CN107231924A - 一年一熟玉米种植农田储雪减蒸水分高效利用调控方法 - Google Patents

一年一熟玉米种植农田储雪减蒸水分高效利用调控方法 Download PDF

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Abstract

一年一熟玉米种植农田储雪减蒸水分高效利用调控方法，属于农田储雪节水水分高效利用的技术领域，玉米收获后，对农田进行如下处理：控制秸秆粉碎长度和留茬高度；A、秸秆粉碎长度按如下方程进行控制：L＝5×(100％‑W)+25W；L表示秸秆粉碎长度，cm；W表示土壤相对含水量，％；B、留茬高度按如下方式控制，若h＞H，则留茬高度为h；若H＞h，则留茬高度为H：①根据如下方程式计算，y＝31.818×(h×λ)+6.25(r2＝0.9722)；y表示风速，m/s；h表示留茬高度，cm；λ表示残茬盖度，％；②根据如下方程式计算，H＝h1×(100％‑W)；H表示留茬高度，cm；h1表示平均穗位高度，m；W表示0‑50cm土壤相对含水量，％。本发明方法可操作性强，节水环保效果明显。

Description

一年一熟玉米种植农田储雪减蒸水分高效利用调控方法
技术领域
本发明属于农田储雪节水水分高效利用的技术领域，涉及一年一熟玉米种植农田储雪减蒸节水水分高效利用调控方法。本发明为一年一熟玉米种植条件下下，综合考虑高产玉米留茬高度与留茬密度、秸秆覆盖量、秸秆粉碎长度与土壤墒情的关系，可操作性强，节水环保效果明显。
背景技术
在加拿大等欧美国家，冬季为了将降雪留在田间，油菜地和春小麦地，采用留茬25-30cm阻雪储雪技术，提高农田储水。中国内蒙古等地也进行了一系列关于留茬高度与临界侵蚀风速、输沙量、土壤风侵蚀的研究。加拿大等研究侧重于土壤储水和对下茬作物生长的影响，而对风蚀率缺乏研究，中国更多侧重于残茬对固沙防扬尘的研究。目前相关研究都缺乏在一定风速和一定墒情下，留茬高度与残茬盖度(对地表的面积覆盖率)互作效应，土壤墒情与茬口以上秸秆粉碎后对土壤保墒作用的相关研究。
河北省环绕京津，农业生产具有保障口粮安全和维系生态可持续的双重意义。小麦生产耗水量过大导致地下水超采，而不种小麦，玉米收获后，地面裸露造成尘大量水分无效蒸发和风沙扬对环境造成压力，又没有合适的替代作物和农田管理方法，一直困扰着京津冀农业的发展。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了一种一年一熟玉米种植农田储雪减蒸节水水分高效利用调控方法。
本发明为实现其目的采用的技术方案是：
一年一熟玉米种植农田储雪减蒸节水水分高效利用调控方法，玉米收获后，对农田进行如下处理：控制秸秆粉碎长度和留茬高度；
A、秸秆粉碎长度按如下方程进行控制：
L＝5×(100％-W)+25W，
L表示秸秆粉碎长度，cm，
W表示0-50cm土壤相对含水量，％；
B、留茬高度按如下方式控制，若h＞H，则留茬高度为h；若H＞h，则留茬高度为H：
①根据如下方程式计算，y＝31.818×(h×λ)+6.25(r2＝0.9722),
y表示风速，m/s，
h表示留茬高度，cm，
λ表示残茬盖度，％；
②根据如下方程式计算，H＝h1×(100％-W)，
H表示留茬高度，cm，
h1表示平均穗位高度，m，
W表示0-50cm土壤相对含水量，％。
还包括玉米种植操作，选择生育期长、秸秆粗壮、耐密性强的玉米品种，控制玉米的种植密度为4700-5200株/亩，于春季降雨或正常年份播期不早于5月1日，不晚于6月1日，足墒下种或播后及时小畦快灌蒙头水，播种前灭茬一次，进行单粒点播，种子全部通过包衣处理。
玉米种植和生长过程中进行施肥，施肥时增加钾肥的施肥量，具体施肥量如下：每亩施N 25-30kg、K2O 8-10kg、P2O5 7-8kg、ZnSO4 1kg、MnSO4 1kg，K2O、P2O5、ZnSO4、MnSO4作为种肥，N分次施用，种肥施用20％、大喇叭口期施50％-60％、抽雄至吐丝期施20％-30％。
适期晚收，收获期不早于10月5日，保证籽粒灌浆期60天以上。
步骤B中残茬盖度λ＝n×S×100％，其中，
n表示植株分布密度，每平方米面积上植株的个数，
S表示单株茎秆的平均竖向投影面积，cm2。
玉米生长过程中，苗期注意防治蓟马、黏虫、棉铃虫、二点委夜蛾、瑞典蝇虫害，穗期注意防治褐斑病、叶斑病、茎腐病、玉米螟病虫害。
采用深松免耕施肥播种联合机进行单粒点播，作业速度不超过4公里/小时，控制单粒点播要比预定密度增加200-300粒，60cm等行距播种。
本发明的有益效果是：
通过本发明方程式控制留茬高度和秸秆粉碎长度，在一定风速和一定墒情下，留茬高度与残茬盖度互作效应，土壤墒情与茬口以上秸秆粉碎长度对土壤保墒作用，提高土壤储水量实现有效节水，节水量70mm以上。
通过本发明玉米种植技术，玉米高产栽培，为玉米贮存足够多生物产量，为秸秆保墒除尘争取主动权；利于农田保墒和第二年水分高效利用，促高产形成。
本发明通过上述控制，达到了有效防治农田土壤风蚀的目的，具有很好的防风蚀效果，防治秸秆碎片吹飞和沙尘形成；具有阻风固雪作用。
附图说明
图1表示4种留茬高度下风速与留茬高度×残茬盖度的关系图。
图2表示5种留茬高度下风速与留茬高度×残茬盖度的关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
1)玉米品种选择：生育期长，秸秆粗壮、耐密性强的高产节水玉米品种。
2)均衡施肥，增施钾肥，提高玉米秸秆强度和耐旱能力。
3)根据单位面积秸秆的密度和秸秆的投影面积，计算残茬盖度λ。根据当地多年统计的最大风速，确定残茬盖度一定条件下，残茬留取高度(留茬高度)。
4)根据土壤墒情决定玉米粉碎秸秆的覆盖量，确定留茬高度。
5)合步骤(3)和步骤(4)，最终确定玉米秸秆残茬留取高度。
一、具体实施例
实施例1
2015-2016年度，2015年5月18日播种，10月4日收获。玉米品种选用先玉335。为提高玉米产量，在增施钾肥的前提下，玉米增施有机肥，平衡土地养分，有机肥如牛粪等用m3来衡量，每亩施用量3m3。玉米密度4900株/亩茎秆平均直径2.44cm,0-50cm土壤相对含水量73.04％。平均穗位高1.15m。对照农田为玉米收获后，当地采用深耕备种的农田。
计算：
残茬盖度λ＝n×s×100％＝7.35×3.14×1.22×1.22×0.0001×100％＝0.3435
(％)；
留茬高度h，x＝h×0.3435，x为残茬盖度与留茬高度之积，参照历年最高风速，近10年来，衡水地区以2012年3月23日记录极大风速为16.8m/s(记录风速的标准桅杆高度3米)，该条件下地表风速为9.7m/s，为方便操作和计算，以10m/s为记，带入方程y＝31.818x+6.25，解得方程h＝34.31cm；
0-50cm土壤相对含水量为73.04％，平均穗位高度1.15m,因此根据墒情估算留茬高度为：H＝1.15×(1-73.04％)＝31.01cm；
h＞H，最终留茬高度确定为34.31cm。
残茬以上秸秆粉碎长度计算：
L＝5×(1-73.04％)+25×73.04％＝19.61cm。
由表1可见，经过本发明技术处理土壤储水量比对照提高71.2mm，有效提高含水量23.23％。由于2015年冬季降雪较少，因此储雪蓄水的作用较小。如果降雪量较大，本发明效果更好。
表1效果对比
同时本发明还能实现高产的效果，结果如下，
项目 本发明kg/亩 对照kg/亩
籽粒产量 740kg/亩 650kg/亩
二、技术分析
1、玉米秸秆残茬盖度λ与侧影盖度的计算：
分布密度为n，表示单位面积上的个数；残茬盖度为λ，表示对地表的面积覆盖率；侧影盖度为表示单位面积上所有茎秆的迎流面积总和。若单个茎秆的平均竖向投影面积为S＝πr2,r为平均半茎粗；平均迎流侧影面积为S2＝h×2r，h为留茬高度,则λ＝nS和于是有
本发明将残茬盖度λ与留茬高度h的乘积与风速建立回归方程，
λ×h＝n×S×h＝n×πr2×h,
因此λ×h涵盖了侧影盖度的基本参数，并简化了计算过程。
2、利用相关分析确定玉米残茬盖度和留茬高度的相关参数与防风蚀效果关联系
验证数据借助孙悦超测定结果(表2)。
表2不同植被盖度和残茬高度下保护性农田的抗风蚀效率
注：不同植被盖度试验是在30cm残茬高度条件下进行，不同残茬高度试验是在30％植被盖度下进行。
根据表2的数据，分别列出各参数对应的风蚀率(见表3)。
表3不同茬高、覆盖度、风速等对应的保护性农田的风蚀效率
通过数据分析(见表4)，相关系来看，虽然留茬高度与残茬盖度都与抗风蚀率显著正相关。对相关度以留茬高度×残茬盖度和留茬高度×残茬盖度×风速最高。
表4不同留茬高度、残茬盖度、风速等与对应的保护性农田的风蚀效率的相关性分析
**表示在0.01水平上极显著相关。
3、秸秆临界吹动风速与茬高盖度关系确定
秸秆粉碎长度8cm,试验地块4867株/亩，单株平均半径r＝1.56cm,盖度计算：
每平方米面积上植株的个数n＝7.3，单株茎秆的平均竖向投影面积S＝7.64(cm2)，
nS＝7.3*7.64＝55cm2,残茬盖度λ＝0.55(％)。
在残茬盖度一定条件下，做不同秸秆留茬高度风洞试验，监测吹动秸秆的临界风速(见表5)。
具体方法与简易装置：风源为鼓风机，风道长3米，高0.5m，宽0.6m,在进风口1m处，设可插挡板的插口，通过调节挡板面积，调节风道出口处风速。利用风速测量仪监测出口风速。地面铺设5cm厚，长度8cm的秸秆，观察并记录吹动秸秆的临界风速。低于该风速，冬季降雪可储存到农田，农田秸秆有效覆盖，可以防治沙尘飞扬。降低水土流失风险，减小沙尘暴对该地区的环境威胁。
由于留茬高度0的处理，误差较大，采用回归分析的方法确定该留茬高度下的临界风速，参见图1，4种高度下风速与留茬高度、残茬盖度的拟合方程，由图1可见，拟合方程为y＝31.818x+6.25(r2＝0.9459),当x＝0时，y＝6.25，即当留茬高度为0时，风速为6.25m/s，具体数值见表5。4种留茬高度是指，0.1m，0.2m,0.3m,0.4m。
表5不同高度条件下残差高度与吹动秸秆的临界风速
根据表5做拟合方程，如图2所示，5种高度下风速与留茬高度×残茬盖度的拟合方程，最终确定风速与留茬高度×残茬盖度的拟合方程为：y＝31.818x+6.25(r2＝0.9722)。5种留茬高度是指在0.1m，0.2m,0.3m,0.4m基础上，回归计算出留茬高度为0cm的风速，总计5种留茬高度。
衡水地区地面最高风速一般不超过10m/s，因此，建议残茬盖度×留茬高度为0.55的条件下，21.43cm。
本发明以y＝31.818x+6.25(r2＝0.9722)为通用公式，估算不同秸秆粉碎长度下的不同残茬盖度地块不同留茬高度，可谓是傻瓜式实用技术的指导思想，简化了计划操作，方便操作和计算。
4、根据墒情决定留茬高度
经研究，土壤含水量越高，蒸散量越大，需要覆盖的秸秆越多，秸秆留茬越高，抗风蚀效果越好，为了平衡这一对矛盾，结合收获时收割机无法保留穗位以上秸秆，以地面-平均穗位高度为的计算高度调控范围。
衡水地区计算为例，穗位高度h1，0-50cm土壤相对含水量为w，推荐留茬高度H计算方法：
H＝h1×(1-w)
如：以0.55参茬盖度为背景，假设0-50厘米相对含水量为70％和85％两种情况，进行计算：
穗位高度以1.1米计算，10月2日，0-50厘米相对含水量为70％，留茬高度H＝1.1×(1-70％)＝33cm；
与上述“3、秸秆临界吹动风速与茬高盖度关系确定”中计算的留茬高度进行对比，该条件下，33cm＞21.43cm，因此留茬高度为33cm。
另一种情况为风速决定的留茬高度大于墒情决定的留茬高度，如：穗位高度以1.1米计算，0-50厘米相对含水量为85％，留茬高度H＝1.1×(1-85％)＝16.5cm；
与上述“3、秸秆临界吹动风速与茬高盖度关系确定”中计算的留茬高度进行对比，该条件下，16.5cm＜21.43cm。留茬高度低于风速临界允许高度，秸秆将被吹走，因此留茬高度为21.43cm。
土壤相对含水量和穗位高度决定秸秆覆盖量，当秸秆覆盖量小于参茬高度时，以覆盖量决定留茬高度；当秸秆覆盖量大于参茬高度时，以盖度和多年最高风速决定最小留茬高度为最终留茬高度。
5、根据秸秆覆盖量，计算秸秆粉碎长度
秸秆量大，秸秆粉碎长度长，增加单个秸秆重量，防止秸秆被风吹走，造成秸秆流失；秸秆量少，秸秆粉碎小，确保秸秆铺严农田，减少水分蒸发，同时增大粗糙元覆盖，增强农田储雪能力。选择秸秆长度5cm-25cm之间。在此范围内计算秸秆粉碎长度L，土壤相对含水量为w，充分考虑以上因素，结合生产实际：
L＝5×(100％-w)+25w
即当土壤含水量为0时，土壤含水量少，留茬高度高，可有效防风吹蚀农田，秸秆粉碎最小5cm，即满足土地盖严。土壤含水量100时，地面覆盖厚，留茬高度低，秸秆粉碎长可有效防风吹蚀农田，秸秆粉碎最大25cm。土壤含水量在50％以上，本方法可以保证秸秆适当留长，从而减小秸秆粉碎而造成的动力磨损，降低生产成本。实例：
当w＝70％，L＝5×(100％-70％)+25×70％＝19cm即可；
当w＝80％，L＝5×(100％-85％)+25×85％＝22cm即可。

Claims (7)

1.一年一熟玉米种植农田储雪减蒸节水水分高效利用调控方法，其特征在于，玉米收获后，对农田进行如下处理：控制秸秆粉碎长度和留茬高度；
A、秸秆粉碎长度按如下方程进行控制：
L＝5×(100％-W)+25W，
L表示秸秆粉碎长度，cm，
W表示0-50cm土壤相对含水量，％；
B、留茬高度按如下方式控制，若h＞H，则留茬高度为h；若H＞h，则留茬高度为H：
①根据如下方程式计算，y＝31.818×(h×λ)+6.25(r2＝0.9722),
y表示风速，m/s，
h表示留茬高度，cm，
λ表示残茬盖度，％；
②根据如下方程式计算，H＝h1×(100％-W)，
H表示留茬高度，cm，
h1表示平均穗位高度，m，
W表示0-50cm土壤相对含水量，％。
2.根据权利要求1所述的一年一熟玉米种植农田储雪减蒸节水水分高效利用调控方法，其特征在于，还包括玉米种植操作，选择生育期长、秸秆粗壮、耐密性强的玉米品种，控制玉米的种植密度为4700-5200株/亩，于春季降雨或正常年份播期不早于5月1日，不晚于6月1日，足墒下种或播后及时小畦快灌蒙头水，播种前灭茬一次，进行单粒点播，种子全部包衣处理。
3.根据权利要求2所述的一年一熟玉米种植农田储雪减蒸节水水分高效利用调控方法，其特征在于，玉米种植和生长过程中进行施肥，施肥时增加钾肥的施肥量，具体施肥量如下：每亩施N 25-30kg、K2O 8-10kg、P2O5 7-8kg、ZnSO4 1kg、MnSO4 1kg，K2O、P2O5、ZnSO4、MnSO4作为种肥，N分次施用，种肥施用20％、大喇叭口期施50％-60％、抽雄至吐丝期施20％-30％。
4.根据权利要求2所述的一年一熟玉米种植农田储雪减蒸节水水分高效利用调控方法，其特征在于，适期晚收，收获期不早于10月5日，保证籽粒灌浆期60天以上。
5.根据权利要求1所述的一年一熟玉米种植农田储雪减蒸节水水分高效利用调控方法，其特征在于，步骤B中残茬盖度λ＝n×S×100％，其中，
n表示植株分布密度，每平方米面积上植株的个数；
S表示单株茎秆的平均竖向投影面积，cm2。
6.根据权利要求2所述的一年一熟玉米种植农田储雪减蒸节水水分高效利用调控方法，其特征在于，玉米生长过程中，苗期注意防治蓟马、黏虫、棉铃虫、二点委夜蛾、瑞典蝇虫害，穗期注意防治褐斑病、叶斑病、茎腐病、玉米螟病虫害。
7.根据权利要求2所述的一年一熟玉米种植农田储雪减蒸节水水分高效利用调控方法，其特征在于，采用深松免耕施肥播种联合机进行单粒点播，作业速度不超过4公里/小时，控制单粒点播要比预定密度增加200-300粒，60cm等行距播种。
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