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营养体农业与南方草业的发展

时间:2012-03-23 11:15:12   阅读:103

1我国南方气候资源的特点

以淮河和秦岭为界,我国南方和北方的气候特点存在着明显的差异。水热资源丰富,无霜期长,但光照相对不足是我国南方各省气候资源的基本特点,这刚好与我国北方地区的气候特点形成了鲜明的对照(表1)。

1.1降水充沛

就水资源来说,我国南方各地的年降水量一般都在1000~1200mm以上,广西北海甚至高达2400mm,比降水量为500~600mm的黄河流域约高1~3倍,是西北内陆地区的10倍,甚至几十倍。所以,北方常年都是干旱严重,而南方则除了季节性干旱之外,常嫌阴雨天气太多。

1.2热能丰富

0℃以上温度的持续期是评定一个地区农时季节长短的指标,0℃以上的积温是反映该地区总热量的指标。我国长江以南各地0℃以上的持续期日数均在340~365d,而北方各地多为200~250d,长江以南0℃以上的积温为5500~8000℃以上,而北方各地则约为2500~5500℃。说明在热能资源方面,南方较北方有着巨大的优势。

1.3无霜期长

南方各地为250~365d,许多地方几乎全年都能种植作物;而北方则为100~200d,好些地方只能种植一季作物,或者是一季有余但两季不足。

1.4光照相对不足

年日照百分率北方为60%~70%,而南方仅为40%~50%,尤其是川、黔两省仅为30%左右。就日均气温≥10℃期间的日照百分率来看,北方为60%~70%,南方为40%~50%;就年日照总时数来说,北方为2400~3200h左右,南方仅为2000~2200h;以日均气温≥10℃期间的日照时数计,南方为1200~1600h,(成都和贵阳地区仅为800~1000h),北方,尤其是西北地区高达1400~1800h;如果按0℃以上持续期的日平均时数计则长江以南为3.5~4.4h,而北方为7.0~7.2h。显然南方的日均日照时数仅为北方的一半,且主要分布在夏秋两季。例如贵阳的冬季一季的日均≥10℃的日照时数仅为180h,长沙也只有267h,而北京则高达603h。所以光照相对不足是我国南方农业生产的主要限制因子。

2营养体农业和传统农业的差异

营养体农业和传统农业的差异主要在于种植制度和收获目的物的不同。传统农业主要是以收获籽粒为目的,栽培作物必须完成其全生育期,籽粒产量越高越好;而营养体农业则是以收获茎叶,即营养体为目的,营养体的可利用养分越高越好,亦即在植物体纤维化和木质化之前进行收获。所以应利用植物的S型生长曲线,即植物生长“慢—快—慢”(图1)的特点,在其完成大生长期,亦即对数增长期时,立即刈割,作为饲料饲养草食动物,使草食直接转变为肉食。虽然是植物的典型生长曲线,其实所有生物,包括微生物、动物乃至人类的生长过程也都遵循这一“慢—快—慢的生长规律。因此,在大力发展营养体农业,以草食直接换肉食时,除了草食生产需要运用生长曲线原理,使草食营养物质的产量尽可能最高之外,动物生产也应充分利用这一原理。这就是说要改变农牧民常常要在所养动物达到最大体重后才出栏的传统思维方式,而在其完成对数生长期后即应出栏。这是提高饲料利用率、生产效率和经济效率的主要途径之一。例如,内蒙古牧区10月龄羊的出肉量为13.8kg,2岁羊的出肉量为21.8kg,4岁羊的出肉量为25.8kg,5岁羊的出肉量最高,为27.6kg,是10月龄羊出肉量的两倍,但饲料消耗量为10月龄羊的11.2倍,说明10月龄羊的饲料转化率比5岁羊高4.6倍,再加上人工和设施的消耗,则10月龄羊的经济效率比饲料转化率还要高得多〔4〕。因此,从提高饲料利用率和生产效率看,应在10月龄出栏。

由于收获目的物和种植制度的不同,与传统农业相比,营养体农业具有诸如生理生态、耕作、投入和产量等诸多方面的优势。最近几年,湖南、安徽和河南等地因水稻种子的原因出现了几次重大引种事件,给农民造成了严重减产、甚至绝收等重大经济损失。这是因为水稻要完成其生活史,在生理生态上就必须满足其“三性”要求,即必须满足其感温性、感光性和基本营养生长性。不同纬度、不同海拔进行异地引种如果不能满足这“三性”,水稻就不能正常开花结实,这就是传统农业常常可能出现的重大生产问题。营养体农业则因是以收获营养体为目标,在其完成对数生长期时即可收获。因此,异地引种时没有纬度、海拔或区域的限制,只要作物的营养体产量高,营养品质好就可以进行异地引种,不用担心出现不抽穗、不结实以及“寒露风”等诸多问题。在耕种栽培上,因营养体农业使生育期变短了,从而简化了农事操作。也由于营养体农业的生育期缩短了,在大致相同的生长期内,可比传统农业多收获1~2次,与之相对应地可增加1~2次对数增长期,减少1~2次生长缓慢的生育后期。与此同时,因第1次收获是在对数生长期完成时进行的,其时地下部和被刈割基部残茬已积累了大量养分,比一般作物种子多几十甚至几百倍,因此第1次收获后,再生苗的生长速率比由种子长出的实生苗要快得多,从而可使生长缓慢的生育前期缩短或简化。所以在产量上,营养体农业显著高于传统农业(表2)〔5〕。许多农作物诸如水稻和小麦病虫害的发生主要出现在生育后期,营养体农业还可以避开主要病虫害的发生和危害。因此,可以大大节约农药和人工等成本的投入,可以保护作物害虫的天敌,减少环境污染,可加速绿色食品的生产,确保农业的持续发展,因此具有重大的生态效益和经济效益。

3营养体农业与传统农业对光能利用的差异

营养体农业与传统农业对光能利用的差异主要表现在三个方面。在时间上,因是在光合效率最高,营养体最大的生育期收获,避免了光合效率下降、逐渐走向衰老的生育后期的出现,从而使收获次数增加1至2次。在空间上,因生育前期是功能逐渐发展壮大的阶段,叶面积指数低,许多光能都没能被叶片捕获,营养体农业则只有头一茬的生育初期漏光现象严重,收获后再生第二茬时,因经过了一个生长盛期,地下部分和残茬内贮藏的营养远远多于种子胚乳中的养分,使再生茬的生长速率明显快于第一茬,从而避免了生育后期叶片衰老时的漏光现象。在生理上,增加了一至二次生长旺盛期,缩短了相应的生育前期,避免了相应的生育后期,这在功能上具有非常大的优势。一般禾谷类作物如水稻生产稻谷的光能利用率仅为0.5%左右,但其生育中期,即对数增长期可高达3.7%〔4〕,尤其是在生育盛期收获,不再有分蘖的退化和死亡,也就不再有无效分蘖,并且由于收获时期较早,茎叶不但蛋白质含量高,而且木质化和纤维化程度低,营养价值高(表3)〔4〕,使光合固定的CO2都能得到充分利用。在物质运输上,因无须将光合产物集中运往籽粒,故可大大节约经化学固定的光能——光合碳同化物,从而提高了作物产量。因此,其营养物质的产量一般相当于生产饲料的营养物质的2~4倍(表2)。

4营养体农业和传统农业对光照要求的差异

太阳辐射是绿色植物通过光合作用制造碳水化合物、氨基酸和蛋白质等有机物质的唯一能源,植物体构成成分的90%~95%都是光合作用的产物,所以光照无论对营养体的生长还是对籽粒的形成与发育,都有着极为重要的作用,然而植物的营养生长与生殖生长对光照的要求无论是质还是量都有着明显的区别。一谈到光照,人们就会很快想到光周期的问题,即长日照、短日照和日中性在作物生长发育中的作用,这的确是一个非常重要的问题。例如对于感光性很强的作物品种,如粳稻品种,在我国南方双季稻区即使是在早春3月播种,也必须在其对短日照的要求得到满足后的10月前后才能收获,双季稻区如果在早春错误地播种感光性很强的作物品种,就会白白地损失一季收成,这就是传统农业中异地引种时常易出现问题的主要原因之一。与此相反,对感光性很弱的油菜或黄瓜来说,只要温、光、水、肥、气能满足其生长要求,一年四季无论什么时候播种,都能正常开花,获得好收成。这种光周期问题对作物生长发育的影响,属于低能光反应,只需几十瓦的光强度就能完成。其实,作物的生长发育同样需要不可替代的高能光反应。

对于植物营养生长来说,即使在光照较弱的条件下,只要光照强度在其补偿点(一般作物为400~4000Lux)以上,就可以进行光合作用合成有机物质,促进其生长。所以一般植物在光照较弱的条件下,也可进行光合作用,进行营养生长。但对于生殖生长则不同,仅仅是高于补偿点的光强度是远远不够的,还必须有强烈的光照,这是因为植物的生殖生长过程对强光照的特殊要求。控制光照条件的一般田间实验都验证了穗分化后期,尤其是雌雄蕊开始分化直至生殖细胞形成期,特别需要强烈的光照。Ruhland将花芽分化分为8个阶段,其中第一个阶段必须有很强的光照才能完成,第五至第八个阶段也须有光才能完成,只有第二至第四个阶段需要在暗中进行〔5〕。所以如果没有足够强的光照,作物的花芽分化就难以启动,或者即使启动了,也难以正常完成其整个分化过程。这就是我国贵州、湖南等省的许多地方冬季小麦产量常常不足1500kg/hm2的最主要的原因。最近,任继周院士进行量化研究发现,在温度年较差16℃以下地区,总辐射量418kJ/cm2以下的地带以植物营养体生产为宜;在544kJ/cm2以上的地带,以生产籽粒为宜;在418~544kJ/cm2的地带,则两者都可以生产,但仍以生产营养体较为丰产、稳产〔6〕。

5营养体农业是我国南方草业持续发展的新对策

我国南方14省市现有草山草坡面积0.79亿hm2,其中约80%可以开发利用,但现在开发利用的实际面积不足20%〔7〕。这一方面是由于农牧耦合度低;另一方面是由于草山草坡中,人工草地所占比例很低,而天然草地的水肥条件差,饲草的生产率低下,因而产量低,质量差。对于这一资源的开发利用,要从改善和引进新的饲草资源、引入营养体产量高的饲草品种着眼,并可引入饲用灌木品种,尤其是豆科灌木。这样既能增加饲料产量,又能改善土壤结构,促进水土保持。

广义的草山草坡还应包括草山草坡上已被垦荒的耕地,包括田和土,因已被垦荒,其土壤状况、肥力水平、水分条件都得到了根本的改善,因而在土地生产力上比一般的草山草坡要高得多。我国南方目前有很大比例的田土从深秋到早春基本上处于休闲状态,例如我们在安徽、湖南和贵州等地区就国家“九五”攻关项目(96-013-01-04-02)进行考察时发现,有大量农田在收完水稻(一季晚稻或双季晚稻)后就处于休闲状态,许多旱地收完烤烟等作物后就基本没有再种植庄稼。例如仅湖南每年就有130多万hm2冬闲地,笔者在湘西凤凰县看到有数百亩一片的旱地冬季完全处于休闲状态,广东每年至少有70%的休闲田。此外还有一部分田地虽然种上了小麦等作物,但因光照不足,雨水偏多,赤霉病、白粉病等发病率高,因而小麦籽粒产量仅1125kg/hm2,农民得不偿失,故而种植面积还在逐年下降。

如果改变传统的耕作方式,推广营养体农业,充分利用冬闲地,将使农民额外增加一季收入,并大大地促进牧业尤其是草食动物养殖业的发展。例如在黄淮海棉区,每年10月中旬棉花收获到次年4月中旬植棉前,棉田大约有1/4的光、热、水、气资源没有得到利用,经种植冬牧70黑麦养畜,棉田的种植制度由过去的一熟制改为棉—草两熟制,每公顷土地的纯收入由4665元/年一跃增至8945元/年,增加了91.2%〔8〕;又如中国水稻研究所的试验证明,冬季营养体农业产量比传统农业要提高2~4倍(表2)。尤其是蛋白质产量比传统农业高4~5倍。因此推广营养体农业,对整个膳食结构的改善、提高人民的生活水平,都具有重要的作用。

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