河北低平原區早熟玉米－谷子種植模式的耗水量與產量研究

李愛國，李和平，宋聰敏，李積銘，張玉蘭，宋慶榮 (河北省農林科學院旱作農業研究所，河北衡水 053000)

糧食是人類賴以生存的物質之一，糧食生產對國計民生至關重要。河北省低平原區農業生產以糧食作物為主，糧食作物以一年兩熟制［1］的冬小麥—玉米為主。冬小麥為高耗水作物，澆灌水源主要依賴對地下水的開采［2］，其生產用水占河北省農業用水的70%，占河北省總用水量的50%左右［3］。河北省低平原區屬半干旱地區，地下水連年嚴重超采，已經形成了多個較大的地下漏斗區［4］，生態環境受到嚴重影響。地下水超采綜合治理已經納入國家戰略。2014年，河北省出臺了相關文件，以調減依靠深層地下水灌溉的小麥種植面積為重點，在衡水、滄州、邢臺、邯鄲等地的34個縣(市、區)，減少灌溉小麥種植面積5．07萬 hm2，減少用水2 700 m3/hm2，實現地下水壓采 1．37 億 m3［5］。在一年兩熟制不變的情況下，調整糧食作物輪作種植方式，選擇生育期短的早熟玉米進行春播地膜覆蓋，減少土壤水分蒸發量，玉米在7月1～5日前成熟，可實現與下茬作物谷子進行輪作，達到節水高效［6］目標。筆者研究2種糧食作物玉米－谷子種植模式，通過調整播期對其生育期進行掌控，并對試驗數據進行匯總，與傳統模式的耗水量、產量、經濟效益進行對比分析，為節水高效栽培提供依據。該試驗地點設在河北省農林科學院旱作農業研究所試驗站內，氣候條件、土壤條件與河北省中南部低平原區相同或相近，具有代表性。

1 材料與方法

1．1 供試材料 玉米品種為德美亞2號［7］。德美亞2號是由德國KWS公司選育的早熟、高產、抗逆性強玉米雜交種，河北省低平原區夏播90 d左右。在河北省低平原區3月中旬地膜覆蓋播種，可在7月上旬成熟，早春播全生育期115 d左右，幼苗拱土能力強，發苗快，耐低溫。幼苗期第一葉鞘紫色，第一葉尖端圓匙型、葉片綠色，莖紫色;株高260 cm、穗位高88 cm，果穗圓錐型，穗軸紅色，成株葉片數13片，穗長18 cm、穗粗4．5 cm，穗行數14～16行，在適宜種植區出苗至成熟生育日數為108 d左右，需≥10℃活動積溫2 000℃左右［8］。子粒偏硬粒型、黃色。品質分析結果:百粒重30．83 g，容重 780 g/L，含粗蛋白 12．48%，粗脂肪 4．6%，粗淀粉70．79%，賴氨酸 0．137%［9］。接種鑒定結果:大斑病 3 ～4級，絲黑穗病發病率15．6% ～19．1%。

谷子品種為張雜谷8號［10］。張雜谷8號是由張家口市農業科學院選育的抗除草劑谷子品種，在河北省低平原區7月10日種植，10月1～10日可成熟，生育期113～116 d，綠苗黃鞘，分蘗0～2個，株高140 cm左右，穗長24 cm。棍棒穗型，穗碼松緊適中。千粒重3 g，抗病抗倒抗旱，白谷黃米適口性好，全生育期需有效積溫2 400℃。

對照種植模式為冬小麥—夏玉米模式。冬小麥品種為良星99［11］。對照冬小麥品種良星99，由山東良星種業有限公司選育，屬半冬性中熟品種，生育期253 d左右。幼苗半直立，抗旱性較強，株高76 cm，株型較緊湊，分蘗力強，成穗率高［12］。葉色濃綠，穗長方形，長芒，白殼，白粒，角質，千粒重44～47 g，平均穗粒數 35．7個，子粒較飽滿。穗數 534萬/hm2，容重793．2 g/L?？沟剐詮姟Ｗ恿４值鞍?干基)14．42%，濕面筋 31．8%，沉降值 29．8 ml，吸水率 63．3%，形成時間 2．8 min，穩定時間 3．2 min［13］。

對照夏播玉米鄭單958［14］是由河南省農業科學院糧食作物研究所以鄭58為母本、昌7－2為父本［15］雜交育成的中早熟玉米單交種，植株清秀、株型緊湊，葉片較窄而上沖;株高235 cm，穗粒高98 cm。穗筒型，長17．9 cm，穗粗 5．1 cm，穗行數14～16行，行粒數40;白軸，子粒黃色，粒深，結實性好，出子率88% ～90%，千粒重300～330 g，單穗重一般180 g左右［16］?？沟箍共?根系發達，抗倒性強、耐旱、耐高溫、活稈成熟。高抗矮花葉病毒、黑粉病，抗大、小斑病，同時對粗縮病、莖腐病和玉米螟及食葉蟲等病蟲害也有很好的抗性。

1．2 試驗方法

1．2．1 試驗目標設定。根據河北省中南部低平原區生產情況及試驗小區情況，設定具有代表性的目標產量及水肥管理。通過對3月中下旬平均氣溫變化掌控播期，使地面覆蓋早春播玉米在7月上旬成熟。在正常年份4～6月降雨量達到25～40 mm的情況下，澆灌水控制在1 500 m3/hm2，玉米產量實現7 500 kg/hm2左右目標;下茬作物谷子在7月上旬播種，10月上旬成熟。在正常年份，谷子生育期內降雨量達到60～150 mm的情況下，將谷子澆灌水控制在750 m3/hm2，實現谷子產量約4 500 kg/hm2的目標。

冬小麥播期為10月中旬，次年的6月上旬成熟。通過對土壤墑情的監測，進行造墑、冬灌、返青拔節水、灌漿水統籌，在正常年份4～6月降雨量達到15～30 mm的情況下，用水量控制在2 250 m3/hm2以內，實現產量6 750 kg/hm2的目標。夏播玉米在收獲小麥后貼茬播種，種植密度63 000株/hm2，在正常年份，夏播玉米生育期內降雨量達到150～300 mm的情況下，澆灌水控制在750 m3/hm2，玉米產量實現9 000 kg/hm2以上目標。

1．2．2 試驗田間管理。覆膜玉米播種時間在3月中下旬，平均氣溫穩定在10～12℃，地膜覆蓋土壤平均溫度在15～18℃，即可地膜覆蓋播種玉米。底肥采用復合肥，追肥用尿素。播種前4～5 d根據土壤墑情進行定額灌溉造墑，灌溉設備采用多功能水肥一體定額灌溉機［17］，通過控制系統調節灌溉水量，達到以墑定水量，且水量均勻一致，墑情均勻適宜。

谷子在玉米成熟后進行精量播種，播種期不晚于7月10日，試驗材料張雜谷8號為抗除草劑品種，噴灑專用除草劑，可有效防治雜草。播種期如遇伏旱，可結合前茬玉米灌漿水實現一水兩用。因谷子為低稈作物，澆灌水可使用多功能水肥一體定額灌溉機，節水省工省時。底肥采用復合肥，追肥用尿素。灌漿后期，應注意防止鳥食。

對照種植模式冬小麥底肥采用復合肥，追肥用尿素。因小麥為矮稈作物，便于機械操作，造墑、越冬水、返青水、灌漿水均采用多功能水肥一體定額灌溉機，以墑定水量，墑情均勻適宜。其他管理條件與生產相同或相似。夏播玉米播種、施底肥同時進行，底肥用復合肥，播種后澆灌“蒙頭水”，出苗前噴灑除草劑。根據降雨量、土壤墑情、生長時期澆灌。試驗管理接近當地生產條件。

1．2．3 試驗數據采集與計量。試驗設3個重復，每個重復面積為667 m2。播種量與施肥量均按照設計實施(表1)，定額灌溉機安裝計量表，計量單位精確到0．1 m3，試驗計算水量時，每公頃精確至1 m3。種植行向為南北走向，收獲時將左右兩邊行舍去，不計入試驗產量，試驗種植面積按收獲面積進行折算。產量數據采集時玉米含水量達到儲藏標準為12%，谷子達到儲藏標準12%，小麥達到儲藏標準12%，數據結果折算為每公頃的產量，計量單位精確至1 kg/hm2。

表1 水肥管理與產量結果

2 結果與分析

2．1 成本計算 由于農資價格的不穩定性，在進行核算時，參考當年價格與前3年的平均價格進行核算成本投入。需成本核算的農資價格(P)，當年的價格(P1)，3年的平均價格(P2)，計算公式為:P=P1×60%+P2×40%，成本投入見表2。

表2 成本投入 元/hm2

2．2 產出對比 由表3可知，通過對比，覆膜玉米－谷子模式的產值高于冬小麥－玉米模式。計算收入時，玉米單價按2．2元/kg，小麥按2．3 元/kg，谷子按5．4 元/kg計。

表3 產量、產值對比

2．3 經濟效益 采用1 m3水產出的經濟效益和每公頃的經濟效益為標準，計算公式為:

式中，J為1 m3水產出的經濟效益(元/m3);Z為種植模式全年每公頃的經濟效益(元/hm2);H為種植模式全年每公頃的耗水量(m3/hm2);X為前茬作物每公頃的經濟產值(元/hm2);Y為后茬作物每公頃的經濟產值(元/hm2);M為前茬作物每公頃的成本支出(元/hm2);N為后茬作物每公頃的成本支出(元/hm2);W為前茬作物每公頃的耗水量(m3/hm2);V為后茬作物每公頃的耗水量(m3/hm2)。J值越高，則說明1 m3水產生的經濟效益越大。在正常范圍內，J值反映了作物的抗旱節水性能。

由表4可知，經濟效益Z:覆膜玉米－谷子模式略高于傳統冬小麥－玉米模式(CK)，基本相當。耗水量H:覆膜玉米－谷子模式低于傳統冬小麥－玉米模式模式(CK)。1 m3產出的經濟效益:覆膜玉米－谷子模式高于傳統冬小麥－玉 米模式(CK)。

表4 經濟效益對比

3 結論與討論

(1)經濟效益除受到產量的影響外，也受到價格因素的影響。近年來，玉米、小麥價格雖然逐年提高，但基本穩定在一定范圍內。隨著人們消費意識的改變和市場的供需變化，谷子2012～2014年來的價格始終維持在較高水平，市場需求旺盛。覆膜玉米－谷子種植模式生物產量雖低于傳統模式(CK)，但由于谷子價格較高，其經濟效益基本與傳統模式(CK)相當。

(2)在研究的種植模式與傳統種植模式中，投入最多的為人工費，其次為肥料費和澆灌水費。如若取得更大的經濟效益，必須進一步實現農業的機械化，減少人工投入。另一方面，由于水資源匱乏，節約農業用水非常必要，讓盡可能少的水產生最大化的經濟效益是改變種植結構的重要目標之一。在同等的效益下，早熟覆膜玉米－谷子種植模式比傳統模式(CK)更節水。

(3)糧食是人類的基本生活資料，是國家的重要戰略物資［18］。糧食在人類生產生活中承載著無法替代的重要使命，糧食必須穩定在一定的生產水平。在同樣用水量和經濟效益基本相同的情況下，種植模式的改變應以糧食生產模式為主體。該研究的早熟覆膜玉米－谷子種植模式與傳統模式(CK)效益相當，但節水效果明顯，并且是糧食生產種植模式，值得在適宜區域推廣。

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