徐洪岑，李超，馮芮，宋井玲，朱俊科，金誠謙， 2

(1. 山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東淄博，255000； 2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所，南京市， 210014)

0 引言

我國是世界上最大的大蒜生產(chǎn)國和出口國，出口量占全球大蒜貿(mào)易量的80%[1]。因大蒜種子外形不規(guī)則，且在種植過程中有芽尖向上立直栽種的農(nóng)藝要求，大蒜種植機械化較難實現(xiàn)。長期以來國內(nèi)大蒜的種植主要依靠人工進行栽種，勞動強度大，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高[2]。

歐美等發(fā)達國家地廣人稀，為實現(xiàn)規(guī)?；N植，多采用機械單粒播種，不追求鱗芽朝上。以中國、日本、韓國為代表的亞洲國家，人多地少，是大蒜的芽尖朝上立直種植機械研究的主要地區(qū)。大蒜立直種植機械通常由單粒取種、蒜種定向和立直栽植三部分組成。蒜種的定向問題是世界難題[3-6]，至今仍未很好解決，國內(nèi)外成熟的、實用化的大蒜種植機械很少。

為探索蒜種種植方向?qū)Υ笏馍L發(fā)育的影響，推動大蒜種植機械的研發(fā)及應(yīng)用。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所金誠謙等[7]和濟寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院的高圓圓等[8]進行了蒜種鱗芽朝上、朝下、隨機三種朝向種植的田間試驗研究，結(jié)果表明大蒜的鱗芽種植朝向?qū)Υ笏庵仓?、蒜薹以及鱗莖等主要農(nóng)藝性狀均有影響。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)的劉靜[9]進行了蒜鱗芽向上90°、傾斜45°、平放0°、倒置45°和倒置90°種植的盆栽試驗，結(jié)果表明，倒置種植嚴重阻礙植株、蒜薹和鱗莖的生長。山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院的顏冬等[10]進行蒜種立直90°、左傾45°、前傾45°、平放0°和倒立90°種植的田間區(qū)組試驗，結(jié)果表明倒立90°不適用于大蒜栽培，機播中應(yīng)盡量避免。目前為止，多數(shù)研究觀察的樣本量有限，也沒能從試驗設(shè)計上盡量消除樣本生長環(huán)境與田間管理存在的差異，研究的種植方向較少，難以給立直種植性能指標確定提供足夠依據(jù)。本文擬深入研究種植方位對大蒜的生長發(fā)育及產(chǎn)量影響，為大蒜種植機械的研發(fā)和推廣應(yīng)用及其直立種植性能指標的確定提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及地點

試驗蒜種為“雜交紅蒜”，根據(jù)農(nóng)藝要求，選用生長發(fā)育良好，種皮色澤一致、飽滿、無病、無損傷的蒜種[11]。其平均長度為32.1 mm，寬度為19.2 mm，厚度為16.4 mm，質(zhì)量為5.4 g。

試驗地點位于山東省淄博禾豐種業(yè)科技股份有限公司(東經(jīng)34.99°，北緯116.64°)。試驗田向陽、排灌方便，土壤情況良好。在播種前對試驗田的翻耕深度約為200 mm，試驗面積內(nèi)土壤整理條件、田間管理等非試驗因素盡量一致，特別是同一區(qū)組應(yīng)盡量一致。播種行距180 mm，株距120 mm，播深50 mm。種植時間為2019年9月27—28日，于2019年9月30日進行首次灌溉，2020年5月12日抽蒜薹，蒜頭的收獲時間為2020年6月6—7日。

1.2 試驗方法

大蒜種植時，蒜種的方位即芽尖的朝向用種植方位角表示。蒜種根部中心與芽尖的連線為蒜種的縱軸[12]，縱軸與水平方向的夾角α定義為種植方位角，如圖1所示。蒜種芽尖向上種植，種植方位角為正，蒜種芽尖向下種植，種植方位角為負。試驗種植方位角取90°、75°、60°、45°、30°、15°、0°、-30°、-60°、-90°十個水平，依次對應(yīng)處理號1～10。

圖1 蒜種種植方位角Fig. 1 Planting azimuth of garlic1.蒜種 2.縱軸 3.水平面

試驗采用單因素完全隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)置兩個10×10的拉丁方，在整個試驗地塊的四周種植保護帶，用以減少環(huán)境因素對大蒜生長的影響，如圖2所示。

圖2 大蒜種植區(qū)組布置Fig. 2 Arrangement of garlic planting area groups

每個處理對應(yīng)一個面積為1.2 m×1.2 m=1.44 m2的小區(qū)，每個小區(qū)中種植蒜種6×9=54粒，小區(qū)的邊行和邊株為保護行和保護株，僅采集內(nèi)部28株蒜苗數(shù)據(jù)，如圖3所示。

圖3 各小區(qū)蒜種種植布置Fig. 3 Planting layout of garlic seeds for each block1.保護行 2.保護株

1.3 試驗指標

大蒜的生育期一般包括萌芽期、幼苗期、花芽及鱗芽分化期、蒜薹伸長期、鱗莖膨大期5個時期[13]。綜合考慮大蒜生長發(fā)育的階段特點以及其經(jīng)濟價值組成，選擇出苗率、大蒜植株的生長高度和質(zhì)量、蒜薹長度、蒜頭的單頭質(zhì)量、橫徑、橫徑差和產(chǎn)量為試驗指標。

1) 蒜種的出苗率：一般蒜種的出苗在7 d左右，考慮向下種植的區(qū)組出苗較晚，播種10 d首次記錄各小區(qū)出苗數(shù)，之后以7 d為間隔記錄出苗數(shù)，由式(1)計算出苗率。

(1)

式中:β——出苗率，%；

M1——小區(qū)出苗數(shù)；

M——小區(qū)種植蒜種總數(shù)，M=28。

2) 大蒜植株的生長高度：將大蒜葉片捋直至豎直方向，測量植株最高點距地面的距離，小區(qū)均值作為當前小區(qū)的大蒜植株生長高度。

3) 蒜薹長度：將蒜薹捋直至豎直方向，測量蒜薹尖端距離地面的距離，小區(qū)均值作為該小區(qū)的蒜薹長度。

4) 蒜頭的單頭質(zhì)量和產(chǎn)量：將收獲的蒜頭去除表面附著的泥土，留蒜梗長度15 mm左右剪根去莖。計算小區(qū)蒜頭質(zhì)量均值，作為該小區(qū)蒜頭的單頭質(zhì)量。由式(2)計算得到當前小區(qū)的蒜頭產(chǎn)量。

(2)

式中:Q——蒜頭產(chǎn)量，kg/m2；

G——小區(qū)收獲的蒜頭質(zhì)量和，kg；

S——單個蒜頭種植面積， 0.18×0.12=0.021 6 m2。

5) 大蒜植株質(zhì)量：收獲蒜頭時，剪去蒜頭后的大蒜莖、葉部分的質(zhì)量，計算小區(qū)均值，作為大蒜植株質(zhì)量。

6) 蒜頭的橫徑：蒜頭垂直于蒜梗方向面積最大的橫截面上最大直徑為蒜頭的大徑，該截面上最小直徑為蒜頭的小徑，分別計算小區(qū)均值，作為該小區(qū)蒜頭的大徑與小徑，用以衡量蒜頭的大小和形狀。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 種植方位角對出苗率的影響

表1是播后10～38 d不同種植方位角的大蒜出苗率。播后10 d，種植方位角在30°～90°時大蒜出苗率均在90%左右，出苗早，出苗齊整。種植方位角在-30°～-90°時大蒜播后24 d時出苗率才達到90%左右，出苗晚且出苗不齊整，少數(shù)蒜種因長時間無法破土而爛種，最終出苗率比0°～90°種植方位角低4%左右。種植方位角0°～30°時，種植方位角減小，播后10 d的出苗率顯著下降，田間表現(xiàn)為種植方位角越小，大蒜出苗越晚。隨著時間的增長，種植方位角0°～30°的出苗率與種植方位角30°～90°趨于一致，最終出苗率下降不顯著。

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

2.2 種植方位角對大蒜植株生長的影響

播后17～38 d不同種植方位角種植的大蒜植株高度見表2。播種后24 d內(nèi)，種植方位角為30°～90°的大蒜植株高度處于同期最高水平，自30°起，隨著種植方位角減小，植株高度顯著降低。播后17 d、24 d，各種植方位角的植株高度增幅相近。播后24 d、38 d，種植方位角30°～90°的大蒜植株高度增長放緩，高度增幅小于種植方位角在30°以下的植株。播后38 d， 0°和15°種植方位角與種植方位角30°～90°的大蒜植株高度不再具有顯著差異，而種植方位角-30°～-90°的大蒜植株高度仍顯著低于種植方位角在0°以上的區(qū)間。種植方位角在0°和15°的大蒜植株質(zhì)量與種植方位角在30°～90°的無顯著差異，而種植方位角在-30°～-90°的植株質(zhì)量顯著小于0°以上區(qū)間，與播后38 d的植株高度呈現(xiàn)的趨勢基本一致，如圖4所示。種植方位角在0°以下的大蒜的生長受到嚴重影響，植株高度和植株質(zhì)量始終處在同期最低水平。

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

圖4 收獲蒜頭時大蒜植株質(zhì)量Fig. 4 Garlic plant quality when harvesting garlic

2.3 種植方位角對蒜薹生長的影響

如圖5所示，種植方位角在45°～90°的大蒜蒜薹長度處于同期最高水平，但與0°種植方位角未形成顯著差異，僅比0°種植方位角的蒜薹長2.7%～4.3%。種植方位角為-30°～-90°的大蒜蒜薹長度顯著低于種植方位角為0°～90°，與0°種植方位角相比，蒜薹長度短6.9%～15.2%。

圖5 種植方位角對蒜薹長度的影響Fig. 5 Effect of planting azimuth on garlic stem length

2.4 種植方位角對大蒜蒜頭的影響

收獲時蒜頭的平均含水率為72.76%。由表3可知，種植方位角為45°～90°收獲的蒜頭單頭質(zhì)量大，因而產(chǎn)量比0°種植方位角高5.4%～8.3%，但差異不顯著。-30°和-60°種植方位角的蒜頭單頭質(zhì)量與0°種植方位角無顯著差異，因出苗率比0°種植方位角低，所以蒜頭產(chǎn)量比0°種植方位角低9.7%和8.4%。-90°種植方位角的大蒜出苗率和蒜頭單頭質(zhì)量均顯著低于0°種植方位角，因而蒜頭產(chǎn)量比0°種植方位角低15.1%。在外形上，種植方位角為-30°～-90°收獲的蒜頭橫徑較小；橫徑的標準差大，蒜頭間大小不一致；大小徑差異大，形狀不規(guī)則。

表3 大蒜蒜頭性狀和產(chǎn)量Tab. 3 Characteristics and yield of garlic

3 結(jié)論和討論

本文對種植時蒜種芽尖朝向?qū)Υ笏獾纳L發(fā)育及產(chǎn)量影響進行了田間區(qū)組試驗研究，研究結(jié)果表明，蒜種種植方向?qū)Υ笏獾某雒?、植株生長、抽薹以及蒜頭單頭質(zhì)量、橫徑、產(chǎn)量等均存在顯著影響。

1) 芽尖向上30°以上種植的大蒜出苗早，出苗齊整。30°以后，種植時芽尖越向下傾斜，出苗越晚，出苗齊整度變差。芽尖向下種植的蒜種因出苗周期過長而出現(xiàn)爛種，出苗率比芽尖向上和水平種植低約4%。

2) 芽尖向上30°以上的種植的大蒜植株高大，植株高度始終處于同期最高水平。芽尖向下種植的植株矮小，植株質(zhì)量低，生長受到嚴重影響。

3) 芽尖向上種植和水平種植的大蒜蒜薹長度無顯著差異；芽尖向下種植的大蒜蒜薹長度顯著低于芽尖向上和水平種植，其蒜薹比水平種植短6.9%～15.2%。

4) 芽尖向上種植和水平種植的蒜頭產(chǎn)量無顯著差異。芽尖向下種植的蒜頭產(chǎn)量顯著低于芽尖向上和水平種植，比水平種植減產(chǎn)8.4%～15.1%，蒜頭單頭質(zhì)量和橫徑也較小，蒜頭大小不一致，蒜頭的大小徑差異大，形狀不規(guī)則。

綜上，芽尖向上種植可以顯著提高蒜薹和蒜頭的產(chǎn)量，給農(nóng)戶帶來更高的經(jīng)濟效益，所以研發(fā)具有芽尖向上立直種植功能的大蒜種植機械是大蒜機械化種植推廣的關(guān)鍵。芽尖向上30°以上種植的大蒜雖然在蒜薹長度和蒜頭產(chǎn)量與水平種植差異不顯著，但出苗早，出苗齊整，植株高大。因此種植時蒜種的種植方位在芽尖向上30°以上為宜，建議芽尖向上30°以上作為衡量大蒜種植機械直立種植的指標。芽尖向下種植嚴重影響大蒜植株生長，蒜薹長度以及蒜頭產(chǎn)量均顯著低于芽尖向上和水平種植，所以大蒜立直種植機械的設(shè)計中應(yīng)盡量避免芽尖向下種植的情況發(fā)生。