉機(jī)沿蔗蔸碾壓5次，胎面寬度20cm，前輪單胎，后輪雙胎。為降低試驗(yàn)誤差，每季機(jī)收及緊實(shí)度碾壓處理均由同一臺(tái)機(jī)械和同一組機(jī)手操作。
1.4數(shù)據(jù)收集
1.4.1土壤緊實(shí)度測(cè)量
甘蔗種植深度約為10cm，因此，萌發(fā)成苗的地下芽主要分布于0～20cm土層之內(nèi)，甘蔗收獲并進(jìn)行模擬機(jī)收碾壓處理后，采用土壤硬度計(jì)(型號(hào)：DS/TYD—2，量程：500N/cm2)測(cè)量甘蔗品種“ROC”22所在的4個(gè)小區(qū)不同深度土壤硬度。選取距離蔗蔸約5～10cm測(cè)量土壤緊實(shí)度。以土壤硬度計(jì)上標(biāo)尺為參考，每年甘蔗收割后測(cè)量地下10cm和20cm深度的土壤緊實(shí)度，每個(gè)小區(qū)各土壤深度緊實(shí)度取4次讀數(shù)均值。為便于比較，采用公式1MPa=100N/cm2，將原始數(shù)據(jù)單位轉(zhuǎn)化為MPa[4]。
1.4.2地下芽庫(kù)成苗量
調(diào)查每季宿根作物4月和5月每小區(qū)3～4行總苗量，折算為千苗/hm2。調(diào)查苗量包含各小區(qū)發(fā)株及分蘗苗數(shù)量。4月份苗量視為早期苗量，5月份視為分蘗盛期總苗量。
1.4.3地下芽數(shù)量測(cè)定
甘蔗地下芽庫(kù)由收獲后地下蔗蔸數(shù)和單株地下芽數(shù)量構(gòu)成。收獲后，調(diào)查每個(gè)小區(qū)3～4行上蔗蔸數(shù)，并在各小區(qū)第5行上，采用鋤頭挖出地下蔗蔸，清水沖洗后調(diào)查每蔗蔸地下芽數(shù)量，每小區(qū)調(diào)查6～12個(gè)蔗蔸，取平均值。以上蔗蔸數(shù)和蔗蔸上芽數(shù)的乘積作為各小區(qū)地下芽庫(kù)數(shù)量，折算為每平方米地下芽庫(kù)數(shù)量。
1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析
土壤緊實(shí)度、地下芽庫(kù)、苗量等的分析采用StatistixV8田間統(tǒng)計(jì)軟件裂區(qū)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行方差分析，并做LSD多重比較。其中，收獲方式和品種分別作為模型中的主區(qū)和副區(qū)。采用StatistixV8軟件計(jì)算Pearson相關(guān)系數(shù)和顯著性。
2結(jié)果與分析
2.1機(jī)收對(duì)土壤緊實(shí)度的影響
如表1所示，機(jī)械收獲能顯著增加蔗田不同深度土壤緊實(shí)度，且土壤緊實(shí)度隨宿根年限的增加逐漸加強(qiáng)。10cm土壤深度條件下，3年宿根試驗(yàn)機(jī)械收獲條件下土壤緊實(shí)度分別為1.70、2.10和3.37MPa，顯著高于人工收獲土壤緊實(shí)度，較人工收獲分別增加了72%、200%和88%。蔗田土壤緊實(shí)度隨土層深度的增加逐漸增加，20cm土壤深度條件下，3年宿根試驗(yàn)機(jī)械收獲條件下土壤緊實(shí)度分別為2.36、3.32和4.52MPa，較10cm土壤深度條件下緊實(shí)度增加，且顯著高于人工收獲1.67、1.30和3.10MPa，較人工收獲分別增加41%、155%和46%。蔗田土壤緊實(shí)度增加會(huì)顯著影響土壤通氣狀況、田間持水量、土壤有效養(yǎng)分利用效率等理化特性及土壤中微生物種類和活性[7-9]。因此，甘蔗機(jī)收后配套相應(yīng)的農(nóng)藝管理措施，解除土壤緊實(shí)度脅迫，對(duì)甘蔗宿根出苗及后期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)具有重要意義。
2.2機(jī)收對(duì)不同甘蔗品種地下芽庫(kù)數(shù)量的影響
如圖1所示，隨宿根年限的增加，人工收獲條件下地下芽庫(kù)總數(shù)量分別為110、116和178個(gè)/m2，呈現(xiàn)逐年增加趨勢(shì);機(jī)收處理?xiàng)l件下，除“ROC”22地下芽庫(kù)數(shù)量隨宿根年限的增加呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，YT93-159、FN39、GT32和YZ05-51的地下芽庫(kù)數(shù)量均呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，5個(gè)品種地下芽庫(kù)總平均量分別為112、109和92個(gè)/m2。其中，人工收獲地下芽庫(kù)總數(shù)量顯著高于機(jī)械收獲，這可能與機(jī)收造成土壤緊實(shí)度逐年加大有關(guān)。
2.3機(jī)收對(duì)宿根蔗地下芽庫(kù)萌發(fā)率的影響
以地下芽數(shù)量和發(fā)株量計(jì)算地下芽庫(kù)萌發(fā)率發(fā)現(xiàn)，如圖2所示，3年宿根人工收獲5月份地下芽萌發(fā)率分別為10.18%、10.66%和9.05%，機(jī)收條件下萌發(fā)率分別為8.68%、9.62%和21.32%。機(jī)收條件下，第1～2年宿根地下芽庫(kù)萌發(fā)率較人工收獲低，第3年則較人工收獲顯著升高。試驗(yàn)中5個(gè)甘蔗品種機(jī)收處理前兩年宿根4月份和5月份的地下芽萌發(fā)率均低于人工收獲，第3年宿根時(shí)，機(jī)收處理下4月份和5月份的地下芽庫(kù)萌發(fā)率顯著高于人工收獲。如2.2中所述，第3年宿根時(shí)，機(jī)收處理的地下芽庫(kù)數(shù)量?jī)H為人工收獲的一半，因此，雖然萌發(fā)率顯著高于人工收獲，但機(jī)收處理第3年宿根的4月份和5月份苗量仍顯著低于人工收獲。
2.4機(jī)收對(duì)宿根蔗地下芽庫(kù)萌發(fā)成苗量的影響
宿根蔗地下芽庫(kù)的萌發(fā)成苗，是宿根甘蔗收獲期產(chǎn)量形成的重要基礎(chǔ)。由表2可知，由于新植蔗不受收獲方式處理影響，不同收獲條件下，新植蔗4月和5月處理間苗量無(wú)顯著差異。從第1年宿根開(kāi)始，連續(xù)3年，人工收獲條件下4月份苗量分別為80.7、69.89和92.88千苗/hm2，5月份苗量分別為110.15、124.19和150.47千苗/hm2;機(jī)械收獲條件下4月份苗量分別為72.52、39.32和80.99千苗/hm2，5月份苗量分別為98.99、106.55和138.02千苗/hm2，分析可得，機(jī)收處理4月份(除第3年宿根外)和5月份的苗量均顯著低于人工收獲處理。可見(jiàn)，機(jī)收條件下的地下芽庫(kù)萌發(fā)成苗顯著低于人工收獲。
2.5機(jī)收條件下宿根蔗地下芽與成苗相關(guān)性分析
2.5.1地下芽庫(kù)數(shù)量與宿根苗量的相關(guān)性
地下芽庫(kù)是宿根蔗苗期的成苗基礎(chǔ)。由表3可知，地下芽庫(kù)數(shù)量與宿根成苗量相關(guān)系數(shù)為0.267～0.845，存在正相關(guān)性。人工收獲條件下，相關(guān)系數(shù)為0.079～0.797;在機(jī)收條件下，相關(guān)系數(shù)為0.215～0.874。3年均值相關(guān)系數(shù)表明，地下芽庫(kù)與4月份成苗的相關(guān)系數(shù)為0.626(P<0.001)，與5月份成苗的相關(guān)系數(shù)為0.584(P<0.001);在人工收獲條件下，與4月份和5月份的成苗相關(guān)系數(shù)分別為0.424和0.460(P<0.001);在機(jī)收條件下分別為0.592(P<0.01)和0.635(P<0.01)。各次試驗(yàn)地下芽庫(kù)數(shù)與成苗量的相關(guān)性表明，人工收獲條件下的相關(guān)系數(shù)均低于機(jī)收條件下的相關(guān)系數(shù)，即在機(jī)收條件下，地下芽庫(kù)數(shù)量對(duì)成苗量更為重要。因?yàn)椋跈C(jī)收條件下，土壤緊實(shí)度的脅迫不利于地下芽的萌發(fā)。在第3年宿根時(shí)，人工收獲條件下地下芽庫(kù)數(shù)量與4月和5月成苗量的相關(guān)系數(shù)僅分別為0.079和0.226，機(jī)收條件下的相關(guān)系數(shù)為0.213和0.217。此外，第3年宿根兩種收獲處理地下芽庫(kù)數(shù)量與成苗量均無(wú)顯著相關(guān)性，這可能與第3年宿根缺塘面積較大有關(guān)。
2.5.2地下芽庫(kù)萌發(fā)率與宿根發(fā)株量的相關(guān)性
第1年和第2年宿根4月份和5月份地下芽庫(kù)的萌發(fā)率與宿根發(fā)株苗量之間的相關(guān)系數(shù)為0.812～0.877，人工收獲條件下相關(guān)系數(shù)達(dá)0.673～0.877，機(jī)收條件下相關(guān)系數(shù)達(dá)0.781～0.867，均呈極顯著(P<0.001)正相關(guān)(表4)。但在第3年宿根中，地下芽庫(kù)的萌發(fā)率與宿根成苗量間未呈現(xiàn)出明顯的相關(guān)性，可能與第3年田間宿根缺塘面積明顯增加有關(guān)。
3討論與結(jié)論
延長(zhǎng)宿根年限，是降低甘蔗生產(chǎn)成本的重要途徑，機(jī)械化收獲在降低人工生產(chǎn)成本的同時(shí)，能夠直接引起土壤緊實(shí)度增加，從而顯著影響蔗田土壤環(huán)境。甘蔗宿根年限縮短也會(huì)造成宿根蔗產(chǎn)量和品質(zhì)的下降。與人工收獲相比較，機(jī)收顯著增加蔗田10～20cm深度的土壤緊實(shí)度，在本研究機(jī)收處理中，3年宿根10cm處土壤緊實(shí)度分別為1.70、2.10和3.37MPa，第1年和第2年宿根的土壤緊實(shí)度略低于國(guó)內(nèi)砂壤土上大型聯(lián)合收割機(jī)(凱斯7000)產(chǎn)生的土壤緊實(shí)度2.95MPa[10]，但10～20cm的土壤緊實(shí)度均顯著高于人工收獲。連續(xù)3年宿根試驗(yàn)，人工收獲處理下地下芽庫(kù)數(shù)量呈顯著增加趨勢(shì)，而機(jī)收處理下呈顯著降低趨勢(shì)。從地下芽庫(kù)的數(shù)量上分析，機(jī)收宿根衰退快于人工收獲。這與土壤緊實(shí)度增加的情況下，單株地下芽數(shù)量的積累受到影響有關(guān)，另外，機(jī)收造成的蔗田缺塘斷壟，也是造成地下芽庫(kù)數(shù)量降低的主要因素之一。
本研究的結(jié)果表明，地下芽庫(kù)的萌發(fā)率與宿根發(fā)株成苗量存在顯著的正相關(guān)。土壤緊實(shí)度脅迫是限制作物根系伸長(zhǎng)生長(zhǎng)和根干物質(zhì)重的主要因素[11]，因此土壤緊實(shí)度的增加可能限制地下芽庫(kù)的萌發(fā)和蔗芽水分的吸收，不利于其萌發(fā)。在土壤緊實(shí)度顯著增加的情況下，機(jī)收處理第1年宿根和第2年宿根的地下芽庫(kù)萌發(fā)率均顯著低于人工收獲處理，而第3年地下芽庫(kù)萌發(fā)率顯著高于人工收獲，主要因?yàn)榈?年機(jī)收處理地下芽庫(kù)數(shù)量比人工收獲處理少86千芽/hm2。蘇俊波等[10]的研究表明土壤緊實(shí)度與宿根發(fā)株率呈極顯著負(fù)相關(guān)，決定系數(shù)為r2=0.913，達(dá)極顯著水平。不同品種地下芽庫(kù)萌發(fā)率對(duì)土壤緊實(shí)度的響應(yīng)存在明顯差別，從第1年和第2年宿根5月份地下芽萌發(fā)率來(lái)看，“ROC”22和YZ05-51地下芽庫(kù)的萌發(fā)率受土壤緊實(shí)度脅迫影響較小;從5月份發(fā)株成苗量來(lái)看，GT32、“ROC”22和YZ05-51三年宿根5月份成苗量處理間差異不顯著，表明成苗受土壤緊實(shí)度脅迫影響相對(duì)較小。
與人工收獲相比，機(jī)收會(huì)顯著增加宿根蔗土壤緊實(shí)度和蔗田缺塘面積，造成宿根蔗地下芽庫(kù)數(shù)量顯著低于人工收獲，隨宿根年限的增加，人工收獲甘蔗地下芽庫(kù)數(shù)量呈增加趨勢(shì)，而小型機(jī)收處理呈降低趨勢(shì)。地下芽庫(kù)數(shù)量與宿根發(fā)株成苗量呈顯著正相關(guān)，地下芽庫(kù)萌發(fā)率與甘蔗產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，機(jī)收后宿根發(fā)株成苗量更為依賴地下芽庫(kù)數(shù)量。因此建議機(jī)收后配套適宜的中耕松土等農(nóng)藝措施，緩解由于土壤壓實(shí)帶來(lái)的根系生長(zhǎng)脅迫，從而滿足宿根蔗地下芽庫(kù)萌發(fā)成苗的營(yíng)養(yǎng)需求，將改善小型機(jī)收碾壓造成的宿根衰退。——論文作者：高欣欣，趙培方，劉高源，劉少春，郭家文