吉林省玉米高产高效绿色发展的理论与实践

我国是世界上第一大粮食生产与消费国,确保粮食安全与农民增收始终是立国之本和为民之策。吉林省作为我国重要玉米主产省,单产水平和商品率稳居全国之首,在保障国家粮食安全方面占有举足轻重的地位。但长期追求高产导致农田重用轻养,造成耕层土壤"浅、薄、实、瘦"障碍加剧,养分供需矛盾凸显与群体质量差等问题交织并存,导致玉米稳产性差、资源效率低、环境风险加大。针对上述生产与技术问题,围绕"玉米高产群体质量提升、土壤肥沃耕层构建、养分与水分资源高效管理"开展了研究,在玉米丰产高效绿色栽培理论与关键技术方面均有较大发展与创新,构建了以"构建高密群体、创建肥沃耕层、调控肥水运筹"为核心、适于吉林省不同生态类型区的栽培技术模式3套,创建了玉米大面积丰产高效绿色生产技术体系,并在生产中示范推广应用,社会经济效益显著。通过对项目系统的梳理和总结,展望了今后适于集约规模化的技术模式再优化与科学评价、技术模式扩散途径构建以及应对全球气候变化的栽培技术途径方面的研究重点。     

不同耕作方式对玉米根系特性及养分吸收转运的影响

  【目的】  耕作方式影响玉米根系的生长发育及养分吸收，比较东北中部雨养区不同耕作制度下玉米根系生长和养分吸收特征，为建立合理的耕作方式提供理论依据和技术支撑。  【方法】  2011―2012年，在吉林省连续进行了2年的田间定位试验，设置4种耕作方式:浅灭茬后直接播种 (对照，T1)，苗带深松后镇压 (T2)，行间深松且苗带镇压 (T3)，苗带行间全部深松 (T4)。在6展叶期、吐丝期和生理成熟期，取0—60 cm土层的植株根系样品，分析玉米产量、养分吸收转运及根系生长发育特征。  【结果】  不同耕作方式下玉米产量差异显著 (P < 0.05)，两年平均值表现为T3 > T2 > T1 > T4，T2处理和T3处理的产量分别比T1处理增加8.1%和10.2%。与T1处理相比，T2和T3处理均增加了玉米吐丝后氮磷钾养分累积量，吐丝后累积养分对籽粒的贡献率显著增加 (P < 0.05)。T2和T3处理下的氮、磷、钾累积量对籽粒的贡献率分别比T1处理增加了0.4%～3.6%、16.9%～33.8%、70.5%～82.1%，T3处理增幅高于T2处理。T2和T3处理显著增加了玉米各生育期的总根干重、总根长和总根表面积 (P < 0.05)，其中，6展叶期至成熟期，总根干重、总根长、总根表面积的增幅分别为9.8%～22.8%、16.1%～33.1%、19.9%～38.2%。T2和T3处理在各土壤剖面的根系形态均优于T1处理，其中以T2处理最佳，且在20—40 cm土层间差异最为显著 (P < 0.05)。与T1处理相比，T3处理下各生育时期在20—40 cm土层的根干重、根长、根表面积平均增幅为34.1%、48.3%、47.8%，根直径平均增幅为22.1%。  【结论】  与浅灭茬后直接播种相比，苗带行间全部深松不利于根系发育，而行间深松且苗带镇压方式促进了根系的生长发育和纵向延伸，尤其是在20—40 cm土层根系干重、根长和根表面积明显增加，有利于根系对深层土壤养分的吸收利用，进而提高玉米花后累积养分对籽粒的贡献率，增加产量。     

东北春玉米连作体系土壤剖面无机氮的变化特征

【目的】研究不同施肥方式对东北春玉米生长及连作体系土壤中氮素含量的影响，为春玉米的合理施肥提供理论依据。【方法】2005-2006年，在东北中部黑土春玉米连作区进行2年的田间定点试验，研究了一次性施肥（农民习惯施肥1、农民习惯施肥2）和推荐施肥条件下，玉米不同生育阶段地上部生物量和吸氮量及土壤无机氮含量的变化特征，并对土壤氮素表观盈亏进行了估算。【结果】玉米地上部生物量和吸氮量均随施氮量的增加而增大，其中推荐施肥处理的生物量和吸氮量均最高。施氮显著增加了0～90 cm土层中的无机氮含量。2个习惯施肥处理土壤的硝态氮含量受降雨量的影响较大，且下移明显；推荐施肥处理可明显降低硝态氮在土壤中的残留。土壤氮素表观盈亏取决于氮肥用量，2006年农民习惯施肥1处理的土壤氮素表观盈余量最高，且多以残留硝态氮的形式累积在深层土壤中。【结论】在东北黑土春玉米连作区，氮肥一次性基施会导致土壤中的无机氮高残留，增加氮损失，易对该地区的生态环境造成威胁，本试验中的推荐施肥是较好的施肥方式。     

盐碱土改良与利用技术研究进展

本文在总结了诸多学者研究成果的基础上,介绍了盐碱地资源与利用现状,详细论述了盐碱地改良的主要技术措施,遵循可持续发展的原则,提出了盐碱地利用技术,针对苏打盐碱地改良与利用领域存在的热点问题进行了说明,并提出了需要进一步研究的学术问题。     

东北春玉米连作体系中土壤氮矿化、残留特征及氮素平衡

通过2年田间试验,在2种肥力、3种氮肥施用水平(不施氮N0,中量施氮N1,高量施氮N2)下,研究了吉林省春玉米连作体系中土壤氮素的矿化、残留特征及氮素平衡,并比较了种植不同玉米品种的效应。结果表明,德惠高肥力土壤中氮素两季总矿化量为203 kg/hm2,是新立城低肥力土壤的2.7倍。中量氮(N1)处理,2试验点2年土壤累计的氮素残留量为103～112 kg/hm2,对环境威胁较小;高量氮(N2)处理,新立城低肥力条件下土壤的氮素残留量为174 kg/hm2,且有下移趋势,而在德惠高肥力条件下,土壤的氮素残留量仅为107 kg/hm2。在新立城低肥力土壤上,施氮量在氮素输入项中起主要作用,在氮素输出项中,作物携出量并不随输入量的增加而有显著的变化,从而导致氮素盈余随着施氮量的增加而显著增加。氮盈余主要以残留Nm in积累在土壤剖面中,变幅为34.0%～88.4%。在德惠高肥力土壤上,土壤矿化氮在2个施氮处理中分别占氮素输入的28.3%和36.5%,在氮素输出中,氮肥表观损失量显著高于新立城,且氮盈余中以表观损失为主,变幅为54.3%～70.8%,平均为65.5%。两个试验点的氮素表观损失可能主要是由生物固持作用引起的肥料氮向土壤氮的转换。不同玉米品种对氮素矿化和表观利用率有一定的影响,在优化施肥中应加以考虑。     

不同栽培方式下春玉米养分累积与转运特征

通过两年定位试验,研究不同栽培方式下春玉米产量、干物质累积、养分累积与转运特征,为春玉米的养分高效利用提供理论依据。2012～2013年在吉林省农安县靠山镇进行田间试验,设置3种栽培模式,分别为农户模式(TRA)、优化栽培模式1(OPT-1)、优化栽培模式2(OPT-2),供试品种均为利民33,在玉米6展叶(V6)、12展叶(V12)、开花(R1)、灌浆(R3)、成熟(R6)5个生育时期测定群体氮、磷、钾养分吸收动态,并测定产量构成。结果表明:在3种栽培模式中,两年产量的平均值表现为OPT-2>OPT-1>TRA,与TRA处理相比,OPT-2处理下的产量两年间分别增加了24.6%和24.2%;OPT-1和OPT-2处理下两年的收获穗数平均值分别增加65.4%和81.5%。OPT-2处理下的干物质累积在整个生育进程中均显著高于OPT-1和TRA处理,至成熟期,OPT-2处理下干物质累积量较OPT-1处理高10.0%,较TRA处理高24.2%;从6展叶期至成熟期,各处理下植株氮素、磷素与钾素累积量逐渐增加,累积速率均在开花期达到最大,至成熟期,OPT-2处理下整株的氮、磷、钾积累量较OPT-1和TRA处理分别增加了12.8%和39.2%、10.4%和26.1%、12.8%和27.5%,且各处理间差异显著。3种栽培模式下,开花期前,OPT-2处理下磷、钾素转运量、贡献率比OPT-1处理高;开花期后,OPT-2处理下氮累积量及贡献率比OPT-1处理高;与OPT-1处理相比较,OPT-2处理两年的氮、磷、钾肥偏生产力平均增加了10.8%。因此,在合理提升密度的基础上,优化化肥用量和施肥时期,可以实现东北中部春玉米氮、磷、钾养分的高效利用,保证玉米高产的持续性。     

不同根构型玉米的根系形态及其对密度的响应

在两种种植密度下对8个测交种的根系形态及在0～60 cm土壤剖面的分布进行测定。结果表明,根长、根干重和根拔拉力均具有显著的基因型差异,其中,L105和L109属于大根系基因型;L172和L224属于小根系基因型。L132、L160、L224对密度的反应较为敏感,L219对密度的反应较为迟钝。在增加种植密度后,各基因型根系均有纵向延伸的特征,不同基因型根长和根干重在不同土壤层次间分布比例差异较大,且其对密度的反应仅表现在特定的土层内。     

吉林省半干旱区春玉米干物质与氮、磷、钾养分累积与分配

在大田条件下研究4种栽培方式(农户习惯、高产高效、高产、保产增效)产量构成、干物质及氮、磷、钾的累积转运特征.结果表明,高产栽培方式下产量最高,为11 135.8 kg/hm²,较农户习惯增产112.7%.高产高效栽培方式下玉米生育后期子粒干物质分配比例高于其他3种栽培方式;成熟期后高产栽培方式下氮素子粒分配比例最高,保产增效栽培方式下磷素子粒分配比例最高.农户习惯栽培方式下子粒氮、磷、钾累积量与转运量显著低于其他3种栽培方式.高产高效栽培方式下子粒氮、磷、钾累积量最大,氮、磷、钾转运量保产增效栽培方式下最大.高产高效栽培方式下子粒中钾的累积比例显著低于氮、磷,其钾转运贡献率比氮、磷转运贡献率高20%~200%.     

长期玉米连作下不同产量水平0—100 cm土层黑土与淡黑钙土理化性状差异

  【目的】  比较长期玉米连作条件下,0—100 cm土层黑土和淡黑钙土土壤物理和化学性状的差异,分析影响产量的主导因素,为黑土地保护与利用提供理论指导。  【方法】  在吉林省中部黑土区和西部淡黑钙土区,各选取玉米连作种植年限超过15年的代表性地块18个,在每个地块采集深度为0—10、10—20、20—30、30—50、50—70和70—100 cm的土壤样品,并进行土壤理化性状分析。按照高、中、低3个产量水平将土壤样品划分为3组,综合比较黑土和淡黑钙土不同产量水平0—100 cm土层土壤理化性状的差异。  【结果】  中部黑土0—100 cm土壤肥力指标均高于西部淡黑钙土,其0—100 cm土层土壤氮、磷、钾素储量分别为12.3、4.8、175.1 t/hm2,分别比西部淡黑钙土高2.4%、13.3%、43.5%。黑土和淡黑钙土20—100 cm土层有机质和全氮含量均以高产田最高;高产田与中产田耕层 (0—20 cm) 土壤全量和速效氮、磷、钾含量均明显高于下层 (20—100 cm)。中部黑土20—30 cm存在一个较明显的保水保肥层,30 cm以下土层的土壤理化性状与产量多呈显著相关,0—100 cm土层土壤pH为5.15～7.07,高产田土壤固、液、气三相比例更理想,0—100 cm各土层广义土壤结构指数 (GSSI) 的高低表现为高产田 > 中产田 > 低产田,高产田土壤含水量高于其他两个产量水平,高产田与中产田0—100 cm各土层土壤全磷含量较为接近,二者耕层速效钾含量明显高于低产田。西部淡黑钙土无明显的保水保肥层,20—30 cm土层的理化指标与产量密切相关,0—100 cm土层土壤pH为6.61～8.31,高产田70—100 cm土层硝态氮累积量仅占0—100 cm土体总量的5.2%,而中、低产田该比例分别为22.3%和22.7%,硝态氮下移趋势明显。黑土与淡黑钙土区0—20 cm土壤均呈现酸化趋势,尤其是黑土区低产田表层土壤酸化现象明显。  【结论】  中部黑土区30—50 cm土层土壤理化指标对产量影响较大,高产田20 cm以下土层养分持续供应能力是其实现稳定高产的重要保证。西部淡黑钙土区20—30 cm土层理化指标对产量影响较大,土壤结构是影响产量的核心指标,持续土壤培肥是实现高产的重要措施。     

田间条件下控制玉米开花前后根系性状的QTL定位

在田间原位条件下,利用根系形态差异显著的自交系掖478和武312为亲本构建的BC4F3群体,采用改进的PLABQTL软件中的复合区间作图法对抽雄期（开花前10 d）和灌浆初期（开花后15 d）玉米根系性状的变化和地上部生物量进行QTL定位。并分析其遗传机制。结果表明,花前花后对根干重、总根长、侧根长、轴根长、轴根数等根系性状共检测出27个QTL,单个QTL贡献率为52%157%,其中在染色体臂602和1004区域同时检测到控制着地上部生物量、总根长、侧根长和轴根数等性状的QTLs,两个不同生育时期检测到的共同QTL共有8个。玉米花前花后控制根系生长的QTL因生长发育阶段不同而存在着特异性,而且对地上部生物量形成有重要贡献,这为了解田间条件下根系的生长发育和进一步进行遗传改良奠定了遗传基础。