青贮玉米农艺节水技术的研究进展

杨锦越，赵晓燕，沈建华，任 洪，王 伟，王 竹

(贵州省农业科学院旱粮研究所，贵州贵阳 550006)

青贮玉米具有营养丰富，适口性好，消化率较高，耐贮藏等优点，作为优质畜牧业发展的必要饲料来源之一，青贮玉米的需求量日益增大，但在实际生产中，我国青贮玉米的种植区域主要分布于干旱或半干旱地区，且有灌溉条件的农田较少，为了解决青贮玉米生产与干旱之间的矛盾，克服地表水源不足和地下水资源缺乏的现状，提高青贮玉米经济效益、生态效益和社会效益，研究青贮玉米农艺节水栽培技术显得尤为重要，笔者分别从耐旱品种选育、耕作保墒、覆盖保墒、水肥耦合、作物布局以及化学调控方面综述了青贮玉米农艺节水栽培技术的研究进展，以期为青贮玉米农艺节水技术的研究与推广应用提供参考依据。

1 农艺节水的概念

农艺节水是节水农业的重要组成部分，主要包括耕作保墒、覆盖保墒、秸秆还田增肥保水、水肥耦合、调整作物布局、选用抗旱型品种和化学调控等技术措施，根据种植区域的气候条件、地形地貌、经济条件等因素，选择适宜的品种及配套的耕作和种植方式，采用合理的施肥、灌溉、覆盖、化学调控等技术措施，抑制土壤水分蒸发和和作物奢侈蒸腾，使节水条件下作物产量最大化，最大限度提高农田水分利用效率，最终达到节水、高产、高效的目的。由于农艺节水是科技工作者与广大农民长时间在传统耕作技术基础上不断改进、提高、总结形成的新技术，因此具有投资少、见效快、易推广、易实施、易掌握等特点，更加容易使农户接受，具有大范围、大面积推广应用的基础。在实际生产中，为使农艺节水大范围发挥实效，体现节水的实质，需要根据作物生长发育过程，合理选择技术类型，保证农艺节水技术与农作物生长之间的吻合性，从而增加作物收成，提高水分的利用效率。

2 青贮玉米农艺节水技术的研究进展

干旱是制约我国青贮玉米产业发展的第一非生物胁迫因素，耐旱品种的选育是玉米生物防控，实现抗逆丰产的基础。在降水量少、易出现干旱的地区，选用抗旱性能、丰产性能好的青贮玉米品种是提高水分利用效率、促进其增产增收的有效措施。关于耐旱品种的选育，主要集中在玉米耐旱分子育种和耐旱品种或自交系筛选与评价两个方面。其中，在玉米耐旱分子育种方面，国内外一些学者通过利用分子标记辅助选择、基因编辑技术、转基因等技术已经进行了大量研究，柳思思利用关联分析方法发掘与耐旱密切相关的优异等位基因变异，结果发现编号为PZA0355.1和PZA01671.1的SNP与多个耐旱性状表型相关比较密切，基于这两个功能SNP变异位点可分别开发CAPS标记dhnC397和rspC1090，用于分析和验证不同种质材料的耐旱性，有利于耐旱性品种的选育；Shi等利用CRISPR-Cas 的先进育种技术来生成 ARGOS8 的新变体，ARGOS8基因转录物水平升高，使得干旱胁迫对玉米产量的影响减弱，提高了玉米耐旱性。在玉米耐旱品种或自交系筛选及评价研究方面，主要从耐旱性与形态特征、耐旱性与生理生化特征、耐旱性与品质特征等方面进行探索，利用灰色关联度、模糊隶属函数等数学统计分析方法，计算出抗旱指数，对品种或自交系的综合耐旱性进行评价，筛选出耐旱品种或自交系，并提出评价青贮玉米材料耐旱性的关键指标，何文铸等研究发现，在众多农艺及生理性状指标中，要获得丘陵旱区耐旱性好的青贮玉米，可根据根冠比、叶面积、叶绿素含量、光合速率这4个关键指标来进行辅助选择，其可靠程度达到极显著水平；贾钰莹等利用五级评分法对21份辽宁省主推及新审定玉米品种耐旱性进行评价，得出迪卡516和辽单588品种耐旱性极强，株高、穗位、叶绿素含量、叶面积、根系干重、气生根层数、气生根数等7个指标可作为耐旱鉴定指标。可见，不同的分析方法得出耐旱鉴定指标尚无统一认识，但都是通过综合分析干旱胁迫下植株各性状指标的变化，因此得出的结果都可以作为选用或选育耐旱品种的依据。

耕作保墒技术是通过耕、耙、耱、锄、压等一整套有效的土壤耕作措施，改善土壤耕层结构，更好地纳雨蓄水，将土壤水、地下水、大气降水进行合理调控，尽量减少土壤蒸发和其他非生产性水分消耗，为作物生长发育和高产稳产创造一个水、肥、气、热相协调的土壤环境，农艺措施包括深耕深松保墒、耙耱保墒、重镇压提墒、少耕免耕保墒、中耕保墒等；其中，深耕深松保墒是使用深松机械将犁底层耕松，利于作物根系生长，提高水分利用率；耙耱保墒是使土块碎散，土面平整，耕作层上虚下实，利于提高土壤蓄水能力，减少地面径流，促进作物出苗生长；重镇压提墒是土壤墒情不足时采取的一种抗旱保墒措施，促进种子与土壤密切接触充分吸收水分，提高发芽率；中耕保墒是在作物生育期内进行的土壤耕作，可减少土壤水分蒸发；少耕免耕保墒是不翻动土层，减少了水分蒸发和水土流失，提高了土壤蓄水和保墒能力。在实际生产中，中耕保墒技术使用较多，可以有效去除杂草，疏松土壤，减少与青贮玉米发生争光、生长空间、养分和水分的现象，增加土壤的通透性，促进土壤中微生物的生长，提高土壤肥力，是一种高效节水技术；目前，青贮玉米种植多数以人工中耕除草保墒或使用化学除草剂为主，今后应在机械化中耕除草保墒、机器人中耕除草保墒等方面加强技术研究。

在青贮玉米生产中，覆盖保墒是一项比较常用的技术，主要以地膜覆盖为主，可减少土壤水分蒸发和地表径流，增温保墒，提高水资源利用率的效率，增产效果明显，普遍性较强；针对普通地膜和生物降解膜都有相关研究，内蒙古锡林浩特市牧区使用地覆膜覆盖对提高地温和土壤水分效果最优，比较适用于水资源相对紧缺的北方寒冷地区，可以显著提高鲜食玉米产量、株高和茎粗；河北省沧州市生态区覆膜宽窄行较露地栽培有效提高青贮玉米的抗倒伏性、株高、茎粗等农艺性状，增产17.69%～20.27%。半干旱黄土高原区使用生物可降解地膜垄沟集雨沟覆盖可显著提高水分利用效率，增产效果明显。综合前人研究得出，青贮玉米覆盖保墒技术节水增产效果显著，但在青贮玉米实际生产中，以普通地膜为主，生物可降解地膜使用较少，因此，为了使生物降解地膜得到大面积推广与利用，需加强对低成本、环境友好型生物降解地膜的研究；另外，青贮玉米收获后，可进一步开展青贮玉米一膜两季节水增效技术的研究，大幅度提高资源利用率。

水肥耦合是利用水分和肥料之间的协同效应、拮抗效应和叠加效应，水分和施肥在时间、数量和方式上合理配合，达到以水促肥，以肥调水，提高水分和肥料利用率，增加作物产量和改善品质的目的。如何控制好灌水量和施肥量，作物产量和水分利用率才达到最大化，是近年来国内外专家研究的热点。王军等研究表明，当灌溉水平为1 531.66 m/hm、施肥水平为119.94 kg/hm时，青贮玉米产量达到最大；刘虎等通过建立二元回归方程得出，灌溉量为4 200 m/hm、施肥量195 kg/hm时，产量达到最高；王宁研究得出，沟灌方式施肥量为600 kg/hm为最佳试验组合，该组合产量和水分利用效率较高；单宁等研究得出，灌溉定额为2 520 m/hm、追肥量为594 kg/hm(纯N为273.24 kg/hm)，可促进作物进行光合作用，持续供给作物生长必要的养分，保持土壤水分，有利于青贮玉米鲜生物产量。综上可知，产量和水分利用率达到最优条件下，不同生态地区最佳灌水量和对应施肥量有差异，在研究其水肥耦合规律时，应结合所在区域的气候条件开展综合性研究，不仅要考虑充分利用水肥资源，还需考虑青贮玉米产量和品质达到最优。

作物布局是指农作物在一定的地区内及不同地区间的地域分布，也包括一个生产单位(如农场)种植作物的种类、面积与田块配置。在水利条件差的缺水旱作区域，通过调整和改善农作物的整体布局，可以提高水资源利用效率。随着我国畜牧养殖业的不断发展，合理作物布局是青贮玉米高产高效生产的重要措施，研究认为，黄淮海广大平原区双季青贮地膜玉米-玉米模式优于传统模式冬小麦-夏玉米，可以提高干物质生产率、总辐射利用效率、热量资源生产效率提高、水分生产效率。沈阳地区马铃薯复种青贮玉米模式的第2季青贮玉米的光、热、水资源分配率明显优于覆膜鲜食玉米复种青贮玉米，最终的资源生产效率也明显提高。气候变化背景下，冀西北地区青贮玉米种植区从北到东南总体呈现“最适宜区-适宜区-次适宜区-不适宜区”的分布格局，建议最适宜种植中早熟品种，适宜区种植中晚熟品种，次适宜区和不适宜区的种植模式进行调整并减少种植面积。可见，合理的作物布局可充分发挥各地区自然资源和经济条件的优势，提高农作物的产量和质量，取得较好的经济效益、生态效益和社会效益；另外，由于气候变化影响作物布局，因此，气候变化背景下不同生态区青贮玉米适宜的作物布局是今后重要的研究方向。

化学调控节水技术是利用化学调节剂调控作物吸收水分和土壤水分蒸发，提高作物水分利用效率的有效措施。在节水方面，化学调控技术主要通过利用保水剂来实现，当土壤中使用保水剂时，可提高土壤保水性能，减少土壤水分蒸发和流失；有关化学调控技术在青贮玉米生产中的应用研究相对较少，主要集中在增强植株抗倒伏能力和产量方面，针对青贮玉米使用保水剂的研究报道很少，但初步研究得出，在保证水肥充足的条件下，施用农用保水剂能提高青贮玉米的产量，增加其产值。由于不同类型的保水剂在经济适用、保水能力、生态环保等方面有差异，应针对不同气候类型和土壤条件，更深入的开展保水剂对青贮玉米产量和品质的研究，并对生态效益、经济效益和社会效益做出合理的评价。

3 展望

我国是一个水资源匮乏的国家，与西方国家相比，我国的灌区水资源利用率处于较低水平，一般为30%～40%，而西方国家能达到70%～80%，说明部分灌溉区易形成水资源浪费的负面状况，另外，我国许多地区因地形地貌、经济条件等因素的限制，缺乏工程设施节水的安装条件，因此，在农业生产中很有必要继续加强农艺节水技术的研究与利用。国内外许多实践经验表明，农艺节水技术既可降低农业用水的投入成本，又能保证作物稳产增收，在缺乏灌溉条件的青贮玉米生产区域研究与推广农艺节水技术，对青贮玉米高产、优质、节本、高效生产具有重要的意义。尽管农艺节水技术在青贮玉米生产中已被广泛应用，但在应用推广过程中仍存在一些问题：一是农户节水意识仍然淡薄，在许多农村地区，没有意识农业节水的重要性，依旧是“靠天吃饭”；二是缺乏机械化与农艺节水技术的融合，农艺节水技术的实施还是较为传统；三是多数地区没有根据当地的自然资源条件和经济水平来选择适宜的农艺节水技术；四是农艺节水技术理论体系还不够成熟，与实践过程中出现的预期结果存在较大差距。

针对以上提出的问题，建议今后拟重点研究以下几个方面。

(1)气候变化背景下农艺节水技术对复杂多变生态环境的适应性研究。为提高青贮玉米对气候变化的适应能力，需加强农艺节水技术生态适应性研究，各地区因地制宜选择农艺节水技术，从而利于青贮玉米生产区域适应气候变化，提高农业防灾减灾能力。

(2)农机与农艺节水综合配套技术体系研究。目前，青贮玉米农艺节水技术多数以人工操作为主，比较费时费工费力，研究节水效果好、操作简单、成本较低、便于农民采用的农机农艺节水技术是今后研究热点。

(3)完善农艺节水技术理论体系，提升整体效益。农艺节水技术领域在研究过程中，虽然取得了一定的研究成果，但在实际推广应用中，各单项技术之间缺乏有效的连接与集成，没有完全形成一套完整的技术理论体系，导致整体效益没有得到充分发挥，因此，在今后研究过程中，应加强农艺节水技术集成体系和应用模式方面的研究。