河北低平原區(qū)冬小麥夏玉米產(chǎn)量提升的理論與技術(shù)研究*

邵立威　羅建美，2　尹工超　劉樹勛

（1.中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心/中國科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源重點實驗室/河北省節(jié)水農(nóng)業(yè)重點實驗室　石家莊　050022；2.河北地質(zhì)大學(xué)土地資源與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院　石家莊　050031；3.河北省南皮縣農(nóng)業(yè)局　南皮　061500；4.河北省種子管理總站　石家莊　050000）

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河北低平原區(qū)冬小麥夏玉米產(chǎn)量提升的理論與技術(shù)研究*

邵立威1羅建美1，2尹工超3劉樹勛4

（1.中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心/中國科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源重點實驗室/河北省節(jié)水農(nóng)業(yè)重點實驗室石家莊050022；2.河北地質(zhì)大學(xué)土地資源與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院石家莊050031；3.河北省南皮縣農(nóng)業(yè)局南皮061500；4.河北省種子管理總站石家莊050000）

作為渤海糧倉主要增糧區(qū)的河北東部低平原中低產(chǎn)農(nóng)田，冬小麥夏玉米的產(chǎn)量主要受制于土壤肥力水平低、淡水資源短缺和氣候異常造成產(chǎn)量的大幅波動。通過選擇適宜的品種、播期與收獲期的合理搭配、優(yōu)化的種植方式和配套的耕作與田間管理技術(shù)，提高作物生育期內(nèi)對地上光熱資源和地下水肥資源的利用潛力和效率，平抑氣候變化帶來不利影響，有著巨大的增產(chǎn)空間。該研究通過田間小區(qū)試驗，結(jié)合示范區(qū)試驗示范，研究了冬小麥與夏玉米生育期的優(yōu)化、夏玉米種植方式調(diào)整、夏玉米深松播種、夏玉米增施鉀肥與冬小麥增施磷肥及有機肥等措施對冬小麥、夏玉米產(chǎn)量的影響。主要研究結(jié)果如下：冬小麥適期晚播（不遲于10月15日），同時適當(dāng)增加播量，不影響生育期群體構(gòu)建和產(chǎn)量水平。早熟品種‘小偃81’提早進(jìn)入灌漿期，受后期干熱風(fēng)的危害小，在不降低品質(zhì)的同時粒重與產(chǎn)量穩(wěn)定。夏玉米提早播10d（6月10日與6月20日相比）平均增產(chǎn)17.2％，晚收獲8d（10月2日與9月24日相比）粒重增加19.5％。根據(jù)冬小麥和夏玉米的品種特性，合理搭配生育期，在實現(xiàn)冬小麥穩(wěn)產(chǎn)提質(zhì)的同時，使充分發(fā)揮夏玉米的產(chǎn)量潛力成為可能。改變夏玉米的種植方式，適當(dāng)增加種植密度，明顯地改善和提高了夏玉米產(chǎn)量，更為適宜的種植方式是40cm與80cm大小行種植和38cm等行距種植，不適宜的是20cm與100cm大小行種植，更為適宜的種植方式下產(chǎn)量提高15％以上。長期旋耕機械壓實了犁底層，通過夏玉米深松播種種植，產(chǎn)量提高達(dá)31.3％，后茬小麥增產(chǎn)5.6％，但連續(xù)深松沒有明顯的增產(chǎn)效果。夏玉米播種時增施鉀肥產(chǎn)量提高2.6％。冬小麥增施磷肥產(chǎn)量提高7.4％，增施有機底肥增產(chǎn)6.8％，增施有機底肥和施磷肥產(chǎn)量提高8.8％，但無明顯的累加效果。因此，通過適宜的品種選擇與適期的生育期搭配、種植方式調(diào)整、適時深松打破犁底層的耕作措施、速效肥與有機肥合理施用等栽培和管理技術(shù)，可實現(xiàn)冬小麥夏玉米產(chǎn)量的逐步提高和穩(wěn)定，充分利用玉米生長季豐富且集中的降水與光熱資源，挖掘夏玉米產(chǎn)量，穩(wěn)夏增秋的糧食增產(chǎn)模式更符合該地區(qū)未來發(fā)展需求。

冬小麥 夏玉米 增產(chǎn)品種特性 生育期搭配 種植方式 深松 施肥 河北低平原區(qū)

渤海糧倉主要分布于渤海西部海拔低于20m的濱海平原區(qū)，其中 98％分布于河北省東部的低平原區(qū)［1］。冬小麥-夏玉米一年兩作是該地區(qū)糧食生產(chǎn)的最主要種植模式。糧食增產(chǎn)的潛力受限于播種面積和單位面積產(chǎn)量（單產(chǎn)），其中單產(chǎn)提高是問題的根本所在。河北東部的低平原地區(qū)大部分耕地為脫鹽潮土，產(chǎn)量水平低，單位面積增產(chǎn)潛力大。同時還分布有面積廣闊的未被合理開發(fā)利用的鹽堿荒地。巨大的糧食增產(chǎn)空間，使該地區(qū)發(fā)展為我國重要糧倉成為可能。作物的增產(chǎn)研究［2］，一方面從微觀上不斷地解析深入，從個體、器官、細(xì)胞深入到分子或亞分子水平，到高產(chǎn)性狀基因確定、分離、轉(zhuǎn)移與高產(chǎn)品種的培育等；另一方面宏觀上不斷吸收現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的新成果，研究環(huán)境條件、生理過程和產(chǎn)量因素之間的關(guān)系，為作物產(chǎn)量提升建立合理農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)提供可靠的信息、理論依據(jù)和配套措施。提高糧食單產(chǎn)能力是一個綜合性系統(tǒng)工程［3］，通過對田間作物生態(tài)系統(tǒng)特點與過程的理解認(rèn)識，利用適宜的技術(shù)手段和管理途徑，實現(xiàn)對農(nóng)田系統(tǒng)的有效調(diào)控與優(yōu)化管理，在有限資源條件下挖掘最大產(chǎn)量潛力。

作物產(chǎn)量的實現(xiàn)，是品種特性與水、肥、光、熱等氣候條件與田間耕作與管理等多種因素相互作用的結(jié)果［4］。冬小麥品種更新，提高了作物田間的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率，提高拔節(jié)前營養(yǎng)生長、增加花后干物質(zhì)積累和花前物質(zhì)轉(zhuǎn)運，明顯地提高了產(chǎn)量［5］。近30年以來，冬小麥品種更新增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率超過50％［6］。隨著玉米品種的更新，開花到成熟期間的生育天數(shù)延長，成熟期生物量和收獲指數(shù)增加，提高了籽粒產(chǎn)量，新品種的增產(chǎn)貢獻(xiàn)率為46.1％～79.0％［7］。我們多年田間試驗結(jié)果顯示，當(dāng)代新品種之間以及不同年型之間存在著巨大的產(chǎn)量差異，最大超過 20％。影響作物產(chǎn)量潛力發(fā)揮的重要限制因素之一，是環(huán)境條件的不確定性，模擬顯示，氣候驅(qū)動造成冬小麥產(chǎn)量降低超過 10％［6］。根據(jù)品種區(qū)域適應(yīng)特性，通過各種管理和技術(shù)手段降低不利環(huán)境因素帶來的影響，提高生育期對氣候資源的利用能力和效率，是實現(xiàn)區(qū)域糧食增產(chǎn)的重要選擇。當(dāng)前冬小麥和夏玉米的品種越來越豐富多樣，種植管理技術(shù)越來越先進(jìn)。針對河北省東部低平原地區(qū)冬小麥夏玉米產(chǎn)量波動大、水平低、效率差等問題，該研究綜合各領(lǐng)域相關(guān)理論與技術(shù)，通過品種、生育期、種植結(jié)構(gòu)、耕作、施肥等田間小區(qū)和大田示范試驗，研究該地區(qū)糧食增產(chǎn)潛力挖掘的理論與適應(yīng)技術(shù)，平抑氣候不利因素帶來的產(chǎn)量年際波動，提高整體產(chǎn)量水平。

1　區(qū)域背景與研究方法

1.1區(qū)域背景

該研究在中國科學(xué)院南皮生態(tài)農(nóng)業(yè)試驗站和渤海糧倉南皮縣白坊子示范區(qū)展開。南皮縣是渤海糧倉重點示范縣，處于暖溫帶半濕潤大陸季風(fēng)氣候區(qū)。冬季寒冷少雪，春季干燥多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季以晴為主，雨熱同期，光熱資源較為豐富。極端低溫-27.6℃，極端高溫41.4℃，年平均氣溫12.3℃。年日照總時數(shù)2 938.6 h，年總輻射量為559.2 kJ·cm-2。最低年降水量264.9mm，最高年降水量1 199.1mm，年均降水量550mm，主要分布在7—8月份的玉米生長季節(jié)（圖1a）。多年以來，每年5月25日到6月10日冬小麥灌漿后期大于30℃高溫出現(xiàn)的概率呈增加趨勢（圖1b），多年平均日照時數(shù)呈減少趨勢（圖1c）。

全縣域海拔多在20m以下。土壤屬潮土、鹽土兩類，分褐化潮土、普通潮土、鹽化潮土、草甸鹽土4個亞類。普通潮土占總面積的76％。土壤有機質(zhì)含量低，氮、速效磷和速效鉀含量均低于山前平原區(qū)，土壤整體肥力等級較差。全縣土壤全氮含量平均0.815g·kg-1，有效磷含量20.0mg·kg-1，速效鉀含量137.3mg·kg-1，有機質(zhì)含量13～15g·kg-1。

1.2試驗設(shè)計

在2011—2012年和2012—2013年兩個生長季，通過田間小區(qū)試驗和大面積田間示范進(jìn)行研究。主要包括冬小麥播期與播量試驗、冬小麥品種對比試驗、夏玉米播期試驗、夏玉米晚收對籽粒灌漿影響試驗、夏玉米種植結(jié)構(gòu)調(diào)整試驗、夏玉米深松種植試驗、夏玉米增施鉀肥試驗和冬小麥增施磷肥有機肥試驗，具體試驗設(shè)計如下：

圖1　研究區(qū)冬小麥-夏玉米生長季多年平均降水（a）、5月25日—6月10日大于30℃高溫概率（b）和小麥季和玉米季日照時數(shù)（c）的變化Fig.1 Changes of annual average precipitation during growth season of winter wheat and summer maize（a），probability of temperature above 30℃ from 25may to 10 June（b） and sunshine duration of winter wheat and summer maize seasons（c） in the study area

①冬小麥播期與播量試驗：冬小麥品種為‘小偃81’，試驗包括3個播期和3個播量，播期分別為10月7日、10月14日和10月21日，播量基本苗分別為3.757 5×106株·hm-2、4.5×106株·hm-2和5.25×106株·hm-2；試驗共9個處理，每個處理4次重復(fù)，試驗在田間小區(qū)實施，小區(qū)面積為50m2，試驗地點為白坊子示范區(qū)。②冬小麥品種對比試驗：3個冬小麥品種分別為‘小偃81’、‘小偃60’和‘衡4399’，每個品種種植面積0.3hm2。③夏玉米播期試驗：試驗包括3個品種和3播期，品種為‘先玉335’、‘鄭單985’和‘中科11’，播期分別為6月10日、6月15日和6月20日，共9個處理，每個處理4個重復(fù)；試驗在田間小區(qū)進(jìn)行，試驗地點在白坊子示范區(qū)，種植密度為6 104株·hm-2，小區(qū)面積為50m2。④夏玉米晚收對籽粒灌漿影響試驗：玉米品種為‘鄭單 958’，在夏玉米收獲期從9月24日開始到10月2日結(jié)束，每隔兩天取1次穗，每次選擇長勢相同的玉米10穗，測定百粒重。⑤夏玉米種植結(jié)構(gòu)調(diào)整試驗：品種為‘先玉335’，種植密度為6.75×104株·hm-2，種植方式包括60cm等行距（對照）、40cm+80cm大小行距、20cm+ 100cm行距和38cm等行距種植，共4個試驗處理，每個處理4個重復(fù)；試驗在田間小區(qū)進(jìn)行，小區(qū)面積為60m2，試驗地點在中國科學(xué)院南皮試驗站。⑥夏玉米深松種植試驗：玉米品種為‘先玉 335’，利用深松與播種一體機進(jìn)行播種，對照為非深松普通種植，每個處理種植面積各為0.3hm2，種植密度為6×104株·hm-2，試驗在白坊子示范區(qū)進(jìn)行。⑦夏玉米增施鉀肥試驗：玉米品種為‘鄭單 958’，玉米播種時施鉀肥 37.5kg（K2O）·hm-2，對照不增施鉀肥，播種面積各為0.3hm2，試驗在白坊子示范區(qū)進(jìn)行。⑧冬小麥底肥增施磷肥和有機肥試驗：冬小麥品種為‘小偃 81’，試驗處理包括普通（對照）磷肥處理，施磷肥172.5kg（P2O5）·hm-2；增施磷肥處理，施磷肥 207kg（P2O5）·hm-2；增施有機肥處理，施牛糞60m3·hm-2（有機質(zhì)含量14.8％）；增施磷肥和有機肥處理，在增施牛糞60m3·hm-2的同時增施磷肥207kg（P2O5）·hm-2，每個試驗處理種植0.3hm2，試驗在白坊子示范區(qū)進(jìn)行。

1.3田間管理與指標(biāo)測定

除了試驗處理外，其他田間管理一致，整個生育期實施充分灌溉。各個生育期進(jìn)行常規(guī)田間調(diào)查，冬小麥在出苗期、冬前、返青、拔節(jié)、孕穗、揚花和灌漿期，夏玉米在出苗、大喇叭口、抽雄吐絲和灌漿期，進(jìn)行密度、生物量等調(diào)查。冬小麥揚花和夏玉米抽雄吐絲的關(guān)鍵生育期，進(jìn)行主要生理指標(biāo)田間觀測，主要測定內(nèi)容有：葉片光合速率、冠層截光率、冠層溫度、株型特征等。試驗與示范小區(qū)收獲測產(chǎn)，收獲后脫粒機脫粒測定籽粒產(chǎn)量，收獲時各處理取樣，冬小麥取60莖，夏玉米區(qū)3株，進(jìn)行考種。

1.4數(shù)據(jù)分析

采用 SPSS 13.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，基于Microsoft office 2007進(jìn)行作圖。

2　結(jié)果與討論

2.1品種產(chǎn)量潛力與生育期合理搭配

作物籽粒產(chǎn)量的形成主要由個體與群體長勢強弱和灌漿時間長短決定的，長勢強則對光熱、養(yǎng)分、水分等資源的利用能力強、光合速率高、抵御逆境的抗性也強，在充分的灌漿時間里產(chǎn)量實現(xiàn)更接近潛力值［8］。小麥生育后期日最高氣溫超過30℃會導(dǎo)致葉片早衰，產(chǎn)量降低，嚴(yán)重地區(qū)或年份減產(chǎn)可達(dá)10％～20％［9］。在其他生育進(jìn)程不變的情況下，花后增溫將會導(dǎo)致小麥減產(chǎn)，同時小麥籽粒物質(zhì)組成也將發(fā)生復(fù)雜的變化，從而影響到小麥的品質(zhì)［10］。灌漿后期的干熱風(fēng)，是造成該地區(qū)冬小麥產(chǎn)量潛力發(fā)揮和品質(zhì)提高的最大障礙之一，影響了正常的生理成熟進(jìn)程，造成籽粒重降低、品質(zhì)變差。選擇揚花授粉期提早，后期灌漿速率快，偏早熟且熟性好的冬小麥品種，盡量避開干熱風(fēng)的不利影響，更利于冬小麥產(chǎn)量與品質(zhì)的提高與改善。

小麥處于最佳品種、播期、密度組合時，冬前、春季群體總莖數(shù)最多，小麥獲得最高產(chǎn)［11］。適宜播期可充分利用光、熱、水資源，有利于培育壯苗，構(gòu)建合理的群體結(jié)構(gòu)，穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重協(xié)調(diào)發(fā)展［12］。冬小麥適期晚播，對生育進(jìn)程及產(chǎn)量不會造成顯著影響。不同播期與播量的田間試驗結(jié)果表明，隨著播期的推遲，適當(dāng)增加播量，對最終產(chǎn)量并不產(chǎn)生顯著影響（表1）。多年氣候變化趨勢表明，該地區(qū)冬小麥?zhǔn)斋@前大于30℃高溫天氣出現(xiàn)的幾率增加明顯，不利于后期的灌漿（圖1b）。早熟品種提早進(jìn)入灌漿期，受后期干熱風(fēng)的危害小，灌漿更充分。如圖2不同品種田間試驗結(jié)果所示，早熟冬小麥品種‘小偃 81’與其他品種相比，在該地區(qū)產(chǎn)量無顯著差異，且粒重穩(wěn)定。2013年與2012年相比，其他兩個品種之間籽粒重相差10％～22％。

表1　不同播種期與播種量（基本苗）對冬小麥產(chǎn)量的影響Table 1 Effects of different sowing dates and sowing rates（based on seedling number） on grain yield of winter wheat

黃淮海一年兩熟作物區(qū)域，可通過夏玉米適期早播、選用中熟品種，增加吐絲后期的有效積溫，以保證玉米生育后期充足的有效積溫和籽粒充足的灌漿時間，達(dá)到增產(chǎn)的目的［13］。在冬小麥-夏玉米一年兩作周年生產(chǎn)周期里，生育期約束了兩種作物對氣候資源有效和充分利用。玉米生育期相對較短，但生育期內(nèi)溫度高、降水多，氣候資源集中且豐富，有著更大的產(chǎn)量提升空間。早播玉米苗全、苗旺，個體強，群體旺，抽雄吐絲提早。夏玉米不同播期試驗表明（圖3a），早播玉米比晚播玉米增產(chǎn)幅度在3.4％～21.6％，平均增產(chǎn)17.2％。夏玉米提早播種，生育進(jìn)程提前，利于避開7月下旬到 8月上旬多陰雨天氣對授粉的影響，更為重要的是提早了灌漿時間，且早期高溫環(huán)境下的灌漿速率更高，明顯地提高了產(chǎn)量。

圖2　研究區(qū)不同冬小麥品種的產(chǎn)量和粒重Fig.2 Grain weight and grain yield of different winter wheat cultivars at the study area

圖3　播期對不同品種玉米產(chǎn)量（a）和收獲日期對‘鄭單958’玉米粒重（b）的影響Fig.3 Effects of sowing date on grain yield of different maize cultivars（a） and harvest date on grain weight of maize ‘Zhengdan 958’（b）

玉米生長后期的 9月下旬，天氣晴朗多照，為灌漿提供了適宜的環(huán)境。該地區(qū)玉米進(jìn)入9月下旬開始收獲，由于收獲偏早，影響了后期的充分灌漿和熟性?；：蠊酀{期增光，增加了夏玉米的干物質(zhì)積累量、籽粒灌漿速率，顯著提高夏玉米產(chǎn)量［14］。粒重直接關(guān)系到夏玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)，除了后期低溫天氣影響灌漿外，延遲收獲更利于籽粒重增加和品質(zhì)的提高。增強吐絲期至成熟期光合有效輻射的生產(chǎn)效率，強源促庫，可以提高逆境下夏玉米生產(chǎn)的能力和適應(yīng)性［15］。不同時期收獲粒重試驗表明（圖3b），10月 2日收獲比9月 24日收獲，粒重增加19.5％。只要后期不提早出現(xiàn)持續(xù)低溫天氣，玉米灌漿一直保持到乳熟黑線的出現(xiàn)，籽粒飽滿，產(chǎn)量和品質(zhì)也較高。

2.2玉米冠層結(jié)構(gòu)優(yōu)化與適宜的種植方式

夏玉米高產(chǎn)以“群體結(jié)構(gòu)性獲得”為主要突破途徑，在高密度群體中進(jìn)一步挖掘“個體功能性獲得”，產(chǎn)量性能參數(shù)差異補償是高產(chǎn)玉米品種實現(xiàn)高產(chǎn)的主要機制［16］。玉米的收獲指數(shù)可達(dá)0.5以上，80％以上籽粒產(chǎn)量直接來自于開花后的光合產(chǎn)物，即產(chǎn)量主要由吐絲期—乳熟期群體結(jié)構(gòu)決定［6］。在保持較高收獲指數(shù)的同時，提高與穩(wěn)定田間群體的整體生物量，是實現(xiàn)玉米高產(chǎn)與穩(wěn)產(chǎn)的基本前提［17］。多年試驗與示范結(jié)果表明，該地區(qū)要想進(jìn)一步增加群體密度、提高群體的生物量水平，需要更加合理的種植方式。不同種植方式試驗結(jié)果表明（圖4），將種植密度提高到6.75×104株·hm-2，通過改變傳統(tǒng)的60cm等行距種植為40cm與80cm大小行種植和38cm× 38cm的等行距種植更利于產(chǎn)量的提高和穩(wěn)定。適宜的種植方式產(chǎn)量可提高15％以上。不同的種植方式影響了不同葉位的葉面積大小，進(jìn)而影響田間群體的冠層結(jié)構(gòu)。適宜的等行距種植和大小行種植，利于提高中部穗位附近葉片的面積（圖5a）。穗位附近葉片的光合能力和水平提高，更利于玉米籽粒的灌漿和產(chǎn)量的形成［14，16］。不同種植方式之間，冠層底部對光合有效輻射的截光率，沒有太大的影響，主要是影響了穗位部葉片對光合有效輻射的截獲（圖5b）。因此，根據(jù)品種株型特性，通過適宜的行距與株距調(diào)整與優(yōu)化，可以進(jìn)一步發(fā)揮夏玉米的產(chǎn)量潛力。

圖4　不同種植行距對玉米產(chǎn)量的影響Fig.4 Effect of plant spacing on grain yield of maize

圖5　不同行距對玉米不同部位葉片面積（a）和冠層截光率（b）的影響Fig.5 Effect of row spacing on leaf area of different position leaves（a） and light interception ratio（b） of maize

圖6　不同耕作方式對夏玉米及其后茬冬小麥產(chǎn)量的影響Fig.6 Effects of different tillage methods on grain yields of summer maize and the later crop of winter wheat

2.3根層土壤耕作與施肥管理

根據(jù)不同區(qū)域土壤特點和環(huán)境條件，采用不同的耕作方式，更利于作物產(chǎn)量潛力的發(fā)揮。該地區(qū)冬小麥夏玉米一年兩作的種植體系中，冬小麥播種前機械旋耕一次，深度一般不超過15cm。由于機耕的壓迫和機耕較淺，下層土壤過緊，多年來已形成影響作物扎根的犁底層，不利于作物的生長發(fā)育。尤其根系較發(fā)達(dá)、對土壤空氣要求較多的作物受到的影響更大，影響了作物生長潛力的發(fā)揮。高產(chǎn)玉米品種在土壤深松條件下獲得較高的產(chǎn)量，主要是由于產(chǎn)量性能參數(shù)間正向超補償作用的結(jié)果［16］。夏玉米深松播種種植試驗結(jié)果表明（圖6），玉米深松播種當(dāng)年產(chǎn)量明顯提高31.3％，隨后小麥季明顯增產(chǎn)5.6％。小麥?zhǔn)斋@后秸稈還田，玉米通過深松與播種同步作業(yè)，明顯地提高了玉米的產(chǎn)量，同時也改善了后茬冬小麥的產(chǎn)量。土壤耕層0～35cm 田間持水量，深松比常規(guī)施耕分別提高7.4％，生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量均以深松最高［18］。玉米深松深度超過了30cm，打破了犁底層土體，提高了深層土壤的儲水保墑能力，有利于根系在大范圍吸收水分和養(yǎng)分。深松玉米長勢明顯好于非深松種植玉米，最終轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量優(yōu)勢。然而，深松不宜頻繁，這種產(chǎn)量優(yōu)勢，連續(xù)兩年深松，并沒有表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。每隔3年以上，進(jìn)行一次深松，可能效果更好，經(jīng)濟(jì)效益也好。

肥力水平較低的脫鹽潮土，在冬小麥夏玉米一年兩作的高復(fù)種指數(shù)種植模式下，作物每年從土壤中帶走的鉀素較多。即使將還田的秸稈鉀換算成等量的肥料鉀，對土壤速效鉀的增加效果也遠(yuǎn)沒有提高鉀水平［19］。施鉀和秸稈還田，可使各種速效鉀含量明顯升高，反映了潮土固鉀能力不強，從而使投入土壤中的鉀仍以速效鉀的形態(tài)存在。整個生育期，高產(chǎn)夏玉米能持續(xù)吸收氮、磷、鉀養(yǎng)分，施用氮肥、鉀肥能顯著提高夏玉米的產(chǎn)量，氮和鉀是高產(chǎn)夏玉米主要養(yǎng)分限制因素，其中，N當(dāng)季回收率為18.05％，P2O5為14.55％，K2O為18.34％，每生產(chǎn)100kg經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量需吸收的N、P2O5和K2O的量分別為1.62kg、0.69kg和1.83kg［20］。夏玉米播種時增施鉀肥試驗結(jié)果顯示，增施鉀肥一定程度提高了夏玉米的產(chǎn)量，增產(chǎn)2.6％（圖7）。秸稈還田結(jié)合施用鉀肥不僅可以提高玉米產(chǎn)量、增加養(yǎng)分吸收總量，還有利于土壤鉀素的收支平衡，提高土壤速效鉀含量，對維持土壤鉀素肥力的穩(wěn)定具有重要的作用［21］。

磷肥的當(dāng)季利用率一般只有10％～25％，75％～90％的磷肥以不同形態(tài)的磷酸鹽積累在土壤中［22］。遇到多雨年份，該地區(qū)地下水位經(jīng)常抬升到地表，甚至出現(xiàn)短期地表滯水，容易造成土壤中累計磷酸鹽的損失。冬小麥播種前底肥增施磷肥試驗結(jié)果表明，增施磷肥明顯地提高了冬小麥的產(chǎn)量（圖7），增產(chǎn)達(dá)7.4％，同時也利于補充夏玉米生長季對磷的需求。增施有機肥結(jié)果顯示，冬小麥播種前增施有機底肥同樣明顯地提高了冬小麥的產(chǎn)量，增產(chǎn)6.8％。然而，增施有機底肥的同時，增施磷肥，產(chǎn)量也明顯提高8.8％，但并沒有出現(xiàn)二者累加的效果。土壤有機質(zhì)增加是一個長期的地力提升過程，短期內(nèi)速效養(yǎng)分對當(dāng)季作物增產(chǎn)效果更明顯。

圖7　增施磷肥和鉀肥對夏玉米（a）和冬小麥（b）產(chǎn)量的影響Fig.7 Effect of K and P fertilizers application on the grain yields of summer maize（a） and winter wheat（b）

3　結(jié)論

渤海糧倉主要增糧區(qū)域的河北低平原地區(qū)，分布有大面積的中低產(chǎn)農(nóng)田，增產(chǎn)潛力巨大?？紤]該地區(qū)氣候與環(huán)境資源特點和冬小麥夏玉米種植生產(chǎn)中存在的限制因素，該研究從 3個方面對該地區(qū)的糧食增產(chǎn)理論與技術(shù)進(jìn)行了研究總結(jié)，提出了適宜該地區(qū)糧食增產(chǎn)的方式和途徑。

第一，冬小麥夏玉米“雙早雙晚”周年種植。根據(jù)冬小麥和夏玉米不同品種的生育期特性，選擇抗鹽、耐旱、早熟的冬小麥品種，冬小麥提早收獲、夏玉米提早播種（雙早），夏玉米適當(dāng)延晚收獲、冬小麥適期晚播（雙晚）。在冬小麥產(chǎn)量穩(wěn)定的同時，注重提高籽粒的品質(zhì)，同時發(fā)揮夏玉米的增產(chǎn)空間。形成一個與當(dāng)?shù)丨h(huán)境更為適宜的冬小麥夏玉米種植體系，提高作物生育進(jìn)程中對水、肥、光、熱等資源的利用能力和效率，減少糧食生產(chǎn)過程中對環(huán)境形成的壓力。

第二，“穩(wěn)夏增秋”與夏玉米種植方式調(diào)整。冬小麥生長季干旱少雨及對灌溉水的依賴，在制約了產(chǎn)量進(jìn)一步提升的同時，也與該地區(qū)水資源短缺和水生態(tài)惡化問題的沖突加劇。進(jìn)一步提高冬小麥對土壤水的利用效率，減少對灌溉用水的依賴，實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)和提質(zhì)更符合該地區(qū)糧食增產(chǎn)的要求。夏玉米生長季豐富的氣候資源有著巨大的增產(chǎn)空間，夏玉米產(chǎn)量潛力的進(jìn)一步提升重要限制因素是適宜的冠層，形成一個更大的生物量群體。通過改變行距和株距，適當(dāng)增加密度，可明顯地提高和穩(wěn)定產(chǎn)量。密度提高到6.75×104·hm-2，40cm+80cm的大小行種植和38cm的等行距種植，是該地區(qū)更為適宜的種植方式。

第三，深松打破犁底層和增施磷、鉀肥種植。該地區(qū)大部分屬于脫鹽潮土，同時在多雨年份地下水位上升、存在短期滯水，土壤的肥力水平偏低。在秸稈還田的同時，通過深松技術(shù)，打破犁底層，改善土壤結(jié)構(gòu)，釋放根系對土壤養(yǎng)分和水分的吸收利用空間。同時在冬小麥播種時底肥增施磷肥，玉米播種時增施鉀肥，改善土壤的速效養(yǎng)分狀況，一定程度提高了冬小麥夏玉米的周年產(chǎn)量。冬小麥夏玉米全程秸稈還田、夏玉米深松播種，結(jié)合增施磷、鉀肥，在保證地力逐步提升的同時，短期內(nèi)改善土壤缺磷少鉀的狀況，利于冬小麥夏玉米周年產(chǎn)量的穩(wěn)定。

糧食增產(chǎn)是品種更新與土壤地力提升協(xié)調(diào)演進(jìn)的過程，品種的生育期進(jìn)程與當(dāng)?shù)丨h(huán)境耦合與適應(yīng)，個體株型特征和群體結(jié)構(gòu)更能高效地對地上光熱資源和地下水肥資源充分利用，是品種實現(xiàn)產(chǎn)量潛力的根本所在。植株個體及其所構(gòu)成的群體在空間的配置態(tài)勢，包括地上進(jìn)行光合作用的冠層結(jié)構(gòu)和地下進(jìn)行吸收作用的根系結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，是影響群體光分布與光合特性的重要因素，同時也通過影響群體內(nèi)部水、熱、氣等微環(huán)境而影響群體的光合效率和產(chǎn)量。通過適宜的品種選擇和相應(yīng)的耕作、栽培和管理措施，塑造合理群體結(jié)構(gòu)，改善冠層通風(fēng)透光條件，有利于提高群體產(chǎn)量潛力，可實現(xiàn)作物產(chǎn)量的逐步提高和穩(wěn)定。

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Research on exploiting wheat-maize grain yield theory and technology in the eastern low plain of Hebei Province*

SHAO Liwei1，LUO Jianmei1，2，YIN Gongchao3，LIU Shuxun4
（1.Center for Agricultural Resources Research，Institute of Genetics and Developmental Biology，Chinese Academy of Sciences / Key Laboratory of Agricultural Water Resources，Chinese Academy of Sciences / Hebei Key Laboratory of Water-saving Agriculture，Shijiazhuang 050022，China；2.College of Land Resources and Rural-Urban Planning，Hebei Geosciences University，Shijiazhuang 050031，China；3.Agricultural Bureau of Nanpi County，Nanpi 061500，China；4.Seeds Management Station of Hebei Province，Shijiazhuang 050000，China）

Medium and low-yield fields in the low plains of East Hebei Province are critical for “Bohai Granary” project forincreasing grain yields at national level.Winter wheat-summer maize double cropping system is the main planting pattern for agricultural production in the area.The growth of winter wheat and summer maize is seriously restricted by water deficit，soil fertility and climate fluctuations，which results in the decreasing of grain yield.Summer maize growth season is accompanied by sufficient rain and heat，while winter wheat season is deficit in both rain and heat.There is a high potential to increase grain yield by selecting suitable cultivars，reasonable date of sowing matching with harvesting，optimization of planting，cultivation and management modes and technologies.The main aim of this research was to exploit increasing measures of winter wheat and summer maize grain yields with enhanced potential and use efficiency of resources such as water and fertilizer（by underground roots） and light and heat（by over-ground canopy）.A total of eight field experiments were designed in the research，which included winter wheat seeding date，winter wheat cultivar，summer maize seeding date，summer maize harvesting date，summer maize planting pattern adjustment，deep scarification of summer maize planting，potassium fertilizer dose for summer maize，and phosphorus and organic fertilizer doses for winter wheat.The results showed that postponement of sowing date and increased seeding rate of winter wheat did not change grain yield.Early maturity winter wheat cultivar reduced the effect of dry hot wind which in turn stabilized grain yield and quality.Early seeding of summer maize by 10days increased grain yield by 17.2％，while late harvesting by 8 days increased grain weight by 19.5％.Adjustment of summer maize planting patters improved canopy structure and enhanced the use efficiency of photosynthetically active radiation.Row spacing of 40cm wiht 80cm and the same of row and plant spacing of 38cm were superior to other planting patterns，which increased grain yield by more than 15％.Planting summer maize with deep scarification increased grain yield by 31.3％ and improved the next winter wheat grain yield by 5.6％.However，these effects were not observed in successive deep scarification in the following years.Summer maize with increased potassium fertilizer improved grain yield by 2.6％，winter wheat with phosphorus fertilizer improved grain yield by 7.4％，and winter wheat with organic fertilizer improved grain yield by 6.8％ compared with that of control.However，when phosphorus and organic fertilizers were used simultaneously，winter wheat grain yield increased by 8.8％，without obvious superposition effect of fertilizers.The steady increase in grain yield was due the selection of suitable cultivars which matched with the sowing periods and other management practices，planting patterns，planting technologies，fertilization schemes，tillage patterns，etc.The planting mode which stabilized winter wheat grain yield and increased the potentials of summer maize grain yield was most suitable in the study area.This mode made the fullest use of local climate factors such as precipitation，sunlight and soil heat.

Jan.29，2016；accepted Apr.29，2016

Winter wheat；Summer maize；Increased grain yield；Cultivar characteristic；Growth period matching；Planting pattern；Deep scarification；Fertilizer application；Low plain of Hebei Province

S154.3

A

1671-3990（2016）08-1114-09

10.13930/j.cnki.cjea.160076

*國家科技支撐計劃項目（2013BAD05B05，2013BAD05B02）和河北省渤海糧倉科技示范工程專項資助

邵立威，主要研究方向為作物高產(chǎn)與水分高效利用。E-mail：liwishao@sjziam.ac.cn

2016-01-29接受日期：2016-04-29

*The study was supported by the National Key Technology R&D Program of China（2013BAD05B05，2013BAD05B02） and Hebei S&T Special Fund for “Bohai Granary” Project.

Corresponding author，SHAO Liwei，E-mail：liwishao@sjziam.ac.cn