玉米高产的正解-李宗新

玉米高产的正解李宗新王庆成山东省农业科学院玉米研究所玉米是粮食、经济、饲料、能源、果蔬等多元用途作物，是我国第一大粮食作物。在国家新增1000亿斤粮食生产能力规划中，玉米分担着其中53%的增产份额，玉米产量的丰与歉已成为左右我国粮食供求形势的重要因素。随着经济发展和人民生活水平的日益提高，我国玉米需求将继续保持刚性增长，玉米产业供需将长期处于紧平衡状态。因此，追求玉米高产是永恒的主题。当前，我国农业经济发展进入新常态，玉米高产面临着价格“天花板”、成本“地板”挤压和资源环境“红线”约束的难题，有必要重新分析一下玉米高产的内涵，帮助大家正确理解“玉米高产”。玉米是世界上产量最高的谷类粮食作物，也是禾谷类作物中增产潜力最大的作物。目前，世界春玉米高产纪录是由美国农民弗朗西斯·恰尔兹于2002年创造的，单产高达1850.2公斤/亩，世界夏玉米高产纪录是由著名育种专家李登海先生于2005年创造的，单产高达1402.9公斤/亩。这一方面向我们展示了提高玉米产量的潜力，另一方面也向我们提出了这样的问题，即玉米的产量潜力究竟有多大？或者说，玉米的最高产量到底能达到多少？这是广大科技工作者和农民朋友都很关心的问题。一、玉米子粒产量是怎样形成的？种下一粒玉米种子，发芽长大，最后能形成100~400克子粒。有人对玉米根、茎、叶、果穗和子粒进行化验分析发现，主要成分是碳、氢、氧，占到91%~98%，而农业生产中我们施用化肥的主要成份是氮、磷、钾，那么这些物质是从哪里来的呢?进一步研究发现，它们主要来源于大气和土壤中，是玉米植株吸收土壤中的水分，同时利用太阳能将空气中的二氧化碳固定合成而成的。换句话说，它们都是玉米进行光合作用的产物。二氧化碳和水是光合作用的原料，二氧化碳主要是通过玉米叶片从空气中吸收的，水主要是根部从土壤中吸收的。叶片是进行光合作用的场所，好比工厂。因此，叶片适当多一些，一公顷土地形成的光合产物，也就是子粒可能就会多一些。太阳光是光合作用的动力，它好比工厂的电，电力充足，机器才能开动起来进行生产。玉米种的过稀，叶片少，光合面积小，产量就不高；或者施肥不够，叶片小，产量也不高。但是，如果种的太密，叶片相互遮光，下面的叶片光照弱，光合作用降低甚至停止，产量也不高；又或者施肥过多，玉米生长过旺，叶片遮荫，光合降低，产量也不会太高。糖和氧气是光合作用的产品，氧气作为副产品被释放到空气中去。糖在玉米植株体内进一步转化成更复杂的有机物质，如转化成淀粉、纤维素、脂肪等；如和土壤中吸收来的氮、磷、硫等结合，则形成蛋白质、核酸等。在玉米开花前，这些有机物质主要用来形成根、茎、叶、雄穗和雌穗，使玉米植株逐渐长大；开花后，主要用来形成子粒。可见，一切农业措施如播种、施肥、浇水等，凡是有利于玉米光合作用和光合产物积累的，就能够增产；否则，就不能增产，甚至减产。也就是我们常讲的“向光要粮，向光合要产量”。二、玉米高产潜力到底有多大？玉米是C4高光效作物，被誉为21世纪的“谷物之王”。世界玉米高产纪录比小麦（1013公斤/亩，1978年，中国青海）和水稻（1287公斤/亩，2006年，中国云南）高产纪录分别高出837公斤/亩和563公斤/亩。广义上来说，玉米的高产潜力是指某个地区潜在的玉米光温理论产量。假如所有栽培措施都能完全满足玉米需求，玉米的最高产量主要决定于这个地区玉米生长季节内的太阳辐射到地面光能的多少、温度高低、降雨量多少以及空气中二氧化碳的浓度等。这就是仅与当地产区生态条件相关的玉米最高的光温理论产量。有研究表明，在美国玉米带优越的自然条件下，采用最佳农艺，充分利用光热资源，抓好选用新的高产杂交种、增施肥料、适期播种及防治病虫害等技术，玉米潜在的光温理论产量可以达到5495.3公斤/亩。玉米光温理论产量水平的区域变化表现出明显的地带性。不同玉米产区的光照、温度、降雨等存在差异，导致不同玉米产区的的光温理论产量不尽相同。中国东北玉米产区与黄淮海玉米产区相比，其无霜期较短、气温较低，玉米光温理论产量也就小一些。山东省地处黄淮海地区，是我国玉米的主产省份之一，小麦、玉米轮作是我省主要的粮食作物种植制度。我们可以依据我省的光照、积温等生态因素推算一下中国夏玉米的最高理论产量。表1山东省夏玉米产量潜力的估算1.玉米生育期内太阳总辐射能（6~9月份）216.304KJcm-22.用于光合作用的可见光部分（400~700毫微米），为总辐射的49%105.989KJcm-23.可见光部分总的光量子能量（约4.65EJ-1）492848.85Ecm-2a.反射率10%-49284.89Ecm-2b.漏射率30%-147854.66Ecm-2c.非光合器官的无效吸收10%-49284.89Ecm-24.用于光合作用的光量子能量246424.41Ecm-25.还原CO2量（还原1molCO2需要10mol光量子）24642.4molCO2cm-26.呼吸损失CO2（33%）-8132molCO2cm-27.光合产物（CH2O）净产量16510.4molCH2Ocm-28.将molcm-2换算成gcm-2a.16510.4molcm-2=0.0165104molcm-2b.CH2O=30gmol-1165.1molm-2165.1molm-24953gm-29.假设干物质中8%来自土壤中的矿质元素，则总干物重5383.7gm-2=23837kg/公顷a.含水量13.5%时生物产量b.扣除17%的根系62239.3kg/公顷51658.6kg/公顷10.子粒产量潜力（经济系数0.55）28412kg/公顷在夏玉米生长期间的6~9月份，山东地区太阳辐射量大约为216.304kJ/㎝2，根据此值推算，山东省也是我国的夏玉米光温理论产量潜力为1894.1公斤/亩（表1）。这一数据远远高于我省现在平均单产442公斤/亩的水平，比李登海创造的高产纪录还高491.2公斤/亩。可见，我省玉米的增产潜力还远远没有得到发挥。这就是希望所在，如何缩小理论潜力产量与一般大田实际产量之间的差距，就是我们玉米科研工作者和农民朋友共同努力的方向和目标。三、玉米高产的实践探索自20世纪60年代绿色革命以来，围绕提高作物产量，世界许多国家和组织围绕提高玉米产量潜力开展了大量的高产研究与实践，陆续创造出了一批玉米的高产纪录。高产纪录是在现有理想的品种特性、地理环境和栽培管理条件下一个区域曾经达到过的玉米最高单产，是已经实现的玉米最高生产力。玉米育种和高产栽培专家李登海从1972年起开始夏玉米高产攻关试验，探索玉米增产途径和潜力，至今已经持续了40多年，多次创造和刷新世界夏玉米高产纪录，是我国开展玉米高产纪录探索的先驱者和纪录保持者。比较分析中国自1988年以来的夏玉米高产记录单产与我省玉米实际单产的变化趋势可以看出，我国玉米高产纪录单产远远高于实际生产中平均单产，平均高出286.3%（图1）。1988~2014年期间，中国玉米高产纪录单产年均增加15.2公斤/亩，而同期我省玉米平均单产年均仅增加4.3公斤/亩。在现有生产管理条件下，我省玉米生产潜力远远没有得到充分的挖掘看，农户实际产量与潜在理论产量之间存在较大的差距，这种情况在国内外也是广泛存在的。一般说来，作物纪录产量与一般大田产量之间的差额就表明了其可以挖掘的生产潜力。可见，山东省甚至全国夏玉米单产水平提高空间还很大。图11988~2014年中国夏玉米高产记录单产与山东实际单产的变化趋势提高产量潜力、缩小产量差距对于全面提升我省、我国玉米产量水平和生产效率，确保粮食安全具有重要意义。自2004年开始，国家相关部委陆续启动实施的“国家粮食丰产科技工程”、高产竞赛、超高产研究、高产创建等活动引领了我国玉米高产探索，在挖掘玉米生产潜力中发挥了重要作用，也为全国玉米生产提供了强有力的技术支撑。山东省省委省政府历来高度重视玉米生产，相关部门相继制定出台了《山东省种业振兴规划(2011-2015年)》与《山东省千亿斤粮食生产能力建设项目管理暂行办法》，并于2008年始开展了争创玉米亩产“千斤省”活动，在玉米主产县建立了“省长指挥田”，省市财政统筹安排各项支农资金加大对玉米产业的支持力度，一系列政策和保障措施有力地保障了我省玉米产业的良好发展势头，玉米单产水平逐年提高，种植面积不断扩大，玉米总产量随之节节攀升。到2013年，我省玉米种植面积达到了4591.1万亩，平均428.55公斤/亩，总产达到历史最高1967.5万吨，全省玉米产量占全省粮食作物总产的比重也不断提升。四、正确理解玉米高产高产潜力的研究、高产纪录的探索都是为了从理论层面、技术层面探寻玉米潜在生产能力和区域性实际生产能力。实现玉米高产，并不是强行开展高产潜力研究和高产纪录探索。事实上，玉米由低产变中产、中产变高产就是不断实现玉米高产的过程。与高产玉米品种所具有的遗传产量潜力相比，我省现在的玉米单产水平还处于较低水y=4.2768x+927.78y=4.2048x+286.1102004006008001,0001,2001,4001,60019881990199219941996199820002002200420062008201020122014高产纪录实际单产286.3%公斤/亩年份平。造成我省玉米单产水平较低的因素，不是化肥、农药、化学除草剂和水分的投入不足，而是因为玉米种子质量不高、种植密度不够、病虫草害防治不力等诸多因素的影响，良种良法不配套导致了玉米单产增长缓慢，投入产出比不高。这些技术因素限制了玉米产量的进一步提高，同时也是提高玉米产量水平的潜力所在。缩小高产纪录与农户大田生产的产量差是实现玉米大面积增产的关键途径。各地高产纪录主要是在自然资源条件和土壤基础较好的地区与地块培创的，存在投入偏高、技术繁琐、重演性差、难以复制等诸多问题。我省乃至全国范围内，大约三分之二的玉米地块属于中低产田，刻意地去追求或模仿高产纪录，照搬培创高产地块的栽培技术，是不可取的。单纯的追求高产，已经不适应农业经济发展的需要，与广大农民朋友增产增收的期望也是不相符的。要积极改变思维，转变玉米生产方式，从主要追求产量增加和拼资源的粗放经营，转变到产量、品质和效益并重的健康生产方式上来，注重依靠科技创新和简化高效、机械化、标准化的生产技术，在实现玉米高产的同时，还要保证资源投入的高效、生产收益的增加、生产效率的提高。一些科学家已经意识到这一点，开展了一系列不同生态区域、不同地力水平、不同产量目标打的玉米高产潜力突破的试验研究，初步总结出以简化、节本、高产、优质、高效为主攻目标，以耐密、抗逆品种和机械化作业为载体，实行高产、高效栽培为特征的玉米大面积高产技术途径。因此，必须正确理解玉米高产，方能实现玉米高产高效。具体来说，综合由低产变中产、中产变高产的经验，必须从突破限制玉米单产提高的关键因素入手，抓住以下几个要点：一是选用适宜良种。良种是获得玉米高产的基础，要根据当地的气候条件、土壤情况，因地制宜地选择优良玉米品种。二是合理密植。选用了合适的良种，针对良种的特点和土壤的特性，对品种进行适合密度的种植，才能发挥出品种群体高产的潜力。三是科学施肥。高产田要求土壤肥沃、结构良好，能排能灌；耕作过程中注重秸秆还田，增施有机肥。同时要做到配方施肥，缺什么补什么，切勿过量施肥；鼓励施用玉米专用肥，一次性种肥同播，简化高效。四是要适期收获。任何品种如果收获过早，对产量影响很大；收获较晚，容易倒伏，在玉米子粒完熟时收获能够获得高产量、高收益。