基于归一化法模拟分析东北地区春玉米干物质积累对播期和品种的动态响应

为探讨东北地区不同播期的主栽品种春玉米的干物质（MDA）积累的生长特性,实现对春玉米干物质积累的有效预估,本研究基于2014-2015年3个春玉米品种（丹玉39、丹玉99和农华101）每年6个播期的试验资料,利用归一化处理方法建立了考虑相对积温（RATi）的干物质重动态模拟模型,并利用推导出的关键生长参数定量分析春玉米干物质积累对播期和品种的动态响应特征。结果表明：基于归一化法筛选并建立了以相对积温为自变量的干物质积累动态模型（Richards模型）,方程表达式为y=a/(1+eb?cx)(1/d),决定系数R2在0.99以上,符合生物学意义,对东北地区春玉米有较好的模拟性能。试验验证表明,模型对早播春玉米干物质动态积累的模拟精确度更好,且丹玉39的模拟效果优于丹玉99及农华101。DMA总体表现为随着播期推迟而降低,品种间表现为丹玉39＞丹玉99＞农华101,差异达极显著水平;干物质积累过程分为积累渐增期、直线快增期和减速积累期3个阶段,其中直线快增期为干物质积累的主要阶段,随着播期的推迟,直线快增期经历的积温、干物质积累量、干物质积累平均速率、速率峰值及其对应的干物质积累量占干物质总量的积累比例都不同程度减小。丹玉39的快增期较丹玉99、农华101明显延长,干物质积累平均速率、速率峰值及其对应的干物质积累量较丹玉99、农华101显著提升。     

品种和播期对华北春玉米产量及水分利用效率的影响

华北平原冬小麦夏玉米一年两作种植制度主要受水资源的约束,发展休耕轮作是实现该区域农业可持续发展的途径之一。春玉米高效生产是提升休耕轮作产能的关键因素,如何利用品种特性进行播期调整以适应区域生产特点提高产量是该区春玉米生产中面临的主要问题。为此,于2016年5—9月在中国科学院南皮生态农业试验站以5个玉米品种(‘华农887’、‘胡新338’、‘郑单958’、‘华农866’和‘联创1号’)为材料,比较分析了3个播期(5月1日、5月15日和5月30日)下春玉米生育时期、产量及产量要素、耗水和水分利用效率的变化情况,并结合气象因子分析探讨了春玉米产量及其构成要素与环境因子的关系。结果表明:随着播期推迟,不同春玉米品种的生育期总天数均呈显著减少趋势(P0.05),生育期总天数的减少主要是播种到抽雄天数减少所致。不同春玉米品种的生育期总天数也存在较大差异,在各播期处理下均相差5~7 d。在产量方面,5月1日和5月15日播种的5个玉米品种间平均产量没有显著差异,5月30日播种的平均产量显著高于前2个播期,其产量提升主要是百粒重增加所致。随着播期的推迟,春玉米的耗水量变化不大,水分利用效率呈增加趋势,这主要与降水的分布有关。通过气象因子分析,不同播期下百粒重与抽雄前后的积温和降水呈显著相关(P0.05)。综合产量、耗水和水分利用效率分析,在该区域推荐5月30日左右为春玉米的适宜播种日期,‘华农866’和‘华农887’是适宜该区生产的潜力品种。     

超高产春玉米干物质及养分积累与转运特征

以金山27为供试品种,设超高产栽培（SHY）和普通高产栽培（CK）2个处理,通过2009年、2010年2年的田间试验,研究了超高产春玉米干物质及氮、磷、钾养分积累与转运特征。结果表明,超高产栽培下春玉米单位面积干物质积累量极显著高于普通高产栽培,尤以吐丝后为甚,吐丝后干物质积累率较普通高产栽培高4.5%（2009）和3.2%（2010）,干物质积累对产量的贡献率较普通高产栽培高8.5%（2009）和3.9%（2010）。超高产栽培春玉米营养器官干物质转运率为15.1%（2009）和14.9%（2010）,转运量对产量贡献率为16.6%（2009）和18.5%（2010）,确保了协调的源库关系。超高产栽培植株吐丝后氮、磷、钾的积累率及其对子粒贡献率均显著高于普通高产栽培,其中,氮积累对子粒贡献较普通高产栽培高30.0%（2009）和16.3%（2010）,磷积累对子粒贡献较普通高产栽培高10.8%（2009）和6.0%（2010）,钾积累对子粒贡献较普通高产栽培高7.9%（2009）和8.2%（2010）,在生育后期保持了较强的养分吸收能力。超高产栽培玉米茎鞘中氮、磷转运率均高于普通高产栽培,叶片中氮、钾转运率低于普通高产栽培。其中,超高产栽培玉米叶片氮的转运率为41.0%（2009）和42.9%（2010）,对子粒氮的贡献率小于普通高产栽培,超高产栽培使叶片在玉米生育后期维持了较高的光合能力。     

种植方式对玉米养分吸收动态和利用效率的影响

采用田间小区试验方法研究了不同种植方式下玉米产量，干物质积累动态和养分吸收动态变化特点。结果表明：不同种植方式下玉米的养分吸收动态可用Logistic方程描述。套种玉米养分吸收最大速率低于单作玉米，养分吸收最大速率出现日期比干物质最大积累速率出现日期早。套种玉米生长前期养分吸收效率和利用效率低于单作玉米，生长后期套种玉米氮素利用效率高于单作玉米，而磷素利用效率相反。套种玉米养分吸收滞后于单作玉米，是套种玉米产量较低的主要原因。     

播期对川中丘区玉米干物质积累与产量的影响

以川中丘区主推玉米品种‘正红505’和‘成单30’为材料,15 d为间隔,从3月26日至5月25日设置5个播期,研究播期对川中丘区玉米干物质积累与产量的影响,以期为本区域玉米的适期播种提供理论依据。结果表明,随播期推迟,玉米的生育期尤其是播种到吐丝期缩短,吐丝后干物质积累量及其对产量的贡献减少,收获指数降低;早播有利于增加花后干物质积累,晚播的产量形成需要更多地调运花前积累的光合产物;‘正红505’的产量随播期推迟而降低,‘成单30’的产量随播期推迟先略升高后降低,早夏播(5月10日播种)与春播(4月10日)玉米产量差异不显著,但夏播(5月25日播种)与‘正红505’一样因生育期缩短、干物质积累减少、收获指数降低而较春播显著减产;早春播‘正红505’产量较‘成单30’高,夏播‘成单30’产量高于‘正红505’,表明‘成单30’耐夏播能力较‘正红505’强。播期对‘正红505’干物质积累和产量及其构成因素的影响程度较‘成单30’大,生产上更应注意适期播种。该地区春播适宜的播期相对较宽,生产上应解决耕作制度与机械化生产的矛盾;夏播应注重耐夏播品种的选择,并争取在5月中上旬完成播种。     

播期对春玉米生长发育与产量形成的影响

以"郑单958"和"鲁单984"为材料,比较研究了两个播期(4月24日和5月15日)条件下春玉米的生长发育和产量形成,探讨了春玉米生长发育与气候条件的关系.结果表明,不同播期的春玉米生长发育和产量都存在显著差异.与4月24日播期相比,5月15日播期的春玉米产量(干重)提高2 157 kg·hm-(郑单958)和1 137 kg·hm-2(鲁单984).粒重在播期间,品种间及播期与品种互作问差异均不显著.穗粒数在品种问不显著,但在播期间差异达显著水平,第2个播期穗粒数提高幅度达37.8%(郑单958)和11.2%(鲁单984).通过对不同播期间气象因子的分析发现,降雨是影响华北平原春玉米生长发育和产量形成的最重要气象因子.降雨主要通过对穗粒数的调节来影响产量.开花期降雨过多所带来的低温寡照影响玉米的受精授粉与结实:拔节至大喇叭口期降雨通过调节叶面积大小影响作物干物质积累,进而影响籽粒的发育情况.本试验中,5月15日是春玉米获得高产的最佳播期.合理安排播期,重视降雨对春玉米生长发育及产量形成的影响,是华北平原春玉米获得高产的重要措施.     

春玉米干物质积累和产量对播期调控下水热变化的响应

为探究春玉米(Zea mays L.)干物质积累和产量对播期调控下水热变化的响应,在河北科技师范学院试验基地,于2017—2020 年进行了4年的播期试验,以京农科728和MC812为材料,分析了播期(5月1日、5月10日、5月20日、5月30日)引起的春玉米干物质积累量、产量构成因素、产量以及水分利用率的变化。结果表明,受温度与降水影响,春玉米干物质积累量在生育前、中期随播期的推迟而下降,而灌浆后期至成熟期以5月30日播种春玉米干物质积累量最多。春玉米干物质积累动态符合Logistic模型,5月30日播种春玉米干物质积累的总持续时间和快增期持续时间均最长。有效穗数、穗粗、轴粗、穗行数和出籽率不受温度与降水的影响,但穗粒数、千粒重、穗长、行粒数受其影响显著,各指标随播期延迟先下降再上升,并以5月20日播种的春玉米最低。产量与千粒重呈显著正相关,5月30日播种的春玉米产量最高。另外,随播期的推迟,总耗水量减少,水分利用效率提高。综上可知,合理安排播期,重视降雨对春玉米生长发育及产量形成的影响,是冀东地区春玉米获得高产的重要措施。本研究为冀东地区春玉米播期选择提供了理论依据和技术支持。     

气候变化背景下播期对东北三省春玉米产量的影响

为探究气候变化背景下东北三省(黑龙江省、吉林省和辽宁省)春玉米适宜播期的变化程度,本文以东北三省春玉米潜在种植区为研究区域,基于1981—2015年气象资料,1981—2012年农业气象观测站玉米生育期、产量资料以及土壤资料,分气侯区对农业生产系统模型(APSIM)进行调参和验证,建立适用于东北三省10个不同气候区的模型相关参数,在各气候区利用调参验证后的APSIM-Maize模型设置不同播期,模拟各年代不同播期下春玉米潜在产量和气候生产潜力,综合高产和稳产性指标,明确了不同区域各年代不同条件下适宜播期范围。研究结果表明,APSIM模型对于东北三省7个春玉米品种开花和成熟两个关键生育期以及产量模拟结果与实测结果具有较好的一致性,表明APSIM模型能够较好地模拟研究区域春玉米生育期和产量。充分灌溉条件下,研究区域内适宜播期范围从4月16日至5月19日,空间上呈纬向分布南早北迟的特征; 20世纪90年代和21世纪00年代玉米适宜播期较20世纪80年代有提前趋势,其中20世纪90年代提前趋势更明显;第1、第3、第5、第7和第9气候区雨养条件下较充分灌溉条件下适宜播期有推迟趋势,推迟天数为3～6 d。雨养条件下各年代不同气候区理论上的适宜播期较目前生产中实际播期下的产量提高2.84%～9.96%。以上结果为进行未来气候变化对东北三省春玉米影响及其适宜播期等研究提供了技术支撑。     

氮肥运筹、配施有机肥和坐水种对春玉米产量与养分吸收转运的影响

采用田间试验方法,研究了氮肥运筹、配施有机肥和坐水种对春玉米产量与养分吸收转运的影响。结果表明,适宜氮肥运筹方式、配施有机肥和坐水种均能显著增加春玉米产量,氮肥两次追肥处理的产量较一次追肥处理的产量增加10.6%～17.0%,配施有机肥增产10.3%～18.0%,坐水种增产9.1%,配施有机肥并坐水种增产20.4%。氮肥两次追施、配施有机肥及配施有机肥并坐水种均能显著提高春玉米干物质最大积累速率和积累总量,分别提高干物质最大积累速率11.1%～29.5%、28.0%～28.8%和32.1%,依次提高干物质积累总量11.9%～15.5%、21.2%～24.4%和26.9%。氮肥两次追施、配施有机肥和坐水种均可提高N、P、K养分最大吸收速率和吸收总量,养分最大吸收速率以K最高,N居中,P最低;养分吸收总量以N最高,K居中,P最低;养分最大吸收速率出现的时间以K最早（57.2～60.4 d）,N居中（65.3～68.5 d）,P最晚（71.4～74.8 d）,三者均早于干物质积累最大速率出现的时间（82.5～89.3 d）。氮肥两次追施、配施有机肥和坐水种均有利于N、P、K养分由营养体向籽粒的转运量、转运效率、籽粒中养分含量以及氮肥利用率的提高,养分转运效率以P最高（59.3%～66.1%）,其次是N（41.5%～55.1%）,K最低（35.9%～38.0%）。在本实验条件下,施氮量为225 kg/hm2,基肥:拔节肥比1:3,配施有机肥结合坐水种,为最佳施肥处理。     

播期对短季棉品种产量及养分利用效率的影响

以4个短季棉品种(中棉所50、鲁棉研35、邯686、豫早棉9110)为材料,研究了早播(4月25日播种,密度设置为52 500株/hm2)与正常播期(5月15日播种,密度设置为75 000株/hm2)条件下的子棉产量、皮棉产量及养分利用效率,结果表明:早播对短季棉品种的生育期无显著影响,早播条件下,短季棉品种的子棉产量、皮棉产量、衣分均高于正常播期,生物量、每100 kg皮棉产量氮、磷、钾吸收量低于正常播期,氮、磷、钾养分利用效率高于正常播期。本试验条件下,早播提高了短季棉品种氮、磷、钾养分利用效率,从而提高了子棉、皮棉产量。     

生态集约化养分管理对春玉米产量和氮素利用率的影响

通过两年田间试验,研究了吉林玉米带不同氮素管理措施对春玉米产量、氮素吸收、氮素平衡状况以及经济效益的影响。两年的结果表明:与农民习惯施肥（FP）相比,生态集约化养分管理措施（EI）在减少氮肥用量28%的情况下,并未影响作物的产量和氮素吸收,而其氮素回收率,农学效率,偏生产力和经济效益却分别提高了48.1%、56.9%、43.8%和11.0%; 第一年不施氮肥第二年补施氮肥不会影响第二年春玉米产量和氮肥利用率。在氮素输出项中,EI处理两季作物氮素总表观损失仅为97 kg/hm2,而FP处理高达226 kg/hm2。因此,在考虑高产的基础上兼顾保护环境的要求,基于氮肥农学效率、作物目标产量和作物施肥反应的生态集约化养分管理措施是一种较为理想的氮素管理措施。     

不同播期对春小麦产量及蛋白质含量的影响研究

试验研究春小麦分期播种不同发育阶段气候因子对其生长发育、产量及品质的影响结果表明 ,哈尔滨地区春小麦适宜播期为 4月中旬后期 (4月 14～ 2 1日 ) ,此时播种有利于春小麦籽粒产量和蛋白质含量的提高     

Effect of soil water management and different sowing dates on maize yield and water use efficiency under drip irrigation system

A 2-year field experiment (2012–2013) was conducted to evaluate the yield and water use efficiency (WUE) response of maize (Zea mays L.) to different soil water managements at different sowing dates. The experiment included three sowing dates (22 June, 6 July and 21 July) and four irrigation regimes based on maximum allowable depletion (MAD) of the total available soil water (TAW). The irrigation treatments were marked by I₁ to I₃ as 40%, 60% and 80% MAD of TAW, respectively, and with no irrigation. The results showed that grain yield reduced when planting was delayed in both years, ranging from 6105 to 4577 kg ha^?1 in 2012 and from 7079 to 5380 kg ha^?1 in 2013. However, WUE increased when planting was delayed from 22 June until 21 July. Also the highest grain yield was observed in the first irrigation treatment (MAD = 40%) in both years, and the highest WUE was obtained in the second irrigation treatment (MAD = 60%) with 1.64 and 1.61 (kg m^?3) in 2012 and 2013, respectively. These findings suggest that delay in planting date and the use of MAD = 60% treatment in Mediterranean-type region such as Golestan, Iran, can be useful in saving water that is highly important in such regions.     

Neural networks in climate spatialization and their application in the agricultural zoning of climate risk for sunflower in different sowing dates

ABSTRACT

Sunflower is a species that is sensitive to local climate conditions. However, studies that use artificial neural networks (ANNs) to evaluate this influence and create tools such as agricultural zoning of climate risk (ZARC) have not been conducted for this species. Due to the importance of sunflower as a human food source and for biodiesel production, and also the necessity of conducting research to evaluate the suitability of this oleaginous species under different climatic conditions. Thus, we seek to construct a ZARC for sunflower in Brazil simulating sowing on different dates and using meteorological elements spatialized by ANNs. Climate data were used: air temperature (T), rainfall (P), relative air humidity (UR), solar radiation (MJ_m^?2_d^?1) and wind velocity (U²). Climatic regions considered suitable for the cultivation of sunflower had average annual values for T between 20 and 28°C, P between 500 and 1.500 mm per cycle, and soil water deficit (DEF) below 140 mm per cycle. A neural network is an efficient tool that can be used in spatialization of climate variables quickly and accurately. Sunflower sowing in the spring and summer are the ones that provide the largest suitable areas in southeastern Brazil, with 58.13 and 64.36% of suitable areas, respectively.     

Silicon: a beneficial nutrient for maize crop to enhance photochemical efficiency of photosystem II under salt stress

Soil salinity imposes an unprecedented risk to the soil fertility and availability of plant nutrients. The present proposal is designed to address the effect of salt stress on photosynthetic apparatus of maize including chlorophyll a fluorescence and how silicon nutrition helps to overcome this issue. In a sand culture experiment, two maize cultivars were sown in small pots with two levels of silicon (0 and 2 mM H₂SiO₃) and two levels of salinity stress (0 and 60 mM NaCl). Salinity stress reduced dry matter yield and potassium (K) concentration in both maize cultivars and also induced inefficient working of photosynthetic apparatus including photochemical efficiency of photosystem II. Silicon addition alleviated NaCl stress on maize crop by improving the dry matter yield and water use efficiency (WUE). It decreased shoot Na concentration by increasing root and shoot K concentration of maize plants. It enhanced maximum quantum yield of primary photochemistry which leads to smooth electron transport chain. It also significantly enhanced shoot silicon concentration and has a significant positive correlation with WUE. Therefore, silicon-treated maize plants have better chance to survive under salt stress conditions as their photosynthetic apparatus is working far better than non-silicon-treated plants.     

气候变化对新疆膜下滴灌花生适宜播期的影响

为探索气候变化条件下新疆不同区域膜下滴灌花生适宜播期,该研究利用北疆和南疆试验区实测地温数据与同期平均气温数据确定了花生播种前日平均地温与日平均气温之间的关系,并基于新疆51个气象站点1951—2020年气象资料,分析了气候变化条件下新疆不同产区膜下滴灌花生播期的变化规律。结果表明：播种前农田表层土壤温度与日平均气温呈较强的线性相关性,当春季连续5 d日平均气温维持在14.00和16.10℃时,同期表层土壤温度维持在12和15℃;播前连续5 d表层土壤温度维持在12℃时播种,东疆、南疆和北疆花生产区播期日序数多年平均值分别为106.94、108.53和121.09;播前连续5d表层土壤温度维持在15℃时播种,东疆、南疆和北疆花生产区播期日序数多年平均值分别为114.39、117.02和128.58;近70年新疆绿洲花生适播期平均日气温呈上升趋势,东疆、南疆和北疆地区花生适播期分别提前了1.44～1.75、1.13～1.43和1.05～1.88 d/10a;根据播前农田耕层土壤地温与播后根区土壤地温的变化规律,新疆膜下滴灌花生适宜播期,东疆花生产区比南疆早2 d左右,南疆比北疆早12 d...     

宽幅播种提高不同播期小麦产量与氮素利用率

为明确在较宽播期范围内可实现小麦高产高效稳产的播种方式及其理论基础,采用宽幅播种和常规条播2种播种方式,设计10月3日(早播)、10日(传统播期)、17日(晚播)和24日(再晚播)共4个播期处理(分别用D1、D2、D3、D4表示),研究了播种方式与播期互作对小麦产量和氮素吸收利用的影响。相对于常规条播,宽幅播种通过提高单位面积分蘖数和穗数,平均提高产量16.68%;通过提高氮素吸收效率(吸氮量/供氮量)、稳定或提高氮素利用效率(产量/吸氮量),平均提高氮素利用率(产量/供氮量)16.64%。随播期推迟,2播种方式下单位面积穗数、单穗籽粒质量分别呈降低和升高趋势,相对于D1和D2播期,宽幅条件下D3、D4播期的成熟期穗数下降比例显著低于条播,并与其单穗籽粒质量提高的比例相当,进而实现9.00 t/hm2水平的高产稳产;常规条播下晚播因穗数大幅下降导致减产,平均减产0.34 t/hm2。随播期推迟,2播种方式下氮素吸收效率和氮素利用效率分别呈降低和升高趋势,相对于D1、D2播期,宽幅条件下D3、D4播期氮素吸收效率下降的幅度与氮素利用效率提升的幅度相当,因此仍可维持较高的氮素利用率;常规条播下晚播处理氮素吸收效率下降的幅度显著高于氮素利用效率提升的幅度,进而导致氮素利用率平均降低1.01 kg/kg。相对于常规条播,小麦生产上采用宽幅播种,在高产高效的同时可实现较宽播期范围内产量和氮素利用率的稳定。