CN111226711A - 一种小麦玉米一年两熟轮作区光热水肥高效栽培方法 - Google Patents

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Abstract

本发明具体为一种小麦玉米一年两熟轮作区光热水肥高效栽培方法，解决了现有小麦玉米一年两熟轮作存在周年高产难、面源污染严重且用水量大造成地下水超采的问题。a、小麦选取半冬性偏冬性或半冬性偏春性品种种植，于10月5日‑15日播种，次年6月13日‑16日收获；b、选取耐密型玉米品种于6月13日‑16日播种，10月5日‑10日成熟收获；c、施肥量折合纯氮为450kg/hm2，且按质量份数比5:5在小麦季和玉米季施入，施肥量折合五氧化二磷为180kg/hm2，施肥量折合氧化钾为120kg/hm2，两者全部施入小麦季；d、采用微喷灌和滴灌少量多次灌水。本发明实现了小麦和玉米的周年双高产光热水肥高效利用。

Description

一种小麦玉米一年两熟轮作区光热水肥高效栽培方法
技术领域
本发明涉及农作物的栽培方法，具体为一种小麦玉米一年两熟轮作区光热水肥高效栽培方法。
背景技术
小麦和玉米是我国第三大和第一大粮食作物，小麦年种植面积3.60亿亩左右，玉米年种植面积5.48亿亩。主要种植模式为小麦-玉米一年两熟种植制度，因复种指数高，基本呈无间隙种植。
小麦和玉米两茬作物间接茬，由于受光热资源不足的影响，玉米只能种植短生育期夏播品种，或通过玉米套播晚收来实现一年两熟，这造成小麦、玉米周年产量相对较低，周年产量徘徊在13500kg/hm2左右，高产困难。
小麦玉米一年两熟轮作区亩均用水量高达6750～8100m3/hm2，而耕地可用灌溉水平均值为2700m3/hm2，远远超过了耕地可用灌溉水平均值；同时随着耕作施肥制度的改变，我国农田有机肥施入量大幅减少，高产主要依靠过量的化肥投入，小麦玉米一年两熟轮作区小麦生育期化肥用量为382.5～457.5kg/hm2，玉米生育期化肥用量为278.4～368.0kg/hm2，远远超过耕地的平均化肥施用量，耕地的平均化肥施用量为316.2kg/hm2，为面源重污染区。
发明内容
本发明为了解决现有小麦玉米一年两熟轮作存在周年高产难、面源污染严重且用水量大造成地下水超采的问题，提供了一种小麦玉米一年两熟轮作区光热水肥高效栽培方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种小麦玉米一年两熟轮作区光热水肥高效栽培方法，采用如下步骤：a、根据单叶发育所需积温、进入单棱期历时及冬前叶龄指标将小麦品种进行聚类分析后重新划分为冬性、半冬性偏冬性、半冬性和半冬性偏春性，并选取半冬性偏冬性或半冬性偏春性品种种植，于10月5日-15日播种，次年6月13日-16日收获；b、选取耐密型长生育期春播玉米品种于6月13日-16日采用机械硬茬播种，10月5日-10日成熟收获；c、将小麦和玉米作为一个施肥单元施用化肥，施肥量折合纯氮为450kg/hm2，且按质量份数比5:5在小麦季和玉米季施入，施肥量折合五氧化二磷为180kg/hm2，施肥量折合氧化钾为120kg/hm2，五氧化二磷和氧化钾全部施入小麦季；d、采用微喷灌和滴灌少量多次灌水，具体为小麦生育期灌水四次，其中越冬水灌入600m3/hm2、返青水灌入300m3/hm2、拔节水灌入600m3/hm2、灌浆水灌入300m3/hm2；玉米生育期灌水四次，其中小喇叭口期、大喇叭口期、抽雄期、灌浆期均灌入450m3/hm2。
通过对小麦品种感温特性重新细分，以准确选择品种，为收获期和播期调整奠定基础，小麦品种播期和成熟期调整后既保证了小麦的安全越冬，又提高了光热资源利用率，通过合理调整小麦、玉米播期，使得小麦冬前达5叶至5叶1心，可使小麦增产0.86-4.35％，玉米增产8.39-14.69％，周年增产5.40-11.46％；小麦、玉米一体化施肥技术较农民施肥周年减施纯氮、五氧化二磷和氧化钾分别为150kg/hm2、30kg/hm2和22.5kg/hm2，周年氮磷钾肥利用效率分别提高3.35-10.62％、0.61-5.32％和1.82-9.22％，小麦、玉米周年平均增产1.37-10.67％、3.05-9.92％和2.39-10.25％；通过微喷灌和滴灌水肥一体化技术，较漫灌生育期各灌2水传统施肥，小麦和玉米增产13.21-14.72％和20.96-23.22％，水分利用效率提高43.97-47.69％和60.45-77.66％。
克服了现有小麦玉米一年两熟轮作存在周年高产难、面源污染严重且用水量大造成地下水超采的问题。
小麦季氮肥按如下质量百分比施入，先施入70％基肥，然后在拔节期追施30％氮肥，或先施入60％基肥，然后在拔节期追施30％氮肥，最后在灌浆初期追施10％氮肥；玉米季氮肥按如下质量百分比施入，首先在小喇叭口期施入40％氮肥，然后在抽雄期追施60％氮肥，或先在小喇叭口期施入30％氮肥，然后在大喇叭口期追施40％氮肥，接着在抽雄期追施20％氮肥，最后在灌浆期追施10％氮肥。
氮肥施入方式的调整进一步确保了周年高产，使得化肥减施，养分高效利用。
玉米的播种密度为6400-6600株/hm2。
半冬性偏冬性小麦品种选取临旱6号、临丰615或临选2035，半冬性偏春性小麦品种选取良星99、烟农19、临优145、尧麦16、舜麦1718、晋麦84、良星66、邯6172、石麦19、良星67、济麦22，耐密型长生育期春播玉米品种选取大丰30、强盛51、先玉335、士海738或JK1403。
越冬水灌水时间为小麦三叶期后至昼消夜冻前，即11月10日至12月5日，拔节水灌水时间为次年3月25日至4月5日。
本发明所述的一种小麦玉米一年两熟轮作区光热水肥高效栽培方法避免了冬前旺长对水肥消耗和抗冻性降低的风险及早春迟发返青难的问题，并延长了穗分化时间，可使穗粒数增加，为玉米生育期延长晚收增加生育期积温，选择种植长生育期高产品种，提高了光热资源的利用效率，实现了小麦和玉米的周年双高产，而且周年氮磷钾肥的利用效率分别提高了3.35～10.62％、0.61～5.32％和1.82～9.22％，同时实现了节水水肥高效的要求。
具体实施方式
实施例1
一种小麦玉米一年两熟轮作区光热水肥高效栽培方法，采用如下步骤：a、根据单叶发育所需积温、进入单棱期历时及冬前叶龄指标将小麦品种进行聚类分析后重新划分为冬性、半冬性偏冬性、半冬性和半冬性偏春性，并选取半冬性偏冬性或半冬性偏春性品种种植，于10月5日播种，次年6月13日收获；b、选取耐密型长生育期春播玉米品种于6月13日采用机械硬茬播种，10月5日成熟收获；c、将小麦和玉米作为一个施肥单元施用化肥，施肥量折合纯氮为450kg/hm2，且按质量份数比5:5在小麦季和玉米季施入，施肥量折合五氧化二磷为180kg/hm2，施肥量折合氧化钾为120kg/hm2，五氧化二磷和氧化钾全部施入小麦季；d、采用微喷灌和滴灌少量多次灌水，具体为小麦生育期灌水四次，其中越冬水灌入600m3/hm2、返青水灌入300m3/hm2、拔节水灌入600m3/hm2、灌浆水灌入300m3/hm2；玉米生育期灌水四次，其中小喇叭口期、大喇叭口期、抽雄期、灌浆期均灌入450m3/hm2。
小麦季氮肥按如下质量百分比施入，先施入70％基肥，然后在拔节期追施30％氮肥；玉米季氮肥按如下质量百分比施入，首先在小喇叭口期施入40％氮肥，然后在抽雄期追施60％氮肥。
玉米的播种密度为6400株/hm2。
半冬性偏冬性小麦品种选取临旱6号，半冬性偏春性小麦品种选取良星99，耐密型长生育期春播玉米品种选取大丰30。
越冬水灌水时间为小麦三叶期后至昼消夜冻前，即11月10日，拔节水灌水时间为次年3月25日。
实施例2
一种小麦玉米一年两熟轮作区光热水肥高效栽培方法，采用如下步骤：a、根据单叶发育所需积温、进入单棱期历时及冬前叶龄指标将小麦品种进行聚类分析后重新划分为冬性、半冬性偏冬性、半冬性和半冬性偏春性，并选取半冬性偏冬性或半冬性偏春性品种种植，于10月15日播种，次年6月16日收获；b、选取耐密型长生育期春播玉米品种于6月16日采用机械硬茬播种，10月10日成熟收获；c、将小麦和玉米作为一个施肥单元施用化肥，施肥量折合纯氮为450kg/hm2，且按质量份数比5:5在小麦季和玉米季施入，施肥量折合五氧化二磷为180kg/hm2，施肥量折合氧化钾为120kg/hm2，五氧化二磷和氧化钾全部施入小麦季；d、采用微喷灌和滴灌少量多次灌水，具体为小麦生育期灌水四次，其中越冬水灌入600m3/hm2、返青水灌入300m3/hm2、拔节水灌入600m3/hm2、灌浆水灌入300m3/hm2；玉米生育期灌水四次，其中小喇叭口期、大喇叭口期、抽雄期、灌浆期均灌入450m3/hm2。
小麦季氮肥按如下质量百分比施入，先施入60％基肥，然后在拔节期追施30％氮肥，最后在灌浆初期追施10％氮肥；玉米季氮肥按如下质量百分比施入，首先在小喇叭口期施入30％氮肥，然后在大喇叭口期追施40％氮肥，接着在抽雄期追施20％氮肥，最后在灌浆期追施10％氮肥。
玉米的播种密度为6600株/hm2。
半冬性偏冬性小麦品种选取临选2035，半冬性偏春性小麦品种选取济麦22，耐密型长生育期春播玉米品种选取JK1403。
越冬水灌水时间为小麦三叶期后至昼消夜冻前，即12月5日，拔节水灌水时间为次年4月5日。
实施例3
一种小麦玉米一年两熟轮作区光热水肥高效栽培方法，采用如下步骤：a、根据单叶发育所需积温、进入单棱期历时及冬前叶龄指标将小麦品种进行聚类分析后重新划分为冬性、半冬性偏冬性、半冬性和半冬性偏春性，并选取半冬性偏冬性或半冬性偏春性品种种植，于10月7日播种，次年6月14日收获；b、选取耐密型长生育期春播玉米品种于6月15日采用机械硬茬播种，10月6日成熟收获；c、将小麦和玉米作为一个施肥单元施用化肥，施肥量折合纯氮为450kg/hm2，且按质量份数比5:5在小麦季和玉米季施入，施肥量折合五氧化二磷为180kg/hm2，施肥量折合氧化钾为120kg/hm2，五氧化二磷和氧化钾全部施入小麦季；d、采用微喷灌和滴灌少量多次灌水，具体为小麦生育期灌水四次，其中越冬水灌入600m3/hm2、返青水灌入300m3/hm2、拔节水灌入600m3/hm2、灌浆水灌入300m3/hm2；玉米生育期灌水四次，其中小喇叭口期、大喇叭口期、抽雄期、灌浆期均灌入450m3/hm2。
小麦季氮肥按如下质量百分比施入，先施入70％基肥，然后在拔节期追施30％氮肥；玉米季氮肥按如下质量百分比施入，首先在小喇叭口期施入30％氮肥，然后在大喇叭口期追施40％氮肥，接着在抽雄期追施20％氮肥，最后在灌浆期追施10％氮肥。
玉米的播种密度为6440株/hm2。
半冬性偏冬性小麦品种选取临丰615，半冬性偏春性小麦品种选取石麦19，耐密型长生育期春播玉米品种选取先玉335。
越冬水灌水时间为小麦三叶期后至昼消夜冻前，即11月21日，拔节水灌水时间为次年4月3日。
具体实施过程中，选取山西南部麦区1961-2019年59年间的月和年平均气温变化情况分析可知(见表1)。
表1 1961-2019年月和年平均气温(℃)
Figure BDA0002429745690000071
年平均气温仅上世纪七十年代略有下降，此后呈逐渐升高趋势，其中2011-2019年年平均气温较常年平均温度高0.99℃。月平均气温中1月、4月、7月、9月份温持续升高，2月和12月份平均气温呈先持续升高，而2011年后小幅降低；3月、5月、6月、8月和10月份平均气温呈先降低后升高变化，11月份平均气温则呈先升高后降低再升高变化。2011-2019年月平均气温较常年月平均气温升高0.72-2.18℃，其中12月升高最少，为0.72℃，3月份升高最多，达2.18℃。10月和11月是小麦越冬前生长时期，月平均气温较常年升高1.46℃和2.03℃，0℃以上积温较常年增加106.16℃。小麦越冬期月平均气温升高0.72-1.35℃，这使得冬季低温冻害的风险减轻，0℃以上积温天数增加，小麦带绿越冬且生长天数增加。尤其是利用低温生长能力较强的偏春性品种，在越冬前和越冬期可利用的积温增加，叶龄和生长量增加，有利于播期推迟，培育壮苗群体和个体。
播期对小麦生育期进程的影响主要在拔节期前，对抽穗、灌浆和成熟期影响较小。由表2知，播期早，生育期长，生育期积温多。播期对生长发育前期，尤其是冬前生长发育影响大，对抽穗期后发育影响较小。播期对生育期的日平均积温影响较小，相差≤0.3℃。小麦成熟期由品种感温生态类型决定，而与播期相关性较小。电镜观察穗分化进程发现，播期早，穗分化进程提前。通过人工模拟和播期试验，一定生态区域内，品种安全越冬抗性与冬春性相关性较小，与发育进程、低温诱导相关性高。麦区小麦安全越冬发育进程为单棱期。
表2播期对生育期和积温的影响(≥0℃)
Figure BDA0002429745690000081
研究表明，不同感温品种单叶发育所需积温、出苗至进入单棱期历时和冬前同叶龄历时存在差异。根据单叶发育积温、进入单棱期历时、冬前叶龄的指标，将生产种植的小麦品种进行聚类分析，将小麦品种感温生态类型由过去的冬性和半冬性，重新划分为冬性、半冬性偏冬性、半冬性和半冬性偏春性(表3)，并确定了各感温生态类型品种出苗到单棱期所需积温、适播期平均气温、冬前单叶所需积温、主茎叶龄等指标(表4)。
表3小麦品种感温生态类型划分新旧指标对照表
Figure BDA0002429745690000091
表4小麦品种新感温生态类型与发育指标、适播期的关系表
Figure BDA0002429745690000092
根据玉米品种生育期长短和耐密株型等试验表明(表5、表6)，在种植密度基本一致的密植情况下，耐密品种的穗粒数、百粒重和产量水平高于中密和平展型不耐密品种；且耐密型品种中生育期较长的品种，百粒重和产量水平高于生育期短的品种，且耐密型品种的收获指数和出籽率普遍高于中密型和平展型品种。因此。种植耐密型长生育期的春播品种，更有利于获得高产，实现光热资源高效利用。
表5不同生育期和株型玉米品种产量及其构成
Figure BDA0002429745690000101
表6播期玉米的生育时期
Figure BDA0002429745690000102
长生育期耐密型春播品种先玉335播期试验表明，随播期推迟玉米成熟期推迟，生育期增加，穗粒数、出籽率和产量均降低。第四播期较第一播期迟播9天，而成熟期推迟17天。因此，玉米播种越晚，成熟期推迟越多，生育期越长，这与后期温度低、光照强度低，不利于玉米干物质积累灌浆，成熟期推迟。因此，玉米早播，有利于早熟高产，提高光热利用效率。
玉米属C4植物，种植于热带地区更有利于高产，其光合作用效率较C3(如小麦)植物高，所以在温度高，光照强的光热资源丰富的条件下更容易获得高产。夏季光热资源相对丰富，有利于玉米生长，秋季光热资源减弱，不利于玉米高产。因此，从光热资源高效利用考虑，玉米一定范围内播种越早，光热资源越丰富，生育期越短，越有利于玉米高产，也有利于下茬作物小麦适期播种。
自2014年开始，在小麦玉米一年两熟轮作连续种植5年的地块开展研究。试验设因素一，磷钾施用方式(A)：磷钾全施入小麦季(A1)，磷钾肥小麦和玉米季按施入2:1(A2)；因素二，小麦-玉米一个轮作周年施施肥量折合纯氮(B)：定量减施用量450kg/hm2(B1)，农民施肥用量600kg/hm2(B2)；因素三，小麦和玉米季氮肥施用比例(C)：小麦：玉米按5:5施入(C1)、小麦：玉米按6:4施入(C2)，并设不施肥(CK)和施用生物有机肥3000kg/hm2相对对照(CK相)，共10个施肥模式处理，具体施肥量见表7。
表7麦玉一体化定位施肥方案(kg/hm2)
Figure BDA0002429745690000111
由表8和表9知，连续5年定位试验结果表明，A1B1C1处理在小麦产量第1、4和5年均最高，第2年产量为次高；玉米第3年产量最高，第2、4、5年产量为次高。A1B1C1处理小麦和玉米周年产量在第1、2、4和5年产量均最高，第3年次高。A1B1C1处理5年的小麦、玉米和周年平均产量均最高，A1B2C2处理次高。小麦当季和周年化肥利用效率(表10)知，减施氮肥处理的氮磷钾肥利用效率高于农民施肥施氮量的氮磷钾利用效率。减施氮肥处理较农民施氮量处理的周年氮磷肥钾利用效率提高3.35～10.62％、0.61～5.32％和1.82～9.22％。施化肥处理中氮磷肥的周年利用效率A1B1C1最高，而钾肥周年利用效率则以A2B1C1最高。
表8麦玉一体化施肥小麦和玉米产量(kg/hm2)
Figure BDA0002429745690000121
表9麦玉一体化施肥小麦玉米周年和平均产量(kg/hm2)
Figure BDA0002429745690000122
Figure BDA0002429745690000131
表10麦玉一体化施肥小麦和周年化肥利用效率(％)
Figure BDA0002429745690000132
麦玉一体化施肥技术较农民施肥周年减施纯氮、P2O5和K2O分别为150kg/hm2、30kg/hm2和22.5kg/hm2，周年氮磷钾肥利用效率提高3.35～10.62％、0.61～5.32％和1.82～9.22％，小麦、玉米和周年平均增产1.37～10.67％、3.05～9.92％和2.39～10.25％。
小麦减量提前浇冬水+拔节期增量灌水模式，小麦生育期浇2水高效灌溉技术。试验因子一，灌水时间：传统昼消夜冻时灌水(12月10日)，即冻水(W冻)、越冬前的小麦三叶期后至昼消夜冻前灌水(11月25日)，即越冬水(W冬)、拔节期灌水(4月3日)，即拔节水(W拔)、灌浆前期灌水，即灌浆水(W灌)；试验因子二，灌水量：W表示正常灌水量，WR表示减少灌水量300m3/hm2，WI表示增加灌水量150m3/hm2。试验表明(表11)，越冬前灌水时间提前使成穗数明显增加而增产，且水分利用效率明显提高；越冬前灌水量对成穗数影响较小，拔节期增加灌水量则有利于增加穗粒数和千粒重而增产，灌浆期灌水虽使千粒重进一步提高，但增产幅度较小，且水分利用效率降低。因此，综合分析小麦节水高产高效栽培灌水模式是，越冬水提前且适当减少灌水量，配合拔节期增量灌水。
表11小麦灌水模式的产量及水分利用效率
Figure BDA0002429745690000141
表12小麦和玉米不同灌溉方式的产量及水分利用效率
Figure BDA0002429745690000142
连续试验表明(表12)，采用微喷灌和滴灌少量多次灌水模式，较传统漫灌的小麦(越冬水1950m3/hm2+拔节水1350m3/hm2，水表实测值)和玉米(苗期+大喇叭口各灌水1350m3/hm2)各灌水2次，产量和水分利用效率均明显增加。采用微喷灌、滴灌水肥一体化节水灌溉小麦和玉米分别较传统漫灌增产13.21～14.72％和20.96～23.22％，水分利用效率分别提高43.97～47.69％和60.45～77.66％。因此，微喷灌、滴灌节水灌溉方式，通过少量多次生育期灌溉可完全替代漫灌，实现节水高产水分高效。

Claims (5)

1.一种小麦玉米一年两熟轮作区光热水肥高效栽培方法，其特征在于：采用如下步骤：a、根据单叶发育所需积温、进入单棱期历时及冬前叶龄指标将小麦品种进行聚类分析后重新划分为冬性、半冬性偏冬性、半冬性和半冬性偏春性，并选取半冬性偏冬性或半冬性偏春性品种种植，于10月5日-15日播种，次年6月13日-16日收获；b、选取耐密型长生育期春播玉米品种于6月13日-16日采用机械硬茬播种，10月5日-10日成熟收获；c、将小麦和玉米作为一个施肥单元施用化肥，施肥量折合纯氮为450kg/hm2，且按质量份数比5:5在小麦季和玉米季施入，施肥量折合五氧化二磷为180kg/hm2，施肥量折合氧化钾为120kg/hm2，五氧化二磷和氧化钾全部施入小麦季；d、采用微喷灌和滴灌少量多次灌水，具体为小麦生育期灌水四次，其中越冬水灌入600m3/hm2、返青水灌入300m3/hm2、拔节水灌入600m3/hm2、灌浆水灌入300m3/hm2；玉米生育期灌水四次，其中小喇叭口期、大喇叭口期、抽雄期、灌浆期均灌入450m3/hm2。
2.根据权利要求1所述的一种小麦玉米一年两熟轮作区光热水肥高效栽培方法，其特征在于：小麦季氮肥按如下质量百分比施入，先施入70％基肥，然后在拔节期追施30％氮肥，或先施入60％基肥，然后在拔节期追施30％氮肥，最后在灌浆初期追施10％氮肥；玉米季氮肥按如下质量百分比施入，首先在小喇叭口期施入40％氮肥，然后在抽雄期追施60％氮肥，或先在小喇叭口期施入30％氮肥，然后在大喇叭口期追施40％氮肥，接着在抽雄期追施20％氮肥，最后在灌浆期追施10％氮肥。
3.根据权利要求1或2所述的一种小麦玉米一年两熟轮作区光热水肥高效栽培方法，其特征在于：玉米的播种密度为6400-6600株/hm2。
4.根据权利要求1或2所述的一种小麦玉米一年两熟轮作区光热水肥高效栽培方法，其特征在于：半冬性偏冬性小麦品种选取临旱6号、临丰615或临选2035，半冬性偏春性小麦品种选取良星99、烟农19、临优145、尧麦16、舜麦1718、晋麦84、良星66、邯6172、石麦19、良星67、济麦22，耐密型长生育期春播玉米品种选取大丰30、强盛51、先玉335、士海738或JK1403。
5.根据权利要求1或2所述的一种小麦玉米一年两熟轮作区光热水肥高效栽培方法，其特征在于：越冬水灌水时间为小麦三叶期后至昼消夜冻前，即11月10日至12月5日，拔节水灌水时间为次年3月25日至4月5日。
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