機械收獲對不同甘蔗品種收獲質量及宿根蔗生長的影響

李毅杰，劉曉燕，王維贊，龐 天，羅亞偉，梁 闐，梁 強，黃成豐

(廣西農業科學院甘蔗研究所/中國農業科學院甘蔗研究中心(廣西)/農業農村部廣西甘蔗生物技術與遺傳改良重點實驗室/廣西甘蔗遺傳改良重點實驗室，廣西 南寧 530007)

【研究意義】廣西是全國最大的蔗糖產區，蔗糖業是廣西橫跨工農、惠及城鄉的優勢特色支柱產業之一[1]，但目前廣西蔗糖產業發展存在著蔗糖生產成本高、國際競爭乏力等突出問題。廣西甘蔗生產機械化水平較低，甘蔗收獲主要靠人工砍收，2017/2018年榨季耕、種、管、收綜合機械化率為46 %，其中機收率僅4 %左右[2-3]，生產成本較高。勞動力數量下降和勞動強度劇增導致勞動力成本占甘蔗生產成本的比重不斷提高，平均超過40 %，蔗農收益降低[4-5]。雖然機械收獲可極大降低甘蔗生產的勞動力成本[1]，但機械收獲后甘蔗宿根效果差已成為推廣機械化收獲作業的一大障礙，是我國甘蔗產業發展的瓶頸[6]。近年來，廣西蔗區頻繁遭受臺風侵襲，部分地區甘蔗倒伏率達30 %～40 %，嚴重影響收獲機性能的發揮和作業質量；甘蔗品種脫葉性差導致機收后含雜率較高，也影響機械化收獲作業的推廣[7]。因此，研究機械收獲對不同甘蔗品種收獲質量及宿根蔗生長的影響，對廣西乃至全國甘蔗機械化生產和發展具有重要意義。【前人研究進展】為探明機械收獲對甘蔗收獲質量及宿根蔗生長的影響，國內學者進行了大量相關研究。張華等[8]研究顯示，采用切段式收獲機進行田間機收的損失率平均為4.7 %，含雜率平均為7.20 %。梁闐等[9]研究表明，12個甘蔗品種的機收原料蔗含雜率在8.34 %～11.18 %，宿根發株能力因品種不同而異，不同方式收獲后宿根發株情況也存在差異。秦培釗等[10]研究發現，機械收割增加了蔗蔸的開裂程度和上位芽的損傷程度，但對蔗蔸開裂程度的影響隨行距加大逐漸減弱。劉文秀等[11]研究認為，機械收獲甘蔗的留茬高度低于人工收獲甘蔗，但宿根破頭率高于人工收獲甘蔗。陳超君等[12]研究表明，甘蔗留茬高度因砍收時甘蔗倒伏情況及品種的脫葉性不同而存在較大差異，其中不倒伏、易脫葉品種有利于降低留茬高度，而倒伏和難脫葉品種的留茬高度明顯增高。土壤緊實是影響甘蔗營養水平的重要因素，因為土壤板結粘重不利于根系生長，從而影響根系對土壤養分的吸收[13]。蘇俊波等[14]研究顯示，機械收獲對蔗地造成的影響主要是將0～20 cm 的土層壓實，而對20 cm 以下土層無顯著影響，且機械化收獲蔗田土壤的緊實度顯著高于人工收獲蔗田，甘蔗宿根發株率與土壤緊實度呈顯著負相關。本研究前期開展的相關研究也表明，機械收獲時發生的碾壓會增加蔗地土壤緊實度，限制宿根甘蔗根系的生長，進而影響植株生長[15]。【本研究切入點】目前，關于機械收獲對甘蔗收獲質量和宿根蔗生長影響極其與品種相關性的研究鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】調查甘蔗機械收獲前后的農藝性狀及收獲質量指標，探明機械收獲時土壤的物理性質變化特點，分析不同甘蔗品種在不同收獲方式下宿根出苗及生長的差異，為優化甘蔗機械化栽培方法及篩選適宜機械化收獲的甘蔗品種提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

試驗在南寧市隆安縣丁當鎮廣西農業科學院甘蔗研究所科研基地進行。廣西隆安縣位于廣西西南部、右江下游兩岸，地處東經107°21′～108°06′、北緯22°51′～23°21′，屬南亞熱帶季風氣候，年均溫度21.7 ℃，年均無霜期361 d，年均降水量1227～1691 mm，雨量多集中在6-8月，土壤類型以沙頁巖赤紅壤為主。

1.2 試驗材料

參試甘蔗品種(系)為桂糖35號、桂糖34號、桂糖33號、桂糖32號、桂糖02-1247、桂柳二號、云蔗03-332、粵甘24、福農04-2816和桂引C1-2003，以廣西主栽品種新臺糖22號(ROC22)為對照(CK)。甘蔗機械收獲采用凱斯4000型切段式收割機，配套柳州汽車廠制造的自卸車(型號RE3421VV)。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 新植蔗于2016年3月7日使用甘蔗種植機進行播種，第2年宿根蔗于2019年3月8-9日進行機械收獲和人工砍收。試驗采用隨機區組設計，每個品種種植10行區(6行用機械收獲，其中3行為碾壓植蔗壟處理，3行為未碾壓植蔗壟處理，4行為人工收獲處理)，行長7.0 m，行距1.2 m，小區面積84.0 m2，重復3次。采用常規田間管理，各處理的管理水平相同。

1.3.2 測定項目及方法 機械收獲前農藝性狀調查。在收獲前對參試品種第2年宿根蔗的農藝性狀進行田間調查。每小區隨機選擇20株測量株高和莖徑，株高使用塔尺測量，莖徑使用游標卡尺測量。人工調查小區有效莖數、品種脫葉性及倒伏程度。植株生長整齊度即株高的標準差通過株高計算。

機械收獲質量調查。機械收獲的含雜率、留茬高度和破頭率均參照JB/T 6275-2007 甘蔗收獲機械 試驗方法[16]進行調查。

土壤容重(d)和土壤水含量測定。在收獲前、后均進行土壤容重和土壤水含量測定。土壤容重采用環刀法進行測定：試驗小區內按5點采樣法，在土壤表層用容積為100 cm3的環刀取土樣帶回室內烘干待測。土壤水含量采用烘干法進行測定：用土鉆采取土樣，用0.1 g精度天平稱量土樣重量，記作土樣的濕重，在105 ℃烘箱中將土樣烘6～8 h至恒重，然后測定烘干土樣重量，記作土樣的干重。

d=[(W1-W0)×(l-W%)]/V

土壤水含量(%)=(烘干前鋁盒及土樣質量-烘干后鋁盒及土樣質量)/(烘干后鋁盒及土樣質量-烘干空鋁盒質量)×100

式中，d為土壤容重(g/cm3)，W0為環刀土壤重量(g)，W1為環刀與自然結構土壤總重量(g)，W為以新鮮土樣為基礎的土壤水含量，V為環刀土壤容積(cm3)。

機械收獲后宿根蔗生長情況調查。機械收獲后對宿根蔗苗發株數、株高和假莖粗進行調查。每小區隨機選擇20株進行株高和假莖粗測量，株高使用塔尺測量，假莖粗使用游標卡尺測量。

宿根發株率(%)=(宿根發株數-收獲前有效莖數)/收獲前有效莖數×100

1.4 統計分析

試驗數據采用Excel 2003和DPS v18.10進行統計分析，以Duncan’s新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 機械收獲前不同甘蔗品種的農藝性狀

由表1可知，機械收獲前不同品種宿根蔗在產量性狀方面表現不同。其中，CK的株高最高，其次為桂引C1-2003，二者差異不顯著(P>0.05，下同)，但均顯著高于其他品種(P<0.05，下同)；莖徑最粗的是粵甘24，且顯著高于CK，而莖徑最細的是桂糖02-1247，且顯著低于CK，其余品種的莖徑與CK無顯著差異；云蔗03-332的有效莖數最少，其次分別為粵甘24和桂糖35號，三者均少于CK，且云蔗03-332和粵甘24顯著低于CK，其余品種的有效莖數均多于CK，尤其以桂引C1-2003的有效莖數最多，桂糖34號次之，且二者均顯著高于除福農04-2816外的其他品種；理論產量高于CK的品種依次為桂引C1-2003、桂糖32號和福農04-2816，尤其以桂引C1-2003的理論產量最高，且顯著高于CK，而桂糖32號、福農04-2816、桂糖34號和桂柳二號的理論產量與CK差異不顯著，其余品種的理論產量均顯著低于CK。在脫葉性方面，易脫葉的品種有桂糖35號、桂柳二號、桂引C1-2003和CK，難脫葉的品種有桂糖02-1247、云蔗03-332和粵甘24，其余品種的脫葉性介于易脫葉和難脫葉之間。機械收獲前未發生倒伏現象的品種有桂糖35號、桂糖33號、云蔗03-332、粵甘24和福農04-2816，其余品種均發生不同程度倒伏，其中倒伏較嚴重的是桂柳二號，倒伏面積達50 %。

表1 機械收獲前不同甘蔗品種的農藝性狀調查

2.2 不同甘蔗品種宿根蔗的機械收獲質量

由表2可知，不同品種宿根蔗機械收獲后含雜率存在差異，11個品種的平均含雜率為10.93 %。其中，桂糖34號的機械收獲含雜率最低(6.69 %)，低于CK 25.75 %，桂糖35號、桂柳二號、桂糖32號、粵甘24、福農04-2816和桂引C1-2003的含雜率高于CK，但與CK均無顯著差異，桂糖02-1247、云蔗03-332和桂糖33號的含雜率均顯著高于CK，而調查發現所有參試品種人工收獲甘蔗的含雜率均低于1.00 %。說明機械收獲甘蔗品種宿根蔗的含雜率總體上高于CK，而人工收獲的甘蔗較干凈。

從表2還可看出，機械收獲處理宿根蔗的留茬高度平均值比人工收獲處理的平均值低4.25 cm，除桂柳二號外其他品種機械收獲處理宿根蔗的留茬高度均極顯著低于人工收獲處理的留茬高度(P<0.01，下同)；11個品種機械收獲宿根蔗的破頭率平均值低于人工收獲宿根蔗的破頭率14.28 %(絕對值)，其中桂糖35號、桂糖34號、桂糖33號、桂糖32號、桂糖02-1247和桂柳二號機械收獲的破頭率極顯著低于人工收獲的破頭率，桂引C1-2003機械收獲的破頭率顯著低于人工收獲的破頭率；在11個品種中，機械收獲云蔗03-332的破頭率最高，與人工收獲處理差異不顯著，而桂引C1-2003的破頭率雖較高，但顯著低于人工收獲處理。說明機械收獲宿根蔗的留茬高度和破頭率總體上優于人工收獲。綜合考慮不同品種宿根蔗機械收獲質量的各項指標，桂糖34號較適合機械收獲。

2.3 土壤容重和水含量的分析結果

由表3可知，無論是人工收獲還是機械收獲均使植蔗壟和行溝的土壤緊實度增加，導致土壤容重和水含量顯著增加；碾壓植蔗壟處理的土壤容重為1.54 g/cm3，顯著高于未碾壓植蔗壟的土壤容重，分別比收獲前和未碾壓植蔗壟處理的土壤容重增加35.09 %和23.20 %；而碾壓植蔗壟處理的土壤水含量與未碾壓植蔗壟處理的土壤水含量差異不顯著；機械收獲后行溝和碾壓植蔗壟處理的土壤容重均顯著高于其他樣品，但二者間差異不顯著；機械收獲后行溝的土壤水含量(23.44 %)顯著高于其他樣品，比收獲前增加16.15 %。說明機械壓實能在一定程度上提高土壤的保水能力，但會增加植蔗壟的土壤容重，不利于宿根蔗根系生長。

表2 不同甘蔗品種的機械收獲質量

表3 機械收獲和人工收獲甘蔗的土壤容重及含水量變化情況

2.4 不同收獲方式對不同品種甘蔗宿根發株的影響

由表4可知，機械收獲碾壓植蔗壟處理CK的平均宿根發株數顯著低于人工收獲處理的平均宿根發株數50.12 %；人工或機械收獲處理云蔗03-332的發株數均低于其他品種；桂糖34號在收獲前的有效莖數僅次于桂引C1-2003(表1)，但在人工或機械收獲后宿根蔗的發株率均最低(人工收獲處理為194.64 %，機械收獲碾壓植蔗壟和未碾壓植蔗壟處理分別為57.14 %和124.81 %)，而桂引C1-2003機械收獲未碾壓植蔗壟處理的宿根發株數甚至比人工收獲方式的更多，且宿根發株率與人工收獲處理幾乎持平，說明桂引C1-2003的宿根性較強；機械收獲未碾壓植蔗壟處理桂糖35號、桂糖02-1247、福農04-2816和桂引C1-2003的宿根發株數和發株率與人工收獲處理均無顯著差異。說明與人工收獲方式相比，機械收獲總體上會降低甘蔗的宿根發株數和發株率，其中受到機械碾壓后的宿根發株數和發株率會進一步降低。綜合考慮宿根發株數和發株率，桂糖02-1247、福農04-2816和桂引C1-2003較適合機械收獲。

表4 不同收獲方式對不同品種宿根發株的影響

表5 不同收獲方式對不同品種宿根蔗苗生長的影響

2.5 不同收獲方式對不同品種宿根蔗苗生長的影響

由表5可知，除未碾壓植蔗壟處理的粵甘24外，其他品種人工收獲處理蔗苗的株高均高于機械收獲處理的株高；在人工收獲處理的品種中，僅桂引C1-2003蔗苗的株高高于CK，其他品種均低于CK；機械收獲處理CK蔗苗的株高顯著低于人工收獲處理，機械收獲碾壓植蔗壟CK蔗苗的株高比未碾壓植蔗壟處理蔗苗的株高低30.78 %；碾壓植蔗壟處理桂糖34號、桂糖32號、云蔗03-332和粵甘24蔗苗的株高均顯著低于未碾壓植蔗壟處理的株高。

從表5還可看出，機械收獲處理桂糖33號和云蔗03-332蔗苗的假莖粗顯著小于人工收獲處理；其他機械收獲品種中，未碾壓植蔗壟處理蔗苗的假莖粗與人工收獲處理無顯著差異，而碾壓植蔗壟處理蔗苗的假莖粗(桂柳二號除外)均顯著小于人工收獲處理；碾壓植蔗壟處理桂糖34號、粵甘24、福農04-2816、桂引C1-2003和CK蔗苗的假莖粗均顯著小于未碾壓植蔗壟處理；機械收獲處理桂柳二號蔗苗的株高和假莖粗雖小于人工收獲處理，但均無顯著差異。

3 討 論

3.1 機械收獲對不同甘蔗品種收獲質量的影響

我國甘蔗機械化收獲的含雜率偏高，但糖廠對原料蔗質量要求嚴格，不接受含雜率較高的原料蔗，因此甘蔗機械化收獲較難以推廣應用。含雜率是反映甘蔗品種適宜機械收獲特性的一個重要指標，夾雜物主要為甘蔗嫩梢及原料蔗中夾帶的碎葉、葉鞘、腐敗莖段、根須和蔗蔸等。機械收獲后的含雜率與品種特性如成熟度、脫葉性和抗倒伏性密切相關，也與機手操作水平如行駛速度和切尾器高度的調節有關[7]。梁闐等[17]研究認為，甘蔗的抗倒伏能力和生長整齊度均會影響機械作業的質量和效率，甘蔗倒伏后機械收獲困難，造成收獲損失率高，而生長參差不齊和彎曲的甘蔗，由于收獲機械切梢裝置難以調整至合理高度，會增加原料蔗的梢頭量或切割損失。李儒仲等[18]研究表明，甘蔗品種對機械收獲蔗蔸質量影響明顯，表現為品種脫葉性較好的蔗蔸留茬高度較低、品種纖維分含量較高的蔗蔸破頭率較低。本研究結果表明，參試甘蔗品種機械收獲的含雜率為6.69 %～14.45 %，其中桂糖34號的機械收獲后含雜率最低，比CK低25.75 %，桂糖02-1247、云蔗03-332和桂糖33號的機械收獲含雜率顯著高于CK，不適合機械收獲，其余品種的機械收獲含雜率雖高于CK但均無顯著差異。與人工收獲方式相比，本研究中參試甘蔗品種在機械收獲后雖然含雜率偏高，但其宿根蔗的留茬高度和破頭率總體上低于人工收獲方式，與陳超君等[12]研究認為機械(整桿式收獲機)收獲處理甘蔗的留茬高度、蔗蔸破頭率明顯高于人工收獲處理的觀點不一致，可能與所采用的收獲機械類型(本研究為切斷式收割機)不同有關。無論是人工收獲還是機械收獲，砍收時均應盡量避免或減少蔗頭破裂，以利于防止蔗頭染病及保持蔗蔸較高生活力[19]。

3.2 機械收獲對不同甘蔗品種宿根發株的影響

宿根發株數和發株率是判斷甘蔗品種宿根性能的主要指標。梁強等[20]研究表明，機械化收獲對宿根蔗發株的影響因品種不同而異，對宿根性強的品種影響小，對宿根性差的品種影響較大。楊榮仲等[21]研究發現，在甘蔗機械化收獲過程中，收割機和收集車碾壓會導致宿根蔗發株減少，且生長勢變差。因此，在機械化收獲過程中，應使甘蔗種植行距與收割機輪距相匹配，并在收割機行進過程中盡量保證車輪不要壓在種植壟上，以保障甘蔗的宿根發株率。本研究結果表明，機械收獲碾壓會顯著增加植蔗壟的土壤容重和行溝的土壤水含量，與劉曉燕等[22]的研究結果一致；CK土壤受機械碾壓的影響最嚴重，機械收獲碾壓后宿根發株數顯著降低，比人工收獲方式的宿根發株數降低50.12 %。這與生產上CK的宿根性差、不耐機械收獲碾壓因而種植面積逐年下降的實際相符。本研究中，機械收獲未碾壓植蔗壟處理桂引C1-2003的宿根發株數甚至比人工收獲處理更多，且宿根發株率與人工收獲處理幾乎持平，收獲前的有效莖數在所有品種中最多，說明該品種的宿根性較強；云蔗03-332收獲前有效莖數少，且宿根發株數和發株率均不理想，宿根性較差，不適合機械收獲；桂糖34號無論是人工收獲或機械收獲，其宿根發株數均較低，發株率均最低，但宿根蔗收獲前的有效莖數明顯高于CK，原因可能是該品種后期成莖率較高，發株率未對其有效莖數造成不良影響。何章飛等[23]研究認為，機械收獲配套碎葉還田技術能減小機械收獲對宿根蔗發株的影響，有利于提高單莖重和增加有效莖數。蘇俊波等[14]建議甘蔗機械收獲后的破壟深度應在20 cm以下，才能使宿根蔗蔸有較松碎的土壤環境，保證宿根蔗的發株率。

3.3 機械收獲對不同甘蔗品種宿根蔗苗生長的影響

本研究結果表明，人工收獲處理CK宿根蔗苗期的株高優勢明顯，而機械收獲處理CK的株高顯著低于人工收獲處理，其中碾壓植蔗壟處理的株高更低，比未碾壓種植壟處理降低30.78 %，說明CK品種蔗苗生長受到機械收獲的嚴重影響，屬于不適合機械收獲品種，與王維贊等[24]的研究結果相似。黃嚴等[25]研究也發現，機械收獲對宿根蔗前期生長的影響隨著行距的增大而減小，說明適當寬行種植，不僅能提高甘蔗收割機田間行走的作業效率，同時也能減少機械對土壤和蔗蔸的破壞，降低機械收獲對宿根蔗生長的影響。由此可見，影響甘蔗發株及生長不均勻的外在原因較多且復雜，但多數是人為管理或機械作業不當所造成。

由于基地管理方考慮第2年宿根蔗機收后產量較低且試驗用地緊張，因此對試驗地進行了翻兜新種，導致本研究未繼續開展第3年宿根蔗試驗，未能得到機械收獲后第2年的甘蔗產量數據，相關內容有待在后續研究中完善。

4 結 論

與人工收獲方式相比，機械收獲宿根蔗的含雜率較高，但留茬高度和破頭率更低；機械收獲對宿根蔗生長產生的不良影響主要由機械碾壓植蔗壟造成，并因品種宿根性不同而存在差異。綜合考慮品種宿根性及機械收獲質量，桂引C1-2003為更適合機械收獲而云蔗03-332為不適合機械收獲的甘蔗品種。