秸秆还田对东北半干旱区玉米‖花生轮作系统土壤水热特性及作物产量的影响

以东北半干旱区玉米‖花生轮作系统为研究对象,试验设传统玉米单作、花生单作、不同秸秆还田量下(30%、60%和100%)玉米‖花生轮作5个处理。通过连续3年田间定位试验,研究玉米秸秆不同还田量对农田土壤水热特性、产量及土地当量比(LER)的影响。结果表明,与传统单作相比,秸秆还田处理玉米区播前0～40 cm土壤平均含水量提高了1.9%～3.9%,花生区提高了11.0%～13.9%;成熟期,秸秆还田花生区0:00～8:00平均地温比传统单作提高了0.2℃～1.1℃,10:00～22:00平均地温较传统单作降低了0.5℃～1.0℃。2016年和2017年玉米‖花生轮作系统LER为1.05～1.16,2018年各处理LER均小于1。吉林半干旱区玉米‖花生轮作系统进行秸秆还田改善了作物播前的土壤水分状况,但对于作物产量的影响在不同年份有所差异。     

作物模型在我国玉米生产中的研究与应用

作物模型在我国发展与应用日趋完善,已成为农业科研领域重要的研究工具,在区域化模拟、农业预测与风险分析、宏观农业决策制定、未来气候情景模拟、优化栽培措施及气象灾害影响评估研究中发挥重要作用,极大地推动了我国农业生产发展和科研水平的提高。对当前国内作物模型研究中具有代表性的6个生长模型概况和在玉米上应用进展进行综述,为研究者根据研究目的及具体条件选择适宜的作物模型进行应用提供参考,进一步提高作物模型在我国玉米科研与生产中的应用水平。对现有主要模型存在问题及今后需开展的工作进行阐述。     

基于Hybrid-maize模型的吉林省不同生态区 玉米产量潜力研究

为挖掘玉米产量潜力,进一步提升玉米综合生产能力,利用在东北地区已验证的Hybrid-maize模型及多年气象数据对吉林省不同生态类型区[东部湿润生态区(桦甸)、中部半湿润生态区(公主岭)、西部半干旱生态区(乾安)]不同品种、播期和密度及其相互组合下的玉米产量潜力进行模拟,并对影响玉米高产稳产的因素进行定量分析,同时考虑产量潜力变异情况及品种本身的生产特性,构建了吉林省不同生态区玉米高产体系。研究结果表明:1)改变播期是一项重要的增产措施,不同生态区的表现不同,湿润区应选择早播,播种日期在4月20日左右较适宜,而半湿润和半干旱地区应尽量晚播,适宜播期应在5月中旬左右。2)不同生态区对密度的容纳能力表现为湿润区(桦甸)半湿润区(公主岭)半干旱区(乾安),3个地区的适宜密度分别为90 000株·hm~(-2)、80 000株·hm~(-2)和75 000株·hm~(-2)左右。3)选用生育期更长的品种表现出了较高的增产潜力,生产上应根据不同区域生态条件,尽量选择晚熟品种,在当前播期条件下半湿润和半干旱地区品种生育期内需要的有效生长积温(GDD)可增至1 600℃以上。4)与当前生产技术相比,将播期、密度、品种三者优化组合,高产体系长期平均产量潜力可增产14.39%~29.23%。本研究可为吉林省玉米高产措施的正确应用提供理论依据,为玉米产量大面积提升提供技术参考。     

长期水分亏缺对吉林省不同年代玉米品种光合及物质生产特性的影响

以吉林省20世纪70年代以来的3个不同年代大面积推广的玉米品种为材料,采用遮雨棚土柱栽培试验,研究长期水分亏缺对不同年代玉米品种光合特性及干物质转运的影响。结果表明,与对照相比,水分亏缺使老品种(1970s和1990s)果穗叶净光合速率(Pn)、最大光化学效率(Fv/Fm)降低幅度大于当代品种(2010s)。水分亏缺下,当代玉米品种叶片和茎鞘干物质转运率高于老品种,与对照相比,2010s、1990s和1970s玉米品种叶片和茎鞘干物质平均转运率分别提高了48.9%、47.7%和33.8%。水分亏缺下,玉米花前贮藏同化物转运对子粒产量贡献率随着年代的推进而降低,花后干物质积累量对产量贡献率则随着年代的推进而提高。     

不同栽培技术因子对雨养春玉米产量与氮素效率差异的影响

【目的】探明不同产量水平模式中增（减）技术因子对玉米产量、养分效率的影响并明确其优先序,以期为不同生产水平玉米产量及氮素效率缩差增效提供理论依据。【方法】通过调研农户、高产高效和超高产3个产量水平的生产模式,确定了种植密度、耕作方式、氮素管理、品种是不同生产模式玉米产量与氮素效率提升的主要技术因子,在此基础上设置了超高产（SH）、高产高效（HH）和农户（FP）3个不同产量水平的综合管理技术模式,针对不同模式中的技术因子设计了裂区试验,以耕作方式为主区、品种为副区,氮肥管理为副副区、密度为副副副区,分析增（减）技术因子对不同生产模式玉米产量及氮素效率的技术贡献率。【结果】FP模式中技术因子对产量贡献率的大小依次为氮素管理、种植密度、土壤耕作、品种,贡献率分别为9.9%、6.0%、4.4%和2.5%;HH模式中栽培措施对产量贡献率的大小依次为种植密度、氮素管理、土壤耕作、品种,贡献率分别为7.7%、5.2%、4.5%和3.5%;SH模式中栽培措施对产量贡献率大小依次为种植密度、土壤耕作、氮素管理、品种,贡献率分别为8.9%、7.3%、6.5%和4.3%。而3种模式中,栽培技术因子对氮素效率贡献率从高到低依次均为氮素管理、种植密度、土壤耕作、品种。其中,FP模式的氮素管理、种植密度、土壤耕作、品种对氮素效率的贡献率分别为30.5%、6.0%、4.4%和2.5%,HH模式分别为19.7%、7.7%、4.7%和4.5%,SH模式分别为25.4%、8.3%、6.5%和4.5%。【结论】技术因子对产量的贡献在不同模式中的优先序不同,不同管理水平下产量差由多因素共同作用形成,技术因子间具有协同效应。当前农户水平下氮素管理方式对产量的贡献率居首位,高产水平下种植密度和土壤耕作对产量贡献较大,而不同产量水平下氮素效率差异主要取决于氮肥管理方式。     

秸秆还田与施氮对黑土区春玉米田产量、 温室气体排放及土壤酶活性的影响

探讨秸秆还田与施氮对高纬度黑土区春玉米产量与温室气体排放特性的影响,对促进粮食增产和降低环境代价具有重要意义。本研究通过位于黑土区的大田定位试验,利用静态箱-气相色谱计数方法,在秸秆还田与不还田和3个氮素用量(纯N:120 kg·hm~(-2),240 kg·hm~(-2)和300 kg·hm~(-2))条件下,研究了春玉米不同生育时期农田土壤CO2、N2O和CH4综合温室效应与排放强度,以及土壤过氧化氢酶和脲酶活性的变化。结果表明:无秸秆还田时,高氮用量处理春玉米产量最高;秸秆还田后,中等氮用量处理(240 kg·hm~(-2))春玉米产量最高,且与无秸秆还田的高氮处理间无显著差异。无秸秆还田时,随施氮量增加,CO2、N2O和CH4排放量均显著提高,综合温室效应和土壤温室气体排放量与强度显著增加(P0.05);增施氮肥配合秸秆还田,增加了CO2和N2O的排放量,而土壤CH4的碳汇功能增强,温室气体排放量与强度未显著提高(P0.05)。无秸秆还田,增施氮肥降低了土壤过氧化氢酶活性但提高了土壤脲酶活性;而秸秆还田使得增施氮肥引起的土壤过氧化氢酶活性降低的幅度加大但土壤脲酶活性提高的幅度变小。因此,秸秆还田后配合中等用量氮处理(240 kg·hm~(-2))玉米产量最高,且能够抑制单纯增施氮肥对综合温室效应和土壤温室气体排放强度的促进作用,推荐在生产中参考使用。     

施氮对不同种植密度玉米产量和子粒灌浆特性的影响

以玉米品种先玉335为供试材料,在大田条件下设2个氮肥水平、5个种植密度,探讨施氮量与密度互作对玉米子粒灌浆特性影响,通过Logistic方程拟合子粒灌浆过程,解析灌浆特征参数与粒重的关系。在玉米子粒灌浆过程中,氮肥主要调控灌浆前期的灌浆速率来影响子粒建成,最终使百粒重增加;密度则调控快增期、缓增期持续天数来影响子粒重。要提高玉米产量,关键在于提高子粒灌浆速率和有效灌浆时间,尤其是延长快增期和缓增期持续时间以及提高渐增期平均灌浆速率。在生产中,首先要合理密植,构建适宜的群体,延长子粒灌浆持续时间;此外,通过增加开花后的氮肥供应来提高子粒灌浆前期的平均灌浆速率。     

不同类型氮肥对东北春玉米土壤N2O和CO2昼夜排放的影响

【目的】探明不同类型氮肥对高纬度春玉米土壤N₂O和CO₂昼夜排放的影响,以期为高纬度地区农田氮肥高效利用管理和温室气体减排提供参考依据。【方法】通过田间微区施用缓释肥（SLN）、尿素添加硝化抑制剂+脲酶抑制剂（NIUI）和普通尿素（OU）试验,采用静态箱-气相色谱法,分别在苗前（S1）、苗期（S2）、拔节期（S3）、灌浆期（S4）、蜡熟期（S5）和休闲期（S6）6个时期取样测定,比较分析农田N₂O和CO₂的昼夜排放特性。【结果】施用不同类型氮肥,田间N₂O和CO₂昼夜排放均呈单峰变化趋势,S1—S6时期,土壤N₂O排放高峰出现在12：00—19：00,排放低谷出现在下半夜（0：00—6：00）,而S2—S5同一时期白天或夜晚各观测时段之间CO₂排放通量差异不显著。S1和S2时期,N₂O和CO₂白天排放量分别占全天总排放量的56.2%—82.3%和53.6%—66.5%,而S3—S6时期,白天排放比例分别为40.6%—59.6%和43.7%—55.4%。SLN处理减少了S1时期土壤N₂O的全天总排放量,而NIUI处理减少了S1、S2和S5时期土壤N₂O的全天总排放量,其主要减排时段为S1时期的4：00—16：00和S2时期的12：00—22：00,其中S2时期18：00—19：00减排量占所有减排时段总量的57.3%,S5时期昼夜各时段均表现为减排作用,且昼夜减排比例相当;SLN对土壤CO₂的主要减排时段为S1时期的全天和S3时期的15：00—4：00,其中S1时期12：00—23：00减排比例高达76.8%,S3时期夜晚减排比例占所有减排时段总量的68.1%;NIUI处理在玉米生长季5个测定日都表现出对CO₂的减排作用,但昼夜减排比例存在差异,白天平均减排46.9%,最高减排达73.2%。同时发现,N₂O和CO₂排放通量日均值与9：00—10：00观测值存在极显著正相关关系（r_N2O=0.938**,r_CO2=0.977**）,9：00—10：00可作为东北春玉米农田N₂O和CO₂昼夜排放研究的代表性取样时段。【结论】不同类型氮肥对土壤N₂O和CO₂昼夜排放通量的影响在不同时期表现各异。与常规施氮相比,缓释氮肥抑制了玉米苗前期土壤N₂O昼夜排放,减排时段主要在9：00—22：00,而在其他测定日均促进了土壤N₂O昼夜排放;尿素添加硝化抑制剂和脲酶抑制剂抑制了玉米苗前白天、苗期夜晚以及收获期白天和夜晚的土壤N₂O排放,对拔节期至灌浆期土壤N₂O的昼夜排放均表现为促进作用。在苗前测定日全天和拔节期测定日的夜晚,缓释肥对土壤CO₂表现出减排作用;尿素添加硝化抑制剂和脲酶抑制剂降低了6个测定日土壤CO₂的排放。     

综合农艺措施实现东北玉米生产和环境效益及土壤肥力的同步提升

  【目的】  东北春玉米生产中普遍存在种植密度偏低、肥料施用不合理、耕层质量差等问题,严重制约了玉米持续增产及养分效率的提升。研究综合农艺措施下玉米产量、植株氮素吸收与利用及土壤氮素平衡,为春玉米高效生产提供参考依据。  【方法】  2017—2019年,以玉米品种‘富民108’为供试材料,在吉林省农安县进行田间试验。整合密度、耕作方式、氮素施用量和施用时期等技术要素,设置了高产高效模式(HH)和超高产模式(SH),同时设置农户模式(FP)和基础地力模式(CK)作为对照;为计算肥料利用率及土壤氮素平衡,在FP、HH和SH模式下各自增设不施氮肥空白处理。在玉米6个生育期,取植株样品测定氮素含量和吸收量,同时取0—40 cm土壤样品测定铵态氮和硝态氮含量。在成熟期考种、测产。  【结果】  3年试验玉米籽粒产量均表现为SH>HH>FP (P<0.05),SH比HH、FP处理平均提高了8.76%、20.16%。氮素偏生产力(PFP_N) 3年均以HH处理最高,SH处理最低,HH比FP、SH处理平均分别提高37.92%、45.65%;氮素农学效率(AE_N)和氮素回收效率(RE_N)均表现为HH>SH>FP,HH处理的AE_N和RE_N分别比SH、FP处理提高了21.21%、35.72%和9.69%、63.56%。植株氮积累量在苗期至拔节期FP、HH、SH处理间无显著差异。生殖生长阶段(R1至R6)植株氮素积累量占氮素总积累量的比例为SH (36.21%)>HH (34.60%)>FP (29.75%)>CK (26.33%)。籽粒氮素积累量来自花后吸收的比例随着产量的增加而提高,SH、HH、FP、CK处理花后氮素吸收量的贡献率分别为48.43%、44.78%、40.40%、35.39%。0—20 cm、20—40 cm土层土壤无机氮含量在玉米开花期前均以FP处理最高,而开花期到成熟期以SH处理最高,与FP、HH处理相比,SH处理的0—20 cm 土层土壤无机氮含量平均分别提高了12.00%、4.05%,20—40 cm土层土壤无机氮含量分别提高了14.81%、4.93%。HH处理氮素表观损失量显著低于FP和SH处理,而土壤氮素盈余量均以FP处理最高,比HH、SH处理分别平均高了23.36%、5.25%。玉米净收益HH比FP、SH处理分别提高了14.38%、18.30%。  【结论】  高产高效模式显著提高了玉米氮素利用率,降低了土壤氮残留率和氮损失量,而超高产模式虽然使产量进一步显著增加,但降低了氮素利用效率,增加了土壤氮素残留与表观损失量。综合考虑产量、氮素利用率、经济效益及潜在环境风险,将种植密度由6.0万株/hm2提高至7.5万株/hm2,氮肥播前一次性基施改为减量分次施用,配套秋季深翻、夏季深松的高产高效模式,可以实现春玉米产量和氮效率的同步提高。     

东北主推玉米品种种子形态及贮藏物质与萌发期耐冷性的关系

种子萌发是作物形态建成的起始阶段,由其自身属性和环境因素共同决定。低温是影响种子萌发的重要因素之一,探讨低温环境下种子自身属性与其萌发的关系对东北春播玉米生产具有重要意义。本研究选用东北主推的36个玉米品种以6℃为低温胁迫, 15℃适温为对照,测定了其发芽势、发芽率、种子形态和内含物等指标。通过主成分分析、耐冷性综合评价值(CL值)、隶属函数值(R值),对36个玉米品种进行耐冷性评价,分析了种子形态(粒长、粒宽、粒厚度、长宽比、百粒体积和百粒重)、贮藏物质(淀粉、蛋白质和脂肪)与其耐冷性的关系。结果表明,在低温胁迫下,36个玉米品种的发芽势和发芽率均受到不同程度的抑制,相对发芽势冷害率和相对发芽冷害率的变异最大。7个表征耐冷性的单项指标之间显著相关,主成分分析可将7个单项指标转化为2个独立的综合指标,其中相对发芽势和相对发芽率的正向贡献率最大,可作为玉米品种耐冷性评价的关键指标。聚类分析将36个品种划为强耐冷型(19.4%)、耐冷型(30.6%)、一般型(33.3%)和敏感型(16.7%)4种类型,其中,吉单56、垦吉267、绥玉23、吉单953、垦吉268、吉单96和吉单95为强耐冷...