河北低平原區(qū)早熟玉米－谷子種植模式的耗水量與產(chǎn)量研究

李愛國(guó)，李和平，宋聰敏，李積銘，張玉蘭，宋慶榮 (河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所，河北衡水 053000)

糧食是人類賴以生存的物質(zhì)之一，糧食生產(chǎn)對(duì)國(guó)計(jì)民生至關(guān)重要。河北省低平原區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(duì)地下水的開采［2］，其生產(chǎn)用水占河北省農(nóng)業(yè)用水的70%，占河北省總用水量的50%左右［3］。河北省低平原區(qū)屬半干旱地區(qū)，地下水連年嚴(yán)重超采，已經(jīng)形成了多個(gè)較大的地下漏斗區(qū)［4］，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重影響。地下水超采綜合治理已經(jīng)納入國(guó)家戰(zhàn)略。2014年，河北省出臺(tái)了相關(guān)文件，以調(diào)減依靠深層地下水灌溉的小麥種植面積為重點(diǎn)，在衡水、滄州、邢臺(tái)、邯鄲等地的34個(gè)縣(市、區(qū))，減少灌溉小麥種植面積5．07萬 hm2，減少用水2 700 m3/hm2，實(shí)現(xiàn)地下水壓采 1．37 億 m3［5］。在一年兩熟制不變的情況下，調(diào)整糧食作物輪作種植方式，選擇生育期短的早熟玉米進(jìn)行春播地膜覆蓋，減少土壤水分蒸發(fā)量，玉米在7月1～5日前成熟，可實(shí)現(xiàn)與下茬作物谷子進(jìn)行輪作，達(dá)到節(jié)水高效［6］目標(biāo)。筆者研究2種糧食作物玉米－谷子種植模式，通過調(diào)整播期對(duì)其生育期進(jìn)行掌控，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，與傳統(tǒng)模式的耗水量、產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行對(duì)比分析，為節(jié)水高效栽培提供依據(jù)。該試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所試驗(yàn)站內(nèi)，氣候條件、土壤條件與河北省中南部低平原區(qū)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(hào)［7］。德美亞2號(hào)是由德國(guó)KWS公司選育的早熟、高產(chǎn)、抗逆性強(qiáng)玉米雜交種，河北省低平原區(qū)夏播90 d左右。在河北省低平原區(qū)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(qiáng)，發(fā)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(shù)13片，穗長(zhǎng)18 cm、穗粗4．5 cm，穗行數(shù)14～16行，在適宜種植區(qū)出苗至成熟生育日數(shù)為108 d左右，需≥10℃活動(dòng)積溫2 000℃左右［8］。子粒偏硬粒型、黃色。品質(zhì)分析結(jié)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(jié)果:大斑病 3 ～4級(jí)，絲黑穗病發(fā)病率15．6% ～19．1%。

谷子品種為張雜谷8號(hào)［10］。張雜谷8號(hào)是由張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的抗除草劑谷子品種，在河北省低平原區(qū)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(gè)，株高140 cm左右，穗長(zhǎng)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(duì)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(duì)照冬小麥品種良星99，由山東良星種業(yè)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(qiáng)，株高76 cm，株型較緊湊，分蘗力強(qiáng)，成穗率高［12］。葉色濃綠，穗長(zhǎng)方形，長(zhǎng)芒，白殼，白粒，角質(zhì)，千粒重44～47 g，平均穗粒數(shù) 35．7個(gè)，子粒較飽滿。穗數(shù) 534萬/hm2，容重793．2 g/L?？沟剐詮?qiáng)。子粒粗蛋白(干基)14．42%，濕面筋 31．8%，沉降值 29．8 ml，吸水率 63．3%，形成時(shí)間 2．8 min，穩(wěn)定時(shí)間 3．2 min［13］。

對(duì)照夏播玉米鄭單958［14］是由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)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(zhǎng)17．9 cm，穗粗 5．1 cm，穗行數(shù)14～16行，行粒數(shù)40;白軸，子粒黃色，粒深，結(jié)實(shí)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(fā)達(dá)，抗倒性強(qiáng)、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(shí)對(duì)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(yàn)方法

1．2．1 試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)設(shè)定。根據(jù)河北省中南部低平原區(qū)生產(chǎn)情況及試驗(yàn)小區(qū)情況，設(shè)定具有代表性的目標(biāo)產(chǎn)量及水肥管理。通過對(duì)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(dá)到25～40 mm的情況下，澆灌水控制在1 500 m3/hm2，玉米產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)7 500 kg/hm2左右目標(biāo);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(nèi)降雨量達(dá)到60～150 mm的情況下，將谷子澆灌水控制在750 m3/hm2，實(shí)現(xiàn)谷子產(chǎn)量約4 500 kg/hm2的目標(biāo)。

冬小麥播期為10月中旬，次年的6月上旬成熟。通過對(duì)土壤墑情的監(jiān)測(cè)，進(jìn)行造墑、冬灌、返青拔節(jié)水、灌漿水統(tǒng)籌，在正常年份4～6月降雨量達(dá)到15～30 mm的情況下，用水量控制在2 250 m3/hm2以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量6 750 kg/hm2的目標(biāo)。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(nèi)降雨量達(dá)到150～300 mm的情況下，澆灌水控制在750 m3/hm2，玉米產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)9 000 kg/hm2以上目標(biāo)。

1．2．2 試驗(yàn)田間管理。覆膜玉米播種時(shí)間在3月中下旬，平均氣溫穩(wěn)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(fù)合肥，追肥用尿素。播種前4～5 d根據(jù)土壤墑情進(jìn)行定額灌溉造墑，灌溉設(shè)備采用多功能水肥一體定額灌溉機(jī)［17］，通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)灌溉水量，達(dá)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(jìn)行精量播種，播種期不晚于7月10日，試驗(yàn)材料張雜谷8號(hào)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(jié)合前茬玉米灌漿水實(shí)現(xiàn)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(jī)，節(jié)水省工省時(shí)。底肥采用復(fù)合肥，追肥用尿素。灌漿后期，應(yīng)注意防止鳥食。

對(duì)照種植模式冬小麥底肥采用復(fù)合肥，追肥用尿素。因小麥為矮稈作物，便于機(jī)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(jī)，以墑定水量，墑情均勻適宜。其他管理?xiàng)l件與生產(chǎn)相同或相似。夏播玉米播種、施底肥同時(shí)進(jìn)行，底肥用復(fù)合肥，播種后澆灌“蒙頭水”，出苗前噴灑除草劑。根據(jù)降雨量、土壤墑情、生長(zhǎng)時(shí)期澆灌。試驗(yàn)管理接近當(dāng)?shù)厣a(chǎn)條件。

1．2．3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與計(jì)量。試驗(yàn)設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)面積為667 m2。播種量與施肥量均按照設(shè)計(jì)實(shí)施(表1)，定額灌溉機(jī)安裝計(jì)量表，計(jì)量單位精確到0．1 m3，試驗(yàn)計(jì)算水量時(shí)，每公頃精確至1 m3。種植行向?yàn)槟媳弊呦?，收獲時(shí)將左右兩邊行舍去，不計(jì)入試驗(yàn)產(chǎn)量，試驗(yàn)種植面積按收獲面積進(jìn)行折算。產(chǎn)量數(shù)據(jù)采集時(shí)玉米含水量達(dá)到儲(chǔ)藏標(biāo)準(zhǔn)為12%，谷子達(dá)到儲(chǔ)藏標(biāo)準(zhǔn)12%，小麥達(dá)到儲(chǔ)藏標(biāo)準(zhǔn)12%，數(shù)據(jù)結(jié)果折算為每公頃的產(chǎn)量，計(jì)量單位精確至1 kg/hm2。

表1 水肥管理與產(chǎn)量結(jié)果

2 結(jié)果與分析

2．1 成本計(jì)算 由于農(nóng)資價(jià)格的不穩(wěn)定性，在進(jìn)行核算時(shí)，參考當(dāng)年價(jià)格與前3年的平均價(jià)格進(jìn)行核算成本投入。需成本核算的農(nóng)資價(jià)格(P)，當(dāng)年的價(jià)格(P1)，3年的平均價(jià)格(P2)，計(jì)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(chǎn)出對(duì)比 由表3可知，通過對(duì)比，覆膜玉米－谷子模式的產(chǎn)值高于冬小麥－玉米模式。計(jì)算收入時(shí)，玉米單價(jià)按2．2元/kg，小麥按2．3 元/kg，谷子按5．4 元/kg計(jì)。

表3 產(chǎn)量、產(chǎn)值對(duì)比

2．3 經(jīng)濟(jì)效益 采用1 m3水產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)效益和每公頃的經(jīng)濟(jì)效益為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算公式為:

式中，J為1 m3水產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)效益(元/m3);Z為種植模式全年每公頃的經(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)產(chǎn)值(元/hm2);Y為后茬作物每公頃的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)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(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益越大。在正常范圍內(nèi)，J值反映了作物的抗旱節(jié)水性能。

由表4可知，經(jīng)濟(jì)效益Z:覆膜玉米－谷子模式略高于傳統(tǒng)冬小麥－玉米模式(CK)，基本相當(dāng)。耗水量H:覆膜玉米－谷子模式低于傳統(tǒng)冬小麥－玉米模式模式(CK)。1 m3產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)效益:覆膜玉米－谷子模式高于傳統(tǒng)冬小麥－玉 米模式(CK)。

表4 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

3 結(jié)論與討論

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

(2)在研究的種植模式與傳統(tǒng)種植模式中，投入最多的為人工費(fèi)，其次為肥料費(fèi)和澆灌水費(fèi)。如若取得更大的經(jīng)濟(jì)效益，必須進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的機(jī)械化，減少人工投入。另一方面，由于水資源匱乏，節(jié)約農(nóng)業(yè)用水非常必要，讓盡可能少的水產(chǎn)生最大化的經(jīng)濟(jì)效益是改變種植結(jié)構(gòu)的重要目標(biāo)之一。在同等的效益下，早熟覆膜玉米－谷子種植模式比傳統(tǒng)模式(CK)更節(jié)水。

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

［1］王學(xué)，李秀彬，辛良杰．河北平原冬小麥播種面積收縮及由此節(jié)省的水資源量估算［J］．地理學(xué)報(bào)，2013(5):694－704．

［2］胡景輝，孫麗敏，賀秀珍，等．河北省低平原中低產(chǎn)類型區(qū)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整過程及趨勢(shì)分析［J］．內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2013(5):39－42．

［3］張西群，檀海斌，梁建青，等．低成本小麥微噴灌溉技術(shù)研究與效果試驗(yàn)［J］．河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014(6):45－51．

［4］李瑞森，郭慶宏，傅學(xué)功，等．滄州市水環(huán)境惡化的成因及恢復(fù)措施［J］．水利發(fā)展研究，2004(8):22 －24．

［5］河北省農(nóng)業(yè)廳，河北省財(cái)政廳，河北省水利廳．2014年度河北省地下水超采綜合治理試點(diǎn)調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和農(nóng)藝節(jié)水項(xiàng)目實(shí)施方案［R］．2014:1－2．

［6］石培澤，楊秀英．壟植玉米控制性隔溝交替灌溉節(jié)水高效技術(shù)及效應(yīng)［J］．甘肅水利水電技術(shù)，1999(1):35 －37．

［7］張作峰，張崎峰．黑龍江省黑河地區(qū)應(yīng)對(duì)氣候變化玉米品種篩選與種植方法探討［J］．黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011(4):32 －34．

［8］劉亞賢．德美亞2號(hào)高產(chǎn)栽培技術(shù)［J］．現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2014(14):34－36．

［9］玉米:德美亞2 號(hào)［J］．農(nóng)業(yè)科技與信息，2013(16):9．

［10］夏雪巖，馬銘澤，楊忠妍，等．施肥量和留苗密度對(duì)谷子雜交種張雜8號(hào)產(chǎn)量及主要農(nóng)藝性狀的影響［J］．河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012(1):1－5．

［11］胡娜，譚娟，王竟紹，等．良星99小麥新品種的特征特性及高產(chǎn)栽培技術(shù)［J］．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013(36):13860－13861．

［12］王成超，朱峰年，吳清濤，等．小麥新品種良星99稻茬繁種高產(chǎn)栽培技術(shù)［J］．山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008(4):106 －107．

［13］胡娜，譚娟，王竟紹，等．良星99小麥新品種的特征特性及高產(chǎn)栽培技術(shù)［J］．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013(36):13860－13861．

［14］張瑋，左曉龍，張會(huì)南，等．不同密度和施氮量對(duì)鄭單958產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀效應(yīng)的研究［J］．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37(13):5910 －5911．

［15］李會(huì)勇，王利鋒，唐保軍，等．玉米單交種鄭單958遺傳結(jié)構(gòu)及雜種優(yōu)勢(shì)初步研究［J］．玉米科學(xué)，2009，17(1):28 －31．

［16］馬行軍，韓東風(fēng)，戴淵．鄭單958生長(zhǎng)發(fā)育特性及高產(chǎn)栽培技術(shù)研究［J］．安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2007，13(21):60 －61，58．

［17］李愛國(guó)，宋聰敏，李和平，等．多功能水肥一體定額灌溉機(jī)的研制與應(yīng)用［J］．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42(21):7237 －7238，7258．

［18］王慧軍，李英杰，張建斌．河北省糧食綜合生產(chǎn)能力研究［M］．石家莊:河北省科學(xué)技術(shù)出版社，2010:1－10．