不同玉米品种筛选及节水补灌技术

第一节　不同玉米品种筛选及节水补灌技术

一、试验示范期间气象条件

（一）气温和降水量

2010～2011年试验示范期间，均遇到了旱年，2010年属于当地常见的干旱年，2011年遭遇了历史上较少见的长时段持续干旱少雨和持续高温天气，作物受旱极其严重，中部干旱带旱地减产幅度超过50%，部分玉米绝产，马铃薯严重减产。从中可看出两年的气温波动相似，2011年气温总体高于2010年，其中，4月下旬比去年偏高，5月上中旬相似，5月下旬至6月上旬明显偏高，6月下旬偏低，7月份至8月中旬相似，均为持续高温天气，8月中旬后期明显偏低，下旬偏高，9月上旬相当。

根据自动气象站的实测资料，统计2010年稳定通过10℃积温：下马关为3118.2℃，申家滩为2934.1℃，红寺堡为3191.2℃。试验示范区的玉米4月24日播种，9月28日成熟，期间≥10℃以上积温为2998.8℃；玉米全生育期间降水214.4mm，作物实际耗水为223.4mm，远远低于玉米600～800mm的需水量。马铃薯于4月24日播种，不同品种于9月25日～10月2日成熟，期间10℃以上积温为2958.2℃～3047.4℃，期间降水量为211.4～217.6mm，马铃薯实际耗水不同品种为290.4～306.6mm，也少于450mm的理论需水量。

（二）土壤水分

根据2010～2011年逐旬0～50cm平均土壤湿度测定结果及其与历年平均值的对比（图6-1），2010年，玉米、马铃薯于4月下旬播种，至5月中旬0～ 50cm土壤湿度与历年同期相当，属于干旱阶段。2011年，中部干旱带土壤水分状况总体上远差于历年平均状况，也远低于2010年。从时间分布上，4月下旬至5月上旬的作物播种期，0～50cm土壤湿度在6.5%左右，干旱严重，玉米、马铃薯无法适期播种。但6月下旬出现了有效降水，土壤湿度上升至7.5%。加上持续高温，土壤水分迅速恶化，最低至5%，部分地区至凋萎湿度以下，玉米下部枯萎，马铃薯下部叶片变黄。

为比较中部干旱带近两年旱情在全区的位置，我们以典型干旱时段（2011年8月8日）土壤测墒结果来分析旱情分布。中部干旱带土壤湿度在3%～10%之间，兴仁、海原土壤湿度在10%，盐池、韦州不足5%，大部地区土壤墒情明显不足，盐池、韦州、下马关、预旺等地土壤湿度均低于5%，处于凋萎湿度以下。由于气温异常偏高、降水少，土壤失墒明显，旱情蔓延加重。8月上旬末与2007～2011年同期相比，除兴仁、海原、隆德和泾源的土壤水分含量高于平均值外，其他地区低于平均值。受严重旱情影响，这些地区的旱地地膜玉米普遍枯萎，下部6～7片叶枯黄，玉米停止生长，无法吐丝，相当一部分玉米枯死，玉米严重减产，部分玉米绝产。旱地马铃薯处于开花结薯初期，高温和严重干旱导致马铃薯植株矮小，下部叶片枯黄，开花期明显缩短，大部分花脱落，结薯少，薯块仅2～4cm，远远小于去年同期的5～8cm，平均单株结薯1～2个，远远少于去年的3～5个。干旱持续到8月中旬，14～20日出现了30～50mm的普雨，玉米、马铃薯得以恢复生长，但部分玉米已枯黄，减产严重。

图6-1　2010～2011年同心、韦州逐旬土壤含水量与历年同期对比

严重干旱发生的时段正值山区马铃薯块茎膨大期，玉米吐丝和灌浆初期，干旱导致玉米严重减产。马铃薯开花结薯初期是产量形成关键时段，持续高温无雨天气使马铃薯严重受旱，平均单株结薯率严重不足，8月中下旬的降雨能使濒临死亡的马铃薯得以继续存活，但产量严重下降。

（三）植被指数（NDVI）遥感监测结果比较

从2010～2011年8月上旬归一化植被指数（NDVI）遥感监测结果及其与近5年同期对比，可以看出这两年的旱情分布和在近5年中所处的位置（图6-2）。中部干旱带的盐池大部分地区2011年不如2010、2007和2006年同期，明显不如2009年，好于2008年，海原、同心、原州区北部、彭阳北部长势明显不如2010年同期，与2008年同期相当，同心东部2011年是近6年最差的，2010年好于2011年和2008年同期，但差于其余几年。南部山区2011年作物长势也比2010年差，接近2006年，好于2007～2009年同期，特别是明显好于2008年同期。2010年南部山区作物长势是近6年中最好的一年。

二、我区中部干旱带玉米生产现状

玉米是宁夏中部干旱带的最主要秋粮作物，随着气候变暖，宁夏中部干旱带热量资源增加，加上水利工程的日趋增多，玉米种植面积有逐年扩大的趋势，单位面积产量也维持在较高水平。近5年平均种植面积达4.3万hm²，总产量升至34.8万t，分别占中部干旱带近5年秋粮平均播种面积和总产的25.6%和72.9%，即以秋粮播种面积的1/4产出了秋粮总产的近3/4。

宁夏中部干旱带玉米种植历史经历了3个阶段。1981～1986年期间，中部干旱带以旱作为主，几乎不种玉米，玉米单产在1000～2000kg/hm²之间，产量低而不稳。固海扬水骨干工程于1986年9月竣工，增加灌溉面积2.6万hm²，1987年开始，中部干旱带灌溉玉米面积开始逐渐增加，单产上升到3000～ 5000kg/hm²。1995～2000年，随着盐环定扬水工程的投入使用，增加灌溉面积1.5万hm²，玉米种植面积扩大到1.5万hm²，总产量上升到10万t，单产上升到5000～6500kg/hm²。2001～2010年期间，我区又开工建设了红寺堡扬水工程和固海扩灌扬水工程，即宁夏扶贫扬黄灌溉一期工程，红寺堡扬水工程灌溉面积3.67万hm²，固海扩灌扬水工程新增灌溉面积1.67万hm²。两大扬水工程2009年灌溉面积达到4.8万hm²，大部分发展灌溉玉米，还为2万hm²特色经济作物抗旱补灌提供了水源保障。截至2010年，中部干旱带玉米种植面积达到4.67万hm²，总产上升到38.3万t，单位面积产量由6000kg/hm²上升到8000 kg/hm²以上，已经超过传统灌区麦套玉米的玉米产量水平。

图6-2　中南部山区各地近5年8月8日土壤湿度对比

三、玉米适应气候变化中面临的主要问题

气候变暖导致的农业气候资源的增加，中部干旱带灌溉面积的逐步扩大，玉米产量也明显增加，这得益于玉米品种、熟性和栽培管理技术等随着气候变暖和水资源变化所做出的适应性调整。根据气候情景分析和近年的试验研究，未来100年，中部干旱带气温会进一步升高，热量资源会进一步增多，春、夏季降水减少，干旱加剧，特别是异常旱涝年的降水波动加剧，干旱持续时间会进一步加长，灌溉水资源供需矛盾逐渐突出。在这种气候背景和气候趋势下，如何利用气候资源和节约水资源，进一步提高或保持灌溉玉米的产量水平是应对气候变化需要解决的主要问题。

中部干旱带尚有大面积的旱作农业区，面积远超过灌溉农业区，目前这些地区以地膜玉米、马铃薯和荞麦栽培为主，旱地地膜玉米的产量仍然徘徊在1000～2500kg/hm²之间，遇到严重干旱年份可绝产。随着气候变暖，热量资源虽然有所增加，但春、夏季降水有减少的趋势，干旱持续时间延长，旱灾严重程度加剧。近年来，随着山区人畜饮水工程的建设，在玉米需水关键期或严重干旱时段，利用蓄水池、水窖开展集水补灌成为可能。为适应气候暖干化的趋势，开展中部干旱带旱地玉米抗旱、抗病虫新品种的筛选和秋覆膜、关键期补灌等综合节水补灌保苗技术的试验示范，是当前适应气候变化迫切需要解决的问题。

图6-3　中部干旱带玉米面积和产量占秋粮百分比

四、节水型玉米补灌技术的研究内容与方法

2010～2011年在同心下马关五里墩村开展旱地玉米耐旱、抗病虫品种的筛选试验，根据当地气候条件、玉米品种抗旱性、产量等综合性状，从各地若干个玉米品种中初步筛选出12个适合当地气候条件的玉米品种，开展旱地抗病新品种筛选试验。供试品种为正大22号、郑单14号、金穗9号、宁原单19号、长城799、强盛12号、强盛16号、登海3672、先锋335、DK656、陇单3号、中单2号，以品种DK656为对照。试验地面积180m²，随机区组排列，统一采用穴补灌覆膜种植方式，设置2个不同补灌次数处理，重复3次。以不补灌为对照，5月12日对试验地进行了除草剂土壤封闭，出苗率95%。7月2日进行了玉米追肥。

生育期测定玉米各不同处理区株高、茎粗等生物量指标，并在玉米收获期测定不同处理区玉米的果穗长度、穗粗、秃顶度、穗行数、穗轴粗、单穗重、单穗粒数、百粒重等。

土壤湿度采用烘干称重法测定，每10天采集一次，每小区采集2点，采集深度为0～100cm，结合农业气象条件概率分析，确定出适宜我区中部干旱带气候背景下的补灌时期、补灌量和补灌次数，筛选出玉米不同生产条件下最佳补水时间、补水次数。

（一）不同补水次数对玉米生物性状的影响

2010～2011年开展了不同补水次数对玉米生物学性状影响的试验研究。补灌时间选择在干旱严重的玉米需水关键期，头水在拔节起身期（7月18日），二水在抽雄吐丝期（7月28日），结果表明，不同补水次数对玉米生物性状有一定影响。2010年补水2次和补水1次玉米的株高、穗位均比对照区玉米高，补水2次玉米的茎粗、穗粗均比对照区玉米的粗，但补水2次与补水1次玉米性状间的差异不明显，与2010年度降水次数、雨量较多有关。2011年补水2次和补水1次玉米的株高、穗位也比对照区玉米高，补水2次玉米的茎粗、穗粗也比对照区玉米的粗，补水2次与补水1次玉米有些性状间的差异不明显。从产量来看，补水2次的产量最高，比对照增产26.8%，补水1次比没有补水的处理平均增产24.1%。2011年7月、8月份严重干旱，在遭受长达70余天的严重春夏连旱情况下，需水关键期补水2次是不够的，可以预见，如果补水3次，产量还会增加，但增加的产量幅度与补水成本相比，补水效率会逐渐降低。

（二）不同补灌次数对玉米生理指标的影响

2010年7月29日测定了玉米不同补灌处理的光合速率等生理指标。补灌处理在全天大部分时段净光合速率高于对照，补灌1次和2次的差异不大。蒸腾速率也表现出相似的特点，补灌处理的蒸腾速率除13∶30外，其余时刻也均大于对照。从气孔导度来看，上午补灌处理的比对照大，且为全天差异最大时段，午后差异逐渐缩小。从叶面温度来看，各处理间的差异不显著。

（三）不同补水次数的土壤含水量变化

2010年不同补水处理土壤含水量，补灌量为2.4m³/亩，7月18日补水后，7月19日测墒，不同补水次数处理0～10cm土壤含水量均比对照高，但到了7月28日，不同补水次数处理0～10cm土壤含水量趋于相同，系高温干旱天气和根系耗水大，使表层补灌的水分消耗完毕。补水造成的土壤水分差异在10～20cm最大差异在7月28日，位相比0～10cm后移，补灌水分维持的时间比表层长。7月28日2次补灌后，8月上旬出现了30mm以上的降水，但仍能从40～60cm补灌处理的土壤湿度明显高出对照看出水分差异。补灌水分影响不到60cm以下，80cm处的土壤水分差异主要来自于上层土壤雨后水分下渗，30mm的降水加上补灌水分仍然难以下渗到100cm以下，该处补灌处理的水分比对照低，反映了田间水分的自然差异。由此可看出，在补灌量不足8～10m³/亩的情况下，水分差异很少能传递到中下层土壤，因此，有限补灌试验只要测定0～50cm的土壤水分差异就足够了。

补灌处理0～20cm土壤含水量在补灌20天内有一定差异，20天后差异消失。补2水后土壤含水量明显高于1次补水和不补水的；不同补水次数处理下30～80cm土壤含水量有一定差异，2次补水的稍高于1次补水和不补水的，1次补水与不补水之间的区别不大；随着深度的增加，补水处理间差异逐渐缩小，80cm以下土壤含水量三处理间差异不明显。

2011年不同补水次数对玉米田土壤含水量的影响，各层土壤水分变化特征与2010年相似。6月25日、7月15日分别补灌水，每个处理3次重复，灌溉量：第一次1.2m³/区，第二次1.2m³/区，折合5.6m³/亩次。补灌后7月19日能看出补灌的处理10cm深土壤湿度高于对照2个百分点，20cm处偏高很小，是主要水分消耗深度，30～40cm差异最大，超过40cm处理间的差异消失。从0～50cm平均土壤湿度来看，补灌1次的处理除了7月19日补水后4天测定的土壤湿度有一定差异外，其余时段均低于对照，但补水2次的处理在8月8日、21日的测定中仍能反映比对照偏高幅度较大。

从各层次变化来看，不同补水次数处理0～20cm土壤含水量的变化较小，二次补水后土壤含水量稍高于一次补水和对照的，二次补水对20～30cm、30～40cm、土壤含水量的影响较大，补水后土壤含水量明显高于一次补水和不补水的；40～50cm土壤含水量二次补水的明显高于一次补水和不补水的。

（四）玉米需水规律与节水补灌技术指标

摸清玉米不同生育阶段需水规律是确定玉米需水关键期和水分敏感期的关键。参考1989～2003年和2010～2011年同心玉米观测记录，利用历年玉米生长期间气象观测资料，用彭曼公式计算参考作物蒸散量，参考FAO提供的玉米不同生育阶段作物水分利用系数，估算历年玉米苗期、拔节至抽雄、抽雄至灌浆初期、灌浆期至成熟期需水量。

农田蒸散量ET由作物蒸腾和土壤蒸发构成，在干旱条件下，可忽略水分下渗量和毛管水上升量，其简易平衡方程为：

ET=V₁-V₂+（1-r）∑R+P

式中：V₁、V₂分别为某时段开始和结束时一定深度土层内的土壤贮水量，可由土壤重量含水量与土壤容重的乘积来确定；r为平均径流系数；∑R为某时段累计降水量；P为灌溉量。

土壤水分总储量是指一定深度土层内贮存的水分，由下式计算：

V=ρ×h×w×10

式中：V为土壤贮水量（mm）；ρ为土壤容重；h为测定土层厚度（cm）；w为重量含水量。

表6-1　同心下马关各层土壤常数

FAO公布的玉米生长前期、中期和后期的作物系数分别为0.3、1.15、0.6，我们按照玉米出苗—拔节、拔节—抽雄、抽雄—灌浆初期、灌浆—成熟期分别在0.3～0.6、0.6～1.15、1.15和1.15～0.6范围内内插，按照下式确定玉米需水量：

ET_c=K_cET₀

于是，玉米主要生育阶段的水分满足率可按下式计算：

分别采用下马关2009～2011年自动气象站逐日观测资料和原州区1961～ 1998年的历史气象资料，计算了历年逐旬参考作物蒸散量；利用FAO给出的玉米K_c值，经过内插，计算了下马关2009～2011年玉米逐旬需水量，以原州区玉米历年逐旬需水量作对比。结果可知，下马关玉米全生育期需水平均482mm，比原州区平均需水量多99mm，系因同心下马关地区气温比原州区高，风速也大于后者，参考作物蒸散量偏多所致。

从不同时段玉米需水量的动态变化来看，玉米籽出苗开始，需水量缓慢增加，到7月上旬，玉米拔节后株高、叶面积迅速增长，需水量增大较快，到了7月下旬，玉米抽雄吐丝，株高、叶面积不再增长，达到全株最大叶面积，旬需水量超过50mm，自7月上旬至7月下旬末是玉米自拔节、大喇叭口至抽雄吐丝的需水关键期，也是水分需求最旺盛的时期。吐丝后，随着下部叶片的衰老和逐渐枯黄，玉米需水量转向逐渐减少，开始减少较缓慢，随着玉米到达乳熟期，8月下旬后玉米需水量快速减少，9月下旬成熟时，需水量接近苗期。

我们把3年逐旬平均需水量、降水量放在一起，可以清晰地看出各旬玉米缺水情况。6月上旬之前，同心下马关地区玉米缺水情况轻微，玉米需水量小，往往在5月下旬会出现首场透雨或较大的有效降水，土壤水分基本能满足玉米苗期的生长。6月中下旬，玉米苗期生长加快，旬需水量增加到30mm，但此阶段旬平均降水量一般只有10mm，水分缺口增大到20mm。自7月上旬开始至8月上旬，随着玉米拔节起身，长到大喇叭口期和抽雄吐丝阶段，玉米逐渐进入水分敏感期，缺水将会对玉米穗分化、子粒结实量、划分形成和授粉结实量带来显著不利影响，此阶段旬需水量由30mm快速增大到50mm以上，而同期平均降水量仍然维持在每旬8～12mm，仍然维持在气候上的干旱少雨时段，旬水分缺口扩大到30～53mm，是玉米年年该阶段遭受旱灾的主要生物学原因和气候原因。如果此阶段能够通过喷灌、滴灌和节水补灌等措施缩小水分亏缺幅度，将会大幅度增产。近3年8月中旬、9月上旬往往会出现较大降水，旬降水量8月中旬超过40mm，9月中旬20mm，玉米灌浆结实阶段水分保证率相对较高，但前期玉米水分敏感期的严重水分亏缺导致的玉米需水关键期极度缺水而受旱减产已经无法挽回。8月下旬往往还容易出现夏末秋初旱，对灌浆造成影响。等到9月上中旬降水条件和玉米水分亏缺状况改善的时候，往往与秋季连阴雨、低温寡照天气相联系，光照不足，灌浆速率慢，也会对玉米产量有一定影响。可以认为，气候变暖背景下，中部干旱带旱作玉米雨热不同季，越来越不适合旱作玉米的发展。种植玉米必须具备一定的灌溉条件或补灌水源，但8月上旬前气候干旱少雨是主要气候特征，持续的旱情往往造成窑窖因窖水不足，仅以供应人畜饮水还不够，难以从根本上改变该地区十年十旱、产量水平极低且巨幅波动的现状。

图6-4　同心下马关玉米需水量季节变化

采用同心历年气象资料和土壤水分观测资料，计算了玉米4个主要生长发育阶段各年水分满足率。2010～2011年为同心下马关试验期间的计算结果。同心玉米苗期有5年水分满足率达到1，即土壤水分能满足玉米苗期生长，占样本的29.4%，满足率超过70%的年份有10年，占58.8%，为各年玉米全生育期中水分保障率最高的时段。7月份拔节至抽雄期间，17年中没有一年水分满足率达到70%以上，达到50%以上的仅4年，是中部干旱带旱作玉米株高明显偏矮的原因，实际上该阶段几乎每年都受旱，使玉米达不到该品种应有的生长高度。水分满足率不足30%的严重干旱年份有6年，占全部样本的35.3%，即拔节至抽雄阶段（大喇叭口）遭受异常干旱的年份超过35%，造成严重减产或绝产。抽雄至灌浆初期仅有2年水分满足率略超过40%，不足30%的年份达9年，占样本总数的52.9%，即该阶段十年十旱，超过一半年份发生极度干旱，是玉米一生中最旱的时段，也是玉米产量形成最关键的时期，该阶段一半以上的年份发生极度干旱，是造成中部干旱带旱作玉米低产或屡次绝产的主要原因。灌浆至成熟阶段水分满足率仅1年超过70%，8年超过50%，占样本总数的47.1%，没有一年水分满足率在30%以下，是玉米全生育期中水分满足率第二位的阶段，也是中部干旱带旱地玉米依然存在的主要依据。但该阶段水分满足率在30%～50%之间的仍有11年之多，超过半数，即超过一半的年份发生秋旱造成灌浆结实受灾。因此，中部干旱带的气候特征是玉米两头受旱较轻，中间的两个主要阶段几乎年年重旱，光温水配合不理想，雨热不同季，不适合发展旱地雨养农业的玉米栽培。

表6-2　不同灌溉措施玉米不同季节需水量差额　　单位：mm

按照2010～2011年玉米旱作和喷灌试验示范结果，考虑各地灌溉实际情况，以玉米不同生育阶段需水量、降水量和土壤水分为依据，估算了不同灌溉方式下玉米不同生育阶段和全生育期灌溉量。

旱作条件下全生育期水分差300mm，关键期节水补灌38mm，可有效避免枯死绝产，维持旱作秋覆膜玉米栽培，需水差额264mm，产量在200～300kg/亩。喷灌条件下，全生育期喷灌235mm，可缩小需水差额至67mm，产量可达到600～700kg/亩，在降雨时空配合较好和病虫害较轻情况下，管理措施跟上，可突破700kg/亩。滴灌条件基本可满足玉米全生育期不会产生严重干旱缺水的局面，玉米生长均匀，全生育期滴灌130mm左右，较节水，玉米需水量亏缺仍在172mm，这部分亏缺在正常条件下是要通过土壤蒸发损失掉的，滴灌就是节省了这部分的土壤水分蒸发，才得以维持玉米正常生长，一般产量可在500～700kg/亩。自流灌是按照需要小水漫灌的栽培方式，是低压管灌溉的参考，基本按照玉米各时段需水量与自然降水的差额设计，玉米全生育期不缺水，产量可期望得到最理想的结果。按照设计，低压管灌玉米全生育期灌溉量275mm，可满足玉米各个生育阶段需水。目前的大水漫灌方式下，全生育期灌溉量在500mm左右，比玉米需水量多出200mm，基本用于土壤水分的蒸发，水分利用效率低，且不能完全避免玉米出现阶段性干旱缺水情况，部分时段水分过多，也有部分时段出现水分不足影响生长的情况。

五、主要结论

（一）筛选出了玉米耐旱抗病虫品种

不同品种玉米生物性状间存在一定差异，从株高、穗位、茎粗、穗粗、行数、行粒数、千粒重等生物性状及产量比较来看，强盛12号、长城799、先锋335、DK556和巡天16的生物性状较好、产量较高，适合在宁夏中部干旱带种植。

（二）明确了玉米补灌高效用水技术

补水两次和补水一次玉米的株高、穗位均比对照区玉米高，补水两次玉米的茎粗、穗粗均比对照区玉米的粗，但补水两次与补水一次玉米性状间的差异不明显，与本年度降水次数、雨量较多有关。二次补水对20～30cm土壤含水量的影响较大，土壤含水量明显高于一次补水和不补水的；30～80cm土壤含水量二次补水的稍高于一次补水和不补水的，一次补水与不补水之间的区别不大；80cm以下土壤含水量三处理间差异不明显。

（三）明确了玉米春、秋覆膜蓄水保墒效果

秋覆膜玉米株高、穗长、穗粗等生物性状较春覆膜和不覆膜的好。0～70cm深度下土壤含水量秋覆膜的高于春覆膜和未覆膜的，70～100cm深度下三种处理土壤含水量没有明显区别。

（四）比较研究不同品种玉米光合特征

从不同品种玉米全天的光合速率、蒸腾速率、气孔导度等光合特征参数比较来看，登海3672、先锋335、中单2号、DK656、陇单3号等品种的表现较好。

（五）明确了不同种植密度对玉米生物量的影响

不同种植密度对玉米的株高、穗位、穗长、穗粗等生物性状没有显著差异，但从产量来看，55cm株间距的玉米亩产最高，其次是50cm的，45cm的最低。

（六）建立了节水型高效玉米综合实用技术示范区

2010～2011年在同心县下马关镇五里墩和刘家滩村进行玉米综合实用技术示范区60亩，通过试验示范，不断补充完善节水型高效玉米综合实用技术，并通过田间地头讲解等方式对农民进行培训。