胡立峰，張繼宗，劉玉華

(1.國家開放大學(xué) 農(nóng)林醫(yī)藥教學(xué)部,北京 100039； 2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,河北 保定 071001)

甜菜起源于地中海沿岸地區(qū)，是主要的糖料作物之一。我國甜菜產(chǎn)區(qū)主要集中在北方干旱-半干旱地區(qū)，該區(qū)域周期性或難以預(yù)期的干旱成為限制甜菜生產(chǎn)的主要因素[1]。生產(chǎn)實踐表明，甜菜種子直播對土壤整地質(zhì)量、灌溉補水等要求較高，幼苗易受風(fēng)沙侵襲與昆蟲危害，安全成苗十分困難[2]。為解決這一問題，20世紀(jì)80年代初,我國引入了日本科學(xué)家增田昭芳發(fā)明的甜菜紙筒育苗移栽技術(shù)，移栽甜菜較直播甜菜具有生育期延長、抗逆性增強、顯著增產(chǎn)等優(yōu)點[3]。然而，在冀西北寒旱區(qū)砂質(zhì)土壤與春旱頻發(fā)背景下，即使補水移栽也存在甜菜成活率低、緩苗期長、苗期長勢弱等問題，直接影響產(chǎn)量[4]；而且，傳統(tǒng)的單株人工澆水方式費工費力，效率低下。

為了縮短緩苗期、提高移栽成活率，眾多學(xué)者針對不同作物進行了抗旱移栽技術(shù)研究。楊永吉等[5]在烤煙上的研究表明，集雨杯膜下集雨抗旱移栽技術(shù)可將零星無效的降水變?yōu)橛行Ы邓?，蓄集雨水就地利用；解曉紅等[6]進行了甘薯脫毒種苗移栽試驗，通過調(diào)節(jié)網(wǎng)棚圃地土壤濕度、拱膜打孔時間與打孔面積等措施，簡化了甘薯移栽程序，使移栽成活率達95.93%；高瓊等[7]對旱地覆膜烤煙進行移栽試驗，結(jié)果表明，1.0 kg/株的澆水量能使煙株成活率達97%，而確保壯苗的澆水量則應(yīng)在2.0 kg/株以上；金莉等[8]研究表明，在鹽堿土壤區(qū)建植草坪，移栽后及時滴灌可使羊草成活率達89.33%。時志強等[9]通過采用隔行鋪設(shè)壓力補償式滴灌管的方法研究了補水量對甜菜生長的影響，結(jié)果表明，遇旱補水5～20 mm可使產(chǎn)量增加14.4%～33.7%，甜菜含糖率差異不顯著。黃偉等[10]通過使用不同保水劑對甜菜進行移栽試驗，結(jié)果表明，移栽前使用保水劑均能顯著提高甜菜的產(chǎn)量與含糖率。但目前尚未見系統(tǒng)進行甜菜紙筒育苗機械化補水移栽的研究報道。鑒于此，為提高冀西北寒旱區(qū)移栽甜菜的成活率、縮短緩苗期與提高勞動效率，模擬比較了地上式補水與地下式補水的潤土效果，研究了不同保水劑用量對甜菜生長的影響以及機械化補水栽植效率等，為該區(qū)域甜菜穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)、節(jié)本增收和提高水資源利用效率提供技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2015—2018年在河北省張北縣的河北農(nóng)業(yè)大學(xué)張北試驗站進行。該試驗站地處冀西北高寒區(qū)，屬冀、晉、蒙長城沿線半干旱區(qū)，海拔1 400～1 700 m，無霜期107 d，年降水量340～450 mm，夏季7—8月降水占全年降水量的75%以上，年蒸發(fā)量1 710～1 980 mm，干燥度2.0～2.1；年均風(fēng)速4.5～5.0 m/s，大風(fēng)日數(shù)超過48 d，春季尤甚。區(qū)域為波狀高原地貌，坡梁地為砂質(zhì)栗鈣土，約占土地面積的65%，土壤粗骨貧瘠，持水保水力差。氣候與土壤干旱成為該區(qū)農(nóng)田作物生產(chǎn)的主要限制因子。

試驗地為砂質(zhì)栗鈣土農(nóng)田。田面地勢平坦，肥力均勻一致，土壤質(zhì)地為砂壤。供試土壤0～20 cm土層基本物理化學(xué)性狀如表1。

表1 供試土壤0～20 cm土層理化性狀Tab.1 Physical and chemical properties of 0—20 cm soil layer

1.2 供試材料

供試甜菜為該區(qū)域主栽品種KWH-6231。選用高15 cm、直徑1.9 cm的紙筒，于4月15日在保溫棚內(nèi)育苗。5月20日前后苗齡達2～3片葉時移栽至試驗田，在田間自然氣候條件下緩苗成活。保水劑為“旱地龍”抗旱保水劑，由山東青島惠永園林公司提供。

1.3 試驗設(shè)計與實施

1.3.1 不同補水方式的水分擴散特征試驗 甜菜移栽的補水方式分地上式補水與地下式補水2種。采用國家專利“甜菜抗旱補水栽秧器”(ZL 20112 0361294.2)[11](圖1)栽植秧苗，秧苗通過栽秧器導(dǎo)管垂直落至鴨子嘴型的落秧口處，并在鴨子嘴張開時嵌入土層內(nèi)，栽苗深度為15 cm。利用栽秧器離開地表鴨子嘴張開時留下的凹坑，澆灌定額水量，為地上式補水；秧苗垂直落至鴨子嘴的同時，通過栽秧器導(dǎo)管側(cè)壁上的注水口每穴注入定額水量，為地下式補水。試驗澆灌定額水量為150 mL/株，移栽2 h后開挖土壤剖面，分別測量土壤水平和縱向的濕潤范圍，重復(fù)3次，測量結(jié)果取平均值。

1.3.2 甜菜添加保水劑育苗試驗 在播種育苗的紙筒中裝入“旱地龍”抗旱保水劑，保水劑先與營養(yǎng)土混合均勻，每個育苗紙筒分別采用0(CK)、0.1、0.3、0.5、0.7 g 5種保水劑用量處理,折合每立方米

1.喇叭口； 2.落秧導(dǎo)管； 3.把手； 4.操作桿； 5.彈簧； 6.定位片； 7.導(dǎo)桿； 8.落秧口； 9.踏桿； 10.注水口

營養(yǎng)土混合保水劑0.0、2.7、8.1、13.5、18.9 kg。甜菜育苗在塑料溫棚內(nèi)進行，常規(guī)管理。幼苗2片真葉時定植大田，隨機區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積20 m2，每個處理3次重復(fù)。甜菜移栽株行距為40 cm×50 cm，栽植密度為50 000株/hm2。移栽時補水300 mL/株，生育期常規(guī)管理。

甜菜定植于大田前，每處理取15株幼苗測定株高、莖粗、根長、最大葉長和葉寬、幼苗鮮質(zhì)量和干質(zhì)量；幼苗定植緩苗后統(tǒng)計各處理的成苗率；苗期結(jié)束時，每小區(qū)取5株再次測定甜菜幼苗的上述形態(tài)指標(biāo)；收獲時測定各小區(qū)產(chǎn)量，換算成公頃產(chǎn)量，并在每個小區(qū)取5株，測定甜菜根的可溶性固形物含量。莖粗采用游標(biāo)卡尺測定，干質(zhì)量采用烘干法測定。

1.3.3 機械化地下式補水移栽試驗 采用吊杯式甜菜插秧機(華龍2ZY-2，山東青州市軍巖農(nóng)業(yè)機械有限公司)，其以專利“基于注射式地下補水器的新型控制系統(tǒng)”(ZL 201520065964.4)[12]為基礎(chǔ)，在鴨嘴式栽秧器上加裝由電磁閥控制的注水嘴，形成電磁閥注射式地下補水器(圖2)。由拖拉機攜帶水源，電磁閥控制將定額水量注射到甜菜紙筒的底部區(qū)域，實現(xiàn)機械化地下式補水栽植作業(yè)。

機械化補水移栽試驗采取調(diào)節(jié)行程開關(guān)控制電磁閥開啟時間方式，實施補水量100、150、200、250、300、350 mL/株處理，之后在補水量200 mL/株處理下設(shè)置保水劑用量0.1、0.3、0.5、0.7 g/筒進行生產(chǎn)效果對比，保水劑為“旱地龍”抗旱保水劑，同時每個保水劑用量均相鄰設(shè)置對照(CK,不添加保水劑)。試驗小區(qū)面積長100 m、寬2 m，移栽株行距為40 cm×50 cm。同時，在試驗小區(qū)附近隨機選擇5塊手工移栽生產(chǎn)田，與機械化地下補水移栽試驗進行生產(chǎn)效果對比。

1.鴨嘴式栽植器； 2.接苗器； 3.注水嘴； 4.電磁閥

移栽后第10天測定移栽甜菜的成活率；移栽后第20天測定苗期長勢，測定各處理甜菜的綠色葉片數(shù)、葉面積，以及紅色葉片數(shù)、葉面積。葉面積(cm2)=葉長(cm)×葉寬(cm)×0.70。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用DPS 7.05進行方差分析(Duncan’s新復(fù)極差法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同方式補水的土壤水分特征

不同補水方式下水分的土體分布縱切面如圖3所示。由圖3、表2可見,補水150 mL/株，地上式補水所形成的半橢圓狀濕潤體緊鄰地表，圍繞補水點濕潤鋒以水平擴散為主，補水2 h后濕潤體寬度20.1 cm，高度7.4 cm，垂直與水平濕潤域之比為0.368；監(jiān)測表明，栽植24 h后，補水的土壤濕潤鋒稍有擴展，濕潤體寬度增至21.1 cm，高度7.9 cm，垂直與水平濕潤域之比變化不大，為0.374。地上補水所形成的半橢圓狀濕潤體直接與大氣相連，在氣候干燥、多風(fēng)強光的春季，水分極易蒸發(fā)散失。

地下式補水所形成的倒錐體狀濕潤體嵌入土體內(nèi)部， 濕潤鋒以垂直擴散為主，補水后2、 24 h的濕潤體垂直分布分別為距地表5.2～25.6、4.5～25.7 cm，水平寬度分別為16.1、16.8 cm，垂直與水平濕潤域之比1.267、1.262。對于旱地農(nóng)田甜菜移栽，地下式補水所創(chuàng)造的土壤濕潤體環(huán)裹于甜菜苗筒的中下部，更有利于向秧苗供水；此外，存留于地表的干土覆被層可起到有效的保水作用。

圖3 不同補水方式的土壤濕潤縱切面

土壤濕潤域特征Soil wetting characteristic補水方式Water supplementary way 監(jiān)測時間 Monitor time栽植后2 h 2 h after transplanting栽植后24 h 24 h after transplanting縱向范圍/cm 地上式Ground surface0^7.40^7.9Longitudinal range地下式 Underground5.2^25.64.5^25.7水平寬度/cm地上式Ground surface20.121.1Transverse range地下式Underground16.116.8縱向與水平濕潤域之比地上式Ground surface0.3680.374Depth/width地下式Underground1.2671.262

2.2 保水劑用量對甜菜育苗與移栽生產(chǎn)效果的影響

在育苗期，添加不同比例“旱地龍”保水劑處理秧苗的生長性狀差異顯著(表3)。育秧期末，隨保水劑添加量增加，甜菜秧苗株高、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量均呈單峰性增長。保水劑0.3 g/筒處理秧苗株高、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量最大，其中干質(zhì)量達0.290 g/株，為對照的3.15倍，差異顯著。秧苗移栽試驗田后的成活率同樣以保水劑0.3 g/筒處理最高，達100.0%，較對照高出5.6個百分點。優(yōu)良的秧苗質(zhì)量有利于保障秧苗移栽后的安全成活。

表3 不同保水劑用量對甜菜育苗與移栽效果的影響Tab.3 Effect of different amount of water retaining agent on seedling and transplanting

注：同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note:Different letters in the same column indicate significant differences (P<0.05).

甜菜移栽大田后的苗期生長狀況(表3)表明，添加保水劑0.3 g/筒處理苗期末甜菜株高與植株干質(zhì)量分別達到36.1 cm和1.25 g/株，顯著高于對照。收獲期，各添加保水劑處理的甜菜產(chǎn)量均顯著高于對照。保水劑0.3 g/筒處理甜菜經(jīng)濟產(chǎn)量達90 045.0 kg/hm2，顯著高于對照(62 758.6 kg/hm2)，增產(chǎn)43.48%；塊根可溶性固形物含量為20.9%，較對照(19.8%)提高1.1個百分點?？梢姡埻灿鐣r添加適量保水劑，甜菜不僅增產(chǎn)，而且優(yōu)質(zhì)。

2.3 機械化地下式補水移栽甜菜的生產(chǎn)效果

表4表明，在一定范圍內(nèi)增加補水量對提高秧苗成活率與成苗質(zhì)量具有顯著作用。機械化地下式補水移栽甜菜在單株補水量達到200 mL時可完全滿足移栽安全成活的農(nóng)藝要求，緩苗期約4.5 d，移栽時秧苗所帶葉片均能成活，綠葉面積占全部葉片總面積的比例可達90.85%。過多的補水量會增加水資源負擔(dān)。

表4 不同補水量下機械化地下式補水移栽甜菜的成苗效果Tab.4 Seedling effect of mechanized underground water supplement transplanted beet with different amount of water supplement

采用機械化地下式補水移栽在補水量200 mL/株下，大區(qū)對比添加“旱地龍”保水劑育苗的生產(chǎn)效果如表5所示。比較表明，保水劑用量為0.1 g/筒時較對照只增產(chǎn)0.47%，保水劑用量為0.3 g/筒時較對照增產(chǎn)最為顯著，達30.02%，保水劑用量為0.5 g/筒時較對照增產(chǎn)27.23%。實踐表明，添加保水劑促進了土粒相互黏結(jié)，甜菜苗筒緊實挺括，更易于機插時的快速投苗與保證栽苗直立，從而提高移栽成活率，不同保水劑添加量下移栽成活率均在96%以上。

表5 不同保水劑用量下機械化地下式補水移栽甜菜育苗的大田對比生產(chǎn)效果Tab.5 Field comparsion production effect of mechanized underground water supplement transplanted beet with different amount of water retaining agent

2.4 機械化補水栽植甜菜的生產(chǎn)效率

隨機調(diào)查5戶甜菜手工移栽作業(yè)的用水量、緩苗期和成活率，與200 mL/株補水量下的機插田進行比較(表6)。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)手插甜菜相比，由機械化地下式補水實現(xiàn)的機插甜菜緩苗期縮短2.5 d，用水量減少48.05%。機插甜菜勞動效率為0.14 hm2/(人·d)，較傳統(tǒng)手工插秧提高1.8倍。這對于緩解春播期的勞力緊張、保障甜菜適期栽種十分重要。

表6 傳統(tǒng)地面補水與機械化地下補水方式的甜菜移栽效果比較Tab. 6 Comparison of transplanting effect between manual- and machine-supplementing water

生產(chǎn)實踐表明，機插甜菜在坡梁砂質(zhì)栗鈣土農(nóng)田表現(xiàn)出更具優(yōu)勢的作業(yè)效果。砂質(zhì)農(nóng)田土壤含水率低、土粒散落，機插后的苗孔由田面干土自然回落而實現(xiàn)掩埋，補水與保水效果更為顯著。

3 結(jié)論與討論

3.1 地下補水利于甜菜秧苗成活

甜菜通過秧苗移栽實現(xiàn)大田生產(chǎn)，干旱的土壤環(huán)境是冀西北寒旱區(qū)甜菜移栽成活的重要限制因素，因此，補水移栽成為甜菜適期插秧、啟動農(nóng)田生產(chǎn)的必需。生產(chǎn)上使用的甜菜育苗紙筒高度為15 cm[13]，育成秧苗后，根莖上部約5 cm為地上莖葉與地下根系的過渡區(qū)域，該區(qū)側(cè)根少、吸水能力差，為甜菜塊根開始的膨大部位；下部10 cm側(cè)根多、吸水能力強，為甜菜根系吸水的區(qū)域。本研究表明，采用地下式補水，將注水點置于土表下約15 cm處的插秧孔底，所注水分受犁底層緊實土壤的頂托與插秧器拔離苗孔后回填松軟土壤的吸力作用，濕潤鋒表現(xiàn)以縱向為主的運動特征，形成環(huán)裹苗筒中下部的濕潤體，其上存留的干土層也可起到保水作用[14]，由此實現(xiàn)了秧苗移栽的理想補水結(jié)構(gòu)，為甜菜移栽秧苗的安全成活奠定了重要基礎(chǔ)。

3.2 添加保水劑的甜菜育苗增產(chǎn)增效

以保水劑為載體調(diào)控土壤保水-供水關(guān)系在旱地作物栽培中成效顯著[15-16]，然而，高額的成本限制了其在大田生產(chǎn)上的廣泛應(yīng)用。本研究將保水劑添入甜菜育苗基質(zhì)中，隨秧苗移入大田并伴隨甜菜塊根生長的全程，0.3 g/株即相當(dāng)于15 kg/hm2的施用量獲得了30%的甜菜增產(chǎn)效果，育苗紙筒內(nèi)施用保水劑并移入大田是降低成本的關(guān)鍵，這無疑是一項極其經(jīng)濟的旱地作物穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)技術(shù)，與將容器埋于地下承載水肥、提高園林植物抗性及移栽成活率的機制[17]一致。

3.3 機械化補水插秧降低移栽用水量，應(yīng)用前景廣闊

插秧作業(yè)的機械化，由于秧苗的鮮活性與不均一性而難度較大[18]。機械化地下式補水插秧甜菜的實現(xiàn)，雖然大幅度降低了勞動強度，但作業(yè)效率仍待提高。生產(chǎn)實踐表明，機械化補水插秧更適合于大塊土地生產(chǎn)，從而為進一步配套甜菜田中耕、施肥、除草、培壟的田間管理機械化，以及后續(xù)開發(fā)機械化收獲的全程機械化甜菜生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。因此，促進甜菜規(guī)?；a(chǎn)的組織制度，實施鼓勵機械替代人力、提高勞動效率的農(nóng)機購置國家補貼政策等[19]，成為發(fā)揮甜菜田補水移栽、農(nóng)機農(nóng)藝一體化生產(chǎn)效果，促進冀西北寒旱區(qū)甜菜產(chǎn)業(yè)持續(xù)、高效發(fā)展的重要方向。

綜上，解決冀西北寒旱區(qū)甜菜難以適期栽植與安全成活的關(guān)鍵技術(shù)，是將保水劑添加入甜菜育苗基質(zhì)并進行機械化地下補水移栽，隨著保水劑保水效果的提升以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營向規(guī)?；蛯I(yè)化方向發(fā)展，該技術(shù)推廣應(yīng)用的前景廣闊。