全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2011, 37(7): 12291234 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家“十二五”科技支撑计划项目(2011BAD0000)和国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2009CB118605)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 赵明, E-mail: zhaomingcau@163.net, Tel:010-82108752
第一作者联系方式: E-mail: liljnky@163.com
Received(收稿日期): 2011-02-23; Accepted(接受日期): 2011-04-13.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2011.01229
黄淮海双季玉米产量性能与资源效率的研究
李立娟 1,3 王美云 2 薛庆林 3 崔彦宏 3 侯海鹏 1 葛均筑 1 赵 明 1,*
1 中国农业科学院作物科学研究所 / 农业部作物生理生态与栽培重点开放实验室, 北京 100081; 2 中国农业大学农学与生物技术学
院, 北京 100193; 3 河北农业大学农学院, 河北保定 071001
摘 要: 冬小麦-夏玉米一直是黄淮海两熟区的主要种植模式, 近年来由于气候变化, 冬季冻害和干旱时有发生, 为
了充分发挥玉米 C4作物高光效、高资源利用效率的特点, 探索了双季玉米的新型种植模式。于 2009年和 2010年在
河南新乡以冬小麦-夏玉米传统种植为对照, 进行了双季籽粒玉米产量性能与资源效率测定, 结果表明, 双季玉米与
传统冬小麦-夏玉米模式相比, 周年产量略高, 两年平均增幅 2.3%; 周年光、温生产效率平均增加 26.1%和 6.5%, 周
年经济效益显著增加, 平均为 1 628元 hm2, 还有 140 d农田休闲期。说明双季玉米模式是光温生产效率高、经济效
益好的高效和简化的种植模式, 也是一种有利于土壤休闲和避开冬季冻害和干旱的生态安全的模式, 该模式将成为
黄淮海地区长期冬小麦/夏玉米模式的补充, 也是冬小麦冬季受灾的一种补救技术。
关键词: 双季玉米; 种植模式; 产量性能; 资源效率; 经济效益
Yield Performance and Resource Efficiency of Double-cropping Maize in the
Yellow, Huai and Hai River Valleys Region
LI Li-Juan1,3, WANG Mei-Yun2, XUE Qing-Lin3, CUI Yan-Hong3, HOU Hai-Peng1, GE Jun-Zhu1, and
ZHAO Ming1,*
1 Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Cultivation, Ministry of Agri-
culture, Beijing 100081, China; 2 College of Agronomy and Biotechnology, China Agricultural University, Beijing 100193, China; 3 College of
Agronomy, Agricultural University of Hebei, Baoding 071001, China
Abstract: The winter wheat-summer maize relay system is the main cropping system in the Yellow, Huai and Hai River Valleys
region. In recent years, because of climate changing, the winter freezing and drought have occurred frequently. To take full
advantage of high photosynthetic and high resource utilization efficiency of C4 crop, we explored the double-cropping maize sys-
tem. The experiment was conducted in Xinxiang, Henan province in 2009 and 2010 growing seasons, comparing the grain yield
performance and resource efficiency between double cropping maize and the winter wheat-summer maize cropping system. The
results showed that the annual yield of double cropping maize was slightly high, the average yield of two years increased by 2.3%;
annual light energy and temperature production efficiency increased by 26.1% and 6.5% respectively; the economic benefit in-
creased by 1 628 Yuan ha1 and there was a farmland fallow of 140 days. It illuminated that the double-cropping maize systems
with facilitating soil fallow and avoiding winter freezing injure and drought were of high light and temperature efficiency, good
economic efficiency, simplified planting patterns, and ecological security model, which will supplement winter wheat-summer
maize model, and also remedy winter wheat loss in the Yellow, Huai and Hai River Valleys regions.
Keywords: Double-cropping maize; Planting pattern; Yield performance; Resource efficiency; Economic benefit
随着全球气候变暖 , 极端天气出现频率增加 ,
冬小麦生长期内易遭遇冷害和冬旱、春旱[1-3], 夏玉
米授粉期常遭遇高温干旱或阴雨连绵天气[4-6], 这些
不利气候因素使黄淮海地区传统冬小麦-夏玉米种
植模式减产风险加大。同时农田全年种植作物使土
壤水、养分过度利用, 地力得不到充分恢复, 作物光
热资源利用率低。因此, 如何降低气候变化对农业
生产的影响, 提高作物资源利用效率, 成为探索新
型种植模式的主要出发点。
双季玉米种植是近年来一种新型高产种植模式,
1230 作 物 学 报 第 37卷

多采用套作或育苗移栽, 如双季错期播种[7]、春秋套
种[8-9]、双季移栽[10-11]等。由于双季存在一定共生期,
虽提高了作物资源利用效率, 却不利于玉米早春季
收获和晚夏季播种, 难以在生产上大面积推广, 而
双季连作模式集中在双季青贮玉米[12]。目前对黄淮
海两熟区的双季粮用玉米连作种植模式研究还鲜有
报道。本研究以双季粮用玉米连作种植为基础, 以
冬小麦-夏玉米模式为对照, 对比分析两种种植模式
的产量效应、光温资源利用效率和经济效益, 以期
为黄淮海地区新型种植模式的建立提供依据。
1 材料与方法
1.1 供试品种和试验地情况
试验于 2009—2010 年在中国农业科学院新乡
综合试验基地(37°41′02″N, 116°37′23″E)进行。试验
田土壤为黏壤土, 0~20 cm 耕层含有机质 12.55 g
kg1、速效氮 61.18 mg kg1、速效磷 16.15 mg kg1、
速效钾 109.95 mg kg1, pH 8.21。双季玉米模式, 早
春玉米品种为益农 103, 晚夏玉米品种为郑单 958。
冬小麦-夏玉米模式的冬小麦品种选用矮抗 58, 夏玉
米品种选用郑单 958; 小区面积 70.0 m × 4.8 m =
336.0 m2, 无重复。
1.2 试验设计
1.2.1 双季玉米模式 早春季 2009年 3 月 21日
播种, 7月 26日收获; 2010年 3月 29日播种, 7月 22
日收获 ; 播种后人工覆膜 , 设计密度 8.25×104 株
hm2, 宽窄行种植, 宽行行距 80 cm, 窄行行距 40
cm。晚夏季 2009年 7月 26日播种, 11月 7日收获;
2010年 7月 23日播种, 11月 12日收获; 前季留高茬
秸秆覆盖窄行, 宽行人工开沟播种, 行距、株距不变。
1.2.2 冬小麦-夏玉米模式 冬小麦于 2008年 10
月 13日播种, 6月 5日收获; 2009年 10月 13播种,
2010 年 6 月 12 日收获, 设计密度 500×104株 hm2,
行距 20 cm。夏玉米分别于 2009年 6月 8日播种, 10
月 8日收获; 2010年 6月 13日播种, 10月 8日收获,
种植方式和密度同双季玉米。
作物全生育期内, 2009年双季玉米灌水 3次, 冬
小麦-夏玉米灌水 6 次; 2010 年双季玉米灌水 2 次,
冬小麦-夏玉米灌水 5 次, 按常规高产田施肥, 其他
管理同大田。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 生态资源测定与计算 采用试验田中的全
自动气象站, 进行间隔 30 min 的全年度自动记录,
根据生育阶段的光照时数和平均温度计算出相关效
率值。参考严定春等[13]报道的方法计算≥10℃的有
效积温。太阳总辐射 Q=Q0 (a+bS/S0)。Q0为天文辐
射, S为太阳实测日照时数, S0为太阳可照时数, S/S0
为日照百分率, a、b为待定系数[14]。
光能生产效率(%) = 籽粒产量/单位面积的太阳
辐射, 温度生产效率(%)=单位面积籽粒产量/生育期
间有效积温。
1.3.2 产量测定 按照《农业部玉米高产田测产
验收办法》测定玉米产量。
冬小麦收获时, 每小区按固定的标点取 1 m 双
行测定穗数, 并随机抽取 20穗考种。待小区收获籽粒
自然风干至含水量为 13%时称量, 折合成公顷产量。
1.3.3 产量性能分析 在全生育期间测定 5 次的
叶面积与干物质, MLAI×D×MNAR×HI = EN×GN×
GW (MLAI为全生育期平均叶面积系数、D为生育
期天数、MNAR为平均净同化率、HI为收获指数、
EN为穗数、GN为穗粒数、GW为千粒重), 计算产
量性能参照张宾[15]方法, 求出冬小麦和玉米的全生育
期平均叶面积系数(MLAI)和平均净同化率(MNAR)。
1.3.4 数据分析 用 SAS 8.0和 Microsoft Excel
2003进行数据统计分析和作图。
2 结果与分析
2.1 双季玉米模式的生育进程及光、温变化特征
双季玉米模式生长季节在 3 月下旬~11 月上旬,
两季有效生育期为 209 d, 其中早春季节从 3 月下
旬~7月中下旬, 历时 110 d左右, 其苗期处于低温阶
段, 中期处于温度上升阶段, 开花期到收获期处于
温度上升迅速的阶段。晚夏季从 7 月中下旬~11 月
中旬或更晚收获, 历时 112 d左右, 其苗期处于高温
高湿条件, 籽粒灌浆至成熟期处于温度逐渐下降阶
段。因此, 双季玉米生产中早春季节的苗期低温和
晚夏季节的后期低温成为进一步提高产量的重要限
制因子之一。与传统模式相比, 冬小麦-夏玉米全年
生长时间为 227 d, 加上越冬期将近 123 d 的时间,
其生长季节几乎占用了全年的时间。而双季玉米全
年可减少占地时间 140 d 左右, 此时处于冬季冻害
和干旱易发生的时期。由此可见, 双季玉米模式是
一种有利于土壤休息和避开冬季冻害和干旱的生态
安全模式, 也是冬小麦冬季受灾的一种补救技术。
2.2 双季玉米模式产量效应的比较
双季玉米两年平均产量为 16 475 kg hm2 (2009
第 7期 李立娟等: 黄淮海双季玉米产量性能与资源效率的研究 1231


年为 14 745 kg hm2, 2010年为 18 206 kg hm2), 其
中早春季玉米产量明显高于晚夏季。早春季 2 年平
均产量为 9 983 kg hm2, 晚夏季平均产量为 6 493 kg
hm2。早春季比晚夏季 2年分别增加 4 245 kg hm2
和 2 734 kg hm2, 晚夏玉米仅为早春玉米的 55.3%、
73.9%。早春季产量高的原因可能是生长季节处于
光、温同步的阶段, 有利于干物质的积累; 晚夏季产
量低的原因可能是前期生长过快、后期灌浆期低温
与热量不足, 其影响远大于早春季的苗期低温与后
期的高温。
与传统冬小麦-夏玉米模式相比, 双季玉米的周
年产量略高, 两年平均增幅 2.3% (图 2); 2009 年和
2010 年周年产量较冬小麦 -夏玉米模式分别增加
364.0 kg hm2 和 356.5 kg hm2, 增幅为 2.5%和
2.0%。分析两种模式不同季节的产量, 双季玉米的
早春玉米与传统模式的夏玉米产量相近, 晚夏季与
冬小麦的产量相近。因此, 如何挖掘晚夏玉米的产
量潜力成为提高双季玉米产量的关键。



图 1 双季玉米模式生育进程及周年光、温变化(2010年)
Fig. 1 Growth process of crops and the changes of the solar radiation and mean temperature on double cropping system in 2010



图 2 双季玉米模式产量比较
Fig. 2 Comparison of grain yield on double cropping system
09DM: 2009年双季玉米的产量, 09WS: 2009年冬小麦-夏玉米的产
量; 10DM: 2010年双季玉米的产量, 10WS: 2010年冬小麦-夏玉米的
产量; 冬小麦-夏玉米模式第一季为冬小麦, 第二季为夏玉米。
09DM: Yield of double season maize in 2009, 09WS: Yield of
winter wheat-summer maize in 2009; 10DM: Yield of double sea-
son maize in 2010; 10WS: Yield of winter wheat-summer maize in
2010; winter wheat-summer maize system: the first season grew
winter wheat ,the second season grew summer maize.

2.3 双季玉米模式产量性能的比较
产量性能方程分析表明, 不同年份产量性能各
参数变化不同。2009年产量早春季明显高于晚夏季,
为晚夏季产量的 1.8 倍, 主要是 2009 年晚夏季生育
后期遭遇低温, 导致其千粒重和收获指数降低。加
之晚夏季玉米生育期偏短, 穗粒数偏少, 使产量更
加减少。虽然晚夏季 MNAR高于早春季, 但不能补
偿其他参数的降低造成的产量损失。由此可见, 晚
夏季玉米植株前期干物质积累过快, 后期干物质运
转与分配滞后是导致晚夏季产量低的主要原因。
2010 年为正常年份, 早春季产量为晚夏季的 1.3 倍,
MLAI和 MNAR为早春季>晚夏季, HI、GN、GW为
晚夏季>早春季。晚夏季收获指数高的原因可能是第
二季的正常成熟, 品种郑单 958籽粒偏重造成的。
与传统模式相比较, 虽然 2009年双季玉米受低
温的影响, 但其周年的产量略高。双季玉米的周年
产量性能表现出较高的 MLAI、MNAR和短的 D值
及较低的 HI。
2.4 双季玉米模式对光、温资源的分配和利用
双季玉米模式 2009 年和 2010 年分别利用光能
3 152 MJ m2和 3 431 MJ m2, 利用积温分别为 4 694℃
和 4 560℃。由于 2009年第一季收获较晚, 而第二季
收获较早, 其光温比值较高, 现以正常年份 2010 年
的光温比值为例 , 早春季与晚夏季的光能比值为
1.16, 积温比值为 1.05。因此双季玉米的光能表现为
偏早春分配, 积温的分配接近 1 1, ∶ 这与王美云[16]
1232 作 物 学 报 第 37卷

对双季青贮玉米光温分配的研究结果一致。由此可
见, 双季玉米的两季光温分配可采用 1/2法, 即两季
基本等量分配。
双季玉米 2009 年和 2010 年早春季比晚夏季光
能生产效率分别增加了 0.017 g MJ1和 0.082 g MJ1,
增幅达 3.6%和 16.9%。温度生产效率分别增加了
0.96 kg hm2 ℃1和 1.02 kg hm2 ℃1, 增幅达 37.2%
和 29.3%。
双季玉米周年光能生产效率和周年温度生产效
率比传统冬小麦-夏玉米模式 2 年平均增加 32.8%和
6.5% (表 2), 2009年和 2010年双季玉米周年光能生
产效率分别较传统冬小麦-夏玉米模式增加 0.122 g
MJ1和 0.077 g MJ1, 增幅达 35.3%和 16.9%; 温度生
产效率分别增加0.19 kg hm2 ℃1和0.247 kg hm2 ℃1,
增幅达 6.4%和 6.6%。这表明双季玉米是一种具有较
高光、温生产效率的模式。
2.5 双季玉米模式的经济效益分析
双季玉米种植模式的全年经济效益 2009 年和
2010年分别为 13 498元 hm2和 21 506元 hm2; 与
传统冬小麦-夏玉米模式相比, 分别增加 1 501元 hm2

表 1 双季玉米模式产量性能方程参数
Table 1 Parameters of yield performance equation on double cropping system
光合性能参数 Photosynthetic parameter 产量构成参数 Yield component 年度
Year
季节
Season MLAI MNAR D HI EN GN GW
产量
Yield
(kg hm2)
早春季 Early spring 2.58 6.235 111 0.50 7.28 476 256.6 9495
晚夏季 Late summer 2.31 9.378 105 0.32 7.96 433 211.2 5250
冬小麦Winter wheat 1.79 5.860 135 0.43 475.70 29.53 44.35 6225
2009
夏玉米 Summer maize 2.03 7.640 103 0.51 6.91 387 328.9 8156
早春季 Early spring 2.59 7.627 101 0.45 8.09 472 235.2 10470
晚夏季 Late summer 2.28 6.356 108 0.51 8.07 396 250.2 7736
冬小麦Winter wheat 2.02 5.810 137 0.46 509.64 29.13 49.82 7350
2010
夏玉米 Summer maize 2.56 8.315 109 0.51 7.50 449 343.8 10500
双季玉米 Double season 2.44 7.400 212 0.44 7.85 444 238.3 16476
492.67 29.33 47.08 6787
平均
Average 冬小麦Winter wheat
夏玉米 Summer maize 2.10 6.860 242 0.48 7.21 418 336.3 9328
MLAI: 生育期内平均叶面积指数; MNAR: 平均净同化率(g m2 d1); D: 出苗至成熟天数; HI: 收获指数; EN: 穗数(×104 hm2);
GN: 穗粒数; GW: 千粒重(g)。
MLAI: mean leaf area index; MNAR: mean net assimilation rate (g m2 d1); D: days from emergence to maturity; HI: harvest index;
EN: ear No. (×104 hm2); GN: grain No. per ear; GW: grain weight (g).

表 2 双季玉米对光、温资源的分配与利用
Table 2 Utilization and distribution of light energy and accumulated temperature on double cropping system
季节
Season
光能
LE
(MJ m2)
积温
AT
(℃)
光能生产效率
PELE
(g MJ2)
温度生产效率
PET
(kg hm2 ℃1)
周年产量
Yield
(kg hm2)
周年光能生产效率
PELEWY
(g MJ2)
周年温度生产效率
PETWY
(kg hm2 ℃1)
2009
早春季 Early spring 2004 2669 0.474 3.559
晚夏季 Late summer 1148 2025 0.457 2.593
14745 0.468 3.141
冬小麦Winter wheat 2605 2091 0.239 2.979
夏玉米 Summer maize 1554 2782 0.525 2.933
14381 0.346 2.951
2010
早春季 Early spring 1846 2332 0.567 4.490
晚夏季 Late summer 1595 2228 0.485 3.472
18207 0.529 3.993
冬小麦Winter wheat 2490 1964 0.295 3.742
夏玉米 Summer maize 1456 2802 0.721 3.747
17850 0.452 3.745
表中积温数据为出苗到该生育期的活动积温。
The accumulated temperature data are active accumulated temperature from emergence to the growing period. LE: light energy; AT:
accumulated temperature; PELE: production efficiency of light energy; PET: production efficiency of temperature; PELEWY: production
efficiency of light energy in whole year; PETWY: production efficiency of temperature in whole year.
第 7期 李立娟等: 黄淮海双季玉米产量性能与资源效率的研究 1233


表 3 双季玉米模式的经济效益比较
Table 3 Comparison of economic benefit on double cropping system
模式
Model
季节
Season
产量
Yield
(kg hm2)
产值
Production
value
(Yuan hm2)
总成本
Total cost
(Yuan hm2)
单季效益
Season benefit
(Yuan hm2)
全年效益
Whole year
benefit
(Yuan hm2)
AB
(Yuan
hm2)
2009
早春季 Early spring 9495 16521 6215 10306 双季玉米模式(A)
Double cropping maize 晚夏季 Late summer 5250 9135 5944 3191
13498
冬小麦Winter wheat 6225 12077 8158 3919 冬小麦-夏玉米模式(B)
Winter wheat-summer maize 夏玉米 Summer maize 8156 14191 6113 8078
11997
1501
2010
早春季 Early spring 10470 20102 6875 13227 双季玉米模式(A)
Double cropping maize 晚夏季 Late summer 7736 14853 6575 8278
21506
冬小麦Winter wheat 7350 14774 8421 6352 冬小麦-夏玉米模式(B)
Winter wheat-summer maize 夏玉米 Summer maize 10500 20160 6763 13398
19750
1756
2009年小麦的价格为 1.94 元 kg1, 玉米的价格为 1.74 元 kg1; 2010年小麦的价格为 2.01元 kg1, 玉米的价格为 1.92元 kg1。
Wheat price is 1.94 Yuan kg1 in 2009, maize price is 1.74 Yuan kg1 in 2009; Wheat price is 2.01 Yuan kg1 in 2010, maize price is
1.92 Yuan kg1 in 2010.

和 1 756元 hm2, 增幅为 12.51%和 8.89%。双季玉
米的早春季玉米与冬小麦-夏玉米的夏玉米投入和
效益相当; 双季玉米的晚夏季玉米与冬小麦-夏玉米
的冬小麦的效益相差不多, 2009年因为低温造成第二
季产量的损失, 其效益略低于冬小麦。2010年正常年
份第二季的效益要高于冬小麦。2年平均效益晚夏玉
米均高于冬小麦。由此可见, 双季玉米也是一种经
济效益较高的种植模式。
3 讨论
黄淮海是我国粮食的主产区, 随着农业的不断
发展, 种植业结构由一年一熟或两年三熟发展为一
年两熟, 进而发展为冬小麦套播早春玉米和夏玉米
的一年三收[17]和早春玉米套种夏玉米的一年两收种
植模式。目前主要以冬小麦-夏玉米两茬平作为主要
种植模式, 为了应对气候变化下和适应农业和畜牧
业的发展趋势, 2004—2006 年王美云[16]在热量限制
两熟区进行了双季青贮玉米模式的研究, 研究表明
双季青贮地膜玉米-玉米模式具有高产高效特点, 两
季不同类型品种的配置和作物生长与自然资源的同
步协调, 可实现全年资源效率有效利用。本研究在
黄淮海中西部的河南新乡地区双季籽粒玉米研究结
果表明, 与冬小麦-夏玉米相比, 双季玉米发挥了 C4
高光效的特点, 具有高效的物质生产特征, 表现为
较高的 MLAI和 MNAR, 并具有较好的经济效益。
付雪丽等[18]研究认为, 黄淮平原的夏玉米收获
至冬小麦播种间土地空闲近 30 d, 造成大量的资源
浪费, 双季玉米模式通过早春覆膜播种, 晚夏玉米
延后收获期, 充分利用了周年的光、温资源。本实
验中双季玉米采用大小行双季交错连作的种植方式,
消除了双季套作的共生期, 提高了生产效率, 降低
了生产成本; 双季玉米冬季空余时间长达 137 d, 有
利于土壤中有机物的积累和水分的储存, 使农田得
到充分休养; 双季玉米比冬小麦-夏玉米周年节约灌
水 3次, 其中冬小麦每年灌水 3~4次, 这为黄淮地区
冬春季节干旱缺水减轻压力。
双季玉米模式其早春季生育前期的低温和生育
后期灌浆时所遇到的高温天气与晚夏季生育前期的
高温和生育后期灌浆时的低温天气是影响其产量进
一步提高的关键因素。要想进一步提高双季玉米的
周年产量, 选用更为适宜品种及相关配套措施的进
一步完善是今后研究中要解决的问题。
4 结论
对于黄淮地区, 在保持现有复种指数不变的前
提下, 由周年“C3-C4作物”的种植方式改“双C4作物”
的种植方式(“冬小麦-夏玉米”模式为“双季玉米”模
式), 既充分发挥 C4作物高光效、高水肥利用的优势,
又实现了土地的“种、养”结合, 使土地得到充分休
养。双季玉米模式比传统模式具有较高的物质生产
能力和光温利用效率等多种优势。双季玉米模式的
建立不是要取代传统冬小麦-夏玉米模式, 而是在一
定范围内作为一种必要的补充种植模式, 尤其是冬
季干、冷等气候条件造成当地大面积减产而无法挽
1234 作 物 学 报 第 37卷

回当年的收成时, 可以在来年补种双季玉米, 不但
可以增加当年的收入, 而且也减轻了由于气象灾害
对农业生产造成的影响。
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