稻油系统周年产量差及形成因素探究: 以湖北省武穴市为例

明确农户水平稻油系统的产量差及进一步增产的限制因素对保障我国粮油安全具有重要作用。本研究以我国典型稻油系统生产区湖北省武穴市为研究对象,采用作物模型与田间调查相结合的方法评估了该地区稻油系统周年产量差,并使用单因素方差分析和条件推断树综合比较了农户在土壤条件和管理措施上的差异,以探究该地区限制稻油系统产量进一步增长的主要栽培因素及可行的增产途径,为因地制宜地缩小产量差提供新思路。结果表明:(1)武穴市水稻季和油菜季的潜在产量分别为11.79 t hm^(-2)和4.43 t hm^(-2),按照水稻和油菜籽粒的能量当量换算系统周年能量后,稻油系统的最高周年潜在能量为284 GJ hm^(-2)。水稻季和油菜季的平均实际产量分别为8.11 t hm^(-2)和1.82 t hm^(-2),系统平均实际周年能量为165 GJ hm^(-2)。该地区稻油系统的平均周年相对产量差(产量差与潜在产量的比值)为42%,其中油菜季(59%)比水稻季(31%)具有更大的产量提升空间。相较于湖北省和长江流域的平均水平,武穴市稻油系统周年潜在能量相近,而周年实际能量分别低13%和5%,导致该地区的产量差相对较大,其中分别有83%和61%的农户相对产量差大于湖北省和长江流域平均水平。(2)该地区周年产量较低的农户具有以下主要特征:土壤为沙壤土,耕层较浅;水稻季虫草害防治效果差,水稻季肥料做底肥一次施用且轻施氮、钾肥;油菜季重施肥料,且油菜机收损失较大。(3)武穴市89%的农户选择种植常规稻品种黄华占,其实际产量已达到该品种潜在产量的90%左右;种植油菜品种的种类较多且产量差异较大。综上,武穴市稻油系统仍具有较大的增产空间;缩小当地稻油系统产量差的技术措施包括:适当深耕提高土壤生产力;油菜季选择当地适宜的高产油菜品种;水稻季加强推广高产优质杂交稻品种,重点关注增加水稻用种量,提高直播密度和播种时的封闭除草,系统周年施肥管理上应降低油菜季而提高水稻季的肥料用量,水稻季仅施底肥的农户适当增施追肥等。

基于遥感的作物产量和产量差估算研究进展

作物产量差研究对于认识当前生产力现状和提高作物产量至关重要。以往产量差研究方法如田间试验、统计分析以及作物生长模型模拟分析,在区域尺度应用时常受限于空间上的异质环境以及田间管理信息不足等因素。本文重点综述了当前利用遥感技术以及遥感结合作物模型等方法来估算作物产量和产量差的研究进展,并介绍了利用遥感技术分析产量差形成因素的方法,最后对当前研究中存在的一些问题以及未来的研究方向进行了讨论和展望。

基于遥感和作物生长模型的作物产量差估测

传统的作物生长模型很难模拟大田的实际产量,因为大量的数据、复杂的数学运算以及误差传递限制了作物生长模拟模型的运用。目前为止实际产量仅能通过观测和实地调查获得。该文将NOAA-14AVHRR遥感获取的冠层温度信息引入作物生长模型,利用冠气温差计算作物水分胁迫系数,可以近似地估计区域作物实际生长速率和产量,进而建立了遥感-作物模拟复合模型PS-X,提出了估算区域作物实际产量的方法。PS-X模型可在不同层次模拟作物的生长和产量,在PS-1、PS-2、PS-X水平计算的分别是作物的光温生产潜力、水分限制下的生产力和实际产量。利用该模型,论文分别模拟了邯郸地区1998年夏玉米的光温生产潜力、水分限制下的生产力和实际产量,并通过比较不同模拟水平下产量和农户调查产量进行区域产量差分析。结果表明:PS-1和PS-2水平之间的产量差主要由水分和土壤质地差异造成;PS-2与PS-X水平间的平均产量差异较大,占总产量差(PS-1与PS-X水平之差)的81.4%,主要由田间管理差异造成;对于平原地区,夏玉米产量估测精度可达90%以上;砂质土壤区估算冠层温度和水分胁迫系数比壤质、粘质土壤区要高,因此砂质土壤区模拟作物产量较低,这与PS-2计算结果、农户调查数据一致。研究证实,区域上应用遥感瞬时温度信息建立遥感-作物模拟复合模型进行估产是可行的。

三大粮食作物产量潜力与产量差研究进展

产量潜力和产量差的研究对揭示未来粮食增产潜力,有针对性地制定提高作物产量的措施具有重要意义。通过总结近年发表的64篇经典文献,本文总结了世界三大粮食作物小麦、水稻和玉米的产量潜力和产量差的研究进展,并对定量产量潜力和产量差的4种常用方法进行了比较分析。研究表明:1)当前全世界小麦、水稻、玉米的平均产量潜力分别为6.7 t-hm-2、8.1 t-hm-2、11.2 t-hm-2,农户产量分别实现了产量潜力的60%、60%、53%。2)模型模拟是目前定量评估产量潜力最为有效的方法之一,综合使用模型模拟和高产纪录两种方法进行比较分析产量潜力结果会更加可靠;试验产量和高产农户产量一般会低于模型模拟产量潜力,对探索农户短期内增产潜力具有重要意义。3)优化栽培管理措施比如应用土壤-作物综合管理系统等方法是缩小产量差的有效途径。因此,当前三大粮食作物具有较大增产潜力,如何有效缩小产量差、提高作物产量、保证粮食安全是未来需要关注的重点。

雨养作物产量差研究进展

本文从雨养作物产量差大小、产量差的解释因素、缩小产量差的途径等方面综述了近10 a,特别是近5 a雨养作物产量差研究最新进展,回顾了雨养潜在产量、实际产量、雨养作物产量差的概念、内涵及研究方法,对最新研究提出的作物系统潜在产量与作物系统产量差概念也进行了阐述。根据潜在产量获取方法的不同,可以将产量差分为基于模型的产量差、基于试验的产量差和基于农户的产量差。作物系统产量潜力是指单位面积土地在单位时间内多种作物组合的最高产量,作物系统产量差是指现有的作物系统实际产量与作物系统潜在产量的差值。产量差的解释因素可以分为五类,包括气候因素、土壤因素、作物和农场管理因素、农场特征因素和社会经济因素。缩小雨养作物产量差应主要围绕三大领域,即育种、遗传学与生理学研究;品种选择、播种日期、播种密度、施肥量、杂草与病虫害管理等优化措施;提高土壤质量(如土壤酸碱度、土壤紧实度、土壤有机碳含量等状况的改善)。无论是发达国家还是发展中国家的雨养农业区,均存在提升作物平均产量的空间(产量差从0.5—5 t·ha-1不等)。未来中国雨养作物产量差的研究应进一步致力于基于多作物模型模拟方法的产量差研究;基于不同降水年型的作物产量差分析;以及作物系统产量潜力与产量差研究。

基于农户尺度的木薯产量差及生产限制因素分析

【目的】为解析木薯产量差的产生机制及生产限制因素,找出缩减产量差的途径。【方法】通过农户调查方法,对广西武鸣县和合浦县的木薯产量差进行研究。【结果】25%最低产农户的平均种植密度和连作年数均显著高于其余农户;仅25%最高产农户的氮磷钾肥配比符合木薯长期定位肥试推荐配比,其余农户的N、K_2O比例均低于推荐施肥配比,且25%最高产农户的K_2O施用量显著高于其余农户;45%以上农户存在过量施肥现象,平均节肥量可达127.50 kg/hm^2,磷、钾、氮肥的节肥潜力分别为43.58%、16.26%、15.00%;肥料效益偏低,仅4.26%~6.32%农户达到高产高效水平;鲜薯单产达79.63 t/hm^2时,产投比最高,其后出现报酬递减,人工成本尤其收获和田间管理环节成本过高是产量差的主要限制因素。【结论】缩减木薯产量差的途径为:合理密植,连作年数不宜超过3年;遵循"大配方小调整"和"连作年限越长,氮钾配比越高"的施肥原则,增施氮钾基肥,追肥时减氮增钾,总量上减施磷肥、控施氮钾肥;优化产投结构,提高木薯生产全程机械化程度。

广东省木薯主产区产量差及限制因素分析

为分析广东省木薯主产区产量差的限制因素,找出缩减产量差的途径,调查广东省木薯主产区木薯种植管理情况,明确木薯各级产量差,从群体构建、养分管理、产投结构三方面分析产量差的主要限制因素。结果表明,木薯不同产量等级间产量差异显著,基于高产农户的产量差YGT、高产纪录的产量差YGB、模型模拟的产量差YGM分别为14.32,39.05,42.86 t/hm^2。木薯群体构建中,占总数25%的最低产农户(YL)平均种植密度和连作年数均明显高于其余农户;养分管理方面,最低产(YL)及中产农户(YM)肥料投入中N占比过高,P_2O_5、K_2O投入不足,尤其是K_2O用量及其配比极低,且二者基肥中N、P_2O_5、K_2O用量均远低于其余农户,追肥则表现为N投入过多、K_2O投入过少;现有管理水平下,N、P_2O_5、K_2O对产量差的贡献率分别为23.1%、22.2%、34.4%,仅6.02%~10.11%的农户施肥达到了高产高效水平;产投结构中,产量达到72.71 t/hm2时产投比最大,此后随产量增加,报酬递减,人工成本尤其收获成本是最大限制因素。针对以上分析,提出缩减木薯产量差的途径为合理密植,缩短连作年数,增施氮磷钾基肥,追肥时减氮增钾,加快研究高产高效施肥技术;推广全程机械化栽培管理。

海南岛木薯主产区产量差及限制因素分析

为分析海南岛木薯主产区产量的限制因素,找出缩减产量差的途径。研究调查海南岛木薯主产区典型乡村木薯种植管理情况,确定各级木薯产量差,从种植密度、连作年数、养分管理、产投结构等方面分析产量差的贡献因素。结果显示：不同产量等级间木薯产量差异显著,基于高产农户的产量差YGT、高产纪录的产量差YGB、模型模拟的产量差YGM分别为15.59、30.98、37.82 t/hm^2;25%最低产农户平均种植密度和连作年数均高于其余农户,其K2O总施用量、基肥中N、K2O的施用量及追肥中K2O的施用量均低于其余农户;现有管理水平条件下,N、P2O5、K2O对产量差的贡献率分别为6.3%、11.0%、6.3%,达到高产高效施肥水平的农户仅4.69%-6.45%;产投结构中,产量达到65.15 t/hm^2时产投比最大,此后随产量增加,报酬递减,人工成本尤其收获成本是最大限制因素。缩减木薯产量差的途径为合理密植,减少连作年数,增施钾肥,调整基追肥比例,增施氮钾基肥,追肥增钾,为节约劳动力成本,推广全程机械化,尤其是收获环节。

中国收获面积差及其产量潜力情景分析

[目的]文章以提升耕地复种为切入点,从区域自然资源禀赋与利用的角度研究我国粮食产量潜力,能为国家科学优化水土资源配置,推进农业供给侧结构性改革提供有益参考。[方法]引入收获面积差的概念,在作物单产与耕地面积保持不变的前提下,从提升复种的角度估算我国收获面积差及其产量潜力。[结果]2005年左右网格尺度研究结果表明:第一,不同水资源分配情景下,中国可收获面积差在0.135亿~0.363亿hm^2(约合2亿~5.4亿亩)之间波动;第二,与不同农业土地利用水平下可能获得的作物产量相结合,该收获面积差最高可转化成7.4亿t的产量潜力;第三,最实际情况下,通过水资源、作物类型、灌溉措施3方面配置,我国拥有0.135亿hm^2(2亿亩)收获面积差,其可转化为1.17亿t的产量潜力,相对于现实产量5.97亿t,约增产19.6%。第四,长江中下游地区同时拥有好的水热条件与相对优良的灌溉设施,而该地区较大的收获面积差与产量潜力说明其水土资源利用还有较高的调整优化空间。[结论]粮食总产受作物单产、耕地面积、复种指数等3个方面综合影响,但前两大因素对我国粮食产量潜力的贡献已经非常有限。

作物产量差研究与展望

作物实际产量与潜在产量间存在较大差距,地区间甚至同一地区不同田块间作物产量也存在显著差异,这种现象在世界范围内的农业生产中广泛存在。缩小该差距对于提高粮食产量,确保粮食安全具有重要意义。本文在阐述开展作物产量差研究重要性和必要性的基础上,从产量差的内涵、研究尺度的扩展及分析方法等方面介绍了目前国内外有关作物产量差的研究进展,并综述了作物生长模拟模型在产量差研究中的应用,最后分析了目前作物产量差研究中存在的问题和不足之处,并探讨了未来作物产量差研究的发展方向。

江淮地区稻–麦周年产量差及其与资源利用关系

江淮地区是我国水稻和小麦重要的生产基地,明确该地区不同产量水平之间的差异特征及形成机制,探索区域粮食生产的限制因子,可为缩减江淮地区周年产量差的技术途径提供科学依据和参考。本研究以稻–麦周年生产体系为研究对象,定量分析不同产量水平田块之间的产量差与气候影响因素。结果表明,江淮地区水稻、小麦及周年农户水平与试验水平和高产纪录间存在显著的产量差,分别为3315.9、1537.5、4645.6 kg hm–2和7498.6、3977.9、9840.9 kg hm^–2。水稻、小麦及周年农户水平较试验水平还有46.2%、29.7%和37.3%的增产潜力,较高产纪录还有104.5%、77.0%和79.0%的增产潜力。每穗粒数是造成水稻产量差的主要因子,穗数和每穗粒数是造成小麦产量差的主要因子。与农户水平相比,水稻试验水平和高产纪录的穗粒数分别增加30.4%和116.1%;小麦试验水平和高产纪录的穗数和每穗粒数平均分别增加40.9%、70.0%和21.8%、19.6%。缩小产量差水稻主要依赖于增加每穗粒数,小麦靠穗数和每穗粒数的协同提高。生育期累积辐射和积温较低是导致水稻产量差异的主要气候因素,而生育期降雨过多是导致小麦产量差异的主要气候因素。根据研究提出了“强稻稳麦”是提升江淮地区周年粮食生产的有效途径。

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。

作物产量差与玉米高产设计

回顾作物产量差及其成因的研究进展,从产量实现的稳定性、群体发育特点、品种选择与栽培技术特征及气候、土壤条件基础等方面,分析了中国玉米高产纪录田块与农户大田玉米的产量形成特征,设计了缩小高产纪录产量与农户产量差距,实现从小面积高产纪录田块到大面积高产的技术途径与方案。作物产量潜力的实现应是多层次的。产量目标不同,产量差距成因不同,产量潜力实现的限制因素、技术需求结构及增产途径也不同,生产技术研究与推广的目标、内容、结构和方式都要进行相应的调整,才能获得预期的目标。理论上阐明了作物实际产量与潜在产量之间差距成因的机制,明确了缩小差距的途径与技术对策,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。