青貯玉米農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)的研究進(jìn)展

楊錦越，趙曉燕，沈建華，任 洪，王 偉，王 竹

(貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱糧研究所，貴州貴陽 550006)

青貯玉米具有營養(yǎng)豐富，適口性好，消化率較高，耐貯藏等優(yōu)點(diǎn)，作為優(yōu)質(zhì)畜牧業(yè)發(fā)展的必要飼料來源之一，青貯玉米的需求量日益增大，但在實(shí)際生產(chǎn)中，我國青貯玉米的種植區(qū)域主要分布于干旱或半干旱地區(qū)，且有灌溉條件的農(nóng)田較少，為了解決青貯玉米生產(chǎn)與干旱之間的矛盾，克服地表水源不足和地下水資源缺乏的現(xiàn)狀，提高青貯玉米經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益，研究青貯玉米農(nóng)藝節(jié)水栽培技術(shù)顯得尤為重要，筆者分別從耐旱品種選育、耕作保墑、覆蓋保墑、水肥耦合、作物布局以及化學(xué)調(diào)控方面綜述了青貯玉米農(nóng)藝節(jié)水栽培技術(shù)的研究進(jìn)展，以期為青貯玉米農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)的研究與推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 農(nóng)藝節(jié)水的概念

農(nóng)藝節(jié)水是節(jié)水農(nóng)業(yè)的重要組成部分，主要包括耕作保墑、覆蓋保墑、秸稈還田增肥保水、水肥耦合、調(diào)整作物布局、選用抗旱型品種和化學(xué)調(diào)控等技術(shù)措施，根據(jù)種植區(qū)域的氣候條件、地形地貌、經(jīng)濟(jì)條件等因素，選擇適宜的品種及配套的耕作和種植方式，采用合理的施肥、灌溉、覆蓋、化學(xué)調(diào)控等技術(shù)措施，抑制土壤水分蒸發(fā)和和作物奢侈蒸騰，使節(jié)水條件下作物產(chǎn)量最大化，最大限度提高農(nóng)田水分利用效率，最終達(dá)到節(jié)水、高產(chǎn)、高效的目的。由于農(nóng)藝節(jié)水是科技工作者與廣大農(nóng)民長時(shí)間在傳統(tǒng)耕作技術(shù)基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)、提高、總結(jié)形成的新技術(shù)，因此具有投資少、見效快、易推廣、易實(shí)施、易掌握等特點(diǎn)，更加容易使農(nóng)戶接受，具有大范圍、大面積推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)。在實(shí)際生產(chǎn)中，為使農(nóng)藝節(jié)水大范圍發(fā)揮實(shí)效，體現(xiàn)節(jié)水的實(shí)質(zhì)，需要根據(jù)作物生長發(fā)育過程，合理選擇技術(shù)類型，保證農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)與農(nóng)作物生長之間的吻合性，從而增加作物收成，提高水分的利用效率。

2 青貯玉米農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)的研究進(jìn)展

干旱是制約我國青貯玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第一非生物脅迫因素，耐旱品種的選育是玉米生物防控，實(shí)現(xiàn)抗逆豐產(chǎn)的基礎(chǔ)。在降水量少、易出現(xiàn)干旱的地區(qū)，選用抗旱性能、豐產(chǎn)性能好的青貯玉米品種是提高水分利用效率、促進(jìn)其增產(chǎn)增收的有效措施。關(guān)于耐旱品種的選育，主要集中在玉米耐旱分子育種和耐旱品種或自交系篩選與評(píng)價(jià)兩個(gè)方面。其中，在玉米耐旱分子育種方面，國內(nèi)外一些學(xué)者通過利用分子標(biāo)記輔助選擇、基因編輯技術(shù)、轉(zhuǎn)基因等技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，柳思思利用關(guān)聯(lián)分析方法發(fā)掘與耐旱密切相關(guān)的優(yōu)異等位基因變異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)編號(hào)為PZA0355.1和PZA01671.1的SNP與多個(gè)耐旱性狀表型相關(guān)比較密切，基于這兩個(gè)功能SNP變異位點(diǎn)可分別開發(fā)CAPS標(biāo)記dhnC397和rspC1090，用于分析和驗(yàn)證不同種質(zhì)材料的耐旱性，有利于耐旱性品種的選育；Shi等利用CRISPR-Cas 的先進(jìn)育種技術(shù)來生成 ARGOS8 的新變體，ARGOS8基因轉(zhuǎn)錄物水平升高，使得干旱脅迫對(duì)玉米產(chǎn)量的影響減弱，提高了玉米耐旱性。在玉米耐旱品種或自交系篩選及評(píng)價(jià)研究方面，主要從耐旱性與形態(tài)特征、耐旱性與生理生化特征、耐旱性與品質(zhì)特征等方面進(jìn)行探索，利用灰色關(guān)聯(lián)度、模糊隸屬函數(shù)等數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析方法，計(jì)算出抗旱指數(shù)，對(duì)品種或自交系的綜合耐旱性進(jìn)行評(píng)價(jià)，篩選出耐旱品種或自交系，并提出評(píng)價(jià)青貯玉米材料耐旱性的關(guān)鍵指標(biāo)，何文鑄等研究發(fā)現(xiàn)，在眾多農(nóng)藝及生理性狀指標(biāo)中，要獲得丘陵旱區(qū)耐旱性好的青貯玉米，可根據(jù)根冠比、葉面積、葉綠素含量、光合速率這4個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)來進(jìn)行輔助選擇，其可靠程度達(dá)到極顯著水平；賈鈺瑩等利用五級(jí)評(píng)分法對(duì)21份遼寧省主推及新審定玉米品種耐旱性進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出迪卡516和遼單588品種耐旱性極強(qiáng)，株高、穗位、葉綠素含量、葉面積、根系干重、氣生根層數(shù)、氣生根數(shù)等7個(gè)指標(biāo)可作為耐旱鑒定指標(biāo)。可見，不同的分析方法得出耐旱鑒定指標(biāo)尚無統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，但都是通過綜合分析干旱脅迫下植株各性狀指標(biāo)的變化，因此得出的結(jié)果都可以作為選用或選育耐旱品種的依據(jù)。

耕作保墑技術(shù)是通過耕、耙、耱、鋤、壓等一整套有效的土壤耕作措施，改善土壤耕層結(jié)構(gòu)，更好地納雨蓄水，將土壤水、地下水、大氣降水進(jìn)行合理調(diào)控，盡量減少土壤蒸發(fā)和其他非生產(chǎn)性水分消耗，為作物生長發(fā)育和高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)創(chuàng)造一個(gè)水、肥、氣、熱相協(xié)調(diào)的土壤環(huán)境，農(nóng)藝措施包括深耕深松保墑、耙耱保墑、重鎮(zhèn)壓提墑、少耕免耕保墑、中耕保墑等；其中，深耕深松保墑是使用深松機(jī)械將犁底層耕松，利于作物根系生長，提高水分利用率；耙耱保墑是使土塊碎散，土面平整，耕作層上虛下實(shí)，利于提高土壤蓄水能力，減少地面徑流，促進(jìn)作物出苗生長；重鎮(zhèn)壓提墑是土壤墑情不足時(shí)采取的一種抗旱保墑措施，促進(jìn)種子與土壤密切接觸充分吸收水分，提高發(fā)芽率；中耕保墑是在作物生育期內(nèi)進(jìn)行的土壤耕作，可減少土壤水分蒸發(fā)；少耕免耕保墑是不翻動(dòng)土層，減少了水分蒸發(fā)和水土流失，提高了土壤蓄水和保墑能力。在實(shí)際生產(chǎn)中，中耕保墑技術(shù)使用較多，可以有效去除雜草，疏松土壤，減少與青貯玉米發(fā)生爭光、生長空間、養(yǎng)分和水分的現(xiàn)象，增加土壤的通透性，促進(jìn)土壤中微生物的生長，提高土壤肥力，是一種高效節(jié)水技術(shù)；目前，青貯玉米種植多數(shù)以人工中耕除草保墑或使用化學(xué)除草劑為主，今后應(yīng)在機(jī)械化中耕除草保墑、機(jī)器人中耕除草保墑等方面加強(qiáng)技術(shù)研究。

在青貯玉米生產(chǎn)中，覆蓋保墑是一項(xiàng)比較常用的技術(shù)，主要以地膜覆蓋為主，可減少土壤水分蒸發(fā)和地表徑流，增溫保墑，提高水資源利用率的效率，增產(chǎn)效果明顯，普遍性較強(qiáng)；針對(duì)普通地膜和生物降解膜都有相關(guān)研究，內(nèi)蒙古錫林浩特市牧區(qū)使用地覆膜覆蓋對(duì)提高地溫和土壤水分效果最優(yōu)，比較適用于水資源相對(duì)緊缺的北方寒冷地區(qū)，可以顯著提高鮮食玉米產(chǎn)量、株高和莖粗；河北省滄州市生態(tài)區(qū)覆膜寬窄行較露地栽培有效提高青貯玉米的抗倒伏性、株高、莖粗等農(nóng)藝性狀，增產(chǎn)17.69%～20.27%。半干旱黃土高原區(qū)使用生物可降解地膜壟溝集雨溝覆蓋可顯著提高水分利用效率，增產(chǎn)效果明顯。綜合前人研究得出，青貯玉米覆蓋保墑技術(shù)節(jié)水增產(chǎn)效果顯著，但在青貯玉米實(shí)際生產(chǎn)中，以普通地膜為主，生物可降解地膜使用較少，因此，為了使生物降解地膜得到大面積推廣與利用，需加強(qiáng)對(duì)低成本、環(huán)境友好型生物降解地膜的研究；另外，青貯玉米收獲后，可進(jìn)一步開展青貯玉米一膜兩季節(jié)水增效技術(shù)的研究，大幅度提高資源利用率。

水肥耦合是利用水分和肥料之間的協(xié)同效應(yīng)、拮抗效應(yīng)和疊加效應(yīng)，水分和施肥在時(shí)間、數(shù)量和方式上合理配合，達(dá)到以水促肥，以肥調(diào)水，提高水分和肥料利用率，增加作物產(chǎn)量和改善品質(zhì)的目的。如何控制好灌水量和施肥量，作物產(chǎn)量和水分利用率才達(dá)到最大化，是近年來國內(nèi)外專家研究的熱點(diǎn)。王軍等研究表明，當(dāng)灌溉水平為1 531.66 m/hm、施肥水平為119.94 kg/hm時(shí)，青貯玉米產(chǎn)量達(dá)到最大；劉虎等通過建立二元回歸方程得出，灌溉量為4 200 m/hm、施肥量195 kg/hm時(shí)，產(chǎn)量達(dá)到最高；王寧研究得出，溝灌方式施肥量為600 kg/hm為最佳試驗(yàn)組合，該組合產(chǎn)量和水分利用效率較高；單寧等研究得出，灌溉定額為2 520 m/hm、追肥量為594 kg/hm(純N為273.24 kg/hm)，可促進(jìn)作物進(jìn)行光合作用，持續(xù)供給作物生長必要的養(yǎng)分，保持土壤水分，有利于青貯玉米鮮生物產(chǎn)量。綜上可知，產(chǎn)量和水分利用率達(dá)到最優(yōu)條件下，不同生態(tài)地區(qū)最佳灌水量和對(duì)應(yīng)施肥量有差異，在研究其水肥耦合規(guī)律時(shí)，應(yīng)結(jié)合所在區(qū)域的氣候條件開展綜合性研究，不僅要考慮充分利用水肥資源，還需考慮青貯玉米產(chǎn)量和品質(zhì)達(dá)到最優(yōu)。

作物布局是指農(nóng)作物在一定的地區(qū)內(nèi)及不同地區(qū)間的地域分布，也包括一個(gè)生產(chǎn)單位(如農(nóng)場(chǎng))種植作物的種類、面積與田塊配置。在水利條件差的缺水旱作區(qū)域，通過調(diào)整和改善農(nóng)作物的整體布局，可以提高水資源利用效率。隨著我國畜牧養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展，合理作物布局是青貯玉米高產(chǎn)高效生產(chǎn)的重要措施，研究認(rèn)為，黃淮海廣大平原區(qū)雙季青貯地膜玉米-玉米模式優(yōu)于傳統(tǒng)模式冬小麥-夏玉米，可以提高干物質(zhì)生產(chǎn)率、總輻射利用效率、熱量資源生產(chǎn)效率提高、水分生產(chǎn)效率。沈陽地區(qū)馬鈴薯復(fù)種青貯玉米模式的第2季青貯玉米的光、熱、水資源分配率明顯優(yōu)于覆膜鮮食玉米復(fù)種青貯玉米，最終的資源生產(chǎn)效率也明顯提高。氣候變化背景下，冀西北地區(qū)青貯玉米種植區(qū)從北到東南總體呈現(xiàn)“最適宜區(qū)-適宜區(qū)-次適宜區(qū)-不適宜區(qū)”的分布格局，建議最適宜種植中早熟品種，適宜區(qū)種植中晚熟品種，次適宜區(qū)和不適宜區(qū)的種植模式進(jìn)行調(diào)整并減少種植面積。可見，合理的作物布局可充分發(fā)揮各地區(qū)自然資源和經(jīng)濟(jì)條件的優(yōu)勢(shì)，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益；另外，由于氣候變化影響作物布局，因此，氣候變化背景下不同生態(tài)區(qū)青貯玉米適宜的作物布局是今后重要的研究方向。

化學(xué)調(diào)控節(jié)水技術(shù)是利用化學(xué)調(diào)節(jié)劑調(diào)控作物吸收水分和土壤水分蒸發(fā)，提高作物水分利用效率的有效措施。在節(jié)水方面，化學(xué)調(diào)控技術(shù)主要通過利用保水劑來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)土壤中使用保水劑時(shí)，可提高土壤保水性能，減少土壤水分蒸發(fā)和流失；有關(guān)化學(xué)調(diào)控技術(shù)在青貯玉米生產(chǎn)中的應(yīng)用研究相對(duì)較少，主要集中在增強(qiáng)植株抗倒伏能力和產(chǎn)量方面，針對(duì)青貯玉米使用保水劑的研究報(bào)道很少，但初步研究得出，在保證水肥充足的條件下，施用農(nóng)用保水劑能提高青貯玉米的產(chǎn)量，增加其產(chǎn)值。由于不同類型的保水劑在經(jīng)濟(jì)適用、保水能力、生態(tài)環(huán)保等方面有差異，應(yīng)針對(duì)不同氣候類型和土壤條件，更深入的開展保水劑對(duì)青貯玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的研究，并對(duì)生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益做出合理的評(píng)價(jià)。

3 展望

我國是一個(gè)水資源匱乏的國家，與西方國家相比，我國的灌區(qū)水資源利用率處于較低水平，一般為30%～40%，而西方國家能達(dá)到70%～80%，說明部分灌溉區(qū)易形成水資源浪費(fèi)的負(fù)面狀況，另外，我國許多地區(qū)因地形地貌、經(jīng)濟(jì)條件等因素的限制，缺乏工程設(shè)施節(jié)水的安裝條件，因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中很有必要繼續(xù)加強(qiáng)農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)的研究與利用。國內(nèi)外許多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)既可降低農(nóng)業(yè)用水的投入成本，又能保證作物穩(wěn)產(chǎn)增收，在缺乏灌溉條件的青貯玉米生產(chǎn)區(qū)域研究與推廣農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)，對(duì)青貯玉米高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、節(jié)本、高效生產(chǎn)具有重要的意義。盡管農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)在青貯玉米生產(chǎn)中已被廣泛應(yīng)用，但在應(yīng)用推廣過程中仍存在一些問題：一是農(nóng)戶節(jié)水意識(shí)仍然淡薄，在許多農(nóng)村地區(qū)，沒有意識(shí)農(nóng)業(yè)節(jié)水的重要性，依舊是“靠天吃飯”；二是缺乏機(jī)械化與農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)的融合，農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)的實(shí)施還是較為傳統(tǒng)；三是多數(shù)地區(qū)沒有根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀毁Y源條件和經(jīng)濟(jì)水平來選擇適宜的農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)；四是農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)理論體系還不夠成熟，與實(shí)踐過程中出現(xiàn)的預(yù)期結(jié)果存在較大差距。

針對(duì)以上提出的問題，建議今后擬重點(diǎn)研究以下幾個(gè)方面。

(1)氣候變化背景下農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)對(duì)復(fù)雜多變生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性研究。為提高青貯玉米對(duì)氣候變化的適應(yīng)能力，需加強(qiáng)農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)生態(tài)適應(yīng)性研究，各地區(qū)因地制宜選擇農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)，從而利于青貯玉米生產(chǎn)區(qū)域適應(yīng)氣候變化，提高農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)能力。

(2)農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝節(jié)水綜合配套技術(shù)體系研究。目前，青貯玉米農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)多數(shù)以人工操作為主，比較費(fèi)時(shí)費(fèi)工費(fèi)力，研究節(jié)水效果好、操作簡單、成本較低、便于農(nóng)民采用的農(nóng)機(jī)農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)是今后研究熱點(diǎn)。

(3)完善農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)理論體系，提升整體效益。農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)領(lǐng)域在研究過程中，雖然取得了一定的研究成果，但在實(shí)際推廣應(yīng)用中，各單項(xiàng)技術(shù)之間缺乏有效的連接與集成，沒有完全形成一套完整的技術(shù)理論體系，導(dǎo)致整體效益沒有得到充分發(fā)揮，因此，在今后研究過程中，應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)集成體系和應(yīng)用模式方面的研究。