青貯玉米農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)的研究進展

楊錦越，趙曉燕，沈建華，任 洪，王 偉，王 竹

(貴州省農(nóng)業(yè)科學院旱糧研究所，貴州貴陽 550006)

青貯玉米具有營養(yǎng)豐富，適口性好，消化率較高，耐貯藏等優(yōu)點，作為優(yōu)質(zhì)畜牧業(yè)發(fā)展的必要飼料來源之一，青貯玉米的需求量日益增大，但在實際生產(chǎn)中，我國青貯玉米的種植區(qū)域主要分布于干旱或半干旱地區(qū)，且有灌溉條件的農(nóng)田較少，為了解決青貯玉米生產(chǎn)與干旱之間的矛盾，克服地表水源不足和地下水資源缺乏的現(xiàn)狀，提高青貯玉米經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益，研究青貯玉米農(nóng)藝節(jié)水栽培技術(shù)顯得尤為重要，筆者分別從耐旱品種選育、耕作保墑、覆蓋保墑、水肥耦合、作物布局以及化學調(diào)控方面綜述了青貯玉米農(nóng)藝節(jié)水栽培技術(shù)的研究進展，以期為青貯玉米農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)的研究與推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 農(nóng)藝節(jié)水的概念

農(nóng)藝節(jié)水是節(jié)水農(nóng)業(yè)的重要組成部分，主要包括耕作保墑、覆蓋保墑、秸稈還田增肥保水、水肥耦合、調(diào)整作物布局、選用抗旱型品種和化學調(diào)控等技術(shù)措施，根據(jù)種植區(qū)域的氣候條件、地形地貌、經(jīng)濟條件等因素，選擇適宜的品種及配套的耕作和種植方式，采用合理的施肥、灌溉、覆蓋、化學調(diào)控等技術(shù)措施，抑制土壤水分蒸發(fā)和和作物奢侈蒸騰，使節(jié)水條件下作物產(chǎn)量最大化，最大限度提高農(nóng)田水分利用效率，最終達到節(jié)水、高產(chǎn)、高效的目的。由于農(nóng)藝節(jié)水是科技工作者與廣大農(nóng)民長時間在傳統(tǒng)耕作技術(shù)基礎(chǔ)上不斷改進、提高、總結(jié)形成的新技術(shù)，因此具有投資少、見效快、易推廣、易實施、易掌握等特點，更加容易使農(nóng)戶接受，具有大范圍、大面積推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)。在實際生產(chǎn)中，為使農(nóng)藝節(jié)水大范圍發(fā)揮實效，體現(xiàn)節(jié)水的實質(zhì)，需要根據(jù)作物生長發(fā)育過程，合理選擇技術(shù)類型，保證農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)與農(nóng)作物生長之間的吻合性，從而增加作物收成，提高水分的利用效率。

2 青貯玉米農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)的研究進展

干旱是制約我國青貯玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第一非生物脅迫因素，耐旱品種的選育是玉米生物防控，實現(xiàn)抗逆豐產(chǎn)的基礎(chǔ)。在降水量少、易出現(xiàn)干旱的地區(qū)，選用抗旱性能、豐產(chǎn)性能好的青貯玉米品種是提高水分利用效率、促進其增產(chǎn)增收的有效措施。關(guān)于耐旱品種的選育，主要集中在玉米耐旱分子育種和耐旱品種或自交系篩選與評價兩個方面。其中，在玉米耐旱分子育種方面，國內(nèi)外一些學者通過利用分子標記輔助選擇、基因編輯技術(shù)、轉(zhuǎn)基因等技術(shù)已經(jīng)進行了大量研究，柳思思利用關(guān)聯(lián)分析方法發(fā)掘與耐旱密切相關(guān)的優(yōu)異等位基因變異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)編號為PZA0355.1和PZA01671.1的SNP與多個耐旱性狀表型相關(guān)比較密切，基于這兩個功能SNP變異位點可分別開發(fā)CAPS標記dhnC397和rspC1090，用于分析和驗證不同種質(zhì)材料的耐旱性，有利于耐旱性品種的選育；Shi等利用CRISPR-Cas 的先進育種技術(shù)來生成 ARGOS8 的新變體，ARGOS8基因轉(zhuǎn)錄物水平升高，使得干旱脅迫對玉米產(chǎn)量的影響減弱，提高了玉米耐旱性。在玉米耐旱品種或自交系篩選及評價研究方面，主要從耐旱性與形態(tài)特征、耐旱性與生理生化特征、耐旱性與品質(zhì)特征等方面進行探索，利用灰色關(guān)聯(lián)度、模糊隸屬函數(shù)等數(shù)學統(tǒng)計分析方法，計算出抗旱指數(shù)，對品種或自交系的綜合耐旱性進行評價，篩選出耐旱品種或自交系，并提出評價青貯玉米材料耐旱性的關(guān)鍵指標，何文鑄等研究發(fā)現(xiàn)，在眾多農(nóng)藝及生理性狀指標中，要獲得丘陵旱區(qū)耐旱性好的青貯玉米，可根據(jù)根冠比、葉面積、葉綠素含量、光合速率這4個關(guān)鍵指標來進行輔助選擇，其可靠程度達到極顯著水平；賈鈺瑩等利用五級評分法對21份遼寧省主推及新審定玉米品種耐旱性進行評價，得出迪卡516和遼單588品種耐旱性極強，株高、穗位、葉綠素含量、葉面積、根系干重、氣生根層數(shù)、氣生根數(shù)等7個指標可作為耐旱鑒定指標。可見，不同的分析方法得出耐旱鑒定指標尚無統(tǒng)一認識，但都是通過綜合分析干旱脅迫下植株各性狀指標的變化，因此得出的結(jié)果都可以作為選用或選育耐旱品種的依據(jù)。

耕作保墑技術(shù)是通過耕、耙、耱、鋤、壓等一整套有效的土壤耕作措施，改善土壤耕層結(jié)構(gòu)，更好地納雨蓄水，將土壤水、地下水、大氣降水進行合理調(diào)控，盡量減少土壤蒸發(fā)和其他非生產(chǎn)性水分消耗，為作物生長發(fā)育和高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)創(chuàng)造一個水、肥、氣、熱相協(xié)調(diào)的土壤環(huán)境，農(nóng)藝措施包括深耕深松保墑、耙耱保墑、重鎮(zhèn)壓提墑、少耕免耕保墑、中耕保墑等；其中，深耕深松保墑是使用深松機械將犁底層耕松，利于作物根系生長，提高水分利用率；耙耱保墑是使土塊碎散，土面平整，耕作層上虛下實，利于提高土壤蓄水能力，減少地面徑流，促進作物出苗生長；重鎮(zhèn)壓提墑是土壤墑情不足時采取的一種抗旱保墑措施，促進種子與土壤密切接觸充分吸收水分，提高發(fā)芽率；中耕保墑是在作物生育期內(nèi)進行的土壤耕作，可減少土壤水分蒸發(fā)；少耕免耕保墑是不翻動土層，減少了水分蒸發(fā)和水土流失，提高了土壤蓄水和保墑能力。在實際生產(chǎn)中，中耕保墑技術(shù)使用較多，可以有效去除雜草，疏松土壤，減少與青貯玉米發(fā)生爭光、生長空間、養(yǎng)分和水分的現(xiàn)象，增加土壤的通透性，促進土壤中微生物的生長，提高土壤肥力，是一種高效節(jié)水技術(shù)；目前，青貯玉米種植多數(shù)以人工中耕除草保墑或使用化學除草劑為主，今后應(yīng)在機械化中耕除草保墑、機器人中耕除草保墑等方面加強技術(shù)研究。

在青貯玉米生產(chǎn)中，覆蓋保墑是一項比較常用的技術(shù)，主要以地膜覆蓋為主，可減少土壤水分蒸發(fā)和地表徑流，增溫保墑，提高水資源利用率的效率，增產(chǎn)效果明顯，普遍性較強；針對普通地膜和生物降解膜都有相關(guān)研究，內(nèi)蒙古錫林浩特市牧區(qū)使用地覆膜覆蓋對提高地溫和土壤水分效果最優(yōu)，比較適用于水資源相對緊缺的北方寒冷地區(qū)，可以顯著提高鮮食玉米產(chǎn)量、株高和莖粗；河北省滄州市生態(tài)區(qū)覆膜寬窄行較露地栽培有效提高青貯玉米的抗倒伏性、株高、莖粗等農(nóng)藝性狀，增產(chǎn)17.69%～20.27%。半干旱黃土高原區(qū)使用生物可降解地膜壟溝集雨溝覆蓋可顯著提高水分利用效率，增產(chǎn)效果明顯。綜合前人研究得出，青貯玉米覆蓋保墑技術(shù)節(jié)水增產(chǎn)效果顯著，但在青貯玉米實際生產(chǎn)中，以普通地膜為主，生物可降解地膜使用較少，因此，為了使生物降解地膜得到大面積推廣與利用，需加強對低成本、環(huán)境友好型生物降解地膜的研究；另外，青貯玉米收獲后，可進一步開展青貯玉米一膜兩季節(jié)水增效技術(shù)的研究，大幅度提高資源利用率。

水肥耦合是利用水分和肥料之間的協(xié)同效應(yīng)、拮抗效應(yīng)和疊加效應(yīng)，水分和施肥在時間、數(shù)量和方式上合理配合，達到以水促肥，以肥調(diào)水，提高水分和肥料利用率，增加作物產(chǎn)量和改善品質(zhì)的目的。如何控制好灌水量和施肥量，作物產(chǎn)量和水分利用率才達到最大化，是近年來國內(nèi)外專家研究的熱點。王軍等研究表明，當灌溉水平為1 531.66 m/hm、施肥水平為119.94 kg/hm時，青貯玉米產(chǎn)量達到最大；劉虎等通過建立二元回歸方程得出，灌溉量為4 200 m/hm、施肥量195 kg/hm時，產(chǎn)量達到最高；王寧研究得出，溝灌方式施肥量為600 kg/hm為最佳試驗組合，該組合產(chǎn)量和水分利用效率較高；單寧等研究得出，灌溉定額為2 520 m/hm、追肥量為594 kg/hm(純N為273.24 kg/hm)，可促進作物進行光合作用，持續(xù)供給作物生長必要的養(yǎng)分，保持土壤水分，有利于青貯玉米鮮生物產(chǎn)量。綜上可知，產(chǎn)量和水分利用率達到最優(yōu)條件下，不同生態(tài)地區(qū)最佳灌水量和對應(yīng)施肥量有差異，在研究其水肥耦合規(guī)律時，應(yīng)結(jié)合所在區(qū)域的氣候條件開展綜合性研究，不僅要考慮充分利用水肥資源，還需考慮青貯玉米產(chǎn)量和品質(zhì)達到最優(yōu)。

作物布局是指農(nóng)作物在一定的地區(qū)內(nèi)及不同地區(qū)間的地域分布，也包括一個生產(chǎn)單位(如農(nóng)場)種植作物的種類、面積與田塊配置。在水利條件差的缺水旱作區(qū)域，通過調(diào)整和改善農(nóng)作物的整體布局，可以提高水資源利用效率。隨著我國畜牧養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展，合理作物布局是青貯玉米高產(chǎn)高效生產(chǎn)的重要措施，研究認為，黃淮海廣大平原區(qū)雙季青貯地膜玉米-玉米模式優(yōu)于傳統(tǒng)模式冬小麥-夏玉米，可以提高干物質(zhì)生產(chǎn)率、總輻射利用效率、熱量資源生產(chǎn)效率提高、水分生產(chǎn)效率。沈陽地區(qū)馬鈴薯復(fù)種青貯玉米模式的第2季青貯玉米的光、熱、水資源分配率明顯優(yōu)于覆膜鮮食玉米復(fù)種青貯玉米，最終的資源生產(chǎn)效率也明顯提高。氣候變化背景下，冀西北地區(qū)青貯玉米種植區(qū)從北到東南總體呈現(xiàn)“最適宜區(qū)-適宜區(qū)-次適宜區(qū)-不適宜區(qū)”的分布格局，建議最適宜種植中早熟品種，適宜區(qū)種植中晚熟品種，次適宜區(qū)和不適宜區(qū)的種植模式進行調(diào)整并減少種植面積。可見，合理的作物布局可充分發(fā)揮各地區(qū)自然資源和經(jīng)濟條件的優(yōu)勢，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，取得較好的經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益；另外，由于氣候變化影響作物布局，因此，氣候變化背景下不同生態(tài)區(qū)青貯玉米適宜的作物布局是今后重要的研究方向。

化學調(diào)控節(jié)水技術(shù)是利用化學調(diào)節(jié)劑調(diào)控作物吸收水分和土壤水分蒸發(fā)，提高作物水分利用效率的有效措施。在節(jié)水方面，化學調(diào)控技術(shù)主要通過利用保水劑來實現(xiàn)，當土壤中使用保水劑時，可提高土壤保水性能，減少土壤水分蒸發(fā)和流失；有關(guān)化學調(diào)控技術(shù)在青貯玉米生產(chǎn)中的應(yīng)用研究相對較少，主要集中在增強植株抗倒伏能力和產(chǎn)量方面，針對青貯玉米使用保水劑的研究報道很少，但初步研究得出，在保證水肥充足的條件下，施用農(nóng)用保水劑能提高青貯玉米的產(chǎn)量，增加其產(chǎn)值。由于不同類型的保水劑在經(jīng)濟適用、保水能力、生態(tài)環(huán)保等方面有差異，應(yīng)針對不同氣候類型和土壤條件，更深入的開展保水劑對青貯玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的研究，并對生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益做出合理的評價。

3 展望

我國是一個水資源匱乏的國家，與西方國家相比，我國的灌區(qū)水資源利用率處于較低水平，一般為30%～40%，而西方國家能達到70%～80%，說明部分灌溉區(qū)易形成水資源浪費的負面狀況，另外，我國許多地區(qū)因地形地貌、經(jīng)濟條件等因素的限制，缺乏工程設(shè)施節(jié)水的安裝條件，因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中很有必要繼續(xù)加強農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)的研究與利用。國內(nèi)外許多實踐經(jīng)驗表明，農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)既可降低農(nóng)業(yè)用水的投入成本，又能保證作物穩(wěn)產(chǎn)增收，在缺乏灌溉條件的青貯玉米生產(chǎn)區(qū)域研究與推廣農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)，對青貯玉米高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、節(jié)本、高效生產(chǎn)具有重要的意義。盡管農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)在青貯玉米生產(chǎn)中已被廣泛應(yīng)用，但在應(yīng)用推廣過程中仍存在一些問題：一是農(nóng)戶節(jié)水意識仍然淡薄，在許多農(nóng)村地區(qū)，沒有意識農(nóng)業(yè)節(jié)水的重要性，依舊是“靠天吃飯”；二是缺乏機械化與農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)的融合，農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)的實施還是較為傳統(tǒng)；三是多數(shù)地區(qū)沒有根據(jù)當?shù)氐淖匀毁Y源條件和經(jīng)濟水平來選擇適宜的農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)；四是農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)理論體系還不夠成熟，與實踐過程中出現(xiàn)的預(yù)期結(jié)果存在較大差距。

針對以上提出的問題，建議今后擬重點研究以下幾個方面。

(1)氣候變化背景下農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)對復(fù)雜多變生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性研究。為提高青貯玉米對氣候變化的適應(yīng)能力，需加強農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)生態(tài)適應(yīng)性研究，各地區(qū)因地制宜選擇農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)，從而利于青貯玉米生產(chǎn)區(qū)域適應(yīng)氣候變化，提高農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)能力。

(2)農(nóng)機與農(nóng)藝節(jié)水綜合配套技術(shù)體系研究。目前，青貯玉米農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)多數(shù)以人工操作為主，比較費時費工費力，研究節(jié)水效果好、操作簡單、成本較低、便于農(nóng)民采用的農(nóng)機農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)是今后研究熱點。

(3)完善農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)理論體系，提升整體效益。農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)領(lǐng)域在研究過程中，雖然取得了一定的研究成果，但在實際推廣應(yīng)用中，各單項技術(shù)之間缺乏有效的連接與集成，沒有完全形成一套完整的技術(shù)理論體系，導致整體效益沒有得到充分發(fā)揮，因此，在今后研究過程中，應(yīng)加強農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)集成體系和應(yīng)用模式方面的研究。