寧夏固原地區(qū)馬鈴薯種植粉壟耕作試驗研究

王 乾， 楊術明， 楊樹川， 唐 博， 馬伏龍， 王昱潭

（寧夏大學 機械工程學院，寧夏 銀川 750021）

馬鈴薯是一種適應性強、產(chǎn)量高、營養(yǎng)豐富的經(jīng)濟作物，在世界各地均有栽培，中國的馬鈴薯產(chǎn)量以及種植面積近年來均位于世界前列[1]。中國種植的馬鈴薯已經(jīng)成為繼玉米、水稻和小麥之后的第四大糧食作物，由于馬鈴薯具有耐旱耐高寒性，其主產(chǎn)區(qū)集中在我國西北和西南地區(qū)，其中西北地區(qū)主要包括陜西北部、寧夏、甘肅和青海[2]。寧夏中部干旱帶和南部山區(qū)地形地貌復雜、溝壑縱橫，海拔較高，氣候冷涼，土壤富含鉀素、病毒傳媒少，天然隔離條件好，其所產(chǎn)馬鈴薯品質(zhì)優(yōu)、口感好，是馬鈴薯種植的最佳區(qū)域，常年種植面積約13.33 萬hm2[3]。如今馬鈴薯產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為寧夏重要的優(yōu)勢特色產(chǎn)業(yè)之一，也是固原地區(qū)脫貧致富的主要支柱產(chǎn)業(yè)之一[4]。然而，由于氣象災害的影響以及生產(chǎn)技術水平低、田間管理模式粗放，寧夏馬鈴薯單產(chǎn)水平低，產(chǎn)量逐年下降[5-6]。土壤質(zhì)量的好壞關系著農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，通過土壤耕作可調(diào)理和遏制土壤耕層退化、改善土壤環(huán)境，實現(xiàn)農(nóng)作物增產(chǎn)[7]。不僅如此，土壤耕作是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中基礎且關鍵的環(huán)節(jié)，是播種的前提和保證，其目的在于改善耕地土壤結構，優(yōu)化農(nóng)作物生長環(huán)境[8]。隨著農(nóng)業(yè)機械化的快速發(fā)展，如今人工耕作已被機械化耕作所取代[9]。機械化耕作是利用農(nóng)機裝備進行翻耕、細碎和平整土壤，具有工作效率高、作業(yè)質(zhì)量好的優(yōu)點[10]。并且，利用機械耕作能夠有效打破犁底層，恢復土壤結構，增加土壤蓄水保墑能力，消減雜草和病蟲害[11]。但是，傳統(tǒng)的土壤耕作機械仍有一定缺點和不足，本試驗的目的在于探究粉壟耕作對馬鈴薯品質(zhì)和產(chǎn)量的影響，從而為提升寧夏馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平提供有益參考。

1 土壤耕作機械概述

1.1 傳統(tǒng)土壤耕作機械

目前，我國傳統(tǒng)土壤耕作機械已得到普及，按耕作方式不同，主要分為犁耕式和旋耕式兩種耕作機械，以適應不同地區(qū)、不同地形的作業(yè)要求。

1.1.1 犁耕式 犁耕式土壤耕作機械，按作業(yè)機具的不同，可分為鏵式犁、圓盤犁以及鏵式犁的派生，包括雙向犁和高速犁等。鏵式犁在農(nóng)業(yè)上是使用最早且最常見的耕作機械，由犁鏵、犁壁、犁側板和犁柱組成，在拖拉機的牽引下犁鏵插入土壤，切土后犁壁再碎土并翻轉土壤，進而完成作業(yè)[12]。圓盤犁是一種以凹面圓盤為工作部件的耕作機械，作業(yè)時圓盤轉動切土，進而使土壤在離心力作用下翻轉出去，形成一道犁溝，具有良好的防堵性，但翻耕質(zhì)量不高[10]。雙向犁由多個鏵式犁和翻轉機構組成，作業(yè)時先翻轉左側土壤，后翻轉機構帶動犁梁轉動，再翻轉右側土壤，一次完成兩側作業(yè)，但翻轉過程中存在死點，會導致機架變形，需要相應的越中機構。高速犁是一種在耕速超過7 km/h 的條件下設計的耕作機械，在大功率拖拉機的牽引下高效完成作業(yè)，但會過分粉碎土壤，一般只適用于沙壤土，且作業(yè)后的犁溝寬度較大[13]。

1.1.2 旋耕式 旋耕式土壤耕作機械是以旋耕刀片為工作部件耕作土壤，按刀軸排布形式的不同，可分為橫軸式旋耕機和縱軸式旋耕機。橫軸式旋耕機也稱臥式旋耕機，主要由萬向節(jié)總成、變速箱、傳動箱、旋耕刀軸、罩殼托板等組成，軸上刀片沿螺旋線安裝，作業(yè)時刀軸轉向與拖拉機前進方向一致，刀軸旋轉帶動刀片向后切削土壤，土壤依靠慣性拋灑到后方托板和罩殼上，進而再次細碎土壤，完成土壤耕作[14]。縱軸式旋耕機又稱立式旋耕機，主要由萬向節(jié)、減速器、刀盤和旋耕刀等組成，旋耕刀正逆旋成組安裝在刀盤上，作業(yè)時一方面動力輸出軸經(jīng)萬向節(jié)將動力傳遞給減速器，減速器驅動刀盤轉動帶動旋耕刀旋轉；另一方面旋耕刀在拖拉機的牽引下向前運動，因而形成余擺線運動切削土壤，使旋耕刀的受力狀況得到改善[15]。

但是，單一的犁耕式土壤耕作機械作業(yè)后，土壤的松碎程度和平整度還無法滿足農(nóng)作物播種和種植作業(yè)條件，仍需旋耕機二次耕作，降低了機具作業(yè)效率；而連續(xù)多年使用旋耕式土壤耕作機械也會引起土壤板結，犁底層變厚，耕層變淺，進而使得土壤保墑蓄水能力降低，土壤養(yǎng)分流失[16]。

1.2 粉壟耕作機械

鑒于傳統(tǒng)土壤耕作機械的不足，廣西農(nóng)業(yè)科學院韋本輝團隊著手研發(fā)了一種新型土壤耕作機械——粉壟耕作機，旨在一次性完成深耕深松整地作業(yè)，激活犁底層且不亂土層，擴建土壤養(yǎng)分、水分、氧氣等“三庫”容量，增強土壤保水保肥能力，減少病害和雜草，促進作物根系深扎生長，從而實現(xiàn)作物增產(chǎn)提質(zhì)[17]。由廣西農(nóng)科院和五豐機械有限公司合作研發(fā)的粉壟耕作機械，根據(jù)行走方式的不同，有自走式和牽引式2 種粉壟機，其耕作深度可自由調(diào)節(jié)30～50 cm，以適應不同作物、不同地區(qū)種植作業(yè)的要求。整機主要由液壓傳動系統(tǒng)、立式螺旋鉆頭部件和機架等組成，作業(yè)時由動力輸出經(jīng)液壓系統(tǒng)帶動液壓馬達旋轉，驅動多根垂直安裝的立式螺旋鉆頭高速旋轉入土至預定耕深后，如圖1 所示，鉆頭上的螺旋刀刃和旋耕刀旋轉粉碎土壤，一次性完成深耕深松整地作業(yè)[18-19]。

圖1 粉壟機關鍵作業(yè)部件

已有研究表明，較傳統(tǒng)土壤耕作機械耕作方式，粉壟耕作能有效增加作物產(chǎn)量和提高作物品質(zhì)。據(jù)報道，采用粉壟耕作后，河南焦作市冬小麥產(chǎn)量增加、穗粒數(shù)增加、旗葉光合性能顯著增強[20]，廣西北流市的水稻年產(chǎn)量增加、稻米整精米率提高、蛋白質(zhì)含量提高[21]，黑龍江巴彥縣的玉米濕粒和干粒產(chǎn)量增加[22]，廣西來賓市的甘蔗產(chǎn)量增加、含糖量提高[23]。因此，有必要在寧夏固原地區(qū)開展馬鈴薯粉壟耕作試驗研究，為引進推廣粉壟耕作技術提供試驗依據(jù)。

2 試驗

2.1 試驗區(qū)概況

在寧夏固原3 個核心示范村于2018—2019 年共實施粉壟耕作19.4 hm2。試驗地分別位于西吉縣新營鄉(xiāng)白城村（北緯 36°9′7″，東經(jīng) 105°34′56″）、原州區(qū)張易鎮(zhèn)毛莊村（北緯 35°48′3″，東經(jīng) 106°9′31″）和海原縣關莊鄉(xiāng)高臺村（北緯36°36'23"，東經(jīng)105°35'22"）。屬于典型大陸性氣候，海拔在2 200 m 左右，年均降水量400 mm 左右，無霜期130 d 左右，年均氣溫5.3~7.0 ℃，≥10 ℃有效積溫2 000~2 300 ℃。試驗地土壤類型為黑壚土，土壤質(zhì)地為沙粉土，10~30 cm 土層土壤含水率為20%~40%，土壤硬度為0.47~0.66 MPa。

2.2 試驗方法

采用粉壟耕作方式，耕作深度30~50 cm。2018年粉壟6.87 hm2（去年粉壟），2019 年粉壟12.53 hm2（當年粉壟），以傳統(tǒng)旋耕耕作方式（耕作深度15 cm）為對照，如圖2 所示。試驗機型為廣西五豐公司生產(chǎn)的自走式粉壟機，如圖3 所示。馬鈴薯種植模式為起壟、施肥、播種、覆膜。單行種植行距65 cm、株距30 cm，播種密度49 500 穴/hm2；雙行種植行距55 cm、株距40 cm，播種密度45 000 穴/hm2。試驗品種為青薯9 號、冀張薯12 號原種，用種量1 800 kg/hm2，種植深度 15~20 cm。

圖2 馬鈴薯粉壟與對照示意圖

圖3 自走式粉壟機

觀測計算單株結薯數(shù)、單株薯質(zhì)量、商品薯率和爛薯率，統(tǒng)計馬鈴薯增產(chǎn)情況。具體方法：在每個示范村隨機抽取10 塊示范田進行測產(chǎn), 每塊田內(nèi)取1個樣方,采用梅花點五點取樣法；在每個樣方連續(xù)采挖5 株馬鈴薯，稱其單株薯質(zhì)量，然后記錄樣方株數(shù)、單株結薯數(shù)、單株薯質(zhì)量、商品薯、爛薯病薯以及青頭薯；按理論產(chǎn)量（kg/hm2）=株數(shù)（株/hm2）×單株薯質(zhì)量（kg/株），實測產(chǎn)量（kg/hm2）=理論產(chǎn)量（kg/hm2）×85%進行計算，爛薯、病薯以及青頭薯不計入產(chǎn)量。

3 結果與分析

3.1 粉壟耕作對馬鈴薯品質(zhì)的影響

2019 年9 月20—25 日在西吉縣新營鄉(xiāng)白城村馬鈴薯種植示范點對馬鈴薯品質(zhì)進行調(diào)查、測定，經(jīng)統(tǒng)計學處理，結果如表1 所示。平均單株結薯數(shù)大小依次為2019 年粉壟地塊、傳統(tǒng)耕作地塊、2018 年粉壟地塊，2019 年粉壟地塊平均單株結薯數(shù)較傳統(tǒng)耕作地塊提高了4.67%；平均單株薯質(zhì)量大小依次為2019 年粉壟地塊、2018 年粉壟地塊、傳統(tǒng)耕作地塊，2019 年粉壟地塊和2018 年粉壟地塊平均單株薯質(zhì)量較傳統(tǒng)耕作地塊分別提高29.52%和11.00%；平均商品薯率大小依次為傳統(tǒng)耕作地塊、2019 年粉壟地塊、2018 年粉壟地塊；平均爛薯率大小依次為傳統(tǒng)耕作地塊、2019 年粉壟地塊、2018 年粉壟地塊，2019 年粉壟地塊和2018 年粉壟地塊平均爛薯率較傳統(tǒng)耕作地塊分別減少0.10%和2.46%。

3.2 粉壟耕作對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

2018—2019 年馬鈴薯粉壟實施面積及實施效果如表2 所示。 西吉縣新營鄉(xiāng)白城村兩年的粉壟實施面積總共為11.54 hm2，2018 年粉壟產(chǎn)量和2019年粉壟產(chǎn)量較傳統(tǒng)耕作產(chǎn)量分別增加24.84%和22.91%；原州區(qū)張易鎮(zhèn)毛莊村兩年的粉壟實施面積總共為4.18 hm2，2018 年粉壟產(chǎn)量和2019 年粉壟產(chǎn)量較傳統(tǒng)耕作產(chǎn)量分別增加27.30%和10.53%；海原縣關莊鄉(xiāng)高臺村兩年的粉壟實施面積總共為3.68 hm2，2018 年粉壟產(chǎn)量和2019 年粉壟產(chǎn)量較傳統(tǒng)耕作產(chǎn)量分別增加35.49%和5.60%。

表1 馬鈴薯品質(zhì)測量結果

表2 2018—2019 年馬鈴薯粉壟實施面積及效果

4 討論

本次試驗中，2018 年粉壟地塊（去年粉壟）和2019 年粉壟地塊（當年粉壟）平均單株結薯數(shù)較傳統(tǒng)耕作地塊變化不大，但粉壟地塊的平均單株薯質(zhì)量較傳統(tǒng)耕作地塊明顯增加，且當年粉壟地塊較去年粉壟地塊增幅更高，馬鈴薯的實際品質(zhì)得到了提升。粉壟地塊的商品薯率小于傳統(tǒng)耕作地塊，但粉壟后商品薯率在逐年增加，以后有望超過傳統(tǒng)耕作地塊。粉壟地塊的馬鈴薯爛薯率小于傳統(tǒng)耕作地塊，其中去年粉壟地塊最低，當年因雨水較多，爛薯率增加。

各示范點粉壟耕作兩年的馬鈴薯產(chǎn)量較傳統(tǒng)耕作均有增加，說明粉壟耕作確實能提高馬鈴薯產(chǎn)量；最高增產(chǎn)35.49%，去年粉壟地塊平均增產(chǎn)28.32%，當年粉壟地塊平均增產(chǎn)12.90%，增產(chǎn)效果明顯；當年因雨水較多，增產(chǎn)效果有所降低。

5 結論

1）與傳統(tǒng)旋耕相比，粉壟耕作能夠一次性完成深耕深松整地作業(yè)，激活犁底層且不亂土層，提高耕整地作業(yè)效率。

2）粉壟耕作后，馬鈴薯單株薯質(zhì)量增加，商品薯率減小但有逐年增加趨勢，爛薯率減小，馬鈴薯品質(zhì)提升。

3）粉壟耕作可增加馬鈴薯產(chǎn)量且增產(chǎn)效果顯著。

4）粉壟耕作可提升馬鈴薯品質(zhì)和產(chǎn)量，在寧夏馬鈴薯種植上有一定的推廣價值。