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

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。     

玉米产量潜力及超高产物质积累途径优化分析方法

作物产量潜力估计对于作物生产及超高产创建具有重要的理论指导意义。本文以玉米品种‘先玉335’为试验材料,于2005—2013年在吉林省3个不同生态类型区(乾安县、公主岭市和桦甸市)布置密度试验进行玉米超高产研究,利用获取的田间试验资料结合FAO-AEZ模型提出了一种基于优化模式的玉米产量潜力估计方法,解决了FAO-AEZ模型中收获指数常数的选择问题,并进一步建立玉米超高产生产中干物质积累途径分析方法。结果表明,玉米的产量与描述其干物质积累过程的Logistic方程参数密切相关,所建关系模型达到极显著水平(P0.01),并通过2012年和2013年实际产量统计检验;基于非线性优化理论,利用所建产量关系模型估算出乾安县和桦甸市的产量潜力,较FAO-AEZ模型潜力估计值年平均提高17.5%和16.1%;以实际生产数据作为约束条件,进一步求出乾安县、公主岭市和桦甸市产量达到15 000 kg·hm-2时的最低种植密度分别为7.7万株·hm-2、8.2万株·hm-2和7.9万株·hm-2,同时求出各生态区相应的干物质积累参数和各生育阶段的干物质积累量指标,为玉米超高产栽培播前决策和生育期调控提供理论依据。本文分析结果可作为吉林省玉米产量潜力估计及高产与超高产创建的理论依据,所建模型及相关分析方法也可作为其他地区作物产量潜力估计的参考。     

吉林省不同生态区玉米施氮效果与氮肥利用效率差异

整理2005—2013年吉林省"3414"田间试验,选取不施氮和推荐施氮处理数据,研究不同生态区玉米的氮肥施用效果和肥料利用效率现状,探讨区域差异及其影响因素。结果显示,吉林省不同生态区的玉米产量水平差异显著,总体上以中部半湿润平原区最高,其次是东部湿润山区,西部半干旱平原区相对较低。不同生态区玉米施氮效果也存在差异,其中东部最高,施氮的平均增产量与增产率分别为2.44 t hm-2和38.4%,其次为中部(2.40 t hm-2,34.3%),西部则显著偏低(2.21 t hm-2,33.4%)。相比中、西部地区,东部地区玉米的氮肥利用效率显著较高,其平均氮肥农学利用率、偏生产力和肥料贡献率分别为16.6 kg kg-1、65.9 kg kg-1和25.0%。随不施氮处理产量的提高,各生态区施氮处理产量均呈上升趋势而氮肥贡献率呈下降趋势,其中,西部地区的相对变幅较中、东部地区更为明显。可见,应根据区域气候环境条件和施氮响应特征对氮肥进行合理的配置与施用,建议吉林中部地区以维持作物需求为标准适当减少施氮量,东部地区可适度增加施氮量并配合栽培措施以消减光温资源不足对产量的限制,而西部地区应在培肥地力基础上推广高效节水用水技术,发挥水氮耦合效应以促进高产高效。     

川中丘区玉米氮高效品种筛选及增产潜力分析

为探究高产氮高效玉米品种在减肥增效措施中的增产潜力,本研究通过对川中丘陵区近十年11个主推玉米品种在2个环境(简阳和中江)和3个氮水平[0(LN)、150(MN)和300 kg·hm^-2(HN)]下的田间产量及产量构成因子等进行方差和相关性分析,依据产量的基因型×氮互作效应对玉米品种进行氮效率分类,研究不同类型玉米的增产潜力以及与增产潜力有关的产量性状。结果表明,基因型、氮、环境及其互作显著影响玉米产量,基因型×氮互作显著影响穗粗和百粒重;11个试验玉米品种存在氮效率的基因型差异,包括双高效型、高氮高效型、耐低氮型和双低效型4种类型,其中双高效型和高氮高效型占总数的45.5%,其在HN和LN的增产潜力分别为6.74%~7.54%和9.88%~13.45%;高产氮高效品种(双高效型和高氮高效型)在2个试验点的节氮潜力差异较大,HN的节氮潜力可达19.18%以上;增产潜力与穗粗、百粒重等产量构成因子显著正相关;正红311、川单189和绵单1256在2个环境下均表现出高产氮高效品种特征。在川中丘陵区不同肥力的土壤上选择种植高产氮高效或耐低氮的玉米品种,通过合理施肥,可以达到增产/稳产和节氮增效的目的。本研究对川中丘陵区玉米高产氮高效品种的选育和推广应用具有重要理论意义。     

减穴增株在半干旱区全膜双垄沟播玉米上的应用研究

为进一步优化全膜双垄沟播玉米生产技术,2020 — 2022年在甘肃省中部半干旱雨养农业区研究了玉米减穴增株高产高效栽培技术。试验采用全膜双垄沟播技术,设每穴留苗1株(对照)、留苗2 株、留苗3 株、留苗4株4个处理,观察各处理下玉米经济性状、生育期和产量。结果表明,在密度相同的情况下,全膜双垄沟播玉米每穴留苗3株、4株主要性状明显优于每穴留苗1株。每穴苗4株玉米折合产量为7 723.48 kg/hm2,较每穴留苗1株增产723.48 kg/hm2,增产率10.34%;每穴留苗3株为7 549.24 kg/hm2,较每穴留苗1株增产549.24 kg/hm2,增产率7.85%,增产效果明显。该种植模式适宜在海拔2 000 m以下、年降水量350～500 mm的半干旱雨养农业区应用。     

基于APSIM模型的低纬高原蔗区甘蔗生产潜力

针对中国(云南)低纬高原蔗区甘蔗产业高质量发展受限于不同生态条件下的甘蔗生产潜力缺乏系统评估的问题,该研究基于低纬高原不同生态蔗区17个代表站点1981–2010年的气象资料,采用大田试验数据统计结合APSIM(agricultural production systems simulator)作物模型模拟的方法,分析了典型播期充分灌溉和雨养条件下甘蔗主栽品种的蔗茎产量和糖分差异,并对不同水平的甘蔗生产潜力进行了系统评估。结果表明,无论在灌溉模式还是雨养模式下,不同生态蔗区的甘蔗生产潜力和产量差均存在差异,特别是半湿润蔗区的灌溉模式与雨养模式之间产量差异显著(P<0.05),增产潜力大;典型春播种植模式下,湿润区的潜在产量为123.1～134.6 t/hm²,半湿润区的潜在产量为99.3～132.7 t/hm²,当前农户平均单产已达72.0 t/hm²,仍有25.2%～45.4%的蔗茎增产潜力,7.4%～11.1%的糖分增产潜力,以及25.5%～49.7%的蔗糖增产潜力。蔗区生态气候、播期水氮管理优化和良种推广是影...     

气候变化背景下播期对东北三省春玉米产量的影响

为探究气候变化背景下东北三省(黑龙江省、吉林省和辽宁省)春玉米适宜播期的变化程度,本文以东北三省春玉米潜在种植区为研究区域,基于1981—2015年气象资料,1981—2012年农业气象观测站玉米生育期、产量资料以及土壤资料,分气侯区对农业生产系统模型(APSIM)进行调参和验证,建立适用于东北三省10个不同气候区的模型相关参数,在各气候区利用调参验证后的APSIM-Maize模型设置不同播期,模拟各年代不同播期下春玉米潜在产量和气候生产潜力,综合高产和稳产性指标,明确了不同区域各年代不同条件下适宜播期范围。研究结果表明,APSIM模型对于东北三省7个春玉米品种开花和成熟两个关键生育期以及产量模拟结果与实测结果具有较好的一致性,表明APSIM模型能够较好地模拟研究区域春玉米生育期和产量。充分灌溉条件下,研究区域内适宜播期范围从4月16日至5月19日,空间上呈纬向分布南早北迟的特征; 20世纪90年代和21世纪00年代玉米适宜播期较20世纪80年代有提前趋势,其中20世纪90年代提前趋势更明显;第1、第3、第5、第7和第9气候区雨养条件下较充分灌溉条件下适宜播期有推迟趋势,推迟天数为3～6 d。雨养条件下各年代不同气候区理论上的适宜播期较目前生产中实际播期下的产量提高2.84%～9.96%。以上结果为进行未来气候变化对东北三省春玉米影响及其适宜播期等研究提供了技术支撑。     

行距及密度影响玉米密植潜力的干物质累积和产量构成机制

空间布局是决定玉米密植潜力的重要因子,但有关行距配置对不同密度玉米产量及其构成因素的调控研究比较薄弱,使得生产实践中缺乏通过行距配置优化挖掘玉米密植潜力的理论依据。2017-2018年,在带宽相同条件下,研究了7∶3(L1:宽行56 cm∶窄行24 cm)、6∶4(L2:宽行48 cm∶窄行32 cm)、5∶5(L3:行距配置均为40 cm)3种行距配置对5种密度(D1:82 500株·hm~(-2)、D2:90 000株·hm~(-2)、D3:97 500株·hm~(-2)、D4:105 000株·hm~(-2)、D5:112 500株·hm~(-2))玉米产量及其构成因素的影响。行距配置、密度及二者的互作效应显著影响玉米籽粒产量, L1行距配置较L3增产5.2%～10.5%,增幅显著; D2、D3密度处理分别较D1密度处理增产6.1%～12.0%、6.5%～15.0%(P0.05), L1D3、L2D3产量较L3D1提高了8.3%～34.2%、4.8%～27.5%(P0.05), L1D3的增产效果最好,说明宽窄行种植增强了玉米植株的耐密性,提高了玉米群体的密植潜力。宽窄行结合密植有利于提高玉米的生物产量,其中L1行距配置较L3提高3.0%～6.6%(P0.05),D3密度较D1密度高3.4%～8.0%(P0.05), L1D3较L3D1处理提高5.2%～15.0%(P0.05)。宽窄行种植提高玉米密植潜力的原因是:1)提高了玉米生长后期(大喇叭口期至灌浆期)的干物质累积速率,该时期玉米的干物质累积速率L1行距配置较L3提高32.9%～42.0%, D3密度较D1密度高9.2%～23.9%, L1D3处理较L3D1处理高29.1%～34.3%,增幅均显著; 2)提高了光合产物向穗部的转移, 2017年度玉米收获指数D3密度较D1密度高6.4%, L1D3处理较L3D1处理高16.2%,2018年无显著差异;3)提高了玉米的成穗数和穗粒数,D3密度的成穗数较D1密度高16.0%～20.2%,L1D3较L3D1成穗数高16.9%～25.9%,L1行距配置较L2、L3穗粒数分别高3.0%～4.4%、3.9%～7.0%,提高幅度均显著。56 cm∶24 cm宽窄行结合密度97 500株·hm~(-2)是绿洲灌区获得高产,密植潜力充分发挥的理想种植模式。     

河北低平原区冬小麦夏玉米产量提升的理论与技术研究

作为渤海粮仓主要增粮区的河北东部低平原中低产农田,冬小麦夏玉米的产量主要受制于土壤肥力水平低、淡水资源短缺和气候异常造成产量的大幅波动。通过选择适宜的品种、播期与收获期的合理搭配、优化的种植方式和配套的耕作与田间管理技术,提高作物生育期内对地上光热资源和地下水肥资源的利用潜力和效率,平抑气候变化带来不利影响,有着巨大的增产空间。该研究通过田间小区试验,结合示范区试验示范,研究了冬小麦与夏玉米生育期的优化、夏玉米种植方式调整、夏玉米深松播种、夏玉米增施钾肥与冬小麦增施磷肥及有机肥等措施对冬小麦、夏玉米产量的影响。主要研究结果如下:冬小麦适期晚播(不迟于10月15日),同时适当增加播量,不影响生育期群体构建和产量水平。早熟品种‘小偃81’提早进入灌浆期,受后期干热风的危害小,在不降低品质的同时粒重与产量稳定。夏玉米提早播10 d(6月10日与6月20日相比)平均增产17.2%,晚收获8 d(10月2日与9月24日相比)粒重增加19.5%。根据冬小麦和夏玉米的品种特性,合理搭配生育期,在实现冬小麦稳产提质的同时,使充分发挥夏玉米的产量潜力成为可能。改变夏玉米的种植方式,适当增加种植密度,明显地改善和提高了夏玉米产量,更为适宜的种植方式是40 cm与80 cm大小行种植和38 cm等行距种植,不适宜的是20 cm与100 cm大小行种植,更为适宜的种植方式下产量提高15%以上。长期旋耕机械压实了犁底层,通过夏玉米深松播种种植,产量提高达31.3%,后茬小麦增产5.6%,但连续深松没有明显的增产效果。夏玉米播种时增施钾肥产量提高2.6%。冬小麦增施磷肥产量提高7.4%,增施有机底肥增产6.8%,增施有机底肥和施磷肥产量提高8.8%,但无明显的累加效果。因此,通过适宜的品种选择与适期的生育期搭配、种植方式调整、适时深松打破犁底层的耕作措施、速效肥与有机肥合理施用等栽培和管理技术,可实现冬小麦夏玉米产量的逐步提高和稳定,充分利用玉米生长季丰富且集中的降水与光热资源,挖掘夏玉米产量,稳夏增秋的粮食增产模式更符合该地区未来发展需求。     

冀南夏玉米氮肥效率变异特征与高产限制因子解析

夏玉米产量的形成受气候、栽培、施肥等诸多因素的影响,为找到产量、氮肥效率的变异特征和产量差异在土壤养分和管理措施上的响应,提出科学的优化方案,本研究以河北省曲周县为例,连续4年对农户田块的田间管理和土壤养分进行实时跟踪,研究农户尺度的产量、氮肥效率变异特征;同时采用边界线的分析方法对管理措施和土壤养分进行分析,找出该地区限制高产的主要因素。结果表明:2015—2018年农户夏玉米平均产量为10.26 t?hm~(-2),变异系数为15.64%,年度之间产量和氮肥效率呈波动状。2015—2018年总农户产量差为4.02t?hm~(-2),当季农户产量差的变化范围为1.96～3.68t?hm~(-2),消除产量差可实现16.46%～34.72%的增产。4年内农户获得高产或氮肥高效的次数呈正态分布,获得一次高产和一次氮肥高效的占比最大,同一个农户不同年份的产量、氮肥效率处于不稳定的状况。高产稳定型农户分别在有效穗数、千粒重、播期、密度上与低产稳定型农户有显著差异(P0.05)。产量差的形成均是由各个因素共同导致,不同年份各因素对产量差的贡献不同,总体来看,密度、土壤有机质、播期是造成该区域产量差的主要因素。区域产量的提高,农户间产量差和氮肥效率差的缩减,以及低产农户向高产稳定型农户的转变,都需要土壤养分的改善和综合管理措施的优化。     

吉林省玉米种植区土壤真菌群落多样性变化及其驱动因子

[目的] 探索影响吉林省玉米主产区土壤真菌群落结构的主要驱动因子，为该省土壤质量恢复提供理论依据。[方法] 根据吉林省的生态环境和气候因素，将吉林省分为东部湿润山区、中部半湿润平原区和西部半干旱平原区，以这3个区域的玉米种植区土壤为主要研究对象，采用高通量测序技术，分析了土壤真菌群落组成，并通过典范对应分析法进一步分析化学性质、酶活性特征、以及环境因子对真菌群落的影响。[结果] 3个玉米种植区的土壤化学性质和酶活性特征的差异性显著；土壤真菌多样性差异不显著，真菌菌群丰度呈现自西向东逐渐降低的趋势；在各水平分类上，子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）为土壤优势真菌菌门，且西部半干旱平原区的子囊菌门类群显著高于中部半湿润平原区，担子菌门与之相反；粪壳菌纲（Sordariomycetes）为优势菌纲，呈现自东向西逐渐增加的趋势；酵母菌属（Guehomyces）是优势菌属，表现为：中部种植区 > 西部种植区 > 东部种植区。[结论] 吉林省玉米种植区土壤真菌类群变化的主要气候驱动因子是积温、无霜期和年均温度，土壤化学性质的主要驱动因子是土壤pH值。     

东北平原粮食主产区公主岭市种植业系统的能值分析

应用生态经济系统能值分析理论与方法，以东北平原粮食主产区公主岭市为例，通过一系列的能值指标，定量分析了该县主要粮食作物玉米、大豆、水稻系统的能值流动，评价了该县这3种作物系统环境资源基础和经济特征，玉米、大豆和水稻的太阳能值转换率分别为1.95×10⁴、4.98×10⁴和3.59×10⁴。结果表明：大豆的能值最高，水稻次之，玉米最低；总体而言，2002年吉林省公主岭市种植业系统的发展程度相对较高，提高系统的能值投入重点应是提高农业科技含量和可更新有机能值的投入及科学管理力度，才能使公主岭市种植业系统走上持续发展的轨道。     

云南蔗区播期与水氮耦合对甘蔗产量和糖分影响

播期调控和水氮优化管理是提高作物产量和品质的有效措施。德宏是云南甘蔗主产区之一,属于典型的湿润蔗区,然而播期和水氮管理对该区甘蔗生产的耦合效应尚不明确。该文基于云南德宏蔗区瑞丽甘蔗试验站的大田分期播种试验数据评估了APSIM-Sugar(Agricultural Production Systems sIMulator-Sugar)模型的适应性,并应用验证后的模型进行了播期和水氮耦合对甘蔗大田生产影响的情景模拟,通过比较不同耦合方式下的蔗茎产量、蔗茎含糖量、水分和氮肥利用效率等指标差异,分析了云南德宏蔗区雨养和灌溉条件下的最优播期和水氮管理耦合方案。结果表明:APSIM-Sugar模型能够较准确的模拟云南德宏蔗区甘蔗代表品种(ROC22和YZ0551)在典型播期下的蔗茎产量和含糖量变化趋势,模拟相对均方根误差在10%以内,决定系数R~2大于0.9。播期调控和水氮优化能够为德宏蔗区的甘蔗生产提供积极影响,雨养条件下采用春植或冬植有利于甘蔗稳产和水氮高效利用,灌溉条件下采用秋植或春植有利于甘蔗高产和水氮高效利用。云南德宏等湿润蔗区旱地甘蔗推荐种植模式为,春植蔗2月下旬播种,冬植蔗12月下旬播种,施用纯氮60 kg/hm~2,可获得95～100t/hm~2的蔗茎产量(含糖量大于19%)。水浇地甘蔗推荐种植模式为,春植蔗2月下旬播种,施用纯氮120 kg/hm~2,配合伸长期灌水360 mm,可获得近120 t/hm~2的蔗茎产量(含糖量大于17%);秋植蔗10月下旬播种,施用纯氮180 kg/hm~2,配合分蘖期和伸长期灌水720 mm,可获得近170 t/hm~2的蔗茎产量(含糖量大于18%)。研究结果可为在云南湿润蔗区进行甘蔗生产的播期调控和水氮优化提供依据,为甘蔗高产高效种植管理决策提供参考。     

玉米生育期的海拔效应研究

为使高海拔地区的玉米生产布局和品种类型利用更加合理,采用作物生态学的田间试验方法,于2006～2007年间,在甘肃省和云南省各设5个试验点,研究了北、南异地不同玉米品种在不同海拔高度的生态效应.结果表明,在播期大体相同的条件下,玉米拔节期、抽雄期、成熟期随海拔的升高而相应延迟,即播种～拔节、拔节～抽雄、抽雄～成熟的"三段生长"时间相应延长.反映生育期长短的出苗～成熟天数与海拔之间呈0.01水平的正相关.本试验条件下,海拔每升降100 m,参试玉米品种的生育期延长或缩短4～5 d,株高和穗上叶数呈随海拔升高而降低趋势.     

行距和行向对不同密度玉米群体田间小气候和产量的影响

"浚单20"是目前我国种植面积较大的紧凑性高产玉米品种。为充分发挥该品种在安徽种植区域的高产潜力, 开展了种植密度、行距和行向三者相配置的田间试验, 在60 000株·hm^-2和67 500株·hm^-2两种种植密度下, 研究了不同行距和行向对"浚单20"的田间小气候和玉米产量的影响。结果表明: 随着行距增大, 玉米群体内部的日均风速和日均光照强度逐渐增大, 累计积温和日均相对湿度则呈下降趋势。在同一种植密度和行距条件下, 东西行向种植比南北行向种植的玉米群体日均风速较大、日均光照强度较高、累计积温较低和日均相对湿度较小, 且产量高。同一种植行向, 不同种植密度和行距配置条件下, 玉米产量差异达显著水平(P<0.05)。其中种植密度为60 000株·hm^-2, 东西行向种植, 行距为50 cm时, 玉米群体结构较为合理, 所形成的田间小气候较有利于"浚单20"的生长发育, 籽粒产量达到10 582.5 kg·hm^-2。通过研究阐明了行距、行向和密度三者不同配置所形成的田间小气候与玉米产量形成的关系, 为提高"浚单20"在安徽省的种植水平提供指导。