杜祥備,孔令聰,習 敏,吳文革**,陳金華,岳 偉

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江淮區(qū)域稻麥兩熟制周年資源分配、利用特征*

杜祥備1,孔令聰1,習 敏2,吳文革2**,陳金華3,岳 偉3

(1. 安徽省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所 合肥 230031; 2. 安徽省農(nóng)業(yè)科學院水稻研究所 合肥 230031; 3. 安徽省氣象科學研究所 合肥 230031)

江淮區(qū)域稻麥周年兩熟種植模式自然資源分配與利用特征尚不明確, 限制了該區(qū)作物周年高產(chǎn)高效協(xié)同發(fā)展。本研究通過對江淮區(qū)域不同地區(qū)多年多點水稻-小麥種植模式高產(chǎn)試驗數(shù)據(jù)分析, 明確兩熟制季節(jié)間資源分配特征、資源利用效率及其與產(chǎn)量的關(guān)系。結(jié)果表明: 2008—2017年小麥季和周年輻射均呈降低趨勢, 水稻季沿淮和江淮地區(qū)呈增加趨勢, 沿江地區(qū)呈降低趨勢; 小麥季積溫呈增加趨勢、水稻季大部分呈降低趨勢, 周年沿淮地區(qū)呈增加趨勢, 江淮和沿江地區(qū)呈降低趨勢; 降雨小麥季、水稻季和周年總體呈增加趨勢。江淮地區(qū)周年輻射量從北向南逐漸減少, 不同種植模式間無顯著差異; 小麥季、水稻季輻射分配率粳稻-小麥模式分別為53.1%、51.9%, 秈稻-小麥模式分別為55.0%、49.8%。江淮地區(qū)從北向南累積積溫和降雨量逐漸增加, 不同種植模式間無顯著差異; 小麥季、水稻季積溫分配率粳稻-小麥模式為38.5%、67.3%, 秈稻-小麥模式為40.7%、65.1%; 小麥季、水稻季降雨分配率在2種模式間無顯著差異, 而不同地區(qū)間差異顯著, 沿淮地區(qū)為32.8%、70.5%, 江淮地區(qū)為40.8%、64.7%, 沿江地區(qū)為46.2%、57.2%。當前生產(chǎn)模式下, 江淮區(qū)域稻麥兩熟種植模式以水稻產(chǎn)量所占比重最高, 平均為57.0%。小麥季積溫生產(chǎn)效率沿淮地區(qū)顯著高于江淮地區(qū)和沿江地區(qū), 不同種植模式間差異較小; 水稻季積溫生產(chǎn)效率不同地區(qū)不同模式間差異較小; 周年積溫生產(chǎn)效率不同地區(qū)間差異顯著, 且沿淮地區(qū)>江淮地區(qū)>沿江地區(qū), 不同種植模式間差異不顯著。區(qū)域間作物光能生產(chǎn)效率差異較小, 小麥季、水稻季和周年均無顯著差異。不同地區(qū)降雨生產(chǎn)效率變異較大, 小麥季、水稻季和周年均以沿淮地區(qū)大于江淮地區(qū), 顯著高于沿江地區(qū); 不同種植模式間無顯著差異。因此, 江淮區(qū)域稻麥周年兩熟資源高效利用原則應(yīng)以合理配置季節(jié)間輻射為主, 兼顧降雨和積溫。不同地區(qū)應(yīng)結(jié)合氣候資源配置特點, 通過合理的播栽期、周年生育期適宜的品種搭配等栽培措施將部分光熱資源調(diào)配給水稻, 實現(xiàn)產(chǎn)量和資源利用效率雙提升。

江淮區(qū)域; 稻麥周年兩熟; 種植模式; 資源配置特征; 分配率; 資源利用效率

江淮地區(qū)地處我國南北氣候過渡帶, 光溫水資源充足, 農(nóng)業(yè)自然資源條件優(yōu)越。水稻()-小麥()兩熟種植是江淮地區(qū)糧食生產(chǎn)主要種植制度, 該區(qū)是我國水稻和小麥的主產(chǎn)區(qū), 也是我國重要的糧食生產(chǎn)基地和凈調(diào)出區(qū), 對保障我國糧食安全起到至關(guān)重要的作用。近年來, 江淮區(qū)域糧食豐產(chǎn)技術(shù)取得長足進步, 但受氣候變化影響, 區(qū)域氣候災(zāi)害頻發(fā), 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不穩(wěn)定性增加, 自然資源配置與利用不合理, 難以適應(yīng)規(guī)模化新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求。

隨著近年來全球氣候的變化, 氣候因素在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用越來越重要。氣候資源高效利用是現(xiàn)代可持續(xù)高產(chǎn)高效農(nóng)業(yè)充分利用自然資源條件、提高產(chǎn)量的一個重要環(huán)節(jié)。溫光生態(tài)條件是影響作物生產(chǎn)的關(guān)鍵因素, 有利的光溫資源是作物獲得高產(chǎn)的環(huán)境保障[1-2]。前人研究發(fā)現(xiàn), 不同種植模式作物生產(chǎn)生物量的差異主要是由于溫光水環(huán)境的改變所致[3]。麥玉兩熟不同種植模式影響著周年資源的分配利用, “雙晚”栽培模式能提高作物生育期與光、溫資源變化的吻合度, 其生產(chǎn)效率分別提高2.22%~10.86%和0.47%~11.56%[4], 但缺少實際生產(chǎn)的應(yīng)用驗證。不同類型品種直播稻生育期間溫光資源利用差異明顯[5]。小麥-棉花()兩熟不同種植模式改變了農(nóng)田生態(tài)環(huán)境, 影響了作物產(chǎn)量形成和資源利用[6-7]。前人對不同種植模式作物溫光資源利用的研究多集中在間套作復合群體上[8-9], 鮮有從稻麥周年模式的角度研究氣候資源利用, 以致缺乏有效指導依據(jù)。

安徽江淮區(qū)域稻麥種植模式單一, 稻麥高產(chǎn)模式周年自然資源分配與利用特征及其與產(chǎn)量關(guān)系尚不明確; 受氣候變化和生產(chǎn)條件改變的影響, 資源配置不合理、資源浪費等問題突出[10], 限制了該區(qū)作物高產(chǎn)高效協(xié)同發(fā)展。如何協(xié)調(diào)周年資源的合理利用, 形成高產(chǎn)高效的種植模式是當前可持續(xù)高產(chǎn)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重點。因此, 目前急需對水稻-小麥兩熟種植模式的生產(chǎn)力和資源利用效率進行深入研究。本研究通過對安徽江淮區(qū)域多年多點水稻-小麥種植模式高產(chǎn)數(shù)據(jù)分析, 明確江淮區(qū)域稻麥兩熟制主要種植模式季節(jié)間資源分配特征、產(chǎn)量及資源利用效率, 以期為江淮區(qū)域兩熟制周年資源優(yōu)化配置提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)

產(chǎn)量數(shù)據(jù)主要來源于“十一五” “十二五”和“十三五”國家糧食豐產(chǎn)科技工程安徽省核心示范區(qū)代表性地點(表1)共182個田間水稻-小麥周年高產(chǎn)數(shù)據(jù), 包括產(chǎn)量和生育期。示范田面積為1.3~80 hm2。

表1 作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源的示范區(qū)的地理分布位置

將示范區(qū)按照不同區(qū)域劃分為沿淮地區(qū)(鳳臺、潁上、懷遠)、江淮地區(qū)(滁州、長豐、六安、合肥、巢湖、廬江)和沿江地區(qū)(望江、貴池、池州、安慶)。在各核心示范試驗點選用當?shù)刂髟缘母弋a(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)小麥、水稻品種, 其他管理同大田高產(chǎn)栽培要求。不同地區(qū)小麥和水稻的種植和收獲時間見表2。

表2 江淮不同地區(qū)小麥和水稻的播期和收獲期

1.2 氣象數(shù)據(jù)

氣象數(shù)據(jù)來源于安徽省氣象局, 氣象站點包括沿淮地區(qū)(鳳臺、潁上、懷遠)、江淮地區(qū)(滁州、長豐、六安、合肥、巢湖、廬江)、沿江地區(qū)(望江、銅陵、池州、安慶)13個站點, 包括2008—2017年逐日的平均溫度、輻射量、降雨量等氣象資料。全省年平均氣溫14~17 ℃, 平均日照1 800~2 500 h, 平均無霜期200~250 d, 平均降水量800~1 800 mm。

氣象資源計算過程中, 所有作物從播種開始累加到收獲結(jié)束, 周年為兩季相加減去重復計算部分。

1.3 氣候資源利用效率計算

光能生產(chǎn)效率(g?MJ-1)=單位面積產(chǎn)量(g?m-2)/生育期間累積輻射(MJ?m-2) (1)

溫度生產(chǎn)效率[kg?hm-2?(℃?d)-1]=單位面積生物量(kg?hm-2)/生育期間有效積溫(℃?d) (2)

參考嚴定春等[11]的方法計算≥0 ℃有效積溫(GDD):

GDD=∑平均溫度 (小麥季為≥0 ℃的平均溫度, 水稻季為≥10 ℃的平均溫度) (3)

降雨生產(chǎn)效率(g?mm-1)=單位面積產(chǎn)量(g?m-2)/生育期間總降雨量(mm) (4)

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Origin 2018進行數(shù)據(jù)處理及作圖, SPSS 20.0統(tǒng)計軟件進行方差分析, Duncan法檢驗顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻麥高產(chǎn)模式產(chǎn)量

對安徽不同地區(qū)不同高產(chǎn)試驗田稻麥產(chǎn)量數(shù)據(jù)進行分析(表3), 所有試驗田周年平均產(chǎn)量為17 510.7 kg?hm-2, 其中小麥季產(chǎn)量平均為7 541.2kg?hm-2, 變幅為5 476.0~10 463.3 kg?hm-2, 水稻季平均產(chǎn)量為9 969.8 kg?hm-2, 變幅為7 774.5~ 12 429.0 kg?hm-2。不同地區(qū)周年產(chǎn)量差異較大, 尤其是小麥季產(chǎn)量的變幅最大。

小麥季產(chǎn)量沿淮地區(qū)平均為8 127.9 kg?hm-2, 顯著高于江淮地區(qū)的7 554.0 kg?hm-2和沿江地區(qū)的6 941.8 kg?hm-2; 占周年產(chǎn)量比重也表現(xiàn)為相同順序: 沿淮地區(qū)(44.8%)>江淮地區(qū)(42.6%)>沿江地區(qū)(41.7%)。水稻季產(chǎn)量則以江淮地區(qū)最高(10 185.9 kg?hm-2), 沿淮地區(qū)次之(9 998.3 kg?hm-2)、沿江地區(qū)最低(9 725.3 kg?hm-2), 占周年產(chǎn)量比重則表現(xiàn)為: 沿江地區(qū)(58.4%)>江淮地區(qū)(57.4%)>沿淮地區(qū)(55.2%)。周年總產(chǎn)量從北向南逐漸降低, 以沿淮地區(qū)最高(18 126.1 kg?hm-2), 江淮地區(qū)次之(17 739.9 kg?hm-2), 沿江地區(qū)最低(16 666.1 kg?hm-2)。

粳稻-小麥模式小麥季平均產(chǎn)量為7 188.6 kg?hm-2, 占周年產(chǎn)量比重為40.8%, 顯著低于秈稻-小麥模式的7 893.8 kg?hm-2和45.3%; 但粳稻產(chǎn)量為10 408.3 kg?hm-2, 產(chǎn)量比重為59.2%, 顯著高于秈稻的9 531.3 kg?hm-2和54.7%, 周年總產(chǎn)量兩種模式則無明顯差異。

表3 江淮不同地區(qū)不同種植稻麥模式周年產(chǎn)量

同列不同小寫字母表示5%水平差異顯著。Different lowercase letters in the same column mean significant differences at< 0.05.

2.2 稻麥高產(chǎn)模式季節(jié)間光、溫、水資源分布及變化趨勢

用線性回歸方程分析江淮不同地區(qū)光溫水資源隨時間的變化趨勢(表4)。結(jié)果表明, 受全球氣候變化影響, 近10年間安徽不同地區(qū)小麥季和周年輻射均呈降低趨勢, 尤其是小麥季; 水稻季沿淮和江淮地區(qū)呈增加趨勢, 沿江地區(qū)呈降低趨勢。不同地區(qū)積溫小麥季呈增加趨勢、水稻季大部分呈降低趨勢, 周年沿淮地區(qū)呈增加趨勢, 江淮和沿江地區(qū)呈降低趨勢。降雨小麥季、水稻季和周年總體呈增加趨勢。

2.3 稻麥高產(chǎn)模式季節(jié)間光、溫、水資源分配

2.3.1 季節(jié)間輻射分配

由表5可知, 不同地區(qū)小麥季、水稻季和周年輻射量變異較大, 平均小麥季、水稻季和周年輻射量沿淮地區(qū)為2 965.6 MJ?m-2、2 684.2 MJ?m-2和5 359.8 MJ?m-2, 江淮地區(qū)為2 823.8 MJ?m-2、2 583.9 MJ?m-2和5 129.2 MJ?m-2, 沿江地區(qū)為2 563.1 MJ?m-2、2 583.3 MJ?m-2和4 959.8 MJ?m-2, 從北向南輻射量逐漸減少。周年輻射的差異主要是小麥季的差異造成, 小麥季輻射量從北向南逐漸減少, 沿江地區(qū)顯著低于沿淮地區(qū)和江淮地區(qū)。不同種植模式間累積輻射量無顯著差異。粳稻-小麥模式小麥季累積輻射量低于秈稻-小麥模式, 水稻季則相反。各季節(jié)輻射分配率小麥季平均為54.0%, 水稻季平均為50.8%, 兩季比為1.06, 沿江地區(qū)小麥季分配比例顯著低于其余地區(qū)。不同種植模式比較, 粳稻-小麥模式小麥季、水稻季輻射分配率及兩季比平均為53.1%、51.9%和1.02, 秈稻-小麥模式分別為55.0%、49.8%和1.10。

表4 江淮不同地區(qū)不同稻麥種植模式氣候資源變化特征

ns: 趨勢不顯著。ns: trends are not significant at 0.05 level.

表5 江淮不同地區(qū)不同稻麥種植模式季節(jié)間輻射資源分配

表中同列不同小寫字母表示5%水平差異顯著。Different lowercase letters in the same column mean significant differences at< 0.05.

2.3.2 季節(jié)間積溫分配

由表6可知, 不同地區(qū)小麥季、水稻季和周年累積有效積溫變異較大, 平均小麥季、水稻季和周年輻射量沿淮地區(qū)為2 366.7 ℃?d、4 031.1 ℃?d和5 997.8 ℃?d, 江淮地區(qū)為2 430.6 ℃?d、4 051.1 ℃?d和6 156.7 ℃?d, 沿江地區(qū)為2 509.5 ℃?d、4 127.0 ℃?d和6 296.5 ℃?d, 從北向南累積積溫逐漸增加。周年積溫的差異主要是小麥季的差異造成, 沿江地區(qū)小麥季積溫顯著高于沿淮地區(qū)和江淮地區(qū)。不同種植模式間周年積溫無顯著差異。粳稻-小麥模式水稻季累積積溫顯著高于秈稻-小麥模式, 小麥季則相反。

各季節(jié)積溫分配率小麥季平均為39.6%, 水稻季為66.2%, 兩季比為0.60, 不同地區(qū)沒有顯著差異。不同種植模式比較, 粳稻-小麥模式小麥季、水稻季積溫分配率及兩季比平均為38.5%、67.3%和0.57, 秈稻-小麥模式分別為40.7%、65.1%和0.63。

表6 江淮不同地區(qū)不同稻麥種植模式季節(jié)間積溫資源分配

表中同列不同小寫字母表示5%水平差異顯著。Different lowercase letters in the same column mean significant differences at< 0.05.

2.3.3 季節(jié)間降雨分配

由表7可知, 不同地區(qū)小麥季、水稻季和周年降雨量變幅較大, 平均小麥季、水稻季和周年降雨量沿淮地區(qū)為329.9 mm、790.8 mm和1 006.7 mm, 江淮地區(qū)為460.6 mm、732.1 mm和1 130.7 mm, 沿江地區(qū)為697.6 mm、863.2 mm和1 508.7 mm, 從北向南降雨量逐漸增加。降雨量周年差異主要是小麥季的差異造成, 沿江地區(qū)顯著高于沿淮地區(qū)和江淮地區(qū)。降雨量季節(jié)間分配率同一地區(qū)不同種植模式間差異較小, 不同地區(qū)間差異較大。沿淮地區(qū)小麥季、水稻季降雨分配率及兩季比平均為32.8%、70.5%和0.47, 江淮地區(qū)分別為40.8%、64.7%和0.63, 沿江地區(qū)分別為46.2%、57.2%和0.81。

2.4 稻麥高產(chǎn)形成與光、溫、水資源的關(guān)系

從圖1可知, 江淮不同地區(qū)粳稻產(chǎn)量與生育期間總輻射量呈線性關(guān)系(>0.05), 產(chǎn)量隨輻射量增加而增加, 而與累積積溫、降水量無相關(guān)關(guān)系。粳稻高產(chǎn)形成對氣候資源有一些基本的需求, 當粳稻季累積輻射大于2 387.0 MJ?m-2、累積積溫達4 003.4~4 317.8 ℃?d、降水量在466.4~1 588.9 mm范圍內(nèi), 可獲得10 000 kg?hm-2以上的產(chǎn)量。分析安徽地區(qū)粳稻種植氣候條件, 可以發(fā)現(xiàn), 安徽地區(qū)粳稻生產(chǎn)主要受總輻射影響, 尤其是沿江地區(qū)生育期累積輻射呈現(xiàn)降低趨勢限制粳稻產(chǎn)量潛力的進一步提升。

由圖2可知, 江淮不同地區(qū)秈稻產(chǎn)量也與生育期間總輻射量呈線性關(guān)系(>0.05), 產(chǎn)量隨著輻射量增加而增加, 而與累積積溫、降水量無相關(guān)關(guān)系。秈稻獲得9 000 kg?hm-2以上產(chǎn)量對氣候資源的基本需求為: 累積輻射大于2 301.1 MJ?m-2, 累積積溫達3 839.1~4 163.2 ℃?d, 總降水量在490.9~1 347.8 mm范圍內(nèi)。分析發(fā)現(xiàn), 生育期累積輻射較低是限制安徽地區(qū)秈稻產(chǎn)量潛力進一步提升的關(guān)鍵因素, 尤其是沿江地區(qū)產(chǎn)量潛力呈降低趨勢。

表7 江淮不同地區(qū)不同稻麥種植模式季節(jié)間降雨資源分配

表中同列不同小寫字母表示5%水平差異顯著。Different lowercase letters in the same column mean significant differences at< 0.05.

圖1 江淮地區(qū)粳稻產(chǎn)量與氣候資源的關(guān)系

圖2 江淮地區(qū)秈稻產(chǎn)量與氣候資源的關(guān)系

江淮不同地區(qū)冬小麥產(chǎn)量與生育期間總輻射量、累積積溫無顯著相關(guān)關(guān)系, 而與降水量呈二次函數(shù)關(guān)系(圖3)。冬小麥產(chǎn)量隨著降雨量增加先升高后降低, 當降水量為299.0 mm時, 產(chǎn)量最高。當小麥季累積輻射達2 685.0~3 235.2 MJ?m-2、累積積溫達1 925.0~2 522.6 ℃?d、降水量在245.5~439.5 mm范圍內(nèi), 可獲得8 000 kg?hm-2以上的產(chǎn)量。分析安徽地區(qū)冬小麥種植氣候條件, 可以發(fā)現(xiàn), 安徽地區(qū)稻茬麥生產(chǎn)主要受降雨量影響, 生育期累積降雨過多及未來呈現(xiàn)增加趨勢限制了小麥產(chǎn)量潛力的進一步提高。

圖3 江淮地區(qū)小麥產(chǎn)量與氣候資源的關(guān)系

2.5 小麥、水稻資源生產(chǎn)效率比較

由表8可知, 不同地區(qū)小麥季積溫生產(chǎn)效率變異較大, 沿淮地區(qū)(3.43 kg?hm-2?℃-1)顯著高于江淮地區(qū)(3.11 kg?hm-2?℃-1)和沿江地區(qū)(2.77 kg?hm-2?℃-1); 粳稻-小麥種植模式積溫生產(chǎn)效率平均為3.03 kg?hm-2?℃-1, 小于秈稻-小麥種植模式的3.17 kg?hm-2?℃-1。水稻季積溫生產(chǎn)效率差異較小, 以江淮地區(qū)(2.51 kg?hm-2?℃-1)最高,沿淮地區(qū)(2.48 kg?hm-2?℃-1)次之, 沿江地區(qū)(2.36 kg?hm-2?℃-1)最低; 不同種植模式比較, 粳稻-小麥種植模式(2.50 kg?hm-2?℃-1)高于秈稻-小麥種植模式(2.39 kg?hm-2?℃-1)。周年積溫生產(chǎn)效率以沿淮地區(qū)(3.02 kg?hm-2?℃-1)最高, 江淮地區(qū)(2.88 kg?hm-2?℃-1)次之, 沿江地區(qū)(2.65 kg?hm-2?℃-1)最低; 周年不同種植模式積溫生產(chǎn)效率差異不顯著。

區(qū)域間作物光能生產(chǎn)效率差異較小, 小麥季、水稻季和周年均無顯著差異。不同種植模式光能生產(chǎn)效率比較, 秈稻-小麥種植模式小麥季略高, 粳稻-小麥種植模式水稻季高, 周年無明顯差異。這與地區(qū)輻射資源尚未達到作物需求的最大值有關(guān)。不同作物間的光能利用效率水稻顯著高于小麥, 小麥季的變幅為0.26~0.28 g?MJ-1, 水稻季的變幅為0.37~ 0.40 g?MJ-1。

表8 江淮不同地區(qū)不同稻麥種植模式小麥、水稻氣候資源利用效率比較

表中同列不同小寫字母表示5%水平差異顯著。Different lowercase letters in the same column mean significant differences at< 0.05.

不同地區(qū)降雨生產(chǎn)效率變異較大, 小麥季、水稻季和周年均以沿淮地區(qū)大于江淮地區(qū), 顯著高于沿江地區(qū)。這與沿江地區(qū)雨量充沛有關(guān)。不同種植模式降雨生產(chǎn)效率比較, 秈稻-小麥種植模式小麥季略高, 粳稻-小麥種植模式水稻季高。小麥季降雨生產(chǎn)效率平均為16.99 kg?mm-1, 顯著高于水稻季的13.08 kg?mm-1, 這與江淮地區(qū)降雨季節(jié)分布不均有關(guān)。

3 討論與結(jié)論

作物生產(chǎn)與當?shù)氐臍夂驐l件密切相關(guān), 溫光水資源是作物高產(chǎn)的先決條件[12-13]。針對多年稻麥周年高產(chǎn)試驗數(shù)據(jù)分析, 發(fā)現(xiàn)江淮區(qū)域稻麥兩熟種植模式周年產(chǎn)量均以水稻產(chǎn)量所占比重最高, 平均為57.0%, 遠大于小麥的43.0%; 其中, 粳稻為59.2%, 秈稻為54.7%。與其他地區(qū)稻麥周年高產(chǎn)實踐相比, 當前周年種植條件下, 水稻季產(chǎn)量仍有較大增產(chǎn)潛力[14], 提高周年產(chǎn)量還應(yīng)從水稻季著手, 以往的高產(chǎn)經(jīng)驗也證明水稻具有更高的產(chǎn)量優(yōu)勢[15]。

氣候資源的有效利用為單位面積耕地上獲得較高的產(chǎn)量提供可能[16-17], 合理配置季節(jié)間光溫資源可顯著提高周年產(chǎn)量和資源利用效率[3-4]。本研究首先對江淮區(qū)域不同地區(qū)多點多年試驗稻麥兩熟種植模式周年季節(jié)間資源分配進行了量化分析, 引用資源分配率和分配比值等定量評價指標[18], 探明了周年資源配置特征。安徽不同地區(qū)氣候資源配置差異明顯, 沿淮地區(qū)小麥季積溫低、降雨少, 輻射高; 沿江地區(qū)積溫高、降雨多, 但輻射較低; 江淮地區(qū)地處兩區(qū)域中間, 氣候資源相對適宜。本研究明確了不同區(qū)域季節(jié)間輻射、積溫和降雨分配率及兩季比值, 可作為不同地區(qū)水稻-小麥兩熟種植模式季節(jié)間資源配置的評價標準。不同區(qū)域稻麥兩熟種植模式季節(jié)間輻射和積溫資源分配率和兩季比值相對恒定, 但降雨不同區(qū)域變幅較大。溫光是作物生長的先決條件, 受人為因素影響較小, 而降雨可通過灌溉、排水等人為加以調(diào)節(jié)。生產(chǎn)實踐中, 可依據(jù)上述定量標準, 根據(jù)區(qū)域水稻-小麥周年可利用資源進行兩季間合理分配。

探明不同地區(qū)氣候資源配置特征之后, 如何提高氣候資源利用效率成為關(guān)鍵。為探究當前稻麥生產(chǎn)的主要氣候限制因素, 我們進一步分析了水稻、小麥高產(chǎn)形成與氣候資源的關(guān)系, 發(fā)現(xiàn)在當前生產(chǎn)模式下, 安徽不同地區(qū)小麥和水稻季積溫均已滿足高產(chǎn)需求, 生產(chǎn)均不受積溫影響。沿淮和江淮地區(qū)小麥季輻射量均已滿足高產(chǎn)需求, 并造成了輻射資源的浪費。水稻生產(chǎn)主要受輻射的影響, 尤其是沿江地區(qū)輻射量較低限制水稻產(chǎn)量潛力的進一步提升, 受氣候變化影響未來有進一步降低趨勢。而冬小麥生產(chǎn)主要是降雨量過大限制產(chǎn)量潛力的進一步提高, 而未來降雨有進一步增加趨勢。當降水量為299.0 mm時, 稻茬麥即可獲得最高產(chǎn)量。江淮區(qū)域不同地區(qū)降雨均高于需求, 加上生育期降雨時空分布不均勻, 導致澇漬頻繁: 播種期受雨水過多影響無法及時播種, 苗期降雨過多易受澇漬, 后期穗期降雨集中漬害嚴重, 這都嚴重影響小麥產(chǎn)量。依據(jù)上述結(jié)果, 江淮區(qū)域稻麥兩熟周年氣候資源高效利用原則, 兩季間應(yīng)以輻射為主, 兼顧降雨和積溫。稻麥兩熟種植模式下, 在滿足小麥季輻射量達2 685.0 MJ?m-2、累積積溫達1 925.0 ℃?d的前提下, 可以將更多光溫資源分配給水稻, 進一步提升水稻產(chǎn)量潛力。

光溫水資源利用效率研究結(jié)果表明, 在當前高產(chǎn)條件下, 小麥的積溫生產(chǎn)效率和降雨生產(chǎn)效率顯著高于水稻, 而水稻的光能生產(chǎn)效率顯著高于小麥。不同地區(qū)比較, 沿淮地區(qū)積溫生產(chǎn)效率和降雨生產(chǎn)效率顯著高于江淮地區(qū)和沿江地區(qū), 而輻射生產(chǎn)效率則無顯著差異。主要由于不同地區(qū)積溫和降雨均已滿足作物生長需求, 積累越多, 效率越低。而輻射尚未達到上限, 不同地區(qū)同一作物生產(chǎn)效率差異不大。因此, 在滿足兩季作物熱量需要的前提下, 充分發(fā)揮水稻高光效的優(yōu)勢是提高水稻小麥周年兩熟種植資源效率的關(guān)鍵。不同種植模式比較, 粳稻生育期長, 截獲輻射、積溫和降雨均高于秈稻, 產(chǎn)量也優(yōu)于秈稻。粳稻-小麥種植模式水稻季積溫生產(chǎn)效率、光能生產(chǎn)效率和降雨生產(chǎn)效率較高, 秈稻-小麥種植模式小麥季光能生產(chǎn)效率和降雨生產(chǎn)效率較高。從未來進一步提升的角度考慮, 粳稻-小麥種植模式具有更高的氣候資源利用潛力和周年生產(chǎn)力。

合理利用資源是現(xiàn)代可持續(xù)高產(chǎn)高效農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ), 本研究中, 粳稻-小麥種植模式和秈稻-小麥種植模式都具有較高的資源利用效率, 這是兩熟種植系統(tǒng)獲得產(chǎn)量優(yōu)勢至關(guān)重要的因素。優(yōu)化配置兩熟制季節(jié)間資源分配是進一步提升區(qū)域糧食周年產(chǎn)量潛力和資源效率的關(guān)鍵[19-21]。如何調(diào)配周年資源配置, 提高周年生產(chǎn)力和氣候資源利用效率還需要結(jié)合不同地區(qū)氣候資源配置特征進一步深入研究?？赏ㄟ^合理的播栽期[4]、周年生育期適宜的品種搭配[6]等栽培措施將部分光熱資源調(diào)配給水稻, 發(fā)揮水稻高產(chǎn)潛力和高光效優(yōu)勢, 實現(xiàn)產(chǎn)量和資源利用效率雙提升。沿江地區(qū)降水較多, 周年輻射較低, 不能滿足稻麥周年高產(chǎn)需求?？刹扇〔煌N植模式[4,6-7,19-21]、改種大麥、油菜等其他作物合理有效利用資源, 實現(xiàn)周年豐產(chǎn)高效。

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Characteristics of resource allocation and utilization of rice-wheat double cropping system in the Jianghuai Area*

DU Xiangbei1,KONG Lingcong1, XI Min2,WU Wenge2**, CHEN Jinhua3, YUE Wei3

(1. Crop Research Institute, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei 230031, China; 2. Rice Research Institute, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei 230031, China; 3. Anhui Meteorological Institute, Hefei 230031, China)

Rice-wheat double cropping system is the main cropping pattern in the Jianghuai Area. The characteristics of natural resource allocation and utilization and their relationship with yield are still unclear. It is necessary to establish a quantitative evaluation index system for the systematic guidance of the double cropping system. In this study, resources distribution between two seasons, resources utilization efficiencies, and yield of rice-wheat double cropping system in three regions of the Jianghuai Area: along Huaihe River region (AHR), Jianghuai region (JH), and along Yangtze River region (AYR), were quantitatively analyzed using the large database created from high yield field experiments during 2008-2017. The results were as follows: radiation during wheat season and per year decreased in the region, while in the rice season radiation increased in AHR and JH but decreased in AYR. The accumulated temperature increased in wheat season and decreased in rice season, and the annual accumulated temperature increased in AHR and decreased in JH and AYR. Precipitation during wheat season, rice season, and per year increased. The annual radiation in the Jianghuai area increased from the north to the south with no significant difference between japonica rice-wheat system and indica rice-wheat system. The radiation distribution rate of wheat season and rice season were 53.1% and 51.9%, respectively, for the japonica rice-wheat double cropping system, and 55.0% and 49.8%, respectively, for the indica rice-wheat double cropping system. The cumulative accumulated temperature and precipitation gradually increased from the north to the south of Jianghuai area, with no significant difference between two systems, but there were significant differences between different regions. The distribution rate of accumulated temperature in wheat and rice season were 38.5% and 67.3%, respectively, for the japonica rice-wheat, and were 40.7%, 65.1%, respectively for the indica rice-wheat double cropping system. The accumulated precipitation distribution rate of wheat season and rice season were 32.8% and 70.5%, respectively, for the AHR region; 40.8% and 64.7% respectively, for the JH region; and 46.2%, 57.2%, respectively, for the AYR region. Under the current production pattern, rice production had the highest yield proportion of the wheat-rice double cropping system, with an average of 57.0%. The temperature production efficiency in wheat season was higher in AHR than in JH and AYR; during rice season this did not change greatly between the two systems and among the three regions. The annual temperature production efficiency order for the three regions was: AHR > JH > AYR. Radiation use efficiency of crops was not different for different seasons. The rain production efficiency in wheat and rice seasons and per year was significantly lower in AYR than both in AHR and JH. Rice production in the JH region was mainly affected by radiation, and wheat production was mainly affected by rainfall, which limited further increase in crop yield potential. Climate change effects tended to be unfavorable to the evolution of climate resources in the future. When compared with wheat, rice had higher efficient utilization of radiation resources, which was important for improving yield and the resource use efficiency of rice-wheat double cropping system in the JH region. Based on the analysis, we put forward the principle of annual high efficiency utilization, because radiation was the main factor between the two wheat-rice double cropping system, when considering rainfall and growth degree-days. Cultivation measures such as sowing date adjustment and annual cultivars combination can allocate more resources to rice season, thus improving the yield and resource utilization efficiency.

Jianghuai Area;Rice-wheat double cropping; Cropping system; Resources distribution characteristic; Distribution rate; Resources use efficiency

, E-mail: wuwenge@vip.sina.com

Dec. 24, 2018;

Feb. 20, 2019

S162.3

2096-6237(2019)07-1078-10

10.13930/j.cnki.cjea.181114

杜祥備, 孔令聰, 習敏, 吳文革, 陳金華, 岳偉. 江淮區(qū)域稻麥兩熟制周年資源分配、利用特征[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報(中英文), 2019, 27(7): 1078-1087

DU X B, KONG L C, XI M, WU W G, CHEN J H, YUE W. Characteristics of resource allocation and utilization of rice-wheat double cropping system in the Jianghuai Area[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2019, 27(7): 1078-1087

* 國家重點研發(fā)計劃項目(2017YFD0301306, 2018YFD0300906)資助

吳文革, 主要研究方向為水稻栽培生理生態(tài)研究。E-mail: wuwenge@vip.sina.com

杜祥備, 主要研究方向為作物生理生態(tài)和資源高效利用。E-mail: duxiangbei@126.com

2018-12-24

2019-02-20

* This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2017YFD0301306, 2018YFD0300906).