木薯的薯構(gòu)型及其對機械收獲的影響

蘇必孟 王娟 黃潔 魏云霞 鄧干然 何馮光 郁昌的 陳晨 劉治

1. 中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部木薯種質(zhì)資源保護與利用重點實驗室，海南儋州??571737;2. 海南大學(xué)熱帶農(nóng)林學(xué)院，海南?？??570228;3. 中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機械研究所，廣東湛江??524091;4. 國投廣東生物能源公司，廣東湛江??524018

摘 ?要??不同品種木薯的薯塊（塊根）在土壤中的空間分布特性即薯構(gòu)型，直接影響機械收獲的效果。為探索木薯薯塊在土壤中的空間分布特性，本研究通過抽樣調(diào)查，研究了典型木薯品種華南205、南植199和新選048的薯構(gòu)型，探討適宜機械化收獲的木薯品種，確定木薯機械化收獲的技術(shù)參數(shù)。結(jié)果表明，華南205和南植199的薯塊空間分布較為適宜機械化收獲，單株木薯的最優(yōu)收獲半幅寬為0.0～35.0 cm、收獲層深為0.0～25.0 cm，在此條件下，華南205的薯數(shù)占比和薯重占比均達(dá)到100.0%，南植199達(dá)96.0%以上。綜合分析，確定木薯收獲機的單株木薯半幅收獲寬度為35.0 cm、收獲深度為25.0 cm，該研究結(jié)果可為木薯收獲機械的研究設(shè)計提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 ?木薯;薯構(gòu)型;機械化收獲;收獲半幅寬;收獲層深中圖分類號??S533??????文獻標(biāo)識碼??A

Storage Root Configuration of Cassava and the Influencefor Mechanical Harvesting

SU Bimeng^1，2， WANG Juan^1，2， HUANG Jie^1*，?WEI Yunxia¹， DENG Ganran³， HE Fengguang³，?YU Changde⁴， CHEN Chen^1，2， LIU Zhi^1，2

1. Tropical Crops Genetic Resources Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences / Key Laboratory of Conservation and Utilization of Cassava Genetic Resources， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Danzhou， Hainan 571737， China; 2. Institute of Tropical Agriculture and Forestry， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China; 3. Agricultural Machinery Research Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Zhanjiang， Guangdong 524091， China; 4. Guangdong Biological Energy Co.， Ltd.， Zhanjiang， Guangdong 524018， China

Abstract ?The storage root configuration （SRC）， which is the spatial distribution characteristics of cassava storage root under soil， will directly affect the mechanical harvesting effect. The SRC of 3 cassava varieties， South China 205 （SC205）， Nanzhi 199 （NZ199） and Xinxuan 048 （XX048） was studied to find out the appropriate varieties and technological parameters for mechanical harvesting. The SRC of SC205 and NZ199 were good for mechanical harvesting. The best half harvesting width per plant and best harvesting depth for SC205 also NZ199 was 0.0-35.0 cm and 0.0-25.0 cm respectively. Under the condition， the harvesting rate of storage root number and weight of SC205 was 100.0%， and that of NZ199 was above 96.0%. It is recommended that the half width per plant and harvesting depth is 35.0 cm and is 25.0 cm correspondingly for the mechanical harvesting of cassava.

Keywords ?cassava; storage root configuration; mechanical harvesting; half width per plant; harvesting depth

DOI10.3969/j.issn.1000-2561.2019.10.016

木薯（Manihot esculentaCrantz）是世界三大薯類作物之一，是加工淀粉和酒精的重要工業(yè)原料。巴西是木薯發(fā)源地，其木薯生產(chǎn)機械化程度處于世界領(lǐng)先水平。哥倫比亞、泰國、尼日利亞等國通過引進借鑒巴西木薯生產(chǎn)機械，開展了相關(guān)研究與推廣。目前我國木薯生產(chǎn)主要靠人工，機械化程度低，生產(chǎn)成本高、效率低，嚴(yán)重制約了我國木薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展^[1-2]。近年來，我國通過學(xué)習(xí)消化國外先進木薯機械化生產(chǎn)技術(shù)，研究適合我國國情的木薯收獲機械等裝備^[3-13]。其中，鄧干然等^[3]提出了一種適合機械化生產(chǎn)的木薯寬窄雙行起壟種植模式，并根據(jù)木薯的種植農(nóng)藝技術(shù)要求，研究了木薯寬窄雙行起壟種植模式配套機具，已進行推廣示范應(yīng)用，并取得顯著成效。但收獲機具在應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)：由于不同品種木薯的薯塊在土壤空間分布的形狀尺寸、集中度、入土深度等差異大，對于薯塊短、集中、入土淺的木薯品種，機械收獲時斷薯率低，土壤擾動量少，能耗低;而薯塊長、分散、入土深的木薯品種，機械收獲時斷薯現(xiàn)象嚴(yán)重，因土壤擾動量大而能耗高。

目前，科研工作者主要是開展木薯在不同種植農(nóng)藝技術(shù)下對產(chǎn)量以及生長性狀的影響研究^[14-20]，針對適宜木薯機械化收獲而開展的薯構(gòu)型研究尚未有相關(guān)報道。因此，本研究采用抽樣調(diào)查方法，研究不同木薯品種的薯構(gòu)型，篩選適宜機械化收獲的木薯品種，并確定木薯機械化收獲的技術(shù)參數(shù)，為木薯寬窄雙行起壟種植模式配套機具及栽培技術(shù)的優(yōu)化研究提供理論參考依據(jù)，對實現(xiàn)木薯機械化收獲，提高木薯生產(chǎn)效益具有重要意義。

1??材料與方法

1.1材料

2015年，國投廣東生物能源公司、中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院的熱帶作物品種資源研究所和農(nóng)業(yè)機械研究所合作，在廣東省湛江市聯(lián)合建立4個木薯全程機械化生產(chǎn)示范基地。示范基地土壤均為沙壤土，“一犁二耙”備耕，木薯采用機械化平種模式，平均行距90 cm、平均株距70 cm，種植深度5～8 cm;種植時，均基施375 kg/hm²的洋豐牌復(fù)合肥[w（N）∶w（P₂O₅）∶w（K₂O）=17∶17∶17]，無追肥。3月中旬種植，12月中旬調(diào)查，生長期9個月。本研究初選3個典型木薯品種華南205（SC205）、南植199（NZ199）和新選048（XX048）作為研究對象。

1.2方法

在4個示范基地分別抽取5個代表性樣點，在各個樣點中，每個品種均抽取長勢相對均勻一致的木薯5株。在距離木薯植株>50.0 cm的外圍，先用小鏟挖開表層泥土，再用小木棍慢慢刨土，注意盡量不傷及薯塊，直至祼露出完整的薯構(gòu)型（圖1）。各項測量指標(biāo)如下：

薯數(shù)（條/株）：在單株木薯中，薯徑≥1.0 cm的薯塊條數(shù)。

分以及纖維根等無用部分。

薯長（cm）：從薯柄至薯尖的長度。若薯柄明顯，則從薯柄與薯肉交界處為始;若薯柄不明顯，則從種莖與薯肉交界處為始。

薯徑（mm）：用游標(biāo)卡尺測量薯塊不同部位的直徑。薯尾指離薯尖5?cm處的部位，薯頭為離薯柄5?cm處的部位，薯中為薯頭與薯尾的中間部位。

薯半幅寬（cm）：薯尖與種莖（播種行的中線）的垂直水平寬度，分別調(diào)查左半幅和右半幅。

薯的α角（°）：薯塊中心線與種莖水平面（地面）的垂直夾角。α角越大，結(jié)薯越深;α角越小，結(jié)薯越淺。

薯的β角（°）：薯塊中心線與種莖中心線的水平夾角，把種莖基部作為起始，記為0°，在種莖中心線的右側(cè)薯塊夾角記為正角（+），在種莖中心線左側(cè)薯塊夾角記為負(fù)角（-）。不論左側(cè)或右側(cè)，其β角越大，結(jié)薯部位離種莖基部越遠(yuǎn);β角越小，離種莖基部越靠近。

不同層深的薯數(shù)和薯重：從地面至薯尖水平面的垂直深度，劃分為0～20.0、20.1～25.0、25.1～30.0、≥30.1?cm共4個層深，統(tǒng)計每株木薯中位于不同層深的薯數(shù)，并對每株木薯的所有薯塊，均逐層立體切分后，稱其不同層深的薯重（kg）。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件和SPSS軟件進行數(shù)據(jù)處理及圖表生成，使用CAXA CAD電子圖板2016（x64）制圖。

2??結(jié)果與分析

2.1薯數(shù)、薯長、薯徑

3個木薯品種的薯數(shù)、薯長、薯徑見表1。3個木薯品種的單株結(jié)薯數(shù)為6.9條左右，平均薯長為29.5 cm左右，均無顯著差異。新選048各部位的薯徑均較大，而華南205和南植199略細(xì)，差異顯著。3個木薯品種的薯塊頭部和中部部分長而粗，而薯尾較為短小，薯塊均呈長圓錐形。

2.2薯半幅寬

由于3個木薯品種薯塊的左半幅寬和右半幅寬均差異較小，故取薯塊的平均半幅寬度，3個木薯品種的薯塊在不同半幅寬范圍內(nèi)的薯條數(shù)占比見表2。當(dāng)收獲半幅為0～30.0 cm時，華南205、南植199和新選048的薯條數(shù)占比分別為95.6%、91.5%、85.4%;當(dāng)收獲半幅為0～35.0 cm時，華南205、南植199和新選048的薯條數(shù)占比分別為100.0%、96.0%、91.1%。在不同薯塊半幅寬，各品種的薯條數(shù)占比之間存在顯著差異。綜合考慮，確定單株木薯的收獲半幅寬為0.0～35.0 cm。

2.3挖掘?qū)由?/p>

3個木薯品種在不同層深的薯數(shù)占比測量結(jié)果見圖2。其中，新選048與華南205和南植199之間均存在顯著差異;在0.0～20.0 cm層深，華南205和南植199的薯數(shù)占比達(dá)89.9%以上，新選048的薯數(shù)占比達(dá)68.6%;在0.0～25.0 cm層深，華南205和南植199的薯數(shù)占比均達(dá)100%，而新選048的薯數(shù)占比僅達(dá)86.2%，尚有13.8%薯數(shù)位于25.1～35.0 cm之間。

同一層深內(nèi)不同小寫字母表示差異顯著（P<0.05）。

3個木薯品種在不同層深的薯重占比見圖3。其中，新選048與華南205和南植199之間均存在顯著差異;在0.0～20.0 cm層深內(nèi)，華南205、南植199和新選048的薯重占比分別達(dá)99.1%、97.9%、93.2%;在0.0～25.0 cm層深內(nèi)，華南205和南植199的薯重占比達(dá)100.0%，新選048的薯重占比達(dá)98.6%。

同一層深內(nèi)不同小寫字母表示差異顯著（P<0.05）。

根據(jù)上述研究結(jié)果可確定，當(dāng)單株木薯的收獲層深為0.0～25.0 cm時，華南205和南植199的薯數(shù)占比和薯重占比均達(dá)100%。

2.4薯塊的α角和β角

3個木薯品種的薯塊α角和β角平均值見表3。新選048的α角顯著大于華南205和南植199，后兩者差異不顯著，由此可知，華南205和南植199的薯塊入土較淺，而新選048的薯塊入土較深;3個木薯品種的α角標(biāo)準(zhǔn)誤均較小，故各品種單株的薯塊基本聚攏在同一入土角度的斜面上。

3個木薯品種的β角均較小，南植199的β角小于華南205和新選048，故南植199的薯塊比華南205和新選048更聚集于種莖基部;3個木薯品種的β角標(biāo)準(zhǔn)誤均較大，故各品種單株的薯塊在同一斜面上呈現(xiàn)窄幅扇形分布，其中，南植199的薯塊集中度比華南205和新選048高。

3??討論

通過抽樣比較3個典型木薯品種的薯構(gòu)型，由于華南205和南植199的單株薯塊半幅寬較窄、入土較淺，明確華南205和南植199較為適宜木薯的機械化收獲，其單株木薯的最優(yōu)收獲半幅寬為0.0～35.0 cm、收獲層深為0.0～25.0 cm，由此可確定木薯收獲機應(yīng)設(shè)計為單株木薯的半幅收獲寬度為35.0 cm、收獲深度為25.0 cm。該研究結(jié)果為木薯收獲機械的研究設(shè)計提供了參考依據(jù)，相對于幾年前的木薯收獲機械明薯率約70%～80%，經(jīng)2016—2018年的農(nóng)藝農(nóng)機結(jié)合，重新研究調(diào)整木薯機械化栽培模式以及設(shè)計改進收獲機型，于2018年底，分別在廣東省湛江市、廣西區(qū)合浦縣、海南省白沙縣的木薯全程機械化生產(chǎn)示范基地，驗收其收獲明薯率已達(dá)到95.0%以上，驗證了本文的薯構(gòu)型結(jié)果是可行的。

與海南省紅壤土中的華南8號薯塊部分生長特性^[9]比較，本研究結(jié)果的薯塊半幅寬略窄、薯塊入土深度略淺，其原因除品種不同外，也可能是海南省的土、肥、水、光、熱比湛江優(yōu)越有關(guān);本研究的3個木薯品種的薯塊α角和β角均表明：單株的薯塊主要聚攏在種莖基部的某一個斜面上，并呈窄幅扇形分布，而薯塊的入土深度及集中度略有差異，這與生產(chǎn)中觀察到的大多數(shù)木薯品種的薯構(gòu)型特征基本相似;本研究的薯塊層深及其α角分布特征，將對調(diào)整木薯收獲機挖掘鏟的入土角、碎土角和限深等農(nóng)機參數(shù)有較高的參考價值^[10-11]。

通過近幾年的農(nóng)藝農(nóng)機結(jié)合研究，分析其未來發(fā)展趨勢，建議木薯全程機械化生產(chǎn)的理想栽培模式：①傳統(tǒng)的疏植木薯植株高大，收獲指數(shù)低，遇強風(fēng)暴雨容易倒伏招致減產(chǎn)，株行距較寬也難以控制草害，而且疏植的薯塊容易長得長而粗、薯半幅較寬、入土較深、薯塊的集中度和均勻度均會下降，加上莖增高、分枝多、葉增多等因素，不利于機械化作業(yè)和收獲，因此建議密植矮化，一是有利于種植、管理、收獲的全程機械化作業(yè)，且可避免臺風(fēng)危害和防控草害;二是在密植條件下，地下薯塊會長得比較均勻集中，且薯塊短、薯半幅也窄，有利于提高明薯率;三是即使種植時遇旱成活率低，也能保證較高的有效株數(shù)，根據(jù)單位面積鮮薯產(chǎn)量=單株鮮薯重?單位面積有效株數(shù)，與疏植比較，雖然密植精管會小幅降低單株鮮薯重量，但能大幅增加單位面積的有效株數(shù)，從而更能有效增產(chǎn)^[14]，最終達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)增收的目的。②根據(jù)木薯根系（薯塊）生長的向地性和向肥性，以及大多數(shù)薯塊集中生長在種莖基部的特性^[15-20]，在寬窄行起壟種植時，由于肥料主要是施在壟心，建議把木薯種莖基部朝向壟中央，且種莖基部略為下斜，當(dāng)木薯的薯塊及根系聚長在壟中央，一是壟中央的土壤相對濕潤、肥沃和疏松，有利于薯塊的膨大增產(chǎn)，也有利于機械收獲時的土薯分離及隨后的集中撿拾，提高明薯率;二是方便機械耕作時的輪胎行走、起壟、開溝、培土、中耕等全程作業(yè)，并能避免輪胎對薯塊和根系的擠壓傷害;三是靠近壟側(cè)土層很少長薯，從而可進一步壓縮收獲機的挖掘鏟寬度，降低收獲機的鏟土量及其動力損耗等，最終提高機械化收獲效率。

根據(jù)本研究結(jié)果及上述農(nóng)藝農(nóng)機結(jié)合的理想栽培模式要求，建議機械化木薯良種的特征特性：在中等土壤肥力和管理水平條件下，不分枝或高位分枝，矮化緊湊，株高≤2.5 m;結(jié)薯集中，≥80.0%的結(jié)薯數(shù)靠近種莖基部，薯柄短小適中，薯塊的大小長短均勻，粗短淺生，≥98.0%薯重分布在≤35.0 cm薯半幅寬和≤25.0 cm層深的范圍內(nèi)。其優(yōu)點：一是收獲時起土量少，且容易土薯分離，在收獲機行走時，會減少機械力作用于土壤變形以及間接壓斷薯塊的力量，從而降低斷薯率以提高明薯率，二是收獲機犁得淺，則機械阻力小，能耗也少，提高作業(yè)效率。

雖然本研究初步勾勒出木薯的薯構(gòu)型并提出下一步的研究建議和發(fā)展方向，但局限于廣東省湛江市抽樣調(diào)查等行距平種木薯的3個品種薯構(gòu)型。現(xiàn)已擴展研究不同的地域、品種、土壤類型、種植模式的薯構(gòu)型，深入的研究結(jié)果，將能因地制宜為各地提供最優(yōu)的機械化農(nóng)藝參數(shù)和機械化操作標(biāo)準(zhǔn)。

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