论文部分内容阅读
摘要 阐述了玉米节水灌溉技术、农田覆盖技术、耕作技术和化学调控等节水栽培技术原理、作用、技术要领，以期为实现玉米优质、高效和可持续发展提供参考。
关键词 玉米；节水栽培；农作物生产
中图分类号 S513 文献标识码 B 文章编号 1007-5739（2016）11-0067-02
玉米是世界上最主要的粮食作物，自20世纪后半叶以来，全世界对该作物的需求快速增长，该作物兼具粮食和工业加工原料的作用[1-3]。玉米属于C4植物，叶片阔大，蒸发量高，而玉米在我国主要分布于我国的西北、北部地区，该区域缺水明显，是典型的干旱地带。节水技术成为发展玉米生产的关键性因素。
节水栽培特点是“一少一多”：即以“少”水量促进农作物产量“多”，其实施途径是充分利用土壤蓄水和天然降水，降低人工灌溉用水量，作物稳产、增产，拓宽旱地农业发展的一条途径。因此，充分掌握玉米需水规律，采取科学、配套的节水灌溉技术，发挥玉米高产性能潜力至关重要[4-5]。
1 玉米节水灌溉技术发展情况
作物干旱问题不仅与田间水量有关，也与农田蓄水环境有关，在田间水量供给不足的情况下，改善后者，可满足作物生长发育的需求，缓解干旱问题。长期以来，我国主要通过大水漫灌技术增加田间水量，但由于田间水利基础设施不足，我国每年灌溉水被浪费达 20 %，水分主要通过2个渠道损失，一方面从渠道渗漏，另一方面从地面蒸发，前者损失高达50%。鉴于大水漫灌的缺点，我国水利工作者提出“滴灌技术”“喷灌技术”和“波涌灌溉”，均取得良好的效果。
随着我国社会经济的发展，学者对于节水灌溉的研究经历了从外部建设、需水规律和内部机理3个阶段，研究机理逐步深化，不断向纵深推进[6-8]。
第1阶段是外部建设。该阶段在20世纪50—60年代。学者开始对玉米节水灌溉进行研究，重点主要集中在加强田际沟渠的基础设施建设和田间的土壤储备，减少输水渠道即田間沟渠运输的渗漏损失，降低田间的渗漏，以保障运输水量最大限度地用于灌溉。
第2阶段是需水规律研究。该阶段在20世纪70—80年代初期。随着外部水量的供给限制，开始研究玉米的生理需水规律，主要聚焦在如何合理运筹水分确保玉米获得高产。主要研究在苗期、拔节期、大喇叭口期、成熟期等不同的关键生育期水分处理，对玉米生长发育和产量的影响，集中研究气象条件、土壤成分、理化性质等生态环境因子对玉米需水量的影响，取得了显著成果，奠定玉米节水灌溉理论基础。但该阶段对于玉米本身的水分内部生理机理研究涉及较少。
第3阶段是内部机理研究。该阶段时间在20世纪90年代至今。在我国华北、东北、西北等干旱和半干旱地区，可利用灌溉水资源逐渐减少，传统的 “高产充分灌溉”已经不适应当前水利的现实，“节水优产灌溉”成为现实选择。非充分灌溉成为学者及玉米专家研究的重点，玉米节水灌溉技术研究逐渐由需水规律研究转向内部机理研究。调亏灌溉技术理论和控制性分根交替灌溉技术理论对玉米内部机理节水灌溉研究影响最深远。试验表明，玉米内部对水分胁迫（干旱）具有一系列的生理调节机制，作出保护性反应，如气孔关闭、根系下扎、改变光合同化物运输方向等，最大程度避免因水分胁迫而大幅减产。
2 覆盖节水技术
2.1 秸秆覆盖节水技术
在玉米地覆盖玉米秸秆、小麦秸秆、麦糠或其他，可产生保水的效果，一方面有效降低地表的水分蒸发量，另一方面拦截地表径流和降雨，保留土壤水分。促进根系发达，增大吸附面积，增强玉米吸肥吸水能力。一是节水保墒效果。王海景等[3]认为，玉米秸秆覆盖具有显著的节水保墒作用，与常规耕作田相比，秸秆覆盖处理可有效利用天然降水，原料易得经济性好，效果明显，广泛适用，可操作性强。秸秆覆盖处理可使玉米全生育期0～50 cm的土壤含水量平均增加1.65%～1.95%，这对于我国华北、东北、西北等干旱和半干旱地区玉米的生长发育具有积极的作用。二是缓解旱情作用。在长期干旱情况下，秸秆覆盖覆盖与不覆盖处理的节水保墒效果差异不显著，但能有效缓解旱情。一般情况下，覆盖田在覆盖秸秆7 462～14 925 kg/hm2的范围内，土壤含水量与秸秆覆盖量呈正比。在持续干旱条件下，秸秆覆盖保墒效果比地膜覆盖更佳。三是增加水分渗透。玉米秸秆覆盖地表可缓解降水对地块的直接撞击，避免和减少了水分溅击，增加农田水分入渗，减少了地表的径流量，降水入渗速度较不覆盖处理快。刘跃平等研究认为，通过玉米整秸秆覆盖处理，较常规耕作方式地表径流量减少56%～58%，聚水效果明显。土壤侵蚀降低50%～58%，蒸发量降低30%～34%，降水利用率提高42%～44%，平均增产28.8%～31.3%，增值26.8%～28.7%。玉米秸秆含有丰富的有机质及营养元素，覆盖腐烂后，成为有效的有机肥料，可明显改善土壤肥力。据研究表明，玉米秸秆覆盖均增产20%，干旱年份增产幅度更为显著，可达30%以上。
2.2 地膜覆盖技术应用
1979年，我国从日本引进地膜覆盖栽培技术，并应用于栽培蔬菜。鉴于地膜覆盖具有显著的保水、增温效应，可有效增产，研究人员针对增产机理进行深入探讨和研究。谢文认为，垄作覆盖栽培处理较平作栽培处理的的玉米产量高，以绿肥垄作覆盖地膜的产量在所有处理中最高，增产幅度为587.15～1 322.15 kg/hm2，平均增产36.15%。经过长期实践检验，玉米地膜覆盖可有效提高产量提升品质。
我国以春玉米地膜覆盖为主，集中在西北干旱缺水地域应用广泛。在春玉米栽培期间，采用垄作和覆盖栽培方式能明显提高土壤水分含量，减少用水量，明显提高玉米产量。垄作覆盖处理的土壤容重较平作处理平均降低0.65 g/m3，孔隙度平均提高加3%，土壤速效磷、速效钾、碱解氮含量有所上升，而全氮、有机质有所下降。
3 耕作节水技术主要形式和作用 根据不同地域、不同地力、不同耕作技术，耕作节水技术主要分为深耕蓄墒技术、耙平保墒技术和镇压提墒技术3类[9-10]。
3.1 深耕蓄墒技术要点和作用
从长期的实践来看，秋季深耕的田块比浅耕的田块土壤含水量高50%，能促进翌年玉米的根系发育，并向土壤深处延伸，扩大水分和肥料的吸收范围。
在秋季开展深耕，一般深度为18～22 cm，一方面可有效打破犁底层，增加活土层厚度，增加耕层厚度，大幅度改善土壤的透气透水性。另一方面可切断深层土壤的毛管孔隙，致使下层土壤水分无法运输补给蒸发，经过冬季雨水浸润，有利于春季田间保墒。综上所述，秋季深耕，有利于土壤通透空气兼具保墒作用。同时，秋季深耕增强土壤活力，促进养分转化；破坏病虫害滋生的环境，从源头控制了病虫害发生；深耕影响了杂草种子的生长发育的环境，抑制了杂草的生长。研究表明，通过土壤深耕，玉米根层的有效水分平均可增加4.8%，渗透率可提高13.5%，产量可提高9%～12%。
在“三伏”期间的降水前起垄培土，可提高土壤蓄水量19%～21%。胡振琪认为，深耕方式可显著改良土壤容重、疏松度等物理特性，与穿透阻力相比，对土壤容重和水分入渗率的影响较大。玉米产量随着耕作的深度越深，产量越高，耕作深度70～90 cm的产量最高。
3.2 降低地面蒸发技术要点和作用
降低地面蒸发技术分为耙平保墒技术和镇压提墒技术。耙平保墒技术核心要点在于时间和操作技术。在时间上，主要在秋季和春季，利用秋耙，春季顶凌耙，利用土壤的冬春冻融交替的理化作用，防止“返浆水”的蒸发，达到保墒的目的。耙平保墒可平整土地表面，压紧耕层，促进地表土匀细，在上层形成疏松的细土覆盖层，在下层切断土壤毛管孔隙向上疏松渠道，减少土壤水分的大量蒸发，实现保墒目的。
而镇压提墒技术的核心技术原理与耙平保墑一致，在技术操作上是指在玉米下种后，开展土壤镇压可压碎土壤颗粒，压实地表裂隙，减少地面气态水扩散，促使土粒紧密结合，实现保墒作用。同时，镇压还可联通土壤下层毛细管，引导下层土壤水分上升到地表而蒸发量减少，实现提墒效果，显著提高土壤田间含水量。
4 玉米化控节水种类机理及应用
4.1 抗旱剂机理及应用
在玉米生产中，抗旱剂能显著提高抗旱能力。抗旱剂原理是通过调节玉米植株内部一系列生化分子浓度，缓解有利元素的消退，保持生理生态稳定水平。具体的生理变化是，抗旱剂在干旱胁迫条件下，可减缓MDA的增加速度，降低SOD的下降幅度，降低玉米叶片细胞膜透性增加速度，同时降低膜质过氧化水平，叶绿素含量和可溶性蛋白的下降速度降低，延缓叶片衰老速率，植株的光合作用和生物产量在干旱持续胁迫下维持在稳定的水平，从而达到有效抗旱的效果。
研究表明，FA 为主要成分的抗旱剂其化学成分是黄腐酸钠，含碳、氧、氢、氮、硫等营养元素，易溶于水，易于植物吸收利用，是一种多功能调节植物生物的抗蒸腾剂。可缩小植物气孔开张度，抑制蒸腾；增加叶绿素含量，加强光合作用；促进根系活力，加快吸收运转；减少土壤水分消耗，改善植株水分状况。用于拌种、叶面喷施。王允青等通过几种农业保水（抗旱）剂对江淮丘陵地区玉米的节水及提高肥料利用率进行田间应用研究。结果表明，施用土壤保水剂（苗乐宝）、抗旱保水剂（旱地龙）可使玉米增产7.6%、6.4%；氮吸收量提高7.6%、5.1%；磷吸收量提高13.2%、8.7%。节水效果显著。
4.2 保水剂应用
王红军研究结果表明，保水剂溶胀度平均可达221.65，吸水倍数平均可达174.3倍；使用保水剂可抑制水分蒸发，增加盆栽玉米土壤含水量。施用保水剂的玉米株高平均增加12.995%，玉米基径增加64.775%，根条数及根干重均优于对照。同时，保水剂能有效延长玉米植株死亡时间达7～10 d。
另外，玉米种植应用保水抗旱型种衣剂，不仅可作用于玉米生长发育，还可明显调节土壤的固、气、液三相的比例组成，有效改善土壤物理生化结构，提高土壤吸附水分能力，增加土壤有效的持水量，显著提高土壤保水保肥性能，为玉米的生长发育和干物质累积提供有利支撑。
5 参考文献
[1] 肖俊夫，刘战东，陈玉民.中国玉米需水量与需水规律研究[J].玉米科学，2008（4）：21-25.
[2] 郭相平，孙景生.玉米节水灌溉技术及其研究进展[J].玉米科学，2000（1）：60-62.
[3] 王海景，王瑞.旱地玉米秸秆覆盖保墒节水效果浅析[J].农业技术与装备，2011（5）：66-67.
[4] 王守海.玉米深耕整地技术[J].现代农业科技，2011（19）：134.
[5] 李映雪，赵致.玉米抗旱与节水栽培技术研究进展[J].贵州大学学报（农业与生物科学版），2002（1）：51-56.
[6] 张光旭，郑元红，胡辉，等.玉米覆盖节水耕作技术研究[J].贵州农业科学，2006（1）：56-58.
[7] 张翊晟.玉米地膜覆盖栽培的优势及栽培技术[J].科技与企业，2012（12）：312.
[8] 吴颖，刘晶.玉米旱作蓄水保墒增产技术[J].农村实用科技信息，2009（7）：7.
[9] 吴艳艳.抗旱剂的研究进展[J].山东化工，2015（3）：69-70.
[10] 何铁光，王灿琴，黄卓忠.玉米节水栽培技术研究进展[J].节水灌溉，2005（6）：14-16.
关键词 玉米；节水栽培；农作物生产
中图分类号 S513 文献标识码 B 文章编号 1007-5739（2016）11-0067-02
玉米是世界上最主要的粮食作物，自20世纪后半叶以来，全世界对该作物的需求快速增长，该作物兼具粮食和工业加工原料的作用[1-3]。玉米属于C4植物，叶片阔大，蒸发量高，而玉米在我国主要分布于我国的西北、北部地区，该区域缺水明显，是典型的干旱地带。节水技术成为发展玉米生产的关键性因素。
节水栽培特点是“一少一多”：即以“少”水量促进农作物产量“多”，其实施途径是充分利用土壤蓄水和天然降水，降低人工灌溉用水量，作物稳产、增产，拓宽旱地农业发展的一条途径。因此，充分掌握玉米需水规律，采取科学、配套的节水灌溉技术，发挥玉米高产性能潜力至关重要[4-5]。
1 玉米节水灌溉技术发展情况
作物干旱问题不仅与田间水量有关，也与农田蓄水环境有关，在田间水量供给不足的情况下，改善后者，可满足作物生长发育的需求，缓解干旱问题。长期以来，我国主要通过大水漫灌技术增加田间水量，但由于田间水利基础设施不足，我国每年灌溉水被浪费达 20 %，水分主要通过2个渠道损失，一方面从渠道渗漏，另一方面从地面蒸发，前者损失高达50%。鉴于大水漫灌的缺点，我国水利工作者提出“滴灌技术”“喷灌技术”和“波涌灌溉”，均取得良好的效果。
随着我国社会经济的发展，学者对于节水灌溉的研究经历了从外部建设、需水规律和内部机理3个阶段，研究机理逐步深化，不断向纵深推进[6-8]。
第1阶段是外部建设。该阶段在20世纪50—60年代。学者开始对玉米节水灌溉进行研究，重点主要集中在加强田际沟渠的基础设施建设和田间的土壤储备，减少输水渠道即田間沟渠运输的渗漏损失，降低田间的渗漏，以保障运输水量最大限度地用于灌溉。
第2阶段是需水规律研究。该阶段在20世纪70—80年代初期。随着外部水量的供给限制，开始研究玉米的生理需水规律，主要聚焦在如何合理运筹水分确保玉米获得高产。主要研究在苗期、拔节期、大喇叭口期、成熟期等不同的关键生育期水分处理，对玉米生长发育和产量的影响，集中研究气象条件、土壤成分、理化性质等生态环境因子对玉米需水量的影响，取得了显著成果，奠定玉米节水灌溉理论基础。但该阶段对于玉米本身的水分内部生理机理研究涉及较少。
第3阶段是内部机理研究。该阶段时间在20世纪90年代至今。在我国华北、东北、西北等干旱和半干旱地区，可利用灌溉水资源逐渐减少，传统的 “高产充分灌溉”已经不适应当前水利的现实，“节水优产灌溉”成为现实选择。非充分灌溉成为学者及玉米专家研究的重点，玉米节水灌溉技术研究逐渐由需水规律研究转向内部机理研究。调亏灌溉技术理论和控制性分根交替灌溉技术理论对玉米内部机理节水灌溉研究影响最深远。试验表明，玉米内部对水分胁迫（干旱）具有一系列的生理调节机制，作出保护性反应，如气孔关闭、根系下扎、改变光合同化物运输方向等，最大程度避免因水分胁迫而大幅减产。
2 覆盖节水技术
2.1 秸秆覆盖节水技术
在玉米地覆盖玉米秸秆、小麦秸秆、麦糠或其他，可产生保水的效果，一方面有效降低地表的水分蒸发量，另一方面拦截地表径流和降雨，保留土壤水分。促进根系发达，增大吸附面积，增强玉米吸肥吸水能力。一是节水保墒效果。王海景等[3]认为，玉米秸秆覆盖具有显著的节水保墒作用，与常规耕作田相比，秸秆覆盖处理可有效利用天然降水，原料易得经济性好，效果明显，广泛适用，可操作性强。秸秆覆盖处理可使玉米全生育期0～50 cm的土壤含水量平均增加1.65%～1.95%，这对于我国华北、东北、西北等干旱和半干旱地区玉米的生长发育具有积极的作用。二是缓解旱情作用。在长期干旱情况下，秸秆覆盖覆盖与不覆盖处理的节水保墒效果差异不显著，但能有效缓解旱情。一般情况下，覆盖田在覆盖秸秆7 462～14 925 kg/hm2的范围内，土壤含水量与秸秆覆盖量呈正比。在持续干旱条件下，秸秆覆盖保墒效果比地膜覆盖更佳。三是增加水分渗透。玉米秸秆覆盖地表可缓解降水对地块的直接撞击，避免和减少了水分溅击，增加农田水分入渗，减少了地表的径流量，降水入渗速度较不覆盖处理快。刘跃平等研究认为，通过玉米整秸秆覆盖处理，较常规耕作方式地表径流量减少56%～58%，聚水效果明显。土壤侵蚀降低50%～58%，蒸发量降低30%～34%，降水利用率提高42%～44%，平均增产28.8%～31.3%，增值26.8%～28.7%。玉米秸秆含有丰富的有机质及营养元素，覆盖腐烂后，成为有效的有机肥料，可明显改善土壤肥力。据研究表明，玉米秸秆覆盖均增产20%，干旱年份增产幅度更为显著，可达30%以上。
2.2 地膜覆盖技术应用
1979年，我国从日本引进地膜覆盖栽培技术，并应用于栽培蔬菜。鉴于地膜覆盖具有显著的保水、增温效应，可有效增产，研究人员针对增产机理进行深入探讨和研究。谢文认为，垄作覆盖栽培处理较平作栽培处理的的玉米产量高，以绿肥垄作覆盖地膜的产量在所有处理中最高，增产幅度为587.15～1 322.15 kg/hm2，平均增产36.15%。经过长期实践检验，玉米地膜覆盖可有效提高产量提升品质。
我国以春玉米地膜覆盖为主，集中在西北干旱缺水地域应用广泛。在春玉米栽培期间，采用垄作和覆盖栽培方式能明显提高土壤水分含量，减少用水量，明显提高玉米产量。垄作覆盖处理的土壤容重较平作处理平均降低0.65 g/m3，孔隙度平均提高加3%，土壤速效磷、速效钾、碱解氮含量有所上升，而全氮、有机质有所下降。
3 耕作节水技术主要形式和作用 根据不同地域、不同地力、不同耕作技术，耕作节水技术主要分为深耕蓄墒技术、耙平保墒技术和镇压提墒技术3类[9-10]。
3.1 深耕蓄墒技术要点和作用
从长期的实践来看，秋季深耕的田块比浅耕的田块土壤含水量高50%，能促进翌年玉米的根系发育，并向土壤深处延伸，扩大水分和肥料的吸收范围。
在秋季开展深耕，一般深度为18～22 cm，一方面可有效打破犁底层，增加活土层厚度，增加耕层厚度，大幅度改善土壤的透气透水性。另一方面可切断深层土壤的毛管孔隙，致使下层土壤水分无法运输补给蒸发，经过冬季雨水浸润，有利于春季田间保墒。综上所述，秋季深耕，有利于土壤通透空气兼具保墒作用。同时，秋季深耕增强土壤活力，促进养分转化；破坏病虫害滋生的环境，从源头控制了病虫害发生；深耕影响了杂草种子的生长发育的环境，抑制了杂草的生长。研究表明，通过土壤深耕，玉米根层的有效水分平均可增加4.8%，渗透率可提高13.5%，产量可提高9%～12%。
在“三伏”期间的降水前起垄培土，可提高土壤蓄水量19%～21%。胡振琪认为，深耕方式可显著改良土壤容重、疏松度等物理特性，与穿透阻力相比，对土壤容重和水分入渗率的影响较大。玉米产量随着耕作的深度越深，产量越高，耕作深度70～90 cm的产量最高。
3.2 降低地面蒸发技术要点和作用
降低地面蒸发技术分为耙平保墒技术和镇压提墒技术。耙平保墒技术核心要点在于时间和操作技术。在时间上，主要在秋季和春季，利用秋耙，春季顶凌耙，利用土壤的冬春冻融交替的理化作用，防止“返浆水”的蒸发，达到保墒的目的。耙平保墒可平整土地表面，压紧耕层，促进地表土匀细，在上层形成疏松的细土覆盖层，在下层切断土壤毛管孔隙向上疏松渠道，减少土壤水分的大量蒸发，实现保墒目的。
而镇压提墒技术的核心技术原理与耙平保墑一致，在技术操作上是指在玉米下种后，开展土壤镇压可压碎土壤颗粒，压实地表裂隙，减少地面气态水扩散，促使土粒紧密结合，实现保墒作用。同时，镇压还可联通土壤下层毛细管，引导下层土壤水分上升到地表而蒸发量减少，实现提墒效果，显著提高土壤田间含水量。
4 玉米化控节水种类机理及应用
4.1 抗旱剂机理及应用
在玉米生产中，抗旱剂能显著提高抗旱能力。抗旱剂原理是通过调节玉米植株内部一系列生化分子浓度，缓解有利元素的消退，保持生理生态稳定水平。具体的生理变化是，抗旱剂在干旱胁迫条件下，可减缓MDA的增加速度，降低SOD的下降幅度，降低玉米叶片细胞膜透性增加速度，同时降低膜质过氧化水平，叶绿素含量和可溶性蛋白的下降速度降低，延缓叶片衰老速率，植株的光合作用和生物产量在干旱持续胁迫下维持在稳定的水平，从而达到有效抗旱的效果。
研究表明，FA 为主要成分的抗旱剂其化学成分是黄腐酸钠，含碳、氧、氢、氮、硫等营养元素，易溶于水，易于植物吸收利用，是一种多功能调节植物生物的抗蒸腾剂。可缩小植物气孔开张度，抑制蒸腾；增加叶绿素含量，加强光合作用；促进根系活力，加快吸收运转；减少土壤水分消耗，改善植株水分状况。用于拌种、叶面喷施。王允青等通过几种农业保水（抗旱）剂对江淮丘陵地区玉米的节水及提高肥料利用率进行田间应用研究。结果表明，施用土壤保水剂（苗乐宝）、抗旱保水剂（旱地龙）可使玉米增产7.6%、6.4%；氮吸收量提高7.6%、5.1%；磷吸收量提高13.2%、8.7%。节水效果显著。
4.2 保水剂应用
王红军研究结果表明，保水剂溶胀度平均可达221.65，吸水倍数平均可达174.3倍；使用保水剂可抑制水分蒸发，增加盆栽玉米土壤含水量。施用保水剂的玉米株高平均增加12.995%，玉米基径增加64.775%，根条数及根干重均优于对照。同时，保水剂能有效延长玉米植株死亡时间达7～10 d。
另外，玉米种植应用保水抗旱型种衣剂，不仅可作用于玉米生长发育，还可明显调节土壤的固、气、液三相的比例组成，有效改善土壤物理生化结构，提高土壤吸附水分能力，增加土壤有效的持水量，显著提高土壤保水保肥性能，为玉米的生长发育和干物质累积提供有利支撑。
5 参考文献
[1] 肖俊夫，刘战东，陈玉民.中国玉米需水量与需水规律研究[J].玉米科学，2008（4）：21-25.
[2] 郭相平，孙景生.玉米节水灌溉技术及其研究进展[J].玉米科学，2000（1）：60-62.
[3] 王海景，王瑞.旱地玉米秸秆覆盖保墒节水效果浅析[J].农业技术与装备，2011（5）：66-67.
[4] 王守海.玉米深耕整地技术[J].现代农业科技，2011（19）：134.
[5] 李映雪，赵致.玉米抗旱与节水栽培技术研究进展[J].贵州大学学报（农业与生物科学版），2002（1）：51-56.
[6] 张光旭，郑元红，胡辉，等.玉米覆盖节水耕作技术研究[J].贵州农业科学，2006（1）：56-58.
[7] 张翊晟.玉米地膜覆盖栽培的优势及栽培技术[J].科技与企业，2012（12）：312.
[8] 吴颖，刘晶.玉米旱作蓄水保墒增产技术[J].农村实用科技信息，2009（7）：7.
[9] 吴艳艳.抗旱剂的研究进展[J].山东化工，2015（3）：69-70.
[10] 何铁光，王灿琴，黄卓忠.玉米节水栽培技术研究进展[J].节水灌溉，2005（6）：14-16.