小麥—玉米周年高產(chǎn)形成的生態(tài)條件分析

張賓等

摘要：對(duì)小麥-玉米周年高產(chǎn)地區(qū)的土壤質(zhì)地、土壤養(yǎng)分含量以及生長(zhǎng)季內(nèi)光、溫、水等因素進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，各高產(chǎn)地區(qū)的生態(tài)條件在正常年份基本上都能滿足作物的高產(chǎn)需要，但地區(qū)間光熱資源在兩個(gè)生長(zhǎng)季的配置不盡相同；小麥、玉米進(jìn)一步高產(chǎn)，應(yīng)因地制宜進(jìn)行高產(chǎn)技術(shù)突破，充分挖掘光熱資源的增產(chǎn)潛力。

關(guān)鍵詞： 小麥；玉米；周年高產(chǎn)；生態(tài)條件

中圖分類號(hào)：S512.1+1；S513文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2013）07-0055-04

作物生長(zhǎng)發(fā)育狀況的好壞與其所在地區(qū)的生態(tài)條件密切相關(guān)。明確作物高產(chǎn)所需的基本生態(tài)條件，有助于在生產(chǎn)實(shí)踐中充分利用和發(fā)揮有利的自然資源，通過良種良法配套趨利避害，盡可能地避免或降低不利條件對(duì)作物的影響。有關(guān)作物生長(zhǎng)與生態(tài)條件關(guān)系的研究已有大量報(bào)道^[1～9]；在小麥、玉米生產(chǎn)實(shí)踐中，廣大科研人員針對(duì)各地生態(tài)特點(diǎn)和生產(chǎn)實(shí)際，研究提出了以災(zāi)害主動(dòng)應(yīng)對(duì)技術(shù)、災(zāi)前應(yīng)急防御技術(shù)和災(zāi)后應(yīng)變補(bǔ)償技術(shù)等為核心的災(zāi)害綜合防御栽培技術(shù)體系，并取得良好的豐產(chǎn)效果。但作物實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)對(duì)其生長(zhǎng)的生態(tài)條件有怎樣的要求？各地高產(chǎn)地塊的生態(tài)條件有何異同？高產(chǎn)水平下如何進(jìn)行產(chǎn)量突破？上述問題至今仍沒有令人滿意的答案。

隨著單產(chǎn)水平的不斷提高，作物實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)對(duì)生態(tài)條件的依賴程度越來越大。深入了解作物高產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境條件的關(guān)系，對(duì)于實(shí)現(xiàn)作物的持續(xù)性高產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。鑒于此，本研究收集整理了2004年以來各高產(chǎn)地區(qū)的小麥、玉米產(chǎn)量、土壤和氣象數(shù)據(jù)資料，對(duì)作物產(chǎn)量與氣候、土壤條件之間的關(guān)系進(jìn)行了初步研究，以期為高產(chǎn)地塊選擇和高產(chǎn)生產(chǎn)實(shí)踐提供借鑒。

1材料與方法

1.1材料

土壤數(shù)據(jù)主要來自河南?？h農(nóng)科所、河北吳橋?qū)嶒?yàn)站和趙縣新建原種場(chǎng)、山東兗州小孟鎮(zhèn)、山東萊州農(nóng)科院潘家農(nóng)場(chǎng)和萊州農(nóng)科院成港路西實(shí)驗(yàn)站等高產(chǎn)攻關(guān)田；產(chǎn)量數(shù)據(jù)由各地的負(fù)責(zé)人提供。氣象數(shù)據(jù)由國(guó)家氣象局國(guó)家氣象信息中心氣象資料室及中國(guó)氣象科學(xué)研究院人工影響天氣所許晨海研究員提供。

1.2方法

在作物成熟期，按對(duì)角線法進(jìn)行田間土壤取樣，每塊地3個(gè)點(diǎn)。從地表開始，每10 cm土層取一個(gè)樣本。將所取土樣帶回陰干、研磨、過篩待測(cè)。養(yǎng)分測(cè)定方法參考《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》^[10]。部分地塊的氣象數(shù)據(jù)選自鄰近縣市氣象臺(tái)站數(shù)據(jù)。

2結(jié)果與分析

2.1小麥—玉米周年高產(chǎn)的土壤條件分析

土壤是作物賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，其肥力的高低直接影響作物產(chǎn)量水平。土壤肥力水平是多因素綜合作用的結(jié)果，影響土壤肥力的指標(biāo)主要有土壤營(yíng)養(yǎng)（化學(xué)）指標(biāo)、土壤物理性狀指標(biāo)、土壤生物學(xué)指標(biāo)和土壤環(huán)境指標(biāo)等^[11]。土壤與作物間的相互關(guān)系非常復(fù)雜，凡是影響作物水肥吸收和根系生長(zhǎng)代謝的因素都會(huì)影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育以及產(chǎn)量的形成。本研究?jī)H對(duì)各高產(chǎn)地塊的基礎(chǔ)土壤數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

由表1看出，壤土、砂壤土和粘壤土田塊均能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)。玉米在萊州的砂壤土上產(chǎn)量表現(xiàn)最好（19 347 kg/hm2），小麥在兗州的壤土上產(chǎn)量最高。盡管各高產(chǎn)地塊的土壤質(zhì)地各有差異，但均屬壤土類，這可能是因?yàn)槿劳恋耐寥澜M分比例適中、三相比協(xié)調(diào)，兼具砂土通透性及粘土保持水肥的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)作物生長(zhǎng)較為有利。分析結(jié)果表明，盡管各高產(chǎn)地塊的土壤養(yǎng)分含量各有差異，但小麥、玉米高產(chǎn)田多出現(xiàn)在pH值7.0左右的砂壤、粘壤地塊；土壤有機(jī)質(zhì)含量>1.4%，速效氮> 65 mg/kg，速效磷>20 mg/kg、速效鉀>90 mg/kg的地塊上均可實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)。

2.2小麥—玉米周年高產(chǎn)的氣象條件分析

對(duì)上述4個(gè)高產(chǎn)地區(qū)近8年來的氣象條件進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)（表2），高產(chǎn)點(diǎn)的日照時(shí)數(shù)在1 856.3～2 570.0 h之間，以?？h最少，兗州最多；>0℃的年積溫在4 836.3～5 110.0℃之間，以吳橋最低，兗州最高；年降水量在508.1～810.9 mm之間，以吳橋最少，兗州最多。由表2還可以看出，兗州的光熱資源配置最好，有利于實(shí)現(xiàn)小麥—玉米周年高產(chǎn)。

進(jìn)一步分析各高產(chǎn)點(diǎn)單季作物產(chǎn)量與生育期間氣象條件的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，高產(chǎn)小麥、玉米均對(duì)當(dāng)季光熱資源有一定的基本要求（表3、表4）。小麥產(chǎn)量達(dá)到9 000 kg/hm2時(shí)，全生育期的日照時(shí)數(shù)應(yīng)大于1 550 h，有效積溫應(yīng)大于1 770℃（表3）。分析表明，不同地區(qū)小麥達(dá)到某一產(chǎn)量時(shí)所需的有效積溫存在一定差異（數(shù)據(jù)未列出）。如萊州有效積溫在1 835.8～2 000℃內(nèi)，小麥產(chǎn)量隨積溫增加而下降，在2 050℃左右時(shí)的產(chǎn)量突然升高；浚縣1 100 h的日照時(shí)數(shù)也出現(xiàn)了9 000 kg/hm2的產(chǎn)量，表明在日照時(shí)數(shù)1 100 h、有效積溫1 850℃時(shí)，可以滿足冬小麥高產(chǎn)的光熱需求；冬小麥產(chǎn)量與全生育期的降水量無明顯相關(guān)，但高產(chǎn)出現(xiàn)年份的降水量多在250 mm以下。

玉米產(chǎn)量達(dá)到11 500 kg/hm2時(shí)，全生育期的有效積溫應(yīng)大于2 700℃，日照時(shí)數(shù)應(yīng)大于740 h；全生育期有效積溫大于2 900℃時(shí)，則完全可以保證11 500 kg/hm2的要求?？傮w來看，玉米產(chǎn)量有隨有效積溫的增加而提高，同時(shí)也存在隨日照時(shí)數(shù)增加而提高的趨勢(shì)。全生育期的降水量在500 mm以下時(shí)，玉米產(chǎn)量總體上隨降水量增加而提高（表4）。

3結(jié)論與討論

本研究表明，土壤有機(jī)質(zhì)含量>1.4%、速效氮>65 mg/kg、速效磷>20 mg/kg、速效鉀>90 mg/kg的地塊能夠滿足小麥、玉米高產(chǎn)需要。但在同一生長(zhǎng)季、同一土壤類型的相鄰地塊中，常常存在品種相同、栽培管理措施相近而產(chǎn)量水平差異較大的現(xiàn)象。小面積零星地塊出現(xiàn)高產(chǎn)的現(xiàn)象表明，作物與土壤的相互作用機(jī)制非常復(fù)雜。數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)（表1），即便在0～20 cm耕層內(nèi)，高產(chǎn)田土壤養(yǎng)分分布也不均勻，表層土壤養(yǎng)分含量較高，隨土層加深土壤養(yǎng)分含量迅速下降。土壤養(yǎng)分層次間的這種不均一性，可能是導(dǎo)致作物產(chǎn)量高而不穩(wěn)的一個(gè)重要原因。美國(guó)的高產(chǎn)實(shí)踐表明，加深耕作層厚度和提高深層土壤養(yǎng)分含量是作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要保障^{[12， 13]}。

同一地區(qū)常出現(xiàn)光熱資源總量變化較大，而產(chǎn)量變化不明顯或光熱資源總量基本接近，而產(chǎn)量差異較大的現(xiàn)象。似乎說明，現(xiàn)有產(chǎn)量水平下，高產(chǎn)地區(qū)的光熱資源總量已不是產(chǎn)量限制的主要因素，作物生長(zhǎng)季內(nèi)光熱水資源的時(shí)空分布及其之間的協(xié)調(diào)程度可能是影響作物產(chǎn)量變化的重要原因之一。這與李潮海等（2001）^[3]的觀點(diǎn)一致。研究還發(fā)現(xiàn)（數(shù)據(jù)未列出），高產(chǎn)地區(qū)間的光熱資源總量及其配置不盡相同。周年光溫生產(chǎn)潛力大小依次是萊州、吳橋、兗州和?？h。兗州和吳橋小麥季的光溫生產(chǎn)潛力大于玉米季，而萊州和?？h則為玉米季的光溫生產(chǎn)潛力大于小麥季。小麥光溫生產(chǎn)潛力以兗州最高，?？h最低；玉米以?？h最高，吳橋最低。研究發(fā)現(xiàn)，作物生長(zhǎng)過程中，溫度與日照之間存在一定的互作補(bǔ)償效應(yīng)；相對(duì)而言，日照時(shí)數(shù)對(duì)玉米產(chǎn)量的影響較溫度的影響更大。

不同地區(qū)應(yīng)根據(jù)各自的光溫資源狀況進(jìn)一步優(yōu)化周年資源高效配置，充分挖掘生長(zhǎng)季內(nèi)光溫資源的利用效率，實(shí)現(xiàn)小麥、玉米兩季協(xié)調(diào)增產(chǎn)。羅繼春等（1992）^[14]就氣候因子對(duì)玉米不同生育期的影響進(jìn)行了初步分析，但作物、環(huán)境、措施之間的相互作用機(jī)理仍不清楚，有待深入研究。因此，在小麥、玉米生產(chǎn)中，首先應(yīng)確定影響作物產(chǎn)量各要素形成的關(guān)鍵時(shí)期及其主導(dǎo)生態(tài)因子，闡明各生態(tài)因子對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的作用機(jī)制，進(jìn)而提出相應(yīng)的技術(shù)調(diào)控措施，為提高作物生產(chǎn)調(diào)控能力、獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供理論支撐。

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