李曉欣, 陳素英, Stephen O. Aluoch, Peter S. Mosongo,曹建生, 胡春勝

(1. 中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心/中國科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 石家莊 050022;2. 中國科學(xué)院中–非聯(lián)合研究中心 內(nèi)羅畢 00020 肯尼亞)

肯尼亞是全球受饑餓影響最嚴(yán)重的國家之一。根據(jù)國際糧食政策研究所(International Food Policy Research Institute)發(fā)布的2016全球饑餓指數(shù)(GHI), 全球有131個(gè)國家受饑餓困擾, 其中約有60個(gè)國家的饑餓狀況十分嚴(yán)峻, 處于警戒水平以上, 這些國家以非洲國家居多, 肯尼亞在受饑餓困擾國家排名中居第50位[1]。玉米(Zea mays)作為肯尼亞種植面積最廣的糧食作物, 提供了肯尼亞80%以上人口的主食, 人們每天攝入熱量的65%由玉米提供[2], 因此玉米的生產(chǎn)對(duì)肯尼亞糧食安全具有重要意義[3]。隨著人口數(shù)量的日益增長, 提高玉米產(chǎn)量、保障糧食供給是肯尼亞農(nóng)業(yè)面臨的重要問題。本文通過對(duì)肯尼亞不同生態(tài)區(qū)玉米種植與生產(chǎn)的分析與調(diào)查, 結(jié)合田間開展的試驗(yàn), 對(duì)肯尼亞的玉米生產(chǎn)現(xiàn)狀和生產(chǎn)力水平進(jìn)行分析, 指出提高玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵制約因素, 并提出相應(yīng)對(duì)策。

1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與農(nóng)業(yè)生態(tài)分區(qū)

肯尼亞國土面積為582 646 km2, 大部分地區(qū)的作物種植和生長依靠雨養(yǎng), 根據(jù)降雨量分布, 肯尼亞僅16%的國土面積年降雨量大于750 mm[4-5], 為中度適合作物生長區(qū)域, 主要分布于西部的維多利亞湖區(qū)域、埃爾貢山國家公園至阿伯德爾公園-肯尼亞山周邊區(qū)域。

玉米作為肯尼亞種植面積最廣的作物, 種植面積和產(chǎn)量受地形和降雨分區(qū)的影響很大, 降雨有保障的地區(qū)玉米種植面積多, 單位面積產(chǎn)量最高(表1)。

表1 肯尼亞重要糧食作物的種植面積、產(chǎn)量與分布(2007)[6]Table 1 Planting areas and yields of main crops planted in different areas of Kenya[6]

根據(jù)地形和降雨等氣候條件[7], 肯尼亞玉米種植由東向西可分為 6個(gè)農(nóng)業(yè)生態(tài)分區(qū): 低海拔熱帶區(qū)(lowland tropical, LT), 中海拔干旱區(qū)(dry midaltitudes, DM), 中高海拔干旱區(qū)(dry transitional, DT),高海拔熱帶區(qū)(highland tropical, HT), 中高海拔濕潤區(qū)(moist transitional, MT), 中海拔濕潤區(qū)(moist midaltitude, MM) (圖1)。不同生態(tài)分區(qū)降雨和氣候的特點(diǎn)如表2所示。

表2 肯尼亞玉米農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)及特點(diǎn)Table 2 Characteristics of different maize agro-ecological zones in Kenya

2 玉米生產(chǎn)力水平的變化

根據(jù)世界糧農(nóng)組織的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(Food and Agriculture Organization of the United Nations Statistics Division)[8], 肯尼亞玉米單位面積產(chǎn)量自1961年至2014年經(jīng)歷了先增長后下降的變化(圖2a),玉米單位面積產(chǎn)量在20世紀(jì)80年代中期到90年代初到達(dá)峰值, 后逐步下降。2014年肯尼亞玉米單位面積產(chǎn)量為1.66 t·hm-2, 比1961年增加32.5%, 與世界平均水平的玉米增產(chǎn)1.9倍和中國玉米同期增產(chǎn)4.1倍相比,肯尼亞玉米單位面積產(chǎn)量增長速度緩慢。

肯尼亞玉米種植面積由1961年的 7.5×105hm2增加到 2014年的 2.1×106hm2, 種植面積為原來的2.82倍; 同期玉米總產(chǎn)量由9.4×105t增至3.5×106t,總產(chǎn)量增加了 2.73倍; 單位面積產(chǎn)量僅由原來的1.25 t· hm-2增加到 1.66 t·hm-2, 可見 1961 年至 2014年間肯尼亞玉米總產(chǎn)量增加的主要原因是開墾土地,擴(kuò)大種植面積, 種植面積增加對(duì)玉米總產(chǎn)量增加的貢獻(xiàn)率為 66.5%, 單位面積產(chǎn)量提升其對(duì)玉米總產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率僅為 11.9%, 兩者共同作用對(duì)玉米總產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率為21.6%。

肯尼亞人口數(shù)量由1961年的836萬增加到2014年的4 602萬(圖2b), 人口數(shù)量增加了4.3倍, 人口增長速率高于玉米增產(chǎn)速率, 肯尼亞的人均玉米產(chǎn)量由原來的112.4 kg降至76.3 kg, 提高玉米單位面積產(chǎn)量尤其是占國土面積 83%以上的干旱-半干旱地區(qū)(ASALs)的玉米產(chǎn)量是減少饑餓, 減緩玉米供給和需求之間差距, 保障糧食安全的關(guān)鍵。

3 玉米生產(chǎn)限制因子

3.1 自然資源因素

3.1.1 降雨無保障, 干旱和洪水發(fā)生頻率增加

降雨是決定雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)作物生長的主要因素[9-11]?？夏醽営衩咨a(chǎn)對(duì)降雨的依賴不僅體現(xiàn)在玉米耕種的空間分布上, 年際間的降雨變化也影響了玉米產(chǎn)量的變化, 干旱和洪水造成的玉米減產(chǎn)、絕收是肯尼亞玉米總產(chǎn)量年際間波動(dòng)的主要原因(圖 2b)。周期性的旱災(zāi)對(duì)糧食產(chǎn)量的影響很大, 如 1970年、1977年、1980年、1987年、1992年、1996年、2000年、2004年、2007年、2008年、2009年、2011年肯尼亞均遭受到不同程度的干旱, 造成當(dāng)年或第 2年的產(chǎn)量急劇下降; 1997年和2002年的厄爾尼諾現(xiàn)象造成的洪澇災(zāi)害造成當(dāng)年的玉米減產(chǎn) 15%以上。2016年10—12月雨季, 低于正常年份的降雨造成肯尼亞23個(gè)郡旱情嚴(yán)重, 約270萬人面臨嚴(yán)重的糧食危機(jī), 引起全國性的糧食嚴(yán)重短缺。隨著全球氣候變暖造成的洪澇災(zāi)害和區(qū)域干旱加劇, 肯尼亞糧食安全的危機(jī)益發(fā)嚴(yán)重[12-14]。

3.1.2 土壤肥力下降, 土壤退化嚴(yán)重

肯尼亞的土壤類型主要包括火山灰質(zhì)土(volcanic soils)、黑黏土(black cotton soils)、砂土(sandy soils)、沖積淤沙土(alluvial soils)和壤土(loamy soils), 除砂土外其他土壤均適于作物生長?？夏醽喌耐寥蓝酁樗嵝酝寥? 土壤本底磷含量低[15],隨著種植年限的增加, 土壤肥力逐年下降。據(jù)IPCC評(píng)估的全球土壤退化數(shù)據(jù)顯示, 非洲 65%的農(nóng)業(yè)用地、31%的永久牧場(chǎng)、19%的森林和林地出現(xiàn)土壤退化現(xiàn)象, 土壤退化的主要原因包括過度放牧(49%)、農(nóng)業(yè)管理不善(28%)、森林砍伐(14%)以及家用和工業(yè)用植被的過度開發(fā)(13%)[16-19]。

3.1.3 影響玉米產(chǎn)量的蟲害問題

蟲害是肯尼亞玉米生產(chǎn)的主要制約因素之一,玉米在生長和貯藏過程中均會(huì)遭受蟲害的襲擊。玉米的蟲害主要包括玉米象、麥蛾、大谷蠹、面象蟲、斑螟等[20-23]。鉆蛀蟲(天牛)是世界范圍傳播最為廣泛,造成損失最為嚴(yán)重的蟲害。IPMA的報(bào)告指出: 肯尼亞每年有約15%的玉米減產(chǎn)是由于鉆蛀蟲(天牛)造成,經(jīng)濟(jì)損失約為7 600萬美元?？夏醽喌你@蛀蟲主要是斑螟和非洲螟蟲, 肯尼亞東部低海拔、濕潤地區(qū)斑螟破壞性強(qiáng), 而非洲螟蟲作為當(dāng)?shù)孛x在肯尼亞西部高海拔地區(qū)危害嚴(yán)重。

圖2 1961—2014年肯尼亞玉米單產(chǎn)(a)、人口、玉米總產(chǎn)量和人均產(chǎn)量(b)的變化Fig. 2 Changes of maize yield per unit area (a) and population, maize yields and yield per capita (b) in Kenya from 1961 to 2014

3.2 生產(chǎn)管理因素

3.2.1 種子質(zhì)量差, 化肥投入少, 機(jī)械化水平低

肯尼亞玉米產(chǎn)量的 75%～80%由小農(nóng)戶生產(chǎn)種植。受降雨變化的影響, 玉米產(chǎn)量難以在每一季都得到保障, 農(nóng)民尤其是東部低海拔地區(qū)的小農(nóng)戶不愿意增加投入購買玉米種子, 他們通常篩選以往收獲的玉米種子連續(xù)播種, 或者與當(dāng)?shù)仄渌r(nóng)民交換種子播種。肯尼亞從1988年開始推廣種植雜交玉米,盡管種植雜交玉米的農(nóng)民數(shù)量越來越多, 但是當(dāng)?shù)仉s交玉米品種種植年限長、更新?lián)Q代慢使得雜交玉米的產(chǎn)量優(yōu)勢(shì)在小農(nóng)戶種植區(qū)域沒有得到體現(xiàn), 進(jìn)而未能實(shí)現(xiàn)大面積的推廣。

據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織的調(diào)查和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(FAOSTAT,2017)[8], 肯尼亞2002—2014年氮肥年平均投入水平為43 kg(N)·hm-2, 磷肥(P2O5)為48 kg·hm-2, 鉀肥(K2O)為8 kg·hm-2, 化肥投入量難以滿足作物生長所需; 此外約有30%以上的小農(nóng)戶由于經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)不起而不使用化肥, 化肥總體投入水平低是玉米產(chǎn)量難以提高的重要原因。

耕種機(jī)械化水平低?？夏醽喥骄?100 km2拖拉機(jī)持有量為13臺(tái), 遠(yuǎn)低于全球每100 km2拖拉機(jī)持有量 200臺(tái)的平均水平, 而且肯尼亞的農(nóng)業(yè)機(jī)械多集中于大面積種植農(nóng)場(chǎng), 小農(nóng)戶多采用牲畜拉犁翻耕、人工點(diǎn)播的耕種方式。

3.2.2 技術(shù)推廣體系不健全, 缺乏向農(nóng)民傳授科學(xué)知識(shí)的科研服務(wù)專家

肯尼亞農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣體系不健全, 玉米種植戶,尤其是小農(nóng)戶缺乏科學(xué)的化肥施用經(jīng)驗(yàn)和田間管理知識(shí), 對(duì)合理施肥增產(chǎn)的認(rèn)識(shí)不足, 同時(shí)又缺玉米高產(chǎn)戶的示范作用, 導(dǎo)致玉米種植戶對(duì)如何增產(chǎn)和豐產(chǎn)沒有明確概念, 加上許多農(nóng)業(yè)種植區(qū)域交通設(shè)施極差, 玉米生產(chǎn)所需投入品的嚴(yán)重短缺, 加大了技術(shù)推廣的難度。肯尼亞農(nóng)戶新技術(shù)、新品種采用率不高, 主要的原因是良種和化肥價(jià)格相對(duì)較高、農(nóng)戶承擔(dān)不起, 同時(shí)與之對(duì)應(yīng)的培訓(xùn)與推廣人員缺乏、信息傳遞速度慢。

4 肯尼亞玉米增產(chǎn)潛力的思考

4.1 調(diào)蓄農(nóng)田的降雨分配, 為玉米生長所用

肯尼亞玉米的種植以旱作為主, 作物的生長主要依賴于兩個(gè)雨季: 每年 4月到 8月的長雨季(long rain season)和 10月至翌年 1月的短雨季(short rain season)。地區(qū)不同, 降雨量分布差異大,肯尼亞西部維多利亞湖地區(qū)多年平均降水可高達(dá)1 600～2 000 mm, 北部干旱區(qū)多年平均降雨低于300 mm; 在肯尼亞西部和中部降水較多地區(qū), 玉米一般種植兩季; 而東部半干旱區(qū)僅在降水較多的短雨季種植1季玉米。

降雨量年季間變化大, 以JKUAT的田間試驗(yàn)為例, 2014—2016年共種植玉米5季, 播種時(shí)間分別為2014年4月、2014年11月、2015年4月、2015年10月和2016年4月, 各季的降雨量分別為181 mm、127 mm、221 mm、478 mm和335 mm, 其中80%以上的降雨發(fā)生在玉米抽雄期前。旱作種植的 5季玉米中僅收獲 3季, 均為 4月份長雨季來臨時(shí)播種的玉米; 2014年11月短雨季播種的玉米由于總降水量低導(dǎo)致玉米后期缺水旱死, 而 2015年 10月播種的玉米, 則由于苗期降雨過多造成的內(nèi)澇導(dǎo)致玉米停止生長, 當(dāng)季絕產(chǎn)。

由此可見, 沒有排灌設(shè)施的粗放型管理農(nóng)田在降雨量過低和過高時(shí)(圖3), 經(jīng)常會(huì)由于干旱和內(nèi)澇造成玉米減產(chǎn)和絕產(chǎn)。因此在降雨集中, 土壤結(jié)構(gòu)不良, 透水、保水能力差的地區(qū), 可以采用集水-蓄水調(diào)控技術(shù), 建立地表徑流排灌溝和蓄水池, 收集作物苗期降雨產(chǎn)生的徑流, 匯集至蓄水池; 在作物生育后期, 降水少, 土壤水分虧缺時(shí), 將蓄集的雨水分批回灌于農(nóng)田, 以滿足作物生長所需。應(yīng)用集水-排灌技術(shù)對(duì)生長季降水進(jìn)行調(diào)控和再分配, 保障每季玉米的正常生長對(duì)于肯尼亞玉米總產(chǎn)量的提升具有重大貢獻(xiàn)。

圖3 肯尼亞玉米生長季降雨量與產(chǎn)量的關(guān)系(2014—2016年)Fig. 3 Relationship of maize yields with rainfall in Kenya(2014-2016)

4.2 增加肥料投入, 氮、磷肥配施提高玉米產(chǎn)量

在分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和主要玉米種植區(qū)農(nóng)戶調(diào)研數(shù)據(jù)(2016年)的基礎(chǔ)上, 結(jié)合2014—2016年在肯尼亞喬莫·肯雅塔農(nóng)業(yè)技術(shù)大學(xué)(JKUAT)校園農(nóng)場(chǎng)開展的不同肥料投入對(duì)玉米產(chǎn)量影響的試驗(yàn)，給出提高肯尼亞旱作玉米產(chǎn)量的建議和措施。試驗(yàn)地點(diǎn)在喬莫·肯雅塔農(nóng)業(yè)技術(shù)大學(xué)校園農(nóng)場(chǎng), 試驗(yàn)地土壤為黑黏土(黏粒含量為 62.9%, 粉粒含量為 13.6%, 砂粒含量為23.5%), 土壤有機(jī)質(zhì)含量31.0 g·kg-1, 全氮含量 1.55 g·kg-1, 有效磷含量 1.37 mg·kg-1, 有效鉀含量394 mg·kg-1。試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)氮肥投入水平, 分別為: N0(不施氮肥)、N50(播前施磷酸二銨 N 50 kg·hm-2)、N100(播前施磷酸二銨 N 50 kg·hm-2+大喇叭口追尿素 N 50 kg·hm-2)、N150(播前施磷酸二銨N 100 kg·hm-2+大喇叭口追尿素 N 50 kg·hm-2)、N100+M(播前施磷酸二銨 N 50 kg·hm-2, 有機(jī)肥2 500 kg·hm-2+大喇叭口追尿素 N 50 kg·hm-2)。有機(jī)肥全N含量為3.06%, 全P含量為0.34%。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)和調(diào)查數(shù)據(jù), 肯尼亞小農(nóng)戶的肥料投入量一般為 8～40 kg(N)·hm-2, 低于玉米生長所需,肥料的增產(chǎn)潛力沒有充分發(fā)揮。根據(jù)JKUAT田間試驗(yàn), 增加氮肥投入提高了玉米的產(chǎn)量。如圖 4所示,不施肥處理 3季玉米平均產(chǎn)量為 2 161 kg(N)·hm-2,施 氮 量 為 50 kg(N)·hm-2、 100 kg(N)·hm-2、 150 kg(N)·hm-2和 175 kg(N)·hm-2處理的玉米的平均產(chǎn)量 分 別 為2 995 kg·hm-2、 3 320 kg·hm-2、 3 605 kg·hm-2和 3 647 kg·hm-2, 隨著施氮量的增加, 肥料的增產(chǎn)效果逐漸降低。

根據(jù)田間試驗(yàn)結(jié)果(表3), 玉米產(chǎn)量與氮肥、磷肥投入量均呈顯著正相關(guān)。增加磷肥投入顯著提高玉米產(chǎn)量, 主要是由于肯尼亞土壤pH介于5～6, 土壤有效磷含量很低, 土壤缺磷。肯尼亞農(nóng)民一般施用磷酸二銨和其他復(fù)合肥以補(bǔ)充土壤磷的虧缺, 由于施肥總量低, 肥料中的磷含量難以滿足作物生長所需, 玉米苗期葉片常出現(xiàn)缺磷表征, 在氮肥投入的基礎(chǔ)上, 增加磷肥施用量對(duì)提高玉米產(chǎn)量具有不可忽視的作用。

4.3 改善土壤結(jié)構(gòu), 提高土壤持水、保肥能力

圖4 肯尼亞玉米產(chǎn)量與氮肥投入量的關(guān)系(2014—2016年)Fig. 4 Relationship between maize yields and N input in Kenya (2014-2016)

表3 肯尼亞氮、磷肥投入與玉米產(chǎn)量相關(guān)分析Table 3 Correlation analysis of maize yields and N, P inputs in Kenya

肯尼亞土壤類型多樣, 分布于肯尼亞中部地區(qū)的黑黏土(又稱黏土)黏粒含量高, 排水、透水氣性差,降雨時(shí)易澇, 干旱時(shí)易干裂, 土壤持水能力強(qiáng), 但能被作物吸收的水卻低于壤土, 玉米生長過程中易受到干旱、缺水影響而減產(chǎn); 而分布于肯尼亞北部和東北部的干旱-半干旱地區(qū)、沿海及河谷的砂性土壤, 土壤鹽分含量高, 養(yǎng)分含量低, 持水能力很差,極易受到風(fēng)力和降雨的侵蝕, 在以上土壤類型區(qū)分別實(shí)施秸稈粉碎還田技術(shù)和地表秸稈覆蓋技術(shù), 配合相應(yīng)的耕作措施(旋耕、翻耕), 可以增加黏土土壤孔隙度, 提高土壤持水-供水能力, 起到保墑、提高作物水分利用效率的作用; 砂性土壤實(shí)施秸稈覆蓋和免耕技術(shù), 能有效減少地表蒸發(fā), 提高土壤持水、保肥的能力。通過耕作和秸稈還田措施改善土壤結(jié)構(gòu), 維持地力, 對(duì)保障玉米的生長和提高產(chǎn)量具有長遠(yuǎn)意義。

提高肯尼亞玉米產(chǎn)量, 解決其糧食安全問題,需要結(jié)合不同地區(qū)實(shí)際, 選用適宜的玉米品種, 采用適合當(dāng)?shù)氐乃?、肥管理和耕作措? 并給予推廣,最終達(dá)到增產(chǎn)的目標(biāo)。

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