两熟制粮田持续高产高效的理论基础及技术研究

耕作与栽培　2001年　第4期

两熟制粮田持续高产高效的理论

基础及技术研究

　　　　　　　　　　林长青　　　　　　　　　　　　张庆江

(河北省沧州职业技术学院　南校区　061001)　(河北省农科院粮油作物研究所　石家庄　050031)

孙秀坤

(河北沧州市农林科学院　061001)

摘　要　小麦高光效品种倾向于有效地利用光温水,而不是

更多地利用光温水;夏玉米高光效品种既能更多地利用光温水,又能更有效地利用光温水。两熟高光效品种合理组合、适度增密、均匀化种植不仅有利于多截获光能,还可抑制土壤水分蒸发,从而减少水分无效消耗,籽粒产量和光温水利用效率同步增加。在小麦玉米两熟产量递增过程中,光温水利用效率逐步提高,但生物光能利用率与籽粒光能利用率的增长不同步,产量水平越高,籽粒光能利用率比生物光能利用率的增幅越大。这表明越高产、单位籽粒产量投入相对越省、越高效。

关键词　两熟制粮田　高产高效　理论基础　技术

太行山前平原是华北重要商品粮生产基地,近年来,小麦夏玉米两熟产量大面积单产已达13～14t/hm,但仍不能满足社会对粮食的需求,进一步发展粮食生产又面临着耕地、淡水等环境资源日益减少的尖锐矛盾。因此,在该类型区能否进一步提高粮食产量实现持续高产,实现持续高产应该走什么道路?是依赖增加投入,走“高投入、高产出、高效益”的路子,加剧资源紧缺;还是依靠提高资源利用效率,走“高产、低耗、高效”的路子,保持环境良性循环。如何才能实现持续高产、低耗高效利用资源,是该类型区农业生产急待解决的问题。本研究通过对两熟制粮田光温水资源利用机理的探讨,旨在为山前平原区持续高产、低耗、高效利用资源提供科学依据和实现配套技术。

冀北1石杂-6021观777平均7505掖单12浓单8平均

2

　　在单项试验进行的同时,将筛选出的最优技术组合进行定位示范和跟踪观察。试验采用的气象数据来自藁城市气象局。

2　结果与分析

2.1　两熟不同类型品种光温水利用效率的差异

作物不同类型品种之间光温水利用效率存在着明显的差异。小麦不同类型品种随着熟期的延长,占有的太阳辐射能和积温相应增加,生产的干物质随之提高,生物光能利用率增加,但因营养生长与生殖生长的协调性变差,光和产物不能有效地运往籽粒,籽粒产量并不随生育期的延长而有序地增加,导致光温水占有量与有效利用率的不统一。夏玉米不同类型品种随着熟期的延长,占有的太阳辐射能和积温相应增加,光和物质积累量随之提高,生物光能利用率增加,由于营养生长和生殖生长的矛盾仍未激化,籽粒产量随生育期和延长而相应提高,因而,光温水资源占有量与有效利用效率同步增长。夏玉米生育期间太阳辐射能和耗水量均低于小麦,积温与之相近,而籽粒产量和光温水利用效率却明显高于各小麦(表1)。

表1　不同类型品种产量及光温水利用效率

热量利水分生

生物产籽粒产生物光籽粒光

用效率产率(kg

量(kg/量(kg/能利用能利用

(kg/100/100℃

%)率(%)hm2)hm2)率(

℃·hm2)·hm2)174

17206183691734917910185571988018782

774372577238741985209125309059

0.981.001.061.0131.912.052.112.023

0.46

0.430.420.430.911.0081.0130.98

358.97

327.85316.21334.34388.68397.22405.36397.09

17.4

16.316.216.721.923.424.523.3

1　材料和方法

试验从1995年开始在太行山前平原中心地带的藁城市邱头镇(太行山前平原农业综合试验区中心试区所在地)进行。土壤类型为褐土,质地为中壤,土壤有机质含量1.25%,

全N0.105%,碱解N61.9mg/kg,速效钾137.5mg/kg。两熟品种组合试验设计采用裂区法,重复4次。小麦为主区,供试品种选用冀杂1(早熟)、石-6021(早熟)和观777(中熟);夏玉米为副区,供试品种选用掖单12(中早熟)和沈单8号(中晚熟)。两熟空间配置试验采用裂区法设计,重复4次,行距为主区,设2个处理(小麦:12cm×12cm×26cm,13cm×27cm;夏玉米:50cm×50cm,40cm×80cm);密度为副区,设5个水平(小麦:90,135,180,225,270万/hm2;夏玉米:37500,45000,52500,60000,67500株/hm)。

　收稿日期:2001-01-31

2

比较小麦夏玉米不同类型品种群体生长发育动态后发

现:小麦高光效品种一生中叶面积系数发展平稳,生育中前期群体净光合生产力适中,生育中后期群体净光合生产力高。在籽粒发育过程中,虽然灌浆期同一般品种相近,但灌浆强度大,灌浆高峰持续时间长;夏玉米高光效品种生育中前期叶面积系数发展迅速,群体净光合生产力适中。生育中后期叶面积系数稳定期长,下降缓慢,群体净光合生产力高。在籽粒发育过程中,表现出灌浆期长,灌浆强度大。相关分析表明:生物光能利用率与小麦孕穗期、开花期和玉米大喇叭口期、叶丝期群体净光合生产力相关最密切;籽粒光能利　2001年　第4期耕作与栽培·11·

用率与小麦开花期、灌浆期和玉米灌浆期、乳熟期群体净光合生产力相关最密切。

2.2　两熟不同类型品种组合对光温水利用的影响

两熟不同类型品种组合对光温水利用有明显的影响,随着两熟品种熟期的延长,占有的太阳辐射能和积温逐渐增加,光合物质积累量提高,生物光能利用率也有顺次增大的趋势,但籽粒产量并不随生育期的延长而有序地增加,导致光温水占有量与有效利用效率的不统一。光热常数是作物生长发育期间积温与平均日照时数的乘积,它能综合体现不同生态类型区光温资源对作物生长发育的满足程度,每个生态类型区都有最适合的光温常数值。本研究的结果表明,在光热常数值处于37193和373之间时,籽粒产量、籽粒光能利用率、热量利用效率和水分生产率最高(表2)。表2　两熟品种不同组合方式的产量和光温水利用效率

热量

水分生生物籽粒

利用

生物产籽粒产光能光能耗水产　率

光热常效率

量(kg/量(kg/kg/利用利用量(

(kg/数hm222mmhm)hm)率率(mm)100℃

(%)(%)·hm2)

·hm2)3424716282355201.340.374.48363511415575359701.360.60353.183636199157583521.400.61353.583634417363371931.390.66386.883637033165423731.410.63365.183637516528383151.420.63361.0836

19.518.618.920.919.819.8

率协调增长;籽粒光能利用率、热量利用效率的水分生产率最高。此外,小麦夏玉米两熟作物12cm×12cm×26cm～50cm×50cm空间配置方式的光温水利用率均高于13cm×

17cm～40cm×80cm方式(表3)。

在小麦夏玉米由一般高产到吨粮、再到超吨粮产量递增过程中,作物品种经历了由高秆稀植向矮秆密植的演变。为避免因群体密度的增加,个体分布不均匀和小株距带来的矛盾激化,作物空间配置方式也在不断改变。仔细考虑这一演变历史,发现这是一个逐渐增长株距、减少行距、个体生长空间趋于适度均匀化的过程。

2.4　定位追踪示范中不同水平粮田光温水利用的纵向比较定位追踪观察结果表明:随着产量水平的增长,光温水利用效率逐步提高(表4),但生物光能利用率和籽粒光能利用率的增长不同步(附图)。

组合方式

杂交小麦中

熟玉米

早熟小麦中熟玉米

中晚熟小麦中熟玉米杂交小麦晚熟玉米

早熟小麦晚熟玉米

早晚熟小麦晚熟玉米

GLUE—籽粒光能利用率　BLUE—生物光能利用率

附图　GLUE/BLUE比值随籽粒产量变化的曲线　　小麦夏玉米两熟由一般高产到实现吨粮、再到超吨粮,生物光能利用率提高22.0%,籽粒光能利用率提高41.3%,营养体光能利用率提高15.5%。表明两熟产量水平的不断提高,即有赖于两熟作物对光能更多的利用,更取决于对光能的有效利用。

不同水平良田资源投入结果表明,超吨粮田每生产100kg籽粒耗N量、耗P2O5量和耗水量分别为3.58kg,1.87kg和79.16mm;吨粮田分别为3.70kg,1.90kg和.71mm;一般高产田分别为4.23kg,2.19kg和103.48mm(表5)。表明越高产,单位籽粒产量投入相对越省,越高效。

表3　两熟不同空间配置方式的产量光温水利用效率

2.3　两熟不同空间配置对光温水利用的影响

试验结果表明:两熟基础群体密度低时,由于群体小,发

展缓慢,叶面积系数和净光合生产力低,作物冠层截获光能少,光温水利用效率均低;基础群体密度过大,群体发展剧烈,冠层光照条件与群体生长发育的矛盾激化,虽然生物光能利用率有所提高,但群体生长大量地消耗能量,致使籽粒增重受到严重影响,籽粒光能利用率、热量利用效率和水分生产率均下降;在适宜的基础群体密度下,群体适中,发展平稳,生物光能利用率和籽粒光能利用

生物产量

(kg/hm2)309633474637060375863679835276309783429136535367983600934922

籽粒产量(kg/hm2)14258161571731616326152981587114497159481158681465815528

空间配置两熟基础密度90～37500135～45000180～52500225～60000270～67500

平均90～37500135～45000180～52500225～60000270～67500

平均

热量利用效率耗水量水分生产生物光能籽粒光能

2利用率(%)利用率(%)(mm)(kg/100℃·hm)(kg/mm·hm2)

1.18

1.321.411.431.401.341.181.311.391.401.371.33

0.54

0.620.660.620.580.600.550.610.630.600.560.59

316.3

358.4384.1362.2339.4352.08321.6353.8369.2352.0325.8344.48

843

843843843843843843843843843843843

16.919.220.519.318.118.917.218.919.818.917.418.4

12cm×12cm×26cm

～50cm×50cm

13cm×27～40cm×80cm

·12·

表4　不同水平粮田光温水利用效率纵向比较

耕作与栽培　2001年　第4期

生物产籽粒产生物籽粒热量利用耗水水分生产量(kg量(kg光能光能效率(kg/量度率(kg/

222(利用利用mm)/hm)/hm)100℃·hm)mm·hm2)

超吨高效田38186167821.460.

吨粮高效田314146761.380.56一般高产田30673121531.180.46

373.9

322.3274.1

885

878838

18.916.814.5

表5　不同水平粮田资源投入纵向比较

生产

籽料投N100投P2O5产量量kg籽量(kg)(kg)粒耗(kg)

N(kg)

超吨高效田1118.840.13.5820.9吨粮高效田978.436.23.7018.6一般高产田810.234.34.2317.1

生产100

生产100

kg籽总耗

kg籽粒

粒耗水量

耗水量

P2O5(mm)

(mm)

(kg)1.87885.679.161.90877.7.712.19838.4103.48

3　讨　论

本项研究把小麦夏玉米两熟作为整体,以持续高产和资

料高效利用为目标,采用多因素分层次逐步优化组合的方法,研究提出的选用高光效品种、后重型品种组合、适度增密和匀化种植结合的高产高效技术,配合高效水肥管理技术,形成完整的技术体系。定位示范和跟踪观察结果表明,两熟产量由14676kg/667m2提高到16782kg,增长14.4%;

水分生产率达18.9kg/mm,每生产100kg籽粒耗水量

79mm;生物光能利用率达1.46%,籽粒光能利用率达0.%;热量利用效率达373.9kg/100℃·hm2。实现了持续高产与资源低耗高效利用的统一,这与已有的研究结果是一致的〔1〕〔2〕。

小麦高光效品种倾向于有效地利用光温水,而不是更多地利用光温水,夏玉米高光效品种既能更多地利用光温水,又能更有效地利用光温水。两熟品种高效利用光温水的关键在于生长发育的中后期,且生物光能利用与籽粒光能利用必须较好地协调统一。这是两熟制粮田持续高产和资源低耗高效利用的生理基础。

在技术集成条件下,籽粒光能利用率和生物光能利用率增长不同步,产量水平越高,籽粒光能利用率比生物光能利用率增幅越大,表明越高产,单位籽粒产量投入相对越省,越高效。证明了进一步提高粮食产量实现持续高产和低耗高效利用资源的合理性和可行性。

实现高产是持续提高光温水资源利用效率的前提,适度提高营养体光能利用率,大幅度提高籽粒光能利用率,是实现持续高产和低耗高效利用资源的途径;在技术集成条件下,太行山前平原两熟制粮田持续提高产量和资源利用率仍有很大潜力。

参

考

文

献

1　王树安.中国吨粮田建设.北京:北京农业大学出版社,19942　陈阜.吨粮田开发雏议.作物杂志,1991,(4):5～7

(上接第2页)

富集工程,而且雨季末采取了保水措施,土壤水分状况比A处理的更好,对出苗率和个体生长发育的影响更大,与对照相比,出苗率、株高、小穗数、穗粒数、千粒重依次增加3.8%、6.7cm、1.4个、5.2粒、0.1g(表2)。

表2　雨水富集工程对春小麦出苗率及个体的影响

处理ABck

出苗率(%)88.188.885.0

株高

(cm)112.4117.1106.4

小穗数

(个)14.714.913.5

穗粒数

(粒)37.840.334.1

千粒重

(g)40.440.440.3

2.4　采用雨水富集工程的效益核算

实施雨水富集工程需要额外投资37.5kg/hm2地膜和30个人工,地膜的单11.3元,一个人工按5元计算,成本增加38.25元,单产提高618kg/667m2,单价按当地价1.60元计,每公顷增收988.8元,纯收入415.05元。若配合雨季末提前铺膜保水措施,则使单产提高979.5kg,每公顷增收1567.2元,纯收入993.45元。尤其是配套保水措施的效果更好,与只采用雨水富集工程的相比,成本没有增加,产量却提高了361.5kg,收入增加了578.4元/hm2。说明只采用雨水富集工程收集雨水是不够的,还必须与雨季末的保水措施配套使用。

从播前0～200cm的土壤贮水量测定结果看来(表3),实施雨水富集工程的A处理和B处理分别较对照增多36mm和45.6mm。收获时的土壤贮水量仅比对照分别增多7.2mm和13.2mm,结果使得耗水量分别较对照增加28.8mm和32.4mm,单产分别比对照提高19.5%和30.7%,水分利用效率依次较对照提高7.7个百分点和16.7个百分点。是因为采用了雨水富集工程后,土壤贮水量增多、出苗率提高、个体发育健壮的结果。由于1998年的降水过程和作物的需水规律基本吻合,虽然生育期降水量并不多,但没有大强度的降水,小于5mm的无效降水比较少,并且采用了地膜覆盖穴播措施,与多年平均值相比,产量和水分利用效率明显高得多。

表3　雨水富集工程对春小麦产量和水分利用效率的影响

处播　前收获时生育期耗水量

贮水量贮水量降水理(mm)(mm)(mm)(mm)ABck

290.4300.0254.4

244.8

250.8237.6

单产水分利

(kg/用效率2

hm)(kg/mm·hm2)

12.60

13.6512.70

3　结　论

3.1　夏闲地采用雨水富集工程,能增大土壤贮水量,增加水

分在土壤中入渗深度3.2　夏闲地采用雨水富集工程,通过改善土壤水分状况,使出苗率提高,个体生长发育改良,株高增加、小穗数增多、穗粒数增加。3.3　夏闲地采用雨水富集工程后,翌年的春小麦产量和水分利用效率明显提高。雨季末实施保水措施的效果更佳。3.4　夏闲地采用雨水富集工程,不但具有明显的增产作用,而且还具有很好的增收效果。夏闲地雨水富集工程应该与雨季末的保水措施配合使用。

参

考

文

献

1　赵聚宝,徐祝龄.中国北方旱地农田水分开发利用.中国农业出

版社,北京,1996

2　赵松岭.集水农业引论.陕西科技出版社,西安,1996

3　王韶唐.植物的水分利用效率和旱地农业生产.干旱地区农业

研究,1987,(2):67～80

256.8302.43810.0

256.8306.04171.5256.8273.63192.0