开发北方玉米产业带的生产潜力和发展前景

李晋川，田良才，牛天堂，王宇宏

（1.山西省生物研究所，山西太原030006；2.山西省农业科学院，山西太原030006）

北方玉米产业带是指年降雨量≤500 mm、干燥度在1.5～16的温带和暖温带，自然植被以草原和荒漠草原为主，包括内蒙古、甘肃、宁夏、新疆以及陕西、山西、河北北部，黑龙江、吉林和辽宁西部的广大地区。由于光温反应迟钝的中早熟玉米杂交种的育成，使喜温作物玉米的适宜种植北界大大向北推移，形成了我国东北向西走向的北方玉米产业带。充分挖掘北方玉米带的生产潜力，对于增加我国粮食生产、促进畜牧业发展、保证食物安全、增加农民收益有重要意义。

1 我国玉米种植历史的演进

大约在公元16世纪中期，玉米传入中国，最初只有少量栽培。清朝的200多年里，由于人口迅速增长，随着东南沿海地区农民向内地迁移，玉米开始迅速传播，主要是在四川、陕西、湖北等地以玉米取代低产的糜、黍、稷等作物，在西南地区和南方丘陵山区迅速上升为主粮品种。至19世纪中期，在长江以南不适合种植水稻的旱地也种植上了玉米，以后逐步向北推进至黄河以北地区。公元1846年包世臣著《齐民四术》中，玉米已经发展到与“稻、麦、黍、稷、菽”五谷并列，跃居到“六谷”的地位。到1923年，我国玉米种植面积已达 471.1万hm2，总产量22亿kg，并从“六谷”迅速跃升到第3位，仅次于水稻和小麦[1]。

新中国成立以后，由于发展水利，扩大灌溉面积，推广玉米杂交种，使用化学肥料，特别是随着人口的急剧增长，对粮食需求量增加，玉米成为主要口粮，玉米生产进入新的发展时期。1949年我国玉米种植面积为1 106.7万hm2，总产量是1 241.8万t，50年代平均为1 397.8万hm2，60年代为1 471.8万hm2，70年代为1 808.2万hm2，80年代为1924.6万hm2，90年代为2280.6万hm2。2000—2007年玉米种植面积平均达到2 553.7万 hm2，总产量达到 15 230.0万 t，是 1949年播种面积的2.3倍，总产量的12.3倍[2]。

过去玉米主产区集中在年降水量为600～800 mm以上的无灌溉条件的半湿润和湿润农区，形成了从黑龙江大兴安岭起，经由辽南、冀北、晋东南、陕南、鄂北、豫西，走向川、黔、桂至滇西南，一个东北至西南的狭长玉米种植带，其种植面积和产量占到全国玉米面积和产量的85%以上，被称为“玉米黄金带”。进入21世纪以来，由于光温反应迟钝的中早熟玉米杂交种的推广应用，以及地膜覆盖提高了地温和土壤保水力，玉米适宜栽培区域向北推移了400～500 km，海拔上升了300～500 m，大约在北纬38°～45°之间，在半干旱农区和西北干旱绿洲农区兴起了一个北方玉米产业带。它是新时期我国玉米生产发展的重要方向。

2 开发北方玉米产业带对增加我国粮食产量和保证食物安全有重要意义

2.1 扩大玉米生产是满足我国未来粮食需求的必然趋势

2008年国务院审议通过的《国家粮食安全中长期规划纲要（2008—2020年）》提出，2010年我国居民人均粮食消费量为389 kg，粮食需求总量是5 250亿kg，口粮消费总量是2 585亿kg，占粮食消费需求总量的49%，饲料用量为1 870亿kg，占粮食需求总量的36%；到2020年人均粮食消费量是395 kg，粮食需求总量是5 725亿kg，口粮消费总量是2 475亿kg，占粮食消费需求总量的43%，饲料用量将达到2 355亿kg，占粮食消费需求总量的41%。我国人均GDP已经超过3 000美元，居民的食物消费由温饱型粮食消费为主向小康营养型转变，肉、奶、蛋等动物型消费增加。因此，发展养殖业、提高畜产品产量，成为稳定社会的迫切任务。玉米是发展畜牧业的重要基础，70%用作饲料。据王宏广[3]预测，到2030年我国人口将达到16亿，按照小康生活粮食消费低水平方案，人均粮食400 kg，粮食需求总量达到6 400亿kg，饲料粮将占到60%以上。而作物供需分析的结果是，水稻和小麦按当前的生产发展速度可基本满足2030年的消费需求，作为饲料粮的玉米将出现较大的缺口，大力发展玉米是今后谷物发展的必然趋势，玉米将超过水稻而成为我国第一大谷类作物。

2.2 北方玉米产业带是我国玉米高产区

由于我国夏季受东南季风的影响，使我国温带气候的北方有一个较为凉爽的亚热带夏季，同时夏季风也带来了丰沛的雨水，因而适宜种植玉米。在北方高纬度地区夏季≥10℃的积温在2 200～3 500℃，适合大多数中晚熟玉米品种的生长；夏季最高气温在25～30℃之间，很少出现35～40℃的高温天气，玉米处在最适合的光温范围之内，所以北方光照时间长，光照充足，昼夜温差大，白天有利于光合积累，夜晚降低呼吸消耗，可以积累更多的有机物质，玉米的净光合强度为46～63 mg/dm2·h，光能利用率是3.4%，是小麦净光合强度（15～35 mg/dm2·h）和光能利用率（1.0%～1.5%）的1倍以上；玉米的干物质积累比小麦高出1倍；玉米的蒸腾系数是368，小麦是510，获得等量的干物质产量，玉米比小麦省水。玉米生长与雨温同步，而小麦生长在旱季，在北方高纬度地区光温条件下玉米比传统的主粮小麦和其他作物可以获得更高的产量[4]。

在现代栽培作物中，玉米有很高的生产力水平。2002年美国艾奥瓦州玉米种植者柴欧得在非灌溉条件下创造了27 351 kg/hm2的世界记录，比世界小麦最高产量15 195 kg/hm2和水稻最高产量19 305 kg/hm2分别高出12 156和8 046 kg/hm2；2005年我国玉米专家李登海创造了21 043.5 kg/hm2的全国夏玉米最高记录，是全国玉米平均单产的4倍。目前我国推广的耐密紧凑型玉米杂交种，如郑单958、先玉335、京单28，产量均可达到15 000 kg/hm2以上。从2006年农业部正式开展玉米高产竞赛以来，在北方干旱和半干旱地区，例如陕西的延安和榆林、河北的张家口、内蒙古的赤峰、宁夏的平吉堡、甘肃的凉州和新疆的伊犁不仅是试验田，甚至上万亩的生产示范田都连续获得15 000 kg/hm2的高产。在北方玉米带上，玉米的平均单产为5 625.0 kg/hm2，小麦的平均单产是3 654.2 kg/hm2，其他杂粮为1 651.2 kg/hm2，玉米单产分别是小麦和其他杂粮产量的1.5～3.5倍，玉米生产有很大的优势，但是与大面积高产示范试验田比较仍然有很大的差距，说明玉米还有很高的生产潜力。北方玉米产业带是我国玉米生产的第二黄金带，调整种植结构，扩大玉米生产，对增加我国粮食生产有很重要的现实意义。

2.3 北方玉米产业带有很大的发展潜力

2006年，北方玉米产业带上的主要省区山西、陕西、内蒙、甘肃、宁夏和新疆的粮田面积是1 576.9万hm2，玉米的面积是538.8万hm2，占粮田面积的34.2%。按专业化和区域化的要求，主要粮食作物的面积应占到粮田面积的50%～60%以上，玉米的面积可增加到788.5万～946.2万hm2，比现在增加249.7万～407.4万hm2，按现有的产量5 625 kg/hm2预测，可增加140.5亿～229.2亿kg的粮食产量，比杂粮（平均产量1 651.2 kg/hm2）净增长 100亿～160亿 kg，占我国至2020年需新增粮食500亿kg的20%～32%，对保证我国粮食安全有很大意义。

根据近年来我国玉米生产的发展趋势，开发北方玉米产业带是完全能够办到的事情。以吉林和辽宁为例，玉米的播种面积分别占粮田面积的60%和65%，玉米产量分别占粮食总产量的66%和72%，东北平原成为我国玉米的主产区。从现代农业专业化、区域化、商品化的要求来看，主粮作物占到粮食作物的播种面积60%～65%，符合正常的生产规律。山西是玉米后发区，1978年山西的玉米播种面积是79.3万hm2，占粮田面积的21.8%，玉米产量是271.5万t，占全省粮食总产量的38.4%。2009年玉米的播种面积达到145.12万hm2，占粮田面积的51.9%，玉米产量是654万t，占粮食总产量的69.4%[5-6]。山西号称“小杂粮王国”，传统农业中小杂粮的播种面积占粮食作物面积的40%以上，但是小杂粮产量仅占粮食总产量的20%左右，小杂粮产量水平很低，又占生产主导地位，是制约粮食总产增长的主要因素。进入21世纪以后，玉米超常速度的发展极大地推动了山西粮食总产的增加，扩大玉米生产是山西粮食总产跃上1 000万t平台的决定性因素。

生产实践证明，在北方水资源短缺的旱作条件下，玉米产量不亚于甚至超过南方超级杂交稻，这需要引起有关部门的特别关注。在北方半干旱和干旱地区调整粮食作物种植结构，大力发展玉米，把我国北方建成重要的粮食生产基地，是增加我国粮食总产的重要措施。

北方玉米产业带正处在我国北部农牧交错带上，玉米种植面积达到788.5万～946.2万hm2，按每公顷玉米秸秆可供养30只羊计算，则可增养2.3亿～2.8亿只羊。农区玉米资源与草地畜牧业耦合，大力发展草食动物，把北方玉米产业带建成我国强大的畜牧产业带，对解决我国未来动物产品的短缺、保障食物安全有很大意义。

3 保证北方玉米产业带可持续发展的重要措施

3.1 发展玉米经济、提高玉米生产效益，是北方玉米产业带可持续发展的核心

由于粮食在日常生活中的特殊地位，粮价受社会因素制约，以种植业为主的农业结构，农产品加工转化缺失，粮食生产优势不能转化增值，是传统粮食农业低效，农村经济发展滞后的根本原因。玉米集粮食、饲料、工业原料为一体，通过畜牧业和深加工转化，延长产业链，发展玉米经济产业，提高玉米生产效益，是北方玉米产业带可持续发展的核心。

在农业生产系统中，种植业和养殖业是构成能量和物质循环过程的主体，人们所直接利用的植物产品不超过25%（一般只有12%），其余的75%以上都需要经过动物（特别是反刍动物）转化为动物产品，这一部分产值将等于或者大于植物产品的产值[7]。玉米秸秆占玉米干物质产量的60%，而玉米秸秆的畜牧利用率只有30%，造成资源的极大浪费。我国饲料玉米消费量大约占玉米产量的70%以上，发展畜牧业是提高玉米经济效益的有力保证。

我国大部分玉米用作饲料，但是长期以来人畜共粮，而饲料粮与口粮的要求有很大差异，饲料粮要求高产化、粗粮化，能量与蛋白质合理搭配；而口粮却要求细粮化、改善品质和提高加工花色品种。饲料粮和口粮不分，影响了玉米生产潜力的发挥。以美国为例，饲用玉米产量平均每公顷为15 000 kg，食用玉米仅6 000～7 500 kg。培育高产的饲料品种，粮、料分家，进行玉米品种更新，饲料专业化生产，玉米产量可以倍增[8]。

青贮玉米是提高草食动物饲养水平和奶牛产奶量不可缺少的优质粗饲料。在欧洲，专用青贮玉米面积占玉米种植面积的80%左右，美国青贮玉米占玉米面积的12%。把北方玉米产业带建成我国重要的畜牧产业带，青贮玉米的播种面积要占到玉米播种面积的20%～30%。科学研究证明，普通玉米以青贮的方式收割，每公顷可得粗蛋白质1 317.0 kg，可消化蛋白质917.3 kg，代谢能132 690.0 MJ。只收籽粒时，只能收到生物学产量中粗蛋白质的48.1%，可消化蛋白质的67.6%，代谢能为51.4%[9]。传统青贮玉米主要是粮食玉米的延伸，青贮玉米的产草量大约是90 t/hm2左右。玉米是短日照植物，通过生态调控南种北移，生长在长日照条件下，鲜草产量可以成倍增长。如中原单32，在北京中等水肥条件下，单产为45～60 t/hm2，在广东中等水肥条件下为22.0～37.5 t/hm2，在西北和东北中等水肥条件下达 75～90 t/hm2，高产可达 105～120 t/hm2，是广东和北京产量的2～3倍[10]。研究表明，杂种优势和生态优势叠加可获得超高产的营养体产量，可直接利用热带玉米资源与温带玉米在我国低纬条件下制种，作为北方高纬度地区青贮玉米杂交种，鲜草产量能达到180～225 t/hm2以上，为北方青贮玉米生产开辟了新的增产途径。

在我国北方玉米产业带上胡麻是主要油料作物，单产是1 042 kg/hm2，出油率按40%计，折合产油量是416.8 kg。而高油玉米是人工培育的一种高附加值的玉米新类型，高油玉米的含油量可达到7%～9%，产量可达7 500 kg/hm2，产油量为525～675 kg/hm2，种1 hm2的高油玉米相当于种1 hm2的粮食和1 hm2的油料，“种一收二”。在北方玉米产业带上，高油玉米是很有发展潜力的专用玉米品种。

我国玉米产量的15%～20%是作为工业原料加以利用的，淀粉占深加工玉米总量的57%，燃料乙醇和酒精占30%。玉米化工醇作为石油化学品的替代产物正在兴起，玉米加工业是支撑北方玉米产业带可持续发展的重要支柱产业。

3.2 培肥土壤、提高地力，是北方玉米产业带可持续发展的重要基础

我国现代玉米的育种产量可达到15 000 kg/hm2，玉米的高产记录是21 000 kg/hm2。北方玉米产业带上高产示范田可以达到15 000～18 000 kg/hm2，旱作试验田一般为 9 000～12 000 kg/hm2，优质农田普遍达到6 000～7 500 kg/hm2，但是北方玉米带上内蒙、山西、陕西、宁夏、甘肃、新疆主要省（区）的玉米平均产量仅为5 625 kg/hm2，相当于高产田产量的46.8%～62.5%，与东北三省每公顷有388.3 kg的差距，玉米低产的主要原因是中低产田的比重较大（一般占到70%左右），土壤肥力不足是高产的主要限制因素。

土壤有机质含量多少是评价土壤肥力的较好指标，我国耕地的有机质含量不及欧洲同类土壤的1/2，在土壤有机质含量较低的情况下，土壤有机质含量与作物产量呈正相关。在半干旱地区高产田土壤有机质含量应当保持在15 g/kg以上，才能满足玉米持续高产、稳产的需要。我国北部和西北部地区中低产田面积占到耕地面积的70%以上，土壤有机质含量在10 g/kg以下，一般中产田主要是由于土壤肥力不足和营养元素失衡所造成，这可以通过施肥，特别是有机肥料和无机肥料科学配合而得到提高。土壤培肥的中心任务就是充分利用农业生态系统的有机物料培肥土壤，提高土地质量。但是，在农村生活逐步现代化的过程中，由于规模化、专业化、商品化现代畜牧业的发展，农耕时代户户养畜、种养一体化的生产格局也不存在，农田有机肥的施用量越来越少，积肥和沤粪已经退出了庄户，出现了化肥一统天下的局面，有机肥严重不足是土壤退化的主要原因。应用保护性耕作技术，推广机械化耕作，实行作物秸秆归田，对有机物料进行深加工，生产颗粒复合有机肥，达到有机肥料的浓缩和减量化，改革施肥制度，是现阶段农田土壤培肥的有效措施。

一般认为，有机肥料和化肥施用比例应当为（50～60）∶（50～40），以有机质含量达到 10～15 g/kg作为基本要求，每年玉米秸秆的还田量应达到6 000～7 500 kg/hm2。山西的免耕试验表明，保护性耕作土壤有机质含量由1992年的8.95 g/kg增加到2006年的18.2 g/kg；每平方米的蚯蚓量达到了20～30条，土壤团粒结构得到明显的改善，免耕土壤的蓄水量比传统耕地高23%，平均水分利用率比传统耕地高20%。实施保护性耕作应该注意：一是秸秆还田的最初几年特别容易发生作物与微生物争氮而出现减产，可通过补充化肥来解决，一般认为微生物每分解100 g秸秆需要0.8 g的氮，即每1 000 kg秸秆至少要加入8 kg的氮（约相当于17 kg尿素），使C/N由（80～100）∶1降低到（25～30）∶1，才能保证作物产量不受缺氮的影响；二是要由免耕播种机、深松机、秸秆还田机等配套农具完成机械化耕作，才能保证保护性耕作体系的实现[11]。保护性耕作已在全球70多个国家推广应用。美国、加拿大、澳大利亚、巴西、阿根廷等国推广应用面积已占本国耕地面积的40%～70%；世界各国推广应用面积总和约占全球耕地面积的11%以上；我国推广应用面积仅占全国耕地面积的2.2%，发展任务还十分艰巨。

3.3 构建玉米标准化生产技术体系，是北方玉米高产的根本保证

标准化生产是作物获得高产、保证食品安全、提高栽培效益、实现农业现代化生产的重要途径。实践证明，在北方玉米产业带保证玉米高产的关键有以下几点。

3.3.1 推广紧凑耐密型高产玉米杂交种 现在国内外的重要经验就是高密度栽培。美国的玉米高产密度一般是90 000株/hm2左右，世界最高产量记录的密度是108 000株/hm2。我国玉米高产竞赛中达到15 000 kg/hm2以上产量的杂交种郑单 958、先玉 335、京单 28、浚单 20、SC704、超实1号和2号，密度均达75 000～90 000株/hm2，高产田的最低密度也在67 500株/hm2以上。在一般大田密度每增加7 500株/hm2，可提高玉米产量750 kg/hm2左右，培育区域化、专业化要求的紧凑耐密型玉米杂交种，普遍增加种植密度是保证玉米高产的重要措施。现在玉米生产中突出的问题是：种子部门出于自身的经济利益，推出的杂交种多而乱，在一个村里同时种植很多杂交种，良莠不齐。政府有关部门应根据品种试验结果和专业化生产的需求，提出2～3个最好的骨干杂交种，作为标准化生产用种。

3.3.2 推广地膜覆盖技术，提高玉米产量 进入21世纪以来，处于半干旱地区的甘肃省，创造和推广了“全膜双垄沟播”旱地玉米种植技术，在年降水量300～500 mm的地区，较半膜垄作或全膜平铺增产30%以上，平均增产1 980 kg/hm2，水分利用率提高30%以上，可使玉米提前15 d成熟，且玉米种植海拔高度提高了200～300 m，旱地玉米平均产量都在7 500 kg/hm2左右，最高的达10 500～12 000 kg/hm2，被认为是旱作农业的一场革命[12]。在北方玉米产业带推广应用“全膜双垄沟播”旱地玉米种植技术，秋季或早春覆膜,高效保水节水，是玉米保产、稳产的重要技术措施。

3.3.3 推广测土配方施肥技术，提高肥料利用效率 玉米是生长量大、产量高、需肥多的作物类型。美国玉米高产田的土壤有机质含量40～50 g/kg，速效磷 50 mg/kg，速效钾 300 mg/kg，土壤结构良好，且具有极强的蓄水能力，即使年降雨量为250～330 mm，在不灌溉的条件下也能创造出15 000 kg/hm2的高产。我国的玉米高产竞赛表明，在广大西部地区土壤有机质含量一般在10 g/kg以下，速效磷30 mg/kg，速效钾120 mg/kg以上，在如此低的土壤肥力下，只要能满足玉米对养分的需要，也能创造出15 000 kg/hm2的高产。通过测土配方施肥和平衡施肥，提高肥料利用率，防止养分流失，降低生产成本，是玉米高产的重要保证。

3.3.4 推广病虫害综合防治技术 根据北方玉米主产区病虫害发生规律，建立科学的预测预报和防治机制，大力推广种子包衣、生物防治、灯光诱杀、化学除草等技术，着力抓好玉米螟、大小斑病、丝黑穗病等重大病虫害的防治工作，积极探索社会化、专业化服务机制，努力减少病虫为害。

3.3.5 提高玉米生产的机械化水平 播种、收获、秸秆还田、垄作铺膜、保护性耕作等全过程的机械化、标准化，是降低生产成本、提高土地产出率、劳动生产率和资源利用率，增强农业综合生产力的有效措施。机械化作业省时、省力、高效，靠人工很难完成的田间作业，可以通过农机社会化服务得到解决。玉米生产机械化是现代玉米生产的重要技术支撑。

总之，发展北方玉米产业带，在我国饲料粮短缺、动物食品需求增加的现实下，对增加我国粮食产量而且对保证畜牧业的发展有重要作用。我国将形成东北地区、黄淮海地区、长江中下游地区，以小麦、水稻、玉米商品粮为主，北部和西部以饲用玉米和畜牧业生产为主的农业格局。针对这种发展趋势，主动采取措施，实施区域化、专业化、产业化发展，对保证我国居民食物安全，增加农民收益，保持社会安定有积极意义。

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