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(nóng)41甘蔗品種為試驗材料,以傳統(tǒng)耕作為對照,研究粉壟耕作對甘蔗農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響。結果表明,與對照(傳統(tǒng)耕作)相比,粉壟耕作條件下甘蔗產(chǎn)量增加35.3%,單莖質量和有效莖數(shù)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(fā)生在3~16節(jié)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(shù)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(shù)、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(shù)來增加甘蔗產(chǎn)量。
關鍵詞:粉壟;甘蔗;產(chǎn)量;農(nóng)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(chǎn)消費大國,糖產(chǎn)區(qū)集中在東北、西北和西南的沿邊境地區(qū),甘蔗糖產(chǎn)區(qū)主要分布在廣西壯族自治區(qū)、云南省、廣東省、海南省及臨近省(區(qū))[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(chǎn)量會隨著施氮量或施磷量的增加而增加[3]。農(nóng)業(yè)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(chǎn)量是不可持續(xù)的。在施肥量相同的情況下,粉壟耕作條件下作物產(chǎn)量顯著高于傳統(tǒng)耕作條件下的作物產(chǎn)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(nóng)具將土垡鏟起、松碎并翻轉的土壤傳統(tǒng)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(nóng)業(yè)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(qū)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(jù)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(yǎng)分庫、耕地水庫[9],促進作物充分利用土壤養(yǎng)分。
近年來,粉壟耕作技術已在廣西壯族自治區(qū)、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(qū)等?。▍^(qū))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(chǎn)效果顯著。甘蔗是我國重要的糖料作物,在廣西地區(qū)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(chǎn)量[15],但是,目前粉壟耕作對甘蔗農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響機制尚不清楚。本研究通過分析甘蔗產(chǎn)量構成要素及葉片性狀,剖析粉壟耕作增加甘蔗產(chǎn)量的原因,對甘蔗生產(chǎn)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(nóng)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(qū)南寧市進行試驗。
試驗設對照(傳統(tǒng)耕作)、粉壟耕作2個處理。試驗采用隨機區(qū)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(guī)大田生產(chǎn)一致。
1.2 測定指標與方法
綠葉數(shù)(張/條):蔗莖上存在的綠葉數(shù)包括完全展開葉片數(shù)和不完全展開葉片數(shù)。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(jié)間數(shù)(節(jié)/條):統(tǒng)計甘蔗基部至生長點(葉環(huán))的節(jié)間數(shù)目。莖長(cm):使用卷尺測量甘蔗基部至生長點的蔗莖長度。節(jié)間長(cm):蔗莖所有節(jié)間長度的平均值。各節(jié)間粗(cm):使用游標卡尺統(tǒng)一于甘蔗各節(jié)中間部位測量各節(jié)粗度(直徑)。莖徑(cm):蔗莖所有節(jié)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(shù)(條/667 m2):以1 m以上的蔗莖為有效莖,統(tǒng)計出667 m2的有效莖數(shù)。產(chǎn)量(kg/667 m2):以1 m以上的蔗莖為有效莖,統(tǒng)計出667 m2的蔗莖質量。
1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析
采用Excel統(tǒng)計分析軟件進行基礎數(shù)據(jù)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(chǎn)量的影響
由圖1可知,傳統(tǒng)耕作條件下,甘蔗產(chǎn)量為 6 747.5 kg/667 m2;粉壟耕作條件下,甘蔗產(chǎn)量為 9131.8 kg/667 m2。與對照相比,粉壟耕作條件下甘蔗產(chǎn)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(shù)的影響
甘蔗產(chǎn)量構成因素為單位面積有效莖數(shù)和單莖質量。由圖2可知,傳統(tǒng)耕作條件下,甘蔗單莖質量為1.67 kg,有效莖數(shù)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(shù)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(shù)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(shù),進而顯著提高甘蔗產(chǎn)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(tǒng)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(jié)間數(shù)、節(jié)間長的影響
甘蔗莖長由節(jié)間數(shù)和節(jié)間長構成。由圖4可知,傳統(tǒng)耕作條件下,甘蔗節(jié)間數(shù)為26.9節(jié)/條,節(jié)間長為11.8 cm;粉壟耕作條件下,甘蔗節(jié)間數(shù)為27.0節(jié)/條,節(jié)間長為11.9 cm。與對照相比,粉壟耕作條件下甘蔗節(jié)間數(shù)和節(jié)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(jié)間粗的影響
由圖5可知,傳統(tǒng)耕作及粉壟耕作條件下,從基部依次往上,甘蔗各節(jié)間粗度整體呈現(xiàn)出降低的趨勢。粉壟耕作與對照相比,節(jié)間粗度的差異主要在3~16節(jié)間。粉壟耕作條件下蔗莖 3~16節(jié)間粗較對照顯著增大,其他節(jié)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(shù)的影響
由圖6可知,傳統(tǒng)耕作條件下,甘蔗生長后期不完全展開葉數(shù)為2.1張/條,完全展開葉數(shù)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(shù)為2.2張/條,完全展開葉數(shù)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(shù)差異不顯著,完全展開葉數(shù)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(tǒng)耕作相比,粉壟耕作條件下甘蔗產(chǎn)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(shù)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(shù)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(shù)、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(xiàn)的,蔗莖增粗主要發(fā)生在3~16節(jié)間。有關研究表明,甘蔗莖粗與維管束的數(shù)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(yǎng)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(yǎng)分的利用[8,21],進而可能通過增加甘蔗維管束的數(shù)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(shù)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(fā)生,是組織分化、器官形成和形態(tài)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(tǒng)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(jié)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(qū)CTKs/IAA的比值來提高分蘗率,還需進一步研究闡明。
與傳統(tǒng)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(tǒng)耕作條件下,甘蔗不完全展開葉數(shù)、完全展開葉數(shù)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(shù)和完全展開葉數(shù)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(shù)沒有顯著性差異,完全展開葉數(shù)則顯著增加??挤N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(tǒng)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(tǒng)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(chǎn)物的積累,增加單莖質量,進而達到增產(chǎn)效果。
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