（云南省农业科学院甘蔗研究所/云南省甘蔗遗传改良重点实验室，云南开远 661699）

0 引言

砍收作为甘蔗生产主要环节，占甘蔗生产作业成本的55%，占总劳动量的50%[1-2]。因此，大力推广机械化收获对降低甘蔗生产成本具有重要意义。目前，国内甘蔗收割机以大型联合切断式收割机和小型割铺机为主，农机使用过程中反复碾压会造成土壤压实，直接引起土壤容重、孔隙度、水分分布等土壤理化特性的改变。刘晓燕[3]研究机收对甘蔗生长发育的影响发现，机械压实对蔗田土壤容重，含水量、pH、速效养分等土壤理化特性有显著影响，从而导致甘蔗干重显著下降，发株数显著减少，蔗茎减产7.43%。赵培方[4]通过研究小型机收在第1年和第2 年宿根甘蔗产量发现，机收两年后宿根甘蔗产量均低于人工收获，第2 年宿根显著减产，较人工收获减产15.05 t/hm2，减产幅度达15.64%。

甘蔗地下芽库是指上一季作物收获后单位面积内地下芽的总数，由单株地下芽数与留于地下蔗蔸数构成，是宿根甘蔗成苗的基础[4]。机收后土壤压实，植物根系生长速度变慢，根系变短变粗，根量减少，由于土壤阻力的作用，根系空间分布以横向分布的增加为主，从而导致根系正常生长受阻，对土壤中水分和养分的吸收能力变弱，导致对地下芽库营养体水分养分供给不足，影响宿根蔗地下芽库发株成苗及后期的生长发育[5-6]。因此研究机械压实造成的土壤紧实度增加对宿根蔗地下芽及苗期生长发育的影响对明确宿根减产机理具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

田间试验设置于云南省农业科学院甘蔗研究所第一科研基地（103°15′E,23°42′N）。土壤类型为粘壤土，土壤养分情况：有机质25.5 mg/kg、碱解氮86.1 mg/kg、速效磷73.9 mg/kg、速效钾124.0 mg/kg、pH7.6。

1.2 试验设计

试验采用裂区设计，以两种收获方式（人工收获MH 和小型机收SMH）为主区，5 个甘蔗品种（“ROC”22、GT32、YZ05-51、FN39 和YT93-159）为副区。试验设4 次重复，每个小区7 行，行长8.0 m，行距1.2 m，面积67.2 m2。试验于2016至2019年间实施，新植蔗于2016年2月种植，下芽量为12万芽/hm2，种植深度约10 cm。试验各处理的栽培管理措施与常规管理措施一致，为防止破坏机收土壤紧实度胁迫，全生育期内不进行中耕培土。每年施用尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O516%）和硫酸钾（含K2O 52%）各750 kg/hm2、750 kg/hm2和150 kg/hm2。

1.3 收获处理

每一季作物在每年2 月底至3月中旬收获。人工收获处理采用传统镰刀砍收方式，沿土表砍下蔗茎，并于生长点砍去蔗茎梢头部分。机收处理采用小型往复式收割机（型号：为4GZW—0.8，切割速度：4～7 次/s）收获。机收后，砍倒的甘蔗通过人工收获方式收获。为模拟机收对土壤紧实度的影响，每季甘蔗收获均于机收小区由负重后7 t的拖拉机沿蔗蔸碾压5次，胎面宽度20 cm，前轮单胎，后轮双胎。为降低试验误差，每季机收及紧实度碾压处理均由同一台机械和同一组机手操作。

1.4 数据收集

1.4.1 土壤紧实度测量

甘蔗种植深度约为10 cm，因此，萌发成苗的地下芽主要分布于0～20 cm 土层之内，甘蔗收获并进行模拟机收碾压处理后，采用土壤硬度计（型号：DS/TYD—2，量程：500 N/cm2）测量甘蔗品种“ROC”22所在的4个小区不同深度土壤硬度。选取距离蔗蔸约5～10 cm 测量土壤紧实度。以土壤硬度计上标尺为参考，每年甘蔗收割后测量地下10 cm 和20 cm 深度的土壤紧实度，每个小区各土壤深度紧实度取4 次读数均值。为便于比较，采用公式1 MPa=100 N/cm2，将原始数据单位转化为MPa[4]。

1.4.2 地下芽库成苗量

调查每季宿根作物4月和5月每小区3～4行总苗量，折算为千苗/hm2。调查苗量包含各小区发株及分蘖苗数量。4月份苗量视为早期苗量，5月份视为分蘖盛期总苗量。

1.4.3 地下芽数量测定

甘蔗地下芽库由收获后地下蔗蔸数和单株地下芽数量构成。收获后，调查每个小区3～4 行上蔗蔸数，并在各小区第5 行上，采用锄头挖出地下蔗蔸，清水冲洗后调查每蔗蔸地下芽数量，每小区调查6～12 个蔗蔸，取平均值。以上蔗蔸数和蔗蔸上芽数的乘积作为各小区地下芽库数量，折算为每平方米地下芽库数量。

1.5 数据统计分析

土壤紧实度、地下芽库、苗量等的分析采用Statistix V8 田间统计软件裂区设计模型进行方差分析，并做LSD 多重比较。其中，收获方式和品种分别作为模型中的主区和副区。采用Statistix V8 软件计算Pearson相关系数和显著性。

2 结果与分析

2.1 机收对土壤紧实度的影响

如表1 所示，机械收获能显著增加蔗田不同深度土壤紧实度，且土壤紧实度随宿根年限的增加逐渐加强。10 cm 土壤深度条件下，3 年宿根试验机械收获条件下土壤紧实度分别为1.70、2.10 和3.37 MPa，显著高于人工收获土壤紧实度，较人工收获分别增加了72%、200%和88%。蔗田土壤紧实度随土层深度的增加逐渐增加，20 cm 土壤深度条件下，3 年宿根试验机械收获条件下土壤紧实度分别为2.36、3.32 和4.52 MPa，较10 cm 土壤深度条件下紧实度增加，且显著高于人工收获1.67、1.30 和3.10 MPa，较人工收获分别增加41%、155%和46%。蔗田土壤紧实度增加会显著影响土壤通气状况、田间持水量、土壤有效养分利用效率等理化特性及土壤中微生物种类和活性[7-9]。因此，甘蔗机收后配套相应的农艺管理措施，解除土壤紧实度胁迫，对甘蔗宿根出苗及后期营养生长具有重要意义。

表1 两种收获处理条件下不同深度的土壤紧实度Table 1 Soil compaction at different depths under two harvesting treatment

2.2 机收对不同甘蔗品种地下芽库数量的影响

如图1所示，随宿根年限的增加，人工收获条件下地下芽库总数量分别为110、116和178个/m2，呈现逐年增加趋势；机收处理条件下，除“ROC”22 地下芽库数量随宿根年限的增加呈现增加趋势，YT93-159、FN39、GT32 和YZ05-51 的地下芽库数量均呈现降低趋势，5 个品种地下芽库总平均量分别为112、109 和92 个/m2。其中，人工收获地下芽库总数量显著高于机械收获，这可能与机收造成土壤紧实度逐年加大有关。

图1 5个品种两种收获处理下3年宿根地下芽库数量变化Fig.1 The amounts of underground bud bank (UBB) in 3 ratoon crops of 5 sugarcane cultivars under two harvesting treatment

2.3 机收对宿根蔗地下芽库萌发率的影响

以地下芽数量和发株量计算地下芽库萌发率发现，如图2 所示，3 年宿根人工收获5 月份地下芽萌发率分别为10.18%、10.66%和9.05%，机收条件下萌发率分别为8.68%、9.62%和21.32%。机收条件下，第1～2年宿根地下芽库萌发率较人工收获低，第3年则较人工收获显著升高。试验中5个甘蔗品种机收处理前两年宿根4月份和5月份的地下芽萌发率均低于人工收获，第3年宿根时，机收处理下4月份和5月份的地下芽库萌发率显著高于人工收获。如2.2 中所述，第3 年宿根时，机收处理的地下芽库数量仅为人工收获的一半，因此，虽然萌发率显著高于人工收获，但机收处理第3年宿根的4月份和5月份苗量仍显著低于人工收获。

图2 机械收获对5个甘蔗品种地下芽库萌发率的影响Fig.2 Impact of mechanical harvesting on the sprouting rate of underground bud bank in 5 sugarcane cultivars

2.4 机收对宿根蔗地下芽库萌发成苗量的影响

宿根蔗地下芽库的萌发成苗，是宿根甘蔗收获期产量形成的重要基础。由表2可知，由于新植蔗不受收获方式处理影响，不同收获条件下，新植蔗4月和5月处理间苗量无显著差异。从第1年宿根开始，连续3年，人工收获条件下4月份苗量分别为80.7、69.89和92.88千苗/hm2，5月份苗量分别为110.15、124.19和150.47千苗/hm2；机械收获条件下4 月份苗量分别为72.52、39.32 和80.99 千苗/hm2，5 月份苗量分别为98.99、106.55 和138.02千苗/hm2，分析可得，机收处理4月份（除第3年宿根外）和5月份的苗量均显著低于人工收获处理。可见，机收条件下的地下芽库萌发成苗显著低于人工收获。

表2 不同收获方式甘蔗成苗量Table 2 Impact of harvesting treatments on the amount of sugarcane seedlings

2.5 机收条件下宿根蔗地下芽与成苗相关性分析

2.5.1 地下芽库数量与宿根苗量的相关性

地下芽库是宿根蔗苗期的成苗基础。由表3 可知，地下芽库数量与宿根成苗量相关系数为0.267～0.845，存在正相关性。人工收获条件下，相关系数为0.079～0.797；在机收条件下，相关系数为0.215～0.874。3 年均值相关系数表明，地下芽库与4 月份成苗的相关系数为0.626（P<0.001），与5 月份成苗的相关系数为0.584（P<0.001）；在人工收获条件下，与4月份和5月份的成苗相关系数分别为0.424和0.460（P<0.001）；在机收条件下分别为0.592（P<0.01）和0.635（P<0.01）。各次试验地下芽库数与成苗量的相关性表明，人工收获条件下的相关系数均低于机收条件下的相关系数，即在机收条件下，地下芽库数量对成苗量更为重要。因为，在机收条件下，土壤紧实度的胁迫不利于地下芽的萌发。在第3年宿根时，人工收获条件下地下芽库数量与4 月和5 月成苗量的相关系数仅分别为0.079 和0.226，机收条件下的相关系数为0.213 和0.217。此外，第3年宿根两种收获处理地下芽库数量与成苗量均无显著相关性，这可能与第3年宿根缺塘面积较大有关。

表3 地下芽库数量与宿根成苗量的相关性分析Table 3 Correlations between underground bud bank and amounts of seedlings

2.5.2 地下芽库萌发率与宿根发株量的相关性

第1 年和第2 年宿根4 月份和5 月份地下芽库的萌发率与宿根发株苗量之间的相关系数为0.812～0.877，人工收获条件下相关系数达0.673～0.877，机收条件下相关系数达0.781～0.867，均呈极显著（P<0.001）正相关（表4）。但在第3 年宿根中，地下芽库的萌发率与宿根成苗量间未呈现出明显的相关性，可能与第3年田间宿根缺塘面积明显增加有关。

表4 地下芽库萌发率与发株数量的相关系数Table 4 The correlations between sprouting rate of underground bud bank and amount of seedlings

3 讨论与结论

延长宿根年限，是降低甘蔗生产成本的重要途径，机械化收获在降低人工生产成本的同时，能够直接引起土壤紧实度增加，从而显著影响蔗田土壤环境。甘蔗宿根年限缩短也会造成宿根蔗产量和品质的下降。与人工收获相比较，机收显著增加蔗田10～20 cm 深度的土壤紧实度，在本研究机收处理中，3 年宿根10 cm处土壤紧实度分别为1.70、2.10 和3.37 MPa，第1 年和第2 年宿根的土壤紧实度略低于国内砂壤土上大型联合收割机（凯斯7000）产生的土壤紧实度2.95 MPa[10]，但10～20 cm 的土壤紧实度均显著高于人工收获。连续3年宿根试验，人工收获处理下地下芽库数量呈显著增加趋势，而机收处理下呈显著降低趋势。从地下芽库的数量上分析，机收宿根衰退快于人工收获。这与土壤紧实度增加的情况下，单株地下芽数量的积累受到影响有关，另外，机收造成的蔗田缺塘断垄，也是造成地下芽库数量降低的主要因素之一。

本研究的结果表明，地下芽库的萌发率与宿根发株成苗量存在显著的正相关。土壤紧实度胁迫是限制作物根系伸长生长和根干物质重的主要因素[11]，因此土壤紧实度的增加可能限制地下芽库的萌发和蔗芽水分的吸收，不利于其萌发。在土壤紧实度显著增加的情况下，机收处理第1年宿根和第2年宿根的地下芽库萌发率均显著低于人工收获处理，而第3年地下芽库萌发率显著高于人工收获，主要因为第3年机收处理地下芽库数量比人工收获处理少86千芽/hm2。苏俊波等[10]的研究表明土壤紧实度与宿根发株率呈极显著负相关，决定系数为r2=0.913，达极显著水平。不同品种地下芽库萌发率对土壤紧实度的响应存在明显差别，从第1年和第2年宿根5月份地下芽萌发率来看，“ROC”22和YZ05-51地下芽库的萌发率受土壤紧实度胁迫影响较小；从5月份发株成苗量来看，GT32、“ROC”22和YZ05-51三年宿根5月份成苗量处理间差异不显著，表明成苗受土壤紧实度胁迫影响相对较小。

与人工收获相比，机收会显著增加宿根蔗土壤紧实度和蔗田缺塘面积，造成宿根蔗地下芽库数量显著低于人工收获，随宿根年限的增加，人工收获甘蔗地下芽库数量呈增加趋势，而小型机收处理呈降低趋势。地下芽库数量与宿根发株成苗量呈显著正相关，地下芽库萌发率与甘蔗产量呈显著正相关，机收后宿根发株成苗量更为依赖地下芽库数量。因此建议机收后配套适宜的中耕松土等农艺措施，缓解由于土壤压实带来的根系生长胁迫，从而满足宿根蔗地下芽库萌发成苗的营养需求，将改善小型机收碾压造成的宿根衰退。