当前我国粮食生产面临过量施肥、氮肥利用率低和农业劳动力短缺等问题,探讨主要粮食作物一次性施肥技术及其对作物产量、肥料利用效率以及环境效应的影响,为我国粮食生产的简化施肥提供技术支撑。本论文系统分析了一次性施肥技术的发展现状及其在三大粮食作物上的应用效果,针对一次性施肥技术存在的不足,提出其在我国三大粮食作物主产区的推广应用前景和发展方向。一次性施肥是一种生产轻便、节本增效和保护环境的技术模式。当前农业生产中,通过一次性基施缓控释肥、氮肥减量施用技术以及化学调控技术均可以实现三大粮食作物的一次性施肥。与农民传统施肥方式相比,一次性基施缓控释肥可以显著提高玉米、小麦和水稻三大粮食作物的产量和氮肥利用率,产量、氮肥利用率分别提高3.1%—31.7%、6.2%—86.6%;显著减少农田氨挥发、氧化亚氮排放、氮素淋溶和径流损失,分别减少18.1%—81.3%、22.4%—73.4%、0—53.0%和0—43.2%。氮肥减量施用技术可在减少20%—37%氮肥施用量的条件下,维持玉米、小麦和水稻的产量不降低,提高三大粮食作物氮肥利用率2.3%—20.4%,以及降低氮素的损失。添加硝化抑制剂可使三大粮食作物产量、氮肥利用率分别提高6.5%—20.1%、5.0%—78.3%,使氧化亚氮排放显著降低22.1%—51.0%;添加脲酶抑制剂显著提高三大粮食作物产量5.8%—22.8%,显著提高玉米、小麦氮肥利用率25.4%—40.7%,同时显著降低三大作物氨挥发、氧化亚氮排放46.1%—51.2%、11.9%—45.2%。在全国主要粮食主产区的应用结果表明,一次性施肥技术既实现了作物稳产高产、氮肥高效和氮损失减少,又节省了农业劳动力和降低了农业生产成本。因而,一次性施肥技术协同实现了作物高产、养分高效和环境友好的农业可持续发展道路,同时解决了我国当前农业生产劳动力不足的难题,是适宜在全国粮食主产区全面推广和应用的新技术。

保证粮食增产的同时协同提高养分利用效率和减少环境污染,是21世纪世界农业发展面临的巨大挑战~([1-2]),也是当前国际农业科学界高度关注的重大科学问题~([3])。作为世界上最大的发展中国家,我国用占世界9%的耕地养活了世界上21%的人口~([4]),保证粮食安全决定了农业在我国国民经济中的首要地位。玉米、小麦和水稻三大粮食作物常年的总播种面积和总产量占全部粮食作物的80%和90%以上~([5]),在保障我国粮食安全中具有重要的地位和作用。未来农业的可持续

【目的】阐明长期不同施肥下中国主要粮食作物产量变化态势及其差异,为评价和建立长期施肥模式、促进粮食持续生产提供依据。【方法】对中国主要长期试验不施肥(CK)、施化肥(NPK)、化肥配施有机肥(NPKM)3个处理的玉米、小麦、水稻等粮食作物产量700多组数据进行整理和统计分析。【结果】长期不施肥的玉米和小麦产量总体上表现为极显著(P<0.05)下降趋势,年下降量分别为110.9和33.4kg·hm-2,而水稻产量基本保持稳定。施用化肥,玉米、小麦和水稻的产量均呈极显著(P<0.01)下降趋势,年平均下降量分别为90.9、48.5和25.3kg·hm-2。化肥配施有机肥,3种作物的产量随时间没有显...

为使全国范围内化肥减量工作的开展更具有针对性,本研究采用C-D生产函数测算2002—2015年水稻、小麦、玉米3种粮食作物主产区的过量施肥程度,并运用空间自相关理论和冷热点分析方法,对中国主要粮食作物过量施肥程度的空间关联格局进行分析。结果显示:1)水稻主产区过量施肥程度的高值区域在黄淮海地区、华南地区呈团块状分布,小麦主产区过量施肥程度的高值区域在北部高原地区、黄淮海地区和长江中下游地区连片分布,玉米主产区过量施肥程度的高值区域在华南地区、长江中下游地区和东北地区呈团块状分布,集聚特征显著。2)水稻、小麦和玉米过量施肥程度均呈现出较强的空间自相关性,小麦集聚程度最强,水稻居中,玉米最弱。3)水稻过量施肥程度的热点区域主要分布在黄淮海地区、长江中下游地区和华南地区,冷点区域主要分布在北部高原地区和东北地区;小麦过量施肥程度的冷热点空间分布特征表现为"中间热周围冷",热点区域集中在黄淮海地区和长江中下游地区,冷点区域集中在西北地区;玉米过量施肥程度的冷热点格局由"南热北冷"转变为"东热西冷",热点区域集中在西南地区、华南地区和长江中下游地区,冷点区域集中在西北地区。

【目的】针对不同的土壤类型,筛选适宜的控释氮肥类型,为控释氮肥的高效施用以及冬小麦一次性施肥提供科学依据与技术支撑。【方法】基于2013—2016年多点的大田试验,设置对照(CON)、优化施肥处理(OPT)和6种不同类型的控释氮肥(A1、A2、B、C、D和E)处理,研究控释氮肥在不同地区(泰安、驻马店、德州、菏泽和石家庄)的应用效果,从作物养分吸收与土壤养分供应两方面研究和分析不同控释氮肥对小麦的增产效应。【结果】泰安砂姜黑土试验点A2、C、E的氮素释放规律与小麦生长需求较为吻合,且与OPT处理相比,3年平均冬前分蘖、最大分蘖和有效分蘖分别增加5.7%—14.7%、10.9%—22.2%和4.5%—6.0%,产量增加2.6%—4.6%。驻马店砂姜黑土3年平均结果表明,A2、C和E较OPT处理提高了氮肥表观回收率和氮素吸收,分别提高7.7%—11%和4.3%—5.3%。石家庄褐土上的结果发现,控释氮肥A2、D可以实现养分释放与小麦生长需求相同步,相比OPT处理,3年平均氮肥表观回收率、氮素吸收分别提高6.4%—26%、2.8%—12%,产量增加1.7%—5.6%。潮土(德州、菏泽)上的结果表明,与OPT处理相比,A2连续3年均能维持小麦高产;其他控释氮肥处理的应用效果年际间差异较大,随着试验的进行逐年稳定,2015—2016年,A2、C处理使德州和菏泽的小麦分别增产1.4%—8.3%和1.5%—4.8%;综合3年的结果,与OPT处理相比,A2、C具有比较稳定的增产趋势。【结论】控释氮肥的应用效果因土壤类型不同而不同,控释氮肥田间氮素释放与小麦氮素需求相匹配是促进小麦产量增加的关键。

基于2002—2015年全国农产品成本收益数据,采用C-D生产函数从经济学角度测算水稻、小麦和玉米3种主要粮食作物的过量施肥程度,并探索过量施肥程度的时空差异特征。研究结果表明:(1)中国粮食作物的过量施肥程度较高,水稻、小麦和玉米的过量施肥程度分别为43.48%、34.58%和32.76%,三者平均过量施肥程度达到36.94%。(2)从时序变化来看,三种粮食作物过量施肥程度的变动态势均经历了先持续下降(2002—2004年)再波动上升(2005—2015年)两个阶段。(3)从空间差异来看,粮食作物过量施肥程度由高到低的区域排序依次为:华南地区>长江中下游地区>黄淮海地区>北部高原地区>西南地区>西北地区>东北地区。(4)三类粮食作物化肥减量潜力较大的省份分别为:水稻集中在海南、广东、广西、河北、山东和江苏,可减少化肥使用总量为137.48万t;小麦集中在山西、安徽、山东、宁夏、陕西、内蒙古、河北和江苏,可减少化肥使用总量为208.78万t;玉米集中在吉林、广西、湖北和云南,可减少化肥使用总量为102.75万t。

【目的】采用控释氮肥掺混磷钾等养分在冬小麦上一次性施用,揭示减肥、增效、节本增收方面的效应,为冬小麦轻简化生产提供技术支撑。【方法】于2011—2012、2012—2013、2013—2014年,选择在黄淮海东部不同冬小麦生态区进行控释氮肥随小麦播种一次性施用试验。与普通氮肥分次施用(农民习惯施肥(FP)和优化施肥(OPT))对比,通过设置控释氮肥a等量氮素投入(CRFa)、控释氮肥a和控释氮肥b分别减量20%氮素投入(80%CRFa与80%CRFb)处理,经过3年31个试验对产量、养分效率、节本增收等进行研究。【结果】控释氮肥在冬小麦上一次性施用总体表现稳产或小幅增产趋势,相比普通氮肥分次施用(OPT)3年平均增产2.6%,增产点位数占全部试验点数量的83.9%。减少20%氮素投入的控释氮肥处理稳产增产点比例显著降低,两种控释氮肥中生物可降解型控释氮肥a的产量效应优于有机树脂包膜控释氮肥b;4种施肥模式随土壤质地由轻到重平均施氮增产分别为10.7%、17.4%增长到19.7%,控释氮肥应用在砂质或壤质土壤的相对增产效应(较OPT)优于黏质土壤;在中低产量水平下控释氮肥一次性施用相对产量效应(较OPT)优于高产水平地块。CRFa、80%CRFa和80%CRFb处理相比农民习惯施肥(FP)分别节约氮素投入14.7、59.3、59.3 kg N·hm~(-2),CRFa、80%CRFa和80%CRFb处理相比OPT氮肥偏生产力(PFPN)分别提高0.4、7.32、6.93 kg·kg~(-1),氮肥表观利用率分别提高1.5、8.6、6.2个百分点。CRFa和80%CRFa处理相比OPT节本增收分别达到543.8、150.3元/hm~2。【结论】冬小麦上控释氮肥配合其他养分底肥一次性施用、后期不再追肥的方式相比习惯施肥及普通肥料优化施用在产量稳定性、提高氮效率、节约劳动力及节本增收等方面优势明显。本试验条件下CRFa和80%CRFa处理效果较好。推荐减少20%氮用量CRFa施肥模式在黄淮东部冬小麦生产应用。

【目的】研究一次性施肥技术对黄淮海夏玉米产量、肥料利用效率和经济效益的影响,为黄淮海夏玉米区实现减肥增效、节本增收及轻简化生产技术的筛选提供理论依据。【方法】2015年和2016年在河北、河南、山东三省选择8个试验地点进行控释氮肥随夏玉米播种一次性施用大田试验。与普通氮肥分次施用(习惯施肥(FP)和优化施肥(OPT))对比,通过设置控释氮肥等量投入(CRFA)、减量20%控释氮肥投入(CRFA80%N、CRFB80%N和CRFC80%N),研究一次性施肥技术对黄淮海夏玉米经济效益的影响,并验证一次性施肥技术的减量施氮可行性。【结果】(1)与农民习惯施肥(FP)相比,一次性施肥处理对黄淮海区夏玉米株高、穗部性状和两年的平均产量均无显著影响,氮肥农学效率和表观利用率虽有所提高,但未达显著性差异;但一次性减氮施肥处理较FP处理,氮肥偏生产力显著提高了33.85%以上(P<0.05)。【结论】一次性施肥技术实现了黄淮海夏玉米的轻简化施肥,提高了氮肥的利用效率,能够在保证稳产增产的前提下,实现氮肥的减量施用;推荐减少20%氮用量的CRFA施肥模式在黄淮海夏玉米生产上一次性施用。

本文根据比较优势理论 ,运用显示比较优势法并结合成本分析进行综合比较 ,定性定量地研究我国大豆、小麦、水稻、玉米四种主要粮食作物的比较优势 ,并提出相关建议。

以2003—2022年四大主粮生产消费数据为实证基础进行分析，发现我国粮食安全水平持续上升，从结构安全的单一支撑已经转变为供给、经济、结构和生态安全共同支撑粮食安全的格局，但是四大主粮的安全水平依次为稻谷>玉米>小麦>大豆。此外，粮食作物安全与数字经济发展在区域和作物维度上均呈现出一定的关联性。为验证相关性，以数字经济发展水平为核心解释变量，以粮食安全和四大主粮为被解释变量，在4部门范围内确定控制变量，并以数字产业化为替换变量进行计量分析，结果显示数字经济能够提升我国粮食安全水平，但对四大主粮安全水平的赋能程度不同，大豆安全主要依靠有为政府保障，稻谷安全以有为政府主导带动有效市场发挥作用来保障，小麦和玉米的安全则以有效市场为主导保障。由于经济发展水平与粮食安全的负相关性，东北、中部和西部地区将更多地肩负粮食安全重任。通过重视粮食作物安全水平差异、优化粮食作物种植结构、制定差异化保障措施和加大数字技术在粮食全流程中的应用，我国粮食安全水平将进入质量并进轨道。

本文结合农业新阶段我国粮食生产形势,以基于GIS的中国耕作制度分区为基础,系统分析1985年以来我国粮食作物生产的区域变化,为目前及未来一段时间内的农业区域布局提供决策依据。本文研究结果即各主要粮食作物的区域变化趋势为:水稻主要产区长江中下游区、东南区和华南区,虽然播种面积呈下降趋势,而且在作物总播种面积中占的比例有所下降,但仍然处于绝对优势地位,分别占各区总播种面积的60%—70%,作为首要产区的长江中下游区的区位生产系数有所下降,东南区和华南区的区位系数呈上升趋势;小麦主产区黄淮海区和西北区在作物总播种面积中处于绝对优势地位,分别占总播种面积的50%左右,尤其黄淮海区占有绝对的优势地位,区...

本文运用重心模型，借助地理信息系统ＧＩＳ平台，定量分析了改革开放以来中国粮食及主要作物稻谷、小麦、玉米、大豆等生产重心的演变轨迹，探讨了重心演变规律，凝练了我国粮食生产空间布局的演变特征，以期为进一步优化粮食生产布局、完善土地利用规划、调整经济结构等提供依据。研究结果表明：总体而言，粮食生产重心持续向北移动，年均移动距离２８．０３ ｋｍ。分品种来看，稻谷生产重心变化规律为向东北移动；玉米和大豆生产重心变化规律为在西南和东北两个方向上来回移动，呈现区间震荡特征；小麦的生产重心变化规律为稳定徘徊。四种主要粮食作物生产重心年均移动距离波动程度显著不同，由强到弱依次为玉米、稻谷、大豆、小麦。

【目的】筛选能保证黄淮海夏玉米实现高产、稳产、可持续性的一次性施用缓(控)释肥产品。【方法】选取山东、河南、河北3个玉米种植大省的4个试验点作为玉米一次性施肥定位试验点,选取CRFA、CRFB、CRFC、CRFD、CRFE、CRFF、CRFG、CRFH、CRFI和CRFJ(控释肥代码)10种的缓(控)释肥作为供试肥料,研究不同缓(控)释肥产品的一次性施用对玉米产量的影响。【结果】不同试验点、不同年度间玉米产量差异均达到了5%的显著水平(F=40.67、F=2.95),但不同施肥处理间差异不显著,同年度、同区域不同缓(控)释肥一次性施用和优化施肥没有显著性差异,可以实现一次性施肥;不同缓(控)释肥处理产量可持续性均高于优化施肥(OPT处理),可持续性指数(SYI)范围在0.65—0.70;除了CRFE处理,不同处理产量稳定性均高于OPT处理,变异系数(CV)范围在3.19%—7.32%。山东德州试验点不同处理玉米年均产量与OPT处理相比均无显著差异,CRFC处理玉米年均产量最高,为10 734.06 kg·hm~(-2);不同缓(控)释肥处理产量可持续性均高于OPT处理,其中CRFI、CRFD和CRFB处理的SYI值大于0.70;不同缓(控)释肥处理产量稳定性均高于OPT处理,CV值范围在14.00%—21.77%。本研究中玉米产量可持续性与产量高低没有明显的相关关系;德州试验点各处理玉米产量SYI值与CV值呈极显著的负相关关系,产量越稳定,产量可持续性越好。【结论】本研究选用的缓(控)释肥在玉米上一次性施用均起到了增产的效果,从提高产量的角度考虑,黄淮海区域可实现夏玉米一次性施肥的缓(控)释肥料产品为CRFC、CRFA和CRFB,德州试验区域为CRFC、CRFJ、CRFB和CRFI。从产量可持续性方面考虑,黄淮海区域首选产品为CRFG、CRFD、CRFH;德州试验区域首选产品为CRFI、CRFD、CRFB。从产量变异性较小方面考虑,黄淮海区域首选产品为CRFH、CRFB、CRFG;德州试验区域首选产品为CRFI、CRFD、CRFB。

本文利用H-P滤波法和B-P滤波法测定了1949—2006年我国主要粮食作物(水稻、小麦和玉米)的生产波动周期,并与粮食总体的波动特征进行了对比。分析得出:水稻的波动周期与粮食总体波动周期最为一致,小麦和玉米差异相对较大;小麦的波动周期与粮食总体波动周期关联度最小;而玉米的波动幅度最大。水稻是调整粮食波动最直接、明确的手段;小麦则具有"反周期"的作用,能够在一定程度上平滑粮食波动;而玉米的稳定将有利于更准确地把握粮食波动特征。

阐明主要粮食作物生产格局的区域变化特征,对我国粮食安全战略决策意义重大。以我国大陆31个省、市、自治区生产数据为基础,对1981—2008年我国七大粮食主产区的水稻、小麦、玉米三大作物生产格局的变化特征及其驱动因素进行了分析。结果表明:改革开放以来,我国的粮食生产格局发生了较大变化,水稻产量重心和播种面积重心分别向东北方向偏移了275和218 km,小麦产量重心和播种面积重心则分别向东偏南和正南方向偏移了58和101 km,而玉米的产量重心和播种面积重心向北偏东方向移动了184和123 km;播种面积是影响我国三大粮食作物生产的关键驱动因素,总人口、有效灌溉面积、农业机械总动力、化肥投入量以及...