玉米产量潜力及超高产物质积累途径优化分析方法

作物产量潜力估计对于作物生产及超高产创建具有重要的理论指导意义。本文以玉米品种‘先玉335’为试验材料,于2005—2013年在吉林省3个不同生态类型区(乾安县、公主岭市和桦甸市)布置密度试验进行玉米超高产研究,利用获取的田间试验资料结合FAO-AEZ模型提出了一种基于优化模式的玉米产量潜力估计方法,解决了FAO-AEZ模型中收获指数常数的选择问题,并进一步建立玉米超高产生产中干物质积累途径分析方法。结果表明,玉米的产量与描述其干物质积累过程的Logistic方程参数密切相关,所建关系模型达到极显著水平(P0.01),并通过2012年和2013年实际产量统计检验;基于非线性优化理论,利用所建产量关系模型估算出乾安县和桦甸市的产量潜力,较FAO-AEZ模型潜力估计值年平均提高17.5%和16.1%;以实际生产数据作为约束条件,进一步求出乾安县、公主岭市和桦甸市产量达到15 000 kg·hm-2时的最低种植密度分别为7.7万株·hm-2、8.2万株·hm-2和7.9万株·hm-2,同时求出各生态区相应的干物质积累参数和各生育阶段的干物质积累量指标,为玉米超高产栽培播前决策和生育期调控提供理论依据。本文分析结果可作为吉林省玉米产量潜力估计及高产与超高产创建的理论依据,所建模型及相关分析方法也可作为其他地区作物产量潜力估计的参考。     

行距和行向对不同密度玉米群体田间小气候和产量的影响

"浚单20"是目前我国种植面积较大的紧凑性高产玉米品种。为充分发挥该品种在安徽种植区域的高产潜力, 开展了种植密度、行距和行向三者相配置的田间试验, 在60 000株·hm^-2和67 500株·hm^-2两种种植密度下, 研究了不同行距和行向对"浚单20"的田间小气候和玉米产量的影响。结果表明: 随着行距增大, 玉米群体内部的日均风速和日均光照强度逐渐增大, 累计积温和日均相对湿度则呈下降趋势。在同一种植密度和行距条件下, 东西行向种植比南北行向种植的玉米群体日均风速较大、日均光照强度较高、累计积温较低和日均相对湿度较小, 且产量高。同一种植行向, 不同种植密度和行距配置条件下, 玉米产量差异达显著水平(P<0.05)。其中种植密度为60 000株·hm^-2, 东西行向种植, 行距为50 cm时, 玉米群体结构较为合理, 所形成的田间小气候较有利于"浚单20"的生长发育, 籽粒产量达到10 582.5 kg·hm^-2。通过研究阐明了行距、行向和密度三者不同配置所形成的田间小气候与玉米产量形成的关系, 为提高"浚单20"在安徽省的种植水平提供指导。     

滴灌磷钾肥基追比对滴灌玉米干物质积累、产量及养分吸收的影响

通过田间小区试验,研究了磷钾肥滴灌追施对玉米干物质、产量及养分吸收的影响。结果表明,磷钾肥部分基施、部分滴灌追施玉米的生物量和产量要优于磷钾肥全部基施,其中磷肥75%基施和25%滴灌追施比磷肥全部基施的玉米干物质提高4.36%,产量增加8.14%;钾肥50%基施和50%滴灌追施比钾肥全部基施的玉米干物质增加4.86%,产量增加4.98%。磷钾肥部分基施、部分滴灌追施显著提高了玉米氮、磷、钾的吸收量和利用率,其中磷肥75%基施和25%滴灌追施的氮、磷、钾肥的利用率分别为46.65%、28.42%、46.33%,比磷肥全部基施分别提高了6.0、8.44和8.95个百分点;钾肥50%基施和50%滴灌追施的氮、磷、钾肥的利用率分别为45.46%、27.92%、46.95%,比钾肥全部基施分别提高了4.26、0.99和11.89个百分点。     

施氮对不同氮效率类型玉米自交系产量、干物质及氮素积累的影响

以前期筛选出的低氮高效型玉米自交系(PH6WC)和低氮低效型玉米自交系(ZY118)为试验材料,设置N0(0 kg/hm2)、N90(90 kg/hm2)、N180(180 kg/hm2)和N360(360 kg/hm2)4个氮处理,研究不同氮效率类型玉米自交系产量、干物质积累、氮素积累及氮素代谢相关酶活性对氮浓度的响...     

改变玉米行距种植对豌豆/玉米间作体系产量的影响

间作体系中改变作物的种植行距可改变体系作物的种间互作效应,影响作物产量。本研究通过设置豌豆/玉米间作种植体系中玉米的5种种植行距(0 cm、20 cm、40 cm、60 cm和80 cm),以期揭示间作体系中作物种植行距变化对体系作物产量的影响。结果表明:豌豆/玉米间作体系产量优势明显,各处理的土地当量比均大于1。玉米种植行距在0~80 cm区间改变时对体系产量的影响总体表现为随玉米行距增大,产量先增后降,且玉米种植行距与体系混合产量和间作玉米产量均呈现二次曲线相关关系,产量峰值出现在玉米种植行距为40 cm时,间作玉米产量达10 118 kg.hm 2。玉米行距变化对豌豆产量的影响不明显,间作体系产量主要受间作玉米产量影响。改变玉米行距种植明显改变了玉米的产量性状,主要表现在穗粒数上,行距为60 cm时,穗粒数最大,达549粒。种间相对竞争力总体表现为随玉米行距的增大玉米相对于豌豆在产量形成方面的竞争力逐渐增强;在玉米行距0~60 cm之间,豌豆相对于玉米的种间相对竞争力均<0,表明竞争力玉米强于豌豆,而当玉米行距为80 cm时,种间竞争力为0.14,表明此时豌豆竞争力强于玉米。因此,通过合理调整玉米种植行距从而提高间作玉米产量有利于提高豌豆/玉米间作体系的整体产量。     

氮锌配施对玉米干物质积累及产量效应的研究

采用盆栽试验,研究了氮锌配施对玉米干物质积累、生长性状及产量的影响,结果表明,氮肥和锌肥都能增加玉米的干物质积累、株高、穗长、穗粗、穗粒数、百粒重及产量,且除穗长外氮肥的作用大于锌肥;氮锌配施效应大于单施氮肥或锌肥,氮锌交互效应为正,N1Zn1是最佳处理组合;综合考虑玉米生物产量、子粒产量、经济效益及环境污染,以施N1...     

不同氮钾水平对水稻干物质累积、转运及产量的影响

为探求不同氮钾水平对水稻光合产物累积、转运和产量的影响,设置3个不同氮水平(低氮105 kg·hm-2,中氮150 kg·hm-2,高氮195 kg·hm-2),且每个氮水平下设置4个不同钾水平(不施钾,低钾60 kg·hm-2,中钾105 kg·hm-2,高钾150 kg·hm-2),在田间条件下研究水稻关键生育期干物质的累积特征、花前花后干物质转运、产量及其构成因素。结果表明,随施氮水平提高,水稻干物质快速累积持续期延长,水稻干物质累积量随之增加;且水稻叶片干物质转运量和产量均先增加后降低,在中氮条件下最大,分别为938和7 998 kg·hm-2。随施钾水平提高,水稻干物质最大累积速率先增加后降低,使得水稻干物质累积量先增加后降低,在中钾条件下最大,水稻干物质最大累积速率为236 kg·hm-2·d-1,干物质累积量为14 215 kg·hm-2;水稻茎鞘干物质转运量随施钾水平提高而提高,高钾条件下最大,茎鞘转运量达到1 704 kg·hm-2。水稻产量随施钾水平提高先增加后无明显变化,在中钾条件下最大,为7 780 kg·hm-2。从整体看,中氮高钾处理水稻产量最高,达到8 353 kg·hm-2。综合分析,本地区适宜的氮钾肥用量分别为150和105～150 kg·hm-2。     

冬小麦不同行距下水分特征与产量构成的初步研究

山东省是典型的冬小麦—夏玉米一年两熟制地区,土壤干旱与湿润交替变化,是旱地农业与灌溉农业中作物经常面临的田间环境,由于降雨时空分配极不均匀,干、湿季节十分明显,常引起季节性干旱,尤其是冬小麦生长期间,缺水现象比较普遍。植物在极端环境下对水分胁迫的生理反应和适应机制等水分生理生态方面研究已有报道[1~6]。本研究通过调整冬小麦行距改变局部生境,对叶片水势、渗透势、相对含水量、土壤蒸发和产量等相关指标分析,探讨不同行距分布对水分与产量等相关指标的影响,为进一步优化配置种群结构、提高冬小麦群体对水分及其他环境资源的利用效率、确定黄淮海生态区域节水高效型的冬小麦种植结构和适合区域特点的节水高效种植模式     

臭氧胁迫对冬小麦干物质生产和产量构成的影响

利用开顶式气室（OTC）开展了大田实验条件下地表臭氧浓度增加对冬小麦干物质（DM）生产和产量构成的影响。结果表明,与对照组相比,100nL·L^-1臭氧熏气下干物质量略有降低,150nL·L^-1臭氧熏气下显著降低;100nL·L^-1和150nL·L^-1臭氧熏气下叶面积,净同化速率（NAR）变化规律不明显;100nL·L^-1和150nL·L^-1臭氧熏气都使抽穗期的叶/总干重增加,根/总干重下降,抽穗后根/总干重上升,而成熟期的各器官干重分配均没有达到显著性水平;100nL·L^-1臭氧熏气使单位面积穗数和空秕率显著降低,150nL·L^-1臭氧熏气使空秕率、单位面积穗数、穗粒数、穗粒重出现了显著或极显著降低,臭氧熏气对千粒重没有显著性变化。以上结果表明,NAR是影响干物质累积速度的关键因子,在不同生育阶段,通过干物质的分配,对小麦生长发育起关键作用的器官在一定程度上能够抵抗臭氧对其的损害。臭氧通过影响粒数和粒重使冬小麦减产。     

施肥和行距配置对糯玉米群体冠层内微环境及群体干物质积累量的影响

在田间试验条件下, 以糯玉米"凤糯6号"为试验材料, 研究了相同密度下, 不同施肥量(600 kg·hm^-2、750 kg·hm^-2、900 kg·hm^-2, 基肥、追肥等量)和不同行距配置(50 cm、60 cm、70 cm和80 cm)对糯玉米群体冠层内温度、光照强度、相对湿度、CO₂浓度、光温分布以及群体水分利用率、群体干物质积累和蒸煮品质的影响。结果表明: 糯玉米群体冠层内微环境除了受灌浆时期、一天中不同时间段影响, 还受行距和施肥量影响。行距70 cm时, 糯玉米群体冠层内平均温度最小; 行距为70 cm、施肥量600 kg·hm^-2时, 灌浆初期、中期和后期的光照强度都表现出最大值, 分别为236.2 μmol·m²·s^-1、275.3 μmol·m^-2·s^-1和285.4 μmol·m^-2·s^-1; 冠层相对湿度在行距70 cm、施肥量900 kg·hm^-2时最大, 在灌浆3个时期最高相对湿度分别比最低值高41.99%、33.98%和36.11%; 灌浆初期CO₂浓度最大值发生在行距80 cm、施肥量为600 kg·hm^-2时, 为362.4 mg·m^-3, 灌浆中期和后期最大值发生在行距70 cm、施肥量为600 kg·hm^-2时, 为363.4 mg·m^-3和385.7 mg·m^-3。在行距70 cm、施肥量为900 kg·hm^-2时, 灌浆3个时期水分利用效率最高, 分别比最低值高14.75%、15.18%、14.46%; 干物质积累量和生长率最大, 分别为5 066.4 kg·hm^-2和14.3 kg·hm^-2·d^-1、383.2 kg·hm^-2和15.3 kg·hm^-2·d^-1以及 13 213.4 kg·hm^-2和19.7 kg·hm^-2·d^-1。糯玉米蒸煮品质即感官品质、气味、风味、色泽、糯性、柔嫩性、皮厚薄等在行距70 cm、施肥量为900 kg·hm^-2时最佳。     

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。     

春小麦秸秆还田对后茬玉米干物质积累及产量形成的调控效应

干物质是作物光合作用产物的最高形式,其积累动态特性与籽粒产量有密切关系,研究前茬作物不同秸秆还田方式对后茬地膜覆盖作物地上干物质积累特性与产量形成的影响,对优化作物高产高效栽培理论和技术具有重要意义。本研究通过田间试验,在干旱内陆灌区研究了前茬春小麦不同秸秆还田方式(免耕秸秆覆盖还田,NTM;免耕秸秆立茬还田,NTS;传统翻耕秸秆还田,CTS;传统翻耕无秸秆还田,CT,对照)对后茬玉米地上干物质积累规律及产量形成的调控效应。结果表明:前茬春小麦免耕秸秆还田(NTM,NTS)提高了后茬玉米地上干物质最大增长速率和干物质平均增长速率,延迟了干物质最大增长速率出现的时间,以NTM处理作用效果最明显,较CT玉米地上干物质最大增长速率和干物质平均增长速率分别提高5.7%、11.2%,玉米地上干物质最大增长速率出现时间延迟3.4d,差异达显著水平(P0.05)。NTM、NTS处理可长时间保持后茬玉米相对较高的地上干物质积累速率,有效延缓吐丝至灌浆期后茬玉米地上干物质积累速率的降低,维持较长的地上干物质积累期,提高完熟期地上干物质积累量,NTM和NTS较CT处理玉米收获期地上干物质积累量分别提高11.3%和9.9%(P0.05)。NTM、NTS和CTS比CT处理分别增产15.6%、13.0%和7.8%,以NTM处理增产幅度较大,较CTS增产7.3%(P0.05),增产的主要原因为穗数、穗粒数及粒重的协同提高。通过关联矩阵分析表明,通过优化前茬春小麦秸秆还田方式影响后茬玉米穗数来调控群体大小,进而协调穗粒数与粒重,通过三者相互协调发展可实现增产。因此,前茬春小麦免耕25～30cm覆盖秸秆还田(NTM)是典型干旱内陆灌区优化后茬玉米干物质积累特性及获得高产的理想耕作措施。     

硅磷配施对低磷土壤春玉米干物质积累、 分配及产量的影响

以玉米品种‘正红2号’和‘正红115’为材料,通过2014年和2015年的田间小区定位试验,研究低磷土壤条件下,硅磷肥配施对玉米拔节期和吐丝期的净光合速率、蒸腾速率和叶面积指数,拔节期、吐丝期、灌浆期和成熟期干物质积累和分配,产量及产量构成因素的影响,探讨施硅及硅磷配施的增产效果。结果显示,与对照(不施磷肥和硅肥)相比,施磷、施硅和硅磷配施处理均可提高玉米拔节期和吐丝期的叶面积指数和净光合速率,增加拔节期、吐丝期、灌浆期和成熟期各生育阶段的干物质积累量,降低灌浆期和成熟期叶片的干物质分配比例和灌浆期茎鞘的干物质分配比例,提高籽粒干物质分配比例和收获指数,降低秃尖长度,增加穗长,最终提高穗粒数、千粒重和籽粒产量;其中施用磷肥增加或降低上述指标的效应明显大于施用硅肥,硅磷配施增加或降低上述指标的效应又明显大于单施磷肥或单施硅肥,硅和磷表现出明显的协同作用和配合效应。2014年和2015年玉米籽粒产量均与拔节期、吐丝期、灌浆期和成熟期干物质积累量呈显著正相关;与单施磷肥相比,硅磷配施处理分别增产1 288.57 kg·hm~(-2)(2014年)和1 313.61 kg·hm~(-2)(2015年),且2015年的增幅明显大于2014年,硅、磷表现出稳定的增产效应。综上所述,在四川丘陵低磷土壤条件下,合理进行硅磷肥配施,既能提高玉米生育前期物质生产能力和干物质积累量,又能改善生育后期干物质在玉米各器官中的分配,促进籽粒灌浆结实,最终提高籽粒产量。     

不同供氮水平下玉米大豆间作体系干物质积累和氮素吸收动态模拟

玉米/大豆间作具有一定的养分利用优势,但是不同供氮水平对玉米/大豆间作体系干物质累积和氮素吸收的调控作用不同。本试验采用田间裂区设计,运用Logistic模型分析,模拟了4个氮水平下玉米/大豆间作作物干物质积累和氮素吸收的动态变化。结果表明,玉米、大豆干物质累积和氮素吸收动态符合Logistic模型,相关系数R²均在0.9以上。在N0（不施氮肥）、N1（180 kg·hm^-2）、N2（240 kg·hm^-2）和N3（300 kg·hm^-2）供氮水平时,间作玉米最大生长速率（I_max-B）分别比单作提高34.2%、46.7%、25.9%和25.1%,而相应的供氮水平下,大豆的I_max-B分别降低27.7%、30.3%、16.5%和23.7%,但整个间作系统的I_max-B平均增加32.1%;玉米和大豆干物质的其他模拟参数与I_max-B规律一致。氮素吸收动态与干物质积累表现出同步的变化特点,在N1水平下,单位面积间作玉米的氮素最大吸收量（K_-N）、最大吸收速率（I_max-N）和瞬时吸收速率（r-N）比相应单作分别提高18.4%、48.9%和25.8%,而间作大豆的K_-N、I_max-N和r-N值比单作处理分别降低15.9%、29.9%和16.69%,整个间作系统氮素分别提高0.4%、13.7%和7.8%;施氮水平对大豆r-N无显著性影响。间作显著地提高了氮素当量比（LER_N>1）,其中N0水平下LER_N值最高,随着施氮量的增加,LER_N有下降趋势。在本试验条件下,N2供氮水平下玉米/大豆间作体系干物质积累量和氮素吸收量最高,间作优势最明显。     

不同密度下增施有机肥对夏玉米物质生产及产量构成的影响

本研究在夏玉米季适当降低种植密度并连续两年施用有机肥,旨在了解黄淮海地区夏玉米群体物质累积和产量构成对有机肥施用量和种植密度的响应,从而降低倒伏风险,确保稳产、高产。试验采用随机区组设计,设高、中、低3个种植密度,分别为90 000株·hm-2、75 000株·hm-2和60 000株·hm-2,3个种植密度下设不同的有机肥施用量处理,其中高密度下设30 m3·hm-2一种施肥量,中密度下设30 m3·hm-2一种施肥量,低密度下设0 m3·hm-2、30 m3·hm-2和45 m3·hm-23种施肥量。研究结果表明:施用有机肥可以有效改善土壤肥力。施用有机肥第1年,在中、低密度下对玉米干物质生产、群体生长速率和产量构成均产生一定的促进作用,但效果不显著。施用有机肥第2年,低密度下玉米群体衰老速率减缓,叶面积指数和棒三叶叶绿素相对含量在生育后期均维持在较高水平,花后群体生长速率维持在较高水平,且与中高密度无显著差异,群体花后生物量增加幅度最大,成熟期地上部总生物量显著提高甚至接近中高密度。低密度下施用有机肥后穗粒数和千粒重均大幅度提高,从而有效补偿了低密度下穗数的不足,最终低密度下施用45 m3·hm-2有机肥处理产量达10 838 kg·hm-2,与中、高密度下施用30 m3·hm-2有机肥处理的产量11 080 kg·hm-2和11 202 kg·hm-2基本持平且差异不显著。由此可见,通过适度降低密度并增施有机肥能够有效合理地调控群体花前花后生长,避免前期旺长和后期早衰,实现保穗保花增重增产的目的。     

不同覆膜栽培方式对玉米干物质积累及产量的影响

为探讨地膜覆盖栽培方式的增产机理,完善地膜覆盖玉米栽培技术,采用田间试验法,以露地平播为对照,比较了全膜双垄沟播、半膜双垄沟播、半膜平铺、膜侧沟播等4种栽培方式对玉米叶面积、光合势、干物质积累、穗部性状、产量及其构成因子、水分利用效率的影响,并进行了成本和效益分析。结果表明:全膜或半膜双垄沟播显著增加了各个生育时期玉米的叶面积,半膜平铺和膜侧沟播作用不大;全膜和半膜双垄沟播及膜侧沟播显著提高了玉米的光合势,半膜平铺对生长前期光合势有一定促进作用,但后期出现不利影响;全膜和半膜双垄沟播增加了玉米穗长、穗粗、穗行数和行粒数,但也增加了秃顶长。半膜平铺对穗长、穗粗和穗行数有一定促进作用,降低了秃顶长,但对行粒数作用并不明显。膜侧沟播对穗长、穗行数和行粒数有一定促进作用,但对穗粗和秃顶长作用并不明显;各种覆膜栽培方式均提高了玉米穗粒数和百粒重,但降低了单株成穗数。穗粒数与产量的灰色关联度最大、百粒重次之、单株成穗数最低;全膜双垄沟播、半膜双垄沟播、膜侧沟播、半膜平铺栽培方式分别比对照增产67.23%、60.08%、38.81%和20.02%,水分利用效率分别比对照提高66.43%、59.54%、38.35%和19.63%,经济收益分别比对照增加85.51%、69.58%、36.37%和18.69%。说明全膜双垄沟播玉米具有较高的产量和经济收益优势。     

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