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黄淮平原不同多熟模式生产力特征与资源利用效率研究

文:admin 发表时间2005-8-10

    产量的高低是衡量不同种植方式优劣的主要标准之一，它为带型设计、种植方式、栽培措施的选择等提供最终效果和评判依据[1～3]。同时，能否更集约高效地利用当地光、温及时间等因素，也是评价一种种植模式的关键指标[4～7]。一麦三玉米多熟模式正是从提高产量角度出发，通过各茬作物的衔接组合，力求使耕地周年单产能更上一个新台阶，不断挖掘多熟高产的潜力，使其对资源的利用更为集约高效。以下对小麦玉米集约复合种植从产量、资源利用与物质生产特征诸方面进行分析。

1 材料与方法

　　试验于 1995～1996 连续两年在河南省扶沟县高河套试验站进行，站内地势平坦，灌排条件良好，土壤为沙性二合土，土壤有机质含量 1.05%，全氮量 0.066%，速效磷 18.5μg/g，速效钾 116μg/g。年降水量 696.5mm，≥10℃积温 4692.6℃，无霜期 215d，日照时数 2361h，辐射总量 5091.2MJ/m2，当地光、温、水、生长期条件能满足一年二熟需求并略有盈余。

　　试验按种植模式不同，设置了三个处理。一麦三玉米模式：采用 3.0m 带型。即秋种时，每带播种 6 行小麦，留空带于翌年 4 月上旬移栽 3 行春玉米，行距 50cm；小麦收获后，接小麦茬移栽 3 行夏玉米，行距 40cm；春玉米收获后，接茬移栽 2 行秋玉米，行距 50cm。一麦二玉米模式：采用 2.5m 带型，秋种时，播种 6 行小麦，留空带于翌年 4 月上旬移栽 2 行春玉米，行距 50cm；当小麦收获后，接茬移栽 3 行夏玉米，行距 40cm。一麦一玉米模式：小麦为满幅播种，行距 20cm；麦收后，接茬播种夏玉米，行距 60cm。各处理冬小麦品种为豫麦 21，春玉米、秋玉米品种为鲁原单 14，夏玉米品种为掖单 12，春玉米、夏玉米密度均为
6.75 万株/hm2，秋玉米密度为 4.95 万株/hm2。三种模式均实行大区试验，顺序排列种植，试验地长度 40m，试验面积均在 0.067hm2（1 亩）以上。试验期间，一麦三玉米、一麦二玉米模式各茬玉米均营养钵育苗，移栽苗龄为 3 叶 1 心。春玉米实行地膜覆盖栽培，夏玉米、秋玉米均为露地栽培。对各处理植株干物重、叶面积均实行周年系统测定，测试周期因作物生育阶段而略有侧重，冬小麦单独生长阶段每隔 30d 测定一次，作物生长旺盛的 4～10 月每隔 10～15d 测定一次。各茬作物成熟时全田收获，然后脱粒、晒干，称重计产。

2 结果与分析

2.1 产量结果分析

2.1.1 不同多熟模式的总体产量比较

　　以当地典型种植模式一麦一玉米为基本对照，以目前生产上出现的一麦二玉米模式为参照，对不同模式的周年耕地单产进行比较分析（表 1）。从表 1 中可以看出：①一麦一玉米、一麦二玉米、一麦三玉米两年平均公顷产量分别达 15.18t、17.62t、20.39t，三种多熟模式公顷产量均超 15t，表明在当前生产条件下，黄淮平原采用多熟复种是实现高产的有效途径。②三种多熟模式的产量梯度差异结果表明，在一麦一玉米亩产吨粮的基础上，通过进一步提高复种程度是挖掘高产潜力及单位面积土地生产力的重要手段。一麦三玉米模式最高产量达 22.01t/hm2，接近 22.50t/hm2（亩产吨半粮），反映出在当地资源条件及生产、技术水平下，这种集约多熟种植模式是实现超高产的可能途径之一。③从产量结果来看，一麦三玉米模式两年间差异较大。1995 年，一麦三玉米模式由于春玉米移栽期偏早，移栽后遇“倒春寒”（1995－04－03 晚气温骤降至－4.3℃），春玉米受冻害，冻死率达 30%。之后补苗，造成成熟度不一，空秆率大；三茬玉米矛盾大，春、秋玉米产量低，因而年总产量较低。1996 年，通过复合群体结构的调整，包括适当推迟春玉米移栽期（至 4 月 10 日）；保证移栽质量，做到每茬玉米苗全、苗匀、苗壮，提高了群体质量，减少了空秆率；实行 DPC 或玉米健壮素化控与人工除去玉米顶 3 叶相结合，适度降低春玉米、夏玉米株高等措施，协调了三茬玉米之间的矛盾，春、秋玉米产量得以提高，因而全年增产幅度较大。由此可见，一麦三玉米模式增产潜力大，但该模式共生作物在时间、空间上矛盾较多，对调控技术水平要求较高，协调作物之间的矛盾是挖掘其增产潜力的关键。

表 1　不同种植模式作物产量比较
Table 1 Yield comparison of various cropping patterns

（单位：t/hm2）
年度处理冬小麦春玉米夏玉米秋玉米全年比 CK±%
1995 冬小麦 - 夏玉米 (CK) 7.275 　　 8.535 　　 15.81 　　
冬小麦/春玉米/夏玉米 5.835 4.500 6.975 　　 17.31 9.49
冬小麦/春玉米/夏玉米/秋玉米 6.225 4.350 5.970 2.220 18.77 18.72
1996 冬小麦 - 夏玉米 (CK) 6.045 　　 8.490 　　 14.54 　　
冬小麦/春玉米/夏玉米 5.070 6.675 6.180 　　 17.93 23.32
冬小麦/春玉米/夏玉米/秋玉米 4.875 7.350 5.940 3.840 22.01 51.38
两年平均冬小麦 - 夏玉米 (CK) 6.660 　　 8.520 　　 15.18 　　
冬小麦/春玉米/夏玉米 5.453 5.589 6.578 　　 17.62 16.07
冬小麦/春玉米/夏玉米/秋玉米 5.550 5.850 5.955 3.030 20.39 34.32

2.1.2 组分产量比较

　　进一步分析一麦一玉米、一麦二玉米及一麦三玉米多熟模式中各组成作物单产（组分产量）的结果（表 1）可以看出：一方面，增加组分（种植茬数）之后，作物单产受到影响。与平作对照相比，一麦二玉米的小麦、夏玉米产量保证率分别为 81.87% 和 77.27%；一麦三玉米的相应值分别为 83.33% 和 69.90%，说明由于小麦、夏玉米实播面积降低，边际效应的增产效果难以弥补播种面积减少带来的产量损失。而另一方面，从全年产量看，其产量优势明显。即增加组分的增产幅度大于实播面积减少导致的减产幅度。

2.1.3 产量构成因素比较

　　分析不同模式各季作物的产量构成因素可见（表 2），与一麦一玉米相比较，一麦二玉米与一麦三玉米有两个特点：①相应的组分作物公顷穗数减少，单株生产力有所下降。一麦二玉米、一麦三玉米的小麦两年平均公顷穗数分别为一麦一玉米的 83.09% 和 80.06%；夏玉米分别为一麦一玉米的 92.31% 和 84.89%。小麦单株穗粒重分别为一麦一玉米的 95.50% 和 99.00%；夏玉米分别为一麦一玉米的 83.40% 和 82.60%，表明小麦的产量差异主要来自穗数降低，而夏玉米的产量差异主要是由于单株结实灌浆功能下降。②全年农田玉米总穗数增加。与一麦一玉米相比，一麦二玉米、一麦三玉米每公顷分别增加 49305 穗和 90495 穗。综合来看，通过增加种植茬数，虽组分产量及其产量构成因素的各项指标有所下降，但利用增加组分所得产量足以弥补这种损失并获得较高的总产量，体现出多熟复合种植能从整体上获取高产的优势。

表 2　不同种植模式作物组分产量结构状况比较
Table 2 Yield component in different cropping patterns

年度作物一麦一玉米一麦二玉米一麦三玉米
穗数
(104/hm2) 穗粒数
(grains) 千粒重
(g) 理论产量
(t/hm2) 穗数
(104/hm2) 穗粒数
(grains) 千粒重
(g) 理论产量
(t/hm2) 穗数
(104/hm2) 穗粒数
(grains) 千粒重
(g) 理论产量
(t/hm2)
1
9
9
5 小麦 454.5 39.0 48.0 8.508 373.5 44.8 38.6 6.450 369.0 45.5 39.8 6.675
春玉　　　　　　　　 5.099 396.0 262.0 5.295 4.971 385.0 252.0 4.830
夏玉 5.829 564.0 305.5 10.050 5.250 519.4 284.9 7.770 4.812 515.1 283.2 7.020
秋玉　　　　　　　　　　　　　　　　 4.320 296.9 210.8 2.700
1
9
9
6 小麦 486.0 32.5 45.0 7.110 408.0 39.3 37.2 5.970 384.0 39.9 37.4 5.730
春玉　　　　　　　　 5.715 461.0 295.0 7.770 6.327 456.2 303.4 8.760
夏玉 6.554 509 310.3 10.350 6.180 436.0 292.0 7.860 5.700 445.0 285.0 7.230
秋玉　　　　　　　　　　　　　　　　 4.350 432.0 240.0 4.510
　　从 1995 年与 1996 年一麦三玉米模式的产量构成因素来看，两年间产量差异主要表现在穗数上。虽然两年三茬玉米栽植密度基本相同，但成穗数差异却较大。1996 年三茬玉米总成穗数达 16.377万/hm2，比 1995 年多 2.274万/hm2，其原因是通过复合群体结构的合理布局与调整，在一定程度上协调了三茬玉米群体与群体之间、群体与个体之间的矛盾，降低了空秆率，提高了单株生产力。

2.2 一麦三玉米模式全年干物质生产特点

2.2.1 干物质积累量大，高值期维持时间长

　　从全年干物质积累量来看，以一麦三玉米为最大，达 52.26t/hm2，一麦二玉米居中，为 41.18t/hm2，一麦一玉米最低，仅 33.56t/hm2，表现出一麦三玉米的强大的物质生产能力。从不同时期、不同种植方式的干物质生产总积累量来看，仅在冬春季节，一麦一玉米干物质积累量略高于间套作的。小麦拔节以后，一麦一玉米与间套作的干物质积累量逐渐缩小，直至持平，之后，间套作迅速超过一麦一玉米（图 1）。从不同时期、不同种植模式农田干物质维持量来看，在绝大部分时段内，一麦三玉米高于一麦二玉米和一麦一玉米，其干物质维持量因作物成熟收获移出农田而变化较大，由波峰值突降至波谷值。一麦一玉米由高峰值下降至 0；而由于前作物收获之前，间套作物已有一定的生长量，故在前后作物接茬期间，间套作农田仍保持一定的生物量，因此，间套作的降幅比一麦一玉米小。从全年来看，农田保持≥7.5t/hm2 生物量的时间，一麦三玉米分别比一麦二玉米、一麦一玉米多 25d 和 60d。

图 1 不同种植模式干物质积累状况
Fig.1 Accumulation of dry matters in different cropping patterns

2.2.2 群体高活力期保持时间长

　　从不同种植模式的全年作物生长率 (CGR) 来看，其特点是不同的（图 2）：①从全年 CGR 曲线来看，一麦三玉米有 4 个 CGR 峰值期，一麦二玉米、一麦一玉米分别为 3 个和 2 个。5～10 月期间，一麦三玉米 CGR 值均大于 15g/m2·d，其中 CGR 值≥30g/m2·d 的日数达 70d。短期内（7 月 16 日至 8 月 6 日）最大 CGR 值达 53.25g/m2·d，是作物最大生长率估算值 77g/m2·d 的 69.2%，超过 Loomis 和 Williams 所估算的玉米最大生长率 52g/m2·d 的 2.4%，显示了其较高的群体光合能力。与之相比，一麦一玉米模式 CGR 最大值也出现在此期，但其值仅为 38.48g/m2·d，且在 6 月份出现一个 CGR 低值期，其值仅及 1.50g/m2·d。②将作物总生育期的 CGR 平均值比较，一麦三玉米模式为 14.93g/m2·d，较一麦二玉米、一麦一玉米提高了 19.60% 和 38.0%。从全年 CGR 平均值来看，一麦三玉米模式为 14.32g/m2·d，较一麦二玉米、一麦一玉米提高了 27.00% 和 55.80%。一麦三玉米之所以能够持续保持高群体活力，其原因可能有二：其一是全年农田中玉米所占比重加大，充分发挥了 C4 作物的高光合性能；其二是由于四茬作物实现了生长旺盛阶段与生长缓慢阶段的有效衔接；叶面积高值期与低值期的巧妙配合，从而能够均衡地利用不同时段的自然资源。

图 2 不同种植模式 CGR 状况
Fig.2 CGR comparison in different cropping patterns

2.3 不同模式的资源利用效率

2.3.1 时间利用状况及效率比较

　　从季节利用状况来看，一麦三玉米、一麦二玉米、一麦一玉米模式全年作物的总生长期分别为 350d、325d、310d，年时间利用集约度分别达 0.96、0.89 和 0.85。间套种植比平作多利用生长时间 15～40d，增加 4.8%～12.9%，从日作物生产效率来看（表 3），间套种植模式全年日平均生物产量生产率比平作模式提高 22.63%～55.82%；经济产量生产率比平作提高 23.77%～47.79%。

表 3　不同种植模式的时间与热量资源利用效率
Table 3 Season and temperature utilization rate in different cropping patterns

1996
项目一麦三玉米一麦二玉米一麦一玉米一麦三玉米比
CK 提高 (%) 一麦二玉米比
CK 提高 (%)
作物生长时间 (d) 350 325 310 12.90 4.84
日生物产量生产率 (g/m2·d) 14.32 11.27 9.19 55.82 22.63
日经济产量生产率 (g/m2·d) 6.03 5.05 4.08 47.79 23.77
生物学热量转化效率 (g/100℃·m2) 101.63 80.09 65.26 55.73 22.72
经济学热量转化效率 (g/100℃·m2) 42.80 35.83 28.99 47.64 23.59

2.3.2 热量资源利用状况比较

　　热量资源利用效率评价，参考董宏儒等[7]提出的方法计算，结果表明：一麦三玉米模式最高，为 0.90；一麦二玉米次之，为 0.829；一麦一玉米的最低，只有 0.78。一麦三玉米比一麦二玉米、一麦一玉米分别提高 9.8% 和 15.4%。从热量转化效率来看（表 3），一麦二玉米与一麦三玉米的生物学热量转化效率和经济学热量转化效率比一麦一玉米的分别提高 22.72%～55.73% 和 23.59%～47.64%。

2.3.3 年光能利用率状况分析

　　不同种植模式其光能利用特点是不同的。从全年生物产量光能利用率来看（表 4），一麦三玉米为 1.76%，比一麦二玉米提高 25.7%，比一麦一玉米提高 54.4%，显示出集约多熟种植的优势。从农田不同生长阶段的光能利用来看，一麦三玉米模式在 4～10 月期间均大于 1%，时间长达 180d，比一麦二玉米、一麦一玉米分别增加 30d 和 67d；从作物生长盛期的光能利用效率来看，光能利用的高峰期分别出现在小麦抽穗期和夏玉米抽雄开花期，一麦三玉米模式的短期光能利用率超过 4.5%，接近于 5% 的理论最大值。综合来看，与一麦二玉米、一麦一玉米相比，一麦三玉米模式表现为光能利用时间长，且光能利用效率也较高。

表 4　不同种植模式各个时期光能利用状况
Table 4 Solar utilization rate in different cropping patterns

（单位：%，1996）
模式 10/20
｜
11/15 11/15
｜
4/8 4/8
｜
5/5 5/5
｜
5/20 5/20
｜
5/30 5/30
｜
6/6 6/6
｜
6/12 6/12
｜
7/1 7/1
｜
7/16 7/16
｜
8/6 8/6
｜
8/20 8/20
｜
9/15 9/15
｜
10/10 全生育
期平均年平均
一麦三玉米 0.77 0.17 1.30 4.66 3.04 2.42 1.73 2.19 2.06 4.83 2.54 4.78 1.04 1.77 1.76
一麦二玉米 0.91 0.19 0.92 4.52 2.50 1.58 1.49 1.96 2.26 4.70 1.80 1.50 - 1.41 1.40
一麦一玉米 1.06 0.18 0.55 3.20 3.20 1.73 0.13 0.40 1.10 3.49 2.59 1.58 - 1.16 1.14

　　一麦三玉米经济产量的光能利用率也比一麦二玉米、一麦一玉米的高，但其提高幅度小于生物产量的光能利用率，这主要是由于空秆率较大，群体质量不高，导致经济系数低，可见，通过进一步提高群体质量是提高经济产量光能利用率的有效途径。

2.4 不同模式的经济效益状况

2.4.1 生产成本、产值状况比较

　　生产成本包括：种子、地膜、肥料（含化肥、有机肥）、农药、排灌和劳动用工，均按当地市场价格计算。小麦种子每公斤 2.0 元，玉米种子每公斤 3.0 元，尿素每公斤 1.50 元，磷酸二铵每公斤 2.0 元，氯化钾每公斤 2.5 元，人工费用每工日 6 元，其它按实际支出计入。产出：主产品小麦和玉米分别按每公斤 1.7 元和 1.6 元（均按当年市场价格）计；副产品小麦秸秆和玉米秸秆分别按每公斤 0.30 元和 0.10 元计。

　　从各种模式的生产成本与产值状况比较来看（表 5），随着种植茬数增加，成本相应提高。一麦三玉米和一麦二玉米的生产成本费用比一麦一玉米相应提高 68.7% 和 40.3%，主要是用工量大幅度增加和化肥用量的提高，在此方面，两种模式分别提高了 95.8%、58.3% 和 37.5%、40.5%。但从产值情况看，提高幅度也很明显，一麦三玉米与一麦二玉米分别比一麦一玉米提高 31% 和 14%。

表 5　不同种植模式生产成本与产值比较
Table 5 Comparison of production expenses and output in different cropping patterns

处理生产成本（元/hm2）产值（元/hm2）
用工费用种子地膜农药化肥排灌合计
一麦三玉米 4230 330 150 150 8025 375 13260 37406
一麦二玉米 2970 285 150 120 7125 270 7860 28451
一麦一玉米 (CK) 2160 270 0 90 5070 270 7860 28451

2.4.2 主要经济效益指标比较

　　进一步分析各种模式的主要经济效益指标（表 6），可以看出：从净产值来看，一麦三玉米和一麦二玉米都比一麦一玉米高，表明尽管投入增加，增产与增收基本是同步的；从成本产值率与资金产投比等指标看，各模式大致相近，或随种植茬数增加，稍有降低趋势；但从劳动生产率及劳动净产值率等指标看，一麦三玉米模式与一麦二玉米模式比一麦一玉米模式明显低，而且随种植茬数的提高，降低趋势显著，表明该模式的费工矛盾仍较为突出。

表 6　不同种植模式主要经济效益指标比较
Table 6 Comparison of economic benefit indexes in different cropping patterns

处理净产值（元/hm2）资金产投比（元/元）成本产品率（kg/元）劳动净产值率（元/工日）物质费用收益率（元/元）成本产值率（元/元）劳动生产率（kg/工日）
一麦三玉米 24146 2.82 1.54 34.25 3.67 1.82 28.91
一麦二玉米 21533 3.07 1.60 43.50 3.57 1.95 35.61
一麦一玉米 20591 3.61 1.93 57.20 4.37 2.62 42.17

　　为综合评价各种植模式的效益状况，采用模糊综合评判法对 3 种种植模式进行了评价。以公顷产量 (x1)、每 100kg 产量费用 (x2)、每公顷用工 (x3)、每公顷纯收入 (x4) 为评定指标，各指标的权重分配为 0.3、0.2、0.2、0.3，则其模糊向量 A 可表示为：A = (x1，x2，x3，x4)=(0.3，0.2，0.2，0.3)。用图象法建立隶属函数，并进行综合评判，得评判结果 B=(0.418，0.517，0.647)，再经归一法计算得到一麦一玉米、一麦二玉米和一麦三玉米的综合评判指数分别为 0.264、0.327 和 0.409。由此可见，在重点考虑公顷产量与公顷纯收入，并综合考虑公顷生产费用和公顷用工量的前提下，一麦三玉米的总体效益仍是最好的，一麦二玉米次之，一麦一玉米最差。

3 有关问题讨论

　　本研究是在当地劳模经过连续 4 年一麦三玉米模式探索的基础上进行的，实践与试验结果表明，一麦三玉米模式是目前技术条件下，通过立体种植进一步挖掘耕地单产，向着光温生产潜力逼近的一种有效途径。是在大面积吨粮田出现后，如何突破吨粮格局，实现高产田更高产的有益尝试。但总的来看，目前一麦三玉米模式的研究尚是初步的，许多理论与技术问题有待于提高与深入探讨。一种多熟种植模式能否在生产中大面积应用，是由综合因素决定的，它包括热量条件、水分条件、社会经济条件等。首先，一麦三玉米的应用范围首先取决于热量资源条件。从本质上讲，一麦三玉米四种四收是小麦复种夏玉米与春玉米复种秋玉米以及小麦、春玉米、夏玉米、秋玉米连环间套的复合类型，因而它兼有间、套、复种的长处与短处，但技术上更为复杂。从热量资源来看，能否满足春玉米与秋玉米复种正常成熟是一麦三玉米模式生存与否的先决条件。从扶沟县热量条件分析可见，采用早熟品种—早熟品种搭配，则可基本能保证春、秋玉米正常灌浆成熟。若采用早一中熟品种搭配，需辅之以育苗移栽，热量条件方能满足。从热量条件来看，越往北，热量资源越显紧张，不宜盲目发展。而越往南，热量资源条件改善，特别是早春回温较快，晚秋降温较慢的地区，可加以试验、推广，如河南南阳、信阳地区等。此外，光照的强弱、季节分布也是决定一麦三玉米模式应用范围的一个方面。一麦三玉米模式作物共生时间长、空间高度差大，作物间光竞争比较激烈，如果气候条件是阴雨连绵，日照百分率低，则可能加重低位作物的受荫状况，特别是在春玉米与夏玉米、夏玉米与秋玉米共生期间的 7～9 月份光照不足的地区，如四川的成都平原等，则可能不适于这种多熟间套模式；其次，一麦三玉米模式是一种水、肥、技术条件要求高的集约种植模式，宜在精种高产地区推广，而对于单产水平低、技术水平差、管理粗放的地区则不宜推广；再者，一麦三玉米模式是一种较为费工的种植模式，技术简化工作尚不够，需要进一步改进。从目前来看，宜优先在人均耕地少的地区试验推广。
  

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