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摘要：对小麦-玉米周年高产地区的土壤质地、土壤养分含量以及生长季内光、温、水等因素进行了分析。结果表明，各高产地区的生态条件在正常年份基本上都能满足作物的高产需要，但地区间光热资源在两个生长季的配置不尽相同；小麦、玉米进一步高产，应因地制宜进行高产技术突破，充分挖掘光热资源的增产潜力。
关键词： 小麦；玉米；周年高产；生态条件
中图分类号：S512.1+1；S513文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）07-0055-04
作物生长发育状况的好坏与其所在地区的生态条件密切相关。明确作物高产所需的基本生态条件，有助于在生产实践中充分利用和发挥有利的自然资源，通过良种良法配套趋利避害，尽可能地避免或降低不利条件对作物的影响。有关作物生长与生态条件关系的研究已有大量报道[1～9]；在小麦、玉米生产实践中，广大科研人员针对各地生态特点和生产实际，研究提出了以灾害主动应对技术、灾前应急防御技术和灾后应变补偿技术等为核心的灾害综合防御栽培技术体系，并取得良好的丰产效果。但作物实现高产对其生长的生态条件有怎样的要求？各地高产地块的生态条件有何异同？高产水平下如何进行产量突破？上述问题至今仍没有令人满意的答案。
随着单产水平的不断提高，作物实现高产对生态条件的依赖程度越来越大。深入了解作物高产与生态环境条件的关系，对于实现作物的持续性高产具有重要的现实意义。鉴于此，本研究收集整理了2004年以来各高产地区的小麦、玉米产量、土壤和气象数据资料，对作物产量与气候、土壤条件之间的关系进行了初步研究，以期为高产地块选择和高产生产实践提供借鉴。
1材料与方法
1.1材料
土壤数据主要来自河南浚县农科所、河北吴桥实验站和赵县新建原种场、山东兖州小孟镇、山东莱州农科院潘家农场和莱州农科院成港路西实验站等高产攻关田；产量数据由各地的负责人提供。气象数据由国家气象局国家气象信息中心气象资料室及中国气象科学研究院人工影响天气所许晨海研究员提供。
1.2方法
在作物成熟期，按对角线法进行田间土壤取样，每块地3个点。从地表开始，每10 cm土层取一个样本。将所取土样带回阴干、研磨、过筛待测。养分测定方法参考《土壤农业化学分析方法》[10]。部分地块的气象数据选自邻近县市气象台站数据。
2结果与分析
2.1小麦—玉米周年高产的土壤条件分析
土壤是作物赖以生存的物质基础，其肥力的高低直接影响作物产量水平。土壤肥力水平是多因素综合作用的结果，影响土壤肥力的指标主要有土壤营养（化学）指标、土壤物理性状指标、土壤生物学指标和土壤环境指标等[11]。土壤与作物间的相互关系非常复杂，凡是影响作物水肥吸收和根系生长代谢的因素都会影响作物的生长发育以及产量的形成。本研究仅对各高产地块的基础土壤数据进行分析。
由表1看出，壤土、砂壤土和粘壤土田块均能实现高产。玉米在莱州的砂壤土上产量表现最好（19 347 kg/hm2），小麦在兖州的壤土上产量最高。尽管各高产地块的土壤质地各有差异，但均属壤土类，这可能是因为壤土的土壤组分比例适中、三相比协调，兼具砂土通透性及粘土保持水肥的优点，对作物生长较为有利。分析结果表明，尽管各高产地块的土壤养分含量各有差异，但小麦、玉米高产田多出现在pH值7.0左右的砂壤、粘壤地块；土壤有机质含量>1.4%，速效氮> 65 mg/kg，速效磷>20 mg/kg、速效钾>90 mg/kg的地块上均可实现高产。
2.2小麦—玉米周年高产的气象条件分析
对上述4个高产地区近8年来的气象条件进行分析发现（表2），高产点的日照时数在1 856.3～2 570.0 h之间，以浚县最少，兖州最多；>0℃的年积温在4 836.3～5 110.0℃之间，以吴桥最低，兖州最高；年降水量在508.1～810.9 mm之间，以吴桥最少，兖州最多。由表2还可以看出，兖州的光热资源配置最好，有利于实现小麦—玉米周年高产。
进一步分析各高产点单季作物产量与生育期间气象条件的关系发现，高产小麦、玉米均对当季光热资源有一定的基本要求（表3、表4）。小麦产量达到9 000 kg/hm2时，全生育期的日照时数应大于1 550 h，有效积温应大于1 770℃（表3）。分析表明，不同地区小麦达到某一产量时所需的有效积温存在一定差异（数据未列出）。如莱州有效积温在1 835.8～2 000℃内，小麦产量随积温增加而下降，在2 050℃左右时的产量突然升高；浚县1 100 h的日照时数也出现了9 000 kg/hm2的产量，表明在日照时数1 100 h、有效积温1 850℃时，可以满足冬小麦高产的光热需求；冬小麦产量与全生育期的降水量无明显相关，但高产出现年份的降水量多在250 mm以下。
玉米产量达到11 500 kg/hm2时，全生育期的有效积温应大于2 700℃，日照时数应大于740 h；全生育期有效积温大于2 900℃时，则完全可以保证11 500 kg/hm2的要求。总体来看，玉米产量有随有效积温的增加而提高，同时也存在随日照时数增加而提高的趋势。全生育期的降水量在500 mm以下时，玉米产量总体上随降水量增加而提高（表4）。
3结论与讨论
本研究表明，土壤有机质含量>1.4%、速效氮>65 mg/kg、速效磷>20 mg/kg、速效钾>90 mg/kg的地块能够满足小麦、玉米高产需要。但在同一生长季、同一土壤类型的相邻地块中，常常存在品种相同、栽培管理措施相近而产量水平差异较大的现象。小面积零星地块出现高产的现象表明，作物与土壤的相互作用机制非常复杂。数据分析发现（表1），即便在0～20 cm耕层内，高产田土壤养分分布也不均匀，表层土壤养分含量较高，随土层加深土壤养分含量迅速下降。土壤养分层次间的这种不均一性，可能是导致作物产量高而不稳的一个重要原因。美国的高产实践表明，加深耕作层厚度和提高深层土壤养分含量是作物高产稳产的重要保障[12， 13]。 同一地区常出现光热资源总量变化较大，而产量变化不明显或光热资源总量基本接近，而产量差异较大的现象。似乎说明，现有产量水平下，高产地区的光热资源总量已不是产量限制的主要因素，作物生长季内光热水资源的时空分布及其之间的协调程度可能是影响作物产量变化的重要原因之一。这与李潮海等（2001）[3]的观点一致。研究还发现（数据未列出），高产地区间的光热资源总量及其配置不尽相同。周年光温生产潜力大小依次是莱州、吴桥、兖州和浚县。兖州和吴桥小麦季的光温生产潜力大于玉米季，而莱州和浚县则为玉米季的光温生产潜力大于小麦季。小麦光温生产潜力以兖州最高，浚县最低；玉米以浚县最高，吴桥最低。研究发现，作物生长过程中，温度与日照之间存在一定的互作补偿效应；相对而言，日照时数对玉米产量的影响较温度的影响更大。
不同地区应根据各自的光温资源状况进一步优化周年资源高效配置，充分挖掘生长季内光温资源的利用效率，实现小麦、玉米两季协调增产。罗继春等（1992）[14]就气候因子对玉米不同生育期的影响进行了初步分析，但作物、环境、措施之间的相互作用机理仍不清楚，有待深入研究。因此，在小麦、玉米生产中，首先应确定影响作物产量各要素形成的关键时期及其主导生态因子，阐明各生态因子对作物生长发育的作用机制，进而提出相应的技术调控措施，为提高作物生产调控能力、获得高产稳产提供理论支撑。
参考文献：
[1]Park W I，Sinclair T R .Consequences of climate and crop yield limits on the distribution of corn yield[J]. Review of Agricultural Economics，1993，15： 483-493.
[2]Stooksbury D E，Michaels P J. Climate change and large-area corn yield in the southeastern US [J]. Agron. J.，1994，86：564-569.
[3]李潮海，苏新宏，谢瑞芝，等. 超高产栽培条件下玉米产量与气候生态条件关系研究[J]. 中国农业科学，2001，34（3）：311-316.
[4]刘晚苟，山仑. 不同土壤水分条件下容重对玉米生长的影响[J]. 应用生态学报， 2003，14（11）：1906-1910.
[5]张力，张保华. 冬小麦气象产量分析[J]. 中国农业气象，2004，25（1）：22-24.
[6]张军，牛玉贞，王忠孝，等. 沂蒙山区夏玉米生态适应性研究[J]. 山东农业科学， 1990，3：12-14.
[7]欧阳秋明. 章丘气候变暖对小麦生长发育及相关灾情的影响[J]. 山东农业科学，2011，11：86-88.
[8]贾春兰，刘少坤，唐世伟，等. 不同年份玉米增加密度对产量的影响[J]. 山东农业科学，2011，9：50-52.
[9]潘庆民，于振文，王月福，等. 公顷产9 000 kg小麦氮素吸收分配的研究[J]. 作物学报，1999，25（5）：541-547.
[10]鲁如坤主编. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京：中国农业科学技术出版社，2000， 12-195.
[11]骆东奇，白洁，谢德体.论土壤肥力评价指标和方法[J].土壤与环境，2002，11（2）：202-205.
[12]孙世贤. 2002年美国玉米高产竞赛简介[J]. 玉米科学，2003，11（3）：102.
[13]刘志全，路立平，沈海波，等. 美国玉米高产竞赛简介[J]. 玉米科学，2004，12（4）： 110-113.
[14]罗继春，叶修祺. 山东省玉米产量和气候因子关系初析[J]. 中国农业气象，1992，13 （1）：40-41.
关键词： 小麦；玉米；周年高产；生态条件
中图分类号：S512.1+1；S513文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）07-0055-04
作物生长发育状况的好坏与其所在地区的生态条件密切相关。明确作物高产所需的基本生态条件，有助于在生产实践中充分利用和发挥有利的自然资源，通过良种良法配套趋利避害，尽可能地避免或降低不利条件对作物的影响。有关作物生长与生态条件关系的研究已有大量报道[1～9]；在小麦、玉米生产实践中，广大科研人员针对各地生态特点和生产实际，研究提出了以灾害主动应对技术、灾前应急防御技术和灾后应变补偿技术等为核心的灾害综合防御栽培技术体系，并取得良好的丰产效果。但作物实现高产对其生长的生态条件有怎样的要求？各地高产地块的生态条件有何异同？高产水平下如何进行产量突破？上述问题至今仍没有令人满意的答案。
随着单产水平的不断提高，作物实现高产对生态条件的依赖程度越来越大。深入了解作物高产与生态环境条件的关系，对于实现作物的持续性高产具有重要的现实意义。鉴于此，本研究收集整理了2004年以来各高产地区的小麦、玉米产量、土壤和气象数据资料，对作物产量与气候、土壤条件之间的关系进行了初步研究，以期为高产地块选择和高产生产实践提供借鉴。
1材料与方法
1.1材料
土壤数据主要来自河南浚县农科所、河北吴桥实验站和赵县新建原种场、山东兖州小孟镇、山东莱州农科院潘家农场和莱州农科院成港路西实验站等高产攻关田；产量数据由各地的负责人提供。气象数据由国家气象局国家气象信息中心气象资料室及中国气象科学研究院人工影响天气所许晨海研究员提供。
1.2方法
在作物成熟期，按对角线法进行田间土壤取样，每块地3个点。从地表开始，每10 cm土层取一个样本。将所取土样带回阴干、研磨、过筛待测。养分测定方法参考《土壤农业化学分析方法》[10]。部分地块的气象数据选自邻近县市气象台站数据。
2结果与分析
2.1小麦—玉米周年高产的土壤条件分析
土壤是作物赖以生存的物质基础，其肥力的高低直接影响作物产量水平。土壤肥力水平是多因素综合作用的结果，影响土壤肥力的指标主要有土壤营养（化学）指标、土壤物理性状指标、土壤生物学指标和土壤环境指标等[11]。土壤与作物间的相互关系非常复杂，凡是影响作物水肥吸收和根系生长代谢的因素都会影响作物的生长发育以及产量的形成。本研究仅对各高产地块的基础土壤数据进行分析。
由表1看出，壤土、砂壤土和粘壤土田块均能实现高产。玉米在莱州的砂壤土上产量表现最好（19 347 kg/hm2），小麦在兖州的壤土上产量最高。尽管各高产地块的土壤质地各有差异，但均属壤土类，这可能是因为壤土的土壤组分比例适中、三相比协调，兼具砂土通透性及粘土保持水肥的优点，对作物生长较为有利。分析结果表明，尽管各高产地块的土壤养分含量各有差异，但小麦、玉米高产田多出现在pH值7.0左右的砂壤、粘壤地块；土壤有机质含量>1.4%，速效氮> 65 mg/kg，速效磷>20 mg/kg、速效钾>90 mg/kg的地块上均可实现高产。
2.2小麦—玉米周年高产的气象条件分析
对上述4个高产地区近8年来的气象条件进行分析发现（表2），高产点的日照时数在1 856.3～2 570.0 h之间，以浚县最少，兖州最多；>0℃的年积温在4 836.3～5 110.0℃之间，以吴桥最低，兖州最高；年降水量在508.1～810.9 mm之间，以吴桥最少，兖州最多。由表2还可以看出，兖州的光热资源配置最好，有利于实现小麦—玉米周年高产。
进一步分析各高产点单季作物产量与生育期间气象条件的关系发现，高产小麦、玉米均对当季光热资源有一定的基本要求（表3、表4）。小麦产量达到9 000 kg/hm2时，全生育期的日照时数应大于1 550 h，有效积温应大于1 770℃（表3）。分析表明，不同地区小麦达到某一产量时所需的有效积温存在一定差异（数据未列出）。如莱州有效积温在1 835.8～2 000℃内，小麦产量随积温增加而下降，在2 050℃左右时的产量突然升高；浚县1 100 h的日照时数也出现了9 000 kg/hm2的产量，表明在日照时数1 100 h、有效积温1 850℃时，可以满足冬小麦高产的光热需求；冬小麦产量与全生育期的降水量无明显相关，但高产出现年份的降水量多在250 mm以下。
玉米产量达到11 500 kg/hm2时，全生育期的有效积温应大于2 700℃，日照时数应大于740 h；全生育期有效积温大于2 900℃时，则完全可以保证11 500 kg/hm2的要求。总体来看，玉米产量有随有效积温的增加而提高，同时也存在随日照时数增加而提高的趋势。全生育期的降水量在500 mm以下时，玉米产量总体上随降水量增加而提高（表4）。
3结论与讨论
本研究表明，土壤有机质含量>1.4%、速效氮>65 mg/kg、速效磷>20 mg/kg、速效钾>90 mg/kg的地块能够满足小麦、玉米高产需要。但在同一生长季、同一土壤类型的相邻地块中，常常存在品种相同、栽培管理措施相近而产量水平差异较大的现象。小面积零星地块出现高产的现象表明，作物与土壤的相互作用机制非常复杂。数据分析发现（表1），即便在0～20 cm耕层内，高产田土壤养分分布也不均匀，表层土壤养分含量较高，随土层加深土壤养分含量迅速下降。土壤养分层次间的这种不均一性，可能是导致作物产量高而不稳的一个重要原因。美国的高产实践表明，加深耕作层厚度和提高深层土壤养分含量是作物高产稳产的重要保障[12， 13]。 同一地区常出现光热资源总量变化较大，而产量变化不明显或光热资源总量基本接近，而产量差异较大的现象。似乎说明，现有产量水平下，高产地区的光热资源总量已不是产量限制的主要因素，作物生长季内光热水资源的时空分布及其之间的协调程度可能是影响作物产量变化的重要原因之一。这与李潮海等（2001）[3]的观点一致。研究还发现（数据未列出），高产地区间的光热资源总量及其配置不尽相同。周年光温生产潜力大小依次是莱州、吴桥、兖州和浚县。兖州和吴桥小麦季的光温生产潜力大于玉米季，而莱州和浚县则为玉米季的光温生产潜力大于小麦季。小麦光温生产潜力以兖州最高，浚县最低；玉米以浚县最高，吴桥最低。研究发现，作物生长过程中，温度与日照之间存在一定的互作补偿效应；相对而言，日照时数对玉米产量的影响较温度的影响更大。
不同地区应根据各自的光温资源状况进一步优化周年资源高效配置，充分挖掘生长季内光温资源的利用效率，实现小麦、玉米两季协调增产。罗继春等（1992）[14]就气候因子对玉米不同生育期的影响进行了初步分析，但作物、环境、措施之间的相互作用机理仍不清楚，有待深入研究。因此，在小麦、玉米生产中，首先应确定影响作物产量各要素形成的关键时期及其主导生态因子，阐明各生态因子对作物生长发育的作用机制，进而提出相应的技术调控措施，为提高作物生产调控能力、获得高产稳产提供理论支撑。
参考文献：
[1]Park W I，Sinclair T R .Consequences of climate and crop yield limits on the distribution of corn yield[J]. Review of Agricultural Economics，1993，15： 483-493.
[2]Stooksbury D E，Michaels P J. Climate change and large-area corn yield in the southeastern US [J]. Agron. J.，1994，86：564-569.
[3]李潮海，苏新宏，谢瑞芝，等. 超高产栽培条件下玉米产量与气候生态条件关系研究[J]. 中国农业科学，2001，34（3）：311-316.
[4]刘晚苟，山仑. 不同土壤水分条件下容重对玉米生长的影响[J]. 应用生态学报， 2003，14（11）：1906-1910.
[5]张力，张保华. 冬小麦气象产量分析[J]. 中国农业气象，2004，25（1）：22-24.
[6]张军，牛玉贞，王忠孝，等. 沂蒙山区夏玉米生态适应性研究[J]. 山东农业科学， 1990，3：12-14.
[7]欧阳秋明. 章丘气候变暖对小麦生长发育及相关灾情的影响[J]. 山东农业科学，2011，11：86-88.
[8]贾春兰，刘少坤，唐世伟，等. 不同年份玉米增加密度对产量的影响[J]. 山东农业科学，2011，9：50-52.
[9]潘庆民，于振文，王月福，等. 公顷产9 000 kg小麦氮素吸收分配的研究[J]. 作物学报，1999，25（5）：541-547.
[10]鲁如坤主编. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京：中国农业科学技术出版社，2000， 12-195.
[11]骆东奇，白洁，谢德体.论土壤肥力评价指标和方法[J].土壤与环境，2002，11（2）：202-205.
[12]孙世贤. 2002年美国玉米高产竞赛简介[J]. 玉米科学，2003，11（3）：102.
[13]刘志全，路立平，沈海波，等. 美国玉米高产竞赛简介[J]. 玉米科学，2004，12（4）： 110-113.
[14]罗继春，叶修祺. 山东省玉米产量和气候因子关系初析[J]. 中国农业气象，1992，13 （1）：40-41.