機械耕作方式對甘蔗干物質與養分積累的影響

韋劍鋒，張 靈，韋冬萍，胡桂娟，聶 萱，吳炫柯，吳家敏，趙曉玉，賈永超

（1.柳州工學院食品與化學工程學院，廣西 柳州 545616；2.廣西科技大學生物與化學工程學院，廣西 柳州 545006；3.柳州市農業氣象試驗站，廣西 柳州 545003）

甘蔗（Saccharum officinarumL.）是中國食糖的主要原料，其中廣西甘蔗種植面積約占全國的60%［1，2］。近年來，國內甘蔗生產效益下降，廣西甘蔗種植面積大幅減少［1］。生產全程機械化是中國甘蔗產業節本增效的重大關鍵技術，是破解廣西甘蔗產業發展困局的重要途徑［1，3］。機械耕作是甘蔗生產全程機械化的重要工序，目前廣西甘蔗地耕整已基本實現機械化，但由于機械裝備條件與地形地塊限制，機械耕作中犁、耙及旋耕機等農機農具并存應用［2-4］。不同機械耕作對土壤理化性狀影響較大，進而影響甘蔗生長與產量形成［1-6］。前人研究發現，與傳統耕作比較，深松、深耕能明顯增加耕層土壤深度、改善深層土壤物理結構、提高深層土壤水肥供應能力，促進甘蔗根系生長，提高甘蔗產量［2-6］。機械耕作方式顯著影響作物干物質積累與養分吸收利用［7-11］。但目前有關機械耕作下甘蔗干物質積累與養分利用的研究報道較少［2，6］。為此，結合甘蔗規模化生產與機械裝備條件，設3種機械耕作方式作業，分析新植蔗、宿根蔗干物質、氮、磷及鉀積累與分配，以期為生產全程機械化下甘蔗科學施肥和節本增效提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況和試驗材料

試驗于2019年5月至2020年12月在柳州市雒容農場“雙高”糖料甘蔗基地進行，試驗地為紅壤，0～20 cm、21～40 cm、41～60 cm土層堿解氮含量分別為72.63、57.40、49.35 mg∕kg，速 效 磷 含 量 分 別 為80.25、32.17、6.51 mg∕kg，速效鉀含量分別為270.00、110.00、64.50 mg∕kg。供試甘蔗為廣西主栽品種桂糖42號。

1.2 試驗設計

結合當地甘蔗規模化生產和機械裝備條件，設3個處理，分別為深松（深松犁松土深45 cm+旋耕機旋耕碎土深25cm）、深耕（四鏵犁翻土深40 cm+圓盤耙碎土深30cm）及旋耕（旋耕機旋耕碎土深25 cm），各機械用118 kW輪式拖拉機牽引，每處理面積540 m2，重復3次。2019年5月15日耕作，按寬窄行（寬行1.2 m、窄行0.6 m）開行及施基肥2 625 kg∕hm2（“施沃”牌有機無機肥，含氮15%、磷5%、鉀10%，有機質≥10%），人工擺種，下種量15 t∕hm2，擺種后用小鋤在行溝內砍種3～5芽∕段，然后用88.5 kW拖拉機牽引圓盤耙覆土蓋種，覆土厚度約15 cm。新植蔗于2020年3月20日收獲。宿根蔗于2020年5月1日用破壟施肥培土一體機破壟、施肥（“施沃”牌有機無機肥2 625 kg∕hm2）及培土。甘蔗雜草和病蟲害采用機械噴灑藥劑防治。

1.3 項目測定與方法

在甘蔗工藝成熟期，新植蔗于2020年3月15日，宿根蔗于2020年12月20日，每重復選擇甘蔗9條，在植株根部周圍30 cm、深20cm帶土將根系挖出，然后沖洗干凈、烘干，分根、莖及葉計算單位面積干物質積累量，按文獻［12］測定氮、磷及鉀含量，計算單位面積氮、磷及鉀積累量。

1.4 數據處理

數據采用Excel 2010和SPSS 17.0軟件進行處理與統計。

2 結果與分析

2.1 甘蔗干物質積累與分配

表1顯示，新植蔗深松、深翻的根干物質積累持平，但兩者高于旋耕的；莖、葉干物質積累量及干物質總量為深松＞深翻＞旋耕，其中深松比其他處理分別 增加5.41%～17.57%、6.10%～19.79%、5.54%～18.03%，且深松、深翻與旋耕的差異達顯著水平。宿根蔗各器官干物質積累量為深松＞深翻＞旋耕，其中深松莖干物質積累量和干物質總量比其他處理分別增加3.18%～9.19%、3.92%～10.81%，深松與旋耕的差異均達顯著水平。各處理宿根蔗各器官干物質積累量明顯高于新植蔗，其中莖干物質積累量和干物質總量分別增加154.97%～174.53%、118.44%～132.68%。新植蔗根、莖及宿根蔗莖干物質分配率為旋耕＞深翻＞深松，其他的干物質分配率為深松＞深翻＞旋耕，但僅有根的干物質分配率存在顯著差異。可見，深松的甘蔗產量較高。

表1 不同耕作方式甘蔗干物質積累與分配

2.2 甘蔗氮積累與分配

表2顯示，新植蔗、宿根蔗各器官氮積累量為深松＞深翻＞旋耕，其中深松的新植蔗、宿根蔗氮積累總量比其他處理分別增加6.41%～16.45%、5.23%～19.51%，深松、深翻與旋耕的差異均達顯著水平。各處理宿根蔗各器官氮積累量明顯高于新植蔗，其中氮積累總量增加89.43%～96.61%。新植蔗根、莖及宿根蔗莖的氮分配率為旋耕＞深翻＞深松，葉的氮分配率為深松＞深翻＞旋耕，宿根蔗根的氮分配率為深松＞旋耕＞深翻，但差異均不顯著。可見，深松的甘蔗吸收氮較多。

表2 不同耕作方式甘蔗氮積累與分配

2.3 甘蔗磷積累與分配

表3顯示，新植蔗深松、深翻的根磷積累持平，但兩者高于旋耕的；新植蔗莖、葉磷積累量及磷積累總量，以及宿根蔗各器官磷積累量為深松＞深翻＞旋耕，其中深松的新植蔗、宿根蔗磷積累總量比其他處理分別增加6.38%～26.02%、6.92%～19.63%，深松、深翻與旋耕的差異均達顯著水平。各處理宿根蔗各器官磷積累量明顯高于新植蔗，其中磷積累總量增加150.93%～165.69%。新植蔗根、莖及宿根蔗莖的磷分配率為旋耕＞深翻＞深松，其他的磷分配率為深松＞深翻＞旋耕，但僅有根的磷分配率存在顯著差異。可見，深松的甘蔗吸收磷較多。

表3 不同耕作方式甘蔗磷積累與分配

2.4 甘蔗鉀積累與分配

表4顯示，新植蔗、宿根蔗各器官鉀積累量為深松＞深翻＞旋耕，其中深松的新植蔗、宿根蔗鉀積累總量比其他處理分別增加7.77%～20.92%、4.23%～10.40%，除新植蔗根外，深松與旋耕的差異均達顯著水平。各處理宿根蔗各器官鉀積累量明顯高于新植蔗，其中鉀積累總量增加127.46%～149.12%。新植蔗根、莖及宿根蔗莖的鉀分配率為旋耕＞深翻＞深松，其他的鉀分配率為深松＞深翻＞旋耕，但僅有根的鉀分配率存在顯著差異。可見，深松的甘蔗吸收鉀較多。

表4 不同耕作方式甘蔗鉀積累與分配

3 小結與討論

耕作方式通過改變土壤理化性狀影響作物生長與產量形成［4，7，13-15］。其中深松、深翻可增加20 cm以下耕層土壤疏松度、水分含量及有效養分含量，促進作物根深、根長及根重生長，進而提高作物產量［3，13-15］。前人研究發現，深松或深翻在35 cm以下，可顯著增加甘蔗產量［3-5］。本研究表明，兩季甘蔗各器官干物質積累量均表現為深松、深翻的高于旋耕，與前人研究玉米的結果相似［7，14］。說明深松、深翻的甘蔗生物產量較高。然而，深松的兩季甘蔗莖、葉干物質積累量及干物質總量與旋耕的差異均達顯著水平，但深翻的宿根蔗莖、葉干物質積累量及干物質總量與旋耕的差異不顯著，這可能與深松、深翻對改善土壤性狀及其持續效應不同有關［3，8，9］。在旱作條件下，深松在土壤中劃出條帶性的深松溝，而深翻將下層土壤翻轉到表層，因而深松更有利于改善耕層土壤緊實程度和滲透性，增加深層土壤水容庫及蓄水量，并通過水肥持續供給能力的改善促進甘蔗群體與個體生長［1，4，8，14，16］。研究也發現，深松的葉干物質分配率相對較高，這可能與延緩葉片衰老有關［7，9］。

適當深松深耕通過改善耕層土壤結構和功能來促進作物對養分的吸收［10，11］。葉燕萍等［6］研究發現，深松深耕植溝深度為35～40cm的甘蔗生長中前期葉片氮、磷及鉀含量明顯高于植溝深度為20cm的。李浩等［2］研究指出，粉壟耕作深度為40 cm的甘蔗生長中后期根、葉氮磷含量及氮積累量顯著高于傳統深耕25 cm的。本研究表明，兩季甘蔗各器官氮、鉀積累量均以深松的最高，其次是深翻的，而旋耕的最低，且深松與旋耕的差異均達顯著水平；兩季甘蔗莖、葉磷積累量及磷積累總量也以深松的最高，以旋耕的最低，兩者的差異均達顯著水平。說明深松的甘蔗吸收氮、磷及鉀較多。

可見，機械耕作方式影響甘蔗干物質與養分積累利用，其中深松的干物質、氮、磷及鉀積累較多，其次是深翻的，而旋耕的最低。然而，甘蔗生產中由于機械裝備條件限制，不同機械耕作方式并存應用，因此建議根據不同機械耕作方式調節施肥量，以減少肥料浪費和降低生產成本。