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　李和平　宋聰敏等

摘要河北省低平原區(qū)是重要的糧食產(chǎn)區(qū)，當前糧食作物的主要耕作模式是一年兩熟制的小麥-玉米輪作制，耗水量較高。在地下水超采綜合治理中，農(nóng)業(yè)節(jié)水是重要的手段之一。為解決糧食作物高產(chǎn)與節(jié)水這一矛盾，筆者研究2種糧食作物玉米-谷子種植模式，通過調(diào)整播期對其生育期進行掌控，并對試驗數(shù)據(jù)進行匯總，與傳統(tǒng)模式的耗水量、產(chǎn)量、經(jīng)濟效益進行對比分析，為節(jié)水高效栽培提供依據(jù)。

關鍵詞糧食作物；耗水量；種植模式；產(chǎn)量；效益

中圖分類號S318文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）16-026-03

糧食是人類賴以生存的物質(zhì)之一，糧食生產(chǎn)對國計民生至關重要。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)，地下水連年嚴重超采，已經(jīng)形成了多個較大的地下漏斗區(qū)[4]，生態(tài)環(huán)境受到嚴重影響。地下水超采綜合治理已經(jīng)納入國家戰(zhàn)略。2014年，河北省出臺了相關文件，以調(diào)減依靠深層地下水灌溉的小麥種植面積為重點，在衡水、滄州、邢臺、邯鄲等地的34個縣（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，可實現(xiàn)與下茬作物谷子進行輪作，達到節(jié)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(diào)整播期對其生育期進行掌控，并對試驗數(shù)據(jù)進行匯總，與傳統(tǒng)模式的耗水量、產(chǎn)量、經(jīng)濟效益進行對比分析，為節(jié)水高效栽培提供依據(jù)。

該試驗地點設在河北省農(nóng)林科學院旱作農(nóng)業(yè)研究所試驗站內(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[7]。德美亞2號是由德國KWS公司選育的早熟、高產(chǎn)、抗逆性強玉米雜交種，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，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 ℃活動積溫2 000 ℃左右[8]。子粒偏硬粒型、黃色。品質(zhì)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(fā)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(nóng)業(yè)科學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，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(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，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(zhì)，千粒重44～47 g，平均穗粒數(shù)35.7個，子粒較飽滿。穗數(shù)534萬/hm2，容重793.2 g/L。抗倒性強。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%，形成時間2.8 min，穩(wěn)定時間3.2 min[13]。

對照夏播玉米鄭單958[14]是由河南省農(nóng)業(yè)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(shù)14～16行，行粒數(shù)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]。抗倒抗?。焊蛋l(fā)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(jù)河北省中南部低平原區(qū)生產(chǎn)情況及試驗小區(qū)情況，設定具有代表性的目標產(chǎn)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(chǎn)量實現(xiàn)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(nèi)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(xiàn)谷子產(chǎn)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(jiān)測，進行造墑、冬灌、返青拔節(jié)水、灌漿水統(tǒng)籌，在正常年份4～6月降雨量達到15～30 mm的情況下，用水量控制在2 250 m3/hm2以內(nèi)，實現(xiàn)產(chǎn)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(nèi)降雨量達到150～300 mm的情況下，澆灌水控制在750 m3/hm2，玉米產(chǎn)量實現(xiàn)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(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。底肥采用復合肥，追肥用尿素。播種前4～5 d根據(jù)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(tǒng)調(diào)節(jié)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(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，節(jié)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(chǎn)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(jù)降雨量、土壤墑情、生長時期澆灌。試驗管理接近當?shù)厣a(chǎn)條件。

1.2.3試驗數(shù)據(jù)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(chǎn)量，試驗種植面積按收獲面積進行折算。產(chǎn)量數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)結果折算為每公頃的產(chǎn)量，計量單位精確至1 kg/hm2。

表1水肥管理與產(chǎn)量結果

種植模式品種播期月-日播種量kg/hm2密度株（穗）/hm2底肥（復合肥） kg/hm2追肥（尿素）kg/hm2造墑水m3后期灌水m3成熟收獲期月-日目標產(chǎn)量kg/hm2實際產(chǎn)量kg/hm2

覆膜玉米-德美亞2號03-1928.56.3萬60037545090007-057 5007 875

谷子模式張雜谷8號07-077.572.5萬60037545060010-154 5004 050

冬小麥-玉米良星9910-12210.044.5萬6003754501 50006-096 7507 290

模式（CK）鄭單95806-1328.56.3萬60037545072010-089 0009 324

2結果與分析

2.1成本計算

由于農(nóng)資價格的不穩(wěn)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(nóng)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

投入項目覆膜玉米-谷子模式德美亞2號張雜谷8號冬小麥-玉米模式（CK）良星99鄭單958

種子投入675825840675

耕作費4504507500

播種費300300300300

地膜費240000

肥料1 5601 5601 5601 560

農(nóng)藥300450525300

人工投入3 0002 2503 7502 250

水費1 3501 0501 9501 170

收割費450450450450

其他150200150160

合計8 4757 53510 2756 865

2.2產(chǎn)出對比

由表3可知，通過對比，覆膜玉米-谷子模式的產(chǎn)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(chǎn)量、產(chǎn)值對比

種植模式品種產(chǎn)量∥kg/hm2收入∥元/hm2

覆膜玉米-谷子模式德美亞2號7 87517 325

張雜谷8號4 05021 870

冬小麥-玉米模式良星997 29018 954

（CK）鄭單9589 32420 512

2.3經(jīng)濟效益

采用1 m3水產(chǎn)出的經(jīng)濟效益和每公頃的經(jīng)濟效益為標準，計算公式為：

J=Z÷H

Z=X+Y-M-N

H=W+V

式中，J為1 m3水產(chǎn)出的經(jīng)濟效益（元/m3）；

Z為種植模式全年每公頃的經(jīng)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(jīng)濟產(chǎn)值（元/hm2）；

Y為后茬作物每公頃的經(jīng)濟產(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。

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)濟效益對比

種植模式投入成本M+N∥元/hm2產(chǎn)出X+Y∥元/hm2經(jīng)濟效益Z∥元/hm2耗水量H∥m3/hm21 m3經(jīng)濟效益J∥元/m3

覆膜玉米-谷子模式16 01039 19523 1852 4009.66

冬小麥-玉米模式（CK）17 14039 46622 3263 1207.16

3結論與討論

（1）經(jīng)濟效益除受到產(chǎn)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(wěn)定在一定范圍內(nèi)。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(chǎn)量雖低于傳統(tǒng)模式（CK），但由于谷子價格較高，其經(jīng)濟效益基本與傳統(tǒng)模式（CK）相當。

（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，其次為肥料費和澆灌水費。如若取得更大的經(jīng)濟效益，必須進一步實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的機械化，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(tǒng)模式（CK）更節(jié)水。

（3）糧食是人類的基本生活資料，是國家的重要戰(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)濟效益基本相同的情況下，種植模式的改變應以糧食生產(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，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。

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