玉米多元種植模式的應(yīng)用現(xiàn)狀

孔令杰　鄭飛　陳艷萍　趙文明　袁建華

摘要：系統(tǒng)闡述了玉米連作、玉米與小麥和豆科作物的輪作、玉米與特糧特經(jīng)作物的多元多熟間套種等種植模式的應(yīng)用情況，分析了各種植模式在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的變化趨勢(shì)和保障農(nóng)業(yè)安全發(fā)揮的積極作用。指出種植比較優(yōu)勢(shì)指數(shù)推動(dòng)了小麥玉米輪作和玉米連作模式大面積應(yīng)用，在宏觀政策和市場(chǎng)的影響下，玉米與豆科作物輪作的種養(yǎng)模式應(yīng)用面積不斷增大;在光溫資源豐富的區(qū)域，玉米與特糧特經(jīng)作物組裝多元多熟種植模式不僅培肥地力、提高復(fù)種指數(shù)、增加種植效益，也可以緩解豆科作物、蔬菜作物等的連作障礙，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的綠色、節(jié)本、增效、可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：玉米;間作;套種;輪作;多元多熟

中圖分類(lèi)號(hào)： S513.04? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2020）19-0061-04

收稿日期：2020-02-18

基金項(xiàng)目：農(nóng)業(yè)重大技術(shù)協(xié)同推廣項(xiàng)目（編號(hào)：XT（18）002）;現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)（編號(hào)：CARS-02-72）;江蘇省現(xiàn)代作物生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心項(xiàng)目（編號(hào)：JCIC-MCP）。

作者簡(jiǎn)介：孔令杰（1982—），男，山東聊城人，副研究員，從事玉米栽培研究。E-mail：lingkj@126.com。

通信作者：袁建華，博士，研究員，從事玉米遺傳育種。E-mail：yuanjh1123@163.com。

玉米是我國(guó)的重要糧經(jīng)飼作物，國(guó)內(nèi)玉米生產(chǎn)保障了養(yǎng)殖業(yè)和加工業(yè)的發(fā)展。近年來(lái)，玉米的供需處于平衡狀態(tài)。在適應(yīng)不同種植模式的過(guò)程中，玉米與多種作物搭配，組裝了多樣的輪作和間套種模式，充分發(fā)揮了玉米適應(yīng)區(qū)域廣的特點(diǎn)，多樣化的種植模式廣泛分布在全國(guó)各地。間作套種是我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精髓，在我國(guó)有悠久的種植歷史，在玉米與矮稈作物、不同成熟期作物及地下根莖類(lèi)作物相結(jié)合立體種植的過(guò)程中，擴(kuò)大了對(duì)光、熱、水、肥、土等自然資源的利用，更好地挖掘了土地生產(chǎn)潛力。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向高質(zhì)量發(fā)展過(guò)程中，開(kāi)始大力發(fā)展種養(yǎng)結(jié)合、生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)，種養(yǎng)結(jié)合的種植模式成為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)的重要措施。2019年中央一號(hào)文件提出，擴(kuò)大耕地輪作休耕制度試點(diǎn)，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部在全國(guó)17個(gè)省（自治區(qū)）開(kāi)始布局輪作休耕試點(diǎn)，試點(diǎn)面積200萬(wàn)hm2，其中14個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)）的輪作面積166.67萬(wàn)hm2，以鞏固提升產(chǎn)能，確保糧食安全。堅(jiān)守耕地保護(hù)紅線(xiàn)，提升耕地質(zhì)量，堅(jiān)持輪作為主、休耕為輔，確保谷物基本自給、口糧絕對(duì)安全。黃淮海地區(qū)在安徽省、山東省、河南省及江蘇省北部推行玉米改種大豆為主，兼顧花生、油菜等油料作物，增加市場(chǎng)緊缺的大豆、油料供給。2020年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布種植業(yè)工作要點(diǎn)，要求穩(wěn)步推進(jìn)耕地輪作休耕試點(diǎn)，穩(wěn)定東北地區(qū)玉米—大豆為主的輪作面積，重點(diǎn)擴(kuò)大長(zhǎng)江流域和黃淮海地區(qū)水稻—油菜、玉米—大豆或花生等輪作規(guī)模，適當(dāng)擴(kuò)大西北地區(qū)小麥—薯類(lèi)或豆類(lèi)、玉米—豆類(lèi)等輪作規(guī)模。

全球變暖造成活動(dòng)積溫增加，品種的生育期不斷適應(yīng)生產(chǎn)需求，為種植模式的改變創(chuàng)造了更多條件;農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化推動(dòng)了種植模式的改變，也為種植模式的改變提出了更多要求。與特糧特經(jīng)作物組裝的多元多熟種植模式挖掘了長(zhǎng)三角區(qū)域豐富的光溫資源，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的種養(yǎng)結(jié)合和可持續(xù)發(fā)展。為進(jìn)一步挖掘玉米在農(nóng)業(yè)綠色高效發(fā)展中的作用，將玉米相關(guān)的間套種模式進(jìn)行了總結(jié)分析。

1 玉米連作

受光溫資源限制，我國(guó)東北、西北玉米區(qū)大面積一年一熟制的種植模式，常年連作玉米，發(fā)揮了玉米相對(duì)耐重茬能力。東北玉米產(chǎn)區(qū)是我國(guó)玉米主產(chǎn)區(qū)，西北玉米產(chǎn)區(qū)的新疆維吾爾自治區(qū)、甘肅等地為重要的玉米制種基地，在保障我國(guó)糧食安全上發(fā)揮了重要作用。玉米連作種植模式機(jī)械化程度高、生產(chǎn)效率高，玉米比較優(yōu)勢(shì)指數(shù)、種植效益高于其他作物。然而常年連作玉米難以避免對(duì)土壤物理性質(zhì)和微量元素及有效養(yǎng)分結(jié)構(gòu)的影響，土壤營(yíng)養(yǎng)元素的片面吸收導(dǎo)致土壤養(yǎng)分供應(yīng)不均衡[1];常年連作導(dǎo)致土傳病害增加，根系分泌與釋放有毒化學(xué)物質(zhì)對(duì)玉米發(fā)芽率和苗期生長(zhǎng)造成自毒作用，且隨著連作年限的增加而加劇[2-3]。各地通過(guò)創(chuàng)造輪作條件、平衡施肥、秸稈還田、有害生物綜合防控等技術(shù)的實(shí)施，緩解連作障礙，不斷保持和提高土地的生產(chǎn)力[4]。

2 玉米小麥輪作

2.1 麥田套種玉米

黃淮海夏玉米區(qū)為克服夏收夏種期間農(nóng)業(yè)生產(chǎn)緊張、農(nóng)時(shí)不足導(dǎo)致玉米播種晚收獲晚、影響冬小麥播種的問(wèn)題，大面積存在麥田套種玉米的種植模式。夏玉米套種可爭(zhēng)取更多光溫資源、挖掘中晚熟品種的增產(chǎn)潛力，確保玉米正常灌漿成熟并為搶種小麥爭(zhēng)取充裕時(shí)間。該種植模式費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、播種質(zhì)量差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)，逐步被直播玉米所取代，僅在陜西省、遼寧省、甘肅省、內(nèi)蒙古自治區(qū)等水肥條件好但積溫不充足區(qū)域少量分布。

2.1.1 主要優(yōu)點(diǎn)

挖掘玉米苗期光溫資源。該模式通過(guò)調(diào)整玉米播種和小麥?zhǔn)斋@的時(shí)間點(diǎn)，緩解了20世紀(jì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化程度低、農(nóng)耗期時(shí)間長(zhǎng)造成的農(nóng)時(shí)緊張的問(wèn)題。利用與麥田共生期間的光溫資源，延長(zhǎng)了玉米的生長(zhǎng)期，保障合成的光合產(chǎn)物向籽粒轉(zhuǎn)移，可以發(fā)揮中熟、晚熟品種的高產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。套種玉米生長(zhǎng)進(jìn)程比直播玉米早，避免晚秋低溫冷害，實(shí)現(xiàn)玉米的完全成熟，充分發(fā)揮玉米的增產(chǎn)潛力，同時(shí)為小麥的播種適時(shí)騰茬。

避開(kāi)“芽澇”危害。黃淮海夏玉米區(qū)在6月下旬至7月上旬多陰雨，與直播玉米的苗期相遇，易發(fā)生漬澇脅迫。玉米苗期應(yīng)少澆水適當(dāng)蹲苗，怕發(fā)生澇害，特別是播種后至出苗前的漬澇災(zāi)害易造成爛種缺苗，重者絕產(chǎn)。套種玉米進(jìn)入雨季時(shí)已處于拔節(jié)期，抗性增強(qiáng)，減產(chǎn)損失小。

2.1.2 主要弊端 套種玉米主要靠人工完成田間作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大、播種質(zhì)量差、作業(yè)效率低，易造成缺苗斷壟、苗勢(shì)弱、參差不齊。與小麥共生期間，玉米幼苗處于遮陰寡照條件，易形成瘦弱苗，不利于高產(chǎn)群體的構(gòu)建;共生期間誘發(fā)的苗期病蟲(chóng)害多，防治難度大。小麥?zhǔn)斋@作業(yè)難以避免對(duì)玉米幼苗造成傷害，導(dǎo)致缺苗斷壟現(xiàn)象。

2.2 麥茬直播玉米

隨著小麥和玉米中早熟品種的選育、活動(dòng)積溫的增加、配套機(jī)械的成熟及集成技術(shù)的不斷完善，麥茬直播玉米種植模式的面積不斷增加。小麥?zhǔn)斋@后免耕或滅茬后直播夏玉米，小麥秸稈覆蓋地表減少了夏季的土壤水分蒸發(fā)、提高土壤肥力和種植效益。麥茬直播玉米，有利于小麥?zhǔn)斋@和玉米播種的機(jī)械化作業(yè)，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化水平的提高，對(duì)提高播種質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)夏玉米高產(chǎn)具有重要意義。因此，該模式在黃淮海區(qū)大面積普及應(yīng)用。

2.2.1 主要優(yōu)點(diǎn)

有利于機(jī)械作業(yè)。小麥?zhǔn)斋@后播種玉米減少了小麥?zhǔn)斋@環(huán)節(jié)對(duì)玉米苗期的損傷，實(shí)現(xiàn)了機(jī)播帶種肥、一播全苗、提高整齊度。小麥?zhǔn)斋@和玉米播種環(huán)節(jié)的機(jī)械化作業(yè)，提高了作業(yè)效率，縮短了作業(yè)時(shí)間，減少了農(nóng)耗期，降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度，解放了大量勞動(dòng)力，降低了生產(chǎn)成本。玉米機(jī)械直播加速了農(nóng)機(jī)農(nóng)藝的融合，等行距機(jī)械種植有利于機(jī)械田間管理和收獲的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，加快了玉米生產(chǎn)的全程機(jī)械化[5]。

有利于田間植保、水分管理措施的實(shí)施。麥茬直播玉米模式的秸稈覆蓋創(chuàng)造了病蟲(chóng)害的生活條件，但是直播田有利于防治措施的實(shí)施。免耕直播田的秸稈覆蓋可以降低干旱天氣時(shí)出現(xiàn)土壤裂縫跑墑、減少水分蒸發(fā)，板茬田的雨季積水便于排出，降低了苗期的漬澇風(fēng)險(xiǎn)。小麥和玉米秸稈還田有利于提高土壤有機(jī)質(zhì)的含量，減輕基層的秸稈禁燒壓力，同時(shí)解決了焚燒秸稈帶來(lái)的空氣污染和資源浪費(fèi)問(wèn)題，一定程度上實(shí)現(xiàn)土壤肥力的可持續(xù)均衡利用。

2.2.2 主要弊端

土地逐步集中的過(guò)程中，品種特性、機(jī)械性能和基礎(chǔ)設(shè)施等不配套，制約小規(guī)模生產(chǎn)農(nóng)戶(hù)向機(jī)械直收玉米籽粒的推進(jìn)，影響了機(jī)械化生產(chǎn)水平的進(jìn)一步提高?，F(xiàn)有品種收獲時(shí)的含水量偏高，導(dǎo)致機(jī)械粒收的破碎率高，倉(cāng)儲(chǔ)過(guò)程中容易出現(xiàn)霉變。墑情適宜的情況下小麥?zhǔn)斋@后，機(jī)械可以搶墑播種，也可以播種后灌蒙頭水;但是遭遇降水后，田間濕度直接影響機(jī)械速度和作業(yè)質(zhì)量，甚至影響播種進(jìn)度。

3 玉米豆科作物輪作

玉米種植效益較好，種植面積持續(xù)增加，持續(xù)連作是對(duì)玉米耐重茬能力的一個(gè)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。豆科植物通過(guò)與根瘤菌共生，形成根瘤并進(jìn)行生物固氮，是良好的養(yǎng)地作物。豆科作物的生物固氮是我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重要的氮素來(lái)源，然而，高氮會(huì)抑制豆科植物結(jié)瘤固氮，形成“氮阻遏”效應(yīng)，通過(guò)豆科植物與玉米的輪作可充分發(fā)揮結(jié)瘤固氮的減肥增效、改良土壤的作用，糧豆輪作的歷史傳統(tǒng)為其他主糧作物創(chuàng)造了良好的土壤環(huán)境。研究表明，玉米大豆輪作顯著優(yōu)于連作，輪作比玉米連作增產(chǎn) 2 567.9 kg/hm2，增幅21.8%，玉米的粗蛋白質(zhì)含量、賴(lài)氨酸含量、容重分別提高13.6%、3.0%、22%;輪作比大豆連作增產(chǎn)593.9 kg/hm2，增幅15.0%，大豆的粗蛋白質(zhì)含量、粗脂肪含量分別增加0.5%、1.6%[6]。

Drury 等研究表明，玉米與大豆輪作時(shí)，N2O排放量顯著降低，折合損失氮素1.34 kg/hm2，比玉米連作的氮素?fù)p失低48.9%[7]。玉米與豆科作物的紫花苜蓿輪作對(duì)美國(guó)玉米種植體系的可持續(xù)發(fā)展起到了重要作用，紫花苜蓿與玉米輪作第1年固定的氮可以代替氮肥約150 kg/hm2;與玉米連作相比，2年玉米和紫花苜蓿輪作可使土壤碳含量增加25%，大量的碳可以改良土壤質(zhì)量，可顯著增加玉米產(chǎn)量[8]。豆科與禾本科作物輪作體系中，禾本科作物氮吸收量的5%～34%來(lái)自于前茬豆科作物根際沉積氮，豆科作物與禾本科作物輪作增產(chǎn)的主要原因是氮素等養(yǎng)分的利用效率得以提高[9-12]。玉米花生輪作田的玉米根系分泌物通過(guò)提高土壤微生物量、微生物活性及養(yǎng)分含量，來(lái)降低肉桂酸、鄰苯二甲酸和對(duì)羥基苯甲酸對(duì)土壤微生態(tài)環(huán)境的化感作用，起到緩解花生連作障礙的作用[13]。豆科作物與禾本科作物的輪作可以實(shí)現(xiàn)同步增產(chǎn)、病蟲(chóng)草害防控、增加農(nóng)田生物多樣性的作用[14]。

華北地區(qū)玉米種植面積不斷增加與大豆種植面積不斷減少顯著相關(guān)，該地區(qū)大豆的效率和規(guī)模優(yōu)勢(shì)指數(shù)不斷降低，大豆的單產(chǎn)低、玉米比較效益高影響農(nóng)戶(hù)種植積極性[15]。2016年原農(nóng)業(yè)部發(fā)布《關(guān)于“鐮刀彎”地區(qū)玉米結(jié)構(gòu)調(diào)整的指導(dǎo)意見(jiàn)》提出構(gòu)建用養(yǎng)結(jié)合的種植結(jié)構(gòu)，在東北推行玉米大豆輪作，建立用地養(yǎng)地結(jié)合的土地利用模式。受鼓勵(lì)政策影響，東北地區(qū)大豆種植面積逐步增加，成為中國(guó)大豆規(guī)模優(yōu)勢(shì)指數(shù)最高的地區(qū)，大豆種植向該地集中的趨勢(shì)明顯[16]。為了發(fā)揮機(jī)械化生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)和大豆養(yǎng)地作用，東北和華北地區(qū)的玉米、大豆主產(chǎn)區(qū)的技術(shù)集成向玉米大豆輪作的種植模式集中。

4 玉米的多元間套種模式

玉米的多元間套種模式利用了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中各作物的空間、時(shí)間、養(yǎng)分的互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的增產(chǎn)增效。間作模式相對(duì)于輪作模式，保留了輪作模式的養(yǎng)分互補(bǔ)、病蟲(chóng)害防控、農(nóng)田生物多樣性等優(yōu)勢(shì)，增加了作物間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，需要根據(jù)作物特性調(diào)整種植模式，集成了以“選品種、擴(kuò)間距、縮株距”為核心的玉米—大豆帶狀復(fù)合種植技術(shù)在西南地區(qū)應(yīng)用[17-18]。通過(guò)作物的套種，使不同作物存在短時(shí)間的共生期，實(shí)現(xiàn)了光溫資源的集約化利用。在戶(hù)均土地承包面積較大的黃淮、西北、東北區(qū)域，以種植玉米、小麥、花生、大豆等大宗農(nóng)產(chǎn)品為主，主要為連作或輪作種植模式，通過(guò)機(jī)械作業(yè)降低生產(chǎn)成本。在長(zhǎng)三角及其周邊區(qū)域，人均耕地面積少、光溫資源充足、特糧特經(jīng)作物類(lèi)型豐富，玉米與其他作物的輪作、間套種種植，為當(dāng)?shù)貏趧?dòng)力創(chuàng)造了更多就業(yè)機(jī)會(huì)，彌補(bǔ)了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)不便于機(jī)械化的短板，增加了農(nóng)民收入。由于蔬菜類(lèi)型多樣，生長(zhǎng)周期短，通過(guò)科學(xué)地安排作物茬口，可提高復(fù)種指數(shù)至1年2～4熟。集成“馬鈴薯/青玉米+青毛豆—冬季蔬菜”“馬鈴薯/春玉米—水稻”“蠶豆/春玉米/N（秋玉米、高粱、赤豆、青豌豆、秋大豆、水稻、西蘭花等）”“冬季蔬菜—春玉米—水稻”“小麥/青玉米—N（青玉米、水稻、青豌豆等）”“青蠶豆/玉米/棉花”、小麥—青玉米—N（青玉米、青豌豆等）玉米相關(guān)種植模式幾十種[19-20]，有效供應(yīng)了長(zhǎng)三角區(qū)域的特糧特經(jīng)農(nóng)產(chǎn)品，豐富了市民的餐桌。玉米與設(shè)施蔬菜或露地蔬菜的間套種模式，通過(guò)秸稈還田可實(shí)現(xiàn)改善土壤環(huán)境、提高微生物多樣性和活性、緩解蔬菜連作障礙的效果，進(jìn)而提高蔬菜的產(chǎn)量品質(zhì)[21-24]。

玉米品種類(lèi)型豐富多樣、適應(yīng)區(qū)域廣，通過(guò)挖掘當(dāng)?shù)氐墓鉁刭Y源，合理布局玉米與糧食作物、豆科作物、蔬菜等的間套作或輪作模式，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源的高效利用和生態(tài)化利用，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的綠色、節(jié)本、增效、可持續(xù)。

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