粉壟耕作對甘蔗農藝性狀及產量的影響

王奇　陳培賽　周佳　周靈芝　勞承英　尹昌喜　韋本輝

摘要：利用福農41甘蔗品種為試驗材料，以傳統耕作為對照，研究粉壟耕作對甘蔗農藝性狀及產量的影響。結果表明，與對照（傳統耕作）相比，粉壟耕作條件下甘蔗產量增加35.3%，單莖質量和有效莖數分別增加16.8%、13.5%;粉壟耕作促進蔗莖增粗8.4%，蔗莖增粗發生在3～16節間。此外，與對照相比，在甘蔗生長后期，粉壟耕作條件下甘蔗完全展開葉片數增多，葉寬增加，使甘蔗有效光合面積增加，進而通過促進同化物積累增加甘蔗的單莖質量。其他指標如甘蔗莖長、不完全展開葉片數、完全展開葉片長度、葉綠素含量在2種不同耕作條件下無顯著差異。綜上所述，粉壟耕作主要通過增加單莖質量和有效莖數來增加甘蔗產量。

關鍵詞：粉壟;甘蔗;產量;農藝性狀

中圖分類號： S566.104? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）04-0065-04

我國是食糖生產消費大國，糖產區集中在東北、西北和西南的沿邊境地區，甘蔗糖產區主要分布在廣西壯族自治區、云南省、廣東省、海南省及臨近省（區）[1]。甘蔗植株高，生長周期長，對氮、磷、鉀吸收量較大[2]。前人研究表明，在一定范圍內，甘蔗產量會隨著施氮量或施磷量的增加而增加[3]。農業部于2015年制定了《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，在此背景下，通過增加施肥量來提高甘蔗產量是不可持續的。在施肥量相同的情況下，粉壟耕作條件下作物產量顯著高于傳統耕作條件下的作物產量[4-6]，可見粉壟耕作具有很好的應用前景。

翻耕是一種通過使用犁等農具將土垡鏟起、松碎并翻轉的土壤傳統耕作技術。與翻耕相比，粉壟耕作形成的是全碎全松耕層[7]。粉壟耕作技術由廣西農業科學院于2008年首次提出，并于2012年3月28日通過了廣西壯族自治區科學技術廳主持的科技成果鑒定。粉壟耕作的機械由廣西五豐機械有限公司提供，該機械帶有垂直螺旋鉆頭，可根據作物種植深度需求，利用螺旋鉆頭垂直旋轉入土30～50 cm，粉碎土壤[8]。粉壟耕作不亂土層，同時可擴建土壤養分庫、耕地水庫[9]，促進作物充分利用土壤養分。

近年來，粉壟耕作技術已在廣西壯族自治區、湖南省、河北省、遼寧省、甘肅省、河南省、廣東省、寧夏回族自治區等省（區）的多種作物（水稻、小麥、玉米、馬鈴薯、木薯[10-14]等）上進行試驗，增產效果顯著。甘蔗是我國重要的糖料作物，在廣西地區被大面積種植。筆者所在實驗室前期研究表明，粉壟耕作能顯著增加甘蔗產量[15]，但是，目前粉壟耕作對甘蔗農藝性狀及產量的影響機制尚不清楚。本研究通過分析甘蔗產量構成要素及葉片性狀，剖析粉壟耕作增加甘蔗產量的原因，對甘蔗生產具有重要指導意義。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

本研究利用福農41甘蔗品種為試驗材料，于2016年12月至2017年12月在廣西壯族自治區南寧市進行試驗。

試驗設對照（傳統耕作）、粉壟耕作2個處理。試驗采用隨機區組設計，3次重復。對照采用翻耕整地，耕深30 cm，耙平;粉壟耕作采用自走式粉壟機械進行粉壟整地，耕深 30 cm。2種處理機械整地后，人工開種植溝（寬為50 cm，深度為30 cm，行距為1.2 m）。2016年12月3日播種，播種量均為 6 000芽/667 m2，施肥（蔗得金）375 kg/hm2，蓋土 10 cm;2017年5月3日施復合肥（氮磷鉀含量各為15%，總含量是45%的復合肥）247.5 kg/hm2，培土15 cm;2017年6月3日施肥（尿素225 kg/hm2，鉀肥225 kg/hm2）;2017年12月15日考種。田間管理與常規大田生產一致。

1.2 測定指標與方法

綠葉數（張/條）：蔗莖上存在的綠葉數包括完全展開葉片數和不完全展開葉片數。葉長（cm）：使用卷尺測量甘蔗完全展開葉基部到頂端的長度。葉寬（cm）：使用卷尺測量甘蔗完全展開葉最寬部位的長度。葉面積=葉長×葉寬×0.71[16]。SPAD值常用作測定活體葉片中葉綠素的相對含量[17-18]，本研究利用SPAD-502葉綠素儀測量甘蔗完全展開葉的SPAD值。節間數（節/條）：統計甘蔗基部至生長點（葉環）的節間數目。莖長（cm）：使用卷尺測量甘蔗基部至生長點的蔗莖長度。節間長（cm）：蔗莖所有節間長度的平均值。各節間粗（cm）：使用游標卡尺統一于甘蔗各節中間部位測量各節粗度（直徑）。莖徑（cm）：蔗莖所有節間粗度（直徑）的平均值。單莖質量（kg）：取甘蔗基部至生長點的蔗莖，稱量蔗莖的質量。有效莖數（條/667 m2）：以1 m以上的蔗莖為有效莖，統計出667 m2的有效莖數。產量（kg/667 m2）：以1 m以上的蔗莖為有效莖，統計出667 m2的蔗莖質量。

1.3 數據統計分析

采用Excel統計分析軟件進行基礎數據整理、分析和作圖;利用SPSS 19.0軟件進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 粉壟耕作對甘蔗產量的影響

由圖1可知，傳統耕作條件下，甘蔗產量為 6 747.5 kg/667 m2;粉壟耕作條件下，甘蔗產量為 9131.8 kg/667 m2。與對照相比，粉壟耕作條件下甘蔗產量增加2 384.3 kg/667 m2，增幅為35.3%，處理間差異顯著。

2.2 粉壟耕作對甘蔗單莖質量、有效莖數的影響

甘蔗產量構成因素為單位面積有效莖數和單莖質量。由圖2可知，傳統耕作條件下，甘蔗單莖質量為1.67 kg，有效莖數為 4 004.7條/667 m2;粉壟耕作條件下，甘蔗單莖質量為 1.95 kg， 有效莖數為4 546.4條/667 m2。與對照相比， 粉壟耕作條件下甘蔗單莖質量增加0.28 kg，增幅為16.8%，處理間差異顯著;甘蔗有效莖數增加541.7條/667 m2，增幅為135%，處理間差異顯著。結果表明，粉壟耕作既能增加單莖質量，又能增加有效莖數，進而顯著提高甘蔗產量。

2.3 粉壟耕作對甘蔗莖長、莖徑的影響

甘蔗單莖質量與莖長、莖徑密切相關。由圖3可知，傳統耕作條件下，甘蔗莖長為318.2 cm，莖徑為2.62 cm;粉壟耕作條件下，甘蔗莖長為320.7 cm，莖徑為2.84 cm。與對照相比，粉壟耕作條件下甘蔗莖長略有增加但并未達到顯著性差異水平;甘蔗莖徑增加0.22 cm，增幅為8.4%，處理間差異顯著。

2.4 粉壟耕作對甘蔗節間數、節間長的影響

甘蔗莖長由節間數和節間長構成。由圖4可知，傳統耕作條件下，甘蔗節間數為26.9節/條，節間長為11.8 cm;粉壟耕作條件下，甘蔗節間數為27.0節/條，節間長為11.9 cm。與對照相比，粉壟耕作條件下甘蔗節間數和節間長略有增加，但處理間差異不顯著。

2.5 粉壟耕作對甘蔗各節間粗的影響

由圖5可知，傳統耕作及粉壟耕作條件下，從基部依次往上，甘蔗各節間粗度整體呈現出降低的趨勢。粉壟耕作與對照相比，節間粗度的差異主要在3～16節間。粉壟耕作條件下蔗莖 3～16節間粗較對照顯著增大，其他節間略有增大但處理間差異不顯著。

2.6 粉壟耕作對甘蔗綠葉數的影響

由圖6可知，傳統耕作條件下，甘蔗生長后期不完全展開葉數為2.1張/條，完全展開葉數為6.6張/條;粉壟耕作條件下，甘蔗生長后期不完全展開葉數為2.2張/條，完全展開葉數為7.3張。與對照相比，粉壟耕作條件下甘蔗生長后期的不完全展開葉數差異不顯著，完全展開葉數顯著增加。

2.7 粉壟耕作對甘蔗完全展開葉片葉綠素含量、葉片長度、葉片寬度、葉面積的影響

粉壟耕作與對照相比，同一葉位完全展開葉的葉綠素含量、葉長處理間差異不顯著（圖7-A、圖7-B）。但與對照相比，粉壟耕作條件下同一葉位完全展開葉的葉寬和葉面積顯著增加（圖7-C、圖7-D）。表明粉壟耕作雖然不能增加葉綠素含量，但可以通過增加葉寬來增加葉面積。

3 結論與討論

與傳統耕作相比，粉壟耕作條件下甘蔗產量的增加主要是由于單莖質量的增加和單位面積有效莖數的增多，而單莖

質量的增加主要由蔗莖增粗所致。此外，粉壟耕作條件下完全展開葉片數增多、葉寬增大， 葉片總面積增加，進而可能促進同化物積累，增加甘蔗單莖質量。不完全展開葉片數、完全展開葉片長度、葉綠素含量在2種不同耕作條件下差異不顯著。

粉壟耕作甘蔗單莖質量的增加，是通過蔗莖增粗來實現的，蔗莖增粗主要發生在3～16節間。有關研究表明，甘蔗莖粗與維管束的數量呈正相關關系[19]。頂端分生組織、初生增粗分生組織分化成原形成層束，之后原形成層束分化成后生木質部，此時成熟的維管束形成。無論是頂端分生組織還是初生增粗分生組織的細胞分裂都與水分、營養等外界條件密切相關[20]。粉壟耕作可以促進植物對水分及養分的利用[8，21]，進而可能通過增加甘蔗維管束的數量來增加蔗莖粗度。

在播種量確定的情況下，單位面積有效莖數取決于出苗率和分蘗率。甘蔗出苗主要受土壤溫度和土壤水分的影響[22-25]。甘蔗出苗時間處于蔗芽播種后30～50 d之間。此階段在深度為30 cm的耕作層中，粉壟耕作與其他耕作方式對土壤水分的影響無明顯差異[21];閆立偉研究表明，在光照和氣溫均勻一致的情況下，相比于翻耕，深松可以提高耕層土壤溫度[26]，由此可以推測，粉壟耕作可能通過增加土壤溫度，提高冬植甘蔗的出苗率。甘蔗分蘗發生，是組織分化、器官形成和形態建成的一個重要過程。許莉敏等利用一種保水劑，在播種前吸水制成保水膠體，能夠有效提高甘蔗分蘗率[27-28]。與傳統耕作相比，粉壟耕作旋磨深耕，可增加生長中后期土壤含水量[21]，由此可以推測，粉壟耕作可能通過增加土壤含水量，提高甘蔗的分蘗率。此外，相關研究表明，植物生長調節物質對甘蔗分蘗同樣具有調控作用。生長素（IAA）和細胞分裂素（CTK）在甘蔗分蘗芽的萌動和生長過程中起重要作用。外源施加乙烯利能夠提高甘蔗根部CTKs含量和CTKs/IAA的比值，進而促進甘蔗分蘗[29-30]。粉壟耕作是否通過提高甘蔗根區CTKs/IAA的比值來提高分蘗率，還需進一步研究闡明。

與傳統耕作相比，粉壟耕作條件下甘蔗完全展開葉寬度顯著增加，葉面積顯著增大。單株葉面積等于完全展開葉的面積與不完全展開葉的面積之和。在傳統耕作條件下，甘蔗不完全展開葉數、完全展開葉數分別為2.1、6.6張/條;粉壟耕作條件下，甘蔗不完全展開葉數和完全展開葉數分別為22、7.3張/條。與對照相比，粉壟耕作條件下甘蔗的不完全展開葉數沒有顯著性差異，完全展開葉數則顯著增加。考種時2種處理不完全展開葉的葉面積較小，其對單株葉面積影響不大，單株葉面積主要由完全展開葉的面積組成。因此，本試驗統計了2種處理各完全展開葉的面積，而2種處理各完全展開葉的總面積差異即可反映單株葉面積的差異。與對照相比，粉壟耕作條件下，甘蔗同一葉位完全展開葉的面積顯著增大，進而增加單株葉面積。綜上所述，與傳統耕作相比，粉壟耕作可能通過增加甘蔗生長后期有效光合面積，提高光合產物的積累，增加單莖質量，進而達到增產效果。

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