粉垄耕作对甘蔗农艺性状及产量的影响

王奇　陈培赛　周佳　周灵芝　劳承英　尹昌喜　韦本辉

摘要：利用福农41甘蔗品种为试验材料，以传统耕作为对照，研究粉垄耕作对甘蔗农艺性状及产量的影响。结果表明，与对照（传统耕作）相比，粉垄耕作条件下甘蔗产量增加35.3%，单茎质量和有效茎数分别增加16.8%、13.5%;粉垄耕作促进蔗茎增粗8.4%，蔗茎增粗发生在3～16节间。此外，与对照相比，在甘蔗生长后期，粉垄耕作条件下甘蔗完全展开叶片数增多，叶宽增加，使甘蔗有效光合面积增加，进而通过促进同化物积累增加甘蔗的单茎质量。其他指标如甘蔗茎长、不完全展开叶片数、完全展开叶片长度、叶绿素含量在2种不同耕作条件下无显著差异。综上所述，粉垄耕作主要通过增加单茎质量和有效茎数来增加甘蔗产量。

关键词：粉垄;甘蔗;产量;农艺性状

中图分类号： S566.104  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）04-0065-04

我国是食糖生产消费大国，糖产区集中在东北、西北和西南的沿边境地区，甘蔗糖产区主要分布在广西壮族自治区、云南省、广东省、海南省及临近省（区）[1]。甘蔗植株高，生長周期长，对氮、磷、钾吸收量较大[2]。前人研究表明，在一定范围内，甘蔗产量会随着施氮量或施磷量的增加而增加[3]。农业部于2015年制定了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，在此背景下，通过增加施肥量来提高甘蔗产量是不可持续的。在施肥量相同的情况下，粉垄耕作条件下作物产量显著高于传统耕作条件下的作物产量[4-6]，可见粉垄耕作具有很好的应用前景。

翻耕是一种通过使用犁等农具将土垡铲起、松碎并翻转的土壤传统耕作技术。与翻耕相比，粉垄耕作形成的是全碎全松耕层[7]。粉垄耕作技术由广西农业科学院于2008年首次提出，并于2012年3月28日通过了广西壮族自治区科学技术厅主持的科技成果鉴定。粉垄耕作的机械由广西五丰机械有限公司提供，该机械带有垂直螺旋钻头，可根据作物种植深度需求，利用螺旋钻头垂直旋转入土30～50 cm，粉碎土壤[8]。粉垄耕作不乱土层，同时可扩建土壤养分库、耕地水库[9]，促进作物充分利用土壤养分。

近年来，粉垄耕作技术已在广西壮族自治区、湖南省、河北省、辽宁省、甘肃省、河南省、广东省、宁夏回族自治区等省（区）的多种作物（水稻、小麦、玉米、马铃薯、木薯[10-14]等）上进行试验，增产效果显著。甘蔗是我国重要的糖料作物，在广西地区被大面积种植。笔者所在实验室前期研究表明，粉垄耕作能显著增加甘蔗产量[15]，但是，目前粉垄耕作对甘蔗农艺性状及产量的影响机制尚不清楚。本研究通过分析甘蔗产量构成要素及叶片性状，剖析粉垄耕作增加甘蔗产量的原因，对甘蔗生产具有重要指导意义。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本研究利用福农41甘蔗品种为试验材料，于2016年12月至2017年12月在广西壮族自治区南宁市进行试验。

试验设对照（传统耕作）、粉垄耕作2个处理。试验采用随机区组设计，3次重复。对照采用翻耕整地，耕深30 cm，耙平;粉垄耕作采用自走式粉垄机械进行粉垄整地，耕深 30 cm。2种处理机械整地后，人工开种植沟（宽为50 cm，深度为30 cm，行距为1.2 m）。2016年12月3日播种，播种量均为 6 000芽/667 m2，施肥（蔗得金）375 kg/hm2，盖土 10 cm;2017年5月3日施复合肥（氮磷钾含量各为15%，总含量是45%的复合肥）247.5 kg/hm2，培土15 cm;2017年6月3日施肥（尿素225 kg/hm2，钾肥225 kg/hm2）;2017年12月15日考种。田间管理与常规大田生产一致。

1.2 测定指标与方法

绿叶数（张/条）：蔗茎上存在的绿叶数包括完全展开叶片数和不完全展开叶片数。叶长（cm）：使用卷尺测量甘蔗完全展开叶基部到顶端的长度。叶宽（cm）：使用卷尺测量甘蔗完全展开叶最宽部位的长度。叶面积=叶长×叶宽×0.71[16]。SPAD值常用作测定活体叶片中叶绿素的相对含量[17-18]，本研究利用SPAD-502叶绿素仪测量甘蔗完全展开叶的SPAD值。节间数（节/条）：统计甘蔗基部至生长点（叶环）的节间数目。茎长（cm）：使用卷尺测量甘蔗基部至生长点的蔗茎长度。节间长（cm）：蔗茎所有节间长度的平均值。各节间粗（cm）：使用游标卡尺统一于甘蔗各节中间部位测量各节粗度（直径）。茎径（cm）：蔗茎所有节间粗度（直径）的平均值。单茎质量（kg）：取甘蔗基部至生长点的蔗茎，称量蔗茎的质量。有效茎数（条/667 m2）：以1 m以上的蔗茎为有效茎，统计出667 m2的有效茎数。产量（kg/667 m2）：以1 m以上的蔗茎为有效茎，统计出667 m2的蔗茎质量。

1.3 数据统计分析

采用Excel统计分析软件进行基础数据整理、分析和作图;利用SPSS 19.0软件进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 粉垄耕作对甘蔗产量的影响

由图1可知，传统耕作条件下，甘蔗产量为 6 747.5 kg/667 m2;粉垄耕作条件下，甘蔗产量为 9131.8 kg/667 m2。与对照相比，粉垄耕作条件下甘蔗产量增加2 384.3 kg/667 m2，增幅为35.3%，处理间差异显著。

2.2 粉垄耕作对甘蔗单茎质量、有效茎数的影响

甘蔗产量构成因素为单位面积有效茎数和单茎质量。由图2可知，传统耕作条件下，甘蔗单茎质量为1.67 kg，有效茎数为 4 004.7条/667 m2;粉垄耕作条件下，甘蔗单茎质量为 1.95 kg， 有效茎数为4 546.4条/667 m2。与对照相比， 粉垄耕作条件下甘蔗单茎质量增加0.28 kg，增幅为16.8%，处理间差异显著;甘蔗有效茎数增加541.7条/667 m2，增幅为135%，处理间差异显著。结果表明，粉垄耕作既能增加单茎质量，又能增加有效茎数，进而显著提高甘蔗产量。

2.3 粉垄耕作对甘蔗茎长、茎径的影响

甘蔗单茎质量与茎长、茎径密切相关。由图3可知，传统耕作条件下，甘蔗茎长为318.2 cm，茎径为2.62 cm;粉垄耕作條件下，甘蔗茎长为320.7 cm，茎径为2.84 cm。与对照相比，粉垄耕作条件下甘蔗茎长略有增加但并未达到显著性差异水平;甘蔗茎径增加0.22 cm，增幅为8.4%，处理间差异显著。

2.4 粉垄耕作对甘蔗节间数、节间长的影响

甘蔗茎长由节间数和节间长构成。由图4可知，传统耕作条件下，甘蔗节间数为26.9节/条，节间长为11.8 cm;粉垄耕作条件下，甘蔗节间数为27.0节/条，节间长为11.9 cm。与对照相比，粉垄耕作条件下甘蔗节间数和节间长略有增加，但处理间差异不显著。

2.5 粉垄耕作对甘蔗各节间粗的影响

由图5可知，传统耕作及粉垄耕作条件下，从基部依次往上，甘蔗各节间粗度整体呈现出降低的趋势。粉垄耕作与对照相比，节间粗度的差异主要在3～16节间。粉垄耕作条件下蔗茎 3～16节间粗较对照显著增大，其他节间略有增大但处理间差异不显著。

2.6 粉垄耕作对甘蔗绿叶数的影响

由图6可知，传统耕作条件下，甘蔗生长后期不完全展开叶数为2.1张/条，完全展开叶数为6.6张/条;粉垄耕作条件下，甘蔗生长后期不完全展开叶数为2.2张/条，完全展开叶数为7.3张。与对照相比，粉垄耕作条件下甘蔗生长后期的不完全展开叶数差异不显著，完全展开叶数显著增加。

2.7 粉垄耕作对甘蔗完全展开叶片叶绿素含量、叶片长度、叶片宽度、叶面积的影响

粉垄耕作与对照相比，同一叶位完全展开叶的叶绿素含量、叶长处理间差异不显著（图7-A、图7-B）。但与对照相比，粉垄耕作条件下同一叶位完全展开叶的叶宽和叶面积显著增加（图7-C、图7-D）。表明粉垄耕作虽然不能增加叶绿素含量，但可以通过增加叶宽来增加叶面积。

3 结论与讨论

与传统耕作相比，粉垄耕作条件下甘蔗产量的增加主要是由于单茎质量的增加和单位面积有效茎数的增多，而单茎

质量的增加主要由蔗茎增粗所致。此外，粉垄耕作条件下完全展开叶片数增多、叶宽增大， 叶片总面积增加，进而可能促进同化物积累，增加甘蔗单茎质量。不完全展开叶片数、完全展开叶片长度、叶绿素含量在2种不同耕作条件下差异不显著。

粉垄耕作甘蔗单茎质量的增加，是通过蔗茎增粗来实现的，蔗茎增粗主要发生在3～16节间。有关研究表明，甘蔗茎粗与维管束的数量呈正相关关系[19]。顶端分生组织、初生增粗分生组织分化成原形成层束，之后原形成层束分化成后生木质部，此时成熟的维管束形成。无论是顶端分生组织还是初生增粗分生组织的细胞分裂都与水分、营养等外界条件密切相关[20]。粉垄耕作可以促进植物对水分及养分的利用[8，21]，进而可能通过增加甘蔗维管束的数量来增加蔗茎粗度。

在播种量确定的情况下，单位面积有效茎数取决于出苗率和分蘖率。甘蔗出苗主要受土壤温度和土壤水分的影响[22-25]。甘蔗出苗时间处于蔗芽播种后30～50 d之间。此阶段在深度为30 cm的耕作层中，粉垄耕作与其他耕作方式对土壤水分的影响无明显差异[21];闫立伟研究表明，在光照和气温均匀一致的情况下，相比于翻耕，深松可以提高耕层土壤温度[26]，由此可以推测，粉垄耕作可能通过增加土壤温度，提高冬植甘蔗的出苗率。甘蔗分蘖发生，是组织分化、器官形成和形态建成的一个重要过程。许莉敏等利用一种保水剂，在播种前吸水制成保水胶体，能够有效提高甘蔗分蘖率[27-28]。与传统耕作相比，粉垄耕作旋磨深耕，可增加生长中后期土壤含水量[21]，由此可以推测，粉垄耕作可能通过增加土壤含水量，提高甘蔗的分蘖率。此外，相关研究表明，植物生长调节物质对甘蔗分蘖同样具有调控作用。生长素（IAA）和细胞分裂素（CTK）在甘蔗分蘖芽的萌动和生长过程中起重要作用。外源施加乙烯利能够提高甘蔗根部CTKs含量和CTKs/IAA的比值，进而促进甘蔗分蘖[29-30]。粉垄耕作是否通过提高甘蔗根区CTKs/IAA的比值来提高分蘖率，还需进一步研究阐明。

与传统耕作相比，粉垄耕作条件下甘蔗完全展开叶宽度显著增加，叶面积显著增大。单株叶面积等于完全展开叶的面积与不完全展开叶的面积之和。在传统耕作条件下，甘蔗不完全展开叶数、完全展开叶数分别为2.1、6.6张/条;粉垄耕作条件下，甘蔗不完全展开叶数和完全展开叶数分别为22、7.3张/条。与对照相比，粉垄耕作条件下甘蔗的不完全展开叶数没有显著性差异，完全展开叶数则显著增加。考种时2种处理不完全展开叶的叶面积较小，其对单株叶面积影响不大，单株叶面积主要由完全展开叶的面积组成。因此，本试验统计了2种处理各完全展开叶的面积，而2种处理各完全展开叶的总面积差异即可反映单株叶面积的差异。与对照相比，粉垄耕作条件下，甘蔗同一叶位完全展开叶的面积显著增大，进而增加单株叶面积。综上所述，与传统耕作相比，粉垄耕作可能通过增加甘蔗生长后期有效光合面积，提高光合产物的积累，增加单茎质量，进而达到增产效果。

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