基于农户尺度的闻喜县冬小麦产量差及生产限制因素分析

薛建福，刘昌斌，韩敬敬，杨文彪，林文，高志强

（1.山西农业大学 农学院/省部共建有机旱作农业国家重点实验室（筹），山西 太原 030800；2.山西农业大学 农学院/作物生态与旱作栽培生理山西省重点实验室，山西 太谷 030801；3.山西农业大学 软件学院，山西 太谷 030801）

据联合国粮农组织估计，2016~2018 年间全球仍有约8.2 亿人遭受饥饿，且饥饿人口数仍在缓慢增加［1］。据预测，到2050 年全球人口将达到90亿，全球粮食产量需要在现有基础上增加70%~100%［2］。同样，粮食也始终关系着我国的国计民生，粮食安全关系着我国的社会稳定、经济发展和国家安全。如何挖掘我国现有耕地的生产潜力，提高粮食总产量，是解决耕地面积缩减与粮食需求增加的矛盾、保障我国粮食安全的重要途径之一［3］。在当前生产管理条件下，作物生长潜力仍有很大的挖掘空间，如不同地区以及同一地区不同农户田块之间作物产量之间差距也比较大［4］。因此分析农户尺度作物籽粒产量差（以下称“产量差”）的原因，是缩小农户产量差、提高粮食总产量的措施之一。

农户田间管理措施的差异是农户间产量差形成的重要原因之一［5］。Mueller 等［6］基于全球尺度进行研究发现，通过优化灌溉量和灌溉次数能够缩小大部分作物的产量差。吴芬等［7］综述国内外影响冬小麦产量差的因素发现，人为管理措施和技术因素是造成冬小麦产量差的重要因素之一，并梳理了目前我国各地已经推广应用的冬小麦产量差缩减技术途径，如土壤处理技术和耕作技术、播种技术、合理灌溉制度、精准施肥技术等。赵鹏飞［8］研究发现，整地方式、品种、播期、播种量、灌溉条件、病虫草害是限制曲周县冬小麦产量提升的主要因素。李勤英等［9］利用DSSAT 模型，研究改变播期、种植密度和施氮量对我国冬小麦主产区产量差的影响发现，增施氮肥和播期提前对缩小产量差贡献较大，增加种植密度对缩小产量差贡献较小。近年来，关于农户田间管理措施对冬小麦产量差影响的研究已逐渐向产量构成因素方面进行探究。Cao 等［10］研究华北平原农户间冬小麦产量差的限制因素得出，播期、施氮量和播种量等田间管理措施通过影响冬小麦穗数，进而造成高产农户和普通农户间产量差。基于区域特征和农户管理措施等方面的差异，解析农户尺度冬小麦产量差形成的因素，如播期、播种量、灌溉、施肥和病虫害防治等，才能有针对性地提出优化当地农户田间管理的措施，进一步缩小农户间产量差，最终提高区域粮食总产量。

小麦是山西省最主要的粮食作物之一。2019年山西省小麦播种面积约为5.5×105hm2，占粮食作物总播种面积的17.5%；其总产量为226.2 万t，约占粮食总产量的16.6%［11］。近年来，山西省耕地面积持续减少［11］，分析农户尺度上冬小麦产量差的成因，提出适当的优化措施，是提高山西省小麦总产量、保证山西省粮食供给稳定的重要措施之一。本研究通过采用调查统计分析法，以冬小麦生产大县闻喜县为例，分析农户尺度上冬小麦产量差及产量构成因素对农作措施的响应，有针对性地提出缩小农户产量差的措施，旨在为保障山西省冬小麦供需平衡提供一定的依据。

1 材料和方法

1.1 研究区域介绍

本研究以山西省南部的运城市闻喜县为例，分析该区域农户水平下冬小麦产量差距。闻喜县总面积1 167.1 km2，辖7 镇6 乡、342 个村。闻喜县地处我国黄淮海麦区，属暖温带大陆气候，年均气温12.5 ℃，年降雨量约506 mm，降雨量60%~70%集中于7-9 月。该县是山西省冬小麦最主要的种植区之一，冬小麦播种时间为9 月下旬至10月中旬，次年6 月上旬至中旬收获，其中有灌溉条件的水地前茬作物多为玉米，无灌溉条件的旱地6-9 月为休闲期。2019 年该县小麦播种面积4.14×104hm2，总产量1.78×108kg，单产为4.30 t·hm-2［11］。

1.2 数据收集

本研究农户田间管理措施问卷调查及冬小麦产量调查工作于2019 年6 月1~8 日进行，涉及闻喜县7 个乡镇18 个村共102 户农户，共发放调查问卷102 份，其中：郭家庄镇西阜村5 户，辛庄村4 户；桐城镇邱家岭7 户，邱家庄7 户，赵家岭4 户；神柏乡窑头沟6 户，蔺家庄4 户，下岭后村3 户，上丁村1户；东镇下白村5 户，裴村12 户；裴社乡大泽村7户，小泽村7 户；河底镇冷泉村8 户，河底村6 户，南王村1 户；后宫乡阳庄村9 户，柏底村6 户。最后经过对问卷的筛选，剔除信息不完整的问卷，除去样本遗失的情况，最终获得93 份有效问卷。

冬小麦农户田间管理措施问卷调查内容主要包括播期、播种量、品种、耕作方式、灌溉次数、施肥量、施肥次数、病虫害防治情况等。同时在每个被调研农户的地块选取能代表该地块冬小麦长势的1 m2采样区，采集该区内所有冬小麦穗部，并统计穗数。晾干后测定其产量，并折算为籽粒水分12%时的产量。此外，从中随机选用20 穗进行考种，测定穗粒数和千粒重等，并计算理论产量。本研究通过对调研数据进行梳理，采用信息相对完善的田间管理措施进行分析比较。其中，在冬小麦管理过程中，由于农户灌溉时间差异较大，难以与冬小麦生育时期对应，很难评价灌溉时期对冬小麦产量及其构成因素的影响，故本文仅对灌溉次数下产量差进行分析。此外，由于大多农户关于施用肥料的养分含量信息记忆模糊，无法统计具体的肥料养分量，因此本研究中未分析施肥量对农户产量差的影响。关于冬小麦播种量，调研的最大播量为300 kg·hm-2，最小播量为67.5 kg·hm-2，因此本研究播量范围设置为60~300 kg·hm-2，分4 个播量段进行比较，分别为60~120 kg·hm-2、121~180 kg·hm-2、181~240 kg·hm-2、241~300 kg·hm-2。关于冬小麦播期，调研的最早播期为9 月15 日，最晚 播期为10 月15 日，基于 此，本研究结合当地冬小麦常规播期，设置3 个播期段进行比较，分别为早播（9 月15 日至9 月24 日）、适期播期（9 月25 日至10 月4 日）和晚播（10 月5 日至10 月15 日）。此外，农药喷施量、喷施时间、用药种类等信息由于记忆模糊，未获得详细信息，故未进行分析。冬小麦种植品种较多，且很多为自留品种，比较价值较低，同样未进行分析。

1.3 数据分析

本文中数据整理主要采用Microsoft Excel2016，绘图采用Sigmaplot 12.0，数据分析采用SPSS 16.0 进行，采用Shapiro-Wilk 对不同处理下的数据进行正态分布验证，通过验证后，采用新复极差法（Duncan）对不同处理间数据进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 闻喜县农户冬小麦产量

闻喜县农户尺度上冬小麦产量介于2.35~10.56 t·hm-2，产量中位数为6.95 t·hm-2，产量的上四分位数和下四分位数分别为5.31、8.16 t·hm-2。分析统计数据看出，2019 年山西省小麦的平均产量为4.14 t·hm-2，运城市小麦平均产量为4.42 t·hm-2，闻喜县小麦平均产量为4.30 t·hm-2。整体上看，约89.2%的调研农户冬小麦的产量在4.42 t·hm-2以上，高于山西省、运城市及闻喜县平均产量（图1）。

图1 农户冬小麦产量基本情况Fig.1 The fundamental information for the grain yield of winter wheat on the scale of farmers

2.2 灌溉次数对农户产量及其构成因素的影响

闻喜县采用不同灌溉次数的冬小麦种植户所占比例在21.5%~31.2%之间（图2A），灌溉次数对闻喜县冬小麦产量及其构成因素均有显著影响。分析冬小麦产量构成因素发现（图2A），随着灌水次数的增加，单位面积穗数呈先增加后降低的趋势，在灌溉2 次条件下达到最高，较其它灌溉次数显著提高了16.4%~49.5%，不灌溉条件下则较其他灌溉次数显著降低了19.0%~33.1%。灌溉次数对农户冬小麦的穗粒数影响较小，仅灌溉3 次较不灌溉有显著提高，其他处理间均无显著差异（图2B）。此外，随着灌溉次数的减少（在有灌溉条件下），农户冬小麦千粒重随之显著降低，但不灌溉条件与灌溉1 次和2 次条件下差异不显著（图2C）。灌溉次数对闻喜县农户冬小麦的实际产量和理论产量影响基本相同（图2D、图2E），从不灌溉增加到灌溉2 次时，随着灌水次数的增加其均显著增加，但灌水次数增加到3 次时，冬小麦实际产量和理论产量较灌溉2 次均无显著变化，但较不灌溉和灌溉1 次产量显著提高了17.5%~52.0%。

图2 不同灌溉次数对农户冬小麦产量及其构成因素的影响Fig.2 Effects of different irrigation times on the grain yield and its components of winter wheat on the scale of farmers

2.3 叶面肥喷施次数对农户产量及其构成因素的影响

总体上看，喷施叶面肥已逐渐被农户所采用，其中闻喜县冬小麦生产中喷施叶面肥的农户约占调研总农户的33.3%，然而不喷施叶面肥仍然是主流（图3A）。此外叶面肥喷施次数对闻喜县调研农户冬小麦产量及其构成因素有一定影响，其中对冬小麦穗粒数和理论产量无显著影响（图3B、图3E）。对于单位面积穗数（图3A），随着叶面肥喷施次数的增加而呈增加趋势，其中喷施2 次较不喷施显著提高了25.8%，两者与喷施1 次之间差异均不显著。喷施1 次叶面肥的农户冬小麦千粒重较喷施2 次显著提高了12.6%，但两者与不喷施间差异不显著（图3C）。此外，喷施1 次叶面肥的农户冬小麦产量显著高于不喷施叶面肥的农户实际产量，提高了26.4%，但两者与喷施2 次叶面肥之间均无显著差异（图3B）。

图3 叶面肥喷施次数对农户冬小麦产量及其构成因素的影响Fig.3 Effects of foliar fertilizer spraying times on the grain yield and its components of winter wheat on the scale of farmers

2.4 播种量和播种期对农户产量及其构成因素的影响

94.6%的调研区农户种植冬小麦的播种量在60~240 kg·hm-2之间（图4A）。总体上看，随着播种量的增加，冬小麦单位面积穗数呈先增加后降低的变化趋势，在播种量181~240 kg·hm-2条件下达到最高，较60~120 kg·hm-2显著提高了34.4%，而其它3 个播种量段间的差异不显著（图4A）。冬小麦穗粒数随播种量的增加逐渐增多，其中在播种量60~120 kg·hm-2时，穗粒数最少，较其它播种量段显著减少了9.9%~13.1%，其它3 个播种量段之间穗粒数差异不显著（图4B）。对于千粒重，同样在播种量60~120 kg·hm-2时最低，显著低于241~300 kg·hm-2条 件 下，这2 播 种 量 段 均 与121~180 kg·hm-2、181~240 kg·hm-2播种量段之间差异不显著（图4C）。冬小麦播种量为181~240 kg·hm-2时，农户冬小麦实际产量最高，较播种量60~120 kg·hm-2条件下显著提高了42.8%，但其与播种量121~180、241~300 kg·hm-2间差异不显著（图4D）。冬小麦的理论产量亦在播种量60~120 kg·hm-2条件下最低，较其它播种量段降低了22.2%~26.5%，其它播种量段之间差异不显著（图4E）。

图4 不同播种量对农户冬小麦产量及其构成因素的影响Fig.4 Effects of different seeding rates on the grain yield and its components of winter wheat on the scale of farmers

在调研区，种植冬小麦时，随着播种时间的推移，不同时间段农户所占比例逐渐降低，说明更多的农户倾向于提早播种（图5A）。总体上看，播种期对调研区农户冬小麦的单位面积穗数（图5A）、穗粒数（图5B）、千粒重（图5C）及实际产量（图5D）均无显著差异，而理论产量则随着播种期的推迟有所增加，且在相对晚播条件下较相对早播显著提高了15.7%（图5E）。

图5 不同播种期对农户冬小麦产量及其构成因素的影响Fig.5 Effects of different sowing dates on the grain yield and its components of winter wheat on the scale of farmers

2.5 农药喷施次数对农户产量及其构成因素的影响

为防治病虫草害，闻喜县调研区约有80.6%的农户在冬小麦生产中进行喷施农药，其中大多主要喷施1 次和2 次（图6A）。喷施农药次数对闻喜县调研农户冬小麦产量及其构成因素有较大影响。随着农药喷施次数的增加，农户冬小麦单位面积穗数亦呈增加趋势（图6A）。其中喷施3 次农药的单位面积穗数较喷施2 次、1 次和不喷施显著提高了21.0%~45.0%，而后3 者间差异不显著。对于喷施农药条件下，随着喷施农药次数的增加，农户冬小麦穗粒数呈显著降低的变化趋势，但不喷施农药与喷施2 次和3 次之间差异不显著（图6B）。喷施农药次数对调研区农户冬小麦千粒重无显著影响（图6C）。此外随着喷施农药次数的增加，农户平均冬小麦实际产量逐渐增加，其中喷施3 次的农户平均冬小麦产量为8.5 t·hm-2，显著高于喷施1 次和不喷条件下的产量，喷施2 次的农户冬小麦产量显著高于防治0 次的农户，喷施1 次的农户冬小麦产量与喷施2 次和0 次的产量无显著差异（图6D）。而对于理论产量，除喷施3 次农药外，其他喷施条件下的变化规律与实际产量类似（图6E）。

图6 农药喷施次数对农户冬小麦产量及其构成因素的影响Fig.6 Effects of pesticides spraying times on the yield and its components of winter wheat on the scale of farmers

3 讨论

合理的灌溉是小麦增产稳产的重要保障措施之一。本研究分析灌溉次数对闻喜县农户尺度冬小麦产量影响得出，冬小麦生育期灌溉2 次及以下时，每增加1 次灌溉，农户冬小麦实际产量显著提高了20.5%~24.2%，理论产量提高了21.5%~28.8%；但当灌溉次数增加到3 次后，并未显著提高冬小麦产量，说明灌溉次数并不是越多越好。这与赵向阳等［12］和韩惠芳等［13］研究结果一致，均得出进行2 次灌溉可有效提高当地冬小麦的产量。分析产量构成因素发现，与灌溉3 次相比，灌溉2 次条件下尽管冬小麦的穗粒数较少，千粒重较低，但单位面积穗数增加较多，这可能是其产量较高的原因之一。经过调查发现，农户灌溉1 次主要是在拔节期进行，灌溉2 次主要集中在返青期和拔节期，说明拔节期进行灌溉对当前研究区域冬小麦产量提升有重要作用。不同灌溉时期对冬小麦产量影响有所差异，韩惠芳等［13］研究得出，总灌溉量一定时（120 mm），拔节期和抽穗期进行灌溉较在拔节期、抽穗期、灌浆期灌溉1 次或3 个时期均灌溉处理下冬小麦产量更佳。除灌溉次数和灌溉时期可影响冬小麦产量外，灌溉量、灌溉方式等均对冬小麦产量有一定影响，但由于生产中大多农户采用漫灌方式，且没有记录灌溉量或记忆模糊，相关的影响难以定量评估。农户在冬小麦生产过程中，缺乏统一的灌溉指导，更多的是凭借经验进行灌溉，相关科研院所和高等院校应加强这方面的研究，积极促进该地区灌溉技术发展，当地农业技术推广部门应进一步加强推广适用灌溉技术的力度。

叶面肥是近年来该区域新兴起的施肥方式，在本调研区约有33.3%的农户喷施了叶面肥，其中喷施1 次叶面肥的农户实际产量要显著高于不喷施。这可能是由于在冬小麦生长中后期对养分的需求量增大，而根系吸收能力减弱，喷施叶面肥能够补充冬小麦对养分的需求［14］。徐良菊等［15］研究了不同种类叶面肥对冬小麦氮磷钾养分积累发现，叶面喷施固液体聚谷氨酸、氨基酸水溶肥和尿素均能够提高冬小麦叶绿素含量、促进干物质积累量与氮磷钾养分积累量，并提升了产量。此外，也有部分研究认为，在冬小麦生长中后期喷施叶面肥能够有效增强根系活力，提高旗叶SPAD 值和甜菜碱含量，提高干热风抗性，延缓叶片衰老，促进籽粒灌浆，增加千粒重，进而实现减害稳产［16-17］。因此本研究认为，闻喜县冬小麦生产中农户可考虑在作物生长中后期喷施1 次叶面肥可以有效实现增产。但如何通过更加科学的叶面施肥技术进一步促进该地区冬小麦产量和品质需进一步进行深入研究以及宣传推广。

本研究显示，闻喜县农户冬小麦的播种量显著影响产量，而播期对产量影响不大。其中在较高播种量条件下（181~300 kg·hm-2）比较低播种量（60~120 kg·hm-2）显著增产34.6%~42.8%，这可能与较高播量在一定程度上提高了小麦的穗数、穗粒数和千粒重等产量构成要素有关。陈广锋等［18］在华北平原小农户冬小麦高产高效优化的研究中提出冬小麦播种量在162~225 kg·hm-2最为适宜，这与本研究结果基本相似。这主要是由于冬小麦适当增加播种量能够增加密度，提高小麦群体对太阳辐射的截获量，同时也能够增加群体中主茎成穗的比例，以主茎成穗为主的小麦群体减少了分蘖未形成穗造成的无效消耗［19］。此外考虑到经济投入等实际情况，闻喜县冬小麦生产在正常播期时推荐播种量为181~240 kg·hm-2，播期较晚时推荐播种量为240~300 kg·hm-2。

比较不同农药施用次数下农户冬小麦产量得出，闻喜县施用2~3 次农药的农户实际产量较高，较不施用农药的农户显著提高了28.5%~47.2%，其中喷施3 次农药的农户很少，仅占4.3%，而喷施1~2 次农药的农户占到了总调研农户的76.3%。调研结果显示，农户喷施农药主要用于防治杂草，有文献表明及早化学除草，特别是在冬小麦生育阶段后期防治病虫害，如防赤霉病和吸浆虫，可以有效提高小麦穗粒数及千粒重，病虫害防治对小麦产量影响较大［20］，且由于冬小麦生育期较长，或受天气影响使农户喷施措施可能不到位，喷施1 次农药并不能保证对病虫草害的有效控制。也有研究表明在冬小麦草害的防治方面必须保证除草剂达到一定剂量才能有效控制杂草［21］。由于调研过程中，调研农户对于喷施农药的详细种类、名称、使用时期等记录模糊，难以准确评价农药对冬小麦产量及其构成因素的影响。本调研得出，喷施3 次农药条件下冬小麦产量最高，但过多的喷施农药可能对冬小麦生长发育产生一定影响，如穗粒数减少、千粒重降低，亦可能对农田微环境造成一定危害。综上分析，农户在冬小麦生产中可根据实际情况喷施2次农药进行病虫草害防治。

本研究通过实地调研收集了运城市闻喜县93户农户冬小麦生产数据集，主要分析了田间管理措施对农户尺度冬小麦籽粒产量差的影响，而对于农户决策和社会经济科技因素等未进行进一步考量，今后的研究中还应在这一方面继续完善。在调研过程中我们发现，农户对于冬小麦品种的选择并不重视，多表现在对自家播下的冬小麦品种并不了解，且大部分农户连年使用（1~3 年不等）自留种进行栽培，这导致调研中收集的冬小麦品种信息有所缺失，且并不准确，因此本研究未对高产农户和普通农户冬小麦品种差异进行分析。此外，调查过程中，由于农户对于很多农作措施的详细参数有所淡忘，记忆模糊，导致在调研过程中数据调查不够详细，在以后的研究中进一步改善调研方式可尽量避免这种问题，如采用定户调研、组织农户参加培训、给予一定补助等形式，鼓励农户在平时做好记录事宜，以收集更为科学的调研数据，提高调研质量。本研究基于调查进行分析比较田间管理措施对农户产量的影响，尽管结论与部分研究存在一致性，但今后还应设置相应的大田试验验证有关结论。山西省冬小麦种植主要集中在晋南地区，2019 年运城市和临汾市总体冬小麦种植面积分别占全省冬小麦种植面积的52.5%和37.3%［11］，此外闻喜县是运城冬小麦种植大县，且位于运城市和临汾市交界处，地形多样，在山地区和河谷盆地区均有冬小麦种植，因此对闻喜县农户的产量差分析能一定程度反应晋南地区农户冬小麦产量差的基本情况，其他地区的冬小麦产量差情况还应具体讨论。

4 结论

以山西南部运城市闻喜县冬小麦种植农户为研究对象，通过调研得到冬小麦农户产量，并分析农户田间管理措施农户间产量差形成的主要因素，主要结论如下：

（1）闻喜县农户产量差主要成因包括冬小麦生育期内灌溉次数、播种量、病虫草害防治次数、叶面肥喷施次数等差异。

（2）在调研农户田间管理措施分析后认为，闻喜县普通农户在现有农作管理措施下，要缩小与高产农户产量差，具体可采取的措施包括在拔节至灌浆期进行1~2 次灌溉、播种量保持在181~240 kg·hm-2、进行2~3 次病虫草害防治和生长中后期进行1 次叶面肥喷施。