不同栽培管理条件下夏玉米产量与肥料利用效率的差异解析

于2017—2018年在泰安、淄博和烟台,根据生产调研和各地夏玉米高产经验,在同一地块综合设置了超高产栽培、高产高效栽培和农户栽培3种栽培模式,分别模拟超高产生产水平(SH)、高产高效生产水平(HH)和农户生产水平(FP) 3个层次。并分别设置不施氮(SHN_0、HHN_0、FPN_0)、不施磷(SHP_0、HHP_0、FPP_0)和不施钾(SHK_0、HHK_0、FPK_0)的肥料空白处理。定量分析不同产量层次之间产量差及肥料利用效率差,探究产量差和效率差的影响因素及缩差增效途径。结果显示,当前山东省夏玉米SH、HH和FP的籽粒产量分别实现了光温潜力产量的68.13%、63.71%、53.22%。随着产量差距的增大,肥料利用效率降低。FP的N、P、K肥料利用效率分别为4.23、5.83、4.94 kg kg~(–1), SH的分别为3.84、4.64、2.97 kg kg~(–1)。通过优化栽培措施后,高产高效管理模式能够较FP籽粒产量提升10.49%, N、P、K的肥料利用效率分别提高67.07%、101.35%、57.65%,是实现产量与肥料利用效率协同提升的有效技术途径。对各产量水平进行产量性能分析发现,随着产量水平的提高,平均叶面积指数和单位面积穗数明显提高,而穗粒数、平均净同化率和粒重则有所下降。随着产量水平的提高,吐丝后干物质和N、P、K元素积累比例有增加的趋势。因此,在保持现有功能性参数不降低情况下,优化结构性参数是当前产量与资源利用效率协同提升的有效措施,今后高产高效应更加注重生育后期群体结构性能的优化。     

不同氮肥处理下高温胁迫对夏玉米产量及叶片超微构造的影响

以郑单958为材料,研究高温胁迫对夏玉米产量及叶片超微构造的影响。结果表明,高温处理缩短夏玉米的生育天数,降低夏玉米产量及叶绿素含量。随氮肥增加,高温处理对玉米产量的影响先降低后升高(在310.5 kg/hm^2氮肥下,高温处理玉米产量的降低达到27.2%、31.1%)。高温处理较对照维管束鞘细胞变大,高温处理维管束鞘细胞内的叶绿体出现淀粉粒,对照处理维管束鞘细胞内的叶绿体没有出现淀粉粒。高温线粒体及细胞核(被)膜开始解离,对照处理线粒体及细胞核(被)膜完整,说明高温条件下,玉米对氮的耐受力降低。高温处理叶绿体数、叶绿体基粒数减少及基粒片层数减少,叶绿体面积及叶绿体长/宽比值变小,高温处理较对照线粒体数先增加后减少。高温处理与对照叶肉细胞叶绿体内均未发现淀粉粒。     

玉米籽粒早期发育相关蛋白的差异表达特性

玉米籽粒发育早期,代谢活动旺盛,细胞分裂与增大活跃,为后续贮藏物质的合成形成充足库容。为阐明籽粒早期发育的蛋白合成、积累与调控过程,本研究以夏玉米品种登海661为试验材料,在开花期人工饱和授粉后第3、第5、第10天取果穗中部籽粒,利用同位素标记相对定量(iTRAQ)技术分析其蛋白差异表达特性。玉米籽粒早期发育阶段总计鉴定及定量2639种蛋白,这些蛋白涉及多种生物过程与分子功能,其中代谢过程和分子过程是最主要的2个生物过程;催化活性和绑定功能是最主要的2个分子功能,这些生物过程与分子功能对籽粒早期发育具有重要作用。定量分析结果表明137种蛋白在籽粒发育早期显著差异表达,其功能涉及蛋白代谢、胁迫响应、细胞生长与分裂、碳水化合物与能量代谢、转运、次生物质代谢、淀粉合成、转录、油脂代谢、信号转导、氨基酸代谢等。其中,表达差异较大的是与蛋白代谢、胁迫响应、细胞生长与分裂以及碳水化合物与能量代谢相关的蛋白。表达模式聚类结果显示这些不同功能类别的蛋白协同表达,共同调控玉米籽粒的早期发育。     

控释尿素水氮耦合对夏玉米产量和光合特性的影响

采用旱棚盆栽试验,以郑单958为材料设置3个水分水平(正常水分W3、轻度水分胁迫W2、重度水分胁迫W1)和高氮N3(施纯氮315 kg hm–2)、中氮N2(施纯氮210 kg hm–2)、低氮N1(施纯氮105 kg hm–2)、不施氮N0四个控释尿素施氮水平,探讨控释尿素水氮耦合对夏玉米产量和光合特性的影响。结果表明,控释尿素水氮耦合对夏玉米产量和光合特性具有显著影响。相同水分条件下,夏玉米产量随施氮量增加而增加,W1条件下增产13.17%~20.96%,W2条件下增产13.93%~32.48%,W3条件下增产14.37%~21.83%。相同施氮水平下,产量也随水分增加而增加,W2N3、W3N2和W3N3的产量在所有处理中较高。水氮耦合对夏玉米穗位叶净光合速率的影响显著,W1条件下N3、N2和N1处理间差异不显著,均显著高于N0,W2、W3各施氮处理的净光合速率随施氮量增加而增加,W3各处理的平均净光合速率高于其他2个水分处理,W2N3比W3N3和W3N2前期略低,后期无显著差异。水氮耦合效应能有效减缓穗位叶的实际光化学效率ΦPSII、叶片光化学猝灭系数qP以及PSII反应中心的最大光能转换效率的下降速率,提高光能利用率。控释尿素水氮耦合能有效提高夏玉米花后穗位叶净光合速率,保证籽粒对营养物质的需求,提高穗位叶实际和最大光化学效率,从而提高夏玉米的产量,产量构成因素中增加千粒重和穗粒数的优势较大。综合产量与光合特性、荧光特性的表现,在田间持水量为75%±5%的土壤条件下,控释尿素施氮量以纯氮210 kg hm–2为最佳;在田间持水量为55%±5%的土壤条件下,控释尿素施氮量以纯氮315 kg hm–2为宜。     

植物硫素营养研究进展

硫素是植物必需的矿质营养元素，在植物的生命活动中起重要的作用。笔者从硫素的吸收、利用、对生理生化过程、产量、品质的影响以及硫素营养诊断等方面,详细介绍了植物硫素营养研究的现状。     

氮素对不同类型玉米蛋白质及其组分和相关酶活性的影响

以普通玉米掖单22和高油含量玉米高油115为材料,测定了不同供氮水平下子粒蛋白质含量及其组分以及叶片和子粒中硝酸还原酶(NRase)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸脱氢酶(GDH)活性的品种差异。结果表明,玉米子粒蛋白质及其组分含量,均为高油115显著高于掖单22,其中醇溶蛋白和白蛋白含量增幅明显,且随施氮量的增加而提高。不同供氮条件下,两种类型玉米叶片中NRase、GS活性和子粒中GS、GDH活性的动态变化一致,NRase活性自灌浆初期至成熟期一直下降,GS、GDH活性呈单峰曲线,在授粉后20～30d达到高峰;增施氮肥有利于酶的活性维持较高水平。掖单22叶片中NRase活性高于高油115;叶片GS和子粒GDH活性显著低于高油115,这可能是其蛋白质含量较低的生理原因之一。     

施钾量对高产夏玉米产量和钾素利用的影响

选用登海661 (DH661)和郑单958 (ZD958)为试验材料,研究了高产条件下施钾量对夏玉米产量、钾素吸收和利用特性的影响。结果表明,夏玉米产量、钾素农学利用率和钾素回收率随施钾量的增加先增高后逐渐降低,钾肥偏生产力随施钾量的增加显著降低。通过二次曲线模拟,DH661在施钾量为K2O 184 kg/hm2时产量最高,ZD958在施钾量为201 kg/hm2达到最高产量,前者比后者产量高13.2%,而施钾量低8.56%。达到最高产量时,DH661每生产100 kg籽粒需吸收K2O 2.55kg,而ZD958需吸收K2O 3.20 kg。钾素主要在吐丝前吸收,籽粒中的钾素大部分来源于营养器官的转移,施用钾肥促进了钾素向籽粒的转运。本试验条件下,施K2O为180kg/hm2时,可提高钾肥利用率,获得高产。     

种植密度与施氮量对夏玉米淀粉粒分布及糊化特性的影响

以黄淮海区普通玉米国家区域试验的对照品种郑单958为试验材料,设67500、82500株/hm22个种植密度水平和0、180、270 kg/hm23个施氮量水平,研究种植密度及施氮量对夏玉米淀粉粒分布及淀粉糊化特性的影响.试验结果表明,种植密度、施氮量单因子及其交互作用对玉米淀粉粒的体积分布存在显著影响,且施氮量是影响淀粉粒体积分布的主要因素.增加施氮量,<3.5μm与3.5～7.4μm淀粉粒体积比下降,>7.4μm淀粉粒体积比增加;随着氮肥用量增加,籽粒产量、粒重、总淀粉含量、支链淀粉含量,以及玉米淀粉的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、崩解值、回复值增加;相反,籽粒直链淀粉含量、直/支比以及玉米淀粉的峰值时间、糊化温度降低.种植密度与施氮量对淀粉粒体积分布的影响效果相反.该研究中,在种植密度82500株/hm2、氮肥用量270 kg/hm2条件下,玉米籽粒淀粉平均粒径较大,大型淀粉粒比例较高,其糊化特性和淀粉组成较优,且能兼顾籽粒产量.     

高产夏玉米施用硫肥对矿质元素吸收影响的研究

每公顷基施:0(CK)、36.3(S₁)、413.85(S₂)kg硫时,玉米每公顷产量分别为9 784.5、10 639.5、11 322 kg,处理分别比对照增产8.73%和15.71%,并提高了果穗长度,增加了穗行数、行粒数,对千粒重影响不大.单株对氮、磷、钾、锰、锌、镁的吸收量表现为S₂>S₁>CK.施入(NH₄)₂SO₄后,0～20 cm、21～40 cm、41～60 cm土层的pH值降低,收获后有所回升,各处理各土层的pH值均表现为CK>S₁>S₂.施入硫肥后,0～60 cm土层全氮含量降低,速效钾的含量提高,0～20 cm土层中的速效磷含量有所提高,21～40 cm土层变化不大,41～60 cm土层中的速效磷含量降低。     

不同播量对冬小麦产量及产量构成的影响

[目的]研究在最佳播期条件下的最佳播种量,以期为制定有利于发展冬小麦生产的栽培措施提供理论依据。[方法]以泰农18及济麦22为试验材料,通过不同播量播种来研究不同播期对冬小麦产量及产量构成因素的影响。[结果]随着播种量的增加,泰农18子粒产量降低,即小播量(R1)子粒产量达到最大值;随着播种量增加,济麦22子粒产量先升高后降低,中播量(R2)达到子粒产量最大值。随着播种量增加,泰农18及济麦22小麦穗数逐渐增加,大播量(R3)达到穗数最大值。随着播种量增加,泰农18及济麦22小麦穗粒数及及子粒千粒重逐渐减小,小播量(R1)达到穗粒数及子粒千粒重最大值。[结论]随着播种量增加,2个品种小麦穗粒数及子粒千粒重逐渐减小,即小播种量达到穗粒数及千粒重的最大值;随播种量增加,2个品种小麦穗数逐渐增加,大播量达到穗数最大值。