基于AquaCrop模型的夏玉米生长模拟及灌溉制度优化

为评价AquaCrop模型在关中地区的适用性并寻求最佳的灌溉制度，对夏玉米在不同灌溉与施氮水平下的生长进行模拟和验证，并利用校验后的模型研究了3种不同降雨年型以及11种灌溉模式下夏玉米产量和水分利用效率的变化特征。结果表明：AquaCrop模型可以较好地模拟关中地区不同灌溉与施氮水平下夏玉米产量和生物量，模型模拟的产量与实测值之间的决定系数（R²）、均方根误差（RMSE）、标准均方根误差（NRMSE）、符合度指数（d）和纳什效率系数（E_NS）分别为0.919、0.249 t·hm^-2、4.112、0.977和0.915；对于地上部生物量，模拟值与实测值的R²、RMSE、NRMSE、d和E_NS分别为0.860、0.977 t·hm^-2、6.407、0.933和0.694。利用校验后的模型分析了试验区内3种不同降水年型条件下11种灌溉模式的夏玉米产量和水分利用效率的变化特征，依据模拟结果及夏玉米生理需水规律，同时为了实现高产和高水分利用效率，得出不同年型的优化灌溉制度为：若能保证出苗整齐，湿润年可不灌水，此时也能获得较高产量和水分利用效率；平水年推荐在拔节期灌水60 mm，能节约50%水资源，亦能保证稳产；干旱年推荐在拔节期和抽雄期各灌水60 mm，可获得高产和高水分利用效率。     

Effects of three types of soil amendments on yield and soil nitrogen balance of maize-wheat rotation system in the Hetao Irrigation Area,China

Excessive fertilization combined with unreasonable irrigation in farmland of the Hetao Irrigation Area (HIR), China, has resulted in a large amount of nitrogen (N) losses and agricultural non-point source pollution. Application of soil amendments has become one of the important strategies for reducing N losses of farmland. However, there is still no systematic study on the effects of various soil amendments on N losses in the HIR. In this study, three types of soil amendments (biochar, bentonite and polyacrylamide) were applied in a maize-wheat rotation system in the HIR during 2015-2017. Yields of maize and wheat, soil NH₃ volatilization, N₂O emission and NO₃^- leaching were determined and soil N balance was estimated. The results showed that applications of biochar, bentonite and polyacrylamide significantly increased yields of maize by 9.2%, 14.3% and 13.3%, respectively, and wheat by 9.2%, 16.6% and 12.3%, respectively, compared with the control (fertilization alone). Applications of biochar, bentonite and polyacrylamide significantly reduced soil N leaching by 23.1%, 35.5% and 27.1%, soil NH₃-N volatilization by 34.8%, 52.7% and 37.8%, and soil N surplus by 23.9%, 37.4% and 30.6%, respectively. Applications of bentonite and polyacrylamide significantly reduced N₂O-N emissions from soil by 37.3% and 35.8%, respectively, compared with the control. Compared with application of biochar, applications of bentonite and polyacrylamide increased yields of maize and wheat by 5.1% and 3.5%, respectively. Our results suggest that soil amendments (bentonite and polyacrylamide) can play important roles in reducing N losses and increasing yield for the maize-wheat rotation system in the HIR, China.     

玉米根系分泌物缓解连作花生土壤酚酸类物质的 化感抑制作用

为探讨玉米//花生间作系统中玉米根系分泌物对连作花生土壤中酚酸类物质化感作用的影响机制，采用二氯甲烷提取了玉米抽雄期根系分泌物，添加到含有不同浓度的连作花生根系分泌物中主要的三种酚酸类物质（肉桂酸、邻苯二甲酸和对羟基苯甲酸）混合物的土壤中，研究了土壤微生态环境变化情况。结果表明，酚酸类物质对土壤微生物量、微生物活性、酶活性及养分含量均存在化感抑制作用，且浓度越高，抑制作用越强（P＜0.05）。整个培养时期，添加玉米根系分泌物均增加了酚酸类物质处理土壤呼吸强度、酶活性、微生物量及养分含量，以低浓度处理增幅较大，分别平均增加7.58%、6.73%、7.72%和4.90%；降低了酚酸类物质对土壤各指标的化感指数，其中低浓度酚酸类物质处理土壤微生物量碳氮、微生物活性、酶活性和养分含量的化感指数分别降低21.57%、21.19%、 26.32%和20.95%。3次取样，酚酸类物质的化感作用呈先增强后降低的趋势，各处理在第10d达到最强；而玉米根系分泌物对酚酸类物质化感作用的影响以处理第5d最强，随后呈减弱趋势。玉米根系分泌物可在一定程度上缓解酚酸类物质对土壤微生态环境的化感作用，为玉米//花生间作缓解花生连作障碍技术提供了理论依据。     

草地贪夜蛾对我国玉米产业的潜在经济损失评估

草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda,又称秋黏虫,起源于美洲。自2019年1月入侵我国云南以来,目前已扩散至我国25个省、市(区)。目前在我国发现的草地贪夜蛾主要为害玉米,本研究在收集了草地贪夜蛾的为害及防治情况,玉米的产量、面积、价格等相关数据的基础上,利用随机模型@RISK分别预测了其在防治与不防治场景下对我国玉米产业的潜在经济损失。结果表明,在不防治场景下,草地贪夜蛾对我国玉米的潜在经济损失总量的90%置信区间为375.68亿～3 283.45亿元,投入防治后可挽回的潜在经济损失90%置信区间为254.78亿～2 918.93亿元。因此,为保护我国玉米种植业的安全生产,应加强田间防治来降低其对我国玉米产业造成的潜在经济损失。     

基于评价模型的宁夏沙土春玉米最佳灌水施氮量研究

为分析不同水氮供应对宁夏沙土春玉米主要评价指标的影响,采用灌水和施氮2因素交互设计,灌水量设置3个水平(W0.6(0.6KcET0)、W0.8(0.8KcET0)和W1.0(KcET0),Kc为作物系数,ET0为潜在作物蒸发蒸腾量),施氮量设量4个水平:N150(150 kg/hm2)、N225(225 kg/hm2)、N300(300 kg/hm2)和N375(375 kg/hm2),进行了大田试验。结果表明:灌水量和施氮量的交互作用对产量、水分利用效率(WUE)和氮肥偏生产力(PFPN)有极显著影响,对地上部干物质累积量和籽粒氮素累积量有显著影响;在相同灌水条件下,春玉米地上部干物质累积量、产量、WUE均随施氮量的增加先增加后减小。主成分分析法、隶属函数分析法、灰色关联度分析法与基于组合赋权的TOPSIS模型两两之间具有良好的相关性,各模型之间相关系数均值为0.465～0.787;基于整体差异组合评价模型得出W0.8N300评价值最高。考虑试验区年际降雨量分布不均,经回归分析拟合得出,当春玉米生育期内灌水量与有效降雨量之和为544 mm、施氮量为260 kg/hm2时,春玉米综合指标评价值最高(1.47),为适宜的春玉米滴灌灌水施肥量。本研究可为沙土地区春玉米滴灌施肥过程中水氮科学管理提供指导依据。     

宽窄行配置一穴多株种植对膜下滴灌玉米产量和群体质量的影响

【目的】在保持种植密度和行距一定的条件下,选择适宜机械化运行的宽行距,研究1穴多株种植对膜下滴灌春玉米产量和群体质量的影响,进而实现增产、提高水肥利用效率和实现农业整体机械化的目标。【方法】试验在同一种植密度(9 900株/hm^2),等行距(30 cm)、等株距(30 cm)条件下,设置3种种植规格:1株/穴(H1,宽行37 cm)、2株/穴(H2,宽行104 cm)、3株/穴(H3,宽行172 cm)。【结果】不同种植株数下春玉米叶面积和叶面积指数(LAI)在大喇叭口期后差异显著,且H2处理叶面积显著大于H1、H3处理,分别高13.8%、7.6%;吐丝期以后H2处理干物质积累量显著高于H1和H3处理;吐丝期至成熟期H2处理的光合势、相对生长率显著高于H1、H3处理,光合势分别高4.60%~12.74%、8.97%~9.79%,相对生长率分别高21.15%、103.06%;H2处理的产量较H1、H3处理平均增产21.6%、24.6%,水分利用效率(WUE)分别提高25.0%、33.5%。【结论】春玉米膜下滴灌宽窄行配置1穴2株种植可以提高春玉米叶面积指数,延缓后期叶面积的衰老,增加光合势,有助于后期干物质的积累,提高粒重,最终提高玉米籽粒产量。与常规种植相比,玉米膜下滴灌采用1穴2株种植规格,产量提高约21.6%,WUE提高约25%。     

浅埋滴灌水氮运筹对春玉米产量及水分利用效率的影响

采用二因素二次饱和D-最优设计，于2016-2017年在辽西半干旱区移动遮雨棚内进行了水氮精量控制试验，设灌溉量和施氮量2个因素，灌溉量分别设145.4、271.7、348.2、436.2 mm 4个水平，施氮量分别设0、84.6、136.1、195.0 kg·hm^-2 4个水平，共6个处理。试验分析了水氮交互作用对春玉米产量和水分利用效率的影响，建立了产量回归模型。研究结果表明：浅埋滴灌条件下，灌溉量在145.4~350.5 mm时，春玉米产量随灌溉量的增加而增高至11 005.60 kg·hm^-2；灌溉量在350.5~436.2 mm时，产量随灌溉量的增加而降低至10 730.09 kg·hm^-2；施氮量在0~146.9 kg·hm^-2时，产量随施氮量的增加而增高至10 983.19 kg·hm^-2，施氮量在146.9~195.0 kg·hm^-2时，产量随施氮量的增加而降低至10 862.39 kg·hm^-2。灌溉量因素的影响大于施氮量，水氮之间有明显的正向交互效应，当灌溉量为373.1 mm，施氮量为165.6 kg·hm^-2时产量最高。作物耗水量在拔节-抽雄期和灌浆-收获期较大，分别为115.64、127.50 mm；水分利用效率随灌溉量的增加呈逐渐降低趋势，降低幅度达到52.21%，随着施氮量的增加则呈先升高后降低趋势，增幅为14.73%~20.08%；其中处理6（灌溉量348.2 mm，施氮量195.0 kg·hm^-2)最利于水分利用效率的提高。综合产量和水分利用效率两方面的因素，初步建立了春玉米浅埋滴灌水氮施用优化模式，参数组合为灌溉量348.2 mm、施氮量165.6 kg·hm^-2。     

Marker‐assisted introgression of rare allele of β‐carotene hydroxylase (crtRB1) gene into elite quality protein maize inbred for combining high lysine,tryptophan and provitamin A in maize

Vitamin A deficiency in humans is a widespread health problem. Quality protein maize (QPM) is a popular food rich in lysine and tryptophan, but poor in provitamin A (proA). Here, we report the improvement of an elite QPM inbred, HKI1128Q for proA using marker‐assisted introgression of crtRB1‐favourable allele. HKI1128 was one of the parental lines of three popular hybrids in India and was converted to QPM in our earlier programme. Severe segregation distortion for crtRB1 was observed in BC₁F₁, BC₂F₁ and BC₂F₂. Background selection by 100 SSRs revealed mean recovery of 91.07% recurrent parent genome varying from 88.78% to 93.88%. Across years, introgressed progenies possessed higher mean β‐carotene (BC: 9.22 µg/g), β‐cryptoxanthin (BCX: 3.05 µg/g) and provitamin A (proA: 10.75 µg/g) compared to HKI1128Q (BC: 2.26 µg/g, BCX: 2.26 µg/g and proA: 3.38 µg/g). High concentration of essential amino acids, viz. lysine (mean: 0.303%) and tryptophan (0.080%) in endosperm, was also retained. Multi‐year evaluation showed that introgressed progenies possessed similar grain yield (1,759–1,879 kg/ha) with HKI1128Q (1,778 kg/ha). Introgressed progenies with higher lysine, tryptophan and proA hold immense potential as donors and parents in developing biofortified hybrids.     

基于高斯函数的春玉米叶片功能期模型构建与应用

叶片功能期是影响光合生产能力的关键因素,冠层叶片功能期的量化评估对玉米植株生长和产量形成具有重要意义。本研究于2015—2017年在中国农业科学院作物科学研究所吉林公主岭试验站进行,定株观测先玉335和郑单958两个品种各个叶位叶片展开时间和衰老时间,基于2015年和2016年试验数据,以高斯函数(■)模拟玉米各叶位叶片功能期的动态变化,并用2017年数据验证,在此基础上进一步明确了模型特征参数的生理学意义,简化了叶片功能期模型构建的方法。研究条件下利用高斯函数构建的玉米叶片功能期模型年际间稳定性好、品种间区分度大。进一步解析利用一阶导(功能期最大值)、二阶导(功能期变化速率最大的点)、三阶导(功能期开始快速增大的点)等于零取整后的叶位并配合最顶部叶位(n)和基部第1叶这5个转折叶位叶片功能期构建的模型拟合度良好,极大地简化了该模型参数拟合的数据需求,并探讨了利用该模型函数对玉米叶片功能分组的可能性。本研究为玉米生产能力的量化分析提供了思路和方法,对各类玉米生长模型的完善和其他相关研究也有借鉴意义。