机械收获对不同甘蔗品种收获质量及宿根蔗生长的影响

李毅杰，刘晓燕，王维赞，庞 天，罗亚伟，梁 阗，梁 强，黄成丰

(广西农业科学院甘蔗研究所/中国农业科学院甘蔗研究中心(广西)/农业农村部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室/广西甘蔗遗传改良重点实验室，广西 南宁 530007)

【研究意义】广西是全国最大的蔗糖产区，蔗糖业是广西横跨工农、惠及城乡的优势特色支柱产业之一[1]，但目前广西蔗糖产业发展存在着蔗糖生产成本高、国际竞争乏力等突出问题。广西甘蔗生产机械化水平较低，甘蔗收获主要靠人工砍收，2017/2018年榨季耕、种、管、收综合机械化率为46 %，其中机收率仅4 %左右[2-3]，生产成本较高。劳动力数量下降和劳动强度剧增导致劳动力成本占甘蔗生产成本的比重不断提高，平均超过40 %，蔗农收益降低[4-5]。虽然机械收获可极大降低甘蔗生产的劳动力成本[1]，但机械收获后甘蔗宿根效果差已成为推广机械化收获作业的一大障碍，是我国甘蔗产业发展的瓶颈[6]。近年来，广西蔗区频繁遭受台风侵袭，部分地区甘蔗倒伏率达30 %～40 %，严重影响收获机性能的发挥和作业质量；甘蔗品种脱叶性差导致机收后含杂率较高，也影响机械化收获作业的推广[7]。因此，研究机械收获对不同甘蔗品种收获质量及宿根蔗生长的影响，对广西乃至全国甘蔗机械化生产和发展具有重要意义。【前人研究进展】为探明机械收获对甘蔗收获质量及宿根蔗生长的影响，国内学者进行了大量相关研究。张华等[8]研究显示，采用切段式收获机进行田间机收的损失率平均为4.7 %，含杂率平均为7.20 %。梁阗等[9]研究表明，12个甘蔗品种的机收原料蔗含杂率在8.34 %～11.18 %，宿根发株能力因品种不同而异，不同方式收获后宿根发株情况也存在差异。秦培钊等[10]研究发现，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减弱。刘文秀等[11]研究认为，机械收获甘蔗的留茬高度低于人工收获甘蔗，但宿根破头率高于人工收获甘蔗。陈超君等[12]研究表明，甘蔗留茬高度因砍收时甘蔗倒伏情况及品种的脱叶性不同而存在较大差异，其中不倒伏、易脱叶品种有利于降低留茬高度，而倒伏和难脱叶品种的留茬高度明显增高。土壤紧实是影响甘蔗营养水平的重要因素，因为土壤板结粘重不利于根系生长，从而影响根系对土壤养分的吸收[13]。苏俊波等[14]研究显示，机械收获对蔗地造成的影响主要是将0～20 cm 的土层压实，而对20 cm 以下土层无显著影响，且机械化收获蔗田土壤的紧实度显著高于人工收获蔗田，甘蔗宿根发株率与土壤紧实度呈显著负相关。本研究前期开展的相关研究也表明，机械收获时发生的碾压会增加蔗地土壤紧实度，限制宿根甘蔗根系的生长，进而影响植株生长[15]。【本研究切入点】目前，关于机械收获对甘蔗收获质量和宿根蔗生长影响极其与品种相关性的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】调查甘蔗机械收获前后的农艺性状及收获质量指标，探明机械收获时土壤的物理性质变化特点，分析不同甘蔗品种在不同收获方式下宿根出苗及生长的差异，为优化甘蔗机械化栽培方法及筛选适宜机械化收获的甘蔗品种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

试验在南宁市隆安县丁当镇广西农业科学院甘蔗研究所科研基地进行。广西隆安县位于广西西南部、右江下游两岸，地处东经107°21′～108°06′、北纬22°51′～23°21′，属南亚热带季风气候，年均温度21.7 ℃，年均无霜期361 d，年均降水量1227～1691 mm，雨量多集中在6-8月，土壤类型以沙页岩赤红壤为主。

1.2 试验材料

参试甘蔗品种(系)为桂糖35号、桂糖34号、桂糖33号、桂糖32号、桂糖02-1247、桂柳二号、云蔗03-332、粤甘24、福农04-2816和桂引C1-2003，以广西主栽品种新台糖22号(ROC22)为对照(CK)。甘蔗机械收获采用凯斯4000型切段式收割机，配套柳州汽车厂制造的自卸车(型号RE3421VV)。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 新植蔗于2016年3月7日使用甘蔗种植机进行播种，第2年宿根蔗于2019年3月8-9日进行机械收获和人工砍收。试验采用随机区组设计，每个品种种植10行区(6行用机械收获，其中3行为碾压植蔗垄处理，3行为未碾压植蔗垄处理，4行为人工收获处理)，行长7.0 m，行距1.2 m，小区面积84.0 m2，重复3次。采用常规田间管理，各处理的管理水平相同。

1.3.2 测定项目及方法 机械收获前农艺性状调查。在收获前对参试品种第2年宿根蔗的农艺性状进行田间调查。每小区随机选择20株测量株高和茎径，株高使用塔尺测量，茎径使用游标卡尺测量。人工调查小区有效茎数、品种脱叶性及倒伏程度。植株生长整齐度即株高的标准差通过株高计算。

机械收获质量调查。机械收获的含杂率、留茬高度和破头率均参照JB/T 6275-2007 甘蔗收获机械 试验方法[16]进行调查。

土壤容重(d)和土壤水含量测定。在收获前、后均进行土壤容重和土壤水含量测定。土壤容重采用环刀法进行测定：试验小区内按5点采样法，在土壤表层用容积为100 cm3的环刀取土样带回室内烘干待测。土壤水含量采用烘干法进行测定：用土钻采取土样，用0.1 g精度天平称量土样重量，记作土样的湿重，在105 ℃烘箱中将土样烘6～8 h至恒重，然后测定烘干土样重量，记作土样的干重。

d=[(W1-W0)×(l-W%)]/V

土壤水含量(%)=(烘干前铝盒及土样质量-烘干后铝盒及土样质量)/(烘干后铝盒及土样质量-烘干空铝盒质量)×100

式中，d为土壤容重(g/cm3)，W0为环刀土壤重量(g)，W1为环刀与自然结构土壤总重量(g)，W为以新鲜土样为基础的土壤水含量，V为环刀土壤容积(cm3)。

机械收获后宿根蔗生长情况调查。机械收获后对宿根蔗苗发株数、株高和假茎粗进行调查。每小区随机选择20株进行株高和假茎粗测量，株高使用塔尺测量，假茎粗使用游标卡尺测量。

宿根发株率(%)=(宿根发株数-收获前有效茎数)/收获前有效茎数×100

1.4 统计分析

试验数据采用Excel 2003和DPS v18.10进行统计分析，以Duncan’s新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 机械收获前不同甘蔗品种的农艺性状

由表1可知，机械收获前不同品种宿根蔗在产量性状方面表现不同。其中，CK的株高最高，其次为桂引C1-2003，二者差异不显著(P>0.05，下同)，但均显著高于其他品种(P<0.05，下同)；茎径最粗的是粤甘24，且显著高于CK，而茎径最细的是桂糖02-1247，且显著低于CK，其余品种的茎径与CK无显著差异；云蔗03-332的有效茎数最少，其次分别为粤甘24和桂糖35号，三者均少于CK，且云蔗03-332和粤甘24显著低于CK，其余品种的有效茎数均多于CK，尤其以桂引C1-2003的有效茎数最多，桂糖34号次之，且二者均显著高于除福农04-2816外的其他品种；理论产量高于CK的品种依次为桂引C1-2003、桂糖32号和福农04-2816，尤其以桂引C1-2003的理论产量最高，且显著高于CK，而桂糖32号、福农04-2816、桂糖34号和桂柳二号的理论产量与CK差异不显著，其余品种的理论产量均显著低于CK。在脱叶性方面，易脱叶的品种有桂糖35号、桂柳二号、桂引C1-2003和CK，难脱叶的品种有桂糖02-1247、云蔗03-332和粤甘24，其余品种的脱叶性介于易脱叶和难脱叶之间。机械收获前未发生倒伏现象的品种有桂糖35号、桂糖33号、云蔗03-332、粤甘24和福农04-2816，其余品种均发生不同程度倒伏，其中倒伏较严重的是桂柳二号，倒伏面积达50 %。

表1 机械收获前不同甘蔗品种的农艺性状调查

2.2 不同甘蔗品种宿根蔗的机械收获质量

由表2可知，不同品种宿根蔗机械收获后含杂率存在差异，11个品种的平均含杂率为10.93 %。其中，桂糖34号的机械收获含杂率最低(6.69 %)，低于CK 25.75 %，桂糖35号、桂柳二号、桂糖32号、粤甘24、福农04-2816和桂引C1-2003的含杂率高于CK，但与CK均无显著差异，桂糖02-1247、云蔗03-332和桂糖33号的含杂率均显著高于CK，而调查发现所有参试品种人工收获甘蔗的含杂率均低于1.00 %。说明机械收获甘蔗品种宿根蔗的含杂率总体上高于CK，而人工收获的甘蔗较干净。

从表2还可看出，机械收获处理宿根蔗的留茬高度平均值比人工收获处理的平均值低4.25 cm，除桂柳二号外其他品种机械收获处理宿根蔗的留茬高度均极显著低于人工收获处理的留茬高度(P<0.01，下同)；11个品种机械收获宿根蔗的破头率平均值低于人工收获宿根蔗的破头率14.28 %(绝对值)，其中桂糖35号、桂糖34号、桂糖33号、桂糖32号、桂糖02-1247和桂柳二号机械收获的破头率极显著低于人工收获的破头率，桂引C1-2003机械收获的破头率显著低于人工收获的破头率；在11个品种中，机械收获云蔗03-332的破头率最高，与人工收获处理差异不显著，而桂引C1-2003的破头率虽较高，但显著低于人工收获处理。说明机械收获宿根蔗的留茬高度和破头率总体上优于人工收获。综合考虑不同品种宿根蔗机械收获质量的各项指标，桂糖34号较适合机械收获。

2.3 土壤容重和水含量的分析结果

由表3可知，无论是人工收获还是机械收获均使植蔗垄和行沟的土壤紧实度增加，导致土壤容重和水含量显著增加；碾压植蔗垄处理的土壤容重为1.54 g/cm3，显著高于未碾压植蔗垄的土壤容重，分别比收获前和未碾压植蔗垄处理的土壤容重增加35.09 %和23.20 %；而碾压植蔗垄处理的土壤水含量与未碾压植蔗垄处理的土壤水含量差异不显著；机械收获后行沟和碾压植蔗垄处理的土壤容重均显著高于其他样品，但二者间差异不显著；机械收获后行沟的土壤水含量(23.44 %)显著高于其他样品，比收获前增加16.15 %。说明机械压实能在一定程度上提高土壤的保水能力，但会增加植蔗垄的土壤容重，不利于宿根蔗根系生长。

表2 不同甘蔗品种的机械收获质量

表3 机械收获和人工收获甘蔗的土壤容重及含水量变化情况

2.4 不同收获方式对不同品种甘蔗宿根发株的影响

由表4可知，机械收获碾压植蔗垄处理CK的平均宿根发株数显著低于人工收获处理的平均宿根发株数50.12 %；人工或机械收获处理云蔗03-332的发株数均低于其他品种；桂糖34号在收获前的有效茎数仅次于桂引C1-2003(表1)，但在人工或机械收获后宿根蔗的发株率均最低(人工收获处理为194.64 %，机械收获碾压植蔗垄和未碾压植蔗垄处理分别为57.14 %和124.81 %)，而桂引C1-2003机械收获未碾压植蔗垄处理的宿根发株数甚至比人工收获方式的更多，且宿根发株率与人工收获处理几乎持平，说明桂引C1-2003的宿根性较强；机械收获未碾压植蔗垄处理桂糖35号、桂糖02-1247、福农04-2816和桂引C1-2003的宿根发株数和发株率与人工收获处理均无显著差异。说明与人工收获方式相比，机械收获总体上会降低甘蔗的宿根发株数和发株率，其中受到机械碾压后的宿根发株数和发株率会进一步降低。综合考虑宿根发株数和发株率，桂糖02-1247、福农04-2816和桂引C1-2003较适合机械收获。

表4 不同收获方式对不同品种宿根发株的影响

表5 不同收获方式对不同品种宿根蔗苗生长的影响

2.5 不同收获方式对不同品种宿根蔗苗生长的影响

由表5可知，除未碾压植蔗垄处理的粤甘24外，其他品种人工收获处理蔗苗的株高均高于机械收获处理的株高；在人工收获处理的品种中，仅桂引C1-2003蔗苗的株高高于CK，其他品种均低于CK；机械收获处理CK蔗苗的株高显著低于人工收获处理，机械收获碾压植蔗垄CK蔗苗的株高比未碾压植蔗垄处理蔗苗的株高低30.78 %；碾压植蔗垄处理桂糖34号、桂糖32号、云蔗03-332和粤甘24蔗苗的株高均显著低于未碾压植蔗垄处理的株高。

从表5还可看出，机械收获处理桂糖33号和云蔗03-332蔗苗的假茎粗显著小于人工收获处理；其他机械收获品种中，未碾压植蔗垄处理蔗苗的假茎粗与人工收获处理无显著差异，而碾压植蔗垄处理蔗苗的假茎粗(桂柳二号除外)均显著小于人工收获处理；碾压植蔗垄处理桂糖34号、粤甘24、福农04-2816、桂引C1-2003和CK蔗苗的假茎粗均显著小于未碾压植蔗垄处理；机械收获处理桂柳二号蔗苗的株高和假茎粗虽小于人工收获处理，但均无显著差异。

3 讨 论

3.1 机械收获对不同甘蔗品种收获质量的影响

我国甘蔗机械化收获的含杂率偏高，但糖厂对原料蔗质量要求严格，不接受含杂率较高的原料蔗，因此甘蔗机械化收获较难以推广应用。含杂率是反映甘蔗品种适宜机械收获特性的一个重要指标，夹杂物主要为甘蔗嫩梢及原料蔗中夹带的碎叶、叶鞘、腐败茎段、根须和蔗蔸等。机械收获后的含杂率与品种特性如成熟度、脱叶性和抗倒伏性密切相关，也与机手操作水平如行驶速度和切尾器高度的调节有关[7]。梁阗等[17]研究认为，甘蔗的抗倒伏能力和生长整齐度均会影响机械作业的质量和效率，甘蔗倒伏后机械收获困难，造成收获损失率高，而生长参差不齐和弯曲的甘蔗，由于收获机械切梢装置难以调整至合理高度，会增加原料蔗的梢头量或切割损失。李儒仲等[18]研究表明，甘蔗品种对机械收获蔗蔸质量影响明显，表现为品种脱叶性较好的蔗蔸留茬高度较低、品种纤维分含量较高的蔗蔸破头率较低。本研究结果表明，参试甘蔗品种机械收获的含杂率为6.69 %～14.45 %，其中桂糖34号的机械收获后含杂率最低，比CK低25.75 %，桂糖02-1247、云蔗03-332和桂糖33号的机械收获含杂率显著高于CK，不适合机械收获，其余品种的机械收获含杂率虽高于CK但均无显著差异。与人工收获方式相比，本研究中参试甘蔗品种在机械收获后虽然含杂率偏高，但其宿根蔗的留茬高度和破头率总体上低于人工收获方式，与陈超君等[12]研究认为机械(整杆式收获机)收获处理甘蔗的留茬高度、蔗蔸破头率明显高于人工收获处理的观点不一致，可能与所采用的收获机械类型(本研究为切断式收割机)不同有关。无论是人工收获还是机械收获，砍收时均应尽量避免或减少蔗头破裂，以利于防止蔗头染病及保持蔗蔸较高生活力[19]。

3.2 机械收获对不同甘蔗品种宿根发株的影响

宿根发株数和发株率是判断甘蔗品种宿根性能的主要指标。梁强等[20]研究表明，机械化收获对宿根蔗发株的影响因品种不同而异，对宿根性强的品种影响小，对宿根性差的品种影响较大。杨荣仲等[21]研究发现，在甘蔗机械化收获过程中，收割机和收集车碾压会导致宿根蔗发株减少，且生长势变差。因此，在机械化收获过程中，应使甘蔗种植行距与收割机轮距相匹配，并在收割机行进过程中尽量保证车轮不要压在种植垄上，以保障甘蔗的宿根发株率。本研究结果表明，机械收获碾压会显著增加植蔗垄的土壤容重和行沟的土壤水含量，与刘晓燕等[22]的研究结果一致；CK土壤受机械碾压的影响最严重，机械收获碾压后宿根发株数显著降低，比人工收获方式的宿根发株数降低50.12 %。这与生产上CK的宿根性差、不耐机械收获碾压因而种植面积逐年下降的实际相符。本研究中，机械收获未碾压植蔗垄处理桂引C1-2003的宿根发株数甚至比人工收获处理更多，且宿根发株率与人工收获处理几乎持平，收获前的有效茎数在所有品种中最多，说明该品种的宿根性较强；云蔗03-332收获前有效茎数少，且宿根发株数和发株率均不理想，宿根性较差，不适合机械收获；桂糖34号无论是人工收获或机械收获，其宿根发株数均较低，发株率均最低，但宿根蔗收获前的有效茎数明显高于CK，原因可能是该品种后期成茎率较高，发株率未对其有效茎数造成不良影响。何章飞等[23]研究认为，机械收获配套碎叶还田技术能减小机械收获对宿根蔗发株的影响，有利于提高单茎重和增加有效茎数。苏俊波等[14]建议甘蔗机械收获后的破垄深度应在20 cm以下，才能使宿根蔗蔸有较松碎的土壤环境，保证宿根蔗的发株率。

3.3 机械收获对不同甘蔗品种宿根蔗苗生长的影响

本研究结果表明，人工收获处理CK宿根蔗苗期的株高优势明显，而机械收获处理CK的株高显著低于人工收获处理，其中碾压植蔗垄处理的株高更低，比未碾压种植垄处理降低30.78 %，说明CK品种蔗苗生长受到机械收获的严重影响，属于不适合机械收获品种，与王维赞等[24]的研究结果相似。黄严等[25]研究也发现，机械收获对宿根蔗前期生长的影响随着行距的增大而减小，说明适当宽行种植，不仅能提高甘蔗收割机田间行走的作业效率，同时也能减少机械对土壤和蔗蔸的破坏，降低机械收获对宿根蔗生长的影响。由此可见，影响甘蔗发株及生长不均匀的外在原因较多且复杂，但多数是人为管理或机械作业不当所造成。

由于基地管理方考虑第2年宿根蔗机收后产量较低且试验用地紧张，因此对试验地进行了翻兜新种，导致本研究未继续开展第3年宿根蔗试验，未能得到机械收获后第2年的甘蔗产量数据，相关内容有待在后续研究中完善。

4 结 论

与人工收获方式相比，机械收获宿根蔗的含杂率较高，但留茬高度和破头率更低；机械收获对宿根蔗生长产生的不良影响主要由机械碾压植蔗垄造成，并因品种宿根性不同而存在差异。综合考虑品种宿根性及机械收获质量，桂引C1-2003为更适合机械收获而云蔗03-332为不适合机械收获的甘蔗品种。