不同耕整地方式對甘蔗耕層結(jié)構(gòu)特性及產(chǎn)量的影響*

羅 俊, 林兆里, 闕友雄, 張 華**, 李詩燕, 羅 會, 張才芳, 陳建峰

(1. 福建農(nóng)林大學(xué)農(nóng)業(yè)部福建甘蔗生物學(xué)與遺傳育種重點實驗室 福州 350002; 2. 廣西來賓市利拓農(nóng)業(yè)服務(wù)有限公司來賓 546100)

生產(chǎn)全程機械化是我國甘蔗產(chǎn)業(yè)節(jié)本增效、提升國際競爭力的重大關(guān)鍵技術(shù)[1-4]。在耕整地、種植、田間管理與收獲諸環(huán)節(jié)中, 蔗地耕整地已普遍實現(xiàn)機械化; 在中、大規(guī)模的平緩地多采用拖拉機牽引犁、耙、旋耕機具進行作業(yè), 地塊較小的陡坡地采用手扶拖拉機裝配相應(yīng)小型農(nóng)具進行作業(yè)[5]。甘蔗(Saccharum officinarum)是多年宿根生產(chǎn)、深根型作物, 通過植前耕整地創(chuàng)建一個耕層深厚、結(jié)構(gòu)特性良好、水肥持續(xù)供給能力強的植床尤為重要, 而機械化深松便是耕整地環(huán)節(jié)的一項關(guān)鍵技術(shù)[6-7]。受深松機具機械強度要求高、匹配動力較大、投資運行成本略高等影響, 我國蔗地深松作業(yè)質(zhì)量普遍不高,部分蔗區(qū)因缺乏相應(yīng)機具, 以深翻替代深松, 以期達到同樣的深耕效果[8]。

機械化深松是一種作業(yè)深度超過常規(guī)耕層厚度,不翻轉(zhuǎn)和打亂土壤上下層次的耕作方式, 一般要求穿透犁底層, 旨在逐漸增厚耕層, 提升土壤的水肥協(xié)調(diào)能力, 促進土體熟化[9-10]。深松可降低土壤密度,有助于促進作物根系縱深生長, 增加根長及根重,提高作物水分利用效率和產(chǎn)量[11]; 對于增加土壤蓄水、減少蒸發(fā)損失、提高水分有效性顯示出良好的效果[12-13]。機械化翻耕可逐年增加對犁底層的耕翻利用深度, 通過作業(yè)面土體上下層次的翻轉(zhuǎn)、曝曬,促進耕層土壤的水分和熱量交換, 有利于提高耕層土壤的宜耕性, 并兼具覆草滅蟲的效果[14-15]。

由于蔗區(qū)多丘陵山地, 大型、大馬力、高強度拖拉機、深耕機具較少, 長期以來蔗區(qū)耕整地作業(yè)深度多不足 30 cm, 還有相當(dāng)比重仍依靠微型旋耕機具進行耕深不足25 cm的耕整地作業(yè), 耕層淺薄,甘蔗根系難以深扎, 肥水持續(xù)利用能力差, 造成早衰、減產(chǎn)、易倒伏、宿根蔗表現(xiàn)差等不利影響。廖青等[8]評價了機械化深耕深松栽培技術(shù)對甘蔗生長及產(chǎn)量的影響, 結(jié)果表明, 深耕深松栽培技術(shù)種植甘蔗能增加土壤含水量, 利于甘蔗前期早生快發(fā), 并促進后期糖分積累，從而提高甘蔗的糖分和產(chǎn)量。鄭超等[7]對雷州半島深松中耕對甘蔗產(chǎn)量影響及其作用機理進行了研究, 結(jié)果表明,深松降低了土壤容重和堅硬度, 增加了土壤的蓄水保水能力, 改善根系生長的生態(tài)條件, 提高甘蔗的根系活力和抗逆性?？梢娎弥写篑R力拖拉機懸掛高強度鏵式犁、深松犁進行標(biāo)準(zhǔn)化深耕作業(yè),可以提高耕層生態(tài)條件協(xié)調(diào)能力, 提高甘蔗蔗莖產(chǎn)量和甘蔗蔗糖分[5,8]。在國家糖料產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系的支持下, 本課題組通過適應(yīng)機械化的品種選擇、土壤改良、營養(yǎng)管理和水肥一體化、蟲草害綜合防控等技術(shù)集成, 建立了以寬行寬幅播種技術(shù), 耕前、芽前和苗期除草技術(shù), 中后期水肥一體化技術(shù), 宿根機械破壟管理技術(shù)為重點的機械化農(nóng)藝模式, 農(nóng)機農(nóng)藝融合的大規(guī)模示范取得顯著成效。但不同的深耕技術(shù)(深松、深翻)對土壤結(jié)構(gòu)、生態(tài)條件的影響, 進而促進甘蔗增產(chǎn)的研究尚欠系統(tǒng)化, 機理性討論的基礎(chǔ)較單薄, 關(guān)鍵性影響因子尚未見深入揭示。通過本研究及配套的系統(tǒng)性試驗, 將更加精準(zhǔn)地掌握深耕作業(yè)的針對性土壤區(qū)位和障礙因子, 實現(xiàn)更加高效節(jié)能的機具匹配和增產(chǎn)效益, 形成甘蔗良好耕層構(gòu)建的深耕關(guān)鍵技術(shù)體系。

本研究在廣西廖平農(nóng)場進行, 根據(jù)生產(chǎn)全程機械化作業(yè)要求, 針對當(dāng)前生產(chǎn)上進行土壤深層耕作增厚耕層的兩種常用機具配置系統(tǒng)應(yīng)用, 設(shè)置 3種耕整地作業(yè)方式, 以評價生產(chǎn)全程機械化蔗園深耕整地作業(yè)方式對耕層結(jié)構(gòu)特性及新植蔗產(chǎn)量構(gòu)成的影響, 為甘蔗生產(chǎn)全程機械化農(nóng)機農(nóng)藝融合提供配套關(guān)鍵技術(shù), 對指導(dǎo)建立良好耕層構(gòu)建的深耕技術(shù)體系具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地點位于廣西壯族自治區(qū)來賓市興賓區(qū)廖平農(nóng)場, 23°24′53? N, 108°57′47? E, 海拔200 m, 試驗地為坡度 5°～6°的緩坡地, 土壤類型為砂質(zhì)黏土, 0～30 cm土層全氮 0.62 g?kg-1、堿解氮 76 mg?kg-1、有效磷15.4 mg?kg-1、速效鉀 53 mg?kg-1、有機質(zhì) 16.4 g?kg-1。

1.2 試驗設(shè)計

深松作業(yè)一般深松35 cm即可達到增厚耕層的效果, 而采用鏵式犁進行深耕作業(yè)的蔗區(qū)通常采用深翻50 cm來實現(xiàn)增厚耕層的目的并區(qū)別于植蔗苗床整備的常規(guī)作業(yè)。本試驗采用裂區(qū)設(shè)計, 設(shè)置 2個主處理: 1.4 m行距(A1)和1.6 m行距(A2); 3個副處理: 不深松(旋耕 25 cm)(B1)、深翻 50 cm+旋耕 25 cm(B2)、深松35 cm+旋耕25 cm(B3)。旋耕作業(yè)采用約翰迪爾 1204輪式拖拉機(120馬力)懸掛濟南華倍農(nóng)牧機械有限公司生產(chǎn)的 1GKN-300中高箱型旋耕機完成, 深翻作業(yè)采用約翰迪爾 6J-1854輪式拖拉機(185馬力)懸掛柳工農(nóng)業(yè)機械有限公司自行組裝的三驊犁完成, 深松作業(yè)采用約翰迪爾 6J-1854輪式拖拉機(185馬力)懸掛德國Lemken農(nóng)業(yè)機械青島有限公司生產(chǎn)的Labrador深松犁完成。每個處理5次重復(fù), 5行區(qū), 小區(qū)行長20 m, 小區(qū)面積140～160 m2。供試甘蔗品種為‘柳城05-136’, 2016年4月上旬種植, 下種量為 10 t·hm-2, 下種時施用基肥 51%(17-17-17)復(fù)合肥 750 kg·hm-2, 試驗周期 1年, 生產(chǎn)全程采用機種、機管、機收。前季作物為甘蔗, 采用柳工農(nóng)業(yè)機械有限公司生產(chǎn)的350馬力切段式甘蔗收獲機于2016年1月進行機收。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 甘蔗產(chǎn)量性狀

在甘蔗成熟期調(diào)查甘蔗株高、莖徑、有效莖數(shù)、錘度及蔗莖產(chǎn)量。每個小區(qū)隨機選取30條甘蔗用株高尺和游標(biāo)卡尺測量株高和莖徑, 選取 10條甘蔗用PAL-1手持式數(shù)顯錘度計測量錘度; 統(tǒng)計每個小區(qū)1 m以上甘蔗條數(shù), 換算為單位面積有效莖數(shù); 按公式:單莖重=(0.785×株高×莖徑2)/1 000, 蔗莖產(chǎn)量=單莖重×單位面積有效莖數(shù), 計算單莖重和蔗莖產(chǎn)量[16]。

1.3.2 土壤性狀

甘蔗苗期(6月)采用托普TJSD-750-II型緊實度儀測定0～30 cm耕層全土層土壤緊實度, 每個小區(qū)測定4個點。甘蔗成熟期(11月)取樣測定剖面土壤的理化性質(zhì)。每個小區(qū)選取3個采樣點, 挖寬60 cm、長60 cm、深 40 cm 的土壤剖面, 按照 0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm 4個土層測定各土層的土壤貫入阻力、土壤緊實度和抗剪強度, 用環(huán)刀取樣法測定土壤容重、孔隙度和田間持水量等指標(biāo)[17]。貫入阻力采用 PT型袖珍貫入儀測定, 土壤緊實度采用托普TJSD-750-II型緊實度儀測定, 抗剪強度采用PS-VST-M 微型十字板剪切儀測定, 土壤容重采用環(huán)刀法測定, 土壤含水率采用烘干法進行測定, 田間持水量、飽和含水量采用室內(nèi)環(huán)刀法測定, 土壤比重采用比重瓶法測定, 毛管孔隙度根據(jù)土壤容重和田間持水量計算, 土壤孔隙度根據(jù)土壤容重和比重計算, 三相容積率根據(jù)土壤容重和土壤含水率計算。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用DPSv 14.10統(tǒng)計軟件進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕整地方式下土壤耕層結(jié)構(gòu)特性

2.1.1 土壤容重和緊實度

1.4 m行距下(表1), 3種耕整地處理土壤容重?zé)o顯著差異, 0～10 cm土層土壤容重顯著小于其他3個土層(P＜0.05); 1.6 m 行距下, 深松 35 cm+旋耕25 cm(B3)處理土壤容重顯著小于其他2種耕整地處理方式(P＜0.05), 深翻50 cm+旋耕25 cm(B2)處理土壤容重與旋耕 25 cm處理無顯著差異, 0～10 cm和10～20 cm土層土壤容重顯著小于20～30 cm和30～40 cm土層(P＜0.05)?？傮w看1.6 m行距植蔗土壤容重顯著高于1.4 m行距(P＜0.05), B3處理土壤容重顯著小于其他2種耕整地處理方式(P＜0.05)。從耕作措施與行距交互作用分析(表2), 主處理為1.6 m行距、副處理為旋耕25 cm土壤容重最大, 主處理為1.4 m行距、副處理為B3及主處理為1.4 m行距、副處理為 B2的土壤容重最小, 兩者差異達顯著水平(P＜0.05)。

表1 不同耕作措施對蔗地土壤容重和緊實度的影響Table 1 Effects of different tillage measures on bulk density and compactness of soil of sugarcane field

從表1可看出, 1.4 m行距下, 傳統(tǒng)耕整地方式(B1)苗期全土層土壤緊實度高達329.1 N·cm-2, B2、B3處理土壤緊實度分別下降至 252.96 N·cm-2和210.66 N·cm-2, 降幅分別達23.13%和35.99%, 差異均達顯著水平(P＜0.05)。甘蔗成熟期, B2和B3處理土壤緊實度差異不顯著, 而 B1土壤緊實度為333.91 N·cm-2, 且顯著高于 B3和 B2(P＜0.05)。1.6 m行距下土壤緊實度表現(xiàn)略有不同(表1), 在甘蔗苗期B2處理的土壤緊實度最小, B1處理最大, B3處理介于兩者之間; B2處理全土層土壤緊實度顯著小于B3處理(P＜0.05); 到甘蔗成熟期則表現(xiàn)為3種處理土壤緊實度沒有顯著差異?？傮w看1.6 m行距植蔗土壤的緊實度顯著小于1.4 m行距(P＜0.05)。其中, B2處理的土壤緊實度最小, B1處理的土壤緊實度最大,B3處理的土壤緊實度介于兩者之間, B1處理的土壤緊實度顯著小于B2處理的土壤緊實度(P＜0.05)。從耕作措施與行距交互作用分析, 主處理為 1.6 m行距、副處理為深翻50 cm+旋耕25 cm土壤緊實度最小; 主處理為1.4 m行距、副處理為旋耕25 cm土壤緊實度最大。蔗地耕層各土層土壤緊實度均呈上低下高的趨勢, 0～10 cm土層緊實度顯著小于其他3個土層(P＜0.05), 而各處理土面20 cm以下土壤緊實度均無顯著差異, 可以反映出20～40 cm甚至更深土層可能形成一個整體的結(jié)構(gòu), 機械耕作的效應(yīng)不顯著,或20～30 cm之間存在犁底層。

2.1.2 土壤貫入阻力和抗剪強度

土壤貫入阻力可以反映出土壤的機械化適耕性。從表2可知, 1.4 m行距下, 旋耕25 cm(B1)處理的耕層土壤貫入阻力最大, 其次為B2處理, B3處理的耕層土壤貫入阻力最小, 三者差異均達顯著水平(P＜0.05)。蔗地耕層各土層土壤貫入阻力呈上小下大的趨勢, 0～10 cm土層土壤貫入阻力最小, 30～40 cm土層土壤貫入阻力最大, 各土層間土壤貫入阻力差異均達顯著水平(P＜0.05)。1.6 m行距下, 則表現(xiàn)為B3處理的耕層土壤貫入阻力最大, 其次為B1處理,而B2處理的耕層土壤貫入阻力最小, 三者差異未達顯著水平。蔗地耕層各土層土壤貫入阻力呈上小下大的趨勢, 0～10 cm 土層土壤貫入阻力最小, 30～40 cm土層土壤貫入阻力最大, 各土層間土壤貫入阻力差異均達顯著水平(P＜0.05)?？傊? 1.6 m行距植蔗土壤貫入阻力顯著小于 1.4 m 行距(P＜0.05); 深松 35 cm與翻耕 50 cm均顯著降低了耕層土壤貫入阻力(P＜0.05), 但兩者之間差異不顯著; 0～10 cm土層土壤貫入阻力最小, 30～40 cm土層土壤貫入阻力最大,各土層間土壤貫入阻力差異均達顯著水平(P＜0.05)。從耕作措施與行距交互作用分析, 主處理為 1.4 m行距、副處理為旋耕25 cm耕層土壤貫入阻力最大,主處理為 1.6 m行距、副處理為深翻 50 cm+旋耕25 cm的耕層土壤貫入阻力最小, 兩者差異達顯著水平(P＜0.05)。

土壤抗剪強度是指土體抵抗剪切破壞的極限強度, 地表徑流對土壤會產(chǎn)生一定的剪切力, 當(dāng)?shù)乇韽搅魉a(chǎn)生的剪切力大于土壤具有的抗剪強度時,部分土壤結(jié)構(gòu)便會被破壞從而發(fā)生土壤侵蝕。1.4 m行距下(表2), B1處理的耕層土壤抗剪強度最大, 其次為B2處理, B3處理的耕層土壤抗剪強度最小, 三者差異均達顯著水平(P＜0.05)。蔗地耕層各土層土壤抗剪強度呈上小下大的趨勢, 各土層間土壤抗剪強度差異均達顯著水平(P＜0.05)。1.6 m行距下, B3處理顯著大于其他2種耕整地方式(P＜0.05), 而B1與B2處理的耕層土壤抗剪強度沒有顯著差異。蔗地耕層土壤抗剪強度呈上小下大的趨勢, 各土層間差異顯著(P＜0.05)。總體看1.6 m行距植蔗土壤抗剪強度顯著小于1.4 m行距(P＜0.05); 3種耕整地方式之間土壤抗剪強度差異不顯著; 0～10 cm土層土壤抗剪強度最小, 30～40 cm 土層土壤抗剪強度最大, 各土層間土壤抗剪強度差異均達顯著水平(P＜0.05)。從耕作措施與行距交互作用分析, 主處理為1.4 m行距、副處理為旋耕 25 cm耕層土壤抗剪強度最大, 主處理為1.6 m行距、副處理為深翻50 cm+旋耕25 cm的耕層土壤抗剪強度最小, 兩者差異達顯著水平(P＜0.05)。

2.1.3 土壤孔隙度

1.4 m行距下(表3), 3種耕整地方式耕層土壤總孔隙度、毛管孔隙度、通氣孔隙度均沒有顯著差異。蔗地耕層各層土壤毛管孔隙度均沒有顯著差異; 土壤總孔隙度和通氣孔隙度從上到下呈逐步減少趨勢,0～10 cm 土層土壤總孔隙度和通氣孔隙度顯著大于其他3個土層(P＜0.05)。1.6 m行距下, B3處理的土壤總孔隙度顯著大于其他 2種耕整地方式(P＜0.05),而B1與B2處理的耕層土壤總孔隙度沒有顯著差異;B2處理的土壤毛管孔隙度顯著小于其他2種耕整地方式(P＜0.05), B3和B2處理的土壤通氣孔隙度顯著大于旋耕25 cm(P＜0.05)。蔗地耕層各土層土壤毛管孔隙度均沒有顯著差異, 土壤總孔隙度和通氣孔隙度從上到下呈逐步減少趨勢, 0～10 cm土層和10～20 cm土層的土壤總孔隙度和通氣孔隙度顯著大于其他2個土層(P＜0.05)。總體看, 1.6 m行距植蔗土壤總孔隙度和通氣孔隙度顯著小于 1.4 m行距(P＜0.05),而2種行距下土壤毛管孔隙度沒有顯著差異, B3處

理顯著提高了耕層土壤總孔隙度和通氣孔隙度(P＜0.05), 尤其顯著增加了30～40 cm土層的毛管孔隙度, B2處理也顯著提高了耕層土壤通氣孔隙度(P＜0.05), 可見深耕作業(yè)對土壤深層水分蓄積與運輸具有顯著促進作用。蔗地耕層各土層土壤總孔隙度、通氣孔隙度從表層至深層呈減少趨勢, 20 cm以下土層差異不顯著, 而毛管孔隙度則隨著土層的深入而顯著提高。從耕作措施與行距交互作用分析, 主處理為1.4 m行距、副處理為深松35 cm+旋耕25 cm耕層土壤總孔隙度和通氣孔隙度最大, 主處理為1.6 m行距、副處理為旋耕25 cm的耕層土壤總孔隙度和通氣孔隙度最小, 兩者差異達顯著水平(P＜0.05)。

表2 不同耕作措施對蔗地土壤貫入阻力和抗剪強度的影響Table 2 Effects of different tillage measures on penetration resistance and shear strength of soil of sugarcane field

2.1.4 土壤三相容積率

從表4中可看出, 1.4 m行距下, 3種耕整地方式耕層土壤固相容積率均沒有顯著差異; B3處理的土壤液相容積率顯著小于其他 2種耕整地方式(P＜0.05), 而B1與B2處理間沒有顯著差異; B3處理的土壤氣相容積率顯著大于 B1(P＜0.05), 而 B1與B2處理的耕層土壤氣相容積率沒有顯著差異。隨土層深度增加氣相容積率呈下降趨勢, 液相容積率和固相容積率呈上升趨勢, 0～10 cm土層液相容積率和固相容積率顯著小于其他3個土層(P＜0.05), 氣相容積率則顯著大于其他3個土層(P＜0.05)。1.6 m行距下, 3種耕整地方式耕層土壤氣相容積率均沒有顯著差異, B3處理的土壤固相容積率顯著小于其他2種耕整地方式(P＜0.05), 液相容積率顯著大于其他2種耕整地方式(P＜0.05), 而B1與B2處理之間耕層土壤液相容積率和固相容積率沒有顯著差異。隨土層深度增加氣相容積率呈下降趨勢, 液相容積率和固相容積率呈上升趨勢, 0～10 cm和10～20 cm土層液相容積率和固相容積率顯著小于其他 2個土層(P＜0.05), 氣相容積率則顯著大于其他 2個土層(P＜0.05), 0～10 cm和 10～20 cm 土層之間氣相容積率、液相容積率和固相容積率沒有顯著差異?？傮w看, 1.4 m行距氣相容積率大于1.6 m行距(P＜0.05),固相容積率小于1.6 m行距(P＜0.05), 而液相容積率則沒有顯著差異, B1處理的固相容積率最大, B2的固相容積率次之, B3的固相容積率最小, 3者之間均存在顯著差異(P＜0.05); B3的氣相容積率最大, B2的氣相容積率次之, B1的氣相容積率最小, B3處理的土壤氣相容積率顯著大于B1(P＜0.05), 3種耕作措施的液相容積率均沒有顯著差異, 說明深耕和深松均對土壤物理結(jié)構(gòu)的改善具有積極作用。不同行距和不同耕作措施下土壤三相比均表現(xiàn)為隨土層深度增加氣相容積率呈下降趨勢, 液相容積率和固相容積率呈上升趨勢。從耕作措施與行距交互作用分析,主處理為1.6 m行距、副處理為旋耕25 cm耕層土壤固相容積率最大, 而氣相容積率最小; 主處理為1.4 m行距、副處理為深松35 cm+旋耕25 cm的耕層土壤固相容積率最小, 而氣相容積率最大, 兩者差異達顯著水平(P＜0.05)。

2.1.5 土壤含水量

從表5中可看出, 1.4 m行距下, 3種耕整地方式耕層土壤田間持水量和飽和含水量均沒有顯著差異,B3處理的土壤含水率顯著小于其他2種耕整地方式(P＜0.05), 而B1與B2處理2者之間耕層土壤含水率沒有顯著差異。隨土層深度增加田間持水量和飽和含水量呈下降趨勢, 土壤含水率呈上升趨勢, 0～10 cm土層土壤含水率顯著小于其他3個土層(P＜0.05),田間持水量和飽和含水量則顯著大于其他 3個土層(P＜0.05)。1.6 m行距下, B3處理的土壤含水率、田間持水量和飽和含水量均大于其他 2種耕整地方式(P＜0.05), 而B1與B2處理的耕層土壤含水率、田間持水量和飽和含水量沒有顯著差異。0～10 cm 和10～20 cm 土層土壤含水率顯著小于其他 2個土層(P＜0.05), 田間持水量和飽和含水量則顯著大于其他 2個土層(P＜0.05), B1與 B2處理 0～10 cm、10～20 cm土層之間土壤含水率、田間持水量和飽和含水量沒有顯著差異?？傮w看, 不同的耕整地作業(yè)方式對土壤含水率、田間持水量和飽和含水量的影響尚未見顯著。1.6 m行距下的3個土壤含水量指標(biāo)均顯著低于1.4 m行距(P＜0.05), 這可能與寬行距下地表裸露面積大, 水分蒸騰程度略高有關(guān); 寬行距下機具作業(yè)順暢, 深耕效果較徹底, 種植后適度鎮(zhèn)壓是減少地表水分蒸騰的必要措施。從耕作措施與行距交互作用分析, 主處理為 1.6 m行距、副處理為旋耕25 cm耕層土壤含水率、田間持水量和飽和含水量顯著小于其他處理(P＜0.05)。而主處理為1.6 m行距、副處理為深松35 cm+旋耕25 cm耕層土壤含水率最大, 主處理為1.4 m行距、副處理為深翻50 cm+旋耕25 cm耕層田間持水量和飽和含水量最大。

2.2 不同處理對甘蔗農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量構(gòu)成的影響

從表6中可看出, 1.4 m行距下, B3處理的株高、單莖重、錘度和蔗莖產(chǎn)量均顯著高于 B1處理(P＜0.05), B2處理的有效莖數(shù)和蔗莖產(chǎn)量顯著高于B1處理(P＜0.05), B3處理的株高、單莖重、錘度顯著高于B2處理(P＜0.05); 1.6 m行距下, B3處理的株高、莖徑、單莖重、錘度和蔗莖產(chǎn)量均顯著高于B1處理(P＜0.05), B2處理的有效莖數(shù)、錘度和蔗產(chǎn)量顯著高于B1處理(P＜0.05), B3處理的莖徑、單莖重、

錘度顯著高于 B2處理(P＜0.05), 而有效莖數(shù)和蔗產(chǎn)量顯著低于B2處理(P＜0.05)。從種植行距對產(chǎn)量構(gòu)成的影響來看, 1.4 m行距的甘蔗成熟期有效莖數(shù)、蔗莖產(chǎn)量均顯著高于1.6 m行距(P＜0.05), 表明有效莖數(shù)是行距對蔗莖產(chǎn)量造成影響的主要因子。從耕整地方式對產(chǎn)量構(gòu)成的影響來看, B3與B2的蔗莖產(chǎn)量顯著高于B1的傳統(tǒng)耕整地方式(P＜0.05), B3與B2間蔗莖產(chǎn)量差異不顯著。B2的甘蔗成熟期有效莖數(shù)顯著高于 B1的傳統(tǒng)耕整地方式(P＜0.05), 說明耕作深度對成熟期有效莖數(shù)的效應(yīng)可能大于耕作方式的影響, B3處理對個體生長指標(biāo), 如株高、莖徑、單莖重則表現(xiàn)出顯著的促進效應(yīng)(P＜0.05)。從行距與耕整地方式的互作效應(yīng)看, 無論是1.4 m還是1.6 m行距,耕作深度達 50 cm的深翻模式(B2)顯著優(yōu)于其他耕整地方式, 表現(xiàn)為成熟期有效莖數(shù)顯著增加, 從而提高了蔗莖產(chǎn)量; 兩種行距下, B3處理都表現(xiàn)出對甘蔗個體生長水平(株高、莖徑、單莖重)的更顯著促進作用, 反映出對甘蔗分蘗成莖和后期生長的良好促進作用, 在有效莖數(shù)不如 B1處理的情況下, 促進了甘蔗產(chǎn)量的增加。

表4 不同耕作措施對蔗地土壤三相容積率的影響Table 4 Effects of different tillage measures on three-phase volume fractions of soil of sugarcane field

表5 不同耕作措施對蔗地土壤含水量的影響Table 5 Effects of different tillage measures on soil moisture content of sugarcane field

表6 不同耕作措施對不同行距種植的甘蔗產(chǎn)量性狀的影響Table 6 Effects of tillage measures on yield traits of sugarcane planted with different rows spacings under different tillage measures

3 討論與結(jié)論

蔗壟深層土壤結(jié)構(gòu)的改良和優(yōu)化是我國甘蔗生產(chǎn)全程機械化下保證甘蔗高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要措施。機械收獲過程中輪子的碾壓會造成土壤緊實, 土壤理化性狀發(fā)生一定的改變, 對甘蔗地上部分和根系生長產(chǎn)生一定的負面影響。但新植甘蔗經(jīng)過深松、深翻, 甘蔗留宿根開壟松兜和中耕培土以后, 碾壓所帶來的負面影響是可以消除的。機械化收獲的土壤緊實度顯著高于人工收獲, 甘蔗的宿根發(fā)株率與土壤的緊實度呈顯著的負相關(guān)[2]。已有的研究證明, 深松不僅可有效打破犁底層降低其密度, 還能增加作物根深、根長及根重, 進而提高作物產(chǎn)量和水分利用效率[11]。深耕深松栽培比常規(guī)耕作栽培的甘蔗出苗率高、分蘗率高, 疏松土質(zhì)對于盡早形成基本苗群體有促進作用, 甘蔗生長速度加快、根系發(fā)達, 甘蔗成熟期的株高、莖徑、甘蔗蔗糖分、青葉數(shù)均提高[5,8-10]。

本研究表明, 生產(chǎn)全程機械化模式下機收后耕整地作業(yè)的土壤緊實度表現(xiàn)為旋耕25 cm最大、深翻50 cm+旋耕25 cm次之、深松35 cm+旋耕25 cm最小, 可見深松作業(yè)更有利于改善耕層土壤的緊實程度, 而深翻作業(yè)必須與深層土壤改良、高質(zhì)量碎土作業(yè)結(jié)合才能起到替代深松作業(yè)的效果。因此通過合理深耕與深層土壤的改良措施, 進一步加深利用20 cm以下土層對蔗地合理耕層的構(gòu)建以及提升甘蔗產(chǎn)量與宿根性可望產(chǎn)生積極顯著的效果。

深翻 50 cm+旋耕 25 cm 和深松 35 cm+旋耕25 cm兩種耕整地作業(yè)方式下甘蔗有效莖數(shù)、甘蔗錘度和甘蔗蔗莖產(chǎn)量均顯著高于僅旋耕25 cm的傳統(tǒng)旋耕作業(yè)。深翻50 cm+旋耕25cm和深松35 cm+旋耕25 cm可以改善0～10 cm和10～20 cm土層的土壤容重、土壤緊實度、總孔隙度、毛管孔隙度、空氣孔隙度、固相容積率、液相容積率、氣相容積率, 但蔗壟深層的土壤緊實現(xiàn)象尚未得到明顯緩解。對 3種耕作措施下30～40 cm土層土壤的固相容積率、液相容積率、氣相容積率的分析結(jié)果顯示, 蔗壟深層的通氣孔隙度急劇減少, 氣相容積率顯著下降。

土壤的通氣性和透水性下降, 可導(dǎo)致土壤的氧化還原狀態(tài)、酸堿度和金屬毒害、微生物生態(tài)、養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和利用等受到影響, 從而影響到甘蔗根系的生長及其對養(yǎng)分、水分的吸收功能, 加劇甘蔗根系的老化死亡, 并嚴重影響地下芽, 尤其是低位芽的萌發(fā)出苗, 從而對宿根蔗發(fā)株生長和產(chǎn)量造成顯著不利影響[7]。研究表明[4]‘柳城05-136’等甘蔗品種對寬行距種植具有良好適應(yīng)性, 當(dāng)種植行距增大到適宜大中型機械收獲的1.3～1.4 m時, 甘蔗產(chǎn)量比行距1.1 m略有提高。而機械收割增加了蔗蔸的開裂程度和上位芽的損傷程度, 但對蔗蔸開裂程度的影響隨行距加大逐漸變?nèi)? 0～20 cm土層的土壤容重有隨行距增加而降低的趨勢[3], 因此行距增加有利于機械收割后減少對宿根甘蔗的影響。本研究結(jié)果表明, 行距1.6 m甘蔗蔗莖產(chǎn)量比1.4 m行距甘蔗蔗莖產(chǎn)量明顯減產(chǎn)的主要原因是1.6 m行距甘蔗有效莖數(shù)不足, 而 1.6 m行距機具的匹配性和作業(yè)順暢程度顯著高于1.4 m行距, 1.6 m行距植蔗土壤的緊實度顯著小于1.4 m行距, 容重顯著高于后者, 1.6 m植蔗行距下的機械作業(yè)順暢, 減少了對土壤的壓實,能顯著改善土壤貫入阻力和抗剪強度。采用大中型機械收獲, 當(dāng)因機具作業(yè)要求需要將行距增大到1.6 m以上時, 應(yīng)選擇分蘗性能強、宿根性好的甘蔗品種采用寬窄行種植, 種植時適當(dāng)增加甘蔗種植密度, 提高甘蔗有效莖數(shù), 從而降低甘蔗的產(chǎn)量損失。

在甘蔗生產(chǎn)全程機械化的土壤耕作技術(shù)方面,前期深耕整地促進群體莖蘗數(shù)的增長, 中期進行兼具深松功能的中耕培土, 可望對甘蔗群體和個體生長能力產(chǎn)生積極的效果[6]。本研究結(jié)果顯示, 無論是深松還是深翻, 在不破心土層、不造成水肥滲漏的前提下, 增加土壤耕作深度對甘蔗生長群體的有效莖數(shù)和蔗莖產(chǎn)量具有顯著的促進效應(yīng), 其原因主要在于改善了耕層的整體疏松程度, 包括減小了土壤緊實度和土壤貫入阻力[5]。而深松作業(yè)除上述效應(yīng)外, 顯著提高了耕層土壤總孔隙度, 尤其顯著增加了30～40 cm土層的毛管孔隙度, 顯著提高深層土壤的保水能力, 并通過水肥持續(xù)供給能力的改善對甘蔗中后期伸長增粗產(chǎn)生顯著的促進效果[7]。此外, 本研究中, 各處理下蔗地耕層20～40 cm各土層土壤容重、緊實度、孔隙度、固相容積率、氣相容積率、田間持水量和飽和含水量均無顯著差異, 反映出土面以下20～40 cm, 甚至連同更深土層可能形成了一個整體的結(jié)構(gòu), 據(jù)此推測試驗蔗地犁底層可能在20～30 cm。但是, 對于甘蔗來說, 亟待進一步增加深松作業(yè)深度, 同時配合進行深層土壤的外施物料改良措施, 進一步加深利用20～30 cm土層, 對蔗地合理耕層的構(gòu)建以及提升甘蔗蔗莖產(chǎn)量和宿根性可望產(chǎn)生積極顯著的效果。

本研究結(jié)果表明, 深翻和深松均對土壤物理結(jié)構(gòu)的改善具有積極作用, 能顯著提高甘蔗蔗莖產(chǎn)量,在具有大馬力拖拉機和高質(zhì)量深松器的蔗區(qū)建議采用深松35 cm+旋耕25 cm的耕整地方式, 在缺乏大馬力拖拉機和高質(zhì)量深松器的蔗區(qū), 可以采用鏵式犁深翻50 cm+旋耕25 cm的耕整地方式, 以達到增厚土壤耕層、提高甘蔗產(chǎn)量的目的。

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