保護地蔗田對土壤優(yōu)先流與根系生物量及產(chǎn)量品質(zhì)的影響

黃俞銘， 羅維鋼， 胡鈞銘， 韋翔華， 黃嘉琪， 陳仕林， 蒙炎成， 俞月鳳， 李婷婷， 張俊輝， 周慧蓉， 黃忠華， 韋本輝， 陳 淵

(1. 廣西大學 農(nóng)學院， 南寧 530004； 2. 廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所， 南寧 530007； 3. 南寧市灌溉試驗站， 南寧 530001； 4. 廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所， 南寧 530073 )

坡耕地是南方紅壤旱地重要耕地類型之一，土壤質(zhì)地經(jīng)長期自然演化形成酸、瘦、粘等典型特征(趙其國等，2013)。受化肥集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響，耕地板結(jié)、耕層淺薄、地力下降越發(fā)嚴重，同時受亞熱帶季節(jié)性降雨影響，造成裸露坡耕地水土流失，坡耕地土壤環(huán)境退化已影響到耕地質(zhì)量和農(nóng)作物生產(chǎn)(金慧芳等，2018)。因此，穩(wěn)定提升坡耕地土壤質(zhì)量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力具有重要意義。

土壤優(yōu)先流是土壤水和溶質(zhì)通過土壤大孔隙等向土壤深層快速運移的非均勻流動現(xiàn)象(王偉等，2010)，優(yōu)先流的發(fā)生使溶質(zhì)隨水分快速向土壤深層入滲，造成水肥流失(盛豐等，2016)，同時也是土壤侵蝕與水土流失等自然災(zāi)害的誘發(fā)因子之一(呂剛等，2018)，陳曉冰等(2019)對不同作物田間優(yōu)先流比較研究發(fā)現(xiàn)，玉米地優(yōu)先流發(fā)育程度最高。保護性耕作作為一項農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)技術(shù)，通過免少耕或地表覆蓋等措施減少土壤侵蝕，其中秸稈覆蓋是一種典型的保護性耕作生產(chǎn)措施，已在水稻、小麥、大豆、烤煙等不同作物生產(chǎn)上得到應(yīng)用(Liu et al.，2012；董云云等，2020；呂凱和吳伯志，2020)，可以增加地表糙度，減少地面徑流形成，降低雨水對表層土壤的沖刷和侵蝕(Jordán et al.，2010；郭強等，2019)。

耕地保護是實現(xiàn)我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的一項基本國策，高質(zhì)量的耕地對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)極為重要，土壤利用必須堅持與土壤保護同步(趙其國等，2006)。隨著城市化進程的加快，人們對耕地土壤的侵占以及對糖品質(zhì)需求的不斷提升，保護并提升坡耕地土壤質(zhì)量，對穩(wěn)定甘蔗生產(chǎn)具有重要的經(jīng)濟價值和生態(tài)價值。近年來，粉壟耕作被廣泛用于甘蔗生產(chǎn)，粉壟耕作將土壤垂直旋磨粉碎，打破土壤犁底層，實現(xiàn)土壤定向擾動，改變土壤結(jié)構(gòu)、水分分布，進而影響土壤肥力和甘蔗生長。有關(guān)粉壟耕作后茬免耕保護地蔗田土壤結(jié)構(gòu)及土壤侵蝕的影響有待深入研究。

甘蔗是我國南方紅壤旱地與坡耕地的重要糖料經(jīng)濟作物(Jonathan et al.，2005)。蔗葉還田有利于保持土壤水分和溫度，促進甘蔗萌芽、分蘗及發(fā)株，增強甘蔗抗倒伏能力(周林等，2004)，但受蔗葉表面蠟質(zhì)保護層影響，土壤自然腐解困難，影響耕作生產(chǎn)。豆科綠肥和豆科作物秸稈易于腐解，便于直接覆蓋還田，是一種較為理想覆蓋型保護耕作生產(chǎn)方式(胡鈞銘等，2018)。本研究通過保護并優(yōu)化坡耕地土壤結(jié)構(gòu)，在粉壟發(fā)源地南寧，試驗地為典型坡耕地，依靠自然降雨作為灌溉條件，以連續(xù)秸稈覆蓋第2年免耕宿耕蔗田及甘蔗為對象，開展秸稈覆蓋對粉壟免耕宿耕蔗田土壤優(yōu)先流影響特征的研究，探明秸稈覆蓋對粉壟雨養(yǎng)甘蔗株高、莖圍、生物量及糖品質(zhì)的影響，以期為高產(chǎn)高糖雙高甘蔗以及保護地蔗田土壤結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2018—2019年在南寧市隆安縣那桐鎮(zhèn)(107°21′ — 108°6′ E， 22°51′ —23°21′ N)進行，試驗地為典型坡耕地(坡度8°～ 10°)雨養(yǎng)甘蔗區(qū)，土壤質(zhì)地為紅壤黏粒土壤，土壤pH 4.2，年均降雨量為1 400 mm，有機質(zhì)為19.9 g·kg-1，全氮為1.33 g·kg-1，全磷為0.555 g·kg-1，全鉀為9.98 g·kg-1，速效鉀為77.7 mg·kg-1。田間數(shù)據(jù)為第2年宿根保護地蔗田，采集時間為2019年3月25日(苗期)、5月15日(分蘗期)、8月20日(伸長期)和12月5日(成熟期)。

1.2 試驗設(shè)計和田間管理

采用隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)粉壟耕作(SR)與常規(guī)耕作(CT)2種耕作模式，粉壟耕作利用螺旋型垂直鉆頭橫向切割土壤，打破土壤犁底層，耕作深度為40～50 cm，一次性完成自然懸浮成壟。常規(guī)耕作采用常規(guī)耕作措施，耕作深度為15～20 cm。2種耕作方式中，同時設(shè)置常規(guī)施肥和減量20% 2種施肥方式。常規(guī)施肥，即采用三元復合肥(氮∶磷∶鉀為16∶16∶16)2 250 kg·hm-2，分2次施用，其中前期底肥占70%，后期大培土追施占30%。減量20%施肥，即采用三元復合肥(氮∶磷∶鉀為16∶16∶16)1 800 kg·hm-2，分2次施用，其中前期底肥占70%，后期大培土追施占30%。2種施肥方式中，設(shè)置秸稈覆蓋和無秸稈覆蓋處理，宿根蔗苗期將大豆秸稈按2 252 kg·hm-2覆蓋在甘蔗行間近根部30 cm，大豆秸稈干基含N 1.630%、P 0.170%、K 1.857%。試驗共設(shè)8個處理，3次重復，每小區(qū)面積87.75 m2。大豆秸稈田間腐解特性以及2018—2019年降雨量如圖1所示，各處理具體設(shè)置見表1。試驗供試甘蔗品種為桂糖42號，采用雙芽蔗種，沿種植方向按“品”字型擺種，每公頃下種量為6萬個雙芽苗。田間管理按廣西雙高甘蔗生產(chǎn)進行。

表 1 試驗處理設(shè)置Table 1 Description of different treatments

圖 1 大豆秸稈干物質(zhì)腐解特征以及2018—2019年降雨量Fig. 1 Decomposition characteristics of soybean straw dry matter and rainfall in 2018—2019

1.3 測定項目和方法

1.3.1 土壤優(yōu)先流測定 在每個處理小區(qū)內(nèi)選取一處土壤優(yōu)先流觀測點，將土壤表面枯枝落葉層緩慢清除，并垂直砸入長、寬均為50 cm，高40 cm的金屬框，砸入深度為20 cm。選擇前5 d內(nèi)無降雨發(fā)生的樣地，避免土壤含水量差異影響優(yōu)先流的觀測。樣地預(yù)處理后，配置濃度為5 g·L-1的亞甲基藍溶液10 L，以200 mL·min-1的速度將溶液均勻噴灑于樣方內(nèi)，為防止降雨影響，溶液噴灑結(jié)束后將一層薄膜覆于金屬樣方，24 h后將薄膜掀開，對染色區(qū)域進行挖掘，垂直于種植方向每10 cm縱向垂直挖掘4個40 cm × 50 cm的土壤剖面，剖面修整完畢后用數(shù)碼相機進行拍攝。拍攝圖像使用Photoshop CS6軟件處理，將染色區(qū)域變?yōu)楹谏?，未染色區(qū)域變?yōu)榘咨?。將處理后的黑白圖像導入Image Pro Plus 6.0軟件中進行圖像分析計數(shù)，將圖像轉(zhuǎn)換為0(黑色像素)和255(白色像素)組成的二值數(shù)據(jù)矩陣，并將其導入Excel中，計算同一行中黑色像素個數(shù)占總數(shù)的百分比，即為土壤剖面染色面積比。

1.3.2 甘蔗農(nóng)藝性狀及糖品質(zhì)測定 在試驗第2年保護地甘蔗各個生長發(fā)育期(苗期、分蘗期、伸長期、成熟期)測定甘蔗株高、莖圍，2019年9月15日和12月1日取樣測量各處理甘蔗的地上生物量、地下生物量，2019年12月6日砍收甘蔗，測產(chǎn)量、甘蔗蔗糖分、甘蔗纖維分、蔗汁錘度、蔗汁視純度。

1.4 數(shù)據(jù)分析和處理

應(yīng)用IBM SPSS Statistics 19.0軟件分析，用LSD法進行多重比較，差異顯著性水平為P<0.05，采用Microsoft Excel 2007制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈覆蓋對粉壟保護地蔗田土壤優(yōu)先流的影響

由于每個處理均有4個土壤染色剖面，總計32個土壤染色剖面，因此選擇各個處理中1個比較具有代表性的剖面進行展示。由圖2可知，常規(guī)耕作蔗田土壤染色主要集中在表層0～20 cm深度范圍內(nèi)，粉壟耕作蔗田土壤垂直剖面染色深度均大于20 cm，說明粉壟耕作提高了深層土壤的水分入滲能力。常規(guī)耕作下，垂直剖面染色區(qū)域連片橫向分布，染色面積達80%以上，說明常規(guī)耕作蔗田土壤水分入滲形式主要以基質(zhì)流為主。粉壟耕作下20～50 cm土層范圍內(nèi)的剖面染色呈零星分布，染色部分呈樹枝分布形態(tài)，說明粉壟耕作蔗田土壤基質(zhì)流和優(yōu)先流伴隨發(fā)生。

圖 2 不同處理土壤優(yōu)先流垂直分布圖像Fig. 2 Vertical distribution images of soil preferential flow under different treatments

由圖2可知，減量施肥處理中，常規(guī)耕作下秸稈覆蓋蔗田土壤染色面積大于無秸稈覆蓋，說明常規(guī)耕作下減量施肥處理后添加秸稈覆蓋能提高土壤水分入滲能力。粉壟耕作下秸稈覆蓋蔗田土壤染色深度小于無秸稈覆蓋，并且秸稈覆蓋后蔗田土壤染色區(qū)域以大面積塊狀為主，染色區(qū)域比較集中，說明粉壟耕作下減量施肥處理后添加秸稈覆蓋在一定程度上限制了土壤優(yōu)先流的發(fā)生，使蔗田土壤水分集中在10～20 cm土層范圍進行橫向運移。

由圖2可知，常規(guī)施肥處理中，常規(guī)耕作下秸稈覆蓋蔗田土壤染色面積小于無秸稈覆蓋，并且染色區(qū)域集中于一側(cè)，而無秸稈覆蓋蔗田土壤0～ 10 cm土層范圍染色區(qū)域分布較均勻，連通性較好，說明常規(guī)施肥處理中，秸稈覆蓋后會在一定程度上堵塞蔗田土壤表層孔隙，影響水分下滲。粉壟耕作下秸稈覆蓋蔗田土壤染色面積大于無秸稈覆蓋，并且10～25 cm土層范圍內(nèi)出現(xiàn)大面積均勻染色，呈現(xiàn)左右連通性較高的入滲通道，水分先橫向運移再以優(yōu)先流形式向下入滲，說明常規(guī)施肥處理中，秸稈覆蓋后增加了蔗田耕層土壤的孔隙度，有利于水分向下運移，增強土壤的儲水能力。

分析并對比各處理土壤剖面染色面積(圖3)，粉壟耕作方式下，無秸稈覆蓋處理土壤染色面積比隨土壤深度的增加而減少，其中減量施肥處理和常規(guī)施肥處理土壤深度大于7 cm后染色面積比降低至40%及以下，并且10 cm土層以下減量施肥處理土壤染色面積比大于常規(guī)施肥處理。粉壟耕作下添加秸稈覆蓋后土壤剖面染色面積比隨土層深度的增加，總體呈現(xiàn)先減少后增加再減少的趨勢，其中10～20 cm土層染色面積比增加，并且減量施肥處理中添加秸稈覆蓋后土壤剖面染色深度減少。常規(guī)耕作方式下，無秸稈覆蓋處理0～8 cm土層范圍內(nèi)，土壤染色面積比隨土層深度的增加呈增減反復趨勢，總體面積比在80%以上，說明土壤0～8 cm范圍內(nèi)的土壤水分以基質(zhì)流的形式發(fā)生入滲，在10 cm土層深度染色面積比迅速減少，并且在16～20 cm土層范圍內(nèi)土壤染色停止。常規(guī)耕作下添加秸稈覆蓋后土壤基質(zhì)流深度雖降低，但隨著土層深度增加，土壤剖面染色面積比減少趨勢較為緩慢，對比同一處理中無秸稈覆蓋，同一土層深度中秸稈覆蓋后土壤染色面積比大于無秸稈覆蓋，間接反映了水分在土壤中橫向運移活動得到增強。

圖 3 不同處理土壤剖面染色面積比Fig. 3 Dyeing area ratio of different treatment soil profiles

基質(zhì)流深度間接反映了土壤優(yōu)先流的發(fā)生速度。由圖3可知，與常規(guī)耕作相比，粉壟耕作下土壤基質(zhì)流深度減少，土壤優(yōu)先流發(fā)生較快，并且土壤剖面染色深度較深，說明粉壟耕作提高了土壤滲透率，水分向深層土壤運移。在粉壟耕作下，對比無秸稈覆蓋，添加秸稈覆蓋后土壤剖面染色面積比減少趨勢較平緩，同一土層染色面積比較大，結(jié)合上文對土壤優(yōu)先流垂直分布圖像的分析，說明秸稈覆蓋提高了土壤水分橫向運移能力。

2.2 秸稈覆蓋對粉壟保護地甘蔗地下根系生物量的影響

由表2可知，粉壟耕作下，同一處理中，秸稈覆蓋甘蔗伸長期與成熟期地上生物量與無秸稈覆蓋無明顯差異。粉壟耕作下甘蔗伸長期、成熟期地上生物量均大于同一處理常規(guī)耕作，分別提高了4.22%～41.55%、0.66%～37.55%。常規(guī)耕作下，各處理甘蔗伸長期地上生物量由高到低依次為CT1-2(2.086 kg)、CT2-2(1.872 kg)、CT1-1(1.838 kg)、CT2-1(1.656 kg)，秸稈覆蓋較無秸稈覆蓋，地上生物量增加了13.04%～13.49%；各處理甘蔗成熟期地上生物量由高到低依次為CT1-2(2.591 kg)、CT2-2(2.304 kg)、CT2-1(2.034 kg)、CT1-1(1.835 kg)，秸稈覆蓋較無秸稈覆蓋，地上生物量增加了13.27%～41.20%，說明常規(guī)耕作下秸稈覆蓋有利于促進甘蔗地上生物量增加。

表 2 甘蔗伸長期、成熟期地下和地上生物量Table 2 Underground and aboveground biomasses of sugarcane during elongation and mature stages

由表2可知，同一處理中，粉壟耕作下甘蔗伸長期的地下根系生物量均高于常規(guī)耕作，并且秸稈覆蓋甘蔗伸長期地下根系生物量均高于同一處理中無秸稈覆蓋，常規(guī)耕作下秸稈覆蓋較無秸稈覆蓋甘蔗伸長期地下根系生物量增加了2.17%～18.18%，粉壟耕作下秸稈覆蓋較無秸稈覆蓋甘蔗伸長期地下根系生物量增加了2.07%～25.54%，其中減量施肥處理添加秸稈覆蓋顯著提高了甘蔗伸長期地下根系生物量，說明秸稈覆蓋有利于促進甘蔗伸長期根系生長。甘蔗成熟期時，粉壟耕作下甘蔗地下根系生物量高于常規(guī)耕作且差異顯著，其中常規(guī)施肥處理中，粉壟耕作下添加秸稈覆蓋甘蔗地下根系生物量顯著高于常規(guī)耕作。同一處理中，秸稈覆蓋伸長期至成熟期甘蔗根系占比分別增加了-5.29%、45.90%、-0.83%、17.17%，無秸稈覆蓋伸長期至成熟期甘蔗根系占比分別增加了31.07%、35.39%、28.44%、17.97%。綜上可知，甘蔗根系的生長受土壤溫度和土壤濕度的影響較大，秸稈覆蓋為甘蔗根部提供了濕潤的微環(huán)境，在一定程度上使甘蔗提前進入成熟期，根系吸收的養(yǎng)分主要供給甘蔗地上部。

2.3 秸稈覆蓋對粉壟保護地甘蔗主要農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

由圖4可知，同一處理中，甘蔗苗期和分蘗期的株高基本一致，且秸稈覆蓋后的甘蔗株高與無秸稈覆蓋的甘蔗株高無顯著差異。同一處理中，粉壟耕作下甘蔗伸長期株高均高于常規(guī)耕作，粉壟耕作下甘蔗伸長期株高由高到低依次為SR2-1(231.4 cm)、SR2-2(228.0 cm)、SR1-1(219.8 cm)、SR1-2(217.0 cm)，對比同一處理中常規(guī)耕作增加12.7%～34.7%。常規(guī)耕作下，甘蔗伸長期株高由高到低依次為CT1-2(192.6 cm)、CT1-1(187.6 cm)、CT2-2(178.2 cm)、CT2-1(171.8 cm)，秸稈覆蓋甘蔗伸長期株高比無秸稈覆蓋增加了2.7%～3.7%。同一處理中，除常規(guī)耕作下常規(guī)施肥處理(CT2)外，各處理中秸稈覆蓋甘蔗成熟期株高均高于無秸稈覆蓋，株高增加了4.2%～13.1%， 其中常規(guī)耕作下減量施肥處理秸稈覆蓋(CT1-2)比無秸稈覆蓋(CT1-1)增加了13.1%，達到顯著性差異水平(P<0.05)，說明秸稈覆蓋有利于甘蔗株高的增長。

不同小寫字母表示不同處理間差異顯著 (P<0.05)。下同。Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments( P<0.05). The same below.圖 4 不同處理宿根蔗株高Fig. 4 Plant height of stubble cane under different treatments

由圖5可知，各處理甘蔗苗期莖圍基本一致。同一處理中，粉壟耕作下甘蔗分蘗期莖圍均明顯高于常規(guī)耕作，并且秸稈覆蓋后的甘蔗莖圍與無秸稈覆蓋的甘蔗莖圍無顯著差異。甘蔗伸長期和成熟期中，各處理間甘蔗莖圍無顯著差異，說明秸稈覆蓋對甘蔗莖圍增粗無影響。

圖 5 不同處理宿根蔗莖圍Fig. 5 Stem circumference of stubble cane under different treatments

甘蔗單莖重是甘蔗產(chǎn)量的重要指標之一。由表3可知，同一處理中， 粉壟耕作較常規(guī)耕作，甘蔗單莖重提高了1.79%～50.33%，其中常規(guī)施肥處理中，粉壟耕作下甘蔗單莖重顯著大于常規(guī)耕作，有效莖數(shù)增加了2.44%～20.51%， 甘蔗產(chǎn)量增加了6.83%～55.13%。粉壟耕作下甘蔗每公頃實際產(chǎn)量由高到低依次為SR1-2(115.05 t)、SR2-1(108.59 t)、SR2-2(106.99 t)、SR1-1(98.95 t)，減量施肥處理中，秸稈覆蓋較無秸稈覆蓋，甘蔗產(chǎn)量提高了16.27%。粉壟耕作下，減量施肥處理較常規(guī)施肥處理，甘蔗產(chǎn)量降低了9.74%且達到顯著差異水平。而減量施肥處理中添加秸稈覆蓋較常規(guī)施肥中無秸稈覆蓋，產(chǎn)量提高了5.95%。常規(guī)耕作下，減量施肥處理中，秸稈覆蓋較無秸稈覆蓋，甘蔗產(chǎn)量提高了46.19%，說明減量施肥處理下添加秸稈覆蓋能夠達到增產(chǎn)的效果。

表 3 不同處理下甘蔗產(chǎn)量Table 3 Sugarcane yield under different treatments

2.4 秸稈覆蓋對粉壟保護地甘蔗品質(zhì)的影響

甘蔗的糖品質(zhì)主要從蔗汁視純度、纖維分、蔗汁錘度和商業(yè)糖分(commercial cane sugar，CCS)等方面體現(xiàn)。由表4可知，各個處理的甘蔗視純度在84.12%～88.55%之間，與常規(guī)耕作相比，粉壟耕作下甘蔗蔗汁視純度提高了0.1%～3.7%，其中減量施肥處理和常規(guī)施肥處理中添加秸稈覆蓋后，粉壟耕作下蔗汁視純度顯著高于常規(guī)耕作，并且同一處理中秸稈覆蓋較無秸稈覆蓋蔗汁視純度提高了0.7%～4.3%。甘蔗纖維分在14.11%～14.99%之間，與常規(guī)耕作相比，粉壟耕作下甘蔗纖維分提高了0.8%～5.0%，并且同一處理中秸稈覆蓋較無秸稈覆蓋甘蔗纖維分提高了1.1%～3.3%。蔗汁錘度在22.27%～23.87%之間，與常規(guī)耕作相比，粉壟耕作下蔗汁錘度提高了3.6%～6.1%，并且同一處理中秸稈覆蓋較無秸稈覆蓋蔗汁錘度提高了0.4%～3.3%，各處理間蔗汁錘度差異不顯著。轉(zhuǎn)光度在20.02%～21.41%之間，同一處理中秸稈覆蓋較無秸稈覆蓋轉(zhuǎn)光度提高了0.8%～2.7%，蔗汁蔗糖分在20.77%～22.62%之間，同一處理中秸稈覆蓋較無秸稈覆蓋轉(zhuǎn)光度提高了3.0%～6.5%。說明粉壟耕作和秸稈覆蓋均對提高甘蔗糖品質(zhì)有促進作用。

表 4 不同處理下甘蔗成熟期糖的品質(zhì)Table 4 Sugar quality of sugarcane at mature stage under different treatments

3 討論與結(jié)論

3.1 保護地蔗田對土壤優(yōu)先流的影響

土壤染色示蹤法反映了不同處理田間土壤水分的入滲形式，通過對染色形態(tài)圖像進行分析，揭示不同耕作下秸稈覆蓋后坡耕地土壤優(yōu)先流分布特征(van Schaik，2009)。陳曉冰等(2019)利用染色示蹤法發(fā)現(xiàn)，蔗田土壤優(yōu)先流程度與土壤垂直聯(lián)通孔隙數(shù)量有關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)，粉壟耕作下土壤優(yōu)先流程度大于常規(guī)耕作，可能是因為粉壟耕作深度大于常規(guī)耕作，螺旋型垂直鉆頭將0～50 cm土壤旋磨細碎，有效降低了土壤容重，增加了總孔隙度，從而提高了土壤水分入滲能力，這與李軼冰等(2013)研究結(jié)果一致。白永會等(2017)研究發(fā)現(xiàn)，秸稈覆蓋在增加土壤入滲速率的同時，減少了降雨對表土沖擊造成的侵蝕和結(jié)皮率。而本研究發(fā)現(xiàn)，常規(guī)耕作方式下添加秸稈覆蓋影響了土壤基質(zhì)流深度，土壤優(yōu)先流發(fā)生較快，在一定程度上提高了土壤水分入滲能力。本研究還發(fā)現(xiàn)，粉壟耕作下，減量施肥處理中添加秸稈覆蓋后土壤垂直剖面染色深度減少，10～20 cm土層范圍染色面積增大，限制深層土壤優(yōu)先流發(fā)生的同時，增加土壤水分橫向運移能力，提高了土壤保水、保肥能力，而常規(guī)施肥處理中添加秸稈覆蓋后深層土壤優(yōu)先流發(fā)生程度和分化程度較高，存在水肥流失風險，可能是因為不同的施肥方式下土壤孔隙發(fā)育程度不同，秸稈腐解后在一定程度上影響了土壤大孔隙，從而削弱土壤優(yōu)先流程度，這與汪金舫等(2009)、王珍和馮浩(2009)研究結(jié)果一致。

3.2 保護地蔗田對甘蔗根系生物量及產(chǎn)量的影響

秸稈覆蓋粉壟免耕保護地耕作促進了甘蔗根系生長，增加了地下和地上的生物量。甘蔗株高和莖圍是決定甘蔗產(chǎn)量的主要構(gòu)成因素 (劉魯峰等，2020)，汪金舫等(2009)研究表明秸稈還田能改善土壤物理性狀，降低土壤容重，增加總孔隙度和毛管孔隙度，改善土壤肥力。本研究結(jié)果表明，粉壟耕作較常規(guī)耕作，甘蔗株高增加了12.67%～34.69%，甘蔗產(chǎn)量增加了6.83%～55.13%，其中減量施肥處理中，粉壟耕作添加秸稈覆蓋甘蔗產(chǎn)量提高了16.27%，且添加秸稈覆蓋較常規(guī)施肥中無秸稈覆蓋，產(chǎn)量提高了5.95%，常規(guī)耕作添加秸稈覆蓋甘蔗產(chǎn)量提高了46.19%。本研究還發(fā)現(xiàn)，粉壟耕作下秸稈覆蓋較無秸稈覆蓋甘蔗伸長期地下根系生物量增加了8.97%～25.54%。這可能因為添加秸稈覆蓋后避免降雨對土壤表層的直接沖刷而造成土壤結(jié)構(gòu)被破壞，減少了水土流失(劉紅梅等，2020；張統(tǒng)帥等，2020)，同時秸稈腐解提高了土壤有機質(zhì)含量，為甘蔗根系發(fā)育提供了良好的土壤微環(huán)境(李卓等，2009)，甘蔗根系發(fā)達有利于提高了水肥利用率，從而促進甘蔗生長提高產(chǎn)量。本研究中，秸稈覆蓋成熟期甘蔗根系占比增加最高達37.24%，無秸稈覆蓋成熟期甘蔗根系占比增加最高達 35.39%，可能是因為秸稈覆蓋改善了甘蔗根際土壤水、肥、氣、熱狀況，提高根系活性，促進伸長期根系生長，并在甘蔗成熟期根系吸收的水分和養(yǎng)分主要供給地上部生長發(fā)育。而無秸稈覆蓋，土壤表層水分自然蒸發(fā)較多，在一定程度上造成干旱，由于根系的向地性和向水性(李鴻博等，2019)，因此根系向深層土壤生長以吸收土壤深層的水分(趙麗萍等，2019)。

3.3 保護地蔗田對甘蔗糖品質(zhì)的影響

影響甘蔗糖分及品質(zhì)形成因素有多種，其中自然降雨對甘蔗糖分的影響較大(陳迪文等，2020)。甘蔗糖品質(zhì)主要從蔗汁視純度、纖維分、蔗汁錘度和商業(yè)糖分等方面體現(xiàn)(陳月桂等，2007)。本研究中，粉壟耕作和秸稈覆蓋均能有效提高甘蔗品質(zhì)，其中同一耕作方式下，秸稈覆蓋較無秸稈覆蓋，甘蔗纖維分提高了1.1%～3.3%，蔗汁錘度提高了0.4%～3.3%，轉(zhuǎn)光度提高了0.8% ～ 2.7%，蔗汁蔗糖分提高了3.0%～6.5%，說明粉壟耕作下宿根蔗在秸稈覆蓋有利于糖分積累，提高甘蔗糖品質(zhì)，這可能因為免耕宿根蔗在秸稈覆蓋條件下利于蓄水保墑，根系快發(fā)優(yōu)勢明顯利于甘蔗生長和糖分累積(姚全等，2007)，同時秸稈覆蓋不僅保持了地表土壤濕度，而且對降雨形成的地表徑流有攔截作用，延長水分下滲時間，有利于自然降水資源利用，提高了甘蔗蔗糖累積效率。

粉壟耕作方式下秸稈覆蓋降低深層土壤優(yōu)先流發(fā)生，提高深層土壤水分橫向運移能力，利于10～25 cm土層蓄水，促進甘蔗根系生長，提高甘蔗根系對水肥的利用率，從而增加甘蔗產(chǎn)量和提高糖品質(zhì)。免耕秸稈覆蓋可作為粉壟紅壤坡耕地蔗田一種重要的保護性生產(chǎn)調(diào)控方式。