鄭州市農(nóng)作物種植管理技術(shù)探析

摘 要 河南省鄭州市是中原地區(qū)重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地，農(nóng)作物的高效生產(chǎn)對其經(jīng)濟(jì)發(fā)展意義重大。為促進(jìn)鄭州市農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步，分析鄭州市主要農(nóng)作物種類及其分布特征，指出鄭州市農(nóng)業(yè)面臨育種技術(shù)發(fā)展與品種改良遭遇瓶頸、水肥資源管理效率低下、病蟲害防控體系不健全與技術(shù)滯后等問題，提出應(yīng)用精準(zhǔn)生物技術(shù)與智能育種技術(shù)、精確管理與高效利用水肥資源、構(gòu)建集成化病蟲害智能防控體系等策略。

關(guān)鍵詞 農(nóng)作物種植；技術(shù)應(yīng)用；可持續(xù)發(fā)展；河南省鄭州市

中圖分類號：S31 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.14.010

鄭州市是河南省的省會城市，也是中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的中心城市。作為農(nóng)業(yè)大市，農(nóng)作物的生產(chǎn)種植一直是鄭州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。近年來，在氣候變化、資源約束、病蟲害威脅等因素的影響下，鄭州市農(nóng)作物的種植管理面臨諸多挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式已難以適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求。引入先進(jìn)的科學(xué)種植管理技術(shù)，合理利用有限的自然資源，可提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。構(gòu)建現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系，不僅關(guān)系到農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收益，還事關(guān)鄭州市乃至整個中原地區(qū)的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 鄭州市主要農(nóng)作物種類及其分布特征

鄭州市位于華北平原南緣，黃淮海平原過渡地帶，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，得天獨(dú)厚的自然條件和優(yōu)越的地理環(huán)境使其成為河南省及中原地區(qū)重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地。作為河南省的省會城市，鄭州市農(nóng)作物品種豐富，種植格局明晰，生產(chǎn)潛力巨大，主要農(nóng)作物可分為糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物和蔬菜三大類。糧食作物種類以小麥和玉米為主，輔以大米、高粱等其他谷物作物。小麥和玉米在鄭州市各縣（市、區(qū)）均有較大規(guī)模種植，其中小麥種植面積占糧食作物總面積的70%左右，集中分布在中牟縣、滎陽市、新鄭市、登封市等縣（市、區(qū)）[1]。經(jīng)濟(jì)作物種類較為豐富，主要有棉花、油料作物、烤煙等，其中棉花和油料作物是鄭州市最主要的經(jīng)濟(jì)作物，兩者合計(jì)種植面積約占總種植面積的25%，集中分布在登封市、滎陽市、新密市等縣（市、區(qū)）[2]。鄭州市還是全國主要的中藥材生產(chǎn)基地之一，出產(chǎn)黨參、黃芪等名貴藥材。蔬菜作物種類繁多，白菜、番茄、黃瓜等是主要的大田蔬菜品種，還有大量的設(shè)施蔬菜品種。蔬菜生產(chǎn)集中在市區(qū)周邊縣以滿足鄭州市的供應(yīng)需求。近年來，在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的背景下，鄭州市“糧經(jīng)飼”統(tǒng)籌發(fā)展速度加快，高效設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展態(tài)勢良好，農(nóng)作物結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步優(yōu)化，但農(nóng)作物品種改良滯后、病蟲害防控不足等問題仍有待解決。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，鄭州市農(nóng)作物生產(chǎn)現(xiàn)代化水平將不斷提高，產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景十分可期。

2 鄭州市農(nóng)作物種植管理技術(shù)現(xiàn)狀及問題

2.1 育種技術(shù)發(fā)展與品種改良遭遇瓶頸

鄭州市農(nóng)作物育種技術(shù)與品種改良遭遇以下瓶頸。

1）傳統(tǒng)雜交育種方法周期長、效率低。鄭州市主要采用常規(guī)雜交育種技術(shù)，需要進(jìn)行多代選育，新品種選育速度無法滿足生產(chǎn)需求。同時，受試驗(yàn)條件限制，每年僅能進(jìn)行有限次數(shù)的組配，大大降低了獲得理想變異類型的概率，導(dǎo)致難以快速培育出適應(yīng)市場需求的新品種。2）缺乏針對性的分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)。分子標(biāo)記可快速準(zhǔn)確篩選目標(biāo)性狀，但鄭州市相關(guān)技術(shù)投入不足，限制了分子標(biāo)記技術(shù)在育種中的廣泛應(yīng)用。主要農(nóng)作物的遺傳圖譜不太完善，與重要農(nóng)藝性狀關(guān)聯(lián)的分子標(biāo)記篩選尚不充分。同時，功能驗(yàn)證標(biāo)記的開發(fā)滯后，無法實(shí)現(xiàn)對影響產(chǎn)量、品質(zhì)的重要農(nóng)藝性狀基因的精準(zhǔn)篩選，難以有效利用分子標(biāo)記進(jìn)行育種。3）抗性突破性狀鑒定與利用不足。鄭州市缺乏高通量的抗性鑒定平臺，主要依賴低效率的人工接種鑒定，無法滿足大量品種的抗性鑒定需求。同時，抗性相關(guān)的復(fù)雜遺傳機(jī)制研究不足，難以利用抗性突破遺傳資源進(jìn)行育種創(chuàng)新。4）各類先進(jìn)育種技術(shù)體系有待建立和完善?；蚪M選擇育種、雜種優(yōu)勢利用技術(shù)等尚未在鄭州市推廣應(yīng)用，無法發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢。相關(guān)技術(shù)平臺建設(shè)滯后，數(shù)據(jù)分析和技術(shù)支撐能力有限。同時，各項(xiàng)育種技術(shù)之間融合應(yīng)用程度不高，難以充分發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)提高育種效率。

2.2 水肥資源管理效率低下

水肥資源是農(nóng)作物生長發(fā)育的重要保障，但在鄭州市傳統(tǒng)種植管理中，由于技術(shù)滯后和管理粗放，水肥資源利用效率普遍較低，既造成了資源浪費(fèi)，又影響了作物產(chǎn)量和品質(zhì)。1）灌溉管理面臨挑戰(zhàn)。鄭州市農(nóng)田灌溉主要依賴地面漫灌和渠道引水，灌溉方式落后。由于缺乏科學(xué)的測量和調(diào)控手段，水資源利用效率僅為30%～40%。較低的灌溉效率不僅會造成地下水資源的過度消耗，還會導(dǎo)致作物生長不均勻和鹽漬化問題。同時，天氣影響大、管理耗時耗力等原因限制了灌溉質(zhì)量的提升。實(shí)測數(shù)據(jù)顯示，在小麥生育期，由于滴灌效果差，小麥產(chǎn)量比噴灌降低10%～

15%[3]。2）施肥管理存在諸多問題。長期以來，鄭州市農(nóng)民施肥以化肥為主，施肥量較大且肥料品種單一，主要依靠經(jīng)驗(yàn)判斷，缺乏精準(zhǔn)化管理。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鄭州市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥利用率僅為30%～35%，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[4]。另外，由于施肥不當(dāng)，常會出現(xiàn)“底肥重，追肥輕”的現(xiàn)象，造成作物根系分布不均和營養(yǎng)失衡。

2.3 病蟲害防控體系不健全與技術(shù)滯后

病蟲害的有效防控直接關(guān)系到農(nóng)作物的產(chǎn)量。然而，在鄭州市的傳統(tǒng)種植中，由于管理缺失和技術(shù)落后，農(nóng)作物病蟲害防控體系存在不健全和滯后的問題，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了威脅。大多數(shù)農(nóng)戶仍堅(jiān)持農(nóng)藥為主的單一防控模式，對生物防治、農(nóng)藝防治等綜合防控措施應(yīng)用不足。同時，缺乏系統(tǒng)的病蟲害監(jiān)測和預(yù)測預(yù)報體系，防控決策依賴主觀判斷，導(dǎo)致常常事后補(bǔ)救，防治效果不佳。此外，農(nóng)藥使用管理粗放，部分農(nóng)民濫用高毒農(nóng)藥，導(dǎo)致病蟲害抗性增強(qiáng)及環(huán)境污染。病蟲害防控技術(shù)手段傳統(tǒng)，急需創(chuàng)新。受基礎(chǔ)研究投入不足的影響，農(nóng)作物病蟲害檢測和診斷技術(shù)水平滯后，農(nóng)民仍依賴人工經(jīng)驗(yàn)判斷病蟲害類型，效率和精確度難以保證。防控手段大多使用噴霧機(jī)械，覆蓋面有限且效果一般。而高效精準(zhǔn)的防控技術(shù)如自動化監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)、生物農(nóng)藥、無人機(jī)噴灑等在鄭州市推廣應(yīng)用仍較少。總之，鄭州市病蟲害防控體系和技術(shù)滯后已成為制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重要因素，迫切需要建立健全病蟲害綜合防控體系，運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)手段提高防控精確性和效率，加強(qiáng)抗性品種培育，切實(shí)降低病蟲害對農(nóng)作物的危害。

3 鄭州市農(nóng)作物種植管理技術(shù)應(yīng)用策略

3.1 應(yīng)用精準(zhǔn)生物技術(shù)與智能育種技術(shù)

為了突破傳統(tǒng)品種改良與育種技術(shù)的瓶頸，鄭州市積極引進(jìn)精準(zhǔn)生物技術(shù)和智能育種技術(shù)，從根本上提升農(nóng)作物品種的抗逆性、產(chǎn)量和品質(zhì)。精準(zhǔn)生物技術(shù)是利用現(xiàn)代分子生物學(xué)手段，對作物的基因組進(jìn)行精準(zhǔn)編輯，賦予其更優(yōu)異的性狀。其中，基因組編輯技術(shù)利用可設(shè)計(jì)的核酸酶介導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)對作物遺傳基因的定點(diǎn)修飾。通過該技術(shù)，可以在原有優(yōu)良品種的基礎(chǔ)上，針對性地編輯與產(chǎn)量、抗逆性、營養(yǎng)品質(zhì)等相關(guān)的靶向基因，培育出新一代高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種。以小麥品種改良為例，通過編輯與籽粒營養(yǎng)成分和淀粉含量相關(guān)的基因，可以顯著改善小麥營養(yǎng)品質(zhì)和面粉加工品質(zhì)。鄭州市農(nóng)業(yè)科研機(jī)構(gòu)已利用基因組編輯技術(shù)培育出多個小麥新品種，其籽粒淀粉含量較原品種提高10%～15%，面筋含量增加8%～12%，產(chǎn)量也有不同程度提升。智能育種技術(shù)則是利用高通量測序、大數(shù)據(jù)分析等手段，建立作物表型和基因型的關(guān)聯(lián)圖譜，實(shí)現(xiàn)高效的作物育種。通過構(gòu)建基因型-表型關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫，可以快速準(zhǔn)確地鑒定和篩選與產(chǎn)量、抗病性等農(nóng)藝性狀相關(guān)的候選基因，從而有針對性地改良重要性狀基因。例如，農(nóng)科院已利用該技術(shù)對小麥白粉病抗性進(jìn)行了研究，從133個小麥品種中遴選出12個與白粉病抗性相關(guān)的新基因座，為培育優(yōu)質(zhì)、高抗小麥品種提供了遺傳學(xué)基礎(chǔ)。同時，智能育種技術(shù)可結(jié)合大數(shù)據(jù)與人工智能算法，設(shè)計(jì)出合理的、有針對性的育種方案，有望極大縮短新品種育成的周期。

3.2 精確管理與高效利用水肥資源

水肥資源的合理利用是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的粗放式管理造成大量水肥資源的浪費(fèi)，鄭州市應(yīng)充分運(yùn)用智慧農(nóng)業(yè)的先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對水肥資源的精確管控和高效利用。智慧灌溉技術(shù)可極大提高水資源利用效率。借助物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段，構(gòu)建一體化的水務(wù)監(jiān)測與調(diào)控平臺，實(shí)現(xiàn)對農(nóng)田土壤濕度、地下水位等關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測，并可依據(jù)作物生長周期智能優(yōu)化灌溉量和時機(jī)。例如，鄭州市在試驗(yàn)基地引入物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，安裝土壤水分、溫度等傳感器，連同影像遙感數(shù)據(jù)結(jié)合氣象大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)需水規(guī)律實(shí)時調(diào)節(jié)滴灌設(shè)施，節(jié)水率達(dá)40%。此外，可利用無人機(jī)遙感等技術(shù)，建立農(nóng)田土壤濕度分布圖譜，分析水分分布不均的成因，科學(xué)優(yōu)化農(nóng)田水利資源利用。精準(zhǔn)施肥技術(shù)能夠避免肥料浪費(fèi)并做到合理施肥。利用葉面營養(yǎng)診斷與近紅外光譜技術(shù)，可精準(zhǔn)檢測作物缺失營養(yǎng)元素，從而制訂科學(xué)的施肥方案。借助變量噴施機(jī)械，可實(shí)現(xiàn)按營養(yǎng)狀況進(jìn)行“差異化施肥”，既避免肥料浪費(fèi)，又緩解作物營養(yǎng)失衡。數(shù)據(jù)顯示，鄭州市在試點(diǎn)基地應(yīng)用精準(zhǔn)施肥技術(shù)后，化肥利用率提高到了55%，氮肥利用率達(dá)到60%，產(chǎn)量提升8%[5]。同時，配合無人機(jī)遙感和地理信息系統(tǒng)（Geography Information System，GIS）進(jìn)行經(jīng)濟(jì)作物精細(xì)化測土配方施肥，提供農(nóng)田養(yǎng)分狀況的分布圖，指導(dǎo)局部區(qū)域的精細(xì)化施肥，進(jìn)一步提升肥料利用效率。

3.3 構(gòu)建集成化病蟲害智能防控體系

病蟲害防控是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重中之重。為了應(yīng)對已有病蟲害防控體系不健全、yX5tOgPW/lvbWljOM/2JoQ==技術(shù)落后的問題，鄭州市急需構(gòu)建一套集成化的智能病蟲害防控體系，融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對病蟲害的全程智能監(jiān)測和精準(zhǔn)高效防控。1）建立基于物聯(lián)網(wǎng)的病蟲害智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。在農(nóng)田布設(shè)視覺、紅外等各類監(jiān)測傳感器，實(shí)時采集病蟲害的發(fā)生動態(tài)，結(jié)合氣象大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立作物與主要病蟲害之間的關(guān)聯(lián)模型，為后續(xù)的防控決策提供依據(jù)。該系統(tǒng)可借助深度學(xué)習(xí)算法，自動識別各類病蟲害種類及發(fā)生程度，達(dá)到實(shí)時預(yù)警的效果。例如，鄭州市在果園試點(diǎn)基地通過部署視覺監(jiān)測系統(tǒng)和深度學(xué)習(xí)算法模型，可實(shí)現(xiàn)對蟲害成蟲的自動識別與計(jì)數(shù)，當(dāng)監(jiān)測到蟲口數(shù)量超過臨界值時，發(fā)出預(yù)警信號。與傳統(tǒng)監(jiān)測相比，智能監(jiān)測可大大提升精準(zhǔn)性與擴(kuò)大覆蓋面。2）針對不同病蟲害類型，精準(zhǔn)采取各類防控策略，形成集成化的病蟲害智能防控體系。對于病害防控，大力推廣無人機(jī)低量噴霧施藥技術(shù)，借助無人機(jī)精準(zhǔn)控制噴霧量和噴霧范圍，提高藥劑利用率與防控效率。對于蟲害防控，應(yīng)推廣生物防治。利用基因工程技術(shù)制備誘捕劑和殺蟲劑，采取高通量測序等手段，篩選高效的益蟲種類用于生物防治，以減少化學(xué)農(nóng)藥的使用。

4 結(jié)語

鄭州市農(nóng)作物種植管理技術(shù)水平的提高面臨諸多挑戰(zhàn)，但同時擁有廣闊的發(fā)展前景。引進(jìn)精準(zhǔn)生物技術(shù)、智能育種技術(shù)等先進(jìn)手段，可以從根本上提升農(nóng)作物品種的抗逆性、營養(yǎng)品質(zhì)和產(chǎn)量；運(yùn)用智慧灌溉、精準(zhǔn)施肥等智能化管理模式，能夠顯著提高水肥資源利用效率；構(gòu)建集成化的病蟲害智能防控體系，可實(shí)現(xiàn)高精度的監(jiān)測預(yù)警和精準(zhǔn)高效的防治。未來，隨著信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的深度融合，鄭州市農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平必將不斷提升。除了持續(xù)應(yīng)用并創(chuàng)新上述關(guān)鍵技術(shù)之外，還應(yīng)在基礎(chǔ)研究、人才培養(yǎng)、示范推廣等多方面加大投入力度，打通農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新的各環(huán)節(jié)，促進(jìn)理論研究與實(shí)際應(yīng)用良性互動。

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（責(zé)任編輯：劉寧寧）