徐洪岑，李超，冯芮，宋井玲，朱俊科，金诚谦， 2

(1. 山东理工大学农业工程与食品科学学院，山东淄博，255000； 2. 农业农村部南京农业机械化研究所，南京市， 210014)

0 引言

我国是世界上最大的大蒜生产国和出口国，出口量占全球大蒜贸易量的80%[1]。因大蒜种子外形不规则，且在种植过程中有芽尖向上立直栽种的农艺要求，大蒜种植机械化较难实现。长期以来国内大蒜的种植主要依靠人工进行栽种，劳动强度大，生产效率低，生产成本高[2]。

欧美等发达国家地广人稀，为实现规模化种植，多采用机械单粒播种，不追求鳞芽朝上。以中国、日本、韩国为代表的亚洲国家，人多地少，是大蒜的芽尖朝上立直种植机械研究的主要地区。大蒜立直种植机械通常由单粒取种、蒜种定向和立直栽植三部分组成。蒜种的定向问题是世界难题[3-6]，至今仍未很好解决，国内外成熟的、实用化的大蒜种植机械很少。

为探索蒜种种植方向对大蒜生长发育的影响，推动大蒜种植机械的研发及应用。农业农村部南京农业机械化研究所金诚谦等[7]和济宁市农业科学研究院的高圆圆等[8]进行了蒜种鳞芽朝上、朝下、随机三种朝向种植的田间试验研究，结果表明大蒜的鳞芽种植朝向对大蒜植株、蒜薹以及鳞茎等主要农艺性状均有影响。山东农业大学的刘静[9]进行了蒜鳞芽向上90°、倾斜45°、平放0°、倒置45°和倒置90°种植的盆栽试验，结果表明，倒置种植严重阻碍植株、蒜薹和鳞茎的生长。山东省农业科学研究院的颜冬等[10]进行蒜种立直90°、左倾45°、前倾45°、平放0°和倒立90°种植的田间区组试验，结果表明倒立90°不适用于大蒜栽培，机播中应尽量避免。目前为止，多数研究观察的样本量有限，也没能从试验设计上尽量消除样本生长环境与田间管理存在的差异，研究的种植方向较少，难以给立直种植性能指标确定提供足够依据。本文拟深入研究种植方位对大蒜的生长发育及产量影响，为大蒜种植机械的研发和推广应用及其直立种植性能指标的确定提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及地点

试验蒜种为“杂交红蒜”，根据农艺要求，选用生长发育良好，种皮色泽一致、饱满、无病、无损伤的蒜种[11]。其平均长度为32.1 mm，宽度为19.2 mm，厚度为16.4 mm，质量为5.4 g。

试验地点位于山东省淄博禾丰种业科技股份有限公司(东经34.99°，北纬116.64°)。试验田向阳、排灌方便，土壤情况良好。在播种前对试验田的翻耕深度约为200 mm，试验面积内土壤整理条件、田间管理等非试验因素尽量一致，特别是同一区组应尽量一致。播种行距180 mm，株距120 mm，播深50 mm。种植时间为2019年9月27—28日，于2019年9月30日进行首次灌溉，2020年5月12日抽蒜薹，蒜头的收获时间为2020年6月6—7日。

1.2 试验方法

大蒜种植时，蒜种的方位即芽尖的朝向用种植方位角表示。蒜种根部中心与芽尖的连线为蒜种的纵轴[12]，纵轴与水平方向的夹角α定义为种植方位角，如图1所示。蒜种芽尖向上种植，种植方位角为正，蒜种芽尖向下种植，种植方位角为负。试验种植方位角取90°、75°、60°、45°、30°、15°、0°、-30°、-60°、-90°十个水平，依次对应处理号1～10。

图1 蒜种种植方位角Fig. 1 Planting azimuth of garlic1.蒜种 2.纵轴 3.水平面

试验采用单因素完全随机区组设计，设置两个10×10的拉丁方，在整个试验地块的四周种植保护带，用以减少环境因素对大蒜生长的影响，如图2所示。

图2 大蒜种植区组布置Fig. 2 Arrangement of garlic planting area groups

每个处理对应一个面积为1.2 m×1.2 m=1.44 m2的小区，每个小区中种植蒜种6×9=54粒，小区的边行和边株为保护行和保护株，仅采集内部28株蒜苗数据，如图3所示。

图3 各小区蒜种种植布置Fig. 3 Planting layout of garlic seeds for each block1.保护行 2.保护株

1.3 试验指标

大蒜的生育期一般包括萌芽期、幼苗期、花芽及鳞芽分化期、蒜薹伸长期、鳞茎膨大期5个时期[13]。综合考虑大蒜生长发育的阶段特点以及其经济价值组成，选择出苗率、大蒜植株的生长高度和质量、蒜薹长度、蒜头的单头质量、横径、横径差和产量为试验指标。

1) 蒜种的出苗率：一般蒜种的出苗在7 d左右，考虑向下种植的区组出苗较晚，播种10 d首次记录各小区出苗数，之后以7 d为间隔记录出苗数，由式(1)计算出苗率。

(1)

式中:β——出苗率，%；

M1——小区出苗数；

M——小区种植蒜种总数，M=28。

2) 大蒜植株的生长高度：将大蒜叶片捋直至竖直方向，测量植株最高点距地面的距离，小区均值作为当前小区的大蒜植株生长高度。

3) 蒜薹长度：将蒜薹捋直至竖直方向，测量蒜薹尖端距离地面的距离，小区均值作为该小区的蒜薹长度。

4) 蒜头的单头质量和产量：将收获的蒜头去除表面附着的泥土，留蒜梗长度15 mm左右剪根去茎。计算小区蒜头质量均值，作为该小区蒜头的单头质量。由式(2)计算得到当前小区的蒜头产量。

(2)

式中:Q——蒜头产量，kg/m2；

G——小区收获的蒜头质量和，kg；

S——单个蒜头种植面积， 0.18×0.12=0.021 6 m2。

5) 大蒜植株质量：收获蒜头时，剪去蒜头后的大蒜茎、叶部分的质量，计算小区均值，作为大蒜植株质量。

6) 蒜头的横径：蒜头垂直于蒜梗方向面积最大的横截面上最大直径为蒜头的大径，该截面上最小直径为蒜头的小径，分别计算小区均值，作为该小区蒜头的大径与小径，用以衡量蒜头的大小和形状。

2 试验结果与分析

2.1 种植方位角对出苗率的影响

表1是播后10～38 d不同种植方位角的大蒜出苗率。播后10 d，种植方位角在30°～90°时大蒜出苗率均在90%左右，出苗早，出苗齐整。种植方位角在-30°～-90°时大蒜播后24 d时出苗率才达到90%左右，出苗晚且出苗不齐整，少数蒜种因长时间无法破土而烂种，最终出苗率比0°～90°种植方位角低4%左右。种植方位角0°～30°时，种植方位角减小，播后10 d的出苗率显著下降，田间表现为种植方位角越小，大蒜出苗越晚。随着时间的增长，种植方位角0°～30°的出苗率与种植方位角30°～90°趋于一致，最终出苗率下降不显著。

表1 不同种植方位角的大蒜出苗率Tab. 1 Garlic emergence rate in different planting azimuths

2.2 种植方位角对大蒜植株生长的影响

播后17～38 d不同种植方位角种植的大蒜植株高度见表2。播种后24 d内，种植方位角为30°～90°的大蒜植株高度处于同期最高水平，自30°起，随着种植方位角减小，植株高度显著降低。播后17 d、24 d，各种植方位角的植株高度增幅相近。播后24 d、38 d，种植方位角30°～90°的大蒜植株高度增长放缓，高度增幅小于种植方位角在30°以下的植株。播后38 d， 0°和15°种植方位角与种植方位角30°～90°的大蒜植株高度不再具有显著差异，而种植方位角-30°～-90°的大蒜植株高度仍显著低于种植方位角在0°以上的区间。种植方位角在0°和15°的大蒜植株质量与种植方位角在30°～90°的无显著差异，而种植方位角在-30°～-90°的植株质量显著小于0°以上区间，与播后38 d的植株高度呈现的趋势基本一致，如图4所示。种植方位角在0°以下的大蒜的生长受到严重影响，植株高度和植株质量始终处在同期最低水平。

表2 不同种植方位角的大蒜植株高度Tab. 2 Garlic plant height in different planting azimuths

图4 收获蒜头时大蒜植株质量Fig. 4 Garlic plant quality when harvesting garlic

2.3 种植方位角对蒜薹生长的影响

如图5所示，种植方位角在45°～90°的大蒜蒜薹长度处于同期最高水平，但与0°种植方位角未形成显著差异，仅比0°种植方位角的蒜薹长2.7%～4.3%。种植方位角为-30°～-90°的大蒜蒜薹长度显著低于种植方位角为0°～90°，与0°种植方位角相比，蒜薹长度短6.9%～15.2%。

图5 种植方位角对蒜薹长度的影响Fig. 5 Effect of planting azimuth on garlic stem length

2.4 种植方位角对大蒜蒜头的影响

收获时蒜头的平均含水率为72.76%。由表3可知，种植方位角为45°～90°收获的蒜头单头质量大，因而产量比0°种植方位角高5.4%～8.3%，但差异不显著。-30°和-60°种植方位角的蒜头单头质量与0°种植方位角无显著差异，因出苗率比0°种植方位角低，所以蒜头产量比0°种植方位角低9.7%和8.4%。-90°种植方位角的大蒜出苗率和蒜头单头质量均显著低于0°种植方位角，因而蒜头产量比0°种植方位角低15.1%。在外形上，种植方位角为-30°～-90°收获的蒜头横径较小；横径的标准差大，蒜头间大小不一致；大小径差异大，形状不规则。

表3 大蒜蒜头性状和产量Tab. 3 Characteristics and yield of garlic

3 结论和讨论

本文对种植时蒜种芽尖朝向对大蒜的生长发育及产量影响进行了田间区组试验研究，研究结果表明，蒜种种植方向对大蒜的出苗、植株生长、抽薹以及蒜头单头质量、横径、产量等均存在显著影响。

1) 芽尖向上30°以上种植的大蒜出苗早，出苗齐整。30°以后，种植时芽尖越向下倾斜，出苗越晚，出苗齐整度变差。芽尖向下种植的蒜种因出苗周期过长而出现烂种，出苗率比芽尖向上和水平种植低约4%。

2) 芽尖向上30°以上的种植的大蒜植株高大，植株高度始终处于同期最高水平。芽尖向下种植的植株矮小，植株质量低，生长受到严重影响。

3) 芽尖向上种植和水平种植的大蒜蒜薹长度无显著差异；芽尖向下种植的大蒜蒜薹长度显著低于芽尖向上和水平种植，其蒜薹比水平种植短6.9%～15.2%。

4) 芽尖向上种植和水平种植的蒜头产量无显著差异。芽尖向下种植的蒜头产量显著低于芽尖向上和水平种植，比水平种植减产8.4%～15.1%，蒜头单头质量和横径也较小，蒜头大小不一致，蒜头的大小径差异大，形状不规则。

综上，芽尖向上种植可以显著提高蒜薹和蒜头的产量，给农户带来更高的经济效益，所以研发具有芽尖向上立直种植功能的大蒜种植机械是大蒜机械化种植推广的关键。芽尖向上30°以上种植的大蒜虽然在蒜薹长度和蒜头产量与水平种植差异不显著，但出苗早，出苗齐整，植株高大。因此种植时蒜种的种植方位在芽尖向上30°以上为宜，建议芽尖向上30°以上作为衡量大蒜种植机械直立种植的指标。芽尖向下种植严重影响大蒜植株生长，蒜薹长度以及蒜头产量均显著低于芽尖向上和水平种植，所以大蒜立直种植机械的设计中应尽量避免芽尖向下种植的情况发生。