机械耕作方式对甘蔗干物质与养分积累的影响

韦剑锋，张 灵，韦冬萍，胡桂娟，聂 萱，吴炫柯，吴家敏，赵晓玉，贾永超

（1.柳州工学院食品与化学工程学院，广西 柳州 545616；2.广西科技大学生物与化学工程学院，广西 柳州 545006；3.柳州市农业气象试验站，广西 柳州 545003）

甘蔗（Saccharum officinarumL.）是中国食糖的主要原料，其中广西甘蔗种植面积约占全国的60%［1，2］。近年来，国内甘蔗生产效益下降，广西甘蔗种植面积大幅减少［1］。生产全程机械化是中国甘蔗产业节本增效的重大关键技术，是破解广西甘蔗产业发展困局的重要途径［1，3］。机械耕作是甘蔗生产全程机械化的重要工序，目前广西甘蔗地耕整已基本实现机械化，但由于机械装备条件与地形地块限制，机械耕作中犁、耙及旋耕机等农机农具并存应用［2-4］。不同机械耕作对土壤理化性状影响较大，进而影响甘蔗生长与产量形成［1-6］。前人研究发现，与传统耕作比较，深松、深耕能明显增加耕层土壤深度、改善深层土壤物理结构、提高深层土壤水肥供应能力，促进甘蔗根系生长，提高甘蔗产量［2-6］。机械耕作方式显著影响作物干物质积累与养分吸收利用［7-11］。但目前有关机械耕作下甘蔗干物质积累与养分利用的研究报道较少［2，6］。为此，结合甘蔗规模化生产与机械装备条件，设3种机械耕作方式作业，分析新植蔗、宿根蔗干物质、氮、磷及钾积累与分配，以期为生产全程机械化下甘蔗科学施肥和节本增效提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况和试验材料

试验于2019年5月至2020年12月在柳州市雒容农场“双高”糖料甘蔗基地进行，试验地为红壤，0～20 cm、21～40 cm、41～60 cm土层碱解氮含量分别为72.63、57.40、49.35 mg∕kg，速 效 磷 含 量 分 别 为80.25、32.17、6.51 mg∕kg，速效钾含量分别为270.00、110.00、64.50 mg∕kg。供试甘蔗为广西主栽品种桂糖42号。

1.2 试验设计

结合当地甘蔗规模化生产和机械装备条件，设3个处理，分别为深松（深松犁松土深45 cm+旋耕机旋耕碎土深25cm）、深耕（四铧犁翻土深40 cm+圆盘耙碎土深30cm）及旋耕（旋耕机旋耕碎土深25 cm），各机械用118 kW轮式拖拉机牵引，每处理面积540 m2，重复3次。2019年5月15日耕作，按宽窄行（宽行1.2 m、窄行0.6 m）开行及施基肥2 625 kg∕hm2（“施沃”牌有机无机肥，含氮15%、磷5%、钾10%，有机质≥10%），人工摆种，下种量15 t∕hm2，摆种后用小锄在行沟内砍种3～5芽∕段，然后用88.5 kW拖拉机牵引圆盘耙覆土盖种，覆土厚度约15 cm。新植蔗于2020年3月20日收获。宿根蔗于2020年5月1日用破垄施肥培土一体机破垄、施肥（“施沃”牌有机无机肥2 625 kg∕hm2）及培土。甘蔗杂草和病虫害采用机械喷洒药剂防治。

1.3 项目测定与方法

在甘蔗工艺成熟期，新植蔗于2020年3月15日，宿根蔗于2020年12月20日，每重复选择甘蔗9条，在植株根部周围30 cm、深20cm带土将根系挖出，然后冲洗干净、烘干，分根、茎及叶计算单位面积干物质积累量，按文献［12］测定氮、磷及钾含量，计算单位面积氮、磷及钾积累量。

1.4 数据处理

数据采用Excel 2010和SPSS 17.0软件进行处理与统计。

2 结果与分析

2.1 甘蔗干物质积累与分配

表1显示，新植蔗深松、深翻的根干物质积累持平，但两者高于旋耕的；茎、叶干物质积累量及干物质总量为深松＞深翻＞旋耕，其中深松比其他处理分别 增加5.41%～17.57%、6.10%～19.79%、5.54%～18.03%，且深松、深翻与旋耕的差异达显著水平。宿根蔗各器官干物质积累量为深松＞深翻＞旋耕，其中深松茎干物质积累量和干物质总量比其他处理分别增加3.18%～9.19%、3.92%～10.81%，深松与旋耕的差异均达显著水平。各处理宿根蔗各器官干物质积累量明显高于新植蔗，其中茎干物质积累量和干物质总量分别增加154.97%～174.53%、118.44%～132.68%。新植蔗根、茎及宿根蔗茎干物质分配率为旋耕＞深翻＞深松，其他的干物质分配率为深松＞深翻＞旋耕，但仅有根的干物质分配率存在显著差异。可见，深松的甘蔗产量较高。

表1 不同耕作方式甘蔗干物质积累与分配

2.2 甘蔗氮积累与分配

表2显示，新植蔗、宿根蔗各器官氮积累量为深松＞深翻＞旋耕，其中深松的新植蔗、宿根蔗氮积累总量比其他处理分别增加6.41%～16.45%、5.23%～19.51%，深松、深翻与旋耕的差异均达显著水平。各处理宿根蔗各器官氮积累量明显高于新植蔗，其中氮积累总量增加89.43%～96.61%。新植蔗根、茎及宿根蔗茎的氮分配率为旋耕＞深翻＞深松，叶的氮分配率为深松＞深翻＞旋耕，宿根蔗根的氮分配率为深松＞旋耕＞深翻，但差异均不显著。可见，深松的甘蔗吸收氮较多。

表2 不同耕作方式甘蔗氮积累与分配

2.3 甘蔗磷积累与分配

表3显示，新植蔗深松、深翻的根磷积累持平，但两者高于旋耕的；新植蔗茎、叶磷积累量及磷积累总量，以及宿根蔗各器官磷积累量为深松＞深翻＞旋耕，其中深松的新植蔗、宿根蔗磷积累总量比其他处理分别增加6.38%～26.02%、6.92%～19.63%，深松、深翻与旋耕的差异均达显著水平。各处理宿根蔗各器官磷积累量明显高于新植蔗，其中磷积累总量增加150.93%～165.69%。新植蔗根、茎及宿根蔗茎的磷分配率为旋耕＞深翻＞深松，其他的磷分配率为深松＞深翻＞旋耕，但仅有根的磷分配率存在显著差异。可见，深松的甘蔗吸收磷较多。

表3 不同耕作方式甘蔗磷积累与分配

2.4 甘蔗钾积累与分配

表4显示，新植蔗、宿根蔗各器官钾积累量为深松＞深翻＞旋耕，其中深松的新植蔗、宿根蔗钾积累总量比其他处理分别增加7.77%～20.92%、4.23%～10.40%，除新植蔗根外，深松与旋耕的差异均达显著水平。各处理宿根蔗各器官钾积累量明显高于新植蔗，其中钾积累总量增加127.46%～149.12%。新植蔗根、茎及宿根蔗茎的钾分配率为旋耕＞深翻＞深松，其他的钾分配率为深松＞深翻＞旋耕，但仅有根的钾分配率存在显著差异。可见，深松的甘蔗吸收钾较多。

表4 不同耕作方式甘蔗钾积累与分配

3 小结与讨论

耕作方式通过改变土壤理化性状影响作物生长与产量形成［4，7，13-15］。其中深松、深翻可增加20 cm以下耕层土壤疏松度、水分含量及有效养分含量，促进作物根深、根长及根重生长，进而提高作物产量［3，13-15］。前人研究发现，深松或深翻在35 cm以下，可显著增加甘蔗产量［3-5］。本研究表明，两季甘蔗各器官干物质积累量均表现为深松、深翻的高于旋耕，与前人研究玉米的结果相似［7，14］。说明深松、深翻的甘蔗生物产量较高。然而，深松的两季甘蔗茎、叶干物质积累量及干物质总量与旋耕的差异均达显著水平，但深翻的宿根蔗茎、叶干物质积累量及干物质总量与旋耕的差异不显著，这可能与深松、深翻对改善土壤性状及其持续效应不同有关［3，8，9］。在旱作条件下，深松在土壤中划出条带性的深松沟，而深翻将下层土壤翻转到表层，因而深松更有利于改善耕层土壤紧实程度和渗透性，增加深层土壤水容库及蓄水量，并通过水肥持续供给能力的改善促进甘蔗群体与个体生长［1，4，8，14，16］。研究也发现，深松的叶干物质分配率相对较高，这可能与延缓叶片衰老有关［7，9］。

适当深松深耕通过改善耕层土壤结构和功能来促进作物对养分的吸收［10，11］。叶燕萍等［6］研究发现，深松深耕植沟深度为35～40cm的甘蔗生长中前期叶片氮、磷及钾含量明显高于植沟深度为20cm的。李浩等［2］研究指出，粉垄耕作深度为40 cm的甘蔗生长中后期根、叶氮磷含量及氮积累量显著高于传统深耕25 cm的。本研究表明，两季甘蔗各器官氮、钾积累量均以深松的最高，其次是深翻的，而旋耕的最低，且深松与旋耕的差异均达显著水平；两季甘蔗茎、叶磷积累量及磷积累总量也以深松的最高，以旋耕的最低，两者的差异均达显著水平。说明深松的甘蔗吸收氮、磷及钾较多。

可见，机械耕作方式影响甘蔗干物质与养分积累利用，其中深松的干物质、氮、磷及钾积累较多，其次是深翻的，而旋耕的最低。然而，甘蔗生产中由于机械装备条件限制，不同机械耕作方式并存应用，因此建议根据不同机械耕作方式调节施肥量，以减少肥料浪费和降低生产成本。