用于半干旱区的玉米水肥一体化滴灌施肥方法与流程

本发明属于农业种植
技术领域：
，具体而言，本发明涉及一种在半干旱地区玉米节水、节肥、高产高效的种植方法。
背景技术：
：半干旱地区玉米生育期内有效降雨量平均不足300mm，且时空分布不均，春旱、伏旱、秋吊频繁发生，自然降水远不能满足玉米对水分的需求。研究结果表明，半干旱区玉米播种至出苗、拔节至吐丝、灌浆至成熟期干旱的发生频率分别为60-96％、20-40％、30-52％，严重影响了玉米的春季播种及生长发育，干旱导致的减产幅度达20-60％。水分不仅是半干旱区粮食产量提高和稳定的决定因素，也是影响肥料利用率高低的重要原因。有资料显示，氮肥的利用率在丰水年份可达到58％，干旱年份仅仅7％。另对半干旱地区49个地点的调查结果显示，玉米一次性施肥面积占玉米播种面积的55％以上，极易造成玉米生育前期营养过盛及玉米生育后期养分不足，肥料利用率低，严重影响了玉米的生长发育和籽粒形成，减产率高达49％。半干旱区水资源短缺、季节性干旱明显，传统玉米生产“饱和式大水漫灌，单一灌溉土壤”水肥脱节，水肥资源生产效率低，严重影响了玉米的持续丰产和农业可持续发展。水肥一体化滴灌施肥是一种节水农业技术，其利用管道灌溉系统，将肥料溶解在水中，同时进行灌溉与施肥，能够适时、适量地满足农作物对水分和养分的需求，实现水肥同步管理和合理利用。国外的研究和应用，大多数基于花卉园艺设施管理及其经济价值比较高的蔬菜和水果等作物，而对于大田作物的应用研究报道较少。我国对于水肥一体化滴灌施肥技术的应用更多集中在新疆等干旱地区，在东北的半干旱地区玉米上的研究与应用处于起步阶段，应用面积较小，不足3％。目前，大多数农户以经验为主，肥水投入盲目性大，所采取的技术和管理措施缺乏有效的技术指标参考，部分地区仅滴施氮肥，且氮、磷、钾等肥料种类的配比不合理，不能做到水肥同步，水肥利用脱节，利用效率低，没能充分发挥水肥协调高效作用。技术实现要素：针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种半干旱区玉米水肥一体化的滴灌施肥技术，从而彻底解除半干旱地区季节性干旱和玉米生长中后期脱肥对玉米单产的影响。本发明的目的通过提供以下技术方案予以解决。本发明的技术方案是利用滴灌系统，根据半干旱区玉米生长发育各个阶段对水分和养分的需求规律，进行水分、养分的同时供应，从而及时、准确地满足玉米不同时期对水分和养分的需求，实现水肥协同管理和高效利用。本发明的技术方案如下。一种玉米水肥一体化滴灌施肥的方法，所述方法包括按照玉米全生育期的总水、肥需求，如下灌水和施肥：1)在玉米播种前进行肥料基施，包括基施有机肥的100％，化肥中氮肥的10％、磷肥的50％和钾肥的30％，可选的中微量元素肥料的100％。2)在玉米播种后，将剩余化肥溶解在水中，在玉米全生育期的不同阶段进行水肥一体化的灌水和追肥：播种期：灌水量为玉米全生育期的总灌水量的10％；拔节期：灌水量为玉米全生育期的总灌水量的15％，追施化肥中氮肥的10％、磷肥的10％和钾肥的10％；大喇叭口期：灌水量为玉米全生育期的总灌水量的30％，追施化肥中氮肥的30％、磷肥的20％和钾肥的25％；灌浆期：灌水量为玉米全生育期的总灌水量的35％，追施化肥中氮肥的40％、磷肥的15％和钾肥的30％；乳熟期：灌水量为玉米全生育期的总灌水量的10％，追施化肥中氮肥的10％、磷肥的5％和钾肥的5％。在玉米全生育期，自然降雨与补水灌溉需要相结合，根据玉米需水规律与土壤墒情情况，确定灌水量。优选地，所述玉米全生育期的总灌水量与降雨量的总和为400-450mm。优选地，所述方法中水肥一体化的灌水和追肥的时机根据在玉米全生育期的不同阶段，根据不同土壤深度的土壤相对含水量来确定，当土壤相对含水量低于如下情况时，进行灌水和追肥：播种期：0-20cm土壤，相对含水量为60％；拔节期：0-40cm土壤，相对含水量为70％；大喇叭口期：0-60cm土壤，相对含水量为75％；灌浆期：0-60cm土壤，相对含水量为80％；乳熟期：0-60cm土壤，相对含水量为60％。不同土壤深度的相对含水量通过本领域一般判断方法确定。例如通过测量土壤相对含水量，或者通过如下感官快速判断确定：相对含水量60％，土色浅、微有湿的感觉，手捏可成团，从距地面1m高度自然落地后易碎，手有凉爽感觉；相对含水量70％，土色变暗、有湿的感觉，手捏可成团，从距地面1m高度自然落地后破碎，有可塑性，手上留有微弱湿印；相对含水量75％，土色深暗、发暗，手捏成团，从距地面1m高度自然落地后破碎，有可塑性，手上留有湿印；相对含水量80％，土色深暗、发暗，手捏可成团，从距地面1m高度自然落地后不散，有可塑性，可搓成球或条(无裂缝)，手上留有湿印；相对含水量90％，土色深暗、发黑，用手捏之成团，从距地面1m高度自然落地后不散，有可塑性，可搓成球或条(无裂缝)，手上有明显的水迹。本发明提供的方法应用于半干旱地区。如本文所用，“半干旱地区”是指年降雨量为250～400mm、平均有效降雨在300mm左右和/或干燥度为1.60-2.99的气候类型区。根据本发明的具体实施方式，所述方法中玉米全生育期的总灌水量为1000-1500t/hm2，相当于100-150mm降雨。根据本发明的具体实施方式，所述方法中在玉米全生育期的不同阶段的灌水量为：播种期：100-150t/hm2；拔节期：150-250t/hm2；大喇叭口期：300-450t/hm2；灌浆期：350-500t/hm2；乳熟期：100-150t/hm2。其中，所述方法中的施肥量可以为：有机肥：27m3/hm2～44m3/hm2；化肥：氮肥144m3/hm2～242m3/hm2，磷肥54m3/hm2～99m3/hm2，钾肥63m3/hm2～99m3/hm2；可选的中微量元素肥料：经测试土壤中、微量元素含量，因缺补施。优选地，所述方法中的施肥量可以为：有机肥：28.5m3/hm2～42m3/hm2；化肥：氮肥152m3/hm2～231m3/hm2，磷肥57m3/hm2～94.5m3/hm2，钾肥66.5m3/hm2～94.5m3/hm2；可选的中微量元素肥料：经测试土壤中、微量元素含量，因缺补施。根据本发明的具体实施方式，所述方法在中等肥力土壤上进行。如本文所用，“中等肥力”土壤是指在一般年份玉米单产6000-9000kg/hm2的农田。以12000kg/hm2以上为玉米的目标产量，所述方法中的施肥量为：有机肥：30m3/hm2～40m3/hm2；化肥：氮肥160m3/hm2～220m3/hm2，磷肥60m3/hm2～90m3/hm2，钾肥70m3/hm2～90m3/hm2；可选的中微量元素肥料：经测试土壤中、微量元素含量，因缺补施。本发明是申请人吉林省农业科学院针对半干旱区自然气候特点、土壤状况、水肥利用现状、膜下滴灌栽培条件等，通过多年的试验研究，在明确了半干旱区玉米生长发育各个阶段对水分和养分的需求规律及土壤水分、养分供给状况后，发明的半干旱区玉米水肥一体化滴灌施肥技术。该技术涉及以下方面。1、水分管理(1)原则自然降雨与补水灌溉相结合，玉米生长前期要控水，中期要适当增加灌水量。灌水次数与灌水量依据玉米需水规律、灌前土壤墒情及降雨情况确定。(2)需水总量根据玉米需水规律与土壤墒情情况，确定灌水量。保证灌溉定额与玉米生育期内降雨量总和要达到400mm-450mm。各时期需水量参见表1。表1需水量分配(3)补水灌溉时期灌溉关键期为播种期、拔节期、大喇叭口期、灌浆期、乳熟期，补水要求依据玉米不同生育阶段、不同土壤深度、土壤相对含水量确定。当土壤相对含水量低于下限(参见表2)时，应及时补水。表2灌溉土壤相对含水量下限生育阶段播种期拔节期大喇叭口期灌浆期乳熟期土壤深度(cm)2040606060相对含水量(％)6070758060(4)相对含水量的感官判断①相对含水量60％，土色浅、微有湿的感觉，手捏可成团，从距地面1m高度自然落地后易碎，手有凉爽感觉，需要滴灌。②相对含水量70％，土色变暗、有湿的感觉，手捏可成团，从距地面1m高度自然落地后破碎，有可塑性，手上留有微弱湿印。③相对含水量75％，土色深暗、发暗，手捏成团，从距地面1m高度自然落地后破碎，有可塑性，手上留有湿印。④相对含水量80％，土色深暗、发暗，手捏可成团，从距地面1m高度自然落地后不散，有可塑性，可搓成球或条(无裂缝)，手上留有湿印。⑤相对含水量90％，土色深暗、发黑，用手捏之成团，从距地面1m高度自然落地后不散，有可塑性，可搓成球或条(无裂缝)，手上有明显的水迹，不需要滴灌。2、养分管理(1)原则①基施与追施相结合；②追施肥料，水肥一体，分次施肥。(2)肥料选择水肥一体化追施肥料必须为水溶性肥料或液体肥料。对肥料的要求：①肥料养分含量要高，水溶性要好；②肥料的不溶物要少，品质要好，与灌溉水相互作用小；③选择的肥料品种之间能相容，相互混合不发生沉淀；④选择的肥料腐蚀性要小，偏酸性为佳；⑤优先选择能满足玉米不同生育期养分需求的专用水溶复合肥料。(3)施肥量中等肥力土壤，目标产量达到12000kg/hm2以上，适宜施肥量为：①有机肥：30m3/hm2～40m3/hm2；②化肥：氮(N)160kg/hm2-220kg/hm2，磷(P2O5)60kg/hm2-90kg/hm2，钾(K2O)70kg/hm2-90kg/hm2；③适量补充中、微量元素肥料。土壤肥力高的地块可增加肥料用量5-10％；土壤肥力低的地块可适当减少肥料用量5-10％。(4)基肥与追肥比例有机肥及非水溶性肥料基施；化肥中磷肥以基施为主，滴施为辅；氮肥和钾肥以滴施为主，基施为辅。玉米生育期氮磷钾肥基肥与追肥比例参见表3。表3氮磷钾肥料基施、追施比例肥料种类氮肥(％)磷肥(％)钾肥(％)基肥105030追肥9050703、水肥耦合(1)水肥一体化滴灌施肥配置玉米生育期水肥一体化滴灌施肥配置比例参见表4。表4水肥一体化滴灌施肥配置比例(2)田间滴灌施肥要求①施肥前，先滴清水20分钟～30分钟，待滴灌管得到充分清洗，土壤湿润后开始施肥，灌水及施肥均匀系数达到0.8以上；②施肥期间及时检查，确保滴水正常；③施肥结束后，继续滴清水20分钟～30分钟，将管道中残留的肥液冲净。本发明的方法破除了以往“饱和式大水漫灌，单一灌溉土壤”水肥脱节管理的弊端，建立了自然降雨与补水灌溉相结合的“根域灌溉与水肥同步”高效栽培技术模式，满足玉米不同时期对水分和养分的需求，实现水肥协同管理和高效利用，具有节水节肥、高产高效等特点。该栽培技术的应用，不但经济有效的、及时准确地供给玉米所需要的水分、养分，满足玉米生育需要。而且节约了农业水肥资源，大幅度提高了玉米单产。对于保障国家粮食安全、实现农业可持续发展及增加农民收入具有重要意义。附图说明以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：图1显示了玉米不同生育期的水分需求比例。图2显示了玉米不同生育期氮、磷、钾需求比例。图3显示了玉米不同生育期水氮耦合关系。具体实施方式以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的肥料、滴灌材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。实施例1本发明玉米水肥一体化滴灌施肥方法的建立1、水分管理对玉米滴灌条件下需水规律进行研究，采用随机区组设计，设置5个灌溉量处理，开展了滴灌玉米灌溉制度研究，得到实验参数明确了半干旱区玉米生育期适宜需水量为400mm～450mm，不同生育阶段田间持水量适宜范围：苗期60％～70％，拔节期70％～80％，抽雄期75％～85％，灌浆期80％～90％，蜡熟期60％～70％。从而探明了滴灌条件下玉米各生育阶段的水分需求特征，抽雄吐丝-灌浆期为需水高峰期，需水200～250mm(见图1)。根据试验结果，玉米生育期内需要400～450mm水量，吉林省半干旱区玉米生育期内降雨300mm左右，还需要增加滴灌量100～150mm。另外，充分考虑半干旱地区降雨时空间分布不均，季节性干旱的实际问题，根据玉米需水规律、土壤墒情，制定水分管理的灌溉原则、需水总量、补水灌溉时期、各时期灌溉定额等。根据玉米不同生育阶段确定湿润深度，苗期土壤深度20cm，拔节期土壤深度40cm，大喇叭口期以后为60cm。玉米灌溉下限控制田间持水量在60％～80％。2、养分管理在大量营养元素中，玉米对氮的吸收量最多，磷、钾次之；中、微量元素的吸收量虽然较少，但有些微量元素对玉米的生长发育及产量的形成而言是比较敏感的营养元素。缺少任何一种营养元素都会直接影响玉米的生长发育，造成玉米产量和品质降低。对玉米滴灌条件下需肥规律进行研究，采用“3414”二次回归D-最优设计，建立了氮、磷、钾肥的效应模型：YN＝-0.133X2+57.57X+5246，YP＝-0.808X2+134.1X+6494，YK＝-0.522X2+94.97X+7173。明确了玉米膜下滴灌最佳氮、磷、钾用量：氮(N)216kg/hm2、磷(P2O5)90kg/hm2、钾(K2O)90kg/hm2；探明了生长发育各阶段的养分需求特征：大喇叭口-灌浆期为需肥高峰期，占生育期总需肥量的60％(见图2)。同时确定养分管理基肥追肥比例参数：(1)施基肥的目的一是基肥施入的肥料比滴施要深，可促使玉米根系向下生长，增加玉米根系生长量，减轻倒伏风险；二是部分肥料基施，减轻玉米某一生长阶段滴不上肥的风险，玉米生育期一段时间内降雨量过多，造成的滴不上水施不进去肥；三是磷肥移动范围小，在土壤中损失少，基肥施入一部分，可减少后期滴施量，降低成本(同养分含量的水溶性磷肥比常规磷肥贵)。四是在实际生产上，复合肥料及磷酸二铵是磷肥的主要来源，因此基肥中施入10％的氮肥。(2)根据玉米生育期需肥规律研究结果，充分考虑基追比例、农民接受能力等因素，制定养分管理制度。①秆肥：又称拔节肥，一般在拔节期，即基部节间开始伸长时追施，约占总追肥量的10％～20％。②穗肥：是指雄穗发育至四分体、雌穗发育至小花分化期追施肥料。此时为玉米大喇叭口期，距出穗前10d左右，是决定雌穗大小和粒数多少的关键时期。穗肥一般应重施，大喇叭口期与灌浆期施肥量约占总追肥量的30％～40％左右。③花粒肥：灌浆期需肥量较大，约占总追肥量的30％～40％左右。④乳熟期遇到干旱时、低温寡照等，将会在大量早期败育粒出现，果穗秃尖，影响穗粒数。此期是决定穗粒数和千粒重最关键时期，施一定量的氮肥可延缓叶片衰老，增加玉米生育后期的光合时间，施磷肥、钾肥对增加穗粒数和千粒重有一定作用。3、水肥耦合按照肥随水走、少量多次、分阶段耦合的原则，将玉米需总灌水量和施肥量在不同的生育阶段分配，制定水肥一体化配置方案，包括不同生育期灌溉施肥的次数、时间、灌水量、施肥量等，满足玉米不同生育期水分和养分需要。充分发挥水肥一体化技术优势，实现少量多次，提高养分利用率。在实际生产过程中应根据天气情况、土壤墒情、玉米长势等，及时对灌溉施肥制度进行调整，保证水分、养分协调一致。对水氮耦合进行研究，根据实验研究结果，建立了水氮耦合效应模型Y＝-0.085X2+35.51X+8823R2＝0.99，明确了玉米水氮耦合对产量的互促作用。当水分总量为450mm时，N肥施用量为209kg/hm2，产量为12531kg/hm2(见图3)。基于上述试验结果，结合当地生产实际，制定了本发明的水肥一体化滴灌施肥配置比例。实施例2玉米水肥一体化滴灌施肥方法的实施1、实施地点2014年，在吉林省乾安县赞字乡父字村金英敏5.2公顷承包田实施。2014年玉米生育期降雨297mm。农田土壤基本理化性状(中等肥力土壤)见表5。表5供试土壤基本理化性状2、技术措施方案试验示范田设2个处理，(1)常规种植2.2公顷，(2)滴施水肥一体化种植3公顷，除了在玉米不同生育阶段施肥比列不同外，其他生产管理措施一致。(1)肥料用量有机肥：30m3/hm2；化肥：氮(N)220kg/hm2，磷(P2O5)90kg/hm2，K2O：90kg/hm2。(2)施肥灌水管理玉米生育期水肥一体化滴灌施肥配置比例参见表6。表6施肥灌水配置比例3、实施效果平均产量12765公斤/公顷，比对照生产田8250公斤/公顷，增产54.7％。水分利用效率提高54.6％，肥料农学效率提高54.9％(表7)。经济、生态效益显著。表7示范田与对照田的效果比较实施例3玉米水肥一体化滴灌施肥方法的实施1、实施地点2015年在吉林省乾安县赞字乡父字村程坤38亩承包田实施。2015年玉米生育期降雨324mm。农田土壤基本理化性状(中等肥力)见表8。表8供试土壤基本理化性状2、技术措施方案试验示范田设2个处理，(1)滴灌施氮13亩，(2)滴灌施氮磷钾肥15亩，除了在玉米不同生育阶段施肥比例不同外，其他生产管理措施一致。(1)肥料用量有机肥：30m3/hm2；化肥：氮(N)220kg/hm2，磷(P2O5)90kg/hm2，K2O：90kg/hm2；(2)滴灌施肥配置玉米生育期滴灌施肥配置比例参见表9。表9滴灌施肥配置比例3、实施效果采用发明技术方法滴灌氮磷钾肥平均产量13238公斤/公顷，比对照滴施氮肥增产2706公斤/公顷，增产25.7％，增产极显著。表10产量及产量构成情况表实施例4玉米水肥一体化滴灌施肥方法的实施1、实施地点2015年在吉林省乾安县赞字乡父字村金英敏承包田实施。2、技术措施方案试验示范田设3个处理，(1)滴灌氮磷钾肥1，(2)滴灌施氮磷钾肥2，(3)滴灌氮磷钾肥3，除了在玉米不同生育阶段施肥比列不同外，其他生产管理措施一致。(1)肥料用量有机肥：30m3/hm2；化肥：氮(N)220kg/hm2，磷(P2O5)90kg/hm2，K2O：90kg/hm2。(2)滴灌施肥配置玉米生育期滴灌施肥配置比例参见表11。表11滴灌施肥配置比例3、实施效果采用发明技术方法滴灌氮磷钾肥2平均产量13333公斤/公顷，比滴灌氮磷钾肥1、滴灌氮磷钾肥3增产299-699公斤/公顷，增产2.3-5.5％。表12产量及产量构成情况表以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变或变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求的范围。当前第1页1 2 3