旱地谷子水肥高效調(diào)控技術(shù)研究進(jìn)展

王 洋，周懷平，關(guān)春林，解文艷，楊振興

（1.山西大學(xué)生物工程學(xué)院，山西太原030006；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所，山西太原030006）

谷子是我國(guó)最古老的糧食作物之一，在距今8 000 a前已有大面積栽培[1]，在禾谷類(lèi)作物中，谷子的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，8種必需氨基酸除賴(lài)氨酸較低外，其余均高于小麥、水稻，尤其是色氨酸和蛋氨酸。長(zhǎng)期以來(lái)，農(nóng)業(yè)科技工作者針對(duì)旱作谷子農(nóng)田水分高效利用調(diào)控技術(shù)開(kāi)展了大量的研究，為指導(dǎo)我國(guó)旱作農(nóng)田谷子高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)起到了較大的推動(dòng)作用。但我國(guó)旱作農(nóng)田水分生產(chǎn)潛力仍然較大，通過(guò)采用旱作谷子農(nóng)田水分高效利用耕作栽培措施，可以達(dá)到提高旱地谷子農(nóng)田生產(chǎn)潛力、實(shí)現(xiàn)旱作谷子生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的目的。

1 我國(guó)北方旱作谷子的水分高效利用栽培技術(shù)的研究

1.1 保護(hù)性耕作技術(shù)，蓄住天上水

針對(duì)北方旱區(qū)干旱少雨、蒸發(fā)量大，且水土流失嚴(yán)重的狀況，我國(guó)科研人員在繼承傳統(tǒng)的蓄水保墑耕作方法和借鑒國(guó)外保護(hù)性耕作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合各地實(shí)際，建立了以保土、保水、保肥為中心的新型保護(hù)性耕作技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)旱區(qū)土壤水庫(kù)的有效調(diào)控[2]。山西省晉中地區(qū)在總結(jié)傳統(tǒng)的坑田、溝壟種植經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造的旱坡地覆蓋豐產(chǎn)溝蓄水聚肥改土耕作技術(shù)，比一般耕作法可減少水土流失91.6%～97.4%，降雨利用率由38.5%提高到82.5%[3]。隨著我國(guó)耕地退化日益嚴(yán)重，以及近年來(lái)北方沙塵暴為害的加重，少（免）耕在生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面的作用愈加受到重視。與傳統(tǒng)作業(yè)方法相比，保護(hù)性耕作技術(shù)的推廣應(yīng)用更加依賴(lài)農(nóng)業(yè)機(jī)械的革新。由于目前缺乏不同作物專(zhuān)用配套機(jī)具，而且已有的機(jī)具性能不夠完善，從而影響了保護(hù)性耕作技術(shù)的應(yīng)用推廣，開(kāi)發(fā)小型、多功能保護(hù)性耕作機(jī)具將是今后農(nóng)機(jī)研制中的重要方面。我國(guó)對(duì)保護(hù)性耕作研究開(kāi)展較晚，缺乏系統(tǒng)完整的理論和技術(shù)支持，對(duì)于長(zhǎng)期少（免）耕影響效應(yīng)，及其土壤可能存在的某些特殊制約和障礙因素等還未進(jìn)行深入研究。當(dāng)前，急需解決的技術(shù)難題包括秸稈覆蓋農(nóng)田低溫致使作物發(fā)育減緩、雜草的有效防除，特別是對(duì)于免耕后農(nóng)田有機(jī)肥如何施用的研究很少[4]。

1.2 地面覆蓋及微集水種植技術(shù)，保住土中墑

依據(jù)田間起壟覆膜時(shí)期的不同，微集雨種植方式主要有作物全生育期起壟覆膜和農(nóng)田休閑期起壟覆膜[5-6]。全生育期起壟覆膜可以有效利用生育期內(nèi)散見(jiàn)性降雨，將農(nóng)田微效降雨資源化，發(fā)揮小雨量的疊加增值效應(yīng)，很好地將田間降水空間富集，集水與用水基本同時(shí)進(jìn)行。農(nóng)田休閑期起壟覆膜是針對(duì)降雨高峰期的集中性降雨，旨在最大限度提高土壤的有限集蓄量，增加深層蓄水，發(fā)揮土壤水庫(kù)對(duì)作物生長(zhǎng)的水分調(diào)節(jié)作用，是對(duì)田間降水的時(shí)間富集，集水與用水相對(duì)分開(kāi)。西北農(nóng)林科技大學(xué)干旱與半干旱研究中心等研究機(jī)構(gòu)，對(duì)于微集雨種植技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用進(jìn)行了大量深入的研究。研究表明，微集雨種植技術(shù)增產(chǎn)、增收和提高降水利用效率的效果十分明顯。王俊鵬等[7]在寧南半干旱區(qū)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)壟膜溝種的微集水種植技術(shù)，可使谷子平均產(chǎn)量提高68.6%～98.1%，水分利用效率（WUE）達(dá)到7.75～12.65 kg/（mm·hm2）。同時(shí)他還發(fā)現(xiàn)，從蓄水和作物的增產(chǎn)效果來(lái)看，窄壟面種植效果優(yōu)于同一溝壟寬度比值下的寬壟面[8]。蓋膜后雖然可以抑制一部分雜草，但草害仍比較嚴(yán)重，這是谷子地膜覆蓋栽培技術(shù)未能大面積推廣的一個(gè)重要原因。谷田使用除草劑已有報(bào)道，用撲滅津在谷子播種后出苗前進(jìn)行土壤表面噴霧，能有效防除谷田雜草。這項(xiàng)工作亦應(yīng)列入谷子地膜覆蓋栽培的播種工序之中，須進(jìn)一步在蓋膜條件下試驗(yàn)驗(yàn)證。

據(jù)調(diào)查，半干旱偏旱區(qū)休閑農(nóng)田的土壤蒸發(fā)量占同期降雨量的72%～98%，半干旱地區(qū)占到60%～80%，半濕潤(rùn)偏旱區(qū)也達(dá)60%[9]。因此，采取農(nóng)田覆蓋措施，可以降低土壤水分蒸發(fā)，減少水土流失，促進(jìn)作物生長(zhǎng)。根據(jù)覆蓋材料的不同，農(nóng)田覆蓋主要有有機(jī)物覆蓋（如秸稈）、地膜覆蓋。當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的是地膜覆蓋，地膜覆蓋農(nóng)田之后，首先可以使降雨由地膜覆蓋的微集水區(qū)向不覆蓋的滲水區(qū)匯聚，向土壤深層入滲，實(shí)現(xiàn)了雨水的富集，同期降雨的蓄保效率可達(dá)到70%。如果地膜覆蓋在作物生育期內(nèi)，可使微效降雨資源有效化，實(shí)現(xiàn)雨量增值效應(yīng)。其次，地膜覆蓋還可以大大降低土壤水分的蒸發(fā)，具有明顯的保墑作用。20世紀(jì)90年代初期，為了解決干旱地區(qū)谷子因春旱抓苗難和早霜凍害晚熟品種成熟難的問(wèn)題，吳國(guó)忠等[10]將地膜覆蓋栽培技術(shù)應(yīng)用于谷子栽培，初步研究結(jié)果表明，谷子地膜覆蓋栽培具有明顯的增產(chǎn)和增收效果。楊紅梅等[11]研究表明，谷子地膜覆蓋后土壤含水量增加，地溫提高，生育進(jìn)程加快，成熟期提前5 d左右；并且可使谷子出苗齊全，植株生長(zhǎng)發(fā)育健壯，株高增加，根系發(fā)達(dá)，抗旱性和抗病性增強(qiáng)，倒伏率降低。

秸稈覆蓋在提高作物產(chǎn)量以及降水利用率方面也有明顯的作用，是提高土壤肥力和抗旱能力的一項(xiàng)先進(jìn)農(nóng)業(yè)耕作技術(shù)。同時(shí)，秸稈覆蓋還有無(wú)污染、成本低等特點(diǎn)。谷子秸稈中含有大量的有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀和微量元素，可以有效提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，并且使土壤的容重減小，透水性、透氣性、蓄水保墑能力增加，并且可使土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，保持疏松狀態(tài)，有效緩解土壤易板結(jié)的問(wèn)題。秸稈是補(bǔ)充和平衡土壤養(yǎng)分、改良土壤的有效方法，對(duì)于促進(jìn)土地生產(chǎn)良性循環(huán)、提高耕地基礎(chǔ)地力和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，表明旱作谷子農(nóng)田的應(yīng)用潛力很大。但是在秸稈覆蓋配套耕作和加速秸稈腐化等技術(shù)方面還有一些問(wèn)題和難關(guān)，還需要進(jìn)一步研究。

1.3 農(nóng)田平衡施肥技術(shù)，合理高效用水

水分虧缺和土壤貧瘠是限制旱作農(nóng)區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的2個(gè)重要因素。旱和薄往往是相輔相成、互為因果的。水分脅迫導(dǎo)致了養(yǎng)分脅迫，有限的供水難以使植物生長(zhǎng)茂密，造成土壤累積的有機(jī)物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)數(shù)量減少。然而，有研究[12]指出，干旱固然是旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常性的威脅，但地力不足，導(dǎo)致有限降水的無(wú)謂損耗，乃是現(xiàn)實(shí)產(chǎn)量低而不穩(wěn)更為直接的原因。

大量試驗(yàn)也證明，土壤肥力狀況在很大程度上左右著作物產(chǎn)量和水分利用效率。因此，在有限降水條件下，如何在實(shí)際生產(chǎn)中合理實(shí)行水肥耦合運(yùn)籌、充分開(kāi)發(fā)降水生產(chǎn)潛力，是旱作農(nóng)區(qū)生產(chǎn)力持續(xù)增長(zhǎng)的關(guān)鍵技術(shù)[13]。大量研究表明，在旱地條件下合理施肥，可以擴(kuò)大作物根系的延伸范圍，增強(qiáng)根系綜合活力，同時(shí)認(rèn)為，施肥對(duì)作物的促根效應(yīng)是“以肥調(diào)水，以水促肥”的機(jī)理所在[14]。當(dāng)前，水肥耦合主要針對(duì)不同土壤水分（自然降水或補(bǔ)灌水）條件下，水分利用效率和經(jīng)濟(jì)效益獲得最佳時(shí)，對(duì)水肥耦合的響應(yīng)進(jìn)行研究。穆興民[15]研究指出，旱地作物產(chǎn)量對(duì)土壤水分及農(nóng)田施肥量的響應(yīng)具有動(dòng)態(tài)變化特征，在水分脅迫條件下，施肥的增產(chǎn)效應(yīng)較小，而在水分供應(yīng)充足時(shí)，施肥的增產(chǎn)效應(yīng)顯著。對(duì)旱地施肥策略，李生秀等[16]研究指出，在養(yǎng)分上要注意合理配合，用量上要考慮土壤供水，方法上要重視底施有機(jī)肥，各種肥料要深施和早施。為了能夠更加準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)地指導(dǎo)不同水肥條件地區(qū)進(jìn)行農(nóng)田合理水肥調(diào)控，不同學(xué)者開(kāi)發(fā)了大量的水肥耦合效應(yīng)模型，然而，當(dāng)前的水肥耦合效應(yīng)模型多是以施肥量和自然降水量為自變量因子建立的回歸模型，忽略了土壤水分和養(yǎng)分的供應(yīng)，因而，難以在不同肥力水平的農(nóng)田上應(yīng)用。因此，通過(guò)土壤—植物系統(tǒng)內(nèi)的質(zhì)流、蒸騰、光合及同化作用的關(guān)系，建立作物生長(zhǎng)機(jī)理模型是當(dāng)前水肥耦合模型開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)[17]。

2 相關(guān)建議

2.1 多技術(shù)融合

深松深層蓄水效應(yīng)、殘茬覆蓋保水增肥效應(yīng)和壟蓋膜側(cè)溝播聚水、保水、增溫、透光效應(yīng)幾項(xiàng)技術(shù)融于一體，再配以?xún)?yōu)良品種、配方施肥、補(bǔ)充灌溉等，組成以深松殘茬覆蓋膜側(cè)溝播為主體的水肥資源高效利用栽培技術(shù)體系，可以實(shí)現(xiàn)旱地谷子的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

2.2 農(nóng)藝與農(nóng)機(jī)結(jié)合

我國(guó)谷子生產(chǎn)正經(jīng)歷由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變的階段，新的水分高效利用技術(shù)要盡快應(yīng)用于生產(chǎn)，發(fā)揮其應(yīng)有的增產(chǎn)增收效果，且必須與簡(jiǎn)捷實(shí)用的農(nóng)機(jī)相結(jié)合，擺脫依靠人畜力和簡(jiǎn)單生產(chǎn)工具的現(xiàn)狀，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效。

2.3 強(qiáng)化技術(shù)培訓(xùn)，提高農(nóng)民科技素質(zhì)

要有計(jì)劃、有步驟地采取各種方式進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，提高農(nóng)民的科技素質(zhì)，激發(fā)他們把科學(xué)知識(shí)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的積極性，培養(yǎng)知識(shí)型農(nóng)民，這是加速成果轉(zhuǎn)化、實(shí)現(xiàn)旱作農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本保證。

2.4 加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)，促進(jìn)成果轉(zhuǎn)化

谷子是我國(guó)旱區(qū)重要的糧食作物，但北方旱區(qū)經(jīng)濟(jì)條件差、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)脆弱、農(nóng)戶對(duì)生產(chǎn)資料的投入有限，如果沒(méi)有政府的扶持，農(nóng)業(yè)新技術(shù)的推廣應(yīng)用很難進(jìn)行，大范圍的農(nóng)田基本建設(shè)難以保證。因此，穩(wěn)定的政府投入和優(yōu)惠政策是實(shí)施旱作農(nóng)田谷子水分高效利用技術(shù)的重要條件。

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