气候变化背景下华北平原夏玉米适宜播期分析

【目的】随人口增加、饮食结构变化和能源需求的增加,中国粮食安全问题日益严峻,在耕地资源有限的背景下,高产稳产仍是保证粮食安全的主要途径。华北平原是我国夏玉米主产区,明确气候变化背景下该区域夏玉米的适宜播期,对于稳定和提升该地区夏玉米单产,保障我国粮食安全具有重要意义。【方法】依据夏玉米生长季积温和降水将华北夏玉米区分为8个气候亚区,在每个气候亚区内基于1981—2015年气候资料、农业气象观测站夏玉米种植资料和土壤资料,对农业生产系统模型(APSIM-Maize)进行调参验证,选用决定系数(R~2)、D指标、均方根误差(RMSE)和归一化均方根误差(NRMSE)等指标来评价模型调参验证结果。在此基础上设置不同播期,利用调参验证后模型模拟各气候亚区不同播期夏玉米产量,采用高稳系数并综合考虑下茬作物冬小麦的播期,明确各气候亚区冬小麦-夏玉米两熟系统下充分灌溉和雨养条件夏玉米适宜播期,并分析与实际播期相比适宜播期下的夏玉米增产幅度。【结果】(1)模型适应性评价指标中决定系数(R~2)均在0.75以上,D指标均在0.80以上,归一化均方根误差(NRMSE)均在7%以下,表明调参后的APSIM-Maize模型在华北平原夏玉米生育期和产量模拟方面具有较好的模拟效果,可用于华北平原夏玉米生育期和产量模拟研究。(2)充分灌溉条件下,第一气候亚区夏玉米推荐适宜播期主要在6月下旬,第二气候亚区到第七气候亚区,主要在6月中下旬,第八气候亚区主要在6月中上旬。雨养条件下,第一气候亚区主要在6月下旬和7月上旬,第二、三A、四、五、六气候亚区主要在6月中下旬,第三B、七气候亚区适宜播期范围较广,6月均可播种,第八气候亚区在6月上中旬。(3)在充分灌溉和雨养条件下,与实际播期相比,适宜播期在各气候亚区的增产幅度为第一气候亚区到第五气候亚区增产幅度最大,平均在4%—10%;第六气候亚区到第七气候亚区次之,平均在2%—5%;第八气候亚区增产幅度最小,平均在3%以下。【结论】华北平原夏玉米适宜播期随着纬度的升高而提前。充分灌溉和雨养条件下,随着年代的推移,夏玉米适宜播期呈现推迟趋势,自20世纪80年代到21世纪00年代,每10年推迟3 d左右。第一和第二气候亚区雨养条件下的适宜播期晚于充分灌溉条件下适宜播期,其他气候亚区无显著差异。与实际播期相比,各气候亚区适宜播期下产量有2%—10%的提升,但雨养和充分灌溉条件下增产幅度没有明显差异,增产幅度由南到北呈现减小的趋势,第一到第五气候亚区,增产幅度较其他气候亚区大。     

玉米生长后期倒伏研究进展

倒伏是玉米生产中普遍存在的问题。传统生产中玉米一般在生理成熟期收获,前人关于倒伏研究也多集中在生育前期茎秆发育过程或者是生理成熟前的某一阶段,而对生理成熟后倒伏研究较少。玉米机械粒收一般在生理成熟后2—4周进行,倒伏将会增加机械粒收过程中的产量损失,降低籽粒品质,使收获难度加大,收获效率以及玉米种植效益明显降低,成为制约玉米种植密度进一步提高和机械粒收技术发展的重要因素。对此,本文从玉米生育后期植株的衰老生理及其影响因素角度进行综述,提出增强玉米后期抗倒伏能力的措施与建议。分析表明,玉米生育后期植株自然衰老将导致叶片、茎秆和根系活力下降,使茎秆含水量、可溶性糖、半纤维素及总结构性碳水化合物含量均降低,细胞壁变薄、细胞间缝隙变大;同时,茎秆和根系PAL、POD和PPO酶活性下降,抗病能力减弱;茎腐病病原菌产生的细胞壁降解酶分解细胞壁中的纤维素,降解寄主细胞,孢子迅速萌发形成菌丝并进入表皮细胞、皮层和维管束组织,加速茎秆组织失水干缩过程,植株空心变软甚至腐烂,茎秆质量下降。而基于密植高产机械粒收技术需求的增密种植、田间站秆籽粒脱水会加速并延长玉米衰老进程,使茎秆质量和抗病能力进一步下降,导致生理成熟后的倒伏风险加大。为有效控制倒伏、加速我国玉米密植高产机械粒收技术的推广,建议:(1)增强玉米生育后期茎秆衰老和倒伏的理论研究;(2)加强玉米抗倒种质创制,选育早熟、耐密植、籽粒脱水快、抗逆性强、适宜机械粒收的品种;(3)通过构建优质土壤耕层,集成宜机收品种、合理密植、肥水科学运筹、化学调控和病虫害综合防控等关键技术,创制高质量健康群体,提高生育后期茎秆的抗倒伏能力;(4)根据各地气候、生态条件,因地制宜制定降低玉米生育后期倒伏风险的应对措施。     

机械粒收推动玉米生产方式转型

正玉米机械粒收是利用联合收获机摘穗、脱粒一次完成的收获方式,由于减少了果穗储运、晾晒、脱粒等作业环节,不仅大大降低劳动强度、节约人力成本,还可降低晾晒、脱粒过程中的籽粒霉烂与损失,是我国玉米机械收获的发展方向和今后玉米生产转方式的重点~([1])。美、德等国20世纪50年代玉米收获作业也以机械穗收为主,70年代全面采用田间机械粒收~([2-4])。目前我国玉米机械播种率已超过80%,但机械收获率     

春玉米果穗性状对种植密度的响应研究

2015~2016年,选用耐密、适应性广的高产品种先玉335、郑单958和KX3564为试验材料,设置从15 000~180 000株/hm~2不同密度处理,研究种植密度对玉米产量及果穗性状的影响。结果表明,在不同种植密度下,各品种产量均随着密度呈先增加后减少的趋势,符合二次曲线关系。由拟合方程得到最高产量为19 259.55 kg/hm~2,低于实际最高单产,3个品种连续两年在90 000株/hm~2密度下获得最高产量。相关分析显示,单穗粒重、行粒数与产量呈极显著正相关。随着密度的升高,穗行数、行粒数、穗长、穗粗、单穗粒重下降,秃尖长增加;百粒重、单穗粒重与密度呈一般线性关系,且都呈极显著负相关。在保证合理密植条件下,通过协调好穗长与行粒数、穗粗与行粒数、百粒重与穗行数之间的关系,可以在当前密度下获得高产。     

山西玉米子粒含水率与机械粒收收获质量的关系分析

2013～2014年在山西忻州开展适宜机械粒收品种的筛选和机械粒收技术示范,探讨玉米不同品种子粒含水率与子粒破碎率、杂质率以及产量损失率之间的关系。结果表明,破碎率、杂质率以及产量损失率均与子粒含水率存在显著正相关,子粒水分是影响机械粒收质量的重要因素。筛选子粒含水率低、产量水平高的瑞普959、德美亚3号、瑞普908和M753推荐为当地适宜粒收品种。     

辽宁中部地区玉米机械粒收质量及其限制因素研究

研究和明确制约机械粒收质量的因素,对于辽宁省玉米机械粒收技术的推广和生产转型升级具有重要意义。2015-2017年在辽宁省中部的铁岭县蔡牛镇、沈北新区黄家村和海城市耿庄开展了5组玉米机械粒收试验与示范,通过对41个参试品种57个品次粒收质量指标的测试与评价,结果表明：（1）子粒破碎率均值为11.38%,5组试验均高于国家标准≤5％的要求,破碎率偏高是目前辽宁机械粒收存在的主要质量问题;（2）收获产量损失率平均为3.93%,低于国家标准≤5％要求,但不同试验组间差异较大,变幅为0.78%~12.60%,部分田块机械粒收产量损失较大;（3）57个品次样本子粒含水率与破碎率、杂质率的相关系数分别为0.596和0.454,均达到极显著水平,子粒含水率高是导致破碎率和杂质率高的重要因素;（4）产量损失主要来自落穗损失,占总损失量的63.2%~92.5%,落穗损失与植株倒伏倒折密切相关;（5）10月中下旬（10月13日至10月21日）收获,87.2%的参试品种子粒含水率可下降至25%以下,处于适宜机械粒收水分范围。本研究认为,辽宁中部地区热量资源丰富、玉米适采期长,10月中下旬收获时子粒含水率不是当前制约机械粒收质量和技术推广的首要因素,而后期茎秆衰老慢和抗玉米螟、茎腐病品种的选育,控制倒伏与落穗的技术措施应引起关注。     

北疆玉米密植高产宜粒收品种筛选

筛选耐密植、产量潜力大、脱水快、适宜机械粒收的品种是玉米密植高产全程机械化绿色生产的关键。在密植栽培条件下,2012-2017年在北疆昌吉奇台总场、伊犁新源71团和伊宁县3地开展了15个点次、133个品种/组合267个品次的品种/组合筛选试验,收获时采取机械粒收测产方式,测试收获质量、子粒含水率和单产,并按子粒含水率和产量水平2个指标采用双向平均法作图进行品种分类。试验结果表明：（1）267个样本收获时子粒破碎率均值为5.20%,略高于国家标准（GB/T 21961—2008）规定的5%水平;杂质率和产量损失率均值分别为0.67%和0.92%,低于国家标准3%和5%的要求;（2）子粒含水率均值为24.65%,子粒含水率与破碎率呈极显著正相关（r=0.461）,子粒含水率高是造成破碎率高的主要原因,两者关系可以用二次函数y=0.0346x ²-1.443x+18.998（R ²=0.3799,n=267）拟合,当子粒含水率为20.9%时,破碎率最低;（3）筛选出子粒含水率低、单产水平高的品种华美1号、晋单73、金9913、MC670、增玉1317和豫单9953,推荐为玉米密植高产全程机械化绿色生产技术适宜品种;早熟、脱水快、但产量水平低于平均值的品种有KX9384、KWS5383、登海1786、泽玉501和郑单528,推荐在热量资源偏少的地区种植,或作为热量资源适合地区的搭配品种。     

2005—2016年中国玉米种植密度变化分析

【目的】合理增加种植密度是国内外玉米增产的重要途径,但合理的密植范围受资源条件、品种和种植技术共同影响。研究旨在分析中国玉米种植密度的现状及其在不同区域、不同年份的变化,辨析玉米产量提升途径,为明确未来技术发展方向和应对措施提供依据。【方法】研究整理了2005—2016年间全国农业科技入户示范工程和国家玉米产业技术体系示范县测产调研数据,包括北方春玉米区、黄淮海夏玉米区、西北玉米区、西南玉米区以及南方甜、糯玉米区共5大玉米产区,累计调研23个省（区）、267个县（市）,共117 960份调查数据,以测产调研的收获株数分析中国玉米种植密度的变化情况。经过数据审核订正,各县市逐年农户数据平均代表该县（市）逐年种植密度,缺失数据利用5点平滑插值法插值补缺。根据区域环境资源条件及种植模式,将玉米主要产区细分为25个典型生态区域,以县（市）为单位分析玉米主要产区及其生态区域的种植密度和变化规律。研究运用箱形分析法和Tukey’s HSD法比较各区域种植密度差异及其显著性;将各区域种植密度与年代进行回归,分析种植密度年际变化趋势及其显著性。【结果】分析表明,目前（2014—2016年）,5大玉米产区和25个生态区域种植密度存在明显差异。种植密度由高到低依次为西北玉米区（6.77万株/hm²）＞黄淮海夏玉米区（6.19万株/hm²）＞北方春玉米区（5.91万株/hm²）＞南方甜糯玉米区（5.13万株/hm²）＞西南玉米区（4.80万株/hm²）,西北玉米区种植密度极显著高于其他主产区,而南方甜糯玉米区与西南玉米区种植密度极显著低于其他主产区。各主要产区种植密度变化情况存在明显差异。北方春玉米区种植密度2005—2016期间呈极显著增长,12年间上升了1.5万株/hm²;黄淮海夏玉米区2005—2009年种植密度明显上升,2009年后种植密度稳定在6.2万株/hm²左右;西北玉米区自2009年以来始终是种植密度最高的产区,2013年达到阶段性顶峰,近年没有继续突破。西南玉米区2009—2016年种植密度维持在4.80万株/hm²左右,与其他主产区种植密度差距在不断加大;南方甜、糯玉米区的种植密度自2009年以来下降趋势明显。【结论】中国玉米种植密度在主产区之间、主产区内不同生态区域之间的现状和发展趋势并不均衡,整体上呈现北高南低的态势,虽然区域环境条件是决定种植密度的关键因素,但合理的耕作栽培技术和适宜的耐密品种是克服资源限制、提高种植密度的途径。进一步辨析促进和限制区域种植密度发展的资源环境、品种与栽培技术因素,能够为各区域构建密植增产技术模式提供理论支持。     

玉米机械粒收质量现状及其与含水率的关系

【目的】机械粒收技术是现代玉米生产的关键技术,是国内外玉米收获技术发展的方向和中国玉米生产转方式的关键。明确当前中国玉米机械粒收质量的现状,研究影响收获质量的主要因素,推动玉米机械粒收技术发展。【方法】利用2011—2015年在西北、黄淮海和东北和华北玉米产区15个省(市)168个地块获得的1 698组收获质量样本数据,分析当前中国玉米机械粒收质量的现状及其影响因素。【结果】结果表明,籽粒破碎率平均为8.63%,杂质率为1.27%,田间损失籽粒(落穗、落粒合计)为24.71 g·m~(-2),折合每亩损失16.5 kg,平均损失率为4.12%,破碎率高是当前中国玉米机械粒收存在的主要质量问题。收获玉米籽粒平均含水率为26.83%,含水率与破碎率、杂质率及机收损失率之间均呈极显著正相关。其中,破碎率(y)与籽粒含水率(x)符合二次多项式y=0.0372x~2-1.483x+20.422(R~2=0.452**,n=1 698),在一定含水率范围内(含水率大于19.9%),破碎率随籽粒含水率增大而增大。【结论】当前中国玉米机械粒收时破碎率偏高,而籽粒含水率高是导致破碎率高的主要原因。对此,建议选育适当早熟、成熟期籽粒含水率低、脱水速度快的品种,适时收获,配套烘干存贮设施等作为中国各玉米产区实现机械粒收的关键技术措施。     

基于改进光谱角算法的小麦产量监测研究

[目的]基于小麦生长发育关键时期的近地面高光谱数据和收获实测产量数据,利用改进的光谱角算法进行冬小麦产量估测.[方法]选择2个小麦品种,设置4个氮素水平处理,根据氮素营养对小麦冠层可见光和近红外光谱影响较大的特点,构建监测小麦冠层氮素营养的光谱角算法.[结果]氮素营养对小麦产量差具有比产量更明显的差别,不同小麦品种在不同生育时期和氮素水平下光谱角变化有明显的差异,小麦生育前期的光谱角变化较小,生育后期光谱角增加,末期光谱角降低,不同氮素水平之间表现出NO-2>N0-3>NO-1.光谱角与小麦产量呈明显的二次线性关系,拟和方程决定系数为0.7844,达到极显著水平.[结论]利用光谱角进行小麦产量监测是可行的.