种茎排布对木薯鲜薯产量与薯构型的影响

魏云霞，刘丽娟，黄洁，王娟，李天，何冯光

摘  要：平地寬窄行（1.0 m+0.6 m）模拟机械化种植模式下，以我国主栽机械化木薯品种‘NZ199为对象，设置平放顺向对称（T1）、平放顺向交错（T2）、平放斜向对称（T3）、平放斜向交错（T4）、斜插反向对称（T5）、斜插反向交错（T6），共6种双行种茎排布方式，研究其对鲜薯产量、薯块特征及薯构型的影响，以期筛选适宜的木薯机械化种植模式与收获农艺农机参数。结果表明，斜插较平放有助于提高鲜薯产量;斜插反向交错、平放顺向对称的鲜薯产量均较高，分别达41.92～50.11、38.55～48.42 t/hm2，二者结薯的平均垂直行向半幅宽均较窄，仅为22.92～24.09 cm;当收获单株的垂直行向半幅宽为30.0 cm、层深为25.0 cm时，斜插反向交错与平放顺向对称的收获鲜薯产量占比、鲜薯产量均较高，分别达97.54%～98.87%、38.12～40.87 t/hm2。综上，在平地宽窄行机械化种植模式中，推荐斜插反向交错和平放顺向对称种植方式，建议收获机在窄行间的双行作业幅宽120.0 cm、犁深25.0 cm，则可收获98%的鲜薯产量。

关键词：木薯;种茎排布;鲜薯产量;薯构型;农艺农机参数

中图分类号：S533      文献标识码：A

Influence of Different Stake Layouts on Cassava Fresh Root Yield and Storage Root Configuration

WEI Yunxia1， LIU Lijuan1，2， HUANG Jie1*， WANG Juan1，2， LI Tian1，2， HE Fengguang3

1. Tropical Crops Genetic Resources Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences / Key Laboratory of Conservation and Utilization of Cassava Genetic Resources， Ministry of Agriculture & Rural Affairs， Haikou， Hainan 571101， China; 2. College of Tropical Crops， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China; 3. Agricultural Machinery Research Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Zhanjiang， Guangdong 524091， China

Abstract： The effects on the cassava fresh root yield （FRY）， root character， storage root configuration （SRC） were studied to obtain the optimal mechanized planting mode and harvesting agronomic-machinery parameters for cassava. A field experiment with six stake layouts， i.e. horizontal-orthodromic-symmetrical （T1）， horizontal-orthodromic-interlace （T2）， horizontal-slant-symmetrical （T3）， horizontal-slant-interlace （T4）， inclined-reverse-symmetrical （T5）， inclined- reverse-interlace （T6） was conducted. Variety ‘NZ199， which was widely cultivated across the South China and appropriate for mechanization， was used as the test material， adopted wide-narrow row （1.0 m+0.6 m） planting model on the flat field. The inclined model was helpful to increasing FRY than horizontal. The FRY of T6 and T1 was higher than that of others， up to 41.92-50.11， 38.55-48.42 t/hm2， respectively. The average half width across row of T6 and T1 SRC was narrower than others， only 22.92-24.09 cm. When the harvesting half width across row per plant was 30.0 cm and the harvesting depth was 25.0 cm， the fresh storage root weight proportion and their fresh root weight of T6 and T1 were higher than that of others， up to 97.54%-98.87%， 38.12-40.87 t/hm2， respectively. Comprehensive analysis， T6 and T1 were recommended within the wide-narrow row mechanized model on flat field， meanwhile， the parameter of 120.0 cm harvesting width and 25.0 cm depth were suggested for the double rows harvesting machine among narrow rows， then 98% of the FRY could be harvested.

Keywords： cassava; stake layout; fesh root yield; storage root configuration; agronomic - machinery parameters

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.10.019

木薯是全球贫困地区重要的粮食和经济支柱，广泛用作粮食、饲料、工业原料[1-2]，国际上超8亿人以木薯为粮食[3]。木薯作为我国热区重要的经济作物，是我国“走出去”的重要推进作物之一[4]，在“一带一路”的东南亚、非洲等国家发挥重要的技术支撑作用[5]。木薯种植有平放、斜插和直插3种方式[6]。陈霆等[7]、Ogundare[8]指出，木薯斜插较平放可增产8.6%～20.0%。Shadrack等[9]发现，木薯斜插较平放减产17.5%。Abdullahi等[10]则指出，因木薯品种而异，斜插较平放增产与减产现象并存。肖鑫辉等[11]研究表明，大畦双行交错种植的木薯单株薯数、鲜薯重、收获指数、鲜薯产量、淀粉产量均高于相对种植，增产11.9%。可见，不同的种茎种植、排布方式对木薯生长发育及块根产量有着重要的影响。

目前，我国木薯生产主要靠人工，机械化程度低，人工费占总成本中64.7%以上，收获环节人工占总人工成本比例最高，达45.5%～62.3%[12-13]，成本高、效率低，严重制约我国木薯产业的发展[14]。为提高木薯生產效率及效益，大力发展机械化是必然趋势[15]。农艺农机结合是推进木薯生产机械化的基础，而块根的空间分布特征，是设计木薯收获机收获方式、零部件尺寸等的重要依据。目前国内外关于木薯机械研制、设计的理论研究较多[15-17]，但农艺农机融合，特别是农艺参数研究较少。本研究针对我国主栽机械化木薯品种‘NZ199，开展不同种茎排布的薯构型研究，旨在探索一种高产高效的种植模式，并确定优化匹配的机械化种植、收获参数，以期促进农艺农机融合，推动木薯机械化作业，提升生产效益。

1  材料与方法

1.1  材料

试验于2017年3月—2018年12月，在海南省儋州市中国热带农业科学院试验场六坡基地进行。试验田土壤为花岗岩发育的砖红壤，基本理化性质为：pH 4.74，有机质20.65 g/kg、全氮0.87 g/kg、全磷0.19 g/kg、全钾8.28 g/kg、碱解氮81.59 mg/kg、速效磷19.37 mg/kg、速效钾64.62 mg/kg。

供试木薯品种为‘南植199（NZ199），中国科学院华南植物所选育，国内主栽机械化品种之一，植株直立紧凑，不分枝或分枝极少。

1.2  方法

1.2.1  试验设计  模拟机械化生产的平地宽窄行种植模式，宽行1.0 m，窄行0.6 m，株距0.8 m。随机区组设计，设6种双行种茎排布方式，分别为平放顺向对称（T1）、平放顺向交错（T2）、平放斜向对称（T3）、平放斜向交错（T4）、斜插反向对称（T5）、斜插反向交错（T6），3次重复。种植时间分别为2017年3月22日、2018年3月23日，收获时间分别为2018年1月12日、2018年12月25日。种植前，选取芽眼健康，长20 cm的种茎，行向为东西向，种植深度8 cm。俯视同一窄行内的两行种茎中心点，T1、T3、T5为对称种植，T2、T4、T6为交错种植。T1、T2种茎沿行向平放，芽眼朝西;T3、T4种茎与行向呈45°水平夹角斜向平放，同一窄行内的两行种茎基端靠拢，芽眼交替向西北或西南;T5、T6种茎与地面呈30°垂直夹角斜插，露出种茎5 cm，同一窄行内的两行种茎基端靠拢，芽眼朝外，交替向北或南。具体种茎排布方式见图1。每小区种植6行木薯，每行6株。植后60 d间苗，每株留2条主茎。

1.2.2  测定项目及方法  参考苏必孟等[18]的方法加以改进。在2个试验年份的木薯收获期，距离木薯植株>50.0 cm的外围，先挖开表土和外围泥土，再慢慢刨土，尽量不伤及薯块，直至祼露出完整的薯构型（图2），调查各小区A区域内8株木薯的薯长、薯茎、总鲜薯重，调查B、C区域内8株木薯的行向半幅宽、垂直行向半幅宽;2018年12月25日收获期，增加调查B区内4株木薯不同层深的薯数、鲜薯重，以及C区内4株木薯不同垂直行向半幅宽的薯数和鲜薯重。

测量指标及方法如下：

薯尖：薯块尾部直径1.0 cm处。为统一标准，并避免模糊的测量概念，剔除薯块尾部的尖细部分以及纤维根等无效部分。

薯长（cm）：薯柄至薯尖的长度。薯柄明显，则从薯柄与薯肉交界处为始;薯柄不明显，则从种茎与薯肉交界处为始。

薯径（mm）：薯块最粗部位的直径。

行向半幅宽（cm）：薯尖与种茎中点之间，在行向上的最大水平长度，分前半幅和后半幅，求平均值。

垂直行向半幅宽（cm）：薯尖与种茎中心点连线之间，垂直于行向的最大水平宽度，分左半幅和右半幅，求平均值。

不同垂直行向半幅宽的薯数和鲜薯重：沿种茎中心点连线分别至种茎左、右两侧（即种植行两侧）薯尖的最大垂直水平宽度，划分为0～25.0、25.1～30.0、30.1～35.0、≥35.1 cm共4个范围，统计每株木薯位于不同范围内的薯尖数，记为不同垂直行向半幅宽范围的薯数，按不同范围立体切分薯块后，称其不同范围内的鲜薯重。

不同层深的薯数和鲜薯重：从地面至薯尖水平面的垂直深度，划分为0～20.0、20.1～25.0、25.1～30.0、≥30.1 cm共4个层深，统计每株木薯位于不同层深的薯尖数，记为不同层深的薯数，逐层立体切分薯块后，称其不同层深的鲜薯重。

鲜薯产量：以A、B、C取样区域内共16株薯块的总鲜重，换算单位面积的鲜薯产量。

收获机犁深=推荐收获层深。

收获机双行作业宽度=推荐收获的垂直行向半幅宽×2+窄行行距。

1.3  数据处理

采用Excel 2013软件计算数据，SPSS 20.0软件统计分析，AI、CAD、Originpro 8软件绘图，LSD法检验P<0.05水平上的差异显著性。

2  结果与分析

2.1  对鲜薯产量的影响

不同种茎排布处理对鲜薯产量的影响见图3，两年均表现为斜插>平放，平放时对称>交错，斜

不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）;T1：平放顺向对称，T2：平放顺向交错，T3：平放斜向对称，T4：平放斜向交错，T5：斜插反向对称，T6：斜插反向交错。

插时交错>对称，增产7.52%～17.66%。两年均以T6鲜薯产量最高，较其余处理增产2.78%～ 17.66%;其次是种茎对称的T1、T3、T5，而种茎交错的T2、T4产量较低。

2.2  对薯径、薯长、薯径/薯长比值的影响

不同种茎排布处理对薯径、薯长、薯径/薯长比值的影响见图4，除2018年T1和T2外，各处理薯径均为交错>对称;薯长在交错时为平放>斜插，斜插时为对称>交错，以T6最短;薯径/薯长比值为交错>对称，其中，交错时斜插>平放，以T6最大。两年中，以T6最优，薯径达42.74～ 50.81 mm，在2018年显著大于部分处理;薯长均显著短于其余处理，为15.94～16.97 cm;薯径/薯长比值为0.27～0.30，在2018年显著大于其余处理。

2.3  对结薯半幅宽的影响

不同种茎排布处理对结薯的行向半幅宽、垂直行向半幅宽的影响见图5，行向半幅宽为平放>斜插，斜插时对称>交错;除2017年T1和T2外，其余处理的垂直行向半幅宽为对称>交错。两年中，T6行向半幅宽均最窄，为22.18～22.80 cm;T6、T1垂直行向半幅宽均较窄，为22.92～24.09 cm。

2.4  对不同垂直行向半幅宽薯数占比、鲜薯产量占比和鲜薯产量的影响

2018年不同种茎排布处理对不同垂直行向半幅宽的薯数占比、鲜薯产量占比及鲜薯产量的影响见图6，0～30.0 cm垂直行向半幅宽范围内，薯数占比为对称>交错;鲜薯产量为平放时对称>交错，斜插时交错>对称。当垂直行向半幅宽达30.0 cm时，除T3外，各薯数占比、鲜薯产量占比及鲜薯产量分别达85.24%～95.70%、96.23%～ 99.67%、34.23～41.79 t/hm2;其中，T6薯数占比、鲜薯产量占比、鲜薯产量均最高，较其余处理分别提高2.07～19.51个百分点、0.34～8.08个百分点、9.56%～22.07%，其次为T1，而平放斜向均较低，甚至与T6等处理达显著差异;除T3外，各处理的鲜薯产量占比均高于95.00%。

2.5  对不同层深薯数占比、鲜薯产量占比和鲜薯产量的影响

2018年不同种茎排布处理对不同层深的薯数占比、鲜薯产量占比及鲜薯产量影响见图7，在0～ 25.0 cm层深范围内，鲜薯产量为斜插>平放，平放时对称>交错，斜插时交错>对称;各处理薯数占比、鲜薯产量占比分别达91.95%～100.00%、97.86%～ 100.00%;T6薯数占比、鲜薯产量占比虽最低，但鲜薯产量最大，较其余处理提高5.66%～15.07%，其次是T5、T1鲜薯产量，达38.53～38.80 t/hm2。

3  讨论

3.1  不同种茎排布对鲜薯产量的影响

本研究条件下的鲜薯产量，斜插优于平放，其中，交错时斜插比平放增产7.52%～17.66%;平放時对称优于交错，斜插时交错优于对称;两年均以斜插反向交错表现最佳，较其余处理增产2.78%～17.66%，其次是平放顺向对称。分析国内外前人的研究，海南平地种植木薯，斜插较平放提高鲜薯产量8.6%～20.0% [7];且大畦双行平插时，交错种植的木薯单株结薯数、单株鲜薯重、收获指数、鲜薯产量、淀粉产量，均大于对称种植[11];广西起垄种植木薯，不同种茎种植法的鲜薯产量、淀粉产量虽无显著差异，但平放优于斜插[19];在海南、广西平放种植时，无论平地或起垄，不同芽向处理木薯的鲜薯、薯干和淀粉产量高低排序均为芽眼向南>向西>向北>向东[19-20];而广西起垄斜插时，鲜薯产量高低排序为芽眼向东>向南>向西>向北[19]。在国外，尼日利亚的木薯起垄种植比平地增产，起垄种植时，斜插比平放株高提高6.55%、单条薯重提高24.25%，显著增产18.14%～32.90%，而平地种植时，平放与斜插的块根干重差异不明显[8，21];但在加纳的等行距起垄试验中，斜插比平放减产17.45% [9];马来西亚起垄种植时，斜插较平放提高木薯A和B品种的单株结薯数，但降低C品种的结薯数，促进A增产，降低B和C的产量[10];尼日利亚平地种植木薯，斜插比平放发芽率提高12.36%，而平放的株高显著高于斜插[22];Toro等[23]指出，在降雨量充足的区域，由于水分充足，任何木薯种植方式都适宜，但在沙质土壤或降雨不稳定的地区，直插更有利于发芽成活，而平放会因土壤温度过高造成嫩芽腐烂。

3.2  农艺农机收获参数探讨

木薯机械化收获时，对位不正导致的侧断、入土深度不够导致的铲断、机具结构自身缺陷导致的折断是碎薯的三大原因[24]，块根辐射越窄越浅，则要求的作业宽度和深度也越窄越浅[25];挖掘阻力随挖掘深度呈递增趋势，作业过深增加出土量，分离部件负载增大，功率消耗激增，而作业过浅会加剧薯块损伤率和增加漏薯率[26]。此外，块根越长，其抗弯强度越差，越容易折断而碎薯[27]。块根深度、结薯幅宽是影响块根最大拔起力的重要指标[27]，最大拔起力随拔起速度、块根深度和结薯幅宽的增大而增大，块根深度对最大拔起力的影响最大，其次是结薯幅宽[28]。根据上述研究基础，本研究推荐斜插反向交错和平放顺向对称模式，其鲜薯产量均较高，垂直行向半幅宽也较窄，当收获垂直行向半幅宽、层深分别达30.0 cm、25.0 cm时，可收获98%的鲜薯产量，高于机收明薯率≥95%的标准[29]，可确定为平地宽窄行机械化收获木薯的最佳幅宽和层深参数。

目前，由于缺乏木薯農艺农机结合参数的研究，农机参数的设计针对性不强，国内外木薯收获机作业深度大多在25～60 cm间可调[25， 30-32]，造成收获机的可调参数过宽、效率低、损耗大、明薯率低、碎薯率高等问题，反过来，也影响到木薯种植机农艺农机参数及农艺种植模式的优化改进，最终影响木薯全程机械化的进程。Odigboh[33]曾指出，木薯根系主要分布于0～30 cm土层深度;杨之曦[34]调查广东丘陵起垄斜插种植的‘SC5木薯块根特性表明，其最大薯深为27.3 cm，均值为20.0 cm，最大结薯半幅宽为40.6 cm，均值为30.6 cm，但在生产中，因‘SC5分枝多，结薯散、深，且薯块较长、粗，不宜机械作业，已逐渐被淘汰。前期，我们抽样调查广东湛江的沙壤土等行距平放顺向种植的3个典型机械化木薯品种薯构型，分析其块根特性，推荐收获机的单株收获半幅宽35.0 cm、深度25.0 cm[18]，推荐的收获层深与本研究一致，由于湛江为疏松沙壤土且行距为90 cm，其薯块生长条件优于本试验的粘土窄行，故推荐的单株收获半幅宽比本研究略宽。本研究针对平地宽窄行（1.0 m+0.6 m）种植模式，综合考虑鲜薯产量及不同立体空间的鲜薯产量占比和鲜薯产量，确定斜插反向交错、平放顺向对称2种方式为最适宜机械化作业的高产高效模式，考虑薯构型特征，当使用轮距180 cm的拖拉机时，推荐其收获机在窄行的双行作业宽度120.0 cm、犁深25.0 cm。

目前，我国广西等地，多采用起垄双行人工斜插或平插种植木薯，获得较好的增产增收效果，但机械化作业方面，主要还是平放种茎的种植机，斜插种植机正在考虑研制中。斜插木薯较平放降低人工收获时的薯块损伤率3.27个百分点，降低拔薯力7.95%;且收获斜插木薯较平放省力，因其倾斜的种茎和块根可辅助提高其拨起杠杆的作用力[9]。根据我国目前的研究与推广现状，建议加快推广全程机械化作业的平地或起垄平放顺向对称的种植方式，同时，考虑到本研究的斜插反向交错方式在两年中的鲜薯产量均表现最佳，且国内外的相关研究也表明其容易获得高产，且便利收获[7，9，11，22]，建议加快推广该种植方式的机械化作业，达到省工、节本、增效目的。鉴于我国已示范推广“双行交错”玉米种植机[35]，交错种植山药播种机[36]以及悬挂式双行木薯收获机[37]，在巴西、哥伦比亚已推广成熟可行的1～6行可调木薯种植机[32]，泰国也已研制出自动斜插木薯种茎的种植机[38]，借鉴上述成熟的农机研究成果，加强农艺农机参数结合研究，将为木薯平地或起垄、种茎的平放或斜插、种茎的对称或交错等全程机械化作业模式，提供可靠的精准高效设计与改良参数。此外，鉴于平放斜向种植较麻烦也较低产，建议不再继续研究。

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责任编辑：沈德发