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        寧夏固原地區(qū)馬鈴薯種植粉壟耕作試驗(yàn)研究

        2021-05-12 02:20:28楊術(shù)明楊樹川馬伏龍王昱潭
        農(nóng)業(yè)科學(xué)研究 2021年1期
        關(guān)鍵詞:薯率耕作單株

        王 乾, 楊術(shù)明, 楊樹川, 唐 博, 馬伏龍, 王昱潭

        (寧夏大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,寧夏 銀川 750021)

        馬鈴薯是一種適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)量高、營養(yǎng)豐富的經(jīng)濟(jì)作物,在世界各地均有栽培,中國的馬鈴薯產(chǎn)量以及種植面積近年來均位于世界前列[1]。中國種植的馬鈴薯已經(jīng)成為繼玉米、水稻和小麥之后的第四大糧食作物,由于馬鈴薯具有耐旱耐高寒性,其主產(chǎn)區(qū)集中在我國西北和西南地區(qū),其中西北地區(qū)主要包括陜西北部、寧夏、甘肅和青海[2]。寧夏中部干旱帶和南部山區(qū)地形地貌復(fù)雜、溝壑縱橫,海拔較高,氣候冷涼,土壤富含鉀素、病毒傳媒少,天然隔離條件好,其所產(chǎn)馬鈴薯品質(zhì)優(yōu)、口感好,是馬鈴薯種植的最佳區(qū)域,常年種植面積約13.33 萬hm2[3]。如今馬鈴薯產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為寧夏重要的優(yōu)勢特色產(chǎn)業(yè)之一,也是固原地區(qū)脫貧致富的主要支柱產(chǎn)業(yè)之一[4]。然而,由于氣象災(zāi)害的影響以及生產(chǎn)技術(shù)水平低、田間管理模式粗放,寧夏馬鈴薯單產(chǎn)水平低,產(chǎn)量逐年下降[5-6]。土壤質(zhì)量的好壞關(guān)系著農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量,通過土壤耕作可調(diào)理和遏制土壤耕層退化、改善土壤環(huán)境,實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物增產(chǎn)[7]。不僅如此,土壤耕作是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中基礎(chǔ)且關(guān)鍵的環(huán)節(jié),是播種的前提和保證,其目的在于改善耕地土壤結(jié)構(gòu),優(yōu)化農(nóng)作物生長環(huán)境[8]。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的快速發(fā)展,如今人工耕作已被機(jī)械化耕作所取代[9]。機(jī)械化耕作是利用農(nóng)機(jī)裝備進(jìn)行翻耕、細(xì)碎和平整土壤,具有工作效率高、作業(yè)質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)[10]。并且,利用機(jī)械耕作能夠有效打破犁底層,恢復(fù)土壤結(jié)構(gòu),增加土壤蓄水保墑能力,消減雜草和病蟲害[11]。但是,傳統(tǒng)的土壤耕作機(jī)械仍有一定缺點(diǎn)和不足,本試驗(yàn)的目的在于探究粉壟耕作對馬鈴薯品質(zhì)和產(chǎn)量的影響,從而為提升寧夏馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平提供有益參考。

        1 土壤耕作機(jī)械概述

        1.1 傳統(tǒng)土壤耕作機(jī)械

        目前,我國傳統(tǒng)土壤耕作機(jī)械已得到普及,按耕作方式不同,主要分為犁耕式和旋耕式兩種耕作機(jī)械,以適應(yīng)不同地區(qū)、不同地形的作業(yè)要求。

        1.1.1 犁耕式 犁耕式土壤耕作機(jī)械,按作業(yè)機(jī)具的不同,可分為鏵式犁、圓盤犁以及鏵式犁的派生,包括雙向犁和高速犁等。鏵式犁在農(nóng)業(yè)上是使用最早且最常見的耕作機(jī)械,由犁鏵、犁壁、犁側(cè)板和犁柱組成,在拖拉機(jī)的牽引下犁鏵插入土壤,切土后犁壁再碎土并翻轉(zhuǎn)土壤,進(jìn)而完成作業(yè)[12]。圓盤犁是一種以凹面圓盤為工作部件的耕作機(jī)械,作業(yè)時(shí)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)切土,進(jìn)而使土壤在離心力作用下翻轉(zhuǎn)出去,形成一道犁溝,具有良好的防堵性,但翻耕質(zhì)量不高[10]。雙向犁由多個(gè)鏵式犁和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成,作業(yè)時(shí)先翻轉(zhuǎn)左側(cè)土壤,后翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)犁梁轉(zhuǎn)動(dòng),再翻轉(zhuǎn)右側(cè)土壤,一次完成兩側(cè)作業(yè),但翻轉(zhuǎn)過程中存在死點(diǎn),會(huì)導(dǎo)致機(jī)架變形,需要相應(yīng)的越中機(jī)構(gòu)。高速犁是一種在耕速超過7 km/h 的條件下設(shè)計(jì)的耕作機(jī)械,在大功率拖拉機(jī)的牽引下高效完成作業(yè),但會(huì)過分粉碎土壤,一般只適用于沙壤土,且作業(yè)后的犁溝寬度較大[13]。

        1.1.2 旋耕式 旋耕式土壤耕作機(jī)械是以旋耕刀片為工作部件耕作土壤,按刀軸排布形式的不同,可分為橫軸式旋耕機(jī)和縱軸式旋耕機(jī)。橫軸式旋耕機(jī)也稱臥式旋耕機(jī),主要由萬向節(jié)總成、變速箱、傳動(dòng)箱、旋耕刀軸、罩殼托板等組成,軸上刀片沿螺旋線安裝,作業(yè)時(shí)刀軸轉(zhuǎn)向與拖拉機(jī)前進(jìn)方向一致,刀軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)刀片向后切削土壤,土壤依靠慣性拋灑到后方托板和罩殼上,進(jìn)而再次細(xì)碎土壤,完成土壤耕作[14]??v軸式旋耕機(jī)又稱立式旋耕機(jī),主要由萬向節(jié)、減速器、刀盤和旋耕刀等組成,旋耕刀正逆旋成組安裝在刀盤上,作業(yè)時(shí)一方面動(dòng)力輸出軸經(jīng)萬向節(jié)將動(dòng)力傳遞給減速器,減速器驅(qū)動(dòng)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)旋耕刀旋轉(zhuǎn);另一方面旋耕刀在拖拉機(jī)的牽引下向前運(yùn)動(dòng),因而形成余擺線運(yùn)動(dòng)切削土壤,使旋耕刀的受力狀況得到改善[15]。

        但是,單一的犁耕式土壤耕作機(jī)械作業(yè)后,土壤的松碎程度和平整度還無法滿足農(nóng)作物播種和種植作業(yè)條件,仍需旋耕機(jī)二次耕作,降低了機(jī)具作業(yè)效率;而連續(xù)多年使用旋耕式土壤耕作機(jī)械也會(huì)引起土壤板結(jié),犁底層變厚,耕層變淺,進(jìn)而使得土壤保墑蓄水能力降低,土壤養(yǎng)分流失[16]。

        1.2 粉壟耕作機(jī)械

        鑒于傳統(tǒng)土壤耕作機(jī)械的不足,廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院韋本輝團(tuán)隊(duì)著手研發(fā)了一種新型土壤耕作機(jī)械——粉壟耕作機(jī),旨在一次性完成深耕深松整地作業(yè),激活犁底層且不亂土層,擴(kuò)建土壤養(yǎng)分、水分、氧氣等“三庫”容量,增強(qiáng)土壤保水保肥能力,減少病害和雜草,促進(jìn)作物根系深扎生長,從而實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)提質(zhì)[17]。由廣西農(nóng)科院和五豐機(jī)械有限公司合作研發(fā)的粉壟耕作機(jī)械,根據(jù)行走方式的不同,有自走式和牽引式2 種粉壟機(jī),其耕作深度可自由調(diào)節(jié)30~50 cm,以適應(yīng)不同作物、不同地區(qū)種植作業(yè)的要求。整機(jī)主要由液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、立式螺旋鉆頭部件和機(jī)架等組成,作業(yè)時(shí)由動(dòng)力輸出經(jīng)液壓系統(tǒng)帶動(dòng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn),驅(qū)動(dòng)多根垂直安裝的立式螺旋鉆頭高速旋轉(zhuǎn)入土至預(yù)定耕深后,如圖1 所示,鉆頭上的螺旋刀刃和旋耕刀旋轉(zhuǎn)粉碎土壤,一次性完成深耕深松整地作業(yè)[18-19]。

        圖1 粉壟機(jī)關(guān)鍵作業(yè)部件

        已有研究表明,較傳統(tǒng)土壤耕作機(jī)械耕作方式,粉壟耕作能有效增加作物產(chǎn)量和提高作物品質(zhì)。據(jù)報(bào)道,采用粉壟耕作后,河南焦作市冬小麥產(chǎn)量增加、穗粒數(shù)增加、旗葉光合性能顯著增強(qiáng)[20],廣西北流市的水稻年產(chǎn)量增加、稻米整精米率提高、蛋白質(zhì)含量提高[21],黑龍江巴彥縣的玉米濕粒和干粒產(chǎn)量增加[22],廣西來賓市的甘蔗產(chǎn)量增加、含糖量提高[23]。因此,有必要在寧夏固原地區(qū)開展馬鈴薯粉壟耕作試驗(yàn)研究,為引進(jìn)推廣粉壟耕作技術(shù)提供試驗(yàn)依據(jù)。

        2 試驗(yàn)

        2.1 試驗(yàn)區(qū)概況

        在寧夏固原3 個(gè)核心示范村于2018—2019 年共實(shí)施粉壟耕作19.4 hm2。試驗(yàn)地分別位于西吉縣新營鄉(xiāng)白城村(北緯 36°9′7″,東經(jīng) 105°34′56″)、原州區(qū)張易鎮(zhèn)毛莊村(北緯 35°48′3″,東經(jīng) 106°9′31″)和海原縣關(guān)莊鄉(xiāng)高臺(tái)村(北緯36°36'23",東經(jīng)105°35'22")。屬于典型大陸性氣候,海拔在2 200 m 左右,年均降水量400 mm 左右,無霜期130 d 左右,年均氣溫5.3~7.0 ℃,≥10 ℃有效積溫2 000~2 300 ℃。試驗(yàn)地土壤類型為黑壚土,土壤質(zhì)地為沙粉土,10~30 cm 土層土壤含水率為20%~40%,土壤硬度為0.47~0.66 MPa。

        2.2 試驗(yàn)方法

        采用粉壟耕作方式,耕作深度30~50 cm。2018年粉壟6.87 hm2(去年粉壟),2019 年粉壟12.53 hm2(當(dāng)年粉壟),以傳統(tǒng)旋耕耕作方式(耕作深度15 cm)為對照,如圖2 所示。試驗(yàn)機(jī)型為廣西五豐公司生產(chǎn)的自走式粉壟機(jī),如圖3 所示。馬鈴薯種植模式為起壟、施肥、播種、覆膜。單行種植行距65 cm、株距30 cm,播種密度49 500 穴/hm2;雙行種植行距55 cm、株距40 cm,播種密度45 000 穴/hm2。試驗(yàn)品種為青薯9 號(hào)、冀張薯12 號(hào)原種,用種量1 800 kg/hm2,種植深度 15~20 cm。

        圖2 馬鈴薯粉壟與對照示意圖

        圖3 自走式粉壟機(jī)

        觀測計(jì)算單株結(jié)薯數(shù)、單株薯質(zhì)量、商品薯率和爛薯率,統(tǒng)計(jì)馬鈴薯增產(chǎn)情況。具體方法:在每個(gè)示范村隨機(jī)抽取10 塊示范田進(jìn)行測產(chǎn), 每塊田內(nèi)取1個(gè)樣方,采用梅花點(diǎn)五點(diǎn)取樣法;在每個(gè)樣方連續(xù)采挖5 株馬鈴薯,稱其單株薯質(zhì)量,然后記錄樣方株數(shù)、單株結(jié)薯數(shù)、單株薯質(zhì)量、商品薯、爛薯病薯以及青頭薯;按理論產(chǎn)量(kg/hm2)=株數(shù)(株/hm2)×單株薯質(zhì)量(kg/株),實(shí)測產(chǎn)量(kg/hm2)=理論產(chǎn)量(kg/hm2)×85%進(jìn)行計(jì)算,爛薯、病薯以及青頭薯不計(jì)入產(chǎn)量。

        3 結(jié)果與分析

        3.1 粉壟耕作對馬鈴薯品質(zhì)的影響

        2019 年9 月20—25 日在西吉縣新營鄉(xiāng)白城村馬鈴薯種植示范點(diǎn)對馬鈴薯品質(zhì)進(jìn)行調(diào)查、測定,經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)處理,結(jié)果如表1 所示。平均單株結(jié)薯數(shù)大小依次為2019 年粉壟地塊、傳統(tǒng)耕作地塊、2018 年粉壟地塊,2019 年粉壟地塊平均單株結(jié)薯數(shù)較傳統(tǒng)耕作地塊提高了4.67%;平均單株薯質(zhì)量大小依次為2019 年粉壟地塊、2018 年粉壟地塊、傳統(tǒng)耕作地塊,2019 年粉壟地塊和2018 年粉壟地塊平均單株薯質(zhì)量較傳統(tǒng)耕作地塊分別提高29.52%和11.00%;平均商品薯率大小依次為傳統(tǒng)耕作地塊、2019 年粉壟地塊、2018 年粉壟地塊;平均爛薯率大小依次為傳統(tǒng)耕作地塊、2019 年粉壟地塊、2018 年粉壟地塊,2019 年粉壟地塊和2018 年粉壟地塊平均爛薯率較傳統(tǒng)耕作地塊分別減少0.10%和2.46%。

        3.2 粉壟耕作對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

        2018—2019 年馬鈴薯粉壟實(shí)施面積及實(shí)施效果如表2 所示。 西吉縣新營鄉(xiāng)白城村兩年的粉壟實(shí)施面積總共為11.54 hm2,2018 年粉壟產(chǎn)量和2019年粉壟產(chǎn)量較傳統(tǒng)耕作產(chǎn)量分別增加24.84%和22.91%;原州區(qū)張易鎮(zhèn)毛莊村兩年的粉壟實(shí)施面積總共為4.18 hm2,2018 年粉壟產(chǎn)量和2019 年粉壟產(chǎn)量較傳統(tǒng)耕作產(chǎn)量分別增加27.30%和10.53%;海原縣關(guān)莊鄉(xiāng)高臺(tái)村兩年的粉壟實(shí)施面積總共為3.68 hm2,2018 年粉壟產(chǎn)量和2019 年粉壟產(chǎn)量較傳統(tǒng)耕作產(chǎn)量分別增加35.49%和5.60%。

        表1 馬鈴薯品質(zhì)測量結(jié)果

        表2 2018—2019 年馬鈴薯粉壟實(shí)施面積及效果

        4 討論

        本次試驗(yàn)中,2018 年粉壟地塊(去年粉壟)和2019 年粉壟地塊(當(dāng)年粉壟)平均單株結(jié)薯數(shù)較傳統(tǒng)耕作地塊變化不大,但粉壟地塊的平均單株薯質(zhì)量較傳統(tǒng)耕作地塊明顯增加,且當(dāng)年粉壟地塊較去年粉壟地塊增幅更高,馬鈴薯的實(shí)際品質(zhì)得到了提升。粉壟地塊的商品薯率小于傳統(tǒng)耕作地塊,但粉壟后商品薯率在逐年增加,以后有望超過傳統(tǒng)耕作地塊。粉壟地塊的馬鈴薯爛薯率小于傳統(tǒng)耕作地塊,其中去年粉壟地塊最低,當(dāng)年因雨水較多,爛薯率增加。

        各示范點(diǎn)粉壟耕作兩年的馬鈴薯產(chǎn)量較傳統(tǒng)耕作均有增加,說明粉壟耕作確實(shí)能提高馬鈴薯產(chǎn)量;最高增產(chǎn)35.49%,去年粉壟地塊平均增產(chǎn)28.32%,當(dāng)年粉壟地塊平均增產(chǎn)12.90%,增產(chǎn)效果明顯;當(dāng)年因雨水較多,增產(chǎn)效果有所降低。

        5 結(jié)論

        1)與傳統(tǒng)旋耕相比,粉壟耕作能夠一次性完成深耕深松整地作業(yè),激活犁底層且不亂土層,提高耕整地作業(yè)效率。

        2)粉壟耕作后,馬鈴薯單株薯質(zhì)量增加,商品薯率減小但有逐年增加趨勢,爛薯率減小,馬鈴薯品質(zhì)提升。

        3)粉壟耕作可增加馬鈴薯產(chǎn)量且增產(chǎn)效果顯著。

        4)粉壟耕作可提升馬鈴薯品質(zhì)和產(chǎn)量,在寧夏馬鈴薯種植上有一定的推廣價(jià)值。

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