冬小麦/夏玉米轮作体系绿色滴灌节水栽培方法

摘要

本发明涉及一种冬小麦/夏玉米轮作体系绿色滴灌节水栽培方法，本发明开发了一种冬小麦/夏玉米种植间距与滴灌带布置方式，建立了一套针对冬小麦/夏玉米轮作体系节水省肥的水肥一体化实施方案，配合不同农艺节水方法、滴灌平台自动控制系统、精准定位拖拉机与多功能一体机，形成了一套适宜于华北平原冬小麦/夏玉米轮作体系绿色滴灌节水栽培技术。提高了水肥利用效率，降低了灌溉成本，达到增产增效的效果。

说明书

技术领域

本发明属于农业技术领域，涉及一种冬小麦/夏玉米轮作体系绿色滴灌节水栽培方法，尤其是为华北平原冬小麦/夏玉米轮作区提供一种低成本、低污染、高效益、高效能的栽培方法。

背景技术

冬小麦/夏玉米一年两熟轮作种植制度是华北黄淮海地区的主要粮食种植方式，然而由于华北地区水资源紧张，地下水超采情况严重，农业作为浅层地下水超采区内的主要地下水用户，作物生育期内缺水而导致产量下降，严重影响了我国的粮食安全。随着人口增长，耕地面积减少，城镇化进程加快，水土资源及气候变化等因素制约着粮食的持续增产，原有的轮作栽培制度不能保证冬小麦/夏玉米的单产，怎样有效利用高效节水技术及合理施肥方式来实现产量的稳定增长成为我们急需解决的问题。

作物种植栽培技术模式直接影响到田间的水肥管理，不尽合理的传统栽培技术(如大水漫灌、肥料“一炮轰”等)在华北平原地区还相当普遍，不仅造成了土壤理化性状恶化，降低了土地生产力，而且水分利用效率和肥料利用率降低。滴灌技术因其精量、可控的特点，被认为是目前应用最广泛的高效节水灌溉技术之一。滴灌曾因其较高的价格仅用于高附加值的经济作物中，随着一次性薄壁滴灌带的广泛应用，逐步推广应用于小麦、玉米等大田作物上。如吉林省农业科学院刘慧涛等人发明的“用于半干旱区的玉米水肥一体化滴灌施肥方法”(公开号：CN 106818163 A)，利用滴灌系统，根据半干旱玉米生长发育各个阶段对水分、养分的需求规律，及时准确供给玉米所需的水分、养分，实现水肥协同管理和高效利用。但是种植作物仅限于玉米，并不能满足华北平原冬小麦/夏玉米轮作体系两茬种植与滴灌技术的很好结合，即种植行距与毛管间距的匹配、耕作对毛管的影响，增加了滴灌使用中人工的投入，增加了生产成本。如石河子大学刘建国等人发明的“一种麦茬滴灌带再利用复播作物的双滴栽培方法”(公开号：CN104663223A)，详细描述了利用滴灌技术小麦收获后复种的处理方式，实现了滴灌带的二次利用，使前后茬作物“双滴”栽培，降低生产成本，提高复种指数和水肥资源利用率，但对于冬小麦/夏玉米轮作体系的适用性，同时该技术与农机、农艺的适配性及水肥管理方法都不明确，极大地影响了滴灌节水、省肥等效益的发挥。

综上所述，在华北地区稳步推行节水压采行动的措施下，农业用水空间必将会受到近一步压缩，本发明提出了一套基于滴灌平台适用于大田推广的降本提效种植模式，结合农机农艺形成了一种冬小麦/夏玉米轮作体系绿色滴灌节水栽培方法。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明开发了一种冬小麦/夏玉米种植间距与滴灌带布置方式，建立了一套针对冬小麦/夏玉米轮作体系节水省肥的水肥一体化实施方案，配合不同农艺节水方法、滴灌平台自动控制系统、精准定位拖拉机与多功能一体机，形成了一套适宜于华北平原冬小麦/夏玉米轮作体系绿色滴灌节水栽培技术。

本发明主要采用滴灌进行冬小麦/夏玉米轮作绿色滴灌节水栽培方法种植，可以有效解决以下几点问题：

(1)通过合理的种植行距与田间滴灌管道布置方式，保证冬小麦/夏玉米连续性种植，在冬小麦收获后，种植土壤不需进行重新耕作，也不需要对田间管道进行重新布置即可直接播种夏玉米，形成了新的栽培模式。

(2)采用长毛管滴灌，配合不同农艺节水措施，提出针对冬小麦/夏玉米轮作滴灌水肥一体化方案，提高水肥利用效率，降低灌溉成本，达到增产增效的效果。

(3)利用基于北斗导航的定位技术，将拖拉机改建，使其具备定位与自动驾驶功能。拖拉机后悬挂冬小麦播种-施肥-开沟-铺管-覆土一体机，结合(1)中提出的种植行距，实现冬小麦精准播种、施肥、铺管；第二茬夏玉米播种时，利用北斗导航定位技术，按照滴灌带位置，准确播种。整个过程实现滴灌与农机技术的融合，降低了二茬重新铺设滴灌带的成本与劳动力，降本提效，实现冬小麦/夏玉米精准化、集约化耕种。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种冬小麦/夏玉米轮作体系绿色滴灌节水栽培方法，包括以下步骤：

(1)冬小麦/夏玉米轮作体系的宽窄行种植模式及滴灌带布置：

冬小麦/夏玉米轮作种植尺寸：夏玉米采用宽窄行种植模式，窄行30cm，宽行70cm，一条滴灌带灌两行夏玉米，相邻滴灌带间距为100cm；冬小麦采用宽窄行种植模式，六行冬小麦之间的间距依次为12.5cm、12.5cm、20cm、12.5cm、12.5cm，相邻两组冬小麦之间的间距为30cm，一条滴灌带灌六行冬小麦，相邻滴灌带间距为100cm；

(2)冬小麦/夏玉米轮作体系精准播种：

利用冬小麦播种-施肥-开沟-铺管-覆土一体机后悬挂于拖拉机上，完成冬小麦的播种、施有机肥、开沟、铺管和覆土作业；在冬小麦收获后，将拖拉机后悬挂改为夏玉米精量播种/施肥机，按照步骤(1)中夏玉米的种植模式实现夏玉米的精准播种；

(3)对冬小麦/夏玉米轮作体系进行滴灌水肥一体化操作。

在上述方案的基础上，步骤(1)中所述滴灌带选择管径为16mm、管壁壁厚为0.2mm、灌水器间距为0.3m，灌水器流量为0.8～1.2L/h的滴灌带；所述滴灌带布置长度为60～100m，滴灌带浅埋于土壤3～5cm深度处。

在上述方案的基础上，在播种完冬小麦后不需要对滴灌带做任何处理，即可将滴灌带直接应用于下一茬夏玉米的灌溉。

在上述方案的基础上，步骤(2)中所述一体机根据需要由小麦播种机进行改进制得，所述一体机的播幅为3.6m，播种24行冬小麦，同时铺设6条滴灌带，满足步骤(1)中冬小麦12.5+12.5+20+12.5+12.5cm的种植间距；所述玉米精量播种/施肥机的播幅为3.6m。

在上述方案的基础上，步骤(2)中所述拖拉机上配备液压转向系统、控制系统、地面基站、车载移动接收器和北斗定位导航系统；所述控制系统为控制电磁阀，用于实现拖拉机自动定向行驶。

在上述方案的基础上，所述整个冬小麦/夏玉米轮作体系中，采用保护性耕作模式，每两年进行一次土地深耕。

在上述方案的基础上，所述冬小麦可适当晚播，播种时间在10月6日～10月10日，通过增加播种量挽回迟播减产；夏玉米适当晚收，收获时间在9月30日～10月5日，收获后紧接着整地，播种冬小麦。

在上述方案的基础上，冬小麦出苗期滴灌湿润峰深度保持在15～25cm，其他生育期滴灌湿润峰保持在40～60cm。

在上述方案的基础上，步骤(3)中滴灌水肥一体化操作中的滴灌方案如下：

为保证出苗率，冬小麦播种后出苗期滴灌1次，灌水定额为30～35m³/亩；分蘖期滴灌1次，灌水定额为10～15m³/亩；返青期冬小麦耗水量占总耗水量的10％，返青水需及时灌溉，滴灌1次，灌水定额为30～35m³/亩；拔节期耗水量占总耗水量的25％，这段时间华北地区降雨少，因此补充灌溉量要足，滴灌2～3次，每次灌水定额为25～30m³/亩；孕穗期耗水量占总耗水量的10％，滴灌1～2次，每次灌水定额为20～25m³/亩；灌浆成熟期耗水量占总耗水量的40％，此时有部分降雨补充，滴灌2次，每次灌水定额为25～30m³/亩；

夏玉米出苗期耗水量占总耗水量的15％，播种后出苗期滴灌1次，灌水定额为10～15m³/亩，以保证出苗率；拔节期耗水量占总耗水量的25％，滴灌2～3次，每次灌水定额为10～15m³/亩；抽雄灌浆期耗水量占总耗水量的50％，滴灌4～5次，每次灌水定额为10～15m³/亩；成熟期耗水量占总耗水量的10％，降雨量满足，不需要补充灌溉。

在上述方案的基础上，步骤(3)中滴灌水肥一体化操作中的施肥方案如下：

冬小麦播种前施有机肥200kg/亩，两年轮施一次；冬小麦播种时施底肥(复合肥N-P-K：15-15-15)40kg/亩，在冬小麦返青期后实施追肥处理，每次实施追肥处理时，随水滴施，保证停水前半小时结束施肥，施肥次数与各生育期灌水次数相同，施入量按照施肥总量平均到每次中；返青期滴施总量：尿素0.6～1.0kg/亩、磷酸二铵0.3～0.6kg/亩、磷酸二氢钾0.2～0.4kg/亩；拔节期滴施总量：尿素8～10kg/亩、磷酸二铵2.0～3.0kg/亩、磷酸二氢钾2.0～2.5kg/亩；孕穗期滴施总量：尿素8.0～10kg/亩、磷酸二铵10～12kg/亩、磷酸二氢钾4.0～5.0kg/亩；灌浆成熟期滴施总量：尿素8～10kg/亩、磷酸二铵1.0～1.5kg/亩；

夏玉米播种时施入底肥(复合肥N-P-K：15-15-15)20kg/亩，夏玉米追肥主要是拔节期和抽雄灌浆期，每次实施追肥处理时，随水滴施，保证停水前半小时结束施肥，施肥次数与各生育期灌水次数相同，施入量按照施肥总量平均到每次中；拔节期滴施总量：尿素20～25kg/亩，硫酸钾15～18kg/亩；抽雄灌浆期滴施总量：尿素12～15kg/亩，硫酸钾6～8kg/亩。

本发明的优点

(1)本方法提出了华北平原冬小麦/夏玉米轮作体系下通过滴灌方式实现节水增产的绿色栽培方法。在滴灌的基础上，改变原来的等间距种植方式，宽窄行种植间距下，既减少了灌水量，也减少了滴灌带的铺设量，达到节水降本；整合农机、农艺降低了人工的投入，也提高了工作效率；改变了原有的大水漫灌与一炮轰施肥方式，通过小水勤灌与少量多次的追肥方式，提高了灌水的均匀性与施肥的有效性，从而提高了水分利用率与肥料的利用率。

(2)本方法采用冬小麦播种-施肥-开沟-铺管-覆土一体机及玉米精量播种/施肥机结合北斗导航定位技术，提高了种植的机械化水平，解决了我国农业集约化发展下人工成本上升、生产效率低下等问题，实现冬小麦/夏玉米精准化播种。

(3)本方法可采用滴灌自动化技术，按照设定好的灌水施肥方案，严格按照灌水方案实施，在整个生育期内提高了劳动生产率、保证灌水均匀度、实现水肥一体化、水分利用率与肥料的利用率均明显提高。

附图说明

本发明有如下附图：

图1为冬小麦/夏玉米轮作种植间距图。

图2为实施例中2015年冬小麦试验区降水量分布图。

图3为实施例中2015年夏玉米试验区降水量分布图。

具体实施方式

以下结合附图1-3对本发明作进一步详细说明。

如图1-3所示，本发明所述的冬小麦/夏玉米轮作体系绿色滴灌节水栽培方法，包括以下步骤：

(1)冬小麦/夏玉米轮作体系的宽窄行种植模式及滴灌带布置：

冬小麦/夏玉米轮作种植尺寸：夏玉米采用宽窄行种植模式，窄行30cm，宽行70cm，一条滴灌带灌两行夏玉米，相邻滴灌带间距为100cm；冬小麦采用宽窄行种植模式，六行冬小麦之间的间距依次为12.5cm、12.5cm、20cm、12.5cm、12.5cm，相邻两组冬小麦之间的间距为30cm，一条滴灌带灌六行冬小麦，相邻滴灌带间距为100cm；

(2)冬小麦/夏玉米轮作体系精准播种：

利用冬小麦播种-施肥-开沟-铺管-覆土一体机后悬挂于拖拉机上，完成冬小麦的播种、施有机肥、开沟、铺管和覆土作业；在冬小麦收获后，将拖拉机后悬挂改为夏玉米精量播种/施肥机，按照步骤(1)中夏玉米的种植模式实现夏玉米的精准播种；

(3)对冬小麦/夏玉米轮作体系进行滴灌水肥一体化操作。

在上述方案的基础上，步骤(1)中所述滴灌带选择管径为16mm、管壁壁厚为0.2mm、灌水器间距为0.3m，灌水器流量为0.8～1.2L/h的滴灌带；所述滴灌带布置长度为60～100m，滴灌带浅埋于土壤3～5cm深度处。

在上述方案的基础上，在播种完冬小麦后不需要对滴灌带做任何处理，即可将滴灌带直接应用于下一茬夏玉米的灌溉。

在上述方案的基础上，步骤(2)中所述一体机根据需要由小麦播种机进行改进制得，所述一体机的播幅为3.6m，播种24行冬小麦，同时铺设6条滴灌带，满足步骤(1)中冬小麦12.5+12.5+20+12.5+12.5cm的种植间距；所述玉米精量播种/施肥机的播幅为3.6m。

在上述方案的基础上，步骤(2)中所述拖拉机上配备液压转向系统、控制系统、地面基站、车载移动接收器和北斗定位导航系统；所述控制系统为控制电磁阀，用于实现拖拉机自动定向行驶。

在上述方案的基础上，所述整个冬小麦/夏玉米轮作体系中，采用保护性耕作模式，每两年进行一次土地深耕。

在上述方案的基础上，所述冬小麦可适当晚播，播种时间在10月6日～10月10日，通过增加播种量挽回迟播减产；夏玉米适当晚收，收获时间在9月30日～10月5日，收获后紧接着整地，播种冬小麦。

在上述方案的基础上，冬小麦出苗期滴灌湿润峰深度保持在15～25cm，其他生育期滴灌湿润峰保持在40～60cm。

在上述方案的基础上，步骤(3)中滴灌水肥一体化操作中的滴灌方案如下：

为保证出苗率，冬小麦播种后出苗期滴灌1次，灌水定额为30～35m³/亩；分蘖期滴灌1次，灌水定额为10～15m³/亩；返青期冬小麦耗水量占总耗水量的10％，返青水需及时灌溉，滴灌1次，灌水定额为30～35m³/亩；拔节期耗水量占总耗水量的25％，这段时间华北地区降雨少，因此补充灌溉量要足，滴灌2～3次，每次灌水定额为25～30m³/亩；孕穗期耗水量占总耗水量的10％，滴灌1～2次，每次灌水定额为20～25m³/亩；灌浆成熟期耗水量占总耗水量的40％，此时有部分降雨补充，滴灌2次，每次灌水定额为25～30m³/亩；

夏玉米出苗期耗水量占总耗水量的15％，播种后出苗期滴灌1次，灌水定额为10～15m³/亩，以保证出苗率；拔节期耗水量占总耗水量的25％，滴灌2～3次，每次灌水定额为10～15m³/亩；抽雄灌浆期耗水量占总耗水量的50％，滴灌4～5次，每次灌水定额为10～15m³/亩；成熟期耗水量占总耗水量的10％，降雨量满足，不需要补充灌溉。

在上述方案的基础上，步骤(3)中滴灌水肥一体化操作中的施肥方案如下：

冬小麦播种前施有机肥200kg/亩，两年轮施一次；冬小麦播种时施底肥(复合肥N-P-K：15-15-15)40kg/亩，在冬小麦返青期后实施追肥处理，每次实施追肥处理时，随水滴施，保证停水前半小时结束施肥，施肥次数与各生育期灌水次数相同，施入量按照施肥总量平均到每次中；返青期滴施总量：尿素0.6～1.0kg/亩、磷酸二铵0.3～0.6kg/亩、磷酸二氢钾0.2～0.4kg/亩；拔节期滴施总量：尿素8～10kg/亩、磷酸二铵2.0～3.0kg/亩、磷酸二氢钾2.0～2.5kg/亩；孕穗期滴施总量：尿素8.0～10kg/亩、磷酸二铵10～12kg/亩、磷酸二氢钾4.0～5.0kg/亩；灌浆成熟期滴施总量：尿素8～10kg/亩、磷酸二铵1.0～1.5kg/亩；

夏玉米播种时施入底肥(复合肥N-P-K：15-15-15)20kg/亩，夏玉米追肥主要是拔节期和抽雄灌浆期，每次实施追肥处理时，随水滴施，保证停水前半小时结束施肥，施肥次数与各生育期灌水次数相同，施入量按照施肥总量平均到每次中；拔节期滴施总量：尿素20～25kg/亩，硫酸钾15～18kg/亩；抽雄灌浆期滴施总量：尿素12～15kg/亩，硫酸钾6～8kg/亩。

下面结合实施例对本发明详细描述：

冬小麦/夏玉米轮作绿色滴灌节水栽培试验于2015年在中国农业大学北京通州实验站(北纬39°42'，东经116°41')内进行。试验区土壤为粘壤土，其颗粒组成、容重、田间持水率见表1。定植前耕层土壤的基本理化性状见表2。

表1试验土壤物理特性

表2供试耕层土壤基础理化性状

试验地安装有自动气象站(HOBO，U30)，可以连续观测试验期间的气象条件。2015年冬小麦试验区降水量为78.59mm(见图2)，降雨量少，需要灌溉补水；夏玉米试验期间，试验区降水量为284.92mm(见图3)，降雨量较为充足，在生育期关键期进行补充灌溉。

试验设计滴灌、喷灌与畦灌(冬小麦)+沟灌(夏玉米)进行对比。

试验前准备，将拖拉机进行改进优化，配备液压转向系统、控制系统(控制电磁阀，实现拖拉机自动定向行驶；地面基站，车载移动接收器)，先将土地进行深耕一遍，施生物有机肥200kg/亩，两年轮施一次。然后更换旋转耙将土地旋一遍，尽量将土地整平。后悬挂更换为冬小麦播种-施肥-开沟-铺管-覆土一体机进行播种施肥，一体机种植间距设置依次为12.5cm、12.5cm、20cm、12.5cm、12.5cm，相邻两组冬小麦之间的间距为30cm，拖拉机依靠北斗导航定位技术，设置为自动驾驶，每次行走60米后转弯，进行下一组的播种。滴灌带选择流量为1.0L/h的小流量片式滴灌带。整个生育期灌水次数与灌水量见表3。

表3冬小麦三种灌溉方式的灌溉定额

采用水肥一体化技术，滴灌每个生育期追肥量见表4。畦灌比滴灌肥料使用量高30％，喷灌比滴灌肥料使用量高20％。

表4冬小麦滴灌追肥量

冬小麦达到蜡熟末期小麦全株变黄，茎秆仍有弹性，籽粒黄色稍硬，含水量20％-25％。小麦籽粒中干物质累积达到高峰，灌浆完全停止，生理上也完全成熟，此期就是蜡熟末期，产量最高，品质最好。采用小麦联合收割机进行收割。

收割前后滴灌带不用进行任何处理，在下一茬夏玉米上继续使用。冬小麦收割后秸秆粉碎后直接留在麦地里，土地不进行任何处理后直接采用带北斗导航定位的拖拉机进行夏玉米的播种施肥，此时拖拉机会定位到滴灌带的所在位置，按照夏玉米的宽窄行间距进行作业。

夏玉米生育期内灌水次数及定额见表5。

表5夏玉米三种灌溉方式的灌溉定额

采用水肥一体化技术，滴灌每个生育期追肥量见表6。畦灌比滴灌肥料使用量高30％，喷灌比滴灌肥料使用量高20％。

表6夏玉米滴灌追肥量

夏玉米在完熟期籽粒达到生理成熟，体积最大，干重最高。另一方面，可以适当的推迟夏玉米的采收时间，达到增产的目的。收获时采用玉米收割机进行采收。

试验结果：在滴灌较喷灌节水29.6％，较畦灌+沟灌节水38.9％；较喷灌节肥20.0％，较畦灌+沟灌节肥30.0％的条件下，滴灌冬小麦产量602kg/亩，喷灌产量548kg/亩，畦灌产量453kg/亩。滴灌冬小麦较喷灌增产9.8％，较畦灌增产32.8％；滴灌夏玉米产量为652kg/亩，喷灌夏玉米产量为613kg/亩；沟灌夏玉米产量为591kg/亩。滴灌夏玉米较喷灌增产6.3％，较沟灌增产10.3％。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。