開發北方玉米產業帶的生產潛力和發展前景

李晉川，田良才，牛天堂，王宇宏

（1.山西省生物研究所，山西太原030006；2.山西省農業科學院，山西太原030006）

北方玉米產業帶是指年降雨量≤500 mm、干燥度在1.5～16的溫帶和暖溫帶，自然植被以草原和荒漠草原為主，包括內蒙古、甘肅、寧夏、新疆以及陜西、山西、河北北部，黑龍江、吉林和遼寧西部的廣大地區。由于光溫反應遲鈍的中早熟玉米雜交種的育成，使喜溫作物玉米的適宜種植北界大大向北推移，形成了我國東北向西走向的北方玉米產業帶。充分挖掘北方玉米帶的生產潛力，對于增加我國糧食生產、促進畜牧業發展、保證食物安全、增加農民收益有重要意義。

1 我國玉米種植歷史的演進

大約在公元16世紀中期，玉米傳入中國，最初只有少量栽培。清朝的200多年里，由于人口迅速增長，隨著東南沿海地區農民向內地遷移，玉米開始迅速傳播，主要是在四川、陜西、湖北等地以玉米取代低產的糜、黍、稷等作物，在西南地區和南方丘陵山區迅速上升為主糧品種。至19世紀中期，在長江以南不適合種植水稻的旱地也種植上了玉米，以后逐步向北推進至黃河以北地區。公元1846年包世臣著《齊民四術》中，玉米已經發展到與“稻、麥、黍、稷、菽”五谷并列，躍居到“六谷”的地位。到1923年，我國玉米種植面積已達 471.1萬hm2，總產量22億kg，并從“六谷”迅速躍升到第3位，僅次于水稻和小麥[1]。

新中國成立以后，由于發展水利，擴大灌溉面積，推廣玉米雜交種，使用化學肥料，特別是隨著人口的急劇增長，對糧食需求量增加，玉米成為主要口糧，玉米生產進入新的發展時期。1949年我國玉米種植面積為1 106.7萬hm2，總產量是1 241.8萬t，50年代平均為1 397.8萬hm2，60年代為1 471.8萬hm2，70年代為1 808.2萬hm2，80年代為1924.6萬hm2，90年代為2280.6萬hm2。2000—2007年玉米種植面積平均達到2 553.7萬 hm2，總產量達到 15 230.0萬 t，是 1949年播種面積的2.3倍，總產量的12.3倍[2]。

過去玉米主產區集中在年降水量為600～800 mm以上的無灌溉條件的半濕潤和濕潤農區，形成了從黑龍江大興安嶺起，經由遼南、冀北、晉東南、陜南、鄂北、豫西，走向川、黔、桂至滇西南，一個東北至西南的狹長玉米種植帶，其種植面積和產量占到全國玉米面積和產量的85%以上，被稱為“玉米黃金帶”。進入21世紀以來，由于光溫反應遲鈍的中早熟玉米雜交種的推廣應用，以及地膜覆蓋提高了地溫和土壤保水力，玉米適宜栽培區域向北推移了400～500 km，海拔上升了300～500 m，大約在北緯38°～45°之間，在半干旱農區和西北干旱綠洲農區興起了一個北方玉米產業帶。它是新時期我國玉米生產發展的重要方向。

2 開發北方玉米產業帶對增加我國糧食產量和保證食物安全有重要意義

2.1 擴大玉米生產是滿足我國未來糧食需求的必然趨勢

2008年國務院審議通過的《國家糧食安全中長期規劃綱要（2008—2020年）》提出，2010年我國居民人均糧食消費量為389 kg，糧食需求總量是5 250億kg，口糧消費總量是2 585億kg，占糧食消費需求總量的49%，飼料用量為1 870億kg，占糧食需求總量的36%；到2020年人均糧食消費量是395 kg，糧食需求總量是5 725億kg，口糧消費總量是2 475億kg，占糧食消費需求總量的43%，飼料用量將達到2 355億kg，占糧食消費需求總量的41%。我國人均GDP已經超過3 000美元，居民的食物消費由溫飽型糧食消費為主向小康營養型轉變，肉、奶、蛋等動物型消費增加。因此，發展養殖業、提高畜產品產量，成為穩定社會的迫切任務。玉米是發展畜牧業的重要基礎，70%用作飼料。據王宏廣[3]預測，到2030年我國人口將達到16億，按照小康生活糧食消費低水平方案，人均糧食400 kg，糧食需求總量達到6 400億kg，飼料糧將占到60%以上。而作物供需分析的結果是，水稻和小麥按當前的生產發展速度可基本滿足2030年的消費需求，作為飼料糧的玉米將出現較大的缺口，大力發展玉米是今后谷物發展的必然趨勢，玉米將超過水稻而成為我國第一大谷類作物。

2.2 北方玉米產業帶是我國玉米高產區

由于我國夏季受東南季風的影響，使我國溫帶氣候的北方有一個較為涼爽的亞熱帶夏季，同時夏季風也帶來了豐沛的雨水，因而適宜種植玉米。在北方高緯度地區夏季≥10℃的積溫在2 200～3 500℃，適合大多數中晚熟玉米品種的生長；夏季最高氣溫在25～30℃之間，很少出現35～40℃的高溫天氣，玉米處在最適合的光溫范圍之內，所以北方光照時間長，光照充足，晝夜溫差大，白天有利于光合積累，夜晚降低呼吸消耗，可以積累更多的有機物質，玉米的凈光合強度為46～63 mg/dm2·h，光能利用率是3.4%，是小麥凈光合強度（15～35 mg/dm2·h）和光能利用率（1.0%～1.5%）的1倍以上；玉米的干物質積累比小麥高出1倍；玉米的蒸騰系數是368，小麥是510，獲得等量的干物質產量，玉米比小麥省水。玉米生長與雨溫同步，而小麥生長在旱季，在北方高緯度地區光溫條件下玉米比傳統的主糧小麥和其他作物可以獲得更高的產量[4]。

在現代栽培作物中，玉米有很高的生產力水平。2002年美國艾奧瓦州玉米種植者柴歐得在非灌溉條件下創造了27 351 kg/hm2的世界記錄，比世界小麥最高產量15 195 kg/hm2和水稻最高產量19 305 kg/hm2分別高出12 156和8 046 kg/hm2；2005年我國玉米專家李登海創造了21 043.5 kg/hm2的全國夏玉米最高記錄，是全國玉米平均單產的4倍。目前我國推廣的耐密緊湊型玉米雜交種，如鄭單958、先玉335、京單28，產量均可達到15 000 kg/hm2以上。從2006年農業部正式開展玉米高產競賽以來，在北方干旱和半干旱地區，例如陜西的延安和榆林、河北的張家口、內蒙古的赤峰、寧夏的平吉堡、甘肅的涼州和新疆的伊犁不僅是試驗田，甚至上萬畝的生產示范田都連續獲得15 000 kg/hm2的高產。在北方玉米帶上，玉米的平均單產為5 625.0 kg/hm2，小麥的平均單產是3 654.2 kg/hm2，其他雜糧為1 651.2 kg/hm2，玉米單產分別是小麥和其他雜糧產量的1.5～3.5倍，玉米生產有很大的優勢，但是與大面積高產示范試驗田比較仍然有很大的差距，說明玉米還有很高的生產潛力。北方玉米產業帶是我國玉米生產的第二黃金帶，調整種植結構，擴大玉米生產，對增加我國糧食生產有很重要的現實意義。

2.3 北方玉米產業帶有很大的發展潛力

2006年，北方玉米產業帶上的主要省區山西、陜西、內蒙、甘肅、寧夏和新疆的糧田面積是1 576.9萬hm2，玉米的面積是538.8萬hm2，占糧田面積的34.2%。按專業化和區域化的要求，主要糧食作物的面積應占到糧田面積的50%～60%以上，玉米的面積可增加到788.5萬～946.2萬hm2，比現在增加249.7萬～407.4萬hm2，按現有的產量5 625 kg/hm2預測，可增加140.5億～229.2億kg的糧食產量，比雜糧（平均產量1 651.2 kg/hm2）凈增長 100億～160億 kg，占我國至2020年需新增糧食500億kg的20%～32%，對保證我國糧食安全有很大意義。

根據近年來我國玉米生產的發展趨勢，開發北方玉米產業帶是完全能夠辦到的事情。以吉林和遼寧為例，玉米的播種面積分別占糧田面積的60%和65%，玉米產量分別占糧食總產量的66%和72%，東北平原成為我國玉米的主產區。從現代農業專業化、區域化、商品化的要求來看，主糧作物占到糧食作物的播種面積60%～65%，符合正常的生產規律。山西是玉米后發區，1978年山西的玉米播種面積是79.3萬hm2，占糧田面積的21.8%，玉米產量是271.5萬t，占全省糧食總產量的38.4%。2009年玉米的播種面積達到145.12萬hm2，占糧田面積的51.9%，玉米產量是654萬t，占糧食總產量的69.4%[5-6]。山西號稱“小雜糧王國”，傳統農業中小雜糧的播種面積占糧食作物面積的40%以上，但是小雜糧產量僅占糧食總產量的20%左右，小雜糧產量水平很低，又占生產主導地位，是制約糧食總產增長的主要因素。進入21世紀以后，玉米超常速度的發展極大地推動了山西糧食總產的增加，擴大玉米生產是山西糧食總產躍上1 000萬t平臺的決定性因素。

生產實踐證明，在北方水資源短缺的旱作條件下，玉米產量不亞于甚至超過南方超級雜交稻，這需要引起有關部門的特別關注。在北方半干旱和干旱地區調整糧食作物種植結構，大力發展玉米，把我國北方建成重要的糧食生產基地，是增加我國糧食總產的重要措施。

北方玉米產業帶正處在我國北部農牧交錯帶上，玉米種植面積達到788.5萬～946.2萬hm2，按每公頃玉米秸稈可供養30只羊計算，則可增養2.3億～2.8億只羊。農區玉米資源與草地畜牧業耦合，大力發展草食動物，把北方玉米產業帶建成我國強大的畜牧產業帶，對解決我國未來動物產品的短缺、保障食物安全有很大意義。

3 保證北方玉米產業帶可持續發展的重要措施

3.1 發展玉米經濟、提高玉米生產效益，是北方玉米產業帶可持續發展的核心

由于糧食在日常生活中的特殊地位，糧價受社會因素制約，以種植業為主的農業結構，農產品加工轉化缺失，糧食生產優勢不能轉化增值，是傳統糧食農業低效，農村經濟發展滯后的根本原因。玉米集糧食、飼料、工業原料為一體，通過畜牧業和深加工轉化，延長產業鏈，發展玉米經濟產業，提高玉米生產效益，是北方玉米產業帶可持續發展的核心。

在農業生產系統中，種植業和養殖業是構成能量和物質循環過程的主體，人們所直接利用的植物產品不超過25%（一般只有12%），其余的75%以上都需要經過動物（特別是反芻動物）轉化為動物產品，這一部分產值將等于或者大于植物產品的產值[7]。玉米秸稈占玉米干物質產量的60%，而玉米秸稈的畜牧利用率只有30%，造成資源的極大浪費。我國飼料玉米消費量大約占玉米產量的70%以上，發展畜牧業是提高玉米經濟效益的有力保證。

我國大部分玉米用作飼料，但是長期以來人畜共糧，而飼料糧與口糧的要求有很大差異，飼料糧要求高產化、粗糧化，能量與蛋白質合理搭配；而口糧卻要求細糧化、改善品質和提高加工花色品種。飼料糧和口糧不分，影響了玉米生產潛力的發揮。以美國為例，飼用玉米產量平均每公頃為15 000 kg，食用玉米僅6 000～7 500 kg。培育高產的飼料品種，糧、料分家，進行玉米品種更新，飼料專業化生產，玉米產量可以倍增[8]。

青貯玉米是提高草食動物飼養水平和奶牛產奶量不可缺少的優質粗飼料。在歐洲，專用青貯玉米面積占玉米種植面積的80%左右，美國青貯玉米占玉米面積的12%。把北方玉米產業帶建成我國重要的畜牧產業帶，青貯玉米的播種面積要占到玉米播種面積的20%～30%。科學研究證明，普通玉米以青貯的方式收割，每公頃可得粗蛋白質1 317.0 kg，可消化蛋白質917.3 kg，代謝能132 690.0 MJ。只收籽粒時，只能收到生物學產量中粗蛋白質的48.1%，可消化蛋白質的67.6%，代謝能為51.4%[9]。傳統青貯玉米主要是糧食玉米的延伸，青貯玉米的產草量大約是90 t/hm2左右。玉米是短日照植物，通過生態調控南種北移，生長在長日照條件下，鮮草產量可以成倍增長。如中原單32，在北京中等水肥條件下，單產為45～60 t/hm2，在廣東中等水肥條件下為22.0～37.5 t/hm2，在西北和東北中等水肥條件下達 75～90 t/hm2，高產可達 105～120 t/hm2，是廣東和北京產量的2～3倍[10]。研究表明，雜種優勢和生態優勢疊加可獲得超高產的營養體產量，可直接利用熱帶玉米資源與溫帶玉米在我國低緯條件下制種，作為北方高緯度地區青貯玉米雜交種，鮮草產量能達到180～225 t/hm2以上，為北方青貯玉米生產開辟了新的增產途徑。

在我國北方玉米產業帶上胡麻是主要油料作物，單產是1 042 kg/hm2，出油率按40%計，折合產油量是416.8 kg。而高油玉米是人工培育的一種高附加值的玉米新類型，高油玉米的含油量可達到7%～9%，產量可達7 500 kg/hm2，產油量為525～675 kg/hm2，種1 hm2的高油玉米相當于種1 hm2的糧食和1 hm2的油料，“種一收二”。在北方玉米產業帶上，高油玉米是很有發展潛力的專用玉米品種。

我國玉米產量的15%～20%是作為工業原料加以利用的，淀粉占深加工玉米總量的57%，燃料乙醇和酒精占30%。玉米化工醇作為石油化學品的替代產物正在興起，玉米加工業是支撐北方玉米產業帶可持續發展的重要支柱產業。

3.2 培肥土壤、提高地力，是北方玉米產業帶可持續發展的重要基礎

我國現代玉米的育種產量可達到15 000 kg/hm2，玉米的高產記錄是21 000 kg/hm2。北方玉米產業帶上高產示范田可以達到15 000～18 000 kg/hm2，旱作試驗田一般為 9 000～12 000 kg/hm2，優質農田普遍達到6 000～7 500 kg/hm2，但是北方玉米帶上內蒙、山西、陜西、寧夏、甘肅、新疆主要省（區）的玉米平均產量僅為5 625 kg/hm2，相當于高產田產量的46.8%～62.5%，與東北三省每公頃有388.3 kg的差距，玉米低產的主要原因是中低產田的比重較大（一般占到70%左右），土壤肥力不足是高產的主要限制因素。

土壤有機質含量多少是評價土壤肥力的較好指標，我國耕地的有機質含量不及歐洲同類土壤的1/2，在土壤有機質含量較低的情況下，土壤有機質含量與作物產量呈正相關。在半干旱地區高產田土壤有機質含量應當保持在15 g/kg以上，才能滿足玉米持續高產、穩產的需要。我國北部和西北部地區中低產田面積占到耕地面積的70%以上，土壤有機質含量在10 g/kg以下，一般中產田主要是由于土壤肥力不足和營養元素失衡所造成，這可以通過施肥，特別是有機肥料和無機肥料科學配合而得到提高。土壤培肥的中心任務就是充分利用農業生態系統的有機物料培肥土壤，提高土地質量。但是，在農村生活逐步現代化的過程中，由于規模化、專業化、商品化現代畜牧業的發展，農耕時代戶戶養畜、種養一體化的生產格局也不存在，農田有機肥的施用量越來越少，積肥和漚糞已經退出了莊戶，出現了化肥一統天下的局面，有機肥嚴重不足是土壤退化的主要原因。應用保護性耕作技術，推廣機械化耕作，實行作物秸稈歸田，對有機物料進行深加工，生產顆粒復合有機肥，達到有機肥料的濃縮和減量化，改革施肥制度，是現階段農田土壤培肥的有效措施。

一般認為，有機肥料和化肥施用比例應當為（50～60）∶（50～40），以有機質含量達到 10～15 g/kg作為基本要求，每年玉米秸稈的還田量應達到6 000～7 500 kg/hm2。山西的免耕試驗表明，保護性耕作土壤有機質含量由1992年的8.95 g/kg增加到2006年的18.2 g/kg；每平方米的蚯蚓量達到了20～30條，土壤團粒結構得到明顯的改善，免耕土壤的蓄水量比傳統耕地高23%，平均水分利用率比傳統耕地高20%。實施保護性耕作應該注意：一是秸稈還田的最初幾年特別容易發生作物與微生物爭氮而出現減產，可通過補充化肥來解決，一般認為微生物每分解100 g秸稈需要0.8 g的氮，即每1 000 kg秸稈至少要加入8 kg的氮（約相當于17 kg尿素），使C/N由（80～100）∶1降低到（25～30）∶1，才能保證作物產量不受缺氮的影響；二是要由免耕播種機、深松機、秸稈還田機等配套農具完成機械化耕作，才能保證保護性耕作體系的實現[11]。保護性耕作已在全球70多個國家推廣應用。美國、加拿大、澳大利亞、巴西、阿根廷等國推廣應用面積已占本國耕地面積的40%～70%；世界各國推廣應用面積總和約占全球耕地面積的11%以上；我國推廣應用面積僅占全國耕地面積的2.2%，發展任務還十分艱巨。

3.3 構建玉米標準化生產技術體系，是北方玉米高產的根本保證

標準化生產是作物獲得高產、保證食品安全、提高栽培效益、實現農業現代化生產的重要途徑。實踐證明，在北方玉米產業帶保證玉米高產的關鍵有以下幾點。

3.3.1 推廣緊湊耐密型高產玉米雜交種 現在國內外的重要經驗就是高密度栽培。美國的玉米高產密度一般是90 000株/hm2左右，世界最高產量記錄的密度是108 000株/hm2。我國玉米高產競賽中達到15 000 kg/hm2以上產量的雜交種鄭單 958、先玉 335、京單 28、浚單 20、SC704、超實1號和2號，密度均達75 000～90 000株/hm2，高產田的最低密度也在67 500株/hm2以上。在一般大田密度每增加7 500株/hm2，可提高玉米產量750 kg/hm2左右，培育區域化、專業化要求的緊湊耐密型玉米雜交種，普遍增加種植密度是保證玉米高產的重要措施。現在玉米生產中突出的問題是：種子部門出于自身的經濟利益，推出的雜交種多而亂，在一個村里同時種植很多雜交種，良莠不齊。政府有關部門應根據品種試驗結果和專業化生產的需求，提出2～3個最好的骨干雜交種，作為標準化生產用種。

3.3.2 推廣地膜覆蓋技術，提高玉米產量 進入21世紀以來，處于半干旱地區的甘肅省，創造和推廣了“全膜雙壟溝播”旱地玉米種植技術，在年降水量300～500 mm的地區，較半膜壟作或全膜平鋪增產30%以上，平均增產1 980 kg/hm2，水分利用率提高30%以上，可使玉米提前15 d成熟，且玉米種植海拔高度提高了200～300 m，旱地玉米平均產量都在7 500 kg/hm2左右，最高的達10 500～12 000 kg/hm2，被認為是旱作農業的一場革命[12]。在北方玉米產業帶推廣應用“全膜雙壟溝播”旱地玉米種植技術，秋季或早春覆膜,高效保水節水，是玉米保產、穩產的重要技術措施。

3.3.3 推廣測土配方施肥技術，提高肥料利用效率 玉米是生長量大、產量高、需肥多的作物類型。美國玉米高產田的土壤有機質含量40～50 g/kg，速效磷 50 mg/kg，速效鉀 300 mg/kg，土壤結構良好，且具有極強的蓄水能力，即使年降雨量為250～330 mm，在不灌溉的條件下也能創造出15 000 kg/hm2的高產。我國的玉米高產競賽表明，在廣大西部地區土壤有機質含量一般在10 g/kg以下，速效磷30 mg/kg，速效鉀120 mg/kg以上，在如此低的土壤肥力下，只要能滿足玉米對養分的需要，也能創造出15 000 kg/hm2的高產。通過測土配方施肥和平衡施肥，提高肥料利用率，防止養分流失，降低生產成本，是玉米高產的重要保證。

3.3.4 推廣病蟲害綜合防治技術 根據北方玉米主產區病蟲害發生規律，建立科學的預測預報和防治機制，大力推廣種子包衣、生物防治、燈光誘殺、化學除草等技術，著力抓好玉米螟、大小斑病、絲黑穗病等重大病蟲害的防治工作，積極探索社會化、專業化服務機制，努力減少病蟲為害。

3.3.5 提高玉米生產的機械化水平 播種、收獲、秸稈還田、壟作鋪膜、保護性耕作等全過程的機械化、標準化，是降低生產成本、提高土地產出率、勞動生產率和資源利用率，增強農業綜合生產力的有效措施。機械化作業省時、省力、高效，靠人工很難完成的田間作業，可以通過農機社會化服務得到解決。玉米生產機械化是現代玉米生產的重要技術支撐。

總之，發展北方玉米產業帶，在我國飼料糧短缺、動物食品需求增加的現實下，對增加我國糧食產量而且對保證畜牧業的發展有重要作用。我國將形成東北地區、黃淮海地區、長江中下游地區，以小麥、水稻、玉米商品糧為主，北部和西部以飼用玉米和畜牧業生產為主的農業格局。針對這種發展趨勢，主動采取措施，實施區域化、專業化、產業化發展，對保證我國居民食物安全，增加農民收益，保持社會安定有積極意義。

［1］中國農業科學院.中國農作物種植區劃論文集［M］.北京:科學出版社，1987：55-70.

［2］李少昆，王崇桃.中國玉米生產技術的演變與發展［J］.中國農業科學，2009，42（6）：1941-1951.

［3］王宏廣.中國糧食安全研究 [M].北京：中國農業出版社，2005：274-279.

［4］曹衛星.作物栽培學總論 [M].北京：科學出版社，2006：147-171.

［5］王娟玲.破解大面積旱地玉米增產難題是山西省糧食安全的重要保障[J].山西農業科學，2009，37（4）：3-5.

［6］牛天堂，田良才，李晉川，等.關于山西玉米產業的可持續發展［J］.山西農業科學，2010，38（4）：3-7.

［7］任繼周.節糧型草地畜牧業大有可為 [J].草業科學，2005（7）：44-48.

［8］盧良恕，王健.糧食安全[M].杭州：浙江大學出版社，2007：28.

［9］陳幼春.現代動物農業——可持續農業謀略與模式[M].北京：中國農業出版社，2005：5-6.

［10］唐秀芝，張維強.糧飼兼用玉米與飼料加工技術 [M].北京：中國農業科學技術出版社，2004：39-40.

［11］徐明崗，盧昌艾，李菊梅，等.農田土壤培肥[M].北京：科學出版社，2009：8-37.

［12］鄭驚鴻.讓農民學得全用得上——甘肅農田節水現場觀摩側記[N].農民日報，2008-09-22.