全 文 ：中国生态农业学报 2016年 7月 第 24卷 第 7期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jul. 2016, 24(7): 935943


* 国家科技支撑计划项目(2013BAD07B04)、国家自然科学基金项目(31301265, 31460329)和内蒙古自治区高等学校青年科技英才支持计
划(NJYT-14-B04)资助
** 通讯作者: 王志刚, 主要从事作物高产高效栽培研究, E-mail: imauwzg@163.com; 高聚林, 主要从事作物栽培、作物栽培生理、农业
生态的研究与教学工作, E-mail: nmgaojulin@163.com
李雅剑, 主要从事作物高产高效栽培研究。E-mail: liyajian.fly@163.com
收稿日期: 20160220 接受日期: 20160328
* The study was supported by the National Key Technologies R & D Program of China (2013BAD07B04), the National Natural Science
Foundation of China (31301265, 31460329), and the Program for Young Talents of Science and Technology in Universities of Inner Mongolia
Autonomous Region (NJYT-14-B04).
** Corresponding authors, WANG Zhigang, E-mail: imauwzg@163.com; GAO Julin, E-mail: nmgaojulin@163.com
Received Feb. 20, 2016; accepted Mar. 28, 2016
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DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.160159
基于密度联网试验和 Hybrid-Maize模型的内蒙古
玉米产量差和生产潜力评估*
李雅剑 王志刚** 高聚林** 孙继颖 于晓芳 胡树平
余少波 梁红伟 裴 宽
(内蒙古农业大学农学院 呼和浩特 010019)
摘 要 采用科学方法对内蒙古玉米产量差与生产潜力进行定量化研究, 对合理规划内蒙古玉米增产途径及
产业发展具有重要意义。本研究采用品种×密度联网试验和 Hybrid-Maize 模型模拟相结合的方法, 利用 2006
年以来内蒙古各生态区历年高产攻关田的最高实测产量和各区域农户平均产量, 对内蒙古全区和 6 大生态类
型区的玉米产量差和生产潜力进行了系统分析。结果表明, 各生态区的模拟产量、高产纪录、试验产量、农
户产量皆表现为从东到西逐步提高。内蒙古玉米模拟产量潜力为 14.9 thm2, 高产纪录产量为 14.4 thm2, 试
验产量为 11.1 thm2, 农户产量分别实现了模拟产量潜力的 49%、高产纪录产量的 51%和试验产量的 66%。
基于模型模拟的产量差(YGM)、基于高产纪录的产量差(YGR)和基于试验产量的产量差(YGE)分别为 7.5 thm2、
7.0 thm2和 3.8 thm2。基于 YGE的短期生产潜力达 3 525.2 万 t, 是当前总产水平的 1.6倍, 短期增产潜力为
1 191.9万 t。其中, 内蒙古东部的呼伦贝尔、兴安盟、通辽、赤峰 4盟市对全区的增产贡献率将达 61%, 西部
的呼和浩特市、巴彦淖尔市为 16%。造成较大 YGE主要原因是栽培管理措施不当, 缩小 YGE需要针对限制各
生态区玉米增产的实际问题, 通过栽培技术综合改良、技术简化和技术入户来逐步实现。
关键词 玉米 品种×密度联网试验 Hybrid-Maize模型 产量差 生产潜力
中图分类号: S-03 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2016)07-0935-09
Understanding yield gap and production potential based on networked
variety-density tests and Hybrid-Maize model in maize production areas
of Inner Mongolia*
LI Yajian, WANG Zhigang**, GAO Julin**, SUN Jiying, YU Xiaofang,
HU Shuping, YU Shaobo, LIANG Hongwei, PEI Kuan
(College of Agronomy, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010019, China)
Abstract Exploitation of yield gaps in current maize production was needed for increasing grain yields to meet future food
requirements. The quantification of yield gap and production potential by scientific method was critical for rational planning of
production and development of maize industry in Inner Mongolia. This study combined cultivar and density network test data
with Hybrid-Maize model simulation, and used data of recorded the highest yield since 2006, the average yield of the farmers
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in different ecological regions in Inner Mongolia to analyze the yield gap and production potential of Inner Mongolia and its
six ecological regions. Based on the modeled yield potential, the highest recorded yield, experimental yield and farmers’ yield
generally increased from the east to the west of Inner Mongolia. Maize yield potential in Inner Mongolia was 14.9 thm2, with
the highest recorded yield of 14.4 thm2 and experimental yield of 11.1 thm2. Farmers’ yield reached 49% of the modeled
yield potential, 51% of the highest recorded yield and 66% of the experimental yield. Yield gap based on the modeled yield
potential (YGM), the highest recorded yield (YGR) and experimental yield (YGE) was 7.5 thm2, 7.0 thm2 and 3.8 thm2,
respectively. Based on YGE, the short-term production potential in Inner Mongolia was 3 525.2×104 tons (which was 1.6 times
of the current maize production) and the short-term production gap was 1 191.9×104 tons. In the short-term, the four eastern
regions (including Hulunber, Xing’an, Tongliao and Chifeng) contributed 61% to the production potential of the whole Inner
Mongolia, while the western regions (including Hohhot and Bayannur) contributed only 16%. The main factor of high YGE
was inefficient cultivation management practice. To address this challenge, the countermeasures were recommended, such as
comprehensive improvement of cultivation management practices, simplification of agronomic techniques easily adopted by
farmers, for to gradually narrow YGE.
Keywords Maize; Network variety-density test; Hybrid-Maize model; Yield gap; Production potential
据 FAO 预计, 到 2050 年世界粮食总产须增加
70%以上才能满足全球的需求[1]。对于中国而言, 粮
食增长速度每年至少应保持在 2%左右[2]。在耕地面
积不断减少和短期内作物遗传产量难以大幅提高的
背景下, 实现增产目标需要不断缩小产量差来挖掘
作物单产潜力[34]。内蒙古自治区(以下简称内蒙古)
是我国重要的玉米产区, 常年种植面积和总产量占
全国的 10%左右, 每年为国家提供商品玉米 60亿 kg
以上, 在保障国家粮食安全中居重要地位。但过去
10 年内蒙古玉米单产提高缓慢 , 平均每年仅提高
1.5%, 至 2013年平均单产为 6.5 thm2, 而最高产纪
录则达 20 thm2以上, 说明内蒙古玉米具有很大的
增产潜力。因此从区域尺度定量化内蒙古玉米产量
潜力和产量差, 对于制定合理策略来提高内蒙古玉
米生产力具有重要意义。
产量差研究中, Lobell等[5]确定了 5个常用的产
量平台, 即模拟产量、高产纪录产量、试验产量、
高产农户产量和平均农户产量。由于高产农户产量
难于界定, Meng 等[4]对中国玉米的产量潜力和产量
差研究中只采用了除高产农户产量外的 4 个产量平
台, 对应产生 3 级产量差: 基于模拟产量潜力的产量
差(YGM)、基于高产纪录的产量差(YGR)和基于试验
产量的产量差(YGE)。模拟产量和高产纪录常用来估
算一个田块、区域或国家尺度上的最大产量潜力 ,
是作物产量挖潜的长期目标, 而试验产量是农民在
一段时间内通过加强管理措施就可以实现的, 对探
索短期内的增产潜力具有重要意义。用于定量模拟产
量的模型很多[610], 其中 Hybrid-Maize模型因其对环
境变化更为敏感, 需要输入的参数少且不影响模型
模拟精度[11], 其在美国[1213]、南亚[14]和中国[11,1518]
的很多地区已得到很好的验证和应用。其对某一地
区产量潜力的模拟中需要输入该地区适宜的种植密
度, 但不同地区由于气候条件和品种差异, 适宜的
密度往往难以精确获得。另外, 试验产量往往需要
很大的数据量, 从国家尺度上研究因可获得大量文
献数据而较易实现, 但从区域尺度而言则往往受到
限制。
针对上述问题, 本研究设计覆盖内蒙古六大生
态区的品种×密度多年联网试验 , 在获得各生态区
合理种植密度和试验产量的基础上 , 利用 Hybrid-
Maize 模型模拟获得模拟产量潜力, 并结合 2006 年
以来各生态区历年高产攻关田实测产量, 对内蒙古
玉米各级产量差与增产潜力进行定量化研究, 为探
讨内蒙古玉米增产途径及产业发展规划提供参考。
1 材料与方法
1.1 密度联网试验
试验产量是农民在专家指导下优化管理措施 ,
在当地生态条件下, 投入较低的成本以及较小环境
风险所获得的产量[4]。因内蒙古玉米主产区中各生
态类型区的气候和生产条件存在较大差异, 为了科
学评估各生态区的试验产量, 2011—2013 年, 分别
在内蒙古的六大生态区——大兴安岭东温凉区(呼
伦贝尔市)、大兴安岭南温暖区(兴安盟)、西辽河平
原区(通辽市)、燕山丘陵区(赤峰市)、土默川平原区
(呼和浩特市)和河套平原区(巴彦淖尔市)进行密度
联网试验, 以最高产密度产量的多年平均值作为试
验产量。各生态区试验地点的经纬度、玉米生育期
内 60 年(1951—2012 年)平均气象参数(太阳辐射、
日最高温、日最低温、降雨量)见表 1。
品种×密度联网试验以‘郑单 958’(呼伦贝尔市因
‘郑单 958’不能正常成熟, 以‘德美亚 1号’代替)、‘先
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表 1 内蒙古各生态区玉米密度联网试验点经纬度和 60年(1951—2012年)平均气象参数
Table 1 Locations and 60-year meteorological indexes of the networked variety-density tests of maize in different ecological
regions of Inner Mongolia
生态区
Ecological region
地区
Experimental
site
纬度
Latitude
经度
Longitude
太阳辐射
Solar radiation
(MJ·m2)
日最高温
Daily maximum
temperature
(℃)
日最低温
Daily minimum
temperature
(℃)
降雨量
Precipitation
(mm)
大兴安岭东温凉区
East cold region of Great Khingan
Mountain
呼伦贝尔市
Hulunber
47°20′N 122°22′E 2 530.0 24.1 11.1 360.0
大兴安岭南温暖区
South warm region of Great Khingan
Mountain
兴安盟
Xing’an
46°45′N 122°47′E 2 744.0 25.1 12.7 367.0
西辽河平原区
West Liao River Plain
通辽市
Tongliao
43°44′N 122°32′E 3 008.0 26.2 14.2 328.0
燕山丘陵区
Yan Hilly region
赤峰市
Chifeng
42°18′N 118°10′E 3 058.0 26.1 13.5 324.0
土默川平原区
Tumochuan Plain
呼和浩特市
Hohhot
40°75′N 111°67′E 3 280.0 24.7 11.4 348.0
河套平原区
Hetao Plain
巴彦淖尔市
Bayannur
41°11′N 108°49′E 3 595.0 25.5 11.3 119.0

玉 335’和 2 个当地主栽品种为材料(表 2), 设置 4.5
万株hm2、6.0万株hm2、7.5万株hm2和 9.0万株hm2
4 个种植密度, 各地根据当地玉米养分需求规律进
行测土配方施肥, 保证充足的氮、磷、钾养分供应;
灌溉、除草等其他管理措施同当地大田生产。玉米
生理成熟期 , 取无缺苗断垄长势整齐的两行实收 ,
待果穗风干后(籽粒含水量 14%)脱粒, 测定实收区
产量, 并计算群体产量。
表 2 玉米密度联网试验各生态区选用品种、灌溉条件和试验年份
Table 2 Varieties, water management and study years of the networked variety-density tests of maize in different ecological regions
of Inner Mongolia
地区
Experimental
site
生态区
Ecological region
玉米品种
Maize variety
灌溉条件
Water
management
试验年份
Study year
呼伦贝尔市
Hulunber
大兴安岭东温凉区
East cold region of Great
Khingan Mountain
德美亚 1号、先玉 335、九玉 1034、包玉 2号
Demeiya 1, Xianyu 335, Jiuyu 1034, Baoyu 2
雨养 Rainfed 2012—2013
兴安盟
Xing’an
大兴安岭南温暖区
South warm region of Great
Khingan Mountain
郑单 958、先玉 335、兴垦 9号、德美亚 1号
Zhengdan 958, Xianyu 335, Xingken 9, Demeiya 1
雨养 Rainfed 2012—2013
通辽市
Tongliao
西辽河平原区
West Liao River Plain
郑单 958、先玉 335、通科 1号、金山 27号
Zhengdan 958, Xianyu 335, Tongke 1, Jinshan 27
灌溉 Irrigation 2011—2013
赤峰市
Chifeng
燕山丘陵区
Yan Hilly region
郑单 958、先玉 335、丰田 13、农华 101
Zhengdan 958, Xianyu 335, Fengtian 13, Nonghua 101
灌溉 Irrigation 2011—2013
呼和浩特市
Hohhot
土默川平原区
Tumochuan Plain
郑单 958、先玉 335、丰田 6、内单 314
Zhengdan 958, Xianyu 335, Fengtian 6, Neidan 314
灌溉 Irrigation 2011—2013
巴彦淖尔市
Bayannur
河套平原区
Hetao Plain
郑单 958、先玉 335、亨达 988、宁玉 524
Zhengdan 958, Xianyu 335, Hengda 988, Ningyu 524
灌溉 Irrigation 2011—2013

1.2 基于 Hybrid-Maize模型的模拟产量潜力
利用 Hybrid-Maize 模型对玉米产量潜力进行模
拟。Hybrid-Maize模型是将 CERES-Maize玉米专用
模型中的玉米发育及器官生长模块与 INTERCOM
和 WOFOST 作物通用模型中的光合和呼吸模块进
行组合后 , 另外加入一些新模块而形成的新模型 ,
它是通过数学公式利用气候、土壤特性和管理因素
而定量描述玉米生长过程的作物模拟模型[13]。模型
输入的气象数据(1951—2012 年)来源于距试验点最
近的气象站点, 主要包括: 日最高温度、日最低温
度、平均相对湿度、降水量、日照时数和风速; 密
度来源于品种×密度联网试验结果 ; 其他参数包括
播期、品种 GDD等与当地大田生产相同。
1.3 高产纪录产量和平均农户产量
高产纪录产量是农民在专家的指导下, 在最适
宜的生态条件下, 不计成本投入及环境风险所得到
的最大产量[4]。本文高产纪录产量数据来源于 2006—
2015年内蒙古各生态区 10年 81个点次高产攻关田
的最高实测产量数据, 平均农户产量采用近 10年来
单产最高年份 2013年的产量数据, 数据来源于《内
蒙古统计年鉴》。
1.4 有关参数计算
基于模型模拟的产量差(YGM)=模拟产量潜力–
农户产量 (1)
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基于高产纪录的产量差(YGR)=高产纪录产量–
农户产量 (2)
基于试验产量的产量差(YGE)=试验产量–农户
产量 (3)
短期生产潜力=试验产量×当地玉米种植面积 (4)
短期增产潜力=YGE×当地玉米种植面积 (5)
长期生产潜力=模拟产量×当地玉米种植面积 (6)
长期增产潜力=YGM×当地玉米种植面积 (7)
1.5 数据分析
采用 Microsoft Excel 2003统计分析数据, 利用
Sigmaplot 10.0作图。
2 结果与分析
2.1 内蒙古各生态区玉米的试验产量与适宜密度
图 1 为通过密度联网试验所获得的各生态区玉
米产量与密度的关系。除河套平原区(巴彦淖尔市)
外, 其他各生态区最高产密度均在 7.5 万株hm2左
右, 密度超过 7.5 万株hm2 产量则略有降低, 但差
异不显著。河套平原区因具备较好的光照和灌溉条
件 , 其试验产量在 9.0 万株 hm2 时达到最高 , 为
13.9 thm2; 其次为土默川平原区(呼和浩特市), 为
13.3 thm2; 西辽河平原区(通辽市)、燕山丘陵区
(赤峰市)密度在 7.5 万株 hm2 下试验产量分别为
12.3 thm2和 10.8 thm2; 大兴安岭东温凉区(呼伦贝尔
市)、大兴安岭南温暖区(兴安盟)密度在 7.5 万株hm2
下试验产量均为 8.2 thm2左右。
2.2 内蒙古各生态区玉米模拟产量、高产纪录、试
验产量及农户产量的比较
各生态区 4 个产量平台的统计值见表 3。内蒙
古全区模拟产量(产量潜力)平均为 14.9 thm2, 变化
范围为 4.2~22 thm2; 全区高产纪录产量平均为
14.4 thm2, 变化范围为 8.4~19.2 thm2; 试验产量
平均为 11.1 thm2, 变化范围为 3.1~18.9 thm2; 全
区农户产量为 7.4 thm2。总体上 4个产量平台的产
量皆呈从东到西逐步提高的趋势。

图 1 2011—2013年各生态区玉米种植密度与试验产量关系
Fig. 1 Relationships between planting density and the experimental yield of maize in different ecological regions of Inner Mongolia
during 2011—2013
第 7期 李雅剑等: 基于密度联网试验和 Hybrid-Maize模型的内蒙古玉米产量差和生产潜力评估 939


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4 个灌溉区之间, 玉米模拟产量最高的为巴彦淖
尔市 , 产量达 18.0 thm2, 其后依次为赤峰市
(17.3 thm2)、通辽市 (17.0 thm2)、呼和浩特市
(16.7 thm2); 高产纪录产量平均值最高的为赤峰市
(17.2 thm2), 其次为巴彦淖尔市(16.8 thm2)、通辽市
(16.3 thm2), 分别实现了产量潜力的 99%、93%、96%;
呼和浩特高产纪录产量最低, 为 15.7 thm2, 实现了产量
潜力的 94%。巴彦淖尔市农户产量为 9.5 thm2, 均高于
其他地区, 通辽市、赤峰市农户产量分别为 7.7 thm2和
7.5 thm2, 呼和浩特市农户产量最低, 为 6.7 thm2。
从雨养区来看, 兴安盟的模拟产量潜力(10.6 thm2)
高于呼伦贝尔 (9.7 thm2), 高产纪录产量平均为
10.7 thm2, 呼伦贝尔市略低, 为 9.6 thm2; 两个生
态区农户产量均在 6.3 thm2左右。
表 3 内蒙古各生态区模拟产量、高产纪录、试验产量和农户产量
Table 3 Modeled yield, highest recorded yield, experimental yield and farmers’ yield in different ecological regions of Inner Mongolia
thm2
地区 Region
产量平台
Yield platform
统计指标
Statistic indicator 呼伦贝尔市
Hulunber
兴安盟
Xing’an
通辽市
Tongliao
赤峰市
Chifeng
呼和浩特市
Hohhot
巴彦淖尔市
Bayannur
内蒙古
Inner Mongolia
平均值 Average 9.7 10.6 17.0 17.3 16.7 18.0 14.9
变化范围 Range 4.2~16.7 6.4~18.1 10.5~20.4 12.2~21.3 10.6~20.2 12.3~22 4.2~22
模拟产量
Modeled yield
标准偏差
Standard deviation
2.9 4.8 2.1 1.8 2.3 3.4 4.8
平均值 Average 9.6 10.7 16.3 17.2 15.7 16.8 14.4
变化范围 Range 8.4~10.1 9.8~11.5 14.2~18.6 15.3~19.2 15.0~17.4 15.1~18.8 8.4~19.2
标准偏差
Standard deviation
0.7 0.6 1.2 1.3 0.6 1.0 2.4
高产纪录
Highest recorded
yield
点数 Number 15 7 15 19 14 11 81
平均值 Average 8.2 8.3 12.3 10.8 13.3 13.9 11.1
变化范围 Range 5.2~13.6 3.1~14.6 7.4~15.1 8.6~16.1 9.8~15.0 6.9~18.9 3.1~18.9
试验产量
Experimental
yield
标准偏差
Standard deviation
2.9 4.1 1.8 2.3 1.4 4.0 3.3
农户产量
Famers’ yield
平均值 Average 6.3 6.5 7.7 7.5 6.7 9.5 7.4

2.3 内蒙古各生态区的产量差分析
基于模拟产量、高产纪录和试验产量计算出对
应的产量差(YGM、YGR、YGE)如表 4 所示, 全区
YGM、YGR分别为 7.5 thm2和 7.0 thm2, 农户产量
分别实现了产量潜力、高产纪录的 49%和 51%, 全
区的 YGE为 3.8 thm2, 农户产量实现了试验产量的
66%。
灌溉区中, 呼和浩特市、赤峰市 YGM、YGR最高,
YGM分别为 10.0 thm2和 9.8 thm2, 农户产量仅实
现了产量潜力的 40%、43%, YGR分别为 8.9 thm2、
9.7 thm2, 农户产量分别实现了高产纪录的 43%和
44%; 其次为通辽市, YGM、YGR 分别为 9.3 thm2
和 8.6 thm2, 农户产量分别实现了产量潜力和高产
纪录的 45%和 47%; 巴彦淖尔市的 YGM、YGR均为
最低, 分别为 8.5 thm2和 7.4 thm2, 农户产量分别
实现了产量潜力和高产纪录的 53%、56%。雨养区中,
兴安盟YGM和YGR分别为 4.1 thm2和 4.2 thm2, 农
户产量实现了产量潜力和高产纪录的 61%左右; 呼伦
贝尔YGM和YGR略低, 分别为 3.4 thm2和 3.3 thm2,
农户产量实现了产量潜力和高产纪录的 65%和
66%。
从基于试验产量的产量差(YGE)来看, 呼和浩特
市的 YGE最高, 为 6.6 thm2, 农户产量仅实现了试验
产量的 51%, 呼伦贝尔市、兴安盟 YGE仅为 1.8 thm2
左右, 而农户产量实现了试验产量的 77%左右, 通
辽市、巴彦淖尔市和赤峰市的 YGE在 3.3~4.5 thm2,
农户产量实现了试验产量的 63%~69%。
2.4 内蒙古玉米短期、长期生产潜力分析
2015年内蒙古玉米种植面积达 346.7万 hm2, 根
据国家《“镰刀弯”地区玉米结构调整规划(2016—
2020年)》, 内蒙古作为横跨东北冷凉区、北方农牧
交错区、西北风沙干旱区的“镰刀弯”地区重点区域,
玉米种植面积将调减 33.3 万 hm2左右, 基本恢复至
2013年的面积水平。因此, 本文以 2013年各盟市玉
米种植面积为依据, 根据产量差分析结果, 计算玉
米生产潜力及增产目标。在 3 个层次产量差中, 要
想缩小 YGM和 YGR, 对于现有的生产条件而言有很
大难度, 应该作为长期增产目标对生产潜力进行评
940 中国生态农业学报 2016 第 24卷


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表 4 内蒙古各生态区 YGM、YGR、YGE及农户产量实现各产量潜力的比例
Table 4 YGM, YGR, YGE and the ratio of the farmers’ yield to modeled yield, highest recorded yield, and experimental yield in
different ecological regions of Inner Mongolia
地区 Region
参数
Index 呼伦贝尔市
Hulunber
兴安盟
Xing’an
通辽市
Tongliao
赤峰市
Chifeng
呼和浩特市
Hohhot
巴彦淖尔市
Bayannur
内蒙古
Inner
Mongolia
YGM (thm2) 3.4 4.1 9.3 9.8 10.0 8.5 7.5
YGR (thm2) 3.3 4.2 8.6 9.7 8.9 7.4 7.0
产量差
Yield gap
YGE (thm2) 1.9 1.8 4.5 3.3 6.6 4.4 3.8
农户产量/模拟产量
Farmers’ yield/modeled yield (%)
65 61 45 43 40 53 49
农户产量/高产纪录
Farmers’ yield/highest recorded yield (%)
66 61 47 44 43 56 51
农户产量/试验产量
Farmers’ yield/experimental yield (%)
77 78 63 69 51 68 66
YGM: 基于模型模拟的产量差; YGR: 基于高产纪录的产量差; YGE: 基于试验产量的产量差。YGM: yield gap between farmer’s yield and
modeled yield; YGR: yield gap between farmer’s yield and the highest recorded yield; YGE: yield gap between farmer’s yield and experimental yield.

估。从本研究结果看, 各地区的 YGM和 YGR十分接
近, 但由于 YGR是基于良好生态条件、不计成本投
入和环境风险得到的产量 [4], 且年际间又有很大波
动, 因此本研究选用基于长期气象背景和优化栽培
条件的模拟产量及其YGM来评估玉米长期增产目标
和生产潜力。对于 YGE而言, 因试验产量是农民在
专家指导下优化管理措施, 在当地生态条件下, 投
入较低的成本以及较小环境风险所获得的产量, 是
短期内可以获得的产量, 故选择试验产量及其 YGE
来评估短期增产目标和生产潜力。
由表 5可见, 全区长期生产潜力将达 4 719.0万 t,
是当前总产水平的 2.2倍; 长期增产潜力为 2 385.1万 t,
东四盟(呼伦贝尔市、兴安盟、通辽市、赤峰市)对于
全区增产贡献率将为 69%, 西部区(呼和浩特市、巴
彦淖尔市)对于全区增产贡献率为 13%。全区短期生
产潜力将达 3 525.2 万 t, 是当前总产水平的 1.6 倍;
短期增产潜力为 1 191.9万 t, 东四盟(呼伦贝尔市、
兴安盟、通辽市、赤峰市)因播种面积较大, 对全区
增产贡献率将为 61%, 西部区(呼和浩特市、巴彦淖
尔市)对全区增产贡献率为 16%。其中, 通辽市和赤
峰市的短期生产潜力较大, 分别为 965.4万 t和 592.8
万 t, 短期增产潜力分别达 358.2万 t和 182.7万 t; 呼
和浩特市短期生产潜力最小, 仅为 201.4万 t, 但因
YGE较大, 短期增产潜力为 99.4 万 t, 高于呼伦贝
尔市、兴安盟和巴彦淖尔市; 呼伦贝尔市、兴安盟
虽然短期生产潜力达 395.6 万 t 和 426.3 万 t, 但由
于 YGE仅为 1.8 thm2左右, 其短期增产潜力较小,
仅为 90.4万~93.1万 t; 巴彦淖尔市短期生产潜力为
267.9万 t, 但因面积相对较小, 短期增产潜力最小,
仅为 85.6万 t。
3 讨论
基于区域尺度的产量差和生产潜力分析是从政
策层面合理规划作物生产和从技术层面克服限制因
子的重要依据, 能否对各级产量平台和产量差进行
精确估测至关重要。综合分析内蒙古玉米增产潜力
表 5 内蒙古各生态区玉米的短期、长期增产潜力和产量目标
Table 5 Short- and long-term production potentials and production gaps of maize in different ecological regions of Inner Mongolia
地区
Region
种植面积
Planting area
(hm2)
短期增产潜力
Short-term
production gap
(×104 t)
短期生产潜力
Short-term
production potential
(×104 t)
长期增产潜力
Long-term
production gap
(×104 t)
长期生产潜力
Long-term
production potential
(×104 t)
呼伦贝尔市 Hulunber 482 409 90.4 395.6 162.8 467.9
兴安盟 Xing’an 514 811 93.1 426.3 212.5 545.7
通辽市 Tongliao 787 442 358.2 965.4 731.4 1 338.7
赤峰市 Chifeng 548 406 182.7 592.8 538.6 948.7
呼和浩特市 Huhhot 151 738 99.4 201.4 151.4 253.4
巴彦淖尔市 BayanNur 192 720 85.6 267.9 164.6 346.9
内蒙古全区
Inner Mongolia
3 170 630 1 191.9 3 525.2 2 385.1 4 719.0
第 7期 李雅剑等: 基于密度联网试验和 Hybrid-Maize模型的内蒙古玉米产量差和生产潜力评估 941


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研究的相关文献发现[1921], 相关研究存在以下几方
面的问题: 第一, 对各级产量平台的估测多以少数
样点数据或经验值为依据, 对试验产量估测以品种
区试产量为依据, 没有考虑栽培措施特别是密度对
产量的影响; 第二, 多以小样本数据对全区总体水
平进行估测, 没有进行分区域的定量化分析, 对区
域间的生产条件采取单一化处理(如统一设定为雨
养); 第三, 对生产潜力或增产潜力的分析多以人为
设定统一的增产比例或步长来进行计算。上述问题
都会导致对生产潜力的定量化产生很大偏差。本研
究以多年品种×密度联网试验获得各区域优化密度
下的试验产量, 以 10 年 81 个点次高产纪录统计值
定量化各区域高产纪录产量, 以 60年长期气象背景
模拟各区域产量潜力, 并以此定量化各区域产量差
和生产潜力 , 不但有效解决了数据的代表性问题 ,
还获得了不同生态区玉米的适宜种植密度 , 为用
Hybrid-Maize 模型模拟产量潜力提供了科学的数据
基础。本研究结果表明, 内蒙古玉米的模拟产量潜
力为 4.2~22 thm2, 平均 14.9 thm2, 明显高于罗瑞
林[19]用桑斯维特纪念模型模拟得出的 3.0~8.2 thm2
的结果, 其原因一方面是其模拟过程中缺少田间条
件和栽培管理信息输入, 另一方面其模拟过程将内
蒙古全区都作为雨养区, 没有对不同区域的水分管
理条件进行合理区分, 而 Hybrid-Maize 模型则克服
了这些问题[11]。各区域模拟产量潜力和高产纪录产
量十分接近 , 说明采用密度联网试验辅助 Hybrid-
Maize 模型模拟的方法更加合理。本研究得出内蒙
古玉米的 YGM、YGR为 7.0~7.5 thm2, 农户产量实
现了产量潜力的 50%左右(49%~51%), 全区的 YGE
为 3.8 thm2, 农户产量实现了试验产量的 66%, 这与
Meng等[4]对我国玉米产量差分析及Licker等[22]对全
球玉米的产量差分析结果相近, 但变异范围则明显
小于后者 , 对试验产量的实现比例也略高于后者 ,
这应该与本研究的对象区域较小且精度较高有关。
本研究基于 YGE的估测结果表明, 内蒙古玉米
短期生产潜力可达 3 525.2 万 t, 是当前总产水平的
1.61 倍, 说明通过缩小 YGE可实现内蒙古玉米生产
能力的大幅提高。研究表明, 玉米较大的 YGE主要
是栽培管理措施不当造成的[23]。Meng等[4]认为目前
我国玉米缩小 YGE的主要限制因子有以下几个方面:
1)种植密度偏低、品种熟期不当或播期不适宜造成
的群体光热资源利用效率较低。用 Hybrid-Maize 模
型评估表明 , 我国华北平原玉米密度如从 6 万株
hm2提高到 8.5万株hm2产量可增加 20%~40%[4]。
2)水肥管理措施粗放。3)作物管理措施较差, 如播种
质量差导致群体整齐度低及植保措施不当等。研究
表明, 玉米出苗不均匀会导致产量损失 4%~12%[4]。
侯鹏等[16]认为, 土壤条件如耕层障碍等也是限制玉
米产量潜力实现程度的重要因素。对于内蒙古玉米
产区而言, 同样存在这些共性问题, 但因内蒙古东
西部跨度较大, 不同区域的主要限制因子存在明显
差异。大兴安岭东南麓雨养区(呼伦贝尔市、兴安盟、
赤峰北部丘陵区)的YGE仅为 1.8~1.9 thm2, 说明该
区域品种的气候生产潜力实现程度较好, 存在的主
要问题是群体密度低(平均保苗 5.5万株hm2)、土壤
抗旱保墒能力差及肥料特别是氮肥投入不足等, 应
在适度提高种植密度并提高播种质量的条件下, 主
要通过深松耕和有机培肥等加强土壤改良, 提高土
壤蓄水保墒和抗旱缓冲能力, 同时加强肥料管理优
化, 保证密植群体充分的养分供应, 防止玉米后期
脱肥。西辽河平原和燕山丘陵灌区(通辽市、赤峰市)
的 YGE为 3.3~4.5 thm2, 存在主要问题是水肥管理
与作物需求不匹配、土壤结构变劣、受品种耐密性
差和整地播种质量差影响群体整齐度差等, 导致阶
段性干旱胁迫重且水肥浪费较大, 群体光热水肥利
用效率均有较大提升空间; 应通过推广节水灌溉和
滴灌技术推进水肥一体化, 实现水肥供应与群体需
求匹配, 同时应推广深松耕结合秸秆还田改良耕地
质量 , 提高土壤生产能力和蓄水保肥能力 , 另外 ,
应选择耐密品种并精量播种提高群体密度至 7.5 万
株hm2 左右, 提高光热资源利用效率, 充分挖掘这
一高产核心区产量潜力和资源效率。蒙西的土默川
平原区和河套地区的 YGE 较大, 为 4.4~6.6 thm2,
说明该区域的光热资源潜力有很大挖掘空间, 存在
的主要问题是群体密度低、耕地质量差、干旱胁迫
严重和肥料投入过量等, 应通过选用熟期适宜的耐
密高产品种、提高种子质量和播种密度, 结合适度
播期调整提高群体光热资源利用效率, 同时应通过
深松耕、秸秆还田和有机培肥提升耕地质量, 另外
应加强农田灌溉设施建设、改革灌溉制度以适时适
量供水, 并通过测土施肥和水肥一体化有效提高水
肥利用效率。
综上所述, 缩小内蒙古玉米产量差进行产量挖
潜需要通过栽培措施综合改良实现, 其可行性已在
同类研究中得到很好验证。Chen 等[24]通过 Hybrid-
Maize 模型驱动的土壤作物综合管理在 66 个试
验点上实现了 13 thm2的平均产量, 达到了玉米产
量潜力的 86%, 其后续研究指出通过土壤作物综
942 中国生态农业学报 2016 第 24卷


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合管理可以以较小的资源环境代价生产更多粮食 ,
以保障未来粮食安全[2526]。当前缩小产量差实现短
期增产潜力面临的主要挑战是如何将适应区域性缩
差增产的技术简化而使农民易于使用, 这一方面需
要加强对农业技术推广人员关于栽培管理理念和简
化技术的系统培训, 另一方面也需要农学、土壤、
农业生态学和农业推广等多学科合作 [4], 探索出既
符合我区农业生产现状特征又符合未来发展趋势和
需求的玉米增产增效技术途径。
4 结论
在我国农业“调结构、转方式”的总体发展背景
下, 科学评估内蒙古玉米产量差和生产潜力, 探讨
缩差增产的有效途径具有重要意义。本研究采用密
度联网试验和 Hybrid-Maize 模型相结合的方法, 对
内蒙古全区及不同生态区的玉米产量差和生产潜力
进行了定量化评估。内蒙古玉米模拟产量潜力为
14.9 thm2, 高产纪录产量为 14.4 thm2, 试验产量
为 11.1 thm2, 农户产量分别实现了模拟产量潜力
的 49%、高产纪录产量的 51%, 实现了试验产量的
66%。对于 3个产量差来说, YGM、YGR、YGE分别
为 7.5 thm2、7.0 thm2和 3.8 thm2; 基于 YGE的
短期生产潜力达 3 525.2万 t, 短期增产潜力为 1 191.9
万 t。缩小 YGE 需要针对限制各生态区玉米增产的
实际生产问题, 通过多学科、多部门合作进行栽培
技术综合改良、技术简化和技术入户来逐步实现。
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