小麥—玉米周年高產形成的生態條件分析

張賓等

摘要：對小麥-玉米周年高產地區的土壤質地、土壤養分含量以及生長季內光、溫、水等因素進行了分析。結果表明，各高產地區的生態條件在正常年份基本上都能滿足作物的高產需要，但地區間光熱資源在兩個生長季的配置不盡相同；小麥、玉米進一步高產，應因地制宜進行高產技術突破，充分挖掘光熱資源的增產潛力。

關鍵詞： 小麥；玉米；周年高產；生態條件

中圖分類號：S512.1+1；S513文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2013）07-0055-04

作物生長發育狀況的好壞與其所在地區的生態條件密切相關。明確作物高產所需的基本生態條件，有助于在生產實踐中充分利用和發揮有利的自然資源，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作物的影響。有關作物生長與生態條件關系的研究已有大量報道^[1～9]；在小麥、玉米生產實踐中，廣大科研人員針對各地生態特點和生產實際，研究提出了以災害主動應對技術、災前應急防御技術和災后應變補償技術等為核心的災害綜合防御栽培技術體系，并取得良好的豐產效果。但作物實現高產對其生長的生態條件有怎樣的要求？各地高產地塊的生態條件有何異同？高產水平下如何進行產量突破？上述問題至今仍沒有令人滿意的答案。

隨著單產水平的不斷提高，作物實現高產對生態條件的依賴程度越來越大。深入了解作物高產與生態環境條件的關系，對于實現作物的持續性高產具有重要的現實意義。鑒于此，本研究收集整理了2004年以來各高產地區的小麥、玉米產量、土壤和氣象數據資料，對作物產量與氣候、土壤條件之間的關系進行了初步研究，以期為高產地塊選擇和高產生產實踐提供借鑒。

1材料與方法

1.1材料

土壤數據主要來自河南浚縣農科所、河北吳橋實驗站和趙縣新建原種場、山東兗州小孟鎮、山東萊州農科院潘家農場和萊州農科院成港路西實驗站等高產攻關田；產量數據由各地的負責人提供。氣象數據由國家氣象局國家氣象信息中心氣象資料室及中國氣象科學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，按對角線法進行田間土壤取樣，每塊地3個點。從地表開始，每10 cm土層取一個樣本。將所取土樣帶回陰干、研磨、過篩待測。養分測定方法參考《土壤農業化學分析方法》^[10]。部分地塊的氣象數據選自鄰近縣市氣象臺站數據。

2結果與分析

2.1小麥—玉米周年高產的土壤條件分析

土壤是作物賴以生存的物質基礎，其肥力的高低直接影響作物產量水平。土壤肥力水平是多因素綜合作用的結果，影響土壤肥力的指標主要有土壤營養（化學）指標、土壤物理性狀指標、土壤生物學指標和土壤環境指標等^[11]。土壤與作物間的相互關系非常復雜，凡是影響作物水肥吸收和根系生長代謝的因素都會影響作物的生長發育以及產量的形成。本研究僅對各高產地塊的基礎土壤數據進行分析。

由表1看出，壤土、砂壤土和粘壤土田塊均能實現高產。玉米在萊州的砂壤土上產量表現最好（19 347 kg/hm2），小麥在兗州的壤土上產量最高。盡管各高產地塊的土壤質地各有差異，但均屬壤土類，這可能是因為壤土的土壤組分比例適中、三相比協調，兼具砂土通透性及粘土保持水肥的優點，對作物生長較為有利。分析結果表明，盡管各高產地塊的土壤養分含量各有差異，但小麥、玉米高產田多出現在pH值7.0左右的砂壤、粘壤地塊；土壤有機質含量>1.4%，速效氮> 65 mg/kg，速效磷>20 mg/kg、速效鉀>90 mg/kg的地塊上均可實現高產。

2.2小麥—玉米周年高產的氣象條件分析

對上述4個高產地區近8年來的氣象條件進行分析發現（表2），高產點的日照時數在1 856.3～2 570.0 h之間，以浚縣最少，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，有利于實現小麥—玉米周年高產。

進一步分析各高產點單季作物產量與生育期間氣象條件的關系發現，高產小麥、玉米均對當季光熱資源有一定的基本要求（表3、表4）。小麥產量達到9 000 kg/hm2時，全生育期的日照時數應大于1 550 h，有效積溫應大于1 770℃（表3）。分析表明，不同地區小麥達到某一產量時所需的有效積溫存在一定差異（數據未列出）。如萊州有效積溫在1 835.8～2 000℃內，小麥產量隨積溫增加而下降，在2 050℃左右時的產量突然升高；浚縣1 100 h的日照時數也出現了9 000 kg/hm2的產量，表明在日照時數1 100 h、有效積溫1 850℃時，可以滿足冬小麥高產的光熱需求；冬小麥產量與全生育期的降水量無明顯相關，但高產出現年份的降水量多在250 mm以下。

玉米產量達到11 500 kg/hm2時，全生育期的有效積溫應大于2 700℃，日照時數應大于740 h；全生育期有效積溫大于2 900℃時，則完全可以保證11 500 kg/hm2的要求。總體來看，玉米產量有隨有效積溫的增加而提高，同時也存在隨日照時數增加而提高的趨勢。全生育期的降水量在500 mm以下時，玉米產量總體上隨降水量增加而提高（表4）。

3結論與討論

本研究表明，土壤有機質含量>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、玉米高產需要。但在同一生長季、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量水平差異較大的現象。小面積零星地塊出現高產的現象表明，作物與土壤的相互作用機制非常復雜。數據分析發現（表1），即便在0～20 cm耕層內，高產田土壤養分分布也不均勻，表層土壤養分含量較高，隨土層加深土壤養分含量迅速下降。土壤養分層次間的這種不均一性，可能是導致作物產量高而不穩的一個重要原因。美國的高產實踐表明，加深耕作層厚度和提高深層土壤養分含量是作物高產穩產的重要保障^{[12， 13]}。

同一地區常出現光熱資源總量變化較大，而產量變化不明顯或光熱資源總量基本接近，而產量差異較大的現象。似乎說明，現有產量水平下，高產地區的光熱資源總量已不是產量限制的主要因素，作物生長季內光熱水資源的時空分布及其之間的協調程度可能是影響作物產量變化的重要原因之一。這與李潮海等（2001）^[3]的觀點一致。研究還發現（數據未列出），高產地區間的光熱資源總量及其配置不盡相同。周年光溫生產潛力大小依次是萊州、吳橋、兗州和浚縣。兗州和吳橋小麥季的光溫生產潛力大于玉米季，而萊州和浚縣則為玉米季的光溫生產潛力大于小麥季。小麥光溫生產潛力以兗州最高，浚縣最低；玉米以浚縣最高，吳橋最低。研究發現，作物生長過程中，溫度與日照之間存在一定的互作補償效應；相對而言，日照時數對玉米產量的影響較溫度的影響更大。

不同地區應根據各自的光溫資源狀況進一步優化周年資源高效配置，充分挖掘生長季內光溫資源的利用效率，實現小麥、玉米兩季協調增產。羅繼春等（1992）^[14]就氣候因子對玉米不同生育期的影響進行了初步分析，但作物、環境、措施之間的相互作用機理仍不清楚，有待深入研究。因此，在小麥、玉米生產中，首先應確定影響作物產量各要素形成的關鍵時期及其主導生態因子，闡明各生態因子對作物生長發育的作用機制，進而提出相應的技術調控措施，為提高作物生產調控能力、獲得高產穩產提供理論支撐。

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