陜西旱地春玉米水分高效利用技術途徑與展望

凌 莉

（陜西省農業檢驗檢測中心，西安 710003）

玉米是陜西省第一大糧食作物，常年種植面積為113.33 萬hm2（1700 萬畝），而陜北渭北旱作區春玉米種植面積達到46.67 萬hm2（700 多萬畝），接近全省玉米種植面積的一半，是陜西省“第二大糧倉”，春玉米一年一熟是該區主要種植模式。陜北渭北旱作區光熱資源豐富，是我國光能資源高值區，晝夜溫差大，為玉米獲得高產創造了十分有利的條件，促進該區春玉米持續增產對保障陜西省糧食安全和農民增收具有重要意義[1-2]。而近年來受氣候變化影響，該區水資源緊缺與玉米持續增產需求的矛盾日益突出，已成為該區域春玉米種植體系可持續發展的第一限制性因素。因此，保證高產的同時，最大限度地提高水分利用效率一直以來是陜西旱作春玉米生產面臨的重要挑戰之一[3]。從20 世紀60年代開始，西北農林科技大學農學院旱作高效用水研究團隊在覆蓋壟溝集雨春玉米高效用水機制及環境作用研究方面取得了系列進展，指出促進土壤水分的重新分配，改變玉米根系時空分布，進而優化根系吸水，最終提高水分利用效率[4]。隨著近年來氣候變化的加劇和市場對玉米需求的增大，陜西旱作春玉米水分高效利用已不是單一作物層面的研究，而是環境氣候、耕層構建、水肥匹配等多因素互作的研究。近年來科研工作者從節水高產品種篩選與選育、節水灌溉技術及設備研發、溝壟集雨種植優化等方面開展了旱地玉米的大量研究，并取得長足的進展，在一定程度上提高了陜西旱地春玉米水分利用效率[5-8]。本文總結了陜西旱作春玉米種植體系水分高效利用技術進展，并從降雨和灌水資源的分配及水分供應與消耗的角度，提出構建抗旱品種生物節水、覆蓋深松農藝蓄水、智能灌溉高效用水的旱作春玉米節水技術體系，以期為推動該區玉米綠色高效生產與可持續發展提供技術支撐。

1 陜西旱作春玉米生產中水分利用現狀

陜西省多年平均水資源總量423.3 億m3，人均水資源量1092m3，約為全國平均水平的一半，是全國水資源最緊缺的省份之一。由于水資源時空分布不均，陜北和關中僅占全省水資源總量的29%，且65%集中在汛期，多年平均降水量542.5mm，人均水資源量410.5m3，約為全國平均水平的1/5[9]。陜西旱地春玉米分布在渭北黃土高塬雨養區和陜北長城沿線風沙灌溉區，其中渭北黃土高塬雨養區包含銅川市全部和寶雞、咸陽、渭南市北部部分縣區及韓城市，屬于大陸性季風氣候區，多年平均氣溫6.5～15.6℃，年均降水量456.3～657.3mm，降水主要集中于夏季，區域水資源短缺，降水是地表水、地下水以及土壤水的主要補給來源。玉米降雨利用率只有30%～40%，水分生產效率0.4kg/m3，對自然降水的利用效率只有一半[10]。陜北長城沿線風沙灌溉區包括榆林市的定邊、靖邊、橫山、神木、府谷、榆陽等區縣和延安市的吳起縣部分，地勢較為平坦，海拔1200～1500m，生態環境脆弱，土地沙化嚴重，光能資源豐富，是我國光能資源高值區，年均降水量為316.4～445.0mm，7-9 月降水量占全年的59%～76%，蒸發量多在2000mm 以上。年地下水可利用量為5.7 億m3，降水入滲率達80%以上的大片沙地作為貯水庫，玉米灌溉用水系數0.5左右，水分生產效率0.7～0.8kg/m3，低于規范要求的1.2kg/m3，相比有一定差距[11]。因此，充分利用好降雨、土壤水和灌溉水資源是陜西旱地春玉米節水高產高效與可持續發展的重要基礎。

2 陜西旱作春玉米生產中水分高效技術途徑

2.1節水抗旱玉米品種應用生物節水是節水農業的主要方式之一，抗旱節水品種的應用是生物節水的主要內容，科學精準地評價玉米品種的抗旱性和水分利用效率是篩選并利用抗旱節水品種的基礎。許多研究者采用不同的指標來評價玉米的抗旱性[12-13]，如杜偉莉等[14]對玉米形態、生理性狀指標進行灰色關聯和主成分分析，篩選出凈光合速率、實際量子產量、葉綠素含量、葉面積、干物質等指標用于玉米品種抗旱性篩選。而抗旱節水性最終體現在產量上，產量是最重要的綜合抗旱鑒定指標[15]。黎裕等[16]研究基于產量的量化指標，抗旱指數是玉米抗旱雜交種篩選的良好指標，在玉米抗旱性鑒定工作中收到了良好效果。利用抗旱指數指標篩選出的玉米抗旱節水品種鄭單958 已成為陜北渭北生產主導品種[17]。本地區玉米抗旱節水品種的選育工作也有了較大的發展，先后選育出陜單9號、戶單4號、陜單609 等玉米品種在生產上發揮了重要作用[18]，且新選育出的抗旱節水玉米品種陜科9 號、陜科536 也正在陜北渭北旱作區進行大面積示范推廣。

2.2灌溉水肥一體化技術玉米滴灌水肥一體化技術是利用管道灌溉系統，將肥料溶解在水中，同時進行灌溉與施肥，適時適量地滿足玉米對水分和養分的需求，實現水肥同步管理和合理利用的節水農業技術[19]。這項技術的應用為玉米提供了適宜的水肥條件，改善了土壤微環境，提高了灌溉用水效率和水肥利用效率，使產量大幅度提高，具有顯著優勢；不僅能夠提高水分、養分利用效率，節省勞動力，提高土地利用率，還能保證作物得到均衡的養分供應，有利于保護環境、改善土壤狀況，提高農產品產量[20]。李彬等[21]發現，相對傳統水肥管理方法，水肥一體化條件下玉米水分利用效率提高8.5%～62.9%，肥料利用率提高16.0%～60.6%，產量提高22.0%；且應用水肥一體化技術后，玉米密度可增加1000 株/667m2，產量增加300kg/667m2。在靖邊縣膜下滴灌水肥一體化千畝核心示范方玉米平均產量達到954.9kg/667m2，創造了全國旱地玉米的高產紀錄[22]。此外，企業與高校、研究所合作開發了適應水肥一體化的新型水溶肥料和自動化膜下滴灌技術，進一步推進了水肥一體化技術的大面積應用。

2.3溝壟覆蓋集雨技術溝壟集雨種植技術是通過田間起壟、壟面產流、溝內高效集雨，達到集雨、蓄水保墑、增溫、抑蒸的效果，已成為旱區農業主要節水措施之一[23]。研究表明溝壟集雨種植較傳統平作能夠顯著增加玉米產量和水分利用效率，劉璐璐等[24]研究發現壟溝集雨種植結合覆膜技術對于旱地春玉米的出苗和拔節期分別提前2～3d 和 8～9d，較平作而言，顯著影響春玉米的株高、吐絲期葉面積指數，籽粒產量和水分利用效率分別增加23%～47%和18%～37%。壟溝集雨種植技術中壟溝比對玉米產量影響也有明顯的差異，壟溝比為40∶70、55∶55、70∶40 下產量分別增加 26.1%、36.4%和50.3%[25]。壟溝集雨種植和覆蓋技術的結合使用，不僅有集雨的效果，也對一些溫度較低地區有增溫作用，一般覆蓋塑料地膜、生物可降解膜等，起到增溫的作用，且覆蓋面積越大，增溫效應越好，產量也越高，大小為：全膜雙壟溝＞傳統半覆膜＞平作不覆膜[26]。而生物可降解地膜和液態地膜伴隨著技術的改進和成本的降低，作為壟溝集雨適宜的覆蓋材料，可以支撐壟溝集雨技術未來的可持續發展，

2.4保護性耕作技術保護性耕作減少水土流失，調節土壤結構，有利于蓄水保墑和土壤培肥，促進耕地質量提升，實現培肥增產的目的，包括少免耕、深松耕、條帶旋耕等保護性耕作技術[27]。免耕通過抑制土壤水分蒸發保持土壤水分，深松耕作可以有效打破土壤犁底層，降低容重，增加孔隙度，提高土壤蓄水能力，為玉米生長創造適宜的土壤環境，增強植株根系從土壤中吸收水分和養分的能力，從而提高作物產量[28]。渭北長武縣雨養旱作區春玉米田深旋免耕精量播種機播種后，土壤耕層容重顯著降低，土壤蓄水保水能力提高，春玉米的播種質量明顯提高，群體整齊度增加，群體透光性明顯改善，具有顯著的增產作用[29]。鄔小春等[30]研究表明春季條帶旋耕顯著提高了15～35cm 土壤田間持水量，增強了土壤蓄水保墑能力，提高了春玉米產量。

3 研究展望

如何在水分限制條件下提高玉米產量和水分利用效率一直是陜北灌溉渭北雨養旱作春玉米生產研究的重點與難點。經過多年的發展，陜北灌溉渭北雨養旱作春玉米生產已從單純追求產量的粗放型向產量與效率并重發展，在增加玉米產量及促進農民增收的同時，提高水分利用效率成為未來陜北灌溉春玉米生產的重要任務之一。因此，未來陜北渭北玉米節水技術體系方向應以“節水高產、提質增效”為目標，圍繞基礎理論、關鍵技術、典型示范全創新鏈系統部署，利用作物栽培學、遺傳學、水利工程學、土壤學及材料學等多學科知識的有機整合，融入一系列高新技術，有力保障陜西省糧食安全和主要農產品有效供給，全面提升陜西省玉米產能與效益。針對現有研究中的不足，玉米抗旱節水增產的進一步深入研究方向如下。

3.1生物節水隨著分子生物學、基因編輯技術的快速發展，控制玉米節水與高產的多基因互作問題仍需深入研究，在分子水平上探究作物本身節水抗旱機制，定向培育玉米抗旱節水新品種，最大限度地發掘利用品種抗旱節水的遺傳潛力，真正實現節水革命。

3.2智能灌溉水肥一體化技術多集中在灌水與肥料數量結合、產量效應及水肥交互作用機理等方面的研究，更應從水肥耦合遷移、玉米根系吸收利用生理代謝過程、玉米水分-養分-產量綜合生產函數及定量關系等方面探索，同時結合農業遙感技術、地理信息技術，使水肥一體化技術向標準化和智能化邁進，是目前也是未來的研究熱點。

3.3保墑耕作保護性耕作的研究已經不是單純的土壤耕作技術研究，而是更注重研究翻、深、免相結合的輪耕模式，結合秸稈覆蓋還田保護技術、裸露農田綠色覆蓋技術，建立新型的保護性耕作體系，實現土壤結構調控、固碳減排與節水高效的協調。