河北低平原区早熟玉米－谷子种植模式的耗水量与产量研究

李爱国，李和平，宋聪敏，李积铭，张玉兰，宋庆荣 (河北省农林科学院旱作农业研究所，河北衡水 053000)

粮食是人类赖以生存的物质之一，粮食生产对国计民生至关重要。河北省低平原区农业生产以粮食作物为主，粮食作物以一年两熟制［1］的冬小麦—玉米为主。冬小麦为高耗水作物，浇灌水源主要依赖对地下水的开采［2］，其生产用水占河北省农业用水的70%，占河北省总用水量的50%左右［3］。河北省低平原区属半干旱地区，地下水连年严重超采，已经形成了多个较大的地下漏斗区［4］，生态环境受到严重影响。地下水超采综合治理已经纳入国家战略。2014年，河北省出台了相关文件，以调减依靠深层地下水灌溉的小麦种植面积为重点，在衡水、沧州、邢台、邯郸等地的34个县(市、区)，减少灌溉小麦种植面积5．07万 hm2，减少用水2 700 m3/hm2，实现地下水压采 1．37 亿 m3［5］。在一年两熟制不变的情况下，调整粮食作物轮作种植方式，选择生育期短的早熟玉米进行春播地膜覆盖，减少土壤水分蒸发量，玉米在7月1～5日前成熟，可实现与下茬作物谷子进行轮作，达到节水高效［6］目标。笔者研究2种粮食作物玉米－谷子种植模式，通过调整播期对其生育期进行掌控，并对试验数据进行汇总，与传统模式的耗水量、产量、经济效益进行对比分析，为节水高效栽培提供依据。该试验地点设在河北省农林科学院旱作农业研究所试验站内，气候条件、土壤条件与河北省中南部低平原区相同或相近，具有代表性。

1 材料与方法

1．1 供试材料 玉米品种为德美亚2号［7］。德美亚2号是由德国KWS公司选育的早熟、高产、抗逆性强玉米杂交种，河北省低平原区夏播90 d左右。在河北省低平原区3月中旬地膜覆盖播种，可在7月上旬成熟，早春播全生育期115 d左右，幼苗拱土能力强，发苗快，耐低温。幼苗期第一叶鞘紫色，第一叶尖端圆匙型、叶片绿色，茎紫色;株高260 cm、穗位高88 cm，果穗圆锥型，穗轴红色，成株叶片数13片，穗长18 cm、穗粗4．5 cm，穗行数14～16行，在适宜种植区出苗至成熟生育日数为108 d左右，需≥10℃活动积温2 000℃左右［8］。子粒偏硬粒型、黄色。品质分析结果: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%，赖氨酸 0．137%［9］。接种鉴定结果:大斑病 3 ～4级，丝黑穗病发病率15．6% ～19．1%。

谷子品种为张杂谷8号［10］。张杂谷8号是由张家口市农业科学院选育的抗除草剂谷子品种，在河北省低平原区7月10日种植，10月1～10日可成熟，生育期113～116 d，绿苗黄鞘，分蘖0～2个，株高140 cm左右，穗长24 cm。棍棒穗型，穗码松紧适中。千粒重3 g，抗病抗倒抗旱，白谷黄米适口性好，全生育期需有效积温2 400℃。

对照种植模式为冬小麦—夏玉米模式。冬小麦品种为良星99［11］。对照冬小麦品种良星99，由山东良星种业有限公司选育，属半冬性中熟品种，生育期253 d左右。幼苗半直立，抗旱性较强，株高76 cm，株型较紧凑，分蘖力强，成穗率高［12］。叶色浓绿，穗长方形，长芒，白壳，白粒，角质，千粒重44～47 g，平均穗粒数 35．7个，子粒较饱满。穗数 534万/hm2，容重793．2 g/L。抗倒性强。子粒粗蛋白(干基)14．42%，湿面筋 31．8%，沉降值 29．8 ml，吸水率 63．3%，形成时间 2．8 min，稳定时间 3．2 min［13］。

对照夏播玉米郑单958［14］是由河南省农业科学院粮食作物研究所以郑58为母本、昌7－2为父本［15］杂交育成的中早熟玉米单交种，植株清秀、株型紧凑，叶片较窄而上冲;株高235 cm，穗粒高98 cm。穗筒型，长17．9 cm，穗粗 5．1 cm，穗行数14～16行，行粒数40;白轴，子粒黄色，粒深，结实性好，出子率88% ～90%，千粒重300～330 g，单穗重一般180 g左右［16］。抗倒抗病:根系发达，抗倒性强、耐旱、耐高温、活秆成熟。高抗矮花叶病毒、黑粉病，抗大、小斑病，同时对粗缩病、茎腐病和玉米螟及食叶虫等病虫害也有很好的抗性。

1．2 试验方法

1．2．1 试验目标设定。根据河北省中南部低平原区生产情况及试验小区情况，设定具有代表性的目标产量及水肥管理。通过对3月中下旬平均气温变化掌控播期，使地面覆盖早春播玉米在7月上旬成熟。在正常年份4～6月降雨量达到25～40 mm的情况下，浇灌水控制在1 500 m3/hm2，玉米产量实现7 500 kg/hm2左右目标;下茬作物谷子在7月上旬播种，10月上旬成熟。在正常年份，谷子生育期内降雨量达到60～150 mm的情况下，将谷子浇灌水控制在750 m3/hm2，实现谷子产量约4 500 kg/hm2的目标。

冬小麦播期为10月中旬，次年的6月上旬成熟。通过对土壤墒情的监测，进行造墒、冬灌、返青拔节水、灌浆水统筹，在正常年份4～6月降雨量达到15～30 mm的情况下，用水量控制在2 250 m3/hm2以内，实现产量6 750 kg/hm2的目标。夏播玉米在收获小麦后贴茬播种，种植密度63 000株/hm2，在正常年份，夏播玉米生育期内降雨量达到150～300 mm的情况下，浇灌水控制在750 m3/hm2，玉米产量实现9 000 kg/hm2以上目标。

1．2．2 试验田间管理。覆膜玉米播种时间在3月中下旬，平均气温稳定在10～12℃，地膜覆盖土壤平均温度在15～18℃，即可地膜覆盖播种玉米。底肥采用复合肥，追肥用尿素。播种前4～5 d根据土壤墒情进行定额灌溉造墒，灌溉设备采用多功能水肥一体定额灌溉机［17］，通过控制系统调节灌溉水量，达到以墒定水量，且水量均匀一致，墒情均匀适宜。

谷子在玉米成熟后进行精量播种，播种期不晚于7月10日，试验材料张杂谷8号为抗除草剂品种，喷洒专用除草剂，可有效防治杂草。播种期如遇伏旱，可结合前茬玉米灌浆水实现一水两用。因谷子为低秆作物，浇灌水可使用多功能水肥一体定额灌溉机，节水省工省时。底肥采用复合肥，追肥用尿素。灌浆后期，应注意防止鸟食。

对照种植模式冬小麦底肥采用复合肥，追肥用尿素。因小麦为矮秆作物，便于机械操作，造墒、越冬水、返青水、灌浆水均采用多功能水肥一体定额灌溉机，以墒定水量，墒情均匀适宜。其他管理条件与生产相同或相似。夏播玉米播种、施底肥同时进行，底肥用复合肥，播种后浇灌“蒙头水”，出苗前喷洒除草剂。根据降雨量、土壤墒情、生长时期浇灌。试验管理接近当地生产条件。

1．2．3 试验数据采集与计量。试验设3个重复，每个重复面积为667 m2。播种量与施肥量均按照设计实施(表1)，定额灌溉机安装计量表，计量单位精确到0．1 m3，试验计算水量时，每公顷精确至1 m3。种植行向为南北走向，收获时将左右两边行舍去，不计入试验产量，试验种植面积按收获面积进行折算。产量数据采集时玉米含水量达到储藏标准为12%，谷子达到储藏标准12%，小麦达到储藏标准12%，数据结果折算为每公顷的产量，计量单位精确至1 kg/hm2。

表1 水肥管理与产量结果

2 结果与分析

2．1 成本计算 由于农资价格的不稳定性，在进行核算时，参考当年价格与前3年的平均价格进行核算成本投入。需成本核算的农资价格(P)，当年的价格(P1)，3年的平均价格(P2)，计算公式为:P=P1×60%+P2×40%，成本投入见表2。

表2 成本投入 元/hm2

2．2 产出对比 由表3可知，通过对比，覆膜玉米－谷子模式的产值高于冬小麦－玉米模式。计算收入时，玉米单价按2．2元/kg，小麦按2．3 元/kg，谷子按5．4 元/kg计。

表3 产量、产值对比

2．3 经济效益 采用1 m3水产出的经济效益和每公顷的经济效益为标准，计算公式为:

式中，J为1 m3水产出的经济效益(元/m3);Z为种植模式全年每公顷的经济效益(元/hm2);H为种植模式全年每公顷的耗水量(m3/hm2);X为前茬作物每公顷的经济产值(元/hm2);Y为后茬作物每公顷的经济产值(元/hm2);M为前茬作物每公顷的成本支出(元/hm2);N为后茬作物每公顷的成本支出(元/hm2);W为前茬作物每公顷的耗水量(m3/hm2);V为后茬作物每公顷的耗水量(m3/hm2)。J值越高，则说明1 m3水产生的经济效益越大。在正常范围内，J值反映了作物的抗旱节水性能。

由表4可知，经济效益Z:覆膜玉米－谷子模式略高于传统冬小麦－玉米模式(CK)，基本相当。耗水量H:覆膜玉米－谷子模式低于传统冬小麦－玉米模式模式(CK)。1 m3产出的经济效益:覆膜玉米－谷子模式高于传统冬小麦－玉 米模式(CK)。

表4 经济效益对比

3 结论与讨论

(1)经济效益除受到产量的影响外，也受到价格因素的影响。近年来，玉米、小麦价格虽然逐年提高，但基本稳定在一定范围内。随着人们消费意识的改变和市场的供需变化，谷子2012～2014年来的价格始终维持在较高水平，市场需求旺盛。覆膜玉米－谷子种植模式生物产量虽低于传统模式(CK)，但由于谷子价格较高，其经济效益基本与传统模式(CK)相当。

(2)在研究的种植模式与传统种植模式中，投入最多的为人工费，其次为肥料费和浇灌水费。如若取得更大的经济效益，必须进一步实现农业的机械化，减少人工投入。另一方面，由于水资源匮乏，节约农业用水非常必要，让尽可能少的水产生最大化的经济效益是改变种植结构的重要目标之一。在同等的效益下，早熟覆膜玉米－谷子种植模式比传统模式(CK)更节水。

(3)粮食是人类的基本生活资料，是国家的重要战略物资［18］。粮食在人类生产生活中承载着无法替代的重要使命，粮食必须稳定在一定的生产水平。在同样用水量和经济效益基本相同的情况下，种植模式的改变应以粮食生产模式为主体。该研究的早熟覆膜玉米－谷子种植模式与传统模式(CK)效益相当，但节水效果明显，并且是粮食生产种植模式，值得在适宜区域推广。

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