全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2015, 41(10): 15371547 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家科技支撑计划项目(2012BAD04B12), 湖北省楚天学者启动基金(55204-09135)和农业部作物生理生态与耕作重点实验室
开放课题(201306)资助。
* 通讯作者(Corresponding authors): 展茗, E-mail: zhanming@mail.hzau.edu.cn, Tel: 027-87283775; 赵明, E-mail: zhaomingcau@163.net,
Tel: 010-82108752
第一作者联系方式: E-mail: shuyalimail@163.com
Received(收稿日期): 2015-02-11; Accepted(接受日期): 2015-06-01; Published online(网络出版日期): 2015-06-29.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20150629.1349.004.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2015.01537
长江中游不同玉稻种植模式产量及资源利用效率的比较研究
李淑娅 1,2 田少阳 1 袁国印 1,2 葛均筑 1,2 徐 莹 1 王梦影 1
曹凑贵 1 翟中兵 3 凌霄霞 1 展 茗 1,* 赵 明 2,*
1 华中农业大学植物科学技术学院 / 农业部长江中游作物生理生态与耕作重点实验室, 湖北武汉 430070; 2 中国农业科学院作物科学
研究所 / 农业部作物生理生态重点实验室, 北京 100081; 3 武穴市现代农业示范中心, 湖北武穴 435415
摘 要: 发展长江中游玉米生产是解决本区域玉米产需矛盾的根本途径。近年来随着长江中游玉米的快速发展 ,
该地区出现了春玉米–晚稻、双季玉米和早稻–秋玉米等新型的一年两熟制种植模式 , 为探明其适应性和实用性 ,
2013—2014 年在湖北省武穴市设置了传统种植的双季稻(对照)、春玉米–晚稻、双季玉米和早稻–秋玉米共 4 种两
熟制种植模式, 分析比较其周年产量及光、温、水资源利用效率和经济效益。结果表明, 春玉米–晚稻和双季玉米
周年产量显著高于早稻–秋玉米和双季稻。与双季稻相比, 春玉米–晚稻周年产量、光能生产效率、光能利用率、积
温生产效率、水分利用率及经济效益分别提高 18.3%、14.1%、23.4%、16.4%、37.2%和 44.3%, 双季玉米分别提高
了 13.5%、8.1%、26.1%、11.4%、88.8%和 37.8%。春玉米其产量、积温生产效率、水分利用率及经济效益两年平
均比早稻分别高出 30.6%、29.5%、57.2%和 96.1%, 而秋玉米和晚稻之间产量无显著差异。不同玉稻模式周年产
量差异主要源于第一季春玉米和早稻产量的差异。可见, 春玉米–晚稻和双季玉米是适宜在长江中游推广的两熟制
种植模式。
关键词: 玉稻种植模式; 产量; 资源利用效率; 经济效益
Comparison of Yield and Resource Utilization Efficiency among Different
Maize and Rice Cropping Systems in Middle Reaches of Yangtze River
LI Shu-Ya1,2, TIAN Shao-Yang1, YUAN Guo-Yin1,2, GE Jun-Zhu1,2, XU Ying1, WANG Meng-Ying1, CAO
Cou-Gui1, ZHAI Zhong-Bing3, LING Xiao-Xia1, ZHAN Ming1,*, and ZHAO Ming2,*
1 Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Cultivation (The Middle Reaches of the Yangtze River) of Ministry of Agriculture / College of
Plant Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China; 2 Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology of Min-
istry of Agriculture / Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 3 Wuxue Modern Agriculture
Demonstration Center, Wuxue 435415, China
Abstract: The development of maize production is important to solve the contradiction between maize production and require-
ment for people in the middle reaches of Yangtze River. With the rapid development of maize production recently, some new dou-
ble cropping systems in a whole year such as spring maize–late rice, double season maize, early rice–autumn maize have been
emerged in this region. In order to explore the extension potential of these double cropping systems in this region, four kinds of
double cropping systems were tested in Wuxue, Hubei province in 2013 and 2014, including traditional double season rice (RR),
spring maize–late rice (MR), double season maize (MM) and early rice–autumn maize (RM). The field experiment with three
replicates was conducted to analyze annual yield, use efficiencies of solar radiation, heat and water, and economic benefit of the
four cropping systems. The results showed that annual yield of MR and MM were significantly higher than that of RM and RR.
Compared with RR, MR increased annual yield, solar radiation productive efficiency, solar radiation use efficiency, accumulated
heat productive efficiency, water use efficiency and economic benefit by 18.3%, 14.1%, 23.4%, 16.4%, 37.2%, and 44.3%, re-
1538 作 物 学 报 第 41卷


spectively; meanwhile, MM enhanced these paremeters by 13.5%, 8.1%, 26.1%, 11.4%, 88.8%, and 37.8%, respectively. The
grain yield of spring maize was 30.6% higher than that of early rice, and there was no significant difference in yield between au-
tumn maize and late rice. In comparison with early rice, spring maize increased accumulated heat productive efficiency, water use
efficiency and economic benefit in the two years by 29.5%, 57.2%, and 96.1%, respectively. So the difference in annual yield of
different cropping systems mainly results from yield difference between the first season spring maize and early season rice. The
cropping systems of spring maize–late rice and double season maize are appropriate to be extended in the middle reaches of Yang-
tze River.
Keywords: Maize and Rice Cropping system; Yield; Natural resource use efficiency; Economic benefit
当前玉米已跃居我国三大粮食作物之首, 对保
障国家粮食安全发挥了十分重要的作用[1]。目前全
国玉米产需基本平衡 , 但区域性产需矛盾依然突
出。玉米产区主要集中在东北、华北和西北, 产量
占全国总产的 80%左右, 南方地区玉米生产仅占全
国的 20%左右, 但消费量却达全国总产量的 50%以
上[2-3]。长江中下游区是我国重要的粮食生产基地和
畜牧业养殖基地, 主要饲料来源于玉米, 玉米常年
产需缺口较大[2]。发展长江中下游玉米生产, 增强自
身供应能力, 是保障本区粮食安全、稳定农产品价
格、实现畜牧业持续发展的重要途径, 因此进行该
区玉米生产体系的革新、新技术的创制及新的产业
模式的探讨已迫在眉睫。在市场的带动下, 近年来
长江中游玉米发展迅速, 尤其是向低丘平原稻区扩
展较快。然而由于本区不属于国家玉米主产区域 ,
玉米生产主要系农民自发行为, 因此玉米生产技术
的研发与示范推广严重滞后, 不仅产量水平低, 而
且资源利用效率低, 亟待新型种植模式与技术的探
索与推广。
高光效的C4作物进入稻田形成的玉稻轮作和双
季玉米等新型两熟制种植模式已引起国内外学者的
关注[4-9]。在南亚部分国家, 针对稻–玉系统在生态适
应性、种植布局和面积、产量与产量潜力、养分管
理等领域 [9-10]开展了有关研究 , 通过水稻生长模型
ORYZA2000 和杂交玉米模型模拟指出水稻和玉米
的产量潜力分别可达到 15.0 t hm–2和 22.0 t hm–2左
右, 可获得产量通常为产量潜力的 80%~90%, 但是
玉米实际产量通常只有可获得产量的 50%左右, 因
此作为玉稻系统, 其产量潜力的发挥还有很大上升
空间。赵强基等[6]在中国南方稻区开展的研究表明
玉–稻模式比当地主体种植制度(麦–稻两熟制)增产
10%以上。李小勇 [11]研究表明玉–稻周年产量可达
19.9 t hm–2, 玉–稻和双季玉米产量均显著高于双季
稻, 但玉–稻和双季玉米产量差异不显著; 与传统双
季稻模式相比, 玉–稻周年土地资源利用率, 光、温、
水资源生产效率和光能利用率分别提高了 9.75%、
14.7%、20.4%、12.1%和 19.1%。稻–玉系统中, 早
季为旱稻的晚季免耕玉米的产量要显著高于早季是
水稻的晚季免耕玉米产量[12]。与双季稻模式的连作
晚稻比较, 采用同一耕作方式, 玉稻模式的晚稻产
量增幅为 2.13%~6.47%[11]。李立娟等[13]研究表明与
传统冬小麦–夏玉米相比 , 黄淮海区双季玉米产量
略增, 周年光、温生产效率平均增加 26.1%和 6.5%。
就南方稻区双季玉米不同肥料密度模式[14], 播期与
品种搭配[15]等方面也进行了一定研究。但是在长江
中游地区同等条件下同时比较研究玉–稻、双季玉
米、稻–玉、双季稻 4种两熟制种植模式周年产量和
资源利用效率及经济效益的差异尚未见报道。
本研究设置长江中游 4 种两熟制种植模式, 分
析比较其产量、资源利用效率和经济效益的差异及
其原因, 以期为长江中游种植结构调整, 协调水稻、
玉米合理发展提供理论依据与技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
湖北省武穴市现代农业示范中心试验基地
(30°00′N, 115°44′E)处亚热带季风性湿润气候, 试验
期间 2年的旬平均温度和降雨量见图 1, 2013年 7月
至 8月比 2014年同期降水偏少, 气温偏高。试验田
土壤为黄棕壤, 0~30 cm耕层含有机质 16.8 g kg–1、
全氮 1.95 g kg–1、硝态氮 7.46 mg kg–1、氨态氮 17.15
mg kg–1、全磷 0.45 g kg–1、速效磷 10.78 mg kg–1、
全钾 2.32 g kg–1、速效钾 108.50 mg kg–1, pH 6.30。
1.2 试验设计
2013—2014 年春玉米与秋玉米品种均为郑单
958, 早稻为常规籼稻中嘉早 17, 晚稻为多穗型杂交
籼稻岳优 9113。试验共设 4个处理, 分别为春玉米–
晚稻(MR)、双季玉米(MM)、早稻–秋玉米(RM)和传
统种植的双季稻(RR)两熟制模式。不同模式的播栽
及收获期见表 1。采用随机区组设计, 3次重复。
1.2.1 春玉米–晚稻模式 春玉米采用厢作, 厢
宽为 1 m, 沟宽为 20 cm, 厢沟模式单位宽度为 120
第 10期 李淑娅等: 长江中游不同玉稻种植模式产量及资源利用效率的比较研究 1539



图 1 试验期间的旬平均气温和降雨量
Fig. 1 Mean temperature and total rainfall of every ten-days during experimental period

表 1 不同玉稻种植模式生育期天数及播栽期和收获期
Table 1 Growth period and date of sowing, transplanting and harvest of different maize and rice cropping systems
播种期–移栽期–收获期
Date of sowing, transplanting, and harvest (month/day)
生育期天数
Growth period (d) 处理
Treatment 第 1季
1st season
第 2季
2nd season
第 1季
1st season
第 2季
2nd season
周年
Whole year
重叠期
Overlapping period
2013
MR 3/15–7/17 6/24–7/27–10/25 124 123 224 23
MM 3/15–7/17 7/20–11/6 124 109 233 0
RM 3/29–5/1–7/17 7/20–11/2 110 105 215 0
RR 3/29–5/1–7/17 6/24–7/26–10/25 110 123 210 23
2014
MR 3/16–7/15 6/25–7/26–10/26 121 123 224 20
MM 3/16–7/15 7/20–11/2 121 105 226 0
RM 3/27–4/28–7/19 7/27–11/3 114 99 213 0
RR 3/27–4/28–7/19 6.25–7/26–10/26 114 123 213 24
MR: 春玉米晚稻周年种植模式; MM: 双季玉米周年种植模式; RM: 早稻秋玉米周年种植模式; RR: 双季稻周年种植模式。
MR: spring maize–late rice; MM: double season maize; RM: early rice–autumn maize; RR: double season rice.

cm, 40 cm+80 cm宽窄行播种 2行, 窄行位于厢面,
每个小区 5厢。按 27.8 cm株距人工点播, 每穴 3粒
种子, 播种后人工覆膜。玉米出苗后及时破膜放苗,
三叶期间苗 , 五叶期定苗 , 定苗密度 6.0×104 株
hm−2。2013年公顷施肥量为 240 kg N、135 kg P2O5、
180 kg K2O, 2014年为 240 kg N、120 kg P2O5、180 kg
K2O, 试验用复合肥料为山东金正大生态有限公司
生产的沃夫特玉米专用缓控释肥(N∶P2O5∶K2O 为
22∶8∶12), 以N肥为计算单位, P2O5和K2O用量分
别用过磷酸钙(含 P2O5 12%)和氯化钾(含 K2O 60%)
补足, 肥料于播种时一次性基施。田间管理措施同
一般高产田。
于春玉米收获后泡田, 破坏原厢沟模式进行旋
田整地后人工移栽晚稻, 移栽密度 30.9 万穴 hm–2
(27.0 cm×12.0 cm), 每穴 2苗。2013年公顷施用肥料
180 kg N、135 kg P2O5、180 kg K2O, 2014年为 180 kg
N、75 kg P2O5、105 kg K2O, 以尿素(含 N 46%)、过
磷酸钙(含 P2O5 12%)和氯化钾(含K2O 60%)施用, 氮
肥按照基肥∶蘖肥∶穗肥为 4∶2∶4 施用, 磷肥全
部基施, 钾肥 50%作基肥施用, 50%于幼穗分化始期
施用。茎蘖数达到预期穗数的 80%时, 开始排水搁
田 , 拔节至成熟期采用干湿交替的水分管理模式 ,
收获前 1 周断水。按当地大面积生产统一实施病虫
草害防治。
1.2.2 双季玉米模式 该模式春玉米除了2014年
公顷施肥量为210 kg N、120 kg P2O5、180 kg K2O外,
其余播种施肥及田间管理同玉–稻模式的春玉米。于
春玉米收获后免耕同行错株播种秋玉米 , 厢作连
1540 作 物 学 报 第 41卷


作。2013年公顷施肥量为 180 kg N、135 kg P2O5、
180 kg K2O, 2014年为 210 kg N、120 kg P2O5、180 kg
K2O, 肥料施用方式同春玉米。其余大田种植及管理
同一般高产田。
1.2.3 早稻-秋玉米模式 早稻移栽密度 30.9 万
穴 hm−2 (27.0 cm×12.0 cm), 每穴 3苗。2013年公顷
施肥量 180 kg N、135 kg P2O5、180 kg K2O, 2014年
为 180 kg N、90 kg P2O5、105 kg K2O, 氮肥按照基
肥∶蘖肥∶穗肥为 5∶2∶3 施用, 磷、钾肥施用方
式及田间管理同 1.2.1之晚稻。秋玉米于早稻收获后,
浅旋耕做厢(同春玉米)播种。2 年施肥量同 1.2.1 之
春玉米, 田间管理措施同一般高产田。
1.2.4 双季稻模式 早稻种植同 1.2.3之早稻, 晚
稻种植同 1.2.1之晚稻。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 气象因子监测 试验田中安装全自动微型
气象站(AWS 800, 美国 Campbell Scientific 公司),
进行间隔 2 s的全年度自动数据读取, 利用生成的日
值气象资料, 计算周年和不同作物季的总辐射、有
效积温、降雨量。
1.3.2 生物量测定 于收获期, 取代表性玉米植
株 3株, 分茎、叶、穗轴、苞叶、籽粒, 按照大田平
均穗数取 6穴水稻, 分茎、叶、实粒、空瘪粒和枝梗
(水选法将实粒与空瘪粒分开), 105℃下杀青 30 min,
80℃下烘至恒重, 测定干物质重。利用微型植物样品
粉碎机粉碎, 过 40目筛, 用于植株养分测定。
1.3.3 产量测定 于收获前调查玉米种植密度 ,
每个小区收获中间一个厢面两个连续20株的果穗 ,
自然风干后考察穗粒数与千粒重, 脱粒称重, 测籽
粒含水量(PM8088谷物水分测定仪)。于收获前调查
水稻有效穗, 选取各小区生长均匀的5 m2测产, 收
后记录实际收割面积的8个长度、3个宽度与收割穴
数 , 脱粒并晒干 , 风选清除杂质后 , 测定总重和含
水量, 按照14%含水量折算水稻和玉米产量。
1.3.4 养分测定 采用双氧水-浓硫酸消煮法消
煮植株样品, 连续流动分析仪测定氮、磷含量, 火焰
光度计测定钾含量, 计算不同模式下的植株养分吸
收与积累情况。
1.4 物质、能量生产与生态因素及养分资源效率
分析
1.4.1 干物质产能 参考王美云等 [16]计算方法,
干物质产能以单位面积生产的干物质产量的干重热
值表示。干物质产能(MJ m–2) =单位面积的干物质产
量×干重热值
干重热值(GCV)指每克干物质完全燃烧所释放
的能量(J g–1)[17], 本试验玉米干重热值为 1.807×104 J
g–1[18], 水稻干重热值为 1.680×104 J g–1[19]。
1.4.2 光能生产效率和年总辐射利用率 参考王
美云等[16]、李丽娟等[13]计算方法, 光能生产效率以生
育期间平均单位热量生产的单位面积籽粒重量表示。
光能生产效率(g MJ–1) = 籽粒产量/单位面积的
太阳辐射
年总光能利用率(%) = 干物质产能/单位面积的
全年太阳辐射
1.4.3 积温生产效率和年有效积温利用率 参考
张占琴等[20]、高海涛等[21]计算方法, 积温生产效率
是指生育期间日均温≥10℃有效积温生产的单位面
积籽粒重量。
积温生产效率(kg hm–2 ℃–1 d–1) = 籽粒产量/生
育期间有效积温
年有效积温利用率(%) = 作物生育期间有效积
温/全年有效积温
1.4.4 水分利用效率 参考王美云等[16]、侯连涛
等 [22]计算方法, 采用产量水平的水分利用效率, 即
水分利用效率(kg m–3)=籽粒产量(kg hm–2)/总耗水量
(m3 hm–2), 其中 , 用水量=降水量+灌溉量 , 灌溉量
根据灌溉次数和含水量(m3 m–3)的变化计算(含水量
用美国Decagon Devices公司生产的 ProCheck测定),
每次灌溉量为地上灌水深度与地下 30 cm耕层含水
量变化(耕层土壤饱和时含水量按照 0.42 m3 m–3计
算)所对应的灌水量之和。
1.4.5 养分吸收与利用效率 参考吴文革等 [23]
计算方法,
养分积累总量=成熟期地上部各部位干物质重×
各部位养分含量之和
养分干物质生产效率(kg kg–1)=成熟期单位面积
干物质重/养分积累总量
养分籽粒生产效率(kg kg–1)=籽粒产量/养分积
累总量
养分收获指数(%)=籽粒养分积累量 /养分积累
总量
养分偏生产力(kg kg–1)=籽粒产量/养分施用量
1.5 经济效益计算
经济效益 (元 hm–2)=产值 (元 hm–2)成本 (元
hm–2)
产值(元 hm–2)=产量(kg hm–2)×单价(元 kg–1)
第 10期 李淑娅等: 长江中游不同玉稻种植模式产量及资源利用效率的比较研究 1541


其中, 玉米、早稻和晚稻单价每 kg分别为 2.20、
2.30和 2.60元。成本包括用工、机械、种子、肥料、
农药和地膜, 玉米按照机械播种人工收获, 水稻为
人工移栽机械收获 , 此外用工还包括施肥和喷药 ,
机械还包括整地和灌溉。用工标准和生产资料价格
依据湖北省武穴市当地用工及物价水平确定。玉米
用工包括人工收获脱粒 1800元 hm–2, 6次喷药 1350
元 hm–2; 机械包括整地做厢 1800 元 hm–2, 播种及
施肥 450元 hm–2, 秋玉米灌溉 1次 450元 hm–2。水
稻用工包括插秧 1500 元 hm–2, 6 次喷药 1350 元
hm–2, 3次施肥 1350元 hm–2; 机械包括整地 1500元
hm–2, 收获 1200 元 hm–2, 早稻 3 次灌溉 1350 元
hm–2, 晚稻 6次灌溉 2700元 hm–2。玉米、常规早稻
和杂交籼稻种子每公顷费用分别为 675、375和 900
元。缓释肥 3600元 t–1; 尿素每袋 40 kg, 95元; 氯
化钾每袋 50 kg, 165元; 过磷酸钙每袋 50 kg, 35元。
玉米农药费用为 900元 hm–2, 水稻为 1125元 hm–2。
春玉米种植覆膜为 750元 hm–2。
1.6 数据统计与分析
用 Microsoft Excel 2003 计算数据和作图, 用
SAS 8.0统计软件进行方差分析, LSD法进行多重比
较, 显著性水平设定为 α=0.05。
2 结果与分析
2.1 不同玉稻种植模式生育期差异
由表 1 知, MR 和 MM 模式周年生长期较接近,
为 225 d 左右, RM和 RR模式周年生长期接近, 为
213 d左右, 比 MR和 MM生育期天数减少 9~23 d。
这是由于春玉米生育期天数比早稻高出 7~14 d, 晚
稻生育期天数比秋玉米高出 14~24 d, 而晚稻由于要
在前季作物未收获前育秧, 因而与前季作物之间有
20 d左右的生育期的重叠。
2.2 不同玉稻种植模式产量比较
由表 2 知, 2013 年周年产量表现为 MR>MM>
RM>RR, 模式间差异均达到显著水平, 其中 MR 比
MM、RM 和 RR 周年产量依次平均高出 6.5%、
14.2%、22.0%, MM比 RM和 RR周年产量平均高出
7.2%和 14.5%; 2014 年周年产量为 MR>MM>RR>
RM, 除MR和MM之间差异不显著外, 其余模式间
差异均达到显著水平; 其中MR比 RR和 RM周年产
量依次平均高出 15.0%和 27.2%, MM 比 RR 和 RM
周年产量平均高出 12.6%和 24.6%。
从单季产量两年均值可以看出, 第 1季春玉米产
量(9.31 t hm–2)显著高于早稻产量(7.13 t hm–2), 2013
年和 2014年分别高出 32.2%和 29.0%。第 2季产量在
年际间有一定的波动, 2013年 MR晚稻显著高于 RR
晚稻, 产量提高 8.1%, 2014年提高 4.3%; 2013年 RM
秋玉米显著高于 MM秋玉米, 增产 8.3%, 但 2014年
表现为MM秋玉米产量显著高于RM秋玉米, 可能是
由于 2014年 7月中旬降雨量是 2013年 7月中旬降雨
量的 63.5 倍(图 1), 造成早稻收获前后稻田含水量较
高, RM秋玉米播期推迟 1周造成减产, 说明种植 RM
秋玉米在年际间具有一定风险。2013 年第二季秋玉
米(8.75 t hm–2)与晚稻(8.60 t hm–2)产量之间无显著差
异, 2014年不考虑 RM秋玉米, 秋玉米(9.57 t hm–2)与
晚稻(9.59 t hm–2)产量之间亦无显著差异。

表 2 不同玉稻种植模式产量比较
Table 2 Comparison of grain yield of different maize and rice cropping systems (t hm–2)
处理
Treatment
第 1季
1st season
第 2季
2nd season
周年
Whole year
2013
春玉米晚稻周年种植模式 MR 9.65±0.82 a 8.93±0.08 a 18.58±0.85 a
双季玉米周年种植模式 MM 9.04±0.34 a 8.40±0.35 b 17.44±0.22 b
早稻秋玉米周年种植模式 RM 7.16±0.10 b 9.10±0.07 a 16.27±0.17 c
双季稻周年种植模式 RR 6.98±0.10 b 8.26±0.10 b 15.24±0.20 d
2014
春玉米晚稻周年种植模式 MR 9.36±0.22 a 9.79±0.12 a 19.16±0.23 a
双季玉米周年种植模式 MM 9.19±0.64 a 9.57±0.25 a 18.76±0.58 a
早稻秋玉米周年种植模式 RM 7.12±0.10 b 7.94±0.77 b 15.06±0.73 c
双季稻周年种植模式 RR 7.27±0.19 b 9.39±0.13 a 16.66±0.24 b
不同小写字母表示处理间差异达 0.05显著水平。
Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level among treatments. Abbreviations are the
same as those given in Table 1.
1542 作 物 学 报 第 41卷


2.3 不同玉稻种植模式资源利用效率比较
2.3.1 光能生产效率及利用率 由表 3 看出, 周
年种植模式光能生产效率年际间趋势一致(除 2014
年 RM)。不同年际间有差异, 2013年, MR、MM和
RM周年光能生产效率比 RR分别提高 0.08 g MJ–1、
0.03 g MJ–1和 0.02 g MJ–1, 增幅分别为 17.8%、6.7%
和 4.4%, 差异达显著水平; 2014年, MR和MM周年
光能生产效率比 RR 分别显著高出 0.06 g MJ–1 和
0.05 g MJ–1, 增幅为 11.1%和 9.3%。周年总光能利用
率 MR 和 MM 显著高于 RM 和 RR, 其中 2013 年
MR比 RM和 RR分别显著高出 16.1%和 23.8%, MM
比 RM和 RR分别显著高出 14.3%和 21.9%, 2014年
MR比 RM和 RR分别显著高出 25.2%和 23.0%, MM
比 RM和 RR分别显著高出 32.4%和 30.1%。
2.3.2 积温生产效率及利用率 由表 3 可知, 周
年种植模式积温生产效率年际间趋势一致(除 2014
年 RM)。与 RR 周年积温生产效率相比, MR、MM
和RM在 2013年分别提高 1.04 kg hm–2 ℃–1 d–1、0.59
kg hm–2 ℃–1 d–1和 0.31 kg hm–2 ℃–1 d–1, 增幅分别
为 20.5%、11.6%和 6.1%, 差异达显著水平; 而在
2014年 MR和 MM周年光能生产效率比 RR分别显
著高出 0.73 kg hm–2 ℃–1 d–1和 0.64 kg hm–2 ℃–1 d–1,
增幅为 12.8%和 11.2%。单季比较结果表明, 第 1季
春玉米积温生产效率显著高于早稻, 2013年和 2014
年分别平均显著高出 1.39 kg hm–2 ℃–1 d–1和 1.49 kg
hm–2 ℃–1 d–1, 增幅为 28.6%和 30.3%; 第 2 季秋玉
米积温生产效率有大于晚稻的趋势。4 种种植模式
对年有效积温的利用率均接近饱和, 其中 2013 年
MR、MM和 RM本田期年有效积温利用率比 RR分
别高出 9.9%、18.1%和 6.6%, 2014 年 MR、MM 和
RM本田期年有效积温利用率比 RR分别提高 9.6%、
16.0%和 1.4% (表 3)。

表 3 不同玉稻种植模式的光温生产效率与周年利用率
Table 3 Solar radiation, GDD (growing degree days) production efficiency and annual use efficiency of different maize and rice
cropping systems
光能生产效率
Solar radiation production efficiency (g MJ–1)
积温(≥10℃)生产效率
GDD production efficiency (kg hm–2 ℃–1 d–1) 处理
Treatment 第 1季
1st season
第 2季
2nd season
周年
Whole year
年总光能利用率
Use efficiency
of annual solar
radiation (%)
第 1季
1st season
第 2季
2nd season
周年
Whole year
年有效积温利用率
Use efficiency of
annual GDD (%)
2013
MR 0.52 ab 0.57 a 0.53 a 1.30 a 6.47 a 4.49 c 6.11 a 18.8+87.9
MM 0.49 b 0.48 c 0.48 b 1.28 a 6.06 a 5.28 b 5.66 b 94.5
RM 0.55 a 0.53 b 0.47 b 1.12 b 4.93 b 5.80 a 5.38 b 7.3+85.3
RR 0.54 a 0.52 b 0.45 c 1.05 c 4.80 b 4.16 d 5.07 c 25.5+80.0
2014
MR 0.56 a 0.70 a 0.60 a 1.39 b 6.48 a 5.23 bc 6.42 a 16.5+89.1
MM 0.55 a 0.63 bc 0.59 a 1.47 a 6.36 a 6.30 a 6.33 a 94.3
RM 0.57 a 0.57 c 0.51 c 1.11 c 4.88 b 5.73 b 5.29 c 8.2+82.4
RR 0.58 a 0.67 ab 0.54 b 1.13 c 4.98 b 5.01 c 5.69 b 24.7+81.3
年有效积温利用率以秧田期和本田期分开计算。不同小写字母表示处理间差异达 0.05显著水平。缩写同表 1。
Utilization efficiency of annual GDD is calculated in the seedling stage and in the transplanted field stage separately. Values followed
by different letters are significantly different at the 0.05 probability level among treatments. Abbreviations are the same as those given in
Table 1.

2.3.3 水分利用率 由图 1可知, 2013年 4月至 6
月份降雨较多, 7月至 10月份出现较严重干旱, 2014
年 5月至 7月份降雨较多, 8月至 10月份出现干旱。
对春玉米未进行灌溉 , 对秋玉米进行了补充灌溉 ,
晚稻需水量大, 灌溉量为早稻灌溉量的 1.7~2.0倍。
由表 4可知, 与 RR相比, 2013年 MR、MM和 RM
可分别节约灌溉用水 37.5%、85.9%和 48.4%, 2014
年分别节约灌溉用水 33.3%、86.7%和 53.4%。
由表 4 可以看出, 长江中游不同周年种植模式
水分利用率以 MM 最高, 显著高于 MR 和 RM, RR
最低, 且显著低于其他 3种模式。与 RR水分利用率
相比, MR、MM 和 RM 2013 年分别高出 41.5%、
82.9%和 39.8%, 2014 年分别提高 32.8%、95.0%和
21.0%。从单季 WUE 分析可以看出, 春玉米 WUE
显著高于早稻, 2013 年和 2014 年分别提高 0.61 kg
m–3和 0.60 kg m–3, 增幅为 52.4%和 62.0%; 秋玉米
第 10期 李淑娅等: 长江中游不同玉稻种植模式产量及资源利用效率的比较研究 1543


WUE显著高于晚稻。
2.3.4 养分利用率 由于 2014 年磷钾肥的施用
是在 2013 年的基础上优化调整的, 因此以 2014 年
结果分析不同周年种植模式间养分利用率差异。不
同周年模式对氮素的利用没有显著差异(除 2014 年
RM); RR磷、钾肥偏生产力虽然比MR和MM高, 但
是 MR和 MM吸收单位磷素生产的籽粒比 RR分别
高出 26.5%和 22.4%, 生产的干物质比 RR分别高出
29.7%和 31.7%, MR和 MM吸收单位钾素生产的籽
粒比 RR分别高出 25.9%和 39.3%, 生产的干物质比
RR分别高出 29.1%和 49.8%。氮、磷、钾素收获指
数均表现为 MR和 MM显著高于 RR (表 5)。
2.3.5 经济效益分析 由表 6 可知, 不同模式间
周年经济效益以 MR最高, MM其次, 而 RM和 RR
较低。其中 MR 和 MM 经济效益两年均值分别比
RR 增加 5883 元 hm–2 和 5023 元 hm–2, 增幅为
44.3%和 37.8%。MR 周年成本和效益均较高, 为高
投入高产出型; MM成本最低, 而效益较高, 为低投
入高产出型 ; RR 成本与 MR 相当 , 而效益最低
(2013), 为高投入低产出型; RM 成本居中, 效益与
RR 相当(2013), 为中投入低产出型。因此 MR 和
MM是较好的种植模式。

表 4 不同玉稻种植模式的用水量与水分利用率
Table 4 Water input and use efficiency of different maize and rice cropping systems
降水量 Rainfall (mm) 灌溉 Irrigation (mm) 水分利用率 WUE (kg m–3) 处理
Treatment 第 1季
1st season
第 2季
2nd season
周年
Whole year
第 1季
1st season
第 2季
2nd season
周年
Whole year
第 1季
1st season
第 2季
2nd season
周年
Whole year
2013
MR 526 149 689 0 380 380 1.83 a 1.69 c 1.74 b
MM 526 164 691 0 86 86 1.72 a 3.36 b 2.25 a
RM 380 164 632 228 86 314 1.18 b 3.64 a 1.72 b
RR 380 149 630 228 380 608 1.15 b 1.56 c 1.23 c
2014
MR 596 135 731 0 456 456 1.57 a 1.66 c 1.58 b
MM 596 120 716 0 91 91 1.54 a 4.53 a 2.32 a
RM 518 118 636 228 91 319 0.95 b 3.81 b 1.44 c
RR 518 135 653 228 456 684 0.97 b 1.59 c 1.19 d
不同小写字母表示处理间差异达 0.05显著水平。缩写同表 1。
Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level among treatments. Abbreviations are the
same as those given in Table 1.

表 5 不同玉稻种植模式氮、磷、钾利用率
Table 5 N, P, and K use efficiency of different maize and rice cropping systems
偏生产力
Partial factor productivity
(kg kg–1)
籽粒生产效率
Use efficiency for grain
production (kg kg–1)
干物质生产效率
Use efficiency for biomass
production (kg kg–1)
收获指数
Harvest index (%) 处理
Treatment
N P K N P K N P K N P K
2013
MR 44.2 a 68.8 a 51.6 a 40.0 b 276.3 bc 41.4 c 75.2 c 519.2 b 77.7 c 67.4 a 73.9 b 12.6 c
MM 41.5 b 64.6 b 48.5 b 46.0 a 324.2 a 53.1 a 87.8 a 618.5 a 101.4 a 69.8 a 81.4 a 17.9 a
RM 38.7 c 60.2 c 45.2 c 39.3 b 281.5 a 47.7 b 72.4 d 518.6 b 87.9 b 64.6 b 74.2 b 15.1 b
RR 42.3 ab 56.4 d 42.3 d 40.3 b 256.6 c 33.2 d 77.7 b 494.6 c 64.0 d 63.6 b 67.5 c 9.4 d
2014
MR 45.6 a 98.2 a 67.2 b 45.5 b 301.5 a 65.7 b 78.2 b 531.5 a 115.8 b 68.0 b 79.7 a 8.7 b
MM 44.7 a 78.2 b 52.1 c 42.6 c 291.9 a 72.7 a 78.8 b 539.7 a 134.4 a 71.5 a 81.6 a 14.9 a
RM 35.9 b 71.7 c 52.8 c 50.4 a 271.6 b 54.1 c 92.5 a 499.7 b 97.0 c 56.3 c 66.2 b 6.6 c
RR 46.3 a 101.0 a 79.3 a 46.1 b 238.4 c 52.2 c 79.3 b 409.7 c 89.7 d 58.2 c 59.6 c 3.4 d
不同小写字母表示处理间差异达 0.05显著水平。缩写同表 1。
Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level among treatments. Abbreviations are the
same as those given in Table 1.
1544 作 物 学 报 第 41卷


表 6 不同玉稻种植模式经济效益比较
Table 6 Comparison of economic benefit of different maize and rice cropping systems (Yuan hm–2)
产值 Total income 成本 Cost 经济效益 Net income 处理
Treatment 第 1季
1st season
第 2季
2nd season
周年
Whole year
第 1季
1st season
第 2季
2nd season
周年
Whole year
第 1季
1st season
第 2季
2nd season
周年
Whole year
2013
MR 21230 23225 44455 12195 14325 26520 9035 8900 17935
MM 19887 18487 38374 12195 9420 21615 7692 9067 16759
RM 16475 20028 36503 12450 12345 24345 4025 8133 12158
RR 16046 21480 37526 12450 14325 26775 3596 7155 10751
2014
MR 20602 25461 46064 12120 13575 25695 8482 11886 20369
MM 20219 21055 41275 11775 9675 21450 8444 11380 19825
RM 16371 17476 33848 11775 11820 23595 4596 5656 10253
RR 16723 24415 41138 11775 13575 25350 4948 10840 15788
不同小写字母表示处理间差异达 0.05显著水平。缩写同表 1。
Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level among treatments. Abbreviations are the
same as those given in Table 1.

单季的春玉米经济效益优于早稻 , 2013 年和
2014年平均分别高出 4553元 hm–2和 3691元 hm–2,
增幅分别为 119.5%和 77.3%, 其原因是二者在成本
相当的前提下, 春玉米产值高于早稻, 2年产值平均
增幅分别为 26.4%和 23.3%。晚稻成本和产值均高于
秋玉米, 经济效益与秋玉米相当。
3 讨论
长江中下游是我国重要的种植业优势区[24]。随
着农业生产的发展, 该区种植业结构也在不断地调
整。20世纪 50—70年代, 南方一熟改两熟, 两熟改
三熟; 60—70 年代, 南方利用冬闲田发展绿肥双季
稻、稻麦和稻油两熟制[25]。70年代起, 该稻区在麦–
稻两熟制的基础上纳入玉米 , 形成了“麦 /玉米–水
稻”为主体格局的两旱一水三熟种植制, 并形成粮经
饲初步结合, 实现粮(后季稻)、饲(春玉米)、经菜果
(冬春间套作)等多元种植, 成为该区农作制度向新
阶段发展的一个重要标志 , 同时使新型的玉–稻种
植模式得到较快的发展[26-27]。这样不仅减轻了北玉
南下的压力, 而且将经济效益高的春玉米代替了一
部分经济效益较低的传统的双季早稻。为此, 笔者
针对高光效 C4作物——玉米进入南方稻田所形成的
稻–玉、玉–稻和双季玉米新型的两熟制种植模式开
展了研究。
本研究结果表明, MR和MM周年产量显著高于
RM 和 RR。MR 和 MM 产量比 RR 平均分别高出
18.3%和 13.5%, 与李小勇[11]的研究结果一致。本试
验中 MR 产量比 RM 平均增加 20.5%, Timsina 等[9]
研究曾指出玉–稻系统产量潜力(21.7 t hm–2)高于稻–
玉系统(20.5 t hm–2)。水旱轮作系统的一个显著特征
就是作物系统的水旱交替轮换导致了土壤系统季节
间的干湿交替变化[28], 2013 年 MR 晚稻产量比 RR
晚稻显著高出 8.1%, 但 2014 年二者无显著差异 ,
2013年 RM秋玉米产量比MM秋玉米显著高出 8.3%,
这是否因水热条件的强烈转换, 引起土壤物理、化
学或者生物学特性的交替变化 , 还有待进一步研
究。单季春玉米产量显著高于早稻, 两年平均增幅
30.6%, 而秋玉米和晚稻之间产量均值无显著差异,
因此不同玉稻两熟制种植模式周年产量差异主要源
于第一季春玉米和早稻产量的差异, 使得本研究中
MR 模式与 MM 模式具有相当的周年产量水平。双
季早稻前期营养生长阶段低温导致生物量低及后期
开花灌浆期最高温太高导致结实率较低不可避免[29],
最终导致早稻产量较低, 而春玉米前期通过地膜增
温, 后期尽管春玉米灌浆期也受高温的影响, 但是
春玉米开花期在 5 月底比早稻开花期 6 月中旬早
20 d左右, 一定程度上缓冲了高温危害。
与 RR相比, MR周年光能生产效率、年总光能
利用率和周年积温生产效率分别提高 14.1%、23.4%
和 16.4%, 这与前人[11]研究结果一致, MM分别提高
8.1%、26.1%和 11.4%; MR和 MM年总光能利用率
比 RM平均分别高出 20.6%和 23.3%, 单季春玉米积
温生产效率比早稻平均高出 29.5%。含有玉米季的
MR 和 MM 两年水分利用率比 RR 平均分别高出
第 10期 李淑娅等: 长江中游不同玉稻种植模式产量及资源利用效率的比较研究 1545


37.2%和 88.8%, 与水稻相比, 每生产 1 kg玉米所需
的水量约是生产 1 kg稻谷所需水量的 28.3%[30], 而
且针对春玉米–晚稻这种模式 , 春玉米田间排出的
水可以储存以利晚稻的利用。因此用春玉米代替双
季早稻不仅可以实现光温水资源的高效利用, 也可
以达到节水的目的。MR 和 MM 对氮素的利用虽然
没有表现出优势, 但是对磷钾的利用仍表现出一定
的优势。周年经济效益 MR和 MM高于 RM和 RR,
MR和 MM效益相当, RM和 RR效益相当; 结合成
本来看 , 高投入高产出的 RM 和低投入高产出的
MM 两种种植模式是值得在此区域推广的。单季春
玉米经济效益优于早稻 , 两年比早稻平均高出
96.1%。增加有比较优势的农作物生产, 或者减少没
有比较优势的农作物生产, 有利于提高农民的经营
性收入[31-32], 因此将春玉米代替经济效益差的双季
早稻, 利于增加农民收入。
我国水资源总体特征呈现受季风气候影响年度
间水源供应不稳定的特点[33], 2014 年 7 月份试验点
降雨量(218.9 mm)是 2013年 7月份降雨量(30.1 mm)
的 7.3 倍, 而 2014 年 7 月中旬降雨量(114.3 mm)是
2013年 7月中旬降雨量(1.8 mm)的 63.5倍(图 1), 7
月中旬正值早稻收获及播种稻–玉秋玉米的时期 ,
因此与 2013年相比, 2014年稻–玉秋玉米播种推迟 1
周而造成减产。尽管玉–稻产量潜力比稻–玉高, 可
是玉–稻系统可能会面临前季玉米渍涝和后季水稻
缺水的问题, 而且前季长期在降雨量大的季节玉米
会感染各种病害, 而水稻很少会感染 [34], 不过通过
前季玉米覆膜种植及加强玉米病虫害管理和后季水
稻抽水都可以解决这些问题。由双季稻到单季稻到
直播稻这一系列种植方式的形成 , 是在朝着以高
产、高效和简化为特征的方向改变, 因此针对春玉
米–晚稻这一两熟制种植方式 , 通过调节春玉米群
体特征以求周年产量的进一步提高以及通过寻求晚
稻简化的接茬方式来代替传统的高成本人工插秧是
亟待进一步研究的问题。
4 结论
用高光效的 C4 作物玉米取代一部分双季早稻,
不仅提高了资源利用效率, 增加了经济效益, 同时
增加了种植模式的多元化。不同玉稻两熟制种植模
式周年产量差异主要源于第 1 季春玉米和早稻产量
的差异。MR和MM周年产量显著高于RM和RR, 而
且MR和 MM资源利用效率显著高于 RR。因此, MR
和 MM是适宜在长江中游推广的 2种两熟制种植模
式, 双季玉米可以选择在一些山区和丘陵水分不足
以种植水稻的区域种植 , 而春玉米–晚稻可以选择
在一部分平原区种植, 不仅仅是作为两熟制种植制
度多元化的补充, 也是实现本区域畜牧业可持续发
展从而增加农民收入的一种方式。
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