機(jī)械收獲對宿根蔗地下芽庫及成苗的影響研究

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/云南省甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南開遠(yuǎn) 661699）

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)械化收獲對降低甘蔗生產(chǎn)成本具有重要意義。目前，國內(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)收對甘蔗生長發(fā)育的影響發(fā)現(xiàn)，機(jī)械壓實(shí)對蔗田土壤容重，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)15.05 t/hm2，減產(chǎn)幅度達(dá)15.64%。

甘蔗地下芽庫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)致根系正常生長受阻，對土壤中水分和養(yǎng)分的吸收能力變?nèi)?，?dǎo)致對地下芽庫營養(yǎng)體水分養(yǎng)分供給不足，影響宿根蔗地下芽庫發(fā)株成苗及后期的生長發(fā)育[5-6]。因此研究機(jī)械壓實(shí)造成的土壤緊實(shí)度增加對宿根蔗地下芽及苗期生長發(fā)育的影響對明確宿根減產(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)25.5 mg/kg、堿解氮86.1 mg/kg、速效磷73.9 mg/kg、速效鉀124.0 mg/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8.0 m，行距1.2 m，面積67.2 m2。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12萬芽/hm2，種植深度約10 cm。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N 46%）、過磷酸鈣（含P2O516%）和硫酸鉀（含K2O 52%）各750 kg/hm2、750 kg/hm2和150 kg/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：為4GZW—0.8，切割速度：4～7 次/s）收獲。機(jī)收后，砍倒的甘蔗通過人工收獲方式收獲。為模擬機(jī)收對土壤緊實(shí)度的影響，每季甘蔗收獲均于機(jī)收小區(qū)由負(fù)重后7 t的拖拉機(jī)沿蔗蔸碾壓5次，胎面寬度20 cm，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)度測量

甘蔗種植深度約為10 cm，因此，萌發(fā)成苗的地下芽主要分布于0～20 cm 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：DS/TYD—2，量程：500 N/cm2）測量甘蔗品種“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5～10 cm 測量土壤緊實(shí)度。以土壤硬度計(jì)上標(biāo)尺為參考，每年甘蔗收割后測量地下10 cm 和20 cm 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1 MPa=100 N/cm2，將原始數(shù)據(jù)單位轉(zhuǎn)化為MPa[4]。

1.4.2 地下芽庫成苗量

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)量測定

甘蔗地下芽庫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)地下芽庫數(shù)量，折算為每平方米地下芽庫數(shù)量。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

土壤緊實(shí)度、地下芽庫、苗量等的分析采用Statistix V8 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Statistix V8 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)。10 cm 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3.37 MPa，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，20 cm 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4.52 MPa，較10 cm 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3.10 MPa，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，對甘蔗宿根出苗及后期營養(yǎng)生長具有重要意義。

表1 兩種收獲處理?xiàng)l件下不同深度的土壤緊實(shí)度Table 1 Soil compaction at different depths under two harvesting treatment

2.2 機(jī)收對不同甘蔗品種地下芽庫數(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總數(shù)量分別為110、116和178個(gè)/m2，呈現(xiàn)逐年增加趨勢；機(jī)收處理?xiàng)l件下，除“ROC”22 地下芽庫數(shù)量隨宿根年限的增加呈現(xiàn)增加趨勢，YT93-159、FN39、GT32 和YZ05-51 的地下芽庫數(shù)量均呈現(xiàn)降低趨勢，5 個(gè)品種地下芽庫總平均量分別為112、109 和92 個(gè)/m2。其中，人工收獲地下芽庫總數(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)。

圖1 5個(gè)品種兩種收獲處理下3年宿根地下芽庫數(shù)量變化Fig.1 The amounts of underground bud bank (UBB) in 3 ratoon crops of 5 sugarcane cultivars under two harvesting treatment

2.3 機(jī)收對宿根蔗地下芽庫萌發(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)收處理的地下芽庫數(shù)量僅為人工收獲的一半，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。

圖2 機(jī)械收獲對5個(gè)甘蔗品種地下芽庫萌發(fā)率的影響Fig.2 Impact of mechanical harvesting on the sprouting rate of underground bud bank in 5 sugarcane cultivars

2.4 機(jī)收對宿根蔗地下芽庫萌發(fā)成苗量的影響

宿根蔗地下芽庫的萌發(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月處理間苗量無顯著差異。從第1年宿根開始，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?？梢?，機(jī)收條件下的地下芽庫萌發(fā)成苗顯著低于人工收獲。

表2 不同收獲方式甘蔗成苗量Table 2 Impact of harvesting treatments on the amount of sugarcane seedlings

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 地下芽庫數(shù)量與宿根苗量的相關(guān)性

地下芽庫是宿根蔗苗期的成苗基礎(chǔ)。由表3 可知，地下芽庫數(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，地下芽庫數(shù)量對成苗量更為重要。因?yàn)?，在機(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數(shù)量與成苗量均無顯著相關(guān)性，這可能與第3年宿根缺塘面積較大有關(guān)。

表3 地下芽庫數(shù)量與宿根成苗量的相關(guān)性分析Table 3 Correlations between underground bud bank and amounts of seedlings

2.5.2 地下芽庫萌發(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)。

表4 地下芽庫萌發(fā)率與發(fā)株數(shù)量的相關(guān)系數(shù)Table 4 The correlations between sprouting rate of underground bud bank and amount of seedlings

3 討論與結(jié)論

延長宿根年限，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10～20 cm 深度的土壤緊實(shí)度，在本研究機(jī)收處理中，3 年宿根10 cm處土壤緊實(shí)度分別為1.70、2.10 和3.37 MPa，第1 年和第2 年宿根的土壤緊實(shí)度略低于國內(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2.95 MPa[10]，但10～20 cm 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數(shù)量呈顯著增加趨勢，而機(jī)收處理下呈顯著降低趨勢。從地下芽庫的數(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生長和根干物質(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年宿根的地下芽庫萌發(fā)率均顯著低于人工收獲處理，而第3年地下芽庫萌發(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。不同品種地下芽庫萌發(fā)率對土壤緊實(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)率來看，“ROC”22和YZ05-51地下芽庫的萌發(fā)率受土壤緊實(shí)度脅迫影響較??；從5月份發(fā)株成苗量來看，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數(shù)量呈增加趨勢，而小型機(jī)收處理呈降低趨勢。地下芽庫數(shù)量與宿根發(fā)株成苗量呈顯著正相關(guān)，地下芽庫萌發(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)帶來的根系生長脅迫，從而滿足宿根蔗地下芽庫萌發(fā)成苗的營養(yǎng)需求，將改善小型機(jī)收碾壓造成的宿根衰退。