張 正,王旭清,孟維偉,夏海勇,劉靈艷,高華鑫
(山東省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所,濟南 250100)
耕作制度是指一個地區(qū)或生產(chǎn)單位的農(nóng)作物種植制度以及與之相適應(yīng)的養(yǎng)地制度的綜合技術(shù)體系,以種植制度為中心,養(yǎng)地制度為基礎(chǔ)[1]。耕作制度是在一定歷史時期、社會經(jīng)濟條件下形成的,受自然條件、生產(chǎn)條件和生產(chǎn)力水平所決定,反映著農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)力發(fā)展方向和水平,它對整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)措施起著組裝、調(diào)節(jié)、調(diào)控作用,對實現(xiàn)農(nóng)業(yè)持續(xù)增產(chǎn)、發(fā)揮周期效益具有決定性意義[2]。
山東位于中國東部沿海,黃河下游,屬于黃淮海平原地區(qū),暖溫帶季風氣候類型。現(xiàn)有耕地約632萬hm2,氣候溫暖,無霜期 180~220天,≥10℃積溫 3400~4700℃,年降水量500~950mm,盛行灌溉,有效灌溉面積約占耕地的65%。是小麥、棉花、玉米、大豆的主要產(chǎn)地。是我國農(nóng)產(chǎn)品出口第一大省,糧食生產(chǎn)第二大省,是黃淮海地區(qū)及至全國重要的糧食生產(chǎn)基地。依據(jù)山東省耕作制度的歷史演變過程,進一步優(yōu)化當前耕作制度,穩(wěn)定提高耕地的糧食綜合生產(chǎn)能力是山東省農(nóng)業(yè)發(fā)展一項長期而艱巨的戰(zhàn)略任務(wù),對有效保障國家糧食安全,實現(xiàn)整個國民經(jīng)濟健康穩(wěn)定發(fā)展具有十分重要的意義。
耕作制度是與一定歷史時期的生產(chǎn)水平相適應(yīng)而發(fā)展的,它經(jīng)歷著由簡單到復雜,由低級至高級,由原始→傳統(tǒng)→現(xiàn)代的階段,耕作制度的歷史演進過程與人類社會的進步密不可分。該省耕作制度演變規(guī)律與世界各國基本一致,主要經(jīng)歷了以下幾個階段:即撂荒耕作制度、休閑耕作制度、輪作耕作制度和集約耕作制度。
在原始社會,人口稀少,土地充足,人類采用刀耕火種、輪歇耕作的摞荒耕作制度。隨著社會進步和人口增加,在春秋時期山東出現(xiàn)了休閑耕作制度,休閑期縮短至一年。于戰(zhàn)國時代廢棄輪荒制,實行土地連種制,創(chuàng)造輪作復種,逐漸形成輪作耕作制度,提高了土地的利用程度。
解放前后該省耕作制度以提高復種指數(shù)和土地利用效率為目標,大力發(fā)展多熟種植理論。1910~1940年,膠東平原及經(jīng)濟基礎(chǔ)和水肥條件較好的地區(qū),二年三熟面積逐漸擴大。到1936年,全省各種耕作方式占耕地面積的比例達到:一年二作占0.5%,二年三作占79.8%,一年一作占19.7%,復種指數(shù)為139.8%。1945-1950年,文登、乳山、海陽等縣農(nóng)民開始在小麥壟間套種花生,實行小麥、花生一年兩熟。
20世紀70年代后期至80年代中期,由于生產(chǎn)上多熟種植的發(fā)展,促使全國各地進行耕作制度改革,如旱改水、單改雙、北方的一年一熟變兩年三熟、一年兩熟等,給耕作學科注入了新的內(nèi)容。同期該省各地也開始進行耕作制度改革。
20世紀90年代中后期,隨著新品種、新技術(shù)、新材料的廣泛運用,我國多熟種植在多元化、高效化、農(nóng)機化等方面發(fā)展較快,不斷挖掘高產(chǎn)潛力,體現(xiàn)了現(xiàn)代型多熟制的特色與發(fā)展趨勢[3]。該省以高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效農(nóng)業(yè)為目標,建立了集約多熟種植與集約栽培相結(jié)合的集約耕作制度。為大面積 “噸糧田”、 “雙千田”的涌現(xiàn),糧食總產(chǎn)再上新臺階發(fā)揮了主要作用,至1991年全省復種指數(shù)達到160.9%,位居全國第15位;耕地糧食年667m2產(chǎn)達382.1kg,位居全國第11位[4]。
2000年以來,該省農(nóng)業(yè)實現(xiàn)了從數(shù)量增長型向質(zhì)量增長型的轉(zhuǎn)變,由單純以追求高產(chǎn)為目標轉(zhuǎn)變?yōu)橐宰非蠼?jīng)濟效益、社會效益、生態(tài)效益的統(tǒng)一為主要目標。據(jù)統(tǒng)計,目前全省實施保護性耕作的面積達到100萬hm2,增產(chǎn)效果顯著。
種植制度是指一個地區(qū)或生產(chǎn)單位的作物組成、配置、熟制與種植方式的綜合[1]。山東省種植制度黃河以北旱地因水分限制以一年一熟為主,水澆地上則普遍實行一年二熟制;黃河以南淮河以北,無論是旱地還是水澆地均以一年二熟為主。棉花則以一熟制為主,麥棉套種多在南部地區(qū)發(fā)展。
據(jù)中國種植業(yè)信息網(wǎng)提供數(shù)據(jù),2011年山東省主要種植作物及種植面積見表1,其中種植面積前10位的分別為小麥、玉米、蔬菜、花生、棉花、薯類、大豆、水稻、煙葉、藥材,種植面積分別為:5390.3、4493.81、2686.82、 1195.65、 1128.9、 360.99、 234.24、 186.81、50.36、43.01。谷子、高粱等雜糧面積較低,全省小雜糧總面積不足3.3333萬hm2。由此可見,山東省現(xiàn)階段糧食作物主要以小麥、玉米為主,經(jīng)濟作物主要以蔬菜種植為主。
表1 山東省2011年主要作物種植面積及排名情況
現(xiàn)階段該省種植制度以冬小麥-夏玉米一年兩熟制為主,種植面積266.7萬hm2以上。這一種植制度的基本特征是土地作業(yè)強度大、以農(nóng)業(yè)化學品為主的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料投入多,高投入、高產(chǎn)出。生產(chǎn)中存在良種良法不配套、播種質(zhì)量差,施肥不合理、病害嚴重等諸多限制因素;存在小麥、玉米上下兩茬復種積溫不足,小麥、夏玉米接茬農(nóng)耗時間長,以及夏秋糧生產(chǎn)不均衡等限制全年糧食產(chǎn)量水平提高的要害問題。因此,進一步研究小麥玉米上下兩茬的品種搭配、季節(jié)分配、養(yǎng)分管理、水分運籌、病蟲草害防治、農(nóng)機配套等技術(shù),提高小麥玉米兩熟制生產(chǎn)科技含量,通過將現(xiàn)有的小麥、玉米高產(chǎn)單項技術(shù)進行優(yōu)化配置和系統(tǒng)集成,可有效形成小麥玉米兩熟農(nóng)田持續(xù)豐產(chǎn)高效技術(shù)體系,充分挖掘全年糧食增產(chǎn)潛力,可實現(xiàn)小麥-玉米一年兩熟持續(xù)高產(chǎn)。
山東省養(yǎng)地制度發(fā)展緊隨國家步伐。受全國耕作界前輩在20世紀60年代初提出的用地和養(yǎng)地相結(jié)合觀點的影響,該省農(nóng)科院土壤肥料研究所于1962~1980年對不同耕作制度輪作周期的土壤養(yǎng)分動態(tài)、養(yǎng)分平衡和對培肥地力的作用進行了研究。研究結(jié)果得出連作地土壤養(yǎng)分動態(tài)是:大豆連作兩年,土壤有機質(zhì)、全氮逐年增長,磷素減少;甘薯、玉米、高粱連作兩年,土壤有機質(zhì)、氮、磷均表現(xiàn)消耗。春作物-小麥-夏作物二年三作,土壤養(yǎng)分同期循環(huán)的動態(tài)是消耗-積累-消耗;小麥-夏作物一年兩熟和三種三收,土壤養(yǎng)分周期循環(huán)的動態(tài)是積累-消耗;小麥間種苕子,玉米間種田菁的兩糧兩肥,土壤養(yǎng)分周期循環(huán)的動態(tài)是積累-積累。為全省用地養(yǎng)地相結(jié)合的耕作制度的改革提供了理論依據(jù)。
進入21世紀以來,為了改善生態(tài)環(huán)境、維護食品安全、確保人民健康,我國各地積極倡導推行農(nóng)田 “生物生態(tài)綜合養(yǎng)地”技術(shù)措施體系,即通過推廣以生物措施、生態(tài)技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合農(nóng)業(yè)措施體系以達到 “養(yǎng)地”的目的。該省也不例外。改以化肥為主的養(yǎng)地制度為結(jié)合農(nóng)作物秸稈還田科學施肥來改善土壤肥力?,F(xiàn)階段我省主要養(yǎng)地制度包括有以下幾方面。
2.2.1 科學施肥技術(shù)
重點研究了不同肥料用量及施肥時期、水肥耦合等減少肥料的淋溶,提高肥料利用效率的水肥管理措施,重施有機肥,結(jié)合全國測土配方施肥行動在全省廣泛推行測土配方施肥。
2.2.2 秸稈還田技術(shù)
秸稈還田是把不宜直接作飼料的秸稈 (小麥秸稈、玉米秸稈、高粱秸稈等)直接或堆積腐熟后施入土壤中的一種方法,是提高土壤腐殖質(zhì)量的重要來源之一。農(nóng)作物秸稈含有豐富的氮磷鉀和微量元素成分,秸稈還田具有促進土壤有機質(zhì)及全氮、速效鉀和速效磷含量的增加,提高土壤養(yǎng)分含量;有利于增強土壤表層集雨效果,提高土壤水分的保蓄能力;促進土壤酶活性;有利于土壤孔隙度的增加,改善土壤物理結(jié)構(gòu);減少農(nóng)田向大氣中CO2的排放,減少土壤碳庫的虧損等優(yōu)點[6-14]。
2.2.3 保護性耕作技術(shù)
保護性耕作技術(shù)是指以減少農(nóng)田土壤侵蝕,保護農(nóng)田生態(tài)環(huán)境為目的的保土保水綜合耕作技術(shù)體系,其技術(shù)關(guān)鍵是通過土壤少免耕、地表微地形改造技術(shù)及地表覆蓋技術(shù),達到 “少動土”、 “少裸露”、 “少污染”并保持 “適度濕潤”和 “適度粗糙”的土壤狀態(tài),從而保持土地可持續(xù)生產(chǎn)力[15]。
在山東省實行保護性耕作制,不僅能改善生態(tài)環(huán)境,加強生態(tài)建設(shè),而且還能提高土壤耕層有機質(zhì)、全氮、速效鉀、速效磷含量,利于培肥地力,提高作物產(chǎn)量,具有明顯的生態(tài)效益和社會經(jīng)濟效益[6-14]。
2.2.4 合理灌溉節(jié)水栽培技術(shù)
合理灌溉技術(shù)即根據(jù)作物需水要求,適時適量地灌水,用先進的科學技術(shù)手段對土壤墑情和灌區(qū)輸配水系統(tǒng)的水情進行監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集和計算機處理,可以科學有效地控制土壤水分含量,進行合理調(diào)度,做到計劃用水、優(yōu)化配水,以達到既節(jié)水又增產(chǎn)的目的。節(jié)水灌溉就是以最低限度的用水量獲得最大的產(chǎn)量或收益,也就是最大限度地提高單位灌溉水量的農(nóng)作物產(chǎn)量和產(chǎn)值的灌溉措施。
合理灌溉節(jié)水栽培通過各種措施調(diào)節(jié)農(nóng)田水分狀況,滿足農(nóng)作物需水要求,改良低產(chǎn)土壤,提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平。
(1)精耕細作仍將是山東省耕作制度近期發(fā)展的主導方向。 (2)確保糧食安全、增加農(nóng)民收入和吸引勞動力就業(yè)是山東省耕作制度的根本任務(wù)。 (3)不斷提高土地利用率、增加單位面積產(chǎn)量和產(chǎn)值是山東省耕作制度的主要目標。通過耕作制度改革將現(xiàn)有低產(chǎn)田提升為中低產(chǎn)田、中低產(chǎn)田提升為中產(chǎn)田、中產(chǎn)田提升為中高產(chǎn)田、中高產(chǎn)田提升為高產(chǎn)田、高產(chǎn)水平再提升40%。 (4)區(qū)域化、專業(yè)化是作物布局的主要趨勢和方向。 (5)復種方式應(yīng)不斷優(yōu)化、復種指數(shù)需進一步恢復和提高。 (6)間混套作方式和內(nèi)容不斷豐富和提高,土地生產(chǎn)效率進一步提高。 (7)發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)、用地養(yǎng)地相結(jié)合的可持續(xù)性農(nóng)業(yè),實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高產(chǎn)、高效 (節(jié)水、節(jié)肥)、生態(tài)、安全目標。
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