種莖排布對木薯鮮薯產量與薯構型的影響

魏云霞，劉麗娟，黃潔，王娟，李天，何馮光

摘? 要：平地寬窄行（1.0 m+0.6 m）模擬機械化種植模式下，以我國主栽機械化木薯品種‘NZ199為對象，設置平放順向對稱（T1）、平放順向交錯（T2）、平放斜向對稱（T3）、平放斜向交錯（T4）、斜插反向對稱（T5）、斜插反向交錯（T6），共6種雙行種莖排布方式，研究其對鮮薯產量、薯塊特征及薯構型的影響，以期篩選適宜的木薯機械化種植模式與收獲農藝農機參數(shù)。結果表明，斜插較平放有助于提高鮮薯產量;斜插反向交錯、平放順向對稱的鮮薯產量均較高，分別達41.92～50.11、38.55～48.42 t/hm2，二者結薯的平均垂直行向半幅寬均較窄，僅為22.92～24.09 cm;當收獲單株的垂直行向半幅寬為30.0 cm、層深為25.0 cm時，斜插反向交錯與平放順向對稱的收獲鮮薯產量占比、鮮薯產量均較高，分別達97.54%～98.87%、38.12～40.87 t/hm2。綜上，在平地寬窄行機械化種植模式中，推薦斜插反向交錯和平放順向對稱種植方式，建議收獲機在窄行間的雙行作業(yè)幅寬120.0 cm、犁深25.0 cm，則可收獲98%的鮮薯產量。

關鍵詞：木薯;種莖排布;鮮薯產量;薯構型;農藝農機參數(shù)

中圖分類號：S533? ? ? 文獻標識碼：A

Influence of Different Stake Layouts on Cassava Fresh Root Yield and Storage Root Configuration

WEI Yunxia1， LIU Lijuan1，2， HUANG Jie1*， WANG Juan1，2， LI Tian1，2， HE Fengguang3

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 & Rural Affairs， Haikou， Hainan 571101， China; 2. College of Tropical Crops， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China; 3. Agricultural Machinery Research Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Zhanjiang， Guangdong 524091， China

Abstract： The effects on the cassava fresh root yield （FRY）， root character， storage root configuration （SRC） were studied to obtain the optimal mechanized planting mode and harvesting agronomic-machinery parameters for cassava. A field experiment with six stake layouts， i.e. horizontal-orthodromic-symmetrical （T1）， horizontal-orthodromic-interlace （T2）， horizontal-slant-symmetrical （T3）， horizontal-slant-interlace （T4）， inclined-reverse-symmetrical （T5）， inclined- reverse-interlace （T6） was conducted. Variety ‘NZ199， which was widely cultivated across the South China and appropriate for mechanization， was used as the test material， adopted wide-narrow row （1.0 m+0.6 m） planting model on the flat field. The inclined model was helpful to increasing FRY than horizontal. The FRY of T6 and T1 was higher than that of others， up to 41.92-50.11， 38.55-48.42 t/hm2， respectively. The average half width across row of T6 and T1 SRC was narrower than others， only 22.92-24.09 cm. When the harvesting half width across row per plant was 30.0 cm and the harvesting depth was 25.0 cm， the fresh storage root weight proportion and their fresh root weight of T6 and T1 were higher than that of others， up to 97.54%-98.87%， 38.12-40.87 t/hm2， respectively. Comprehensive analysis， T6 and T1 were recommended within the wide-narrow row mechanized model on flat field， meanwhile， the parameter of 120.0 cm harvesting width and 25.0 cm depth were suggested for the double rows harvesting machine among narrow rows， then 98% of the FRY could be harvested.

Keywords： cassava; stake layout; fesh root yield; storage root configuration; agronomic - machinery parameters

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.10.019

木薯是全球貧困地區(qū)重要的糧食和經(jīng)濟支柱，廣泛用作糧食、飼料、工業(yè)原料[1-2]，國際上超8億人以木薯為糧食[3]。木薯作為我國熱區(qū)重要的經(jīng)濟作物，是我國“走出去”的重要推進作物之一[4]，在“一帶一路”的東南亞、非洲等國家發(fā)揮重要的技術支撐作用[5]。木薯種植有平放、斜插和直插3種方式[6]。陳霆等[7]、Ogundare[8]指出，木薯斜插較平放可增產8.6%～20.0%。Shadrack等[9]發(fā)現(xiàn)，木薯斜插較平放減產17.5%。Abdullahi等[10]則指出，因木薯品種而異，斜插較平放增產與減產現(xiàn)象并存。肖鑫輝等[11]研究表明，大畦雙行交錯種植的木薯單株薯數(shù)、鮮薯重、收獲指數(shù)、鮮薯產量、淀粉產量均高于相對種植，增產11.9%?？梢?，不同的種莖種植、排布方式對木薯生長發(fā)育及塊根產量有著重要的影響。

目前，我國木薯生產主要靠人工，機械化程度低，人工費占總成本中64.7%以上，收獲環(huán)節(jié)人工占總人工成本比例最高，達45.5%～62.3%[12-13]，成本高、效率低，嚴重制約我國木薯產業(yè)的發(fā)展[14]。為提高木薯生產效率及效益，大力發(fā)展機械化是必然趨勢[15]。農藝農機結合是推進木薯生產機械化的基礎，而塊根的空間分布特征，是設計木薯收獲機收獲方式、零部件尺寸等的重要依據(jù)。目前國內外關于木薯機械研制、設計的理論研究較多[15-17]，但農藝農機融合，特別是農藝參數(shù)研究較少。本研究針對我國主栽機械化木薯品種‘NZ199，開展不同種莖排布的薯構型研究，旨在探索一種高產高效的種植模式，并確定優(yōu)化匹配的機械化種植、收獲參數(shù)，以期促進農藝農機融合，推動木薯機械化作業(yè)，提升生產效益。

1? 材料與方法

1.1? 材料

試驗于2017年3月—2018年12月，在海南省儋州市中國熱帶農業(yè)科學院試驗場六坡基地進行。試驗田土壤為花崗巖發(fā)育的磚紅壤，基本理化性質為：pH 4.74，有機質20.65 g/kg、全氮0.87 g/kg、全磷0.19 g/kg、全鉀8.28 g/kg、堿解氮81.59 mg/kg、速效磷19.37 mg/kg、速效鉀64.62 mg/kg。

供試木薯品種為‘南植199（NZ199），中國科學院華南植物所選育，國內主栽機械化品種之一，植株直立緊湊，不分枝或分枝極少。

1.2? 方法

1.2.1? 試驗設計? 模擬機械化生產的平地寬窄行種植模式，寬行1.0 m，窄行0.6 m，株距0.8 m。隨機區(qū)組設計，設6種雙行種莖排布方式，分別為平放順向對稱（T1）、平放順向交錯（T2）、平放斜向對稱（T3）、平放斜向交錯（T4）、斜插反向對稱（T5）、斜插反向交錯（T6），3次重復。種植時間分別為2017年3月22日、2018年3月23日，收獲時間分別為2018年1月12日、2018年12月25日。種植前，選取芽眼健康，長20 cm的種莖，行向為東西向，種植深度8 cm。俯視同一窄行內的兩行種莖中心點，T1、T3、T5為對稱種植，T2、T4、T6為交錯種植。T1、T2種莖沿行向平放，芽眼朝西;T3、T4種莖與行向呈45°水平夾角斜向平放，同一窄行內的兩行種莖基端靠攏，芽眼交替向西北或西南;T5、T6種莖與地面呈30°垂直夾角斜插，露出種莖5 cm，同一窄行內的兩行種莖基端靠攏，芽眼朝外，交替向北或南。具體種莖排布方式見圖1。每小區(qū)種植6行木薯，每行6株。植后60 d間苗，每株留2條主莖。

1.2.2? 測定項目及方法? 參考蘇必孟等[18]的方法加以改進。在2個試驗年份的木薯收獲期，距離木薯植株>50.0 cm的外圍，先挖開表土和外圍泥土，再慢慢刨土，盡量不傷及薯塊，直至祼露出完整的薯構型（圖2），調查各小區(qū)A區(qū)域內8株木薯的薯長、薯莖、總鮮薯重，調查B、C區(qū)域內8株木薯的行向半幅寬、垂直行向半幅寬;2018年12月25日收獲期，增加調查B區(qū)內4株木薯不同層深的薯數(shù)、鮮薯重，以及C區(qū)內4株木薯不同垂直行向半幅寬的薯數(shù)和鮮薯重。

測量指標及方法如下：

薯尖：薯塊尾部直徑1.0 cm處。為統(tǒng)一標準，并避免模糊的測量概念，剔除薯塊尾部的尖細部分以及纖維根等無效部分。

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

薯徑（mm）：薯塊最粗部位的直徑。

行向半幅寬（cm）：薯尖與種莖中點之間，在行向上的最大水平長度，分前半幅和后半幅，求平均值。

垂直行向半幅寬（cm）：薯尖與種莖中心點連線之間，垂直于行向的最大水平寬度，分左半幅和右半幅，求平均值。

不同垂直行向半幅寬的薯數(shù)和鮮薯重：沿種莖中心點連線分別至種莖左、右兩側（即種植行兩側）薯尖的最大垂直水平寬度，劃分為0～25.0、25.1～30.0、30.1～35.0、≥35.1 cm共4個范圍，統(tǒng)計每株木薯位于不同范圍內的薯尖數(shù)，記為不同垂直行向半幅寬范圍的薯數(shù)，按不同范圍立體切分薯塊后，稱其不同范圍內的鮮薯重。

不同層深的薯數(shù)和鮮薯重：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)計每株木薯位于不同層深的薯尖數(shù)，記為不同層深的薯數(shù)，逐層立體切分薯塊后，稱其不同層深的鮮薯重。

鮮薯產量：以A、B、C取樣區(qū)域內共16株薯塊的總鮮重，換算單位面積的鮮薯產量。

收獲機犁深=推薦收獲層深。

收獲機雙行作業(yè)寬度=推薦收獲的垂直行向半幅寬×2+窄行行距。

1.3? 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013軟件計算數(shù)據(jù)，SPSS 20.0軟件統(tǒng)計分析，AI、CAD、Originpro 8軟件繪圖，LSD法檢驗P<0.05水平上的差異顯著性。

2? 結果與分析

2.1? 對鮮薯產量的影響

不同種莖排布處理對鮮薯產量的影響見圖3，兩年均表現(xiàn)為斜插>平放，平放時對稱>交錯，斜

不同小寫字母表示處理間差異顯著（P<0.05）;T1：平放順向對稱，T2：平放順向交錯，T3：平放斜向對稱，T4：平放斜向交錯，T5：斜插反向對稱，T6：斜插反向交錯。

插時交錯>對稱，增產7.52%～17.66%。兩年均以T6鮮薯產量最高，較其余處理增產2.78%～ 17.66%;其次是種莖對稱的T1、T3、T5，而種莖交錯的T2、T4產量較低。

2.2? 對薯徑、薯長、薯徑/薯長比值的影響

不同種莖排布處理對薯徑、薯長、薯徑/薯長比值的影響見圖4，除2018年T1和T2外，各處理薯徑均為交錯>對稱;薯長在交錯時為平放>斜插，斜插時為對稱>交錯，以T6最短;薯徑/薯長比值為交錯>對稱，其中，交錯時斜插>平放，以T6最大。兩年中，以T6最優(yōu)，薯徑達42.74～ 50.81 mm，在2018年顯著大于部分處理;薯長均顯著短于其余處理，為15.94～16.97 cm;薯徑/薯長比值為0.27～0.30，在2018年顯著大于其余處理。

2.3? 對結薯半幅寬的影響

不同種莖排布處理對結薯的行向半幅寬、垂直行向半幅寬的影響見圖5，行向半幅寬為平放>斜插，斜插時對稱>交錯;除2017年T1和T2外，其余處理的垂直行向半幅寬為對稱>交錯。兩年中，T6行向半幅寬均最窄，為22.18～22.80 cm;T6、T1垂直行向半幅寬均較窄，為22.92～24.09 cm。

2.4? 對不同垂直行向半幅寬薯數(shù)占比、鮮薯產量占比和鮮薯產量的影響

2018年不同種莖排布處理對不同垂直行向半幅寬的薯數(shù)占比、鮮薯產量占比及鮮薯產量的影響見圖6，0～30.0 cm垂直行向半幅寬范圍內，薯數(shù)占比為對稱>交錯;鮮薯產量為平放時對稱>交錯，斜插時交錯>對稱。當垂直行向半幅寬達30.0 cm時，除T3外，各薯數(shù)占比、鮮薯產量占比及鮮薯產量分別達85.24%～95.70%、96.23%～ 99.67%、34.23～41.79 t/hm2;其中，T6薯數(shù)占比、鮮薯產量占比、鮮薯產量均最高，較其余處理分別提高2.07～19.51個百分點、0.34～8.08個百分點、9.56%～22.07%，其次為T1，而平放斜向均較低，甚至與T6等處理達顯著差異;除T3外，各處理的鮮薯產量占比均高于95.00%。

2.5? 對不同層深薯數(shù)占比、鮮薯產量占比和鮮薯產量的影響

2018年不同種莖排布處理對不同層深的薯數(shù)占比、鮮薯產量占比及鮮薯產量影響見圖7，在0～ 25.0 cm層深范圍內，鮮薯產量為斜插>平放，平放時對稱>交錯，斜插時交錯>對稱;各處理薯數(shù)占比、鮮薯產量占比分別達91.95%～100.00%、97.86%～ 100.00%;T6薯數(shù)占比、鮮薯產量占比雖最低，但鮮薯產量最大，較其余處理提高5.66%～15.07%，其次是T5、T1鮮薯產量，達38.53～38.80 t/hm2。

3? 討論

3.1? 不同種莖排布對鮮薯產量的影響

本研究條件下的鮮薯產量，斜插優(yōu)于平放，其中，交錯時斜插比平放增產7.52%～17.66%;平放時對稱優(yōu)于交錯，斜插時交錯優(yōu)于對稱;兩年均以斜插反向交錯表現(xiàn)最佳，較其余處理增產2.78%～17.66%，其次是平放順向對稱。分析國內外前人的研究，海南平地種植木薯，斜插較平放提高鮮薯產量8.6%～20.0% [7];且大畦雙行平插時，交錯種植的木薯單株結薯數(shù)、單株鮮薯重、收獲指數(shù)、鮮薯產量、淀粉產量，均大于對稱種植[11];廣西起壟種植木薯，不同種莖種植法的鮮薯產量、淀粉產量雖無顯著差異，但平放優(yōu)于斜插[19];在海南、廣西平放種植時，無論平地或起壟，不同芽向處理木薯的鮮薯、薯干和淀粉產量高低排序均為芽眼向南>向西>向北>向東[19-20];而廣西起壟斜插時，鮮薯產量高低排序為芽眼向東>向南>向西>向北[19]。在國外，尼日利亞的木薯起壟種植比平地增產，起壟種植時，斜插比平放株高提高6.55%、單條薯重提高24.25%，顯著增產18.14%～32.90%，而平地種植時，平放與斜插的塊根干重差異不明顯[8，21];但在加納的等行距起壟試驗中，斜插比平放減產17.45% [9];馬來西亞起壟種植時，斜插較平放提高木薯A和B品種的單株結薯數(shù)，但降低C品種的結薯數(shù)，促進A增產，降低B和C的產量[10];尼日利亞平地種植木薯，斜插比平放發(fā)芽率提高12.36%，而平放的株高顯著高于斜插[22];Toro等[23]指出，在降雨量充足的區(qū)域，由于水分充足，任何木薯種植方式都適宜，但在沙質土壤或降雨不穩(wěn)定的地區(qū)，直插更有利于發(fā)芽成活，而平放會因土壤溫度過高造成嫩芽腐爛。

3.2? 農藝農機收獲參數(shù)探討

木薯機械化收獲時，對位不正導致的側斷、入土深度不夠導致的鏟斷、機具結構自身缺陷導致的折斷是碎薯的三大原因[24]，塊根輻射越窄越淺，則要求的作業(yè)寬度和深度也越窄越淺[25];挖掘阻力隨挖掘深度呈遞增趨勢，作業(yè)過深增加出土量，分離部件負載增大，功率消耗激增，而作業(yè)過淺會加劇薯塊損傷率和增加漏薯率[26]。此外，塊根越長，其抗彎強度越差，越容易折斷而碎薯[27]。塊根深度、結薯幅寬是影響塊根最大拔起力的重要指標[27]，最大拔起力隨拔起速度、塊根深度和結薯幅寬的增大而增大，塊根深度對最大拔起力的影響最大，其次是結薯幅寬[28]。根據(jù)上述研究基礎，本研究推薦斜插反向交錯和平放順向對稱模式，其鮮薯產量均較高，垂直行向半幅寬也較窄，當收獲垂直行向半幅寬、層深分別達30.0 cm、25.0 cm時，可收獲98%的鮮薯產量，高于機收明薯率≥95%的標準[29]，可確定為平地寬窄行機械化收獲木薯的最佳幅寬和層深參數(shù)。

目前，由于缺乏木薯農藝農機結合參數(shù)的研究，農機參數(shù)的設計針對性不強，國內外木薯收獲機作業(yè)深度大多在25～60 cm間可調[25， 30-32]，造成收獲機的可調參數(shù)過寬、效率低、損耗大、明薯率低、碎薯率高等問題，反過來，也影響到木薯種植機農藝農機參數(shù)及農藝種植模式的優(yōu)化改進，最終影響木薯全程機械化的進程。Odigboh[33]曾指出，木薯根系主要分布于0～30 cm土層深度;楊之曦[34]調查廣東丘陵起壟斜插種植的‘SC5木薯塊根特性表明，其最大薯深為27.3 cm，均值為20.0 cm，最大結薯半幅寬為40.6 cm，均值為30.6 cm，但在生產中，因‘SC5分枝多，結薯散、深，且薯塊較長、粗，不宜機械作業(yè)，已逐漸被淘汰。前期，我們抽樣調查廣東湛江的沙壤土等行距平放順向種植的3個典型機械化木薯品種薯構型，分析其塊根特性，推薦收獲機的單株收獲半幅寬35.0 cm、深度25.0 cm[18]，推薦的收獲層深與本研究一致，由于湛江為疏松沙壤土且行距為90 cm，其薯塊生長條件優(yōu)于本試驗的粘土窄行，故推薦的單株收獲半幅寬比本研究略寬。本研究針對平地寬窄行（1.0 m+0.6 m）種植模式，綜合考慮鮮薯產量及不同立體空間的鮮薯產量占比和鮮薯產量，確定斜插反向交錯、平放順向對稱2種方式為最適宜機械化作業(yè)的高產高效模式，考慮薯構型特征，當使用輪距180 cm的拖拉機時，推薦其收獲機在窄行的雙行作業(yè)寬度120.0 cm、犁深25.0 cm。

目前，我國廣西等地，多采用起壟雙行人工斜插或平插種植木薯，獲得較好的增產增收效果，但機械化作業(yè)方面，主要還是平放種莖的種植機，斜插種植機正在考慮研制中。斜插木薯較平放降低人工收獲時的薯塊損傷率3.27個百分點，降低拔薯力7.95%;且收獲斜插木薯較平放省力，因其傾斜的種莖和塊根可輔助提高其撥起杠桿的作用力[9]。根據(jù)我國目前的研究與推廣現(xiàn)狀，建議加快推廣全程機械化作業(yè)的平地或起壟平放順向對稱的種植方式，同時，考慮到本研究的斜插反向交錯方式在兩年中的鮮薯產量均表現(xiàn)最佳，且國內外的相關研究也表明其容易獲得高產，且便利收獲[7，9，11，22]，建議加快推廣該種植方式的機械化作業(yè)，達到省工、節(jié)本、增效目的。鑒于我國已示范推廣“雙行交錯”玉米種植機[35]，交錯種植山藥播種機[36]以及懸掛式雙行木薯收獲機[37]，在巴西、哥倫比亞已推廣成熟可行的1～6行可調木薯種植機[32]，泰國也已研制出自動斜插木薯種莖的種植機[38]，借鑒上述成熟的農機研究成果，加強農藝農機參數(shù)結合研究，將為木薯平地或起壟、種莖的平放或斜插、種莖的對稱或交錯等全程機械化作業(yè)模式，提供可靠的精準高效設計與改良參數(shù)。此外，鑒于平放斜向種植較麻煩也較低產，建議不再繼續(xù)研究。

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責任編輯：沈德發(fā)