沿淮淮北砂姜黑土区小麦大面积超高产栽培理论与实践

曹承富　肖扬书　武际　曹军　高峰　李学章　牛泉清　杨剑波

摘 要：为有效缓解安徽淮北砂姜黑土“旱、涝、瘦、僵”的不良属性和自然灾害频发的过渡性气候对该区小麦持续丰产和生产潜力发挥的影响。自“十一五”国家粮食丰产科技工程项目实施以来，通过采用攻关研究、多年多地示范验证和定点田块建档追踪分析的方法，围绕区域土壤特征、生态条件及小麦生产现状，研究了砂姜黑土培肥改良、品种利用、高质量群体构建、资源高效利用、科学施肥和防病防倒伏，建立了适应淮北地区过渡性气候和砂姜黑土特点的小麦9750 kg/hm2的“一增二改三防”超高产综合技术体系。结果表明，该综合技术体系的运用实现了太和、涡阳、蒙城等项目县百亩高产攻关田多年产量超过9750 kg/hm2的水平，并创造了同年多点产量超过11400 kg/hm2的高产典型。经大田实践验证，该技术体系的形成对黄淮南部砂姜黑土区小麦大面积增产增收具有重要的实际应用价值和推广意义。

关键词：砂姜黑土；小麦；超高产；技术体系

中图分类号：S31 文献标志码：A 论文编号：2014-0745

0 引言

安徽位于北纬33°附近的小麦生产潜力区，常年小麦种植面积超过240万hm2，总产量超过130亿kg，播种面积和总产量分别居全国第三、四位[1]。然而安徽小麦单产水平与相邻的山东、河南省相比仍存在一定的差距，尤其是高产田块年际波动大，高产重演性差，究其原因，除受土壤和气候因素影响外，技术配套性差和综合技术集成度不高也是重要方面。在小麦高产技术研究方面，刘正飞等[2]研究了高肥地小麦再高产综合农艺措施，为高肥力地区小麦的再高产提供了技术支持。曹雯梅等[3]通过研究小麦高产及超高产优化管理模式对小麦产量的影响，提出了小麦高产、优质、高效、环保的管理策略，為促进小麦持续稳产增产提供了理论帮助。庞孟阁[4]通过研究将旱地小麦高产稳产的基本技术要点归结为十个字，即：“改土、配肥、良种、精播、细管”，在一定程度上促进了我国旱地小麦产量的提高。虽然国内对小麦超高产栽培综合技术体系进行了很多研究，但针对安徽淮北砂姜黑土区这一典型土壤和过渡性气候的小麦持续高产栽培综合技术集成研究还存在一定不足。

砂姜黑土是黄淮海地区三大中低产土壤类型之一，据中科院南京土壤所精确解析，全国砂姜黑土面积达322.37万hm2，安徽所占面积最大，达155.77万hm2，占砂姜黑土总面积的48.3%，主要分布在沿淮淮北小麦主产区[5]。砂姜黑土质地粘重，结构性差，适耕期短，难耕难耙，养分贫乏，有机质含量低，整地播种质量难以提高[6-7]；加之受南北过渡性气候影响，干旱、洪涝、冻害等自然灾害频繁发生，严重影响小麦持续丰产和高产。针对这一现状，自“十一五”国家粮食丰产科技工程项目实施以来，围绕该地区小麦高产稳产的总体目标，重点研究了砂姜黑土培肥改良、品种的科学布局与选择、高质量群体的构建与调控、资源（温、光、肥、水）的高效利用与科学运筹、生育后期倒伏和早衰的有效防控等技术，旨在通过建立和完善适应淮北地区过渡性气候和砂姜黑土特点的小麦持续丰产综合技术体系，为该区域小麦生产持续发展和大面积增产增收提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 数据来源

表中数据皆来自本课题组2006—2014年在安徽淮北砂姜黑土区的田间试验结果。

1.2 统计方法

用Excel 2003对数据进行处理，采用DPS 7.05和最小显著差数法（LSD）对数据进行方差分析。

2 小麦大面积超高产栽培理论与实践

2.1 选用弱冬性为主的超高产品种，充分利用区域温光水资源

据对各地产量达到9000 kg/hm2以上水平的24例高产攻关田种植品种分析，其中‘烟农19、‘济麦22等弱冬性品种19例，占79.2%，尤其以蒙城、濉溪为代表的淮北中北部均为‘烟农19和‘济麦22。说明淮北地区选用弱冬性高产品种，适期早播，充分利用温光水资源是实现超高产栽培的前提。原因主要基于3个方面：（1）区域气候变化。通过分析30年来区域气象资料（数据来源于安徽省气象局气科所），气候变化呈现小麦适播期内降水减少、冬前积温增高及冬季低温日数减少、极端最低气温升高的趋势。据对沿淮淮北23个气象站点1981—2013年降水数据分析，2004—2013年9月中、下旬平均降水量较1981—2003年同期分别增加76.46%和46.06%；2004—2013年10月上、中、下旬平均降水量较1981—2003年同期分别下降85.86%、78.21%和17.86%。1981—2003年间10月1日至12月20日大于0℃积温平均为865.75℃，2004—2013年同期积温平均为942.82℃，冬前大于0℃积温增加了77.07℃，增加的积温可使小麦多生长1片主茎叶。因此，生产上选用弱冬性小麦品种，不仅可以充分利用9月降水，在前茬作物收获后趁墒适时播种，实现小麦一播全苗，又可有效降低早播带来的冬前旺长可能导致的冬、春季冻害风险。（2）弱冬性小麦品种具有“产量潜力高、抗逆能力强、早播风险低、迟播减产少”的特性。与春性品种相比，淮北地区种植弱冬性品种具有明显优势：一是产量潜力大。一般而言，弱冬性品种的产量水平比春性品种高，尤其在重灾之年更能发挥品种的稳产增产作用。二是播期弹性大，提前或推迟播期小麦产量均较稳定。三是抗灾能力强，可以解决沿淮淮北地区频繁出现的小麦播种期间干旱和冬春季冻害问题。四是分蘖成穗能力强。淮北地区常因整地质量差导致缺苗断垄，弱冬性品种因其具有较强的分蘖成穗能力，易获得较多的穗数，一定程度上可弥补因缺苗断垄对产量造成的影响。（3）种植制度变革。淮北地区近20年来夏播作物由甘薯、棉花等晚茬作物转向玉米、大豆等早茬作物，目前淮北旱茬麦区夏季作物90%以上为玉米、大豆、芝麻、花生，这些作物腾茬较早，在9月中下旬就能成熟收获。为小麦适期早播、充分利用温光资源提供了可能性。

通过连续多年多点品种筛选，沿淮淮北地区产量稳定达到9000 kg/hm2的品种有‘烟农19、‘淮麦25、‘周麦18和‘泛麦5号等；产量稳定达到9750 kg/hm2的品种有‘济麦22、‘淮麦29、‘周麦27等。不同产量水平品种间穗数存在一定的差异，9750 kg/hm2以上潜力的品种要求每公顷穗数至少684万以上；不同产量水平品种间穗粒数的变幅较大，其高于34粒对实现9750 kg/hm2目标有一定的保障；千粒重在不同产量水平品种间差异较小，但9750 kg/hm2以上产量水平时可以达到47.8 g。因此，要实现超高产目标，产量构成三因素需均衡提高，表1为2006年至2013年通过试验和实践证实的不同产量水平品种所需具备的产量三要素构成情况。

2.2 增施有机肥与秸秆还田，提高土壤基础肥力

良好的土壤耕层结构和较高的地力水平是小麦高产栽培的基础。砂姜黑土“旱、涝、僵、瘦”的不良属性严重阻碍了作物高产稳产的实现。据对2014年高产典型田块施肥结构分析，自2005年以来，太和、涡阳和蒙城三点长期有机肥与化肥结合，太和徐淙祥户每年施用优质厩肥均在30000～45000 kg/hm2或饼肥750～900 kg/hm2，涡阳和蒙城县攻关田每年施用商品有机肥1500 kg/hm2，夹沟农场长期坚持两季作物秸秆全量还田。据安徽省农科院调查分析，超高产田土壤容重均低于高产田（表2），其中涡阳点低2.9%～3.7%，太和点低3.7%～4.5%。从表2亦可看出，涡阳点的超高产田土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾含量比高产田分别提高了21.2%～32.3%、2.8%～8.3%、5.9%～9.1%、36.7%～47.5%和38.7%～76.4%，太和点则分别提高了17.8%～32.4%、7.9%～9.6%、5.4%～10.0%、30.3%～40.4%和41.0%～60.9%。

据安徽省农科院作物所长达32年的砂姜黑土定位培肥试验研究[8-9]，长期有机肥和化肥配施，在有效降低砂姜黑土容重，提高土壤毛管持水量、土壤孔隙度及通气孔隙比例，明显改善土壤保水和通气性能的同时，还可显著提高砂姜黑土有机质、全氮和碱解氮等养分含量，有利于土壤酶活保持较高水平。长期单施化肥则易造成土壤酸化，土壤pH比不施肥下降1.32个单位，有机肥与化肥配施变化不明显，可维持土壤养分均衡。鉴于目前区域内有机肥肥源匮乏，秸秆还田可能是大面积培肥改土的主要途径，基于砂姜黑土秸秆还田定位试验[10]，长期秸秆还田可改善砂姜黑土不良物理属性，显著降低土壤紧实度，提高土壤通气性和保水性，从而改善土壤物理性状。可显著增加砂姜黑土有机质含量和耕层碳储量，提高土壤肥力水平，有机质增幅2.38%～10.61%。

2.3 “基追并重”科学施肥，提高肥效

大量研究与实践证明，氮肥运筹方式科学与否直接关系到小麦高产、优质、高效能否同步[11-12]，尤其在超高产栽培实践中更为重要，其主要内容包括肥料种类、施用量、基追肥比例及追肥时期，其确定主要依据土壤供肥特征和超高产小麦植株养分吸收规律。根据安徽省农科院多年研究，砂姜黑土耕层土壤碱解氮在小麦生长发育过程中呈“波形”变化，淮北地区超高产小麦（‘烟农19）对氮素吸收呈现峰谷变化[13]，第一高峰出现在拔节期，吸收强度达到2850.0 g/（hm2·d）；第二高峰在开花期，吸收强度达到2786.6 g/（hm2·d）。氮素相对积累速率以越冬期至拔节期较高，在返青期达到高峰，为31.45 mg/（g·d）。依据淮北砂姜黑土地区土壤供肥特征和超高产小麦植株养分吸收规律，以及施氮量、基追比例及追期试验结果，淮北砂姜黑土地区达到9000～9750 kg/hm2超高产水平的施肥技术策略为：在施有机肥30000 kg/hm2基础上，每公顷施氮量为240～270 kg，基追比6：4～5：5，适宜追施时期为拔节期至孕穗期；P2O5为90～120 kg/hm2，K2O为120～150 kg/hm2，Zn肥15～22.5 kg/hm2，其中磷、鉀、锌素全部基施。

据对部分超高产田块建档追踪调查（表3），太和徐淙祥户每公顷施纯氮273.0 kg、P2O5 135.0 kg、K2O 135.0 kg，其中拔节期追施纯氮103.5 kg/hm2，氮肥基追比约6.2：3.8；涡阳张子富户每公顷施纯氮276.0 kg、P2O5150.0 kg、K2O 105.0 kg，其中追施纯氮126.0 kg/hm2左右，氮肥基追比5.4：4.6；蒙城王永杰户每公顷施纯氮254.0、P2O5 112.5、K2O 112.5 kg/hm2，拔节期追施纯氮89.7 kg/hm2，氮肥基追比6.5：3.5。

2.4 隔年深耕深松与“旋耕+播后镇压”结合，提高土壤蓄水保墒和出苗能力

砂姜黑土耕种质量难以提高和频发的干旱是制约砂姜黑土区小麦高产的主要因素之一[14]，从太和点徐淙祥户连续多年创造超高产典型和小麦生育期间长势看，长期坚持使用大型动力机械隔年深耕或深松及旋耕播种后镇压，提高土壤蓄水保墒能力，达到全苗匀苗，是培育冬前壮苗，有效预防冬季冻害和后期倒伏，奠定高产基础的重要措施之一。安徽省农科院作物所连续多年定位试验研究证实，“旋耕+播后镇压”和“深松+播后镇压”方式有利于增加土壤蓄水保墒能力，提高作物根系对水分的吸收利用，可明显提高小麦田间出苗率，有利于穗数增加和产量形成，是适应砂姜黑土属性较为理想的耕作播种方式。试验结果表明，“旋耕+播后镇压”处理2年出苗率均最高，达83%，高于其他方式6%～10%。“旋耕+播后镇压”和“深松+播后镇压”方式下土壤具有较强的保水性。此外，不同气候年份宜采取不同的耕整地方式，对于前期持续干旱的特殊年份“适当深耕”是实现小麦高产的一项重要措施，有利于改良土壤物理性状、改善土壤蓄水保墒特性，提高小麦抗旱能力。据调查，太和徐淙祥户具体做法是每隔1～2年深松1次，当年秋种先旋耕2～3遍，然后反复镇压；蒙城王永杰户采取每隔2～3年深松1次，深度30 cm，深松后再旋耕1遍，旋后耙平耙碎耙实，封住墒口。

2.5 适期早播适中播量构建高质量群体

通过近年高产田块播期播量调查，播期以10月5—8日居多，属适播期上限，较正常适播期偏早3～5天，播种量150 kg/hm2左右。如2014年5个超高产典型，播种期10月6—9日，播种量150.0～187.5 kg/hm2，基本苗225万/hm2～315万/hm2，属中等播量。其产量构成因素：穗数690万/hm2～825万/hm2；穗粒数33～42粒，千粒重42～48 g。从多点超高产实践看，在目前淮北砂姜黑土地区生产与生态条件下，实现超高产栽培还是以走中等群体适期早播为主的途径，其原因：一是10月适播期内降水减少的气候变化趋势导致必须利用9月中下旬降水趁墒播种，确保一播全苗；二是砂姜黑土为主的土壤导致整地播种质量难以提高，出苗受影响，田间均匀度无法保证；三是大面积实践和高产典型均已证明单位面积穗数是影响淮北地区小麦产量的主要因素，适宜的基本苗保证足够成穗数是超高产的关键；四是受区域过渡性气候影响，冬前及越冬期间常出现干旱，而淮北地区主要以雨养为主，未形成灌溉制度，干旱年份难以适时浇灌。据安徽省农科院作物所研究，淮北砂姜黑土小麦超高产栽培途径有：早播（10月3日）条件下多穗、中穗型品种基本苗分别为210万/hm2和270万/hm2，氮肥运筹基追肥比例为3（基肥）：4（返青肥）：3（孕穗肥）；适播（10月10日左右）条件下多穗、中穗型品种基本苗分别为270万/hm2和330万/hm2，氮肥运筹基追肥比例为5：5（拔节）；行距20 cm，播深4～5 cm为宜。

2.6 适时化控防病防虫，确保中后期稳健生长

小麦超高产的形成是多项技术集成应用的结果，不仅要求各单项技术先进可靠，而且通过集成形成的综合技术体系也应有较强的区域适应性和先进性[15-16]。实现超高产栽培必须在构建高质量群体的基础上，辅之以科学化控、综合防治病虫、喷施美洲星等叶面肥，预防倒伏早衰和病虫为害。在病虫害防治上突出“防早防小”，切实提高防效。一是种子和土壤药剂处理。选用包衣种子或播种前进行药剂拌种，以防地下害虫和苗期病害，确保全苗匀苗，尤其秸秆还田地块更要加强地下害虫的防治；二是适时化控。据调查，超高产田块一般在返青后拔节前，每公顷用壮丰安450～600 mL，兑水375～450 kg，叶面喷施，以防止后期倒伏。三是纹枯病和赤霉病的防治。近年来，受气候变异、生产条件变化等多种因素影响，呈现小麦纹枯病加重、赤霉病北移的趋势。小麦赤霉病在淮北地区多次大面积暴发，纹枯病也有逐年加重趋势，对该区域小麦持续增产造成了较大威胁。而砂姜黑土区超高产小麦品种多以弱冬性为主，而此类型品种对赤霉病的耐性较差，因此赤霉病和纹枯病的预防对超高产的实现尤为重要。沿淮淮北地区，3月上旬及时进行纹枯病防治。赤霉病的预防第1次用药在齐穗期至开花初期，第2次防治在第1次用药后7天左右。四是“一喷三防”。灌浆初期和后期结合病虫防治，用1%～1.5%尿素溶液和0.3%～0.4%的KH2PO4溶液，或每公顷施美洲星900～1350 mL，兑水225～675 kg叶面喷施1～2次，防病防虫防早衰。

2.7 项目区小麦超高产实例分析

自项目实施以来，通过针对砂姜黑土区域特点建立的小麦9750 kg/hm2的“一增二改三防”（增施有机肥；改半冬性品种为弱冬性品种，改适期播种为适期早播；防赤霉病、防倒伏、防早衰）超高产精确定量栽培技术体系的推广应用，区域不利生态因素与关键技术的制约得以有效控制和改进，实现了太和、涡阳、蒙城等项目县一年多点和一点多年小麦百亩超高产攻关田产量超过9000 kg/hm2水平（表4），继2011年太和县项目区百亩攻关田创造11125.5 kg/hm2的高产纪录后，2014年再次多点刷新纪录，涡阳县、太和县、夹沟农场百亩高产攻关田分别达到11577.0、11413.5、11427.0 kg/hm2。

3 结论与讨论

沿淮淮北砂姜黑土区是安徽小麦主产区和增产潜力区，其产量的高低在安徽粮食生產及国家粮食安全中具有举足轻重的地位。本研究通过对安徽砂姜黑土区小麦持续丰产综合技术的研究并经大田生产实践验证，提出了针对该区域生态特点小麦超高产技术体系。该技术体系主要包括选用弱冬性超高产品种适期早播，通过对播量的控制构建高质量群体以充分利用温光等资源；增施有机肥、秸秆还田培肥土壤与“基追并重”的科学施肥方式提高作物对肥料的利用率，改善作物生长发育状态和有效预防倒伏；“旋耕+播后镇压”和适时防病防虫以提高小麦出苗能力和确保中后期稳健生长。在小麦品种选用和播期播量方面，张春丽[17]和孟丽梅[18]在研究中也分别指出小麦高产品种选择和适宜播期播量的确定是改善小麦光合与产量性状获取小麦高产的重要保证。在土壤培肥和科学肥料运筹上国内也有众多研究表明增施有机肥、秸秆还田与“基追并重”的科学施肥方式对改善作物生长发育状态、提高肥效及增产方面具有重要的作用[19-21]。在耕作方式和适时防病防虫方面，张胜爱[22]和郑建敏[23]在研究中也分别指出适宜的耕作方式和病虫害的有效防治对确保小麦高产具有重要的意义。虽然本技术体系中的单项技术成果与国内多数研究结果相一致，但由于土壤培肥和秸秆还田试验受研究年限的影响较大，因此该研究结果也可能与其他土壤培肥和秸秆还田试验的研究结果存在一定的不一致性，如秸秆还田可能前几年效果不好，但随着还田年限的增加，秸秆还田的效果会得到逐渐改善。

小麦超高产的形成是多项单项技术体系的集装配套和综合运用，本研究围绕区域小麦高产稳产关键技术问题，通过长期定位与多年多点试验相结合、专题研究与技术集成创新相结合研究总结出了针对安徽淮北砂姜黑土区的小麦超高产精确定量栽培技术体系，该技术体系的形成和推广对确保该地区小麦产量，实现小麦持续增产稳产将具有重要的意义。然而，由于小麦高产栽培技术受区域土壤特点和生态环境条件影响较大，本研究结果主要适用于与安徽沿淮淮北生态条件相似的地区推广应用。此外，由于受试验条件的限制，本研究形成的技术体系还存在一定的局限，如尚未包含超高产小麦水分需求和管理方面的研究内容，因此，该技术体系在今后的研究中仍需进一步加强和完善。

参考文献

[1] 孔令聪，汪建来，姜涛，等.安徽省小麦生产变化和特点及稳定发展的政策措施[J].农业现代化研究，2013，34（5）：518-521.

[2] 刘正学，刘飞，李宝强，等.高肥地小麦再高产综合农艺措施初探[J].中国农学通报，2005，21（6）：185-201.

[3] 曹雯梅，刘松涛，郑贝贝，等.小麦高产及超高产优化管理模式对氮素吸收分配、土壤硝态氮累积及产量的影响[J].核农学报，2013，27（10）：1567-1574.

[4] 庞孟阁.旱地小麦高产栽培技术[J].陕西农业科学，2013（4）：273-274.

[5] 李录久，郭熙盛，孙义祥，等.淮北砂姜黑土小麦施钾的增产效应[J].中国土壤与肥料，2006（5）：43-45.

[6] 杜群，欧阳竹.淮北砂姜黑土区小麦单产变化及影响因素分析[J].中国生态农业学报，2008，16（6）：1434-1438.

[7] 陈欢，曹承富，张存岭，等.基于主成分-聚类分析评价长期施肥对砂姜黑土肥力的影响[J].土壤学报，2014，51（3）：609-617.

[8] 陈欢，李玮，张存岭，等.淮北砂姜黑土酶活性对长期不同施肥模式的响应[J].中国农业科学，2014，47（003）：495-502.

[9] 陈欢，曹承富，孔令聪，等.长期施肥下淮北砂姜黑土区小麦产量稳定性研究[J].中国农业科学，2014，47（13）：2580-2590.

[10] 李玮，乔玉强，陈欢，等.秸秆还田和施肥对砂姜黑土理化性质及小麦-玉米产量的影响[J].生态学报，2014，DOI：10.5846/stxb201303210475.

[11] 张耀兰，曹承富，杜世州，等.施氮水平对不同类型小麦产量和品质的影响[J].麦类作物学报，2009，29（4）：652-657.

[12] 杜世州，曹承富，张耀兰，等.氮肥基追比對淮北地区超高产小麦产量和品质的影响[J].麦类作物学报，2009，29（6）：1027-1033.

[13] 杜世州，曹承富，张耀兰，等.氮素运筹对淮北地区超高产小麦养分吸收利用的影响[J].植物营养与肥料学报，2011，17（1）：9-15.

[14] 詹其厚，陈杰.砂姜黑土区开发地下水发展补充灌溉的方式特点及效果研究[J].农业现代化研究，2006，27（5）：393-396.

[15] 辛庆国，殷岩，王江春，等.小麦超高产创建影响因素探讨[J].山东农业科学，2011（8）：47-49.

[16] 单玉珊.小麦超高产研究浅见[J].麦类作物学报，2006，26（1）：138-140.

[17] 张春丽，周苏玫，尹钧，等.多穗型高产小麦品种产量结构特征与灌浆期光合性能的优势分析[J].河南农业大学学报，2009，43（2）：113-117.

[18] 孟丽梅，张珂，杨子光，等.播期播量对冬小麦品种“洛麦22”产量形成及主要性状的影响[J].中国农学通报，2012，28（18）：107-110.

[19] 方日尧，同延安.黄土高原区长期施用有机肥对土壤肥力及小麦产量的影响[J].中国生态农业学报，2003，11（2）：57-59.

[20] 钱凤魁，黄毅，董婷婷，等.不同秸秆还田量对旱地土壤水肥和玉米生长与产量的影响[J].干旱地区农业研究，2014，32（2）：61-65.

[21] 刘芬，同延安，王小英，等.渭北旱塬小麦施肥效果及肥料利用效率研究[J].植物营养与肥料学报，2013，19（3）：552-558.

[22] 张胜爱，马吉利，崔爱珍，等.不同耕作方式对冬小麦产量及水分利用状况的影响[J].中国农学通报，2006，22（1）：110-113.

[23] 郑建敏，李浦，廖晓虹，等.化控两系杂交小麦-川麦59产量、品质、抗病性等特征分析[J].西南农业学报，2011，24（6）：2029-2032.