不同耕整地方式对甘蔗耕层结构特性及产量的影响*

罗 俊, 林兆里, 阙友雄, 张 华**, 李诗燕, 罗 会, 张才芳, 陈建峰

(1. 福建农林大学农业部福建甘蔗生物学与遗传育种重点实验室 福州 350002; 2. 广西来宾市利拓农业服务有限公司来宾 546100)

生产全程机械化是我国甘蔗产业节本增效、提升国际竞争力的重大关键技术[1-4]。在耕整地、种植、田间管理与收获诸环节中, 蔗地耕整地已普遍实现机械化; 在中、大规模的平缓地多采用拖拉机牵引犁、耙、旋耕机具进行作业, 地块较小的陡坡地采用手扶拖拉机装配相应小型农具进行作业[5]。甘蔗(Saccharum officinarum)是多年宿根生产、深根型作物, 通过植前耕整地创建一个耕层深厚、结构特性良好、水肥持续供给能力强的植床尤为重要, 而机械化深松便是耕整地环节的一项关键技术[6-7]。受深松机具机械强度要求高、匹配动力较大、投资运行成本略高等影响, 我国蔗地深松作业质量普遍不高,部分蔗区因缺乏相应机具, 以深翻替代深松, 以期达到同样的深耕效果[8]。

机械化深松是一种作业深度超过常规耕层厚度,不翻转和打乱土壤上下层次的耕作方式, 一般要求穿透犁底层, 旨在逐渐增厚耕层, 提升土壤的水肥协调能力, 促进土体熟化[9-10]。深松可降低土壤密度,有助于促进作物根系纵深生长, 增加根长及根重,提高作物水分利用效率和产量[11]; 对于增加土壤蓄水、减少蒸发损失、提高水分有效性显示出良好的效果[12-13]。机械化翻耕可逐年增加对犁底层的耕翻利用深度, 通过作业面土体上下层次的翻转、曝晒,促进耕层土壤的水分和热量交换, 有利于提高耕层土壤的宜耕性, 并兼具覆草灭虫的效果[14-15]。

由于蔗区多丘陵山地, 大型、大马力、高强度拖拉机、深耕机具较少, 长期以来蔗区耕整地作业深度多不足 30 cm, 还有相当比重仍依靠微型旋耕机具进行耕深不足25 cm的耕整地作业, 耕层浅薄,甘蔗根系难以深扎, 肥水持续利用能力差, 造成早衰、减产、易倒伏、宿根蔗表现差等不利影响。廖青等[8]评价了机械化深耕深松栽培技术对甘蔗生长及产量的影响, 结果表明, 深耕深松栽培技术种植甘蔗能增加土壤含水量, 利于甘蔗前期早生快发, 并促进后期糖分积累，从而提高甘蔗的糖分和产量。郑超等[7]对雷州半岛深松中耕对甘蔗产量影响及其作用机理进行了研究, 结果表明,深松降低了土壤容重和坚硬度, 增加了土壤的蓄水保水能力, 改善根系生长的生态条件, 提高甘蔗的根系活力和抗逆性。可见利用中大马力拖拉机悬挂高强度铧式犁、深松犁进行标准化深耕作业,可以提高耕层生态条件协调能力, 提高甘蔗蔗茎产量和甘蔗蔗糖分[5,8]。在国家糖料产业技术体系的支持下, 本课题组通过适应机械化的品种选择、土壤改良、营养管理和水肥一体化、虫草害综合防控等技术集成, 建立了以宽行宽幅播种技术, 耕前、芽前和苗期除草技术, 中后期水肥一体化技术, 宿根机械破垄管理技术为重点的机械化农艺模式, 农机农艺融合的大规模示范取得显著成效。但不同的深耕技术(深松、深翻)对土壤结构、生态条件的影响, 进而促进甘蔗增产的研究尚欠系统化, 机理性讨论的基础较单薄, 关键性影响因子尚未见深入揭示。通过本研究及配套的系统性试验, 将更加精准地掌握深耕作业的针对性土壤区位和障碍因子, 实现更加高效节能的机具匹配和增产效益, 形成甘蔗良好耕层构建的深耕关键技术体系。

本研究在广西廖平农场进行, 根据生产全程机械化作业要求, 针对当前生产上进行土壤深层耕作增厚耕层的两种常用机具配置系统应用, 设置 3种耕整地作业方式, 以评价生产全程机械化蔗园深耕整地作业方式对耕层结构特性及新植蔗产量构成的影响, 为甘蔗生产全程机械化农机农艺融合提供配套关键技术, 对指导建立良好耕层构建的深耕技术体系具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地点位于广西壮族自治区来宾市兴宾区廖平农场, 23°24′53ʺ N, 108°57′47ʺ E, 海拔200 m, 试验地为坡度 5°～6°的缓坡地, 土壤类型为砂质黏土, 0～30 cm土层全氮 0.62 g⋅kg-1、碱解氮 76 mg⋅kg-1、有效磷15.4 mg⋅kg-1、速效钾 53 mg⋅kg-1、有机质 16.4 g⋅kg-1。

1.2 试验设计

深松作业一般深松35 cm即可达到增厚耕层的效果, 而采用铧式犁进行深耕作业的蔗区通常采用深翻50 cm来实现增厚耕层的目的并区别于植蔗苗床整备的常规作业。本试验采用裂区设计, 设置 2个主处理: 1.4 m行距(A1)和1.6 m行距(A2); 3个副处理: 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)。旋耕作业采用约翰迪尔 1204轮式拖拉机(120马力)悬挂济南华倍农牧机械有限公司生产的 1GKN-300中高箱型旋耕机完成, 深翻作业采用约翰迪尔 6J-1854轮式拖拉机(185马力)悬挂柳工农业机械有限公司自行组装的三骅犁完成, 深松作业采用约翰迪尔 6J-1854轮式拖拉机(185马力)悬挂德国Lemken农业机械青岛有限公司生产的Labrador深松犁完成。每个处理5次重复, 5行区, 小区行长20 m, 小区面积140～160 m2。供试甘蔗品种为‘柳城05-136’, 2016年4月上旬种植, 下种量为 10 t·hm-2, 下种时施用基肥 51%(17-17-17)复合肥 750 kg·hm-2, 试验周期 1年, 生产全程采用机种、机管、机收。前季作物为甘蔗, 采用柳工农业机械有限公司生产的350马力切段式甘蔗收获机于2016年1月进行机收。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 甘蔗产量性状

在甘蔗成熟期调查甘蔗株高、茎径、有效茎数、锤度及蔗茎产量。每个小区随机选取30条甘蔗用株高尺和游标卡尺测量株高和茎径, 选取 10条甘蔗用PAL-1手持式数显锤度计测量锤度; 统计每个小区1 m以上甘蔗条数, 换算为单位面积有效茎数; 按公式:单茎重=(0.785×株高×茎径2)/1 000, 蔗茎产量=单茎重×单位面积有效茎数, 计算单茎重和蔗茎产量[16]。

1.3.2 土壤性状

甘蔗苗期(6月)采用托普TJSD-750-II型紧实度仪测定0～30 cm耕层全土层土壤紧实度, 每个小区测定4个点。甘蔗成熟期(11月)取样测定剖面土壤的理化性质。每个小区选取3个采样点, 挖宽60 cm、长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个土层测定各土层的土壤贯入阻力、土壤紧实度和抗剪强度, 用环刀取样法测定土壤容重、孔隙度和田间持水量等指标[17]。贯入阻力采用 PT型袖珍贯入仪测定, 土壤紧实度采用托普TJSD-750-II型紧实度仪测定, 抗剪强度采用PS-VST-M 微型十字板剪切仪测定, 土壤容重采用环刀法测定, 土壤含水率采用烘干法进行测定, 田间持水量、饱和含水量采用室内环刀法测定, 土壤比重采用比重瓶法测定, 毛管孔隙度根据土壤容重和田间持水量计算, 土壤孔隙度根据土壤容重和比重计算, 三相容积率根据土壤容重和土壤含水率计算。

1.4 数据处理

采用DPSv 14.10统计软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同耕整地方式下土壤耕层结构特性

2.1.1 土壤容重和紧实度

1.4 m行距下(表1), 3种耕整地处理土壤容重无显著差异, 0～10 cm土层土壤容重显著小于其他3个土层(P＜0.05); 1.6 m 行距下, 深松 35 cm+旋耕25 cm(B3)处理土壤容重显著小于其他2种耕整地处理方式(P＜0.05), 深翻50 cm+旋耕25 cm(B2)处理土壤容重与旋耕 25 cm处理无显著差异, 0～10 cm和10～20 cm土层土壤容重显著小于20～30 cm和30～40 cm土层(P＜0.05)。总体看1.6 m行距植蔗土壤容重显著高于1.4 m行距(P＜0.05), B3处理土壤容重显著小于其他2种耕整地处理方式(P＜0.05)。从耕作措施与行距交互作用分析(表2), 主处理为1.6 m行距、副处理为旋耕25 cm土壤容重最大, 主处理为1.4 m行距、副处理为B3及主处理为1.4 m行距、副处理为 B2的土壤容重最小, 两者差异达显著水平(P＜0.05)。

表1 不同耕作措施对蔗地土壤容重和紧实度的影响Table 1 Effects of different tillage measures on bulk density and compactness of soil of sugarcane field

从表1可看出, 1.4 m行距下, 传统耕整地方式(B1)苗期全土层土壤紧实度高达329.1 N·cm-2, B2、B3处理土壤紧实度分别下降至 252.96 N·cm-2和210.66 N·cm-2, 降幅分别达23.13%和35.99%, 差异均达显著水平(P＜0.05)。甘蔗成熟期, B2和B3处理土壤紧实度差异不显著, 而 B1土壤紧实度为333.91 N·cm-2, 且显著高于 B3和 B2(P＜0.05)。1.6 m行距下土壤紧实度表现略有不同(表1), 在甘蔗苗期B2处理的土壤紧实度最小, B1处理最大, B3处理介于两者之间; B2处理全土层土壤紧实度显著小于B3处理(P＜0.05); 到甘蔗成熟期则表现为3种处理土壤紧实度没有显著差异。总体看1.6 m行距植蔗土壤的紧实度显著小于1.4 m行距(P＜0.05)。其中, B2处理的土壤紧实度最小, B1处理的土壤紧实度最大,B3处理的土壤紧实度介于两者之间, B1处理的土壤紧实度显著小于B2处理的土壤紧实度(P＜0.05)。从耕作措施与行距交互作用分析, 主处理为 1.6 m行距、副处理为深翻50 cm+旋耕25 cm土壤紧实度最小; 主处理为1.4 m行距、副处理为旋耕25 cm土壤紧实度最大。蔗地耕层各土层土壤紧实度均呈上低下高的趋势, 0～10 cm土层紧实度显著小于其他3个土层(P＜0.05), 而各处理土面20 cm以下土壤紧实度均无显著差异, 可以反映出20～40 cm甚至更深土层可能形成一个整体的结构, 机械耕作的效应不显著,或20～30 cm之间存在犁底层。

2.1.2 土壤贯入阻力和抗剪强度

土壤贯入阻力可以反映出土壤的机械化适耕性。从表2可知, 1.4 m行距下, 旋耕25 cm(B1)处理的耕层土壤贯入阻力最大, 其次为B2处理, B3处理的耕层土壤贯入阻力最小, 三者差异均达显著水平(P＜0.05)。蔗地耕层各土层土壤贯入阻力呈上小下大的趋势, 0～10 cm土层土壤贯入阻力最小, 30～40 cm土层土壤贯入阻力最大, 各土层间土壤贯入阻力差异均达显著水平(P＜0.05)。1.6 m行距下, 则表现为B3处理的耕层土壤贯入阻力最大, 其次为B1处理,而B2处理的耕层土壤贯入阻力最小, 三者差异未达显著水平。蔗地耕层各土层土壤贯入阻力呈上小下大的趋势, 0～10 cm 土层土壤贯入阻力最小, 30～40 cm土层土壤贯入阻力最大, 各土层间土壤贯入阻力差异均达显著水平(P＜0.05)。总之, 1.6 m行距植蔗土壤贯入阻力显著小于 1.4 m 行距(P＜0.05); 深松 35 cm与翻耕 50 cm均显著降低了耕层土壤贯入阻力(P＜0.05), 但两者之间差异不显著; 0～10 cm土层土壤贯入阻力最小, 30～40 cm土层土壤贯入阻力最大,各土层间土壤贯入阻力差异均达显著水平(P＜0.05)。从耕作措施与行距交互作用分析, 主处理为 1.4 m行距、副处理为旋耕25 cm耕层土壤贯入阻力最大,主处理为 1.6 m行距、副处理为深翻 50 cm+旋耕25 cm的耕层土壤贯入阻力最小, 两者差异达显著水平(P＜0.05)。

土壤抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限强度, 地表径流对土壤会产生一定的剪切力, 当地表径流所产生的剪切力大于土壤具有的抗剪强度时,部分土壤结构便会被破坏从而发生土壤侵蚀。1.4 m行距下(表2), B1处理的耕层土壤抗剪强度最大, 其次为B2处理, B3处理的耕层土壤抗剪强度最小, 三者差异均达显著水平(P＜0.05)。蔗地耕层各土层土壤抗剪强度呈上小下大的趋势, 各土层间土壤抗剪强度差异均达显著水平(P＜0.05)。1.6 m行距下, B3处理显著大于其他2种耕整地方式(P＜0.05), 而B1与B2处理的耕层土壤抗剪强度没有显著差异。蔗地耕层土壤抗剪强度呈上小下大的趋势, 各土层间差异显著(P＜0.05)。总体看1.6 m行距植蔗土壤抗剪强度显著小于1.4 m行距(P＜0.05); 3种耕整地方式之间土壤抗剪强度差异不显著; 0～10 cm土层土壤抗剪强度最小, 30～40 cm 土层土壤抗剪强度最大, 各土层间土壤抗剪强度差异均达显著水平(P＜0.05)。从耕作措施与行距交互作用分析, 主处理为1.4 m行距、副处理为旋耕 25 cm耕层土壤抗剪强度最大, 主处理为1.6 m行距、副处理为深翻50 cm+旋耕25 cm的耕层土壤抗剪强度最小, 两者差异达显著水平(P＜0.05)。

2.1.3 土壤孔隙度

1.4 m行距下(表3), 3种耕整地方式耕层土壤总孔隙度、毛管孔隙度、通气孔隙度均没有显著差异。蔗地耕层各层土壤毛管孔隙度均没有显著差异; 土壤总孔隙度和通气孔隙度从上到下呈逐步减少趋势,0～10 cm 土层土壤总孔隙度和通气孔隙度显著大于其他3个土层(P＜0.05)。1.6 m行距下, B3处理的土壤总孔隙度显著大于其他 2种耕整地方式(P＜0.05),而B1与B2处理的耕层土壤总孔隙度没有显著差异;B2处理的土壤毛管孔隙度显著小于其他2种耕整地方式(P＜0.05), B3和B2处理的土壤通气孔隙度显著大于旋耕25 cm(P＜0.05)。蔗地耕层各土层土壤毛管孔隙度均没有显著差异, 土壤总孔隙度和通气孔隙度从上到下呈逐步减少趋势, 0～10 cm土层和10～20 cm土层的土壤总孔隙度和通气孔隙度显著大于其他2个土层(P＜0.05)。总体看, 1.6 m行距植蔗土壤总孔隙度和通气孔隙度显著小于 1.4 m行距(P＜0.05),而2种行距下土壤毛管孔隙度没有显著差异, B3处

理显著提高了耕层土壤总孔隙度和通气孔隙度(P＜0.05), 尤其显著增加了30～40 cm土层的毛管孔隙度, B2处理也显著提高了耕层土壤通气孔隙度(P＜0.05), 可见深耕作业对土壤深层水分蓄积与运输具有显著促进作用。蔗地耕层各土层土壤总孔隙度、通气孔隙度从表层至深层呈减少趋势, 20 cm以下土层差异不显著, 而毛管孔隙度则随着土层的深入而显著提高。从耕作措施与行距交互作用分析, 主处理为1.4 m行距、副处理为深松35 cm+旋耕25 cm耕层土壤总孔隙度和通气孔隙度最大, 主处理为1.6 m行距、副处理为旋耕25 cm的耕层土壤总孔隙度和通气孔隙度最小, 两者差异达显著水平(P＜0.05)。

表2 不同耕作措施对蔗地土壤贯入阻力和抗剪强度的影响Table 2 Effects of different tillage measures on penetration resistance and shear strength of soil of sugarcane field

2.1.4 土壤三相容积率

从表4中可看出, 1.4 m行距下, 3种耕整地方式耕层土壤固相容积率均没有显著差异; B3处理的土壤液相容积率显著小于其他 2种耕整地方式(P＜0.05), 而B1与B2处理间没有显著差异; B3处理的土壤气相容积率显著大于 B1(P＜0.05), 而 B1与B2处理的耕层土壤气相容积率没有显著差异。随土层深度增加气相容积率呈下降趋势, 液相容积率和固相容积率呈上升趋势, 0～10 cm土层液相容积率和固相容积率显著小于其他3个土层(P＜0.05), 气相容积率则显著大于其他3个土层(P＜0.05)。1.6 m行距下, 3种耕整地方式耕层土壤气相容积率均没有显著差异, B3处理的土壤固相容积率显著小于其他2种耕整地方式(P＜0.05), 液相容积率显著大于其他2种耕整地方式(P＜0.05), 而B1与B2处理之间耕层土壤液相容积率和固相容积率没有显著差异。随土层深度增加气相容积率呈下降趋势, 液相容积率和固相容积率呈上升趋势, 0～10 cm和10～20 cm土层液相容积率和固相容积率显著小于其他 2个土层(P＜0.05), 气相容积率则显著大于其他 2个土层(P＜0.05), 0～10 cm和 10～20 cm 土层之间气相容积率、液相容积率和固相容积率没有显著差异。总体看, 1.4 m行距气相容积率大于1.6 m行距(P＜0.05),固相容积率小于1.6 m行距(P＜0.05), 而液相容积率则没有显著差异, B1处理的固相容积率最大, B2的固相容积率次之, B3的固相容积率最小, 3者之间均存在显著差异(P＜0.05); B3的气相容积率最大, B2的气相容积率次之, B1的气相容积率最小, B3处理的土壤气相容积率显著大于B1(P＜0.05), 3种耕作措施的液相容积率均没有显著差异, 说明深耕和深松均对土壤物理结构的改善具有积极作用。不同行距和不同耕作措施下土壤三相比均表现为随土层深度增加气相容积率呈下降趋势, 液相容积率和固相容积率呈上升趋势。从耕作措施与行距交互作用分析,主处理为1.6 m行距、副处理为旋耕25 cm耕层土壤固相容积率最大, 而气相容积率最小; 主处理为1.4 m行距、副处理为深松35 cm+旋耕25 cm的耕层土壤固相容积率最小, 而气相容积率最大, 两者差异达显著水平(P＜0.05)。

2.1.5 土壤含水量

从表5中可看出, 1.4 m行距下, 3种耕整地方式耕层土壤田间持水量和饱和含水量均没有显著差异,B3处理的土壤含水率显著小于其他2种耕整地方式(P＜0.05), 而B1与B2处理2者之间耕层土壤含水率没有显著差异。随土层深度增加田间持水量和饱和含水量呈下降趋势, 土壤含水率呈上升趋势, 0～10 cm土层土壤含水率显著小于其他3个土层(P＜0.05),田间持水量和饱和含水量则显著大于其他 3个土层(P＜0.05)。1.6 m行距下, B3处理的土壤含水率、田间持水量和饱和含水量均大于其他 2种耕整地方式(P＜0.05), 而B1与B2处理的耕层土壤含水率、田间持水量和饱和含水量没有显著差异。0～10 cm 和10～20 cm 土层土壤含水率显著小于其他 2个土层(P＜0.05), 田间持水量和饱和含水量则显著大于其他 2个土层(P＜0.05), B1与 B2处理 0～10 cm、10～20 cm土层之间土壤含水率、田间持水量和饱和含水量没有显著差异。总体看, 不同的耕整地作业方式对土壤含水率、田间持水量和饱和含水量的影响尚未见显著。1.6 m行距下的3个土壤含水量指标均显著低于1.4 m行距(P＜0.05), 这可能与宽行距下地表裸露面积大, 水分蒸腾程度略高有关; 宽行距下机具作业顺畅, 深耕效果较彻底, 种植后适度镇压是减少地表水分蒸腾的必要措施。从耕作措施与行距交互作用分析, 主处理为 1.6 m行距、副处理为旋耕25 cm耕层土壤含水率、田间持水量和饱和含水量显著小于其他处理(P＜0.05)。而主处理为1.6 m行距、副处理为深松35 cm+旋耕25 cm耕层土壤含水率最大, 主处理为1.4 m行距、副处理为深翻50 cm+旋耕25 cm耕层田间持水量和饱和含水量最大。

2.2 不同处理对甘蔗农艺性状和产量构成的影响

从表6中可看出, 1.4 m行距下, B3处理的株高、单茎重、锤度和蔗茎产量均显著高于 B1处理(P＜0.05), B2处理的有效茎数和蔗茎产量显著高于B1处理(P＜0.05), B3处理的株高、单茎重、锤度显著高于B2处理(P＜0.05); 1.6 m行距下, B3处理的株高、茎径、单茎重、锤度和蔗茎产量均显著高于B1处理(P＜0.05), B2处理的有效茎数、锤度和蔗产量显著高于B1处理(P＜0.05), B3处理的茎径、单茎重、

锤度显著高于 B2处理(P＜0.05), 而有效茎数和蔗产量显著低于B2处理(P＜0.05)。从种植行距对产量构成的影响来看, 1.4 m行距的甘蔗成熟期有效茎数、蔗茎产量均显著高于1.6 m行距(P＜0.05), 表明有效茎数是行距对蔗茎产量造成影响的主要因子。从耕整地方式对产量构成的影响来看, B3与B2的蔗茎产量显著高于B1的传统耕整地方式(P＜0.05), B3与B2间蔗茎产量差异不显著。B2的甘蔗成熟期有效茎数显著高于 B1的传统耕整地方式(P＜0.05), 说明耕作深度对成熟期有效茎数的效应可能大于耕作方式的影响, B3处理对个体生长指标, 如株高、茎径、单茎重则表现出显著的促进效应(P＜0.05)。从行距与耕整地方式的互作效应看, 无论是1.4 m还是1.6 m行距,耕作深度达 50 cm的深翻模式(B2)显著优于其他耕整地方式, 表现为成熟期有效茎数显著增加, 从而提高了蔗茎产量; 两种行距下, B3处理都表现出对甘蔗个体生长水平(株高、茎径、单茎重)的更显著促进作用, 反映出对甘蔗分蘖成茎和后期生长的良好促进作用, 在有效茎数不如 B1处理的情况下, 促进了甘蔗产量的增加。

表4 不同耕作措施对蔗地土壤三相容积率的影响Table 4 Effects of different tillage measures on three-phase volume fractions of soil of sugarcane field

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

表6 不同耕作措施对不同行距种植的甘蔗产量性状的影响Table 6 Effects of tillage measures on yield traits of sugarcane planted with different rows spacings under different tillage measures

3 讨论与结论

蔗垄深层土壤结构的改良和优化是我国甘蔗生产全程机械化下保证甘蔗高产稳产的重要措施。机械收获过程中轮子的碾压会造成土壤紧实, 土壤理化性状发生一定的改变, 对甘蔗地上部分和根系生长产生一定的负面影响。但新植甘蔗经过深松、深翻, 甘蔗留宿根开垄松兜和中耕培土以后, 碾压所带来的负面影响是可以消除的。机械化收获的土壤紧实度显著高于人工收获, 甘蔗的宿根发株率与土壤的紧实度呈显著的负相关[2]。已有的研究证明, 深松不仅可有效打破犁底层降低其密度, 还能增加作物根深、根长及根重, 进而提高作物产量和水分利用效率[11]。深耕深松栽培比常规耕作栽培的甘蔗出苗率高、分蘖率高, 疏松土质对于尽早形成基本苗群体有促进作用, 甘蔗生长速度加快、根系发达, 甘蔗成熟期的株高、茎径、甘蔗蔗糖分、青叶数均提高[5,8-10]。

本研究表明, 生产全程机械化模式下机收后耕整地作业的土壤紧实度表现为旋耕25 cm最大、深翻50 cm+旋耕25 cm次之、深松35 cm+旋耕25 cm最小, 可见深松作业更有利于改善耕层土壤的紧实程度, 而深翻作业必须与深层土壤改良、高质量碎土作业结合才能起到替代深松作业的效果。因此通过合理深耕与深层土壤的改良措施, 进一步加深利用20 cm以下土层对蔗地合理耕层的构建以及提升甘蔗产量与宿根性可望产生积极显著的效果。

深翻 50 cm+旋耕 25 cm 和深松 35 cm+旋耕25 cm两种耕整地作业方式下甘蔗有效茎数、甘蔗锤度和甘蔗蔗茎产量均显著高于仅旋耕25 cm的传统旋耕作业。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土层的土壤容重、土壤紧实度、总孔隙度、毛管孔隙度、空气孔隙度、固相容积率、液相容积率、气相容积率, 但蔗垄深层的土壤紧实现象尚未得到明显缓解。对 3种耕作措施下30～40 cm土层土壤的固相容积率、液相容积率、气相容积率的分析结果显示, 蔗垄深层的通气孔隙度急剧减少, 气相容积率显著下降。

土壤的通气性和透水性下降, 可导致土壤的氧化还原状态、酸碱度和金属毒害、微生物生态、养分的转化和利用等受到影响, 从而影响到甘蔗根系的生长及其对养分、水分的吸收功能, 加剧甘蔗根系的老化死亡, 并严重影响地下芽, 尤其是低位芽的萌发出苗, 从而对宿根蔗发株生长和产量造成显著不利影响[7]。研究表明[4]‘柳城05-136’等甘蔗品种对宽行距种植具有良好适应性, 当种植行距增大到适宜大中型机械收获的1.3～1.4 m时, 甘蔗产量比行距1.1 m略有提高。而机械收割增加了蔗蔸的开裂程度和上位芽的损伤程度, 但对蔗蔸开裂程度的影响随行距加大逐渐变弱, 0～20 cm土层的土壤容重有随行距增加而降低的趋势[3], 因此行距增加有利于机械收割后减少对宿根甘蔗的影响。本研究结果表明, 行距1.6 m甘蔗蔗茎产量比1.4 m行距甘蔗蔗茎产量明显减产的主要原因是1.6 m行距甘蔗有效茎数不足, 而 1.6 m行距机具的匹配性和作业顺畅程度显著高于1.4 m行距, 1.6 m行距植蔗土壤的紧实度显著小于1.4 m行距, 容重显著高于后者, 1.6 m植蔗行距下的机械作业顺畅, 减少了对土壤的压实,能显著改善土壤贯入阻力和抗剪强度。采用大中型机械收获, 当因机具作业要求需要将行距增大到1.6 m以上时, 应选择分蘖性能强、宿根性好的甘蔗品种采用宽窄行种植, 种植时适当增加甘蔗种植密度, 提高甘蔗有效茎数, 从而降低甘蔗的产量损失。

在甘蔗生产全程机械化的土壤耕作技术方面,前期深耕整地促进群体茎蘖数的增长, 中期进行兼具深松功能的中耕培土, 可望对甘蔗群体和个体生长能力产生积极的效果[6]。本研究结果显示, 无论是深松还是深翻, 在不破心土层、不造成水肥渗漏的前提下, 增加土壤耕作深度对甘蔗生长群体的有效茎数和蔗茎产量具有显著的促进效应, 其原因主要在于改善了耕层的整体疏松程度, 包括减小了土壤紧实度和土壤贯入阻力[5]。而深松作业除上述效应外, 显著提高了耕层土壤总孔隙度, 尤其显著增加了30～40 cm土层的毛管孔隙度, 显著提高深层土壤的保水能力, 并通过水肥持续供给能力的改善对甘蔗中后期伸长增粗产生显著的促进效果[7]。此外, 本研究中, 各处理下蔗地耕层20～40 cm各土层土壤容重、紧实度、孔隙度、固相容积率、气相容积率、田间持水量和饱和含水量均无显著差异, 反映出土面以下20～40 cm, 甚至连同更深土层可能形成了一个整体的结构, 据此推测试验蔗地犁底层可能在20～30 cm。但是, 对于甘蔗来说, 亟待进一步增加深松作业深度, 同时配合进行深层土壤的外施物料改良措施, 进一步加深利用20～30 cm土层, 对蔗地合理耕层的构建以及提升甘蔗蔗茎产量和宿根性可望产生积极显著的效果。

本研究结果表明, 深翻和深松均对土壤物理结构的改善具有积极作用, 能显著提高甘蔗蔗茎产量,在具有大马力拖拉机和高质量深松器的蔗区建议采用深松35 cm+旋耕25 cm的耕整地方式, 在缺乏大马力拖拉机和高质量深松器的蔗区, 可以采用铧式犁深翻50 cm+旋耕25 cm的耕整地方式, 以达到增厚土壤耕层、提高甘蔗产量的目的。

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