沿淮淮北砂姜黑土區(qū)小麥大面積超高產栽培理論與實踐

曹承富　肖揚書　武際　曹軍　高峰　李學章　牛泉清　楊劍波

摘 要：為有效緩解安徽淮北砂姜黑土“旱、澇、瘦、僵”的不良屬性和自然災害頻發(fā)的過渡性氣候對該區(qū)小麥持續(xù)豐產和生產潛力發(fā)揮的影響。自“十一五”國家糧食豐產科技工程項目實施以來，通過采用攻關研究、多年多地示范驗證和定點田塊建檔追蹤分析的方法，圍繞區(qū)域土壤特征、生態(tài)條件及小麥生產現(xiàn)狀，研究了砂姜黑土培肥改良、品種利用、高質量群體構建、資源高效利用、科學施肥和防病防倒伏，建立了適應淮北地區(qū)過渡性氣候和砂姜黑土特點的小麥9750 kg/hm2的“一增二改三防”超高產綜合技術體系。結果表明，該綜合技術體系的運用實現(xiàn)了太和、渦陽、蒙城等項目縣百畝高產攻關田多年產量超過9750 kg/hm2的水平，并創(chuàng)造了同年多點產量超過11400 kg/hm2的高產典型。經(jīng)大田實踐驗證，該技術體系的形成對黃淮南部砂姜黑土區(qū)小麥大面積增產增收具有重要的實際應用價值和推廣意義。

關鍵詞：砂姜黑土；小麥；超高產；技術體系

中圖分類號：S31 文獻標志碼：A 論文編號：2014-0745

0 引言

安徽位于北緯33°附近的小麥生產潛力區(qū)，常年小麥種植面積超過240萬hm2，總產量超過130億kg，播種面積和總產量分別居全國第三、四位[1]。然而安徽小麥單產水平與相鄰的山東、河南省相比仍存在一定的差距，尤其是高產田塊年際波動大，高產重演性差，究其原因，除受土壤和氣候因素影響外，技術配套性差和綜合技術集成度不高也是重要方面。在小麥高產技術研究方面，劉正飛等[2]研究了高肥地小麥再高產綜合農藝措施，為高肥力地區(qū)小麥的再高產提供了技術支持。曹雯梅等[3]通過研究小麥高產及超高產優(yōu)化管理模式對小麥產量的影響，提出了小麥高產、優(yōu)質、高效、環(huán)保的管理策略，為促進小麥持續(xù)穩(wěn)產增產提供了理論幫助。龐孟閣[4]通過研究將旱地小麥高產穩(wěn)產的基本技術要點歸結為十個字，即：“改土、配肥、良種、精播、細管”，在一定程度上促進了我國旱地小麥產量的提高。雖然國內對小麥超高產栽培綜合技術體系進行了很多研究，但針對安徽淮北砂姜黑土區(qū)這一典型土壤和過渡性氣候的小麥持續(xù)高產栽培綜合技術集成研究還存在一定不足。

砂姜黑土是黃淮海地區(qū)三大中低產土壤類型之一，據(jù)中科院南京土壤所精確解析，全國砂姜黑土面積達322.37萬hm2，安徽所占面積最大，達155.77萬hm2，占砂姜黑土總面積的48.3%，主要分布在沿淮淮北小麥主產區(qū)[5]。砂姜黑土質地粘重，結構性差，適耕期短，難耕難耙，養(yǎng)分貧乏，有機質含量低，整地播種質量難以提高[6-7]；加之受南北過渡性氣候影響，干旱、洪澇、凍害等自然災害頻繁發(fā)生，嚴重影響小麥持續(xù)豐產和高產。針對這一現(xiàn)狀，自“十一五”國家糧食豐產科技工程項目實施以來，圍繞該地區(qū)小麥高產穩(wěn)產的總體目標，重點研究了砂姜黑土培肥改良、品種的科學布局與選擇、高質量群體的構建與調控、資源（溫、光、肥、水）的高效利用與科學運籌、生育后期倒伏和早衰的有效防控等技術，旨在通過建立和完善適應淮北地區(qū)過渡性氣候和砂姜黑土特點的小麥持續(xù)豐產綜合技術體系，為該區(qū)域小麥生產持續(xù)發(fā)展和大面積增產增收提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

表中數(shù)據(jù)皆來自本課題組2006—2014年在安徽淮北砂姜黑土區(qū)的田間試驗結果。

1.2 統(tǒng)計方法

用Excel 2003對數(shù)據(jù)進行處理，采用DPS 7.05和最小顯著差數(shù)法（LSD）對數(shù)據(jù)進行方差分析。

2 小麥大面積超高產栽培理論與實踐

2.1 選用弱冬性為主的超高產品種，充分利用區(qū)域溫光水資源

據(jù)對各地產量達到9000 kg/hm2以上水平的24例高產攻關田種植品種分析，其中‘煙農19、‘濟麥22等弱冬性品種19例，占79.2%，尤其以蒙城、濉溪為代表的淮北中北部均為‘煙農19和‘濟麥22。說明淮北地區(qū)選用弱冬性高產品種，適期早播，充分利用溫光水資源是實現(xiàn)超高產栽培的前提。原因主要基于3個方面：（1）區(qū)域氣候變化。通過分析30年來區(qū)域氣象資料（數(shù)據(jù)來源于安徽省氣象局氣科所），氣候變化呈現(xiàn)小麥適播期內降水減少、冬前積溫增高及冬季低溫日數(shù)減少、極端最低氣溫升高的趨勢。據(jù)對沿淮淮北23個氣象站點1981—2013年降水數(shù)據(jù)分析，2004—2013年9月中、下旬平均降水量較1981—2003年同期分別增加76.46%和46.06%；2004—2013年10月上、中、下旬平均降水量較1981—2003年同期分別下降85.86%、78.21%和17.86%。1981—2003年間10月1日至12月20日大于0℃積溫平均為865.75℃，2004—2013年同期積溫平均為942.82℃，冬前大于0℃積溫增加了77.07℃，增加的積溫可使小麥多生長1片主莖葉。因此，生產上選用弱冬性小麥品種，不僅可以充分利用9月降水，在前茬作物收獲后趁墑適時播種，實現(xiàn)小麥一播全苗，又可有效降低早播帶來的冬前旺長可能導致的冬、春季凍害風險。（2）弱冬性小麥品種具有“產量潛力高、抗逆能力強、早播風險低、遲播減產少”的特性。與春性品種相比，淮北地區(qū)種植弱冬性品種具有明顯優(yōu)勢：一是產量潛力大。一般而言，弱冬性品種的產量水平比春性品種高，尤其在重災之年更能發(fā)揮品種的穩(wěn)產增產作用。二是播期彈性大，提前或推遲播期小麥產量均較穩(wěn)定。三是抗災能力強，可以解決沿淮淮北地區(qū)頻繁出現(xiàn)的小麥播種期間干旱和冬春季凍害問題。四是分蘗成穗能力強。淮北地區(qū)常因整地質量差導致缺苗斷壟，弱冬性品種因其具有較強的分蘗成穗能力，易獲得較多的穗數(shù)，一定程度上可彌補因缺苗斷壟對產量造成的影響。（3）種植制度變革。淮北地區(qū)近20年來夏播作物由甘薯、棉花等晚茬作物轉向玉米、大豆等早茬作物，目前淮北旱茬麥區(qū)夏季作物90%以上為玉米、大豆、芝麻、花生，這些作物騰茬較早，在9月中下旬就能成熟收獲。為小麥適期早播、充分利用溫光資源提供了可能性。

通過連續(xù)多年多點品種篩選，沿淮淮北地區(qū)產量穩(wěn)定達到9000 kg/hm2的品種有‘煙農19、‘淮麥25、‘周麥18和‘泛麥5號等；產量穩(wěn)定達到9750 kg/hm2的品種有‘濟麥22、‘淮麥29、‘周麥27等。不同產量水平品種間穗數(shù)存在一定的差異，9750 kg/hm2以上潛力的品種要求每公頃穗數(shù)至少684萬以上；不同產量水平品種間穗粒數(shù)的變幅較大，其高于34粒對實現(xiàn)9750 kg/hm2目標有一定的保障；千粒重在不同產量水平品種間差異較小，但9750 kg/hm2以上產量水平時可以達到47.8 g。因此，要實現(xiàn)超高產目標，產量構成三因素需均衡提高，表1為2006年至2013年通過試驗和實踐證實的不同產量水平品種所需具備的產量三要素構成情況。

2.2 增施有機肥與秸稈還田，提高土壤基礎肥力

良好的土壤耕層結構和較高的地力水平是小麥高產栽培的基礎。砂姜黑土“旱、澇、僵、瘦”的不良屬性嚴重阻礙了作物高產穩(wěn)產的實現(xiàn)。據(jù)對2014年高產典型田塊施肥結構分析，自2005年以來，太和、渦陽和蒙城三點長期有機肥與化肥結合，太和徐淙祥戶每年施用優(yōu)質廄肥均在30000～45000 kg/hm2或餅肥750～900 kg/hm2，渦陽和蒙城縣攻關田每年施用商品有機肥1500 kg/hm2，夾溝農場長期堅持兩季作物秸稈全量還田。據(jù)安徽省農科院調查分析，超高產田土壤容重均低于高產田（表2），其中渦陽點低2.9%～3.7%，太和點低3.7%～4.5%。從表2亦可看出，渦陽點的超高產田土壤有機質、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀含量比高產田分別提高了21.2%～32.3%、2.8%～8.3%、5.9%～9.1%、36.7%～47.5%和38.7%～76.4%，太和點則分別提高了17.8%～32.4%、7.9%～9.6%、5.4%～10.0%、30.3%～40.4%和41.0%～60.9%。

據(jù)安徽省農科院作物所長達32年的砂姜黑土定位培肥試驗研究[8-9]，長期有機肥和化肥配施，在有效降低砂姜黑土容重，提高土壤毛管持水量、土壤孔隙度及通氣孔隙比例，明顯改善土壤保水和通氣性能的同時，還可顯著提高砂姜黑土有機質、全氮和堿解氮等養(yǎng)分含量，有利于土壤酶活保持較高水平。長期單施化肥則易造成土壤酸化，土壤pH比不施肥下降1.32個單位，有機肥與化肥配施變化不明顯，可維持土壤養(yǎng)分均衡。鑒于目前區(qū)域內有機肥肥源匱乏，秸稈還田可能是大面積培肥改土的主要途徑，基于砂姜黑土秸稈還田定位試驗[10]，長期秸稈還田可改善砂姜黑土不良物理屬性，顯著降低土壤緊實度，提高土壤通氣性和保水性，從而改善土壤物理性狀。可顯著增加砂姜黑土有機質含量和耕層碳儲量，提高土壤肥力水平，有機質增幅2.38%～10.61%。

2.3 “基追并重”科學施肥，提高肥效

大量研究與實踐證明，氮肥運籌方式科學與否直接關系到小麥高產、優(yōu)質、高效能否同步[11-12]，尤其在超高產栽培實踐中更為重要，其主要內容包括肥料種類、施用量、基追肥比例及追肥時期，其確定主要依據(jù)土壤供肥特征和超高產小麥植株養(yǎng)分吸收規(guī)律。根據(jù)安徽省農科院多年研究，砂姜黑土耕層土壤堿解氮在小麥生長發(fā)育過程中呈“波形”變化，淮北地區(qū)超高產小麥（‘煙農19）對氮素吸收呈現(xiàn)峰谷變化[13]，第一高峰出現(xiàn)在拔節(jié)期，吸收強度達到2850.0 g/（hm2·d）；第二高峰在開花期，吸收強度達到2786.6 g/（hm2·d）。氮素相對積累速率以越冬期至拔節(jié)期較高，在返青期達到高峰，為31.45 mg/（g·d）。依據(jù)淮北砂姜黑土地區(qū)土壤供肥特征和超高產小麥植株養(yǎng)分吸收規(guī)律，以及施氮量、基追比例及追期試驗結果，淮北砂姜黑土地區(qū)達到9000～9750 kg/hm2超高產水平的施肥技術策略為：在施有機肥30000 kg/hm2基礎上，每公頃施氮量為240～270 kg，基追比6：4～5：5，適宜追施時期為拔節(jié)期至孕穗期；P2O5為90～120 kg/hm2，K2O為120～150 kg/hm2，Zn肥15～22.5 kg/hm2，其中磷、鉀、鋅素全部基施。

據(jù)對部分超高產田塊建檔追蹤調查（表3），太和徐淙祥戶每公頃施純氮273.0 kg、P2O5 135.0 kg、K2O 135.0 kg，其中拔節(jié)期追施純氮103.5 kg/hm2，氮肥基追比約6.2：3.8；渦陽張子富戶每公頃施純氮276.0 kg、P2O5150.0 kg、K2O 105.0 kg，其中追施純氮126.0 kg/hm2左右，氮肥基追比5.4：4.6；蒙城王永杰戶每公頃施純氮254.0、P2O5 112.5、K2O 112.5 kg/hm2，拔節(jié)期追施純氮89.7 kg/hm2，氮肥基追比6.5：3.5。

2.4 隔年深耕深松與“旋耕+播后鎮(zhèn)壓”結合，提高土壤蓄水保墑和出苗能力

砂姜黑土耕種質量難以提高和頻發(fā)的干旱是制約砂姜黑土區(qū)小麥高產的主要因素之一[14]，從太和點徐淙祥戶連續(xù)多年創(chuàng)造超高產典型和小麥生育期間長勢看，長期堅持使用大型動力機械隔年深耕或深松及旋耕播種后鎮(zhèn)壓，提高土壤蓄水保墑能力，達到全苗勻苗，是培育冬前壯苗，有效預防冬季凍害和后期倒伏，奠定高產基礎的重要措施之一。安徽省農科院作物所連續(xù)多年定位試驗研究證實，“旋耕+播后鎮(zhèn)壓”和“深松+播后鎮(zhèn)壓”方式有利于增加土壤蓄水保墑能力，提高作物根系對水分的吸收利用，可明顯提高小麥田間出苗率，有利于穗數(shù)增加和產量形成，是適應砂姜黑土屬性較為理想的耕作播種方式。試驗結果表明，“旋耕+播后鎮(zhèn)壓”處理2年出苗率均最高，達83%，高于其他方式6%～10%。“旋耕+播后鎮(zhèn)壓”和“深松+播后鎮(zhèn)壓”方式下土壤具有較強的保水性。此外，不同氣候年份宜采取不同的耕整地方式，對于前期持續(xù)干旱的特殊年份“適當深耕”是實現(xiàn)小麥高產的一項重要措施，有利于改良土壤物理性狀、改善土壤蓄水保墑特性，提高小麥抗旱能力。據(jù)調查，太和徐淙祥戶具體做法是每隔1～2年深松1次，當年秋種先旋耕2～3遍，然后反復鎮(zhèn)壓；蒙城王永杰戶采取每隔2～3年深松1次，深度30 cm，深松后再旋耕1遍，旋后耙平耙碎耙實，封住墑口。

2.5 適期早播適中播量構建高質量群體

通過近年高產田塊播期播量調查，播期以10月5—8日居多，屬適播期上限，較正常適播期偏早3～5天，播種量150 kg/hm2左右。如2014年5個超高產典型，播種期10月6—9日，播種量150.0～187.5 kg/hm2，基本苗225萬/hm2～315萬/hm2，屬中等播量。其產量構成因素：穗數(shù)690萬/hm2～825萬/hm2；穗粒數(shù)33～42粒，千粒重42～48 g。從多點超高產實踐看，在目前淮北砂姜黑土地區(qū)生產與生態(tài)條件下，實現(xiàn)超高產栽培還是以走中等群體適期早播為主的途徑，其原因：一是10月適播期內降水減少的氣候變化趨勢導致必須利用9月中下旬降水趁墑播種，確保一播全苗；二是砂姜黑土為主的土壤導致整地播種質量難以提高，出苗受影響，田間均勻度無法保證；三是大面積實踐和高產典型均已證明單位面積穗數(shù)是影響淮北地區(qū)小麥產量的主要因素，適宜的基本苗保證足夠成穗數(shù)是超高產的關鍵；四是受區(qū)域過渡性氣候影響，冬前及越冬期間常出現(xiàn)干旱，而淮北地區(qū)主要以雨養(yǎng)為主，未形成灌溉制度，干旱年份難以適時澆灌。據(jù)安徽省農科院作物所研究，淮北砂姜黑土小麥超高產栽培途徑有：早播（10月3日）條件下多穗、中穗型品種基本苗分別為210萬/hm2和270萬/hm2，氮肥運籌基追肥比例為3（基肥）：4（返青肥）：3（孕穗肥）；適播（10月10日左右）條件下多穗、中穗型品種基本苗分別為270萬/hm2和330萬/hm2，氮肥運籌基追肥比例為5：5（拔節(jié)）；行距20 cm，播深4～5 cm為宜。

2.6 適時化控防病防蟲，確保中后期穩(wěn)健生長

小麥超高產的形成是多項技術集成應用的結果，不僅要求各單項技術先進可靠，而且通過集成形成的綜合技術體系也應有較強的區(qū)域適應性和先進性[15-16]。實現(xiàn)超高產栽培必須在構建高質量群體的基礎上，輔之以科學化控、綜合防治病蟲、噴施美洲星等葉面肥，預防倒伏早衰和病蟲為害。在病蟲害防治上突出“防早防小”，切實提高防效。一是種子和土壤藥劑處理。選用包衣種子或播種前進行藥劑拌種，以防地下害蟲和苗期病害，確保全苗勻苗，尤其秸稈還田地塊更要加強地下害蟲的防治；二是適時化控。據(jù)調查，超高產田塊一般在返青后拔節(jié)前，每公頃用壯豐安450～600 mL，兌水375～450 kg，葉面噴施，以防止后期倒伏。三是紋枯病和赤霉病的防治。近年來，受氣候變異、生產條件變化等多種因素影響，呈現(xiàn)小麥紋枯病加重、赤霉病北移的趨勢。小麥赤霉病在淮北地區(qū)多次大面積暴發(fā)，紋枯病也有逐年加重趨勢，對該區(qū)域小麥持續(xù)增產造成了較大威脅。而砂姜黑土區(qū)超高產小麥品種多以弱冬性為主，而此類型品種對赤霉病的耐性較差，因此赤霉病和紋枯病的預防對超高產的實現(xiàn)尤為重要。沿淮淮北地區(qū)，3月上旬及時進行紋枯病防治。赤霉病的預防第1次用藥在齊穗期至開花初期，第2次防治在第1次用藥后7天左右。四是“一噴三防”。灌漿初期和后期結合病蟲防治，用1%～1.5%尿素溶液和0.3%～0.4%的KH2PO4溶液，或每公頃施美洲星900～1350 mL，兌水225～675 kg葉面噴施1～2次，防病防蟲防早衰。

2.7 項目區(qū)小麥超高產實例分析

自項目實施以來，通過針對砂姜黑土區(qū)域特點建立的小麥9750 kg/hm2的“一增二改三防”（增施有機肥；改半冬性品種為弱冬性品種，改適期播種為適期早播；防赤霉病、防倒伏、防早衰）超高產精確定量栽培技術體系的推廣應用，區(qū)域不利生態(tài)因素與關鍵技術的制約得以有效控制和改進，實現(xiàn)了太和、渦陽、蒙城等項目縣一年多點和一點多年小麥百畝超高產攻關田產量超過9000 kg/hm2水平（表4），繼2011年太和縣項目區(qū)百畝攻關田創(chuàng)造11125.5 kg/hm2的高產紀錄后，2014年再次多點刷新紀錄，渦陽縣、太和縣、夾溝農場百畝高產攻關田分別達到11577.0、11413.5、11427.0 kg/hm2。

3 結論與討論

沿淮淮北砂姜黑土區(qū)是安徽小麥主產區(qū)和增產潛力區(qū)，其產量的高低在安徽糧食生產及國家糧食安全中具有舉足輕重的地位。本研究通過對安徽砂姜黑土區(qū)小麥持續(xù)豐產綜合技術的研究并經(jīng)大田生產實踐驗證，提出了針對該區(qū)域生態(tài)特點小麥超高產技術體系。該技術體系主要包括選用弱冬性超高產品種適期早播，通過對播量的控制構建高質量群體以充分利用溫光等資源；增施有機肥、秸稈還田培肥土壤與“基追并重”的科學施肥方式提高作物對肥料的利用率，改善作物生長發(fā)育狀態(tài)和有效預防倒伏；“旋耕+播后鎮(zhèn)壓”和適時防病防蟲以提高小麥出苗能力和確保中后期穩(wěn)健生長。在小麥品種選用和播期播量方面，張春麗[17]和孟麗梅[18]在研究中也分別指出小麥高產品種選擇和適宜播期播量的確定是改善小麥光合與產量性狀獲取小麥高產的重要保證。在土壤培肥和科學肥料運籌上國內也有眾多研究表明增施有機肥、秸稈還田與“基追并重”的科學施肥方式對改善作物生長發(fā)育狀態(tài)、提高肥效及增產方面具有重要的作用[19-21]。在耕作方式和適時防病防蟲方面，張勝愛[22]和鄭建敏[23]在研究中也分別指出適宜的耕作方式和病蟲害的有效防治對確保小麥高產具有重要的意義。雖然本技術體系中的單項技術成果與國內多數(shù)研究結果相一致，但由于土壤培肥和秸稈還田試驗受研究年限的影響較大，因此該研究結果也可能與其他土壤培肥和秸稈還田試驗的研究結果存在一定的不一致性，如秸稈還田可能前幾年效果不好，但隨著還田年限的增加，秸稈還田的效果會得到逐漸改善。

小麥超高產的形成是多項單項技術體系的集裝配套和綜合運用，本研究圍繞區(qū)域小麥高產穩(wěn)產關鍵技術問題，通過長期定位與多年多點試驗相結合、專題研究與技術集成創(chuàng)新相結合研究總結出了針對安徽淮北砂姜黑土區(qū)的小麥超高產精確定量栽培技術體系，該技術體系的形成和推廣對確保該地區(qū)小麥產量，實現(xiàn)小麥持續(xù)增產穩(wěn)產將具有重要的意義。然而，由于小麥高產栽培技術受區(qū)域土壤特點和生態(tài)環(huán)境條件影響較大，本研究結果主要適用于與安徽沿淮淮北生態(tài)條件相似的地區(qū)推廣應用。此外，由于受試驗條件的限制，本研究形成的技術體系還存在一定的局限，如尚未包含超高產小麥水分需求和管理方面的研究內容，因此，該技術體系在今后的研究中仍需進一步加強和完善。

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