东北三省春玉米产量差时空分布特征

【目的】随着人口增加、气候变化和环境问题日益凸显,粮食生产能力及粮食安全受到广泛重视。然而,目前中国粮食产量远远低于作物潜在产量,如何利用有限耕地生产更多粮食已经成为中国农业目前面临的重大问题。东北三省是中国重要的玉米生产区,其春玉米产量占全国总产量的29%,该区玉米产量提升对中国粮食安全具有重要的意义。【方法】论文以东北三省春玉米种植区为研究区域,基于1961—2010年气候资料、农业气象观测站作物资料和统计资料,利用农业生产系统模拟模型(APSIM-Maize)和数理统计方法,解析气候变化背景下研究区域春玉米潜在产量与实际产量的差及各级产量差的时空分布特征,为提升东北三省春玉米产量提供科学依据和参考。【结果】东北三省春玉米潜在产量与农户实际产量之间产量差(总产量差)呈明显的经向和纬向分布(P0.01),即由南向北递减,由西向东递减,且地区间差异较大,变化范围为4.8—11.9 t·hm~(-2)。春玉米潜在产量与可获得产量之间的产量差(产量差1)、可获得产量与农户潜在产量之间的产量差(产量差2)均呈现随经度升高而降低的趋势,这与春玉米生长季内降水量分布有关。产量差1变化范围在0.06—3.2 t·hm~(-2)之间,产量差2地区间差异较大,变化范围为1.7—8.0 t·hm~(-2),主要是由于栽培管理措施的差异造成的。从全区50年平均来看,春玉米潜在产量与实际产量间的产量差为64%,其中由于不可转化的技术因素、农学因素和经济社会因素限制的产量差分别为8%、40%和16%。从时间变化趋势来看,过去50年(1961—2010)研究区域春玉米各级产量差均呈现减小的趋势,其中总产量差和产量差3呈显著缩小趋势(P0.01),每10年分别缩小1.55 t·hm~(-2)和1.40 t·hm~(-2),但产量差1和产量差2变化趋势并不显著。【结论】东北三省春玉米潜在产量与农户实际产量之间的产量差呈明显的经向和纬向分布,即由南向北递减,由西向东递减。农学因素是限制当地玉米产量提升的主要因素,通过改善农学因素,如提高栽培管理措施、改善土壤条件和更换高产品种可有效缩小产量差达40%。     

作物超高产品种生理及产量性状对施肥量的响应研究综述

通过对相关资料的整理与分析，阐述了玉米、水稻、小麦、大豆4种主要作物的光合作用、根系特性、品质产量等对施肥量的响应，分析了未来作物栽培中进一步加强对施肥量研究的必要性和重要性，并指出具体的施用量应从实际调查和生产经验的综合分析中确定，作物生理和产量性状在合理的范围内随着施肥量的增加而增加，肥料配比与作物品种、土壤类型、气候环境等因素密切相关。在不同的作物间，相同作物的不同品种间的最佳施肥量因多种因素不同。基于已有研究成果，今后需要在研究不同作物品种时具有针对性，探索各品种最适宜施肥用量和氮磷钾配比，从而使肥料充分发挥其功效以达到节能减肥、增产增质的目的，为作物超高产品种栽培方向研究及作物产量的提高和土壤的可持续耕作提供一定的科学依据和理论帮助。     

小麦-玉米两熟制产量限制因素及其提升技术途径——以山东省龙口市为例

采用半结构访谈方法对山东省龙口市农技推广人员与农业管理人员进行调研,评估当地冬小麦和夏玉米的产量限制因素与产量提升技术途径.结果表明:冬小麦产量的主要限制因素是品种丰产性低、播期过早、播量过大、肥水运筹不合理,5年内可广泛应用于生产的技术措施是测土配方施肥、推广改良品种和玉米秸秆还田.夏玉米产量的主要限制因素是栽培管理粗放、播种质量不高、干旱,5年内可广泛应用于生产的技术措施是推迟套种时间、园地制宜选用良种.从中长期来看,未来5～20年内小麦-玉米两熟制大田生产的产量提升需要栽培管理技术、优良适宜品种、极端气候预防及补救技术措施和提升粮食作物补贴的共同作用.     

作物产量差研究进展

目前作物实际产量与潜在产量之间存在较大的差距,缩小这个差距对于提高粮食产量.满足日益增加的粮食需求具有重要意义,特别是针对中国人多地少,水资源短缺的情况.其意义更为重要.首先阐述了进行作物产量差研究的重要性,并从产量差定义的提出与发展、研究涉及的尺度及分析方法等方面介绍了国内外作物产量差研究现状及进展,在此基础上提出目前作物产量差研究中存在的问题,并进一步探讨了今后作物产量差研究的主要发展方向.     

基于田块尺度的小麦产量差及生产限制因素解析

为了解析产量差的产生机制和冬小麦生产的限制因子,提出科学的缩减产量差的途径,本研究通过农户调查的方法对吴桥县不同田块的产量差进行了研究。分析表明:不同田块之间的产量差异明显,高产田块和低产田块之间的产量差距达3 375kg/hm2,与平均产量的差距为1 754kg/hm2,中低产田块具有较大的产量提升空间。通过对调查因素的分析,阐述了田块尺度产量差限制因素的影响作用,土壤肥力、肥料投入、土壤耕作、灌溉和病虫害防治等可控因素是田块产量差的重要限制因素。在冬小麦的生产投入构成中,肥料投入所占比例最大,并且不同收益的农户之间肥料投入呈现出明显的差异,而机械、农药、种子和灌溉等方面的投入差异不大。在投入达到一定水平后,随着投入继续增大,报酬递减,农户的投入与产出间的关系为:当冬小麦投入水平为4 102.5元/hm2,产投比达到最大值4.02。平衡施肥、提高肥料的利用效率是实现少投入高收益的根本途径,提高栽培耕作技术的到位率是缩减田块尺度产量差的重要途径。     

湖南省双季稻产量差时空分布特征

【目的】湖南省是中国主要的双季稻种植区之一,2014年湖南水稻总产量位居全国第一,在中国籼稻生产中占重要地位。研究湖南省双季稻区早稻和晚稻潜在产量特征,明确潜在产量、实际产量以及产量差时空分布特征。【方法】论文基于湖南省1981—2010年气候资料、水稻作物资料、土壤资料及产量统计资料,对ORYZA v3进行调参和验证,选用决定系数(R2)、D指标、均方根误差(RMSE)、归一化均方根误差(NRMSE)、平均绝对误差(MAE)等评价指标来评价模型调参验证的结果。然后利用调参验证后的ORYZA v3模型并结合Arc GIS软件模拟分析湖南省双季稻的潜在产量时空分布特征,再结合双季稻实际产量,分析早稻和晚稻产量差绝对值及相对值过去30年的时间变化趋势及空间分布特征,明确研究区域双季稻的产量可提升空间。【结果】(1)调参验证后的ORYZA v3模型对研究区域早稻和晚稻的出苗—穗分化、出苗—开花、出苗—成熟的时间(天数)以及产量具有较好模拟效果,可用于湖南双季稻潜在产量模拟研究。(2)1981—2010年间湖南省早稻和晚稻潜在产量呈北高南低的空间分布特征,高值区为研究区域中部的武冈和邵阳等地,低值区为南部的丘陵地区;研究区域内东部地区双季稻潜在产量稳定性略高于西部地区,早稻潜在产量稳定性高于晚稻。研究时段内早稻和晚稻潜在产量随时间呈降低趋势,且晚稻潜在产量降低速率更快。(3)研究区域内双季稻产量差空间分布差异较大。研究区域内北部地区早稻和晚稻产量差最大,表明该地区双季稻产量有较大的可提升空间;西南部地区双季稻产量差小于北部地区,且早稻产量差最小而晚稻产量差相对较大,即西南部地区晚稻产量可提升空间大于早稻。研究时段内湖南省早稻和晚稻产量差均呈缩小趋势,且晚稻的产量差缩小速率大于早稻。【结论】气候变化背景下平均气温的升高使得双季稻潜在产量呈现下降趋势,同时品种的改进、栽培技术进步及生产投入增加,实际产量不断增加,研究时段内除个别站点(道县、沅江等)外早稻和晚稻的产量差均呈减小趋势。研究表明湖南省双季稻区内早稻产量差普遍高于晚稻且其随时间缩小的速率小于晚稻,这是由于早稻生长季内日照时数增加对早稻生长发育和产量形成的正效应可以部分抵消温度升高的负效应。同时,早稻产量差呈现增加趋势的站点多于晚稻,因此湖南省双季稻产区早稻产量提升空间较晚稻大。     

30年来辽宁省玉米增产因素贡献分析

对30年来辽宁省玉米生产状况资料进行收集和整理,从品种改良、栽培管理和科学技术等角度深入解析辽宁省玉米产量提高的主要原因、技术特征和增产机理,明确了辽宁省玉米产量提高的主要推动力(增加动力是什么)及限制因素(增加限制因素),为今后辽宁省玉米产量提高和产业化生产提供科学合理的参考。     

黑龙江省春玉米产量潜力及产量差的时空分布特征

【目的】研究黑龙江省春玉米不同水平产量潜力及各级产量潜力之间产量差的时空分布特征,分析研究区域制约春玉米生产的限制因素。【方法】以黑龙江省春玉米种植区为研究区域,利用当地气候资料、作物生育期、栽培管理措施和土壤资料,使用区域尺度验证后的农业生产系统模型（APSIM）,分析研究区域春玉米1981-2010年不同水平产量潜力,明确春玉米产量潜力及各级产量差的时空分布特征。【结果】研究区域内春玉米产量潜力与玉米生长季内日照时数分布趋势一致,西部高于东部,产量潜力年际变化趋势有增有减;春玉米雨养产量分布特征与生长季降水量分布特征相似,表现为中部高于东西部的趋势,降水量愈少的地区,雨养产量低且稳产性愈差;最近30年研究区域82%的站点雨养产量呈下降趋势,雨养产量的不稳定性远高于产量潜力的不稳定性,气候土壤生产力区域特征为西部齐齐哈尔和绥化地区最低。近30年因降水变化造成的产量差呈增加趋势,表明生长季干旱发生风险加大。【结论】降水是制约黑龙江省西部玉米产量的主要因素,可通过灌溉提高产量;中部伊春地区、通河地区和牡丹江地区,水分不是限制春玉米产量的因素,提高产量的途径是改良土壤条件及优化栽培管理措施;在雨养条件下,东部的三江平原通过改良土壤物理性状,可提高产量16%-22%。     

主要栽培措施对北方春玉米产量贡献的定量评估

【目的】定量化解析主要栽培措施对春玉米产量的贡献,探索北方春玉米缩差增产增效技术途径。【方法】通过综合分析2000年以来我国北方春玉米在品种耐密性、种植密度、耕作方式、养分管理、病害防治等114篇论文数据,同时结合大田栽培措施因子替换试验,定量解析主要栽培措施对春玉米产量的贡献及其优先序。【结果】文献统计分析结果与大田栽培因子替换试验结果基本一致,当前生产主要应用的5项主要栽培措施对春玉米产量贡献的优先序为种植密度、养分管理、品种耐密性、防病（兼化控）、耕作方式,对产量的贡献率分别为12.6%、9.2%、6.7%、6.3%和5.5%,对氮肥偏生产力（PFP_N）的贡献分别为16.7%、4.1%、3.4%、3.8%和3.3%。各措施因子对玉米产量差的影响主要通过影响群体物质生产能力和群体库容量实现,当群体LAI饱和后,如何优化群体同化性能、提高光能利用效率和单位叶面积籽粒生产效率是缩差增产的关键。【结论】产量和资源效率协同提高15%—20%的高产高效目标,通过密度和养分管理这2项措施的优化即可实现,若要使产量和资源效率均增加30%—50%,则需要综合优化至少4个因子甚至全部5个因子。     

长江中下游地区水稻产量差及分布特征研究

结合我国水稻生产实际,构建了水稻产量差定量化研究模型,并对长江中下游地区水稻产量差进行了定量化研究。结果表明:长江中下游地区早稻、中稻、晚稻的潜在产量、高产试验产量、品种区试产量和大田平均产量之间存在显著的产量差,其中大田平均产量与品种区试产量间的产量差(GV)分别为2 024、1 455和1 835kg/hm2;与高产试验产量间的产量差(GE)分别为3 864、5 196和4 601kg/hm2;与潜在产量间的产量差(GM)为9 990、15 135和13 246kg/hm2,区内水稻产量提升空间较大。早稻、中稻、晚稻不同层次产量差在各省份间的分布差异很大;同一省内,同一层次产量差在不同季节类型水稻间的表现也不同。但从整个区域来看,GV:早稻>晚稻>中稻,GE和GM均为:中稻>晚稻>早稻。因此,发展双季稻,恢复双季稻的面积是短期内提升该区水稻总产的有效途径。     

Yield gap and resource utilization efficiency of three major food crops in the world——A review

Yield gap analysis could provide management suggestions to increase crop yields,while the understandings of resource utilization efficiency could help judge the rationality of the management.Based on more than 110 published papers and data from Food and Agriculture Organization (FAO,www.fao.org/faostat) and the Global Yield Gap and Water Productivity Atlas (www.yieldgap.org),this study summarized the concept,quantitative method of yield gap,yield-limiting factors,and resource utilization efficiency of the three major food crops (wheat,maize and rice).Currently,global potential yields of wheat,maize and rice were 7.7,10.4 and 8.5 t ha~(–1),respectively.However,actual yields of wheat,maize and rice were just 4.1,5.5 and 4.0 t ha~(–1),respectively.Climate,nutrients,moisture,crop varieties,planting dates,and socioeconomic conditions are the most mentioned yield-limiting factors.In terms of resource utilization,nitrogen utilization,water utilization,and radiation utilization efficiencies are still not optimal,and this review has summarized the main improvement measures.The current research focuses on quantitative potential yield and yield gap,with a rough explanation of yield-limiting factors.Subsequent research should use remote sensing data to improve the accuracy of the regional scale and use machine learning to quantify the role of yield-limiting factors in yield gaps and the impact of change crop management on resource utilization efficiency,so as to propose reasonable and effective measures to close yield gaps.     

PLANT DENSITY,IRRIGATION AND NITROGEN MANAGEMENT: THREE MAJOR PRACTICES IN CLOSING YIELD GAPS FOR AGRICULTURAL SUSTAINABILITY IN NORTH-WEST CHINA

• A relative yield of 70% was obtained under both border and drip irrigation.• Drip irrigation saved water and lowered yield variability compared to border irrigation.• Drip irrigation led to accumulation of soil nitrogen and phosphorus in the root zone.• Relative yield may increase 8% to 10% by optimizing field management.• Plant density, irrigation and nitrogen are major factors closing yield gap in NW China.Agriculture faces the dual challenges of food security and environmental sustainability. Here, we investigate current maize production at the field scale, analyze the yield gaps and impacting factors, and recommend measures for sustainably closing yield gaps. An experiment was conducted on a 3.9-ha maize seed production field in arid north-western China, managed with border and drip irrigation, respectively, in 2015 and 2016. The relative yield reached 70% in both years. However, drip irrigation saved 227 mm irrigation water during a drier growing season compared with traditional border irrigation, accounting for 44% of the maize evapotranspiration (ET). Yield variability under drip irrigation was 12.1%, lower than the 18.8% under border irrigation. Boundary line analysis indicates that a relative yield increase of 8% to 10% might be obtained by optimizing the yield-limiting factors. Plant density and soil available water content and available nitrogen were the three major factors involved. In conclusion, closing yield gaps with agricultural sustainability may be realized by optimizing agronomic, irrigation and fertilizer management, using water-saving irrigation methods and using site-specific management.     

中国水稻高产栽培技术创新与实践

水稻是中国主要粮食作物,也是单产最高的粮食作物。文章利用中国农业统计年鉴数据和国内外文献资料,分析了中国水稻高产栽培技术创新与实践的成功经验、存在问题和稻作技术发展趋势。探讨了中国的水稻生产经历4个阶段的特点,良种良法配套对水稻增产的贡献,不同阶段创新的稻作技术;简述了全球水稻栽培技术发展的特点;回顾了中国矮秆品种、杂交稻及超级稻品种更替及其配套栽培技术创新;剖析了水稻高产栽培存在的新问题;对水稻高产栽培技术的未来发展进行了展望。创新与品种生育特性配套的水稻种植制度、生产模式和环境协调的栽培技术,发挥品种产量潜力和应用,可以实现增产增效,促进水稻产业发展,改善生态环境和提高资源利用效益。     

夏玉米产量与光温生产效率差异分析——以山东省为例

【目的】研究夏玉米各产量层次之间的物质生产及资源利用能力,量化山东省夏玉米籽粒产量与光、温资源利用效率的差异,明确农业生产条件和栽培措施对产量差及效率差的贡献率,探讨产量差、效率差协同缩减的可能性,为缩小夏玉米产量差距、提升资源利用效率提供理论依据。【方法】本试验于2017—2018年在山东省泰安、淄博和烟台3市进行,针对山东夏玉米生产调研出的问题,在同一地块采用综合管理模式,从合理密植、优化肥水、增产增效的角度设计了4种管理模式,模拟超高产水平（SH）、高产高效水平（HH）、农户水平（FP）和基础产量水平（CK）4个产量层次,定量分析不同产量层次之间的产量差及光温资源生产效率差。结合光温生产潜力分析和作物产量性能分析,探究产量差和效率差的影响因素及缩差增效途径。【结果】当前山东省夏玉米光温潜力与超高产水平、超高产水平与高产高效水平、高产高效水平与农户生产水平、农户生产水平与基础产量水平之间的产量差分别为5.85、0.82、1.90、1.35 t·hm ^-2,光能生产效率差分别为1.74、0.15、0.28、0.45 g·MJ ^-1,温度生产效率差分别为1.09、0.10、0.17、0.28 kg·hm ^-2·℃ ^-1;当前不可控因素对产量差和光、温生产效率差的贡献率分别为58.49%和66.09%,可控因素对产量差和光、温生产效率差的贡献率分别为41.51%和33.91%,地域差异因素对产量差、光能生产效率差和温度生产效率差的贡献率分别为1.98%、2.49%和3.24%;产量差与光温资源生产效率差之间有显著相关性;SH和HH处理较FP处理和CK有较高的地上部生物量、生育期平均叶面积指数（MLAI）和冠层光能截获率。 【结论】当前山东省夏玉米农户生产水平与光温潜力水平之间的产量差、光能生产效率差、温度生产效率差分别为8.56 t·hm ^-2、2.17 g·MJ ^-1、1.35 kg·hm ^-2·℃ ^-1,产量与光、温资源利用效率仍有较大的提升空间。玉米籽粒产量差和光、温资源利用效率差显著相关,在现有农户管理措施的基础上,应用高产高效管理模式（种植密度增加1.5×10 ⁴株·hm ^-2,适当增加施肥量,将一次性施肥改为于播种期、大喇叭口期、开花期和乳熟期采用水肥一体化方式分次施肥）能够缩小产量差距1.90 t·hm ^-2,提高光、温资源生产效率14.74%和14.41%,是协同缩差增效的有效技术途径。     

Quantifying the spatial variation in the potential productivity and yield gap of winter wheat in China

Despite the improvement in cultivar characters and management practices,large gaps between the attainable and potential yields still exist in winter wheat of China.Quantifying the crop potential yield is essential for estimating the food production capacity and improving agricultural policies to ensure food security.Gradually descending models and geographic information system(GIS) technology were employed to characterize the spatial variability of potential yields and yield gaps in winter wheat across the main production region of China.The results showed that during 2000-2010,the average potential yield limited by thermal resource(YG_T) was 23.2 Mg ha~(-1),with larger value in the northern area relative to the southern area.The potential yield limited by the water supply(VG_W) generally decreased from north to south,with an average value of 1.9 Mg ha~(-1) across the entire study region.The highest YG_W in the north sub-region(NS) implied that the irrigation and drainage conditions in this sub-region must be improved.The averaged yield loss of winter wheat from nutrient deficiency(YG_N) varied between 2.1 and 3.1 Mg ha~(-1) in the study area,which was greater than the yield loss caused by water limitation.The potential decrease in yield from photo-thermal-water-nutrient-limited production to actual yield(YG_o) was over6.0 Mg ha"1,ranging from 4.9 to 8.3 Mg ha~(-1) across the entire study region,and it was more obvious in the southern area than in the northern area.These findings suggest that across the main winter wheat production region,the highest yield gap was induced by thermal resources,followed by other factors,such as the level of farming technology,social policy and economic feasibility.Furthermore,there are opportunities to narrow the yield gaps by making full use of climatic resources and developing a reasonable production plan for winter wheat crops.Thus,meeting the challenges of food security and sustainability in the coming decades is possible but will require considerable changes in water and nutrient management and socio-economic policies.     

青藏高原高寒区青稞光温生产潜力和产量差时空分布特征及其对气候变化的响应

【目的】探讨有气象数据记录以来1977—2017年青藏高原青稞生长季内气候变化,以及对青稞光温生产潜力和产量差的影响。【方法】基于青藏高原农气资料,校正DSSAT-CERES-barley模型,模拟过去40年间青藏高原青稞生育期长度及光温生产潜力,并结合实际统计产量计算产量差,通过数理方法解析气候变化对其影响情况。【结果】（1）青藏高原多数站点过去40年间青稞生长季内温度、降水呈显著上升趋势,太阳辐射量呈下降趋势,且林芝站达到显著水平,与增湿相比增温趋势更加明显;（2）在播期和品种不变的情况下,过去40年青稞生育期长度显著缩短,引起不同站点下降的主要气候因子不同,高海拔站点主要由平均最高气温升高所致,低海拔站点主要由生育期内平均温度升高导致有效积温增加所致;（3）青藏高原青稞光温生产潜力受海拔影响,3 500 m左右的高海拔站点光温生产潜力高且稳定,如山南站平均光温生产潜力最高可达12 000 kg·hm ^-2。3 000 m左右的低海拔站点光温生产潜力低,平均在6 000 kg·hm ^-2,且易受气候变化影响,高海拔站点光温生产潜力对太阳辐射更敏感;（4）青藏高原在过去30年间由于实际产量增加,导致绝对和相对产量差都呈减小趋势,平均相对产量差由58.2%缩小至34.5%,但缩小幅度放缓,2007—2017年拉萨和日喀则站点平均相对产量差最低,小于25%。【结论】青藏高原不同站点光温生产潜力差异较大,高海拔站点青稞光温生产潜力显著高于低海拔站点,过去40年气候变化导致低海拔站点光温生产潜力波动大,而高海拔站点较为稳定。由于品种改良和栽培管理水平提高,过去30年青藏高原产量差逐渐缩小,但除拉萨和日喀则外,其他站点产量差仍较大,未来有较高的增产潜力。