劉劍釗 袁靜超 梁 堯 賀 宇 張水梅 史海鵬 蔡紅光 任 軍

（1吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，130033，吉林長(zhǎng)春；2公主嶺市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，136100，吉林公主嶺；3伊通滿族自治縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，130700，吉林四平）

黑土是一種珍貴的稀有耕地資源，不僅支撐著糧食安全，也保障著區(qū)域生態(tài)安全。但由于近年來(lái)持續(xù)高強(qiáng)度利用、用養(yǎng)失調(diào)、肥力失衡、土壤退化嚴(yán)重以及秸稈資源不合理利用等原因，導(dǎo)致黑土耕地地力持續(xù)下降，環(huán)境污染問(wèn)題較為突出[1-2]。我們應(yīng)保障黑土資源安全，鞏固提升糧食生產(chǎn)能力[3]。農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家早已重視用地與養(yǎng)地相結(jié)合[4-6]。美國(guó)經(jīng)過(guò)幾十年的研究與探索，其玉米帶已經(jīng)形成了以機(jī)械化為載體，將合理耕作、秸稈還田、輪作和病蟲害防治等技術(shù)高度集成的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系[7-9]。國(guó)內(nèi)針對(duì)黑土退化和地力下降等問(wèn)題，圍繞種植模式優(yōu)化和耕種制度改革等從“體質(zhì)”和“體型”上的探索對(duì)土壤肥力產(chǎn)生了一定的影響[10]，但現(xiàn)行大多數(shù)技術(shù)模式均未涉及整個(gè)種植鏈條，在大范圍推廣時(shí)其技術(shù)效果得不到完全發(fā)揮。

在吉林省玉米生產(chǎn)中，單項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用較多，但技術(shù)集成度不夠，應(yīng)用到位率不高，因此基于不同生態(tài)資源及生產(chǎn)特征的春玉米集約化和規(guī)?；S產(chǎn)增效技術(shù)一直是科技人員關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域。蔡紅光等[11]構(gòu)建了基于玉米秸稈直接還田技術(shù)的耕種模式。本研究根據(jù)吉林省中南部生態(tài)區(qū)域特征，以秸稈全量深翻還田技術(shù)為核心，集成精播保苗、病蟲害防控、養(yǎng)分高效管理和機(jī)械收獲等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建了玉米秸稈全量深翻還田地力提升技術(shù)模式，并依托規(guī)模經(jīng)營(yíng)主體進(jìn)行實(shí)證，以期構(gòu)建具有區(qū)域特色的玉米豐產(chǎn)增效技術(shù)體系，為大面積示范推廣提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

技術(shù)模式實(shí)證于2018-2019年在吉林省公主嶺和伊通兩地進(jìn)行，共選擇18個(gè)規(guī)模經(jīng)營(yíng)主體（Opt），每個(gè)規(guī)模經(jīng)營(yíng)主體選擇12～30hm2耕地，種植面積共計(jì)402hm2（表1）。種植地塊肥力大部分為當(dāng)?shù)刂械人?，整個(gè)種植鏈條均以玉米秸稈全量深翻還田地力提升技術(shù)模式為主體，由技術(shù)人員全程指導(dǎo)，以附近普通農(nóng)戶（Tra，僅根茬還田）作為對(duì)照。2018和2019年公主嶺降雨量分別為598.3mm和599.8mm，伊通分別為715.0mm和986.0mm（圖 1）。

圖1 公主嶺和伊通2018-2019年降雨量Fig.1 The precipitations of Gongzhuling and Yitong during 2018-2019

表1 規(guī)模經(jīng)營(yíng)主體的基本情況Table 1 The basic information of scale business entities

1.2 調(diào)查與測(cè)定項(xiàng)目

在整個(gè)種植過(guò)程中詳細(xì)記錄各規(guī)模經(jīng)營(yíng)主體及普通農(nóng)戶整地、施肥、播種、植保和收獲等機(jī)械作業(yè)型號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)，并記錄各生產(chǎn)環(huán)節(jié)成本。每年在玉米收獲期，按種植面積實(shí)測(cè)籽粒產(chǎn)量，并折算成標(biāo)準(zhǔn)水（14%）的單位面積產(chǎn)量，以偏生產(chǎn)力方法計(jì)算表征水肥資源生產(chǎn)效率。

1.3 玉米秸稈全量深翻還田地力提升技術(shù)模式要點(diǎn)及機(jī)械作業(yè)要求

表2列出了玉米秸稈全量深翻還田地力提升技術(shù)模式的主要作業(yè)環(huán)節(jié)及機(jī)械要求。

表2 玉米秸稈全量深翻還田地力提升技術(shù)模式主要作業(yè)環(huán)節(jié)與機(jī)械要求Table 2 Main operating and mechanical requirement of full maize straw returning and soil fertility improvement with deep plowing mode

1.3.1 播種施肥 采用機(jī)械化平地播種方式，一次性完成播種與施肥，播種深度3～5cm，在機(jī)械精量播種的同時(shí)，進(jìn)行機(jī)械深施肥，根據(jù)土壤肥力和目標(biāo)產(chǎn)量確定合理施肥量。肥料養(yǎng)分投入總量為N 180～220kg/hm2、P2O550～90kg/hm2及 K2O 60～100kg/hm2，施肥深度在種床下3～5cm。播后對(duì)苗帶進(jìn)行鎮(zhèn)壓。根據(jù)播種時(shí)間選用中熟或中晚熟品種，低肥力地塊種植密度5.5萬(wàn)～6.0萬(wàn)株/hm2，高肥力地塊種植密度6.0萬(wàn)～7.0萬(wàn)株/hm2。

1.3.2 除草 視當(dāng)季雨量選擇苗前或苗后除草。若雨量較小，則選擇苗前封閉除草，選用莠去津類膠懸劑及乙草胺乳油，在玉米播后苗前土壤較濕潤(rùn)時(shí)進(jìn)行土壤噴霧；若雨量充沛，應(yīng)在降雨后選擇苗后除草，使用煙嘧磺隆、苞衛(wèi)以及與闊草清、耕杰和溴苯腈混用可有效防除玉米田雜草。藥劑按照推薦量使用。

1.3.3 病蟲害防治 玉米螟防治主要采用釋放赤眼蜂及使用新型白僵菌顆粒劑或粉劑。赤眼蜂投放量為22.5萬(wàn)頭/hm2，分3次投放，投放時(shí)間為5～7d；白僵菌粉劑為封垛施用，規(guī)格25億/g孢子，用量1.5kg/hm2；白僵菌顆粒為田間撒施或無(wú)人機(jī)投放，規(guī)格300億/g孢子，用量0.5kg/hm2。黏蟲防治主要采用噴施丙環(huán)?嘧菌酯+氯蟲?噻蟲嗪。藥劑按照推薦量使用。

1.3.4 收獲 使用玉米收割機(jī)適時(shí)晚收。玉米生理成熟后7～15d，籽粒含水率20%～25%為最佳收獲期，田間損失率≤5%，雜質(zhì)率≤3%，破損率≤5%。

1.3.5 秸稈還田 玉米收獲同時(shí)將玉米秸稈粉碎（長(zhǎng)度≤20cm），并均勻拋散于田間，采用液壓翻轉(zhuǎn)犁將秸稈翻埋入土（機(jī)械動(dòng)力在95.63kW以上，行駛速度在6～10km/h以上，翻耕深度30～35cm），將秸稈深翻至20～30cm土層，在翻埋后用重耙耙地，耙深16～18cm，達(dá)到不漏耙、不拖堆、土壤細(xì)碎且地表平整的待耕狀態(tài)。

2 結(jié)果與分析

2.1 基于規(guī)模經(jīng)營(yíng)主體的技術(shù)實(shí)證

結(jié)果（表3）表明，與農(nóng)民習(xí)慣（Tra）對(duì)比，所有產(chǎn)區(qū)技術(shù)在實(shí)施后（Opt）均表現(xiàn)出明顯的增產(chǎn)趨勢(shì)，平均增產(chǎn)7.8%，其中，伊通增產(chǎn)幅度較大，為6.8%～11.9%，平均增產(chǎn)8.1%，公主嶺增產(chǎn)幅度較小，為4.5%～11.0%，平均增產(chǎn)7.5%。

表3 不同技術(shù)模式實(shí)證產(chǎn)量表現(xiàn)Table 3 The yield performance of field verification under different technique modes

技術(shù)實(shí)施后，公主嶺和伊通兩地籽粒產(chǎn)量水平提升的同時(shí)，化肥生產(chǎn)效率和水分生產(chǎn)效率較農(nóng)戶習(xí)慣也有了大幅提高（表4），平均提高7.8%。其中公主嶺示范區(qū)化肥和水分生產(chǎn)效率2018年分別提高7.8%和7.7%，2019年分別提高7.4%和7.3%；伊通示范區(qū)2018年二者均提高8.0%，2019年分別提高8.1%和8.0%，表明采用玉米秸稈全量深翻還田地力提升技術(shù)模式實(shí)現(xiàn)了玉米產(chǎn)量和效率的協(xié)同提高。

表4 不同技術(shù)模式下水肥資源利用效率Table 4 The productive efficiency of fertilizer and water under different technique modes

2.2 基于規(guī)模經(jīng)營(yíng)主體的效益分析

通過(guò)對(duì)規(guī)模經(jīng)營(yíng)主體及普通農(nóng)戶田間生產(chǎn)作業(yè)跟蹤調(diào)研，結(jié)果（表5）表明，與普通農(nóng)戶相比，規(guī)模經(jīng)營(yíng)主體的農(nóng)資采用集中采購(gòu)，成本下降約600元/hm2，田間作業(yè)成本減少約1400元/hm2，其減少部分主要來(lái)自播種施肥和機(jī)械收獲兩部分，而秸稈深翻還田作業(yè)成本與普通農(nóng)戶傳統(tǒng)耕整地費(fèi)用大體相同。將土地流轉(zhuǎn)費(fèi)用去除后，與農(nóng)戶習(xí)慣相比凈利潤(rùn)提高約2000元/hm2，其中公主嶺地區(qū)凈利潤(rùn)增加約13.0%，伊通地區(qū)增加約16.2%。

表5 不同技術(shù)模式成本核算Table 5 The cost accounting under different technique modes 元/hm2 yuan/hm2

3 討論

由于我國(guó)人多地少的基本國(guó)情，必須在保護(hù)東北黑土地的同時(shí)還要進(jìn)行高效的利用。東北地區(qū)玉米秸稈資源十分豐富，年均收集量超過(guò)1.7億t，結(jié)合東北地區(qū)的生產(chǎn)實(shí)際情況，實(shí)施秸稈全量還田是解決黑土肥力退化的主要途徑，但實(shí)施秸稈全量還田需要保證玉米穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)[12-13]。蔡紅光等[14]針對(duì)東北寒區(qū)玉米秸稈腐解慢和保苗差等問(wèn)題，提出了玉米秸稈全量深翻還田技術(shù)，與常規(guī)耕作相比，實(shí)施該技術(shù)后可有效改善土壤結(jié)構(gòu)，補(bǔ)充土壤養(yǎng)分。本研究在此基礎(chǔ)上將技術(shù)模式鏈條進(jìn)一步延長(zhǎng)至整個(gè)種植鏈，同時(shí)通過(guò)多個(gè)規(guī)模經(jīng)營(yíng)主體進(jìn)行大面積的技術(shù)實(shí)證。結(jié)果表明，與農(nóng)民習(xí)慣操作相比，所有規(guī)模經(jīng)營(yíng)主體技術(shù)實(shí)證區(qū)均表現(xiàn)出明顯的增產(chǎn)趨勢(shì)，平均增產(chǎn)7.8%，化肥生產(chǎn)效率和水分生產(chǎn)效率平均提高7.8%，同時(shí)由于在播種施肥和機(jī)械收獲環(huán)節(jié)機(jī)械作業(yè)成本較農(nóng)民習(xí)慣降低1280～1560元/hm2，所以增加了約2000元/hm2的利潤(rùn)收益。表明玉米秸稈全量深翻還田地力提升技術(shù)模式以秸稈全量深翻還田為核心，將養(yǎng)分調(diào)控、平播播種、田間除草、病蟲害防治和機(jī)械收獲等多項(xiàng)技術(shù)集成實(shí)施，優(yōu)化了全種植鏈。但在實(shí)施本項(xiàng)技術(shù)模式時(shí)尚需要注意3點(diǎn)，一是玉米種植區(qū)的農(nóng)田土壤至少35cm表土層內(nèi)無(wú)砂石和鹽堿等障礙層，適合機(jī)械化作業(yè)；二是基于不同區(qū)域的土壤和氣候條件需要適時(shí)調(diào)整肥料的用量，尤其是氮肥的施用量；三是本項(xiàng)技術(shù)模式多適用于面積較大的連片農(nóng)田規(guī)?；鳂I(yè)，小地塊分散實(shí)施尚存在一定難度。

4 結(jié)論

2年田間實(shí)證表明，與農(nóng)民習(xí)慣操作相比，基于整個(gè)玉米種植鏈條的秸稈全量深翻還田地力提升技術(shù)模式在所有規(guī)模經(jīng)營(yíng)主體田塊應(yīng)用均表現(xiàn)為增產(chǎn)趨勢(shì)，產(chǎn)量增幅為4.5%～11.9%，化肥生產(chǎn)效率和水分生產(chǎn)效率均提高7.8%，利潤(rùn)收益增加約2000元/hm2，實(shí)現(xiàn)了培肥、增產(chǎn)和增收等多重效益，可以在吉林省中南部地區(qū)大面積推廣應(yīng)用。