不同种植密度和行距配置对香蕉产量及品质的影响

黄丽娜,程世敏,赵增贤,魏军亚,魏守兴

(中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所/国家热带果树品种改良中心/农业农村部华南作物基因资源与种质创制重点实验室/海南省热带作物资源遗传改良与创新重点实验室,海口,571101)

中国作为世界上主要的香蕉生产国,种植面积已达到33.3万hm2左右,香蕉产业已经成为中国重要的农业经济支柱产业之一[1]。人工成本是香蕉产业中投入较大的一项成本,占整个投入成本的30%以上。中国香蕉生产人工依赖程度较高,但是由于比较优势,大量农村剩余劳动力流向了城市和第二、三产业,使得蕉工短缺、人工成本急剧上升,成为了制约香蕉产业发展的瓶颈[2-4]。因此,香蕉产业必须探索一条适合产业未来发展的道路,提高劳动生产效率,而机械化是其必然选择。在国外,香蕉生产的病虫害防治、水肥管理、蕉果护养、废弃茎秆处理还田、无损化采收等主要生产环节都实现了较高机械化作业。中国在香蕉产业机械化领域的研究起步较晚,在蕉果护养、废弃茎秆处理还田、无损化采收等方面的机械化程度很低[5-6]。中国香蕉现有种植模式的行距对蕉园机械化作业存在制约,尤其是大型综合性机具的作业更加受制。推广香蕉机械化,必须建立起与之配套的宜机化栽培模式,调整香蕉种植密度和行距配置是实现机械化种植的重要手段[7]。

关于作物种植密度和行距配置的研究较多。陈路路的研究表明,密度和行距均显著影响谷子产量的形成,谷子产量随密度的增加呈先增后降的趋势[8]。在棉花上的研究表明,密度和行距配置及两者互作对棉花产量及构成、品质、冠状特征等具有显著的影响[9-12]。密度及行距影响玉米密植潜力的干物质累积和产量构成,合理的密植和行距能促进玉米产量和品质[13-15]。由上可见,密度和行距配置的研究主要集中在谷子、棉花、玉米等短期小生物量的作物上,而目前关于生物量大的作物种植很少涉及,尤其是宜机化栽培模式下的香蕉种植密度和行距配置对其产量及品质的影响研究尚未涉及。因此,本研究结合以往香蕉栽培技术和经验,通过加大香蕉宽行距离,使其达到能使翻耕、培土、施肥、喷药、采收机械在田间自如作业的宽度,研究不同种植密度和行距配置对香蕉产量及品质的影响,探讨宜机化栽培的香蕉种植密度和行距配置,为香蕉宜机化栽培、机械化高效发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料和试验地概况

试验于2022—2023年在海南省儋州市中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所6队香蕉生产基地(19°28′N,109°29′E)进行。土壤类型为砖红壤,pH值5.67,有机质15.62 g/kg,全氮0.61 g/kg,有效磷9.31 mg/kg,速效钾102.59 mg/kg。试验香蕉品种为宝岛蕉。试验期间基地香蕉生育期内年平均气温约23.5 ℃,极端高温37 ℃,极端低温8 ℃,无霜期365 d,年平均日照时数2 000 h以上,年降水量1 815 mm。

供试肥料为硝硫基复合肥(N 15%、P2O515%、K2O 15%)、硫酸钾(K2O 54%)、钙镁磷肥(P2O518%、MgO 12%、CaO 26%)、尿素(N 46%)、有机肥(有机质≥45%)、复合微生物菌肥(有效活菌数≥1亿/mL,总养分≥60 g/L,有机质≥100 g/L,氨基酸≥25 g/L,pH 值4.5～6.5)。

1.2 试验设计

在前期试验基础上,采用裂区设计,主区为种植密度(P),分别为2 190株/hm2(P1)、2 340株/hm2(P2)、2 520株/hm2(P3)。裂区为行距设置(R),分3种模式,分别为5.10 m+1.00 m(R1)、4.80 m+1.30 m(R2)、4.50 m+1.60 m(R3),这3种模式均为适宜机械作业的栽培模式(见表1)。每个处理3个重复,每个重复30株香蕉。

表1 香蕉密度和行距配置试验处理及编号

香蕉采用组培苗(叶片数6～8叶),按照预定密度和行距定植,2022年6月定植,2023年6月收获。整个生育期每株香蕉施硝硫基复合肥783 g、硫酸钾683 g、钙镁磷肥250 g、尿素116 g、有机肥50 kg、菌肥2.5 kg,有机肥深施,挖沟施入,其余采用水肥一体化施入,病虫害及其余栽培措施均一致。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 香蕉株高及茎粗

每个小区选择具有代表性的香蕉植株6株,在收获时测定香蕉株高、茎围,统计整个生育期叶片抽生数及收获时绿叶数。

1.3.2 产量及其构成因素

在香蕉收获期调查统计各处理商品蕉实际收获产量(不包括果轴)和收获率。每个处理选择长势良好、健康、有代表性的宝岛蕉植株3株,测定其产量,取第3梳果测定果实品质及农艺性状。同一果梳2层果指的左端、右端、正中间各测1个果指,即每梳测定6个果指[16]。果指长为香蕉果指外围弧长(不包括果柄),用软尺测定;果指围为果指最粗部位的周长,用软尺测定;果指数为一串香蕉果穗的果指总数;果指质量用天平测定[17]。

1.3.3 果实品质

对采收的每株第3梳进行脱硫、催熟后,测定可溶性固形物、可滴定酸及维生素C含量。可溶性固形物含量采用数显手持折光仪测定,可滴定酸采用中和滴定法测定,维生素C含量采用2,6-二氯靛酚滴定法测定[18]。

1.4 数据计算和处理

采用Excel 2007和SPSS 13.0 软件进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 种植密度和行距对农艺性状的影响

种植密度和行距对香蕉农艺性状的影响如表2所示。种植密度、种植密度和行距的交互作用均对香蕉株高、茎围影响不显著,行距能显著影响香蕉株高和茎围。行距R3的株高分别比行距R1、R2显著增加7.90%、5.52%;行距R3的茎围显著增加,分别比行距R1、R2增加6.81%、8.83%。另外,种植密度、行距、种植密度和行距的交互作用均对香蕉抽生叶片数、绿叶数无显著影响。就处理而言,与P1R1处理相比,P1R3、P2R3处理的株高均显著增加;与P3R1处理相比,P1R3、P2R3处理的株高、茎围均显著增加。以上结果说明,在香蕉种植密度为2 190株/hm2、2 340株/hm2、2 520株/hm2时,宽行4.50 m、窄行1.60 m能显著促进香蕉株高和茎围,从而促进香蕉生长,以种植密度为2 340株/hm2、2 520株/hm2时表现最好。

表2 种植密度和行距对香蕉农艺性状的影响

2.2 种植密度和行距对产量的影响

种植密度和行距对香蕉产量的影响如表3所示。种植密度和行距对香蕉单产均有显著影响,种植密度和行距交互作用对香蕉单产无显著影响。种植密度P1、P2间的香蕉单产无显著差异,较种植密度P3分别显著提高10.29%、10.88%。本试验设置的3个行距间的香蕉单产存在着显著差异。行距R3的单产最高,较行距R1、R2分别显著提高19.53%、9.03%;行距R2单产较行距R1显著提高9.63%,行距R1单产最低。进行处理间比较可知,P1R3、P2R3处理间的香蕉单产无显著差异,均显著高于其余处理,分别较其余7个处理平均提高16.10%、19.72%;P3R1处理香蕉单产最低,均显著低于其余处理。与香蕉单产相比,种植密度和行距对香蕉总产量也均有显著影响,但是影响程度略有差异;种植密度和行距交互作用对香蕉总产量无显著影响。与种植密度P1相比,种植密度P2的香蕉总产量显著提高,提高幅度为6.62%;种植密度P3与P1、P2间的香蕉总产量均无显著差异。3个行距间的香蕉总产量存在着显著差异。行距R3的总产量最高,较行距R1、R2分别显著提高26.24%、10.31%;行距R2的总产量显著高于行距R1,显著提高14.44%,行距R1总产量最低。进行处理间比较可知,P2R3处理的香蕉总产量最高,较其余处理平均显著提高22.05%;P1R1、P2R1处理的香蕉总产量最低,且两者间无显著差异。由此表明,在香蕉种植密度为2 190、2 340、2 520株/hm2时,宽行4.50 m、窄行1.60 m能显著提高香蕉单产和总产量,且种植密度2 340株/hm2时香蕉单产和总产量最高。

表3 种植密度和行距对香蕉产量的影响

2.3 种植密度和行距对产量构成因子的影响

由表3可知,种植密度和行距对总产量的影响比对单产的影响差异明显,各处理间的总产量差异比单产差异也更明显,这可能与香蕉商品蕉采收率有关。商品蕉采收率是指单位面积内可采收的具有商品价值的香蕉株数占定植株数的百分比。由表4可知,行距对香蕉商品蕉采收率有显著影响,种植密度、种植密度和行距交互作用对香蕉商品蕉采收率无显著影响。行距R3的商品蕉采收率较行距R1显著提高9.20%,且行距R2与R1、R3间的商品蕉采收率均无显著差异。就处理而言,P2R3处理较P1R1、P3R1显著提高了商品蕉采收率。由此可知,行距为宽行4.50 m,窄行1.60 m能提高香蕉商品蕉采收率,对香蕉产量的影响效应表现出既提高单产的“点效应”又增加总产量的“面效应”。

表4 种植密度和行距对香蕉商品蕉采收率和果实性状的影响

香蕉果指数、单果质量、果指长、果指围等果实性状是产量的构成要素,分析种植密度和行距对香蕉产量各构成要素的影响将有助于分析其对产量影响的原因。种植密度和行距对香蕉果实性状的影响如表4所示。各处理香蕉果指数为157.00～172.00,种植密度、行距、种植密度和行距交互作用对香蕉果指数均无显著影响,且各处理间果指数也无显著差异。种植密度、行距均对单果质量有显著影响,种植密度和行距交互作用对香蕉单果质量无显著影响。由表4可知,种植密度P1、P2间单果质量无显著差异,均能较种植密度P3显著提高单果质量,平均提高6.41%。随着行距的变化,香蕉果实单果质量差异明显。行距R3单果质量最高,较行距R1、R2分别显著提高21.23%、4.44%;行距R2的单果质量显著高于行距R1,提高16.08%,行距R1的单果质量最低。进一步分析果指长、果指围可知,种植密度对果实果指长有显著影响,但不影响果实果指围。种植密度P1的果指长较P3显著提高4.00%,种植密度P2的果指长与P1、P3间均无显著差异。行距对果实果指长、果指围均有显著影响。行距R2、R3间的果指长、果指围均无显著差异,均显著高于R1,分别平均提高3.53%、6.43%。就处理分析而言,P1R2、P1R3、P2R2、P2R3、P3R3处理的单果质量最高,且以上处理间的果指长、果指围均无显著差异。以上结果表明,种植密度为2 190株/hm2、2 340株/hm2时能显著提高果实果指长从而提高单果质量;行距为宽行4.50 m、窄行1.60 m和宽行4.80 m、窄行1.30 m能显著提高果实果指长、果指围,从而较宽行5.10 m、窄行1.00 m显著提高单果质量,为高产奠定基础。

2.4 种植密度和行距对品质的影响

种植密度和行距对香蕉品质的影响如表5所示。种植密度和行距对果实可溶性固形物均无显著影响,但种植密度和行距交互作用能显著影响果实可溶性固形物。种植密度、种植密度和行距的相互作用对可滴定酸含量均有显著影响,行距不影响可滴定酸含量。随着种植密度增加,香蕉果实可滴定酸含量呈增加趋势,P3的可滴定酸含量显著高于P1、P2,分别较P1、P2显著提高11.82%、8.38%。种植密度、行距对果实维生素C含量均有显著影响,种植密度和行距交互作用对维生素C含量无显著影响。随着种植密度增加,果实维生素C含量呈降低趋势,种植密度P1、P2的维生素C含量显著高于P3,分别较P3提高19.38%、15.78%。与行距R1相比,行距R3显著提高了维生素C含量8.77%,行距R2与R1无显著差异。就处理而言,P1R3、P2R1、P2R3、P3R1、P3R2处理的可溶性固形物含量高,且均显著高于P1R1、P2R2处理;P1R2、P2R1处理的可滴定酸最低,均显著低于除P1R1处理外的6个处理;P1R3、P2R3处理的维生素C含量最高,均显著高于P2R1、P3R1、P3R2、P3R3这4个处理。由此可知,种植密度为2 190株/hm2、2 340株/hm2时能显著降低果实可滴定酸含量,提高维生素C含量;行距为宽行4.50 m、窄行1.60 m也能显著提高果实维生素C含量。

表5 种植密度和行距对香蕉果实品质的影响

3 讨论与结论

合理配置种植密度和行距,是调控作物个体—群体生长的有效栽培措施,有助于构建合理群体结构,改善作物生长状况,增加作物产量[14-15,19-20]。目前关于种植密度和行距对作物农艺性状的研究主要集中在短期作物。敦磊在新疆棉花上的研究结果表明,相同密度条件下,株高随着行距的增加而增高,密度对株高的影响不显著,果枝始节高度随密度和行距增加而增加。孙祥春等研究表明,试验范围内的种植密度和行距对食用向日葵株高没有明显影响,且行距对茎粗没有显著影响[19]。本研究表明,香蕉种植密度、种植密度和行距的交互作用均对香蕉株高、茎围的影响不显著,行距能显著影响香蕉株高和茎围,以行距R3的株高、茎围最高。这与之前的研究有所不同,可能是由于本试验以生物量大的香蕉作为研究对象,种植密度分别为2 190株/hm2、2 340株/hm2、2 520株/hm2,种植密度梯度不能太大,从而造成种植密度对香蕉株高、茎围无显著影响。研究表明,种植密度和行距能显著影响谷子、马铃薯、玉米、棉花等作物的产量形成[8-9,12-13,20-23]。本研究也表明,香蕉种植密度和行距对香蕉单产、总产量均有显著影响,P1、P2的香蕉单产较P3显著提高,P2总产量较P1显著提高;R3的单产、总产量最高,R1的单产、总产量最低。分析香蕉产量构成因子可知,R3能显著提高香蕉商品蕉采收率,P1、P2的单果质量较P3显著提高,R3的单果质量较R1、R2 显著提高。P1的果指长较P3显著提高,R2、R3间的果指长、果指围显著高于R1。这与之前的研究相似,即密度和行距能显著影响作物产量构成因子从而影响产量的形成。

有关研究表明,种植密度和行距配置对作物品质的影响因作物不同而存在差异[12,19,21,24]。董伟欣等研究表明,玉米籽粒可溶性糖和淀粉含量受密度和行距影响小,中密度时粗脂肪、粗蛋白和赖氨酸含量较高[24]。胡坤等研究表明,油菜含油量随着种植密度的增加先增后减,籽粒芥酸和硫苷含量不随种植密度和行距改变发生变化[25]。王劲松等在对饲用高粱的研究表明,籽粒中淀粉和蛋白质含量随密度增加呈降低的趋势,行距对其影响较小,单宁含量随密度和行距增加而显著增加[26]。本研究表明,种植密度和行距对香蕉果实可溶性固形物均无显著影响,种植密度对可滴定酸、维生素C含量有显著影响,行距对果实维生素C含量有显著影响,但种植密度和行距交互作用能显著影响果实可溶性固形物、可滴定酸含量。这与之前的研究结果有些不同,可能是作物差异造成。综合本试验研究结果可知,香蕉种植密度为2 340株/hm2,宽行4.5 m、窄行1.6 m促进香蕉生长,提高香蕉产量和品质,是比较适合的宜机化栽培的香蕉种植密度和行距。当然,这只是初步的研究结论,关于宜机化栽培的香蕉种植密度和行距配置对香蕉光合作用、根系生长及干物质养分累积等的影响研究还需要进一步试验,从而确定更加合理的种植密度和行距。