武川旱农试区农田水分生产潜力研究陈阜，龙牧华，刘巽浩（北京农业大学北京１０００９４）摘要 运用田间定位试验、高产地块调查及理论公式测算等多角度方法，对半干旱偏旱地区─—内蒙武川 的农田水分生产潜力进行了研究，并对作物产量与气象因子、施肥条件及水分利用率的定量关系进 行了探讨。结果表明；该地区限制农作物产量的主要因子是降水分布状况与养分供应不足，不同类 型耕地的水分生产潜力相差甚大，近期约有２０％的潜力，远期约有１倍左右的潜力。关键词农田 水分生产潜力，田间试验，内蒙武川内蒙古武川为降水３００～３５０ｍｍ的半干旱偏旱类型区， 也是我国较为典型的农牧交错地带，其气候特点是由半干旱向干旱气候过渡，自然植被上由干草原 向荒漠化草原过渡。在“七五”攻关的基础上，“八五”期间对这一地区的农用地生产潜力及水分 效率继续进行了深入探讨。１研究方法１．１定点定位的田间小区试验在试区选择代表性地块，进 行各种主要作物肥力梯度的潜力试验。分别在旱坡地、旱平地、滩川地及水浇地等不同类型耕地上 进行多点试验研究，并系统测定和分析农田水分状况，施肥条件，管理技术等对作物生产力的影响 关系。１．２实地大范围考察和典型调查在田间小区试验的基础上广泛进行农户调查和地块调查， 从较大范围把握当地农田生产力水平及其限制因子，一方面可克服田间试验微观研究的局限性与片 面性，另一方面可以从宏观上查明当地农业生产的主要障碍因子及开发途径。１．３理论公式推算 与计算机模型模拟利用当地气象资料、田间定位试验资料及典型调查资料作为基本的数据来源，充 分利用理论公式和计算机模拟技术，使生产力的有关研究定量化，运用相关、回归等统计方法和作 物生产潜力的估算公式，以及ＤＩＰＳ软件对各种气候因素与生产力关系、作物生产潜力测算及其 模型建立进行较深入的研究。本研究是国家“八五”旱农攻关项目８５－００７－０１－０９专题 部分内容。２研究结果与分析２．１作物生产力的影响因素２．１．１气象因子２．１．１．１利 用武川试区１９６３～１９９３年共３１年的气象数据和春小麦（当地主栽作物）产量数据进行统 计分析。选择降水量（年降水量Ｒｙ和生育期降水量Ｒｇ）、风速（年平均风速Ｗｙ和生育期平均 风速Ｗｇ）、气温（年平均气温Ｔｙ和生育期平均气温Ｔｇ）、日照时数（年日照时数Ｒｄｙ和生 育期日照时数Ｒｄｇ）等共８个气象指标与春小麦产量Ｙ的回归分析得到：Ｙ＝１７６．６１－１ ２．８８Ｔｙ＋２．４７３Ｗｙ－０．１９２Ｒｙ－０．１３６Ｒｄｙ－１４．６４６Ｔｇ－８． ７９６Ｗｇ＋０．５０５Ｒｇ＋０．４４５ＲｄｇＲＲ＝０．７６６６７Ｆ＝３．９２１＞Ｆ０． ０１＝３．４５对以上各气候因子作进一步的逐步回归分析，发现影响产量的主要因子是生育期降 水量和全年降水分布状况。２．１．１．２根据３１年的气象及产量数据统计分析还发现，降水年 型与产量年型的吻合度较差，即丰水年并不一定是高产年，而干旱年亦不都是低产年，而关键取决 于年内降水分布状况。（表１）２．１．２土壤条件２．１．２．１不同耕地类型的作物产量比较 ：各类型耕地的作物产量差异甚大，当地面积最大的旱坡地产量水平较低，要加强农田基本建设， 部分退耕种草，同时要充分利用当地条件较好的二阴地、水浇地，对解决粮食生产作用重大。（表 ２）２．１．２．２不同茬口的作物产量：不同茬口在土壤水分，养分特性上差异明显，而且在病 虫草害等方面对后作影响也大，不同的茬口后作的产量差异相当明显，水分利用效率相差较大。（ 表３）２．１．３施肥条件据多年的田间定位试验结果，不同施肥处理的作物产量相差较大，水分 生产效率差异相当明显，通过增施肥料，可以有效提高作物产量及水分利用效率。目前大田作物一 般水分生产效率０．１５～２．２０ｋｇ／（ｍｍ·亩），通过增施肥料可以提高近１倍。（表４ ）２．１．４耕作与栽培管理技术据在试区１９９３年近１００个地块的典型调查，不同春小麦品 种的产量最大差异可达４０％，马铃薯达３０％，良种的推广应用是当地作物增产的关键因子。另 一方面，种植密度低、播种量小也是限制作物产量的重要因素，目前当地春小麦的播种密度一般不 足２０万株／亩，其最大ＬＡＩ在３左右，平均为２左右。据有关的试验测定，合理的种植密度应 为２５～３０万株／亩，最大ＬＡＩ达４．５～５．０，平均的ＬＡＩ达到３左右。２．２主要作 物的自然降水生产潜力２．２．１公式法测算运用改进的Ｗａｇｅｎｉｇｅｎ法测算作物的光温生 产潜力，并结合水分在作物生育时期限制作用，从水分制约下的产量降低率测算作物自然降水生产 潜力值。为保证测算值的准确性，所运用的各项参数基本都来自田间试验资料与实地调查结果，并 分别探讨了干旱、平水及丰水不同降水年型的作物生产潜力值，因为在不同的降水年型，各项参数 并不完全一致，而且作物产量相差甚多，分年型测算能有更好的代表性（表５）。２．２．２田区 试验法获得的作物生产潜力（表６）按当地自然降水条件下，选用最适宜的品种和管理技术，最佳 的施肥水平和种植密度所获得各作物产量值，此潜力值反映当地可能实现的最大作物生产力，更接 近实际。２．２．３高产地块典型调查的潜力值（表７）为充分验证和查明当地作物的自然降水生 产潜力，在公式测算和田间试验的同时，对试区的农户和地块进行了大量的高产典型调查。调查的 高产记录值基本上反映了当地在自然降水条件下的作物最大生产力。从以上三种不同角度分析的作 物降水生产潜力结果可以看出，田区试验结果与高产典型大致相近，而公式测算值偏高，大约相差 ２０％～３０％，因此也可以把公式测算的潜力值作为上限，而田区试验值作为下限，其范围则反 映当地作物在自然降水条件下的潜力值。总体来看，与现实产量水平相比较，大致有１倍左右的产 量潜力。２．３水分生产潜力趋近度（ＤＴ）与降水因子的关系水分生产潜力趋近度ＤＴ的基本含 义是指农田实际水分生产效率向潜在水分生产效率的趋近程度，用潜在水分生产效率与实际水分生 产效率的比值表示，其倒数Ｓｋ可视为降水效率开发度。趋近度（ＤＴ）愈小，表明水分生产效率 愈高，其计算公式为：ＤＴ＝（Ｙ＇／Ｒ′）／（Ｙ／Ｒ），式中Ｙ＇表示某种年型（丰、平、旱 ）的降水潜力值，Ｒ＇为对应年型的年平均降水量；Ｙ表示某个年度的实际产量，Ｒ为该年度的年 降水量。通过分析武川县１９６３～１９９３年的ＤＴ值，发现其波动幅度很大，范围在１．５～ ５．５之间。对应的Ｓｋ值在１０％～５０％之间，这表明该地区水分生产效率的潜力在１倍以上 。通过多元回归方程的模拟（经验证，相对误差在１５％以内），得到不同年型的水分生产潜力趋 近度与降水因子模型：干旱年ＤＴ＝０．８６３－０．０００３Ｒ５下－０．００１Ｒ＋０．００ １Ｒ１０＋０．００４Ｒ３下平水年ＤＴ＝０．３０１＋０．００８Ｒ５＋０．００２Ｒ５下－０ ．００１Ｒ８中丰水年ＤＴ＝０．３４１－０．００２Ｒ８中＋０．３８Ｒ１２上式中：Ｒ５下指 ５月下旬降水量，Ｒ５指５月份总降水量，Ｒ指全年降水量，余类同。２．４作物产量与水分利用 率的关系利用多点多年的试验结果统计分析，发现旱地作物产量（Ｙ）与水分利用效率（ＷＵＥ） 呈直线关系：Ｙ＝－１．４０４＋３１８．９５ＷＵＥ（Ｒ＝０．８２５）。即水分利用效率每提 高０．１ｋｇ／（ｍｍ·亩），单产可提高３１．９ｋｇ／亩。进一步研究表明，增施肥料对作物 的耗水量影响不大，但可以有效地促进作物干物质积累进程，从而大幅度提高作物的水分利用效率 。３结论及建议３．１该地区由于气候、土壤条件较差，是我国北方旱农开发的边缘地带，从其农 田生产来看，大致还有１倍左右的潜力，但由于现实产量很低，其潜力绝对值也相当有限。研究表 明，当地旱地主要作物的潜力值在１５０ｋｇ／亩左右，近期可望达到１００ｋｇ／亩左右，远低 于一般农区的产量水平，但由于旱区人口众多，温饱问题尚未根本解决，开发该地区的农田生产潜 力意义仍然重大。３．２当地农田单产水平低，关键限制因子在于土壤肥力低，降水利用效率差， 通过适当增施肥料，提高种植密度和管理水平等措施，提高单产的潜力甚大。化肥从现在的１．５ ｋｇ／亩逐步提高到３ｋｇ／亩和６ｋｇ／亩，配合品种、栽培耕作措施等改良，使产量在近期内 提高２０％～３０％，远期提高近１倍。３．３根据当地农牧过渡地带及人均耕地近１０亩的特点 ，推行人均１亩水浇地、２亩二阴地、３亩旱地和３亩草地的“１２３３”种植模式。从当地地下 水资源状况看，可达到人均１亩水浇地；二阴地面积占耕地的２０％，可人均２亩；旱坡地中条件 稍好的种植农作物，其余退耕种草。根据不同类型农田的产量潜力看，水浇地３００～４００ｋｇ ／亩，二阴地１００～１５０ｋｇ／亩，旱坡地７０～８０ｋｇ／亩，草田１０００ｋｇ／亩鲜草 ，这样可以实现人均５００～６００ｋｇ粮食和３０００ｋｇ鲜草，基本达到粮食自给有余，并可 促进羊、牛、兔等草食家畜及猪的饲养。参考文献｜｜１陈阜．旱农边缘区─内蒙后山地区农业潜 力与开发对策．见：北方旱农综合发展研讨会论文集，北京：农业科技出版社，１９９４ ２． 龚绍先．内蒙后山地区旱地农业降水利用效率提高途径的探讨．北京农业大学学报，１９９０；１ ６（２）ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳｏｉｌＷａｔｅｒＰｒｏｄｕｃｔｉｖｅＰｏｔｅｎｔｉａｌｉ ｎＲａｉｎｆｅｄＦａｒｍｌａｎｄｉｎＷｕｃｈｕａｎＲａｉｎｒｅｄＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａ ｌＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＡｒｅａＣｈｅｎＦｕＬｏｎｇＭｕｈｕａＬｉｕＸｕｎｈａｏ（Ｂｅｉ ｊｉｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０００９４）ＡｂｓｔｒａｃｔＳｕｃｈｍｅｔｈｏｄｓａｓｔｈｅｆｉｅｌｄｆｉｘｅｄｔｅｓｔｓ，ｉｎｖｅｔｉｇａｔｉｏｎｉｎｔｏｔｈｅｈｉｇｈ－ｙｉｅｌｄｉｎｇｆａｒｍｌａｎｄｓａｎｄｅｓｔｉｍａｔｉｏｎａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｆｏｒｍ
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