专题——小麦玉米周年光温高效
【目的】随着耕地面积的减少、人口数量的增加以及社会经济的迅速发展,增加单位面积作物产量是提升粮食总产量、确保我国粮食安全的重要途径。探索农田资源高效利用途径及限制因素,为提高作物单位面积产量提供指导。【方法】本研究以冬小麦、夏玉米为研究对象,在山东省4个生态区域（鲁东、鲁中、鲁西北及鲁西南）,利用模拟模型等方法研究2008—2017年不同气候、栽培管理条件下作物产量,提出定量化评价指标,分析并明确影响各生态区域资源利用及产量提升的主要限制因素。【结果】（1）鲁东地区冬小麦生长季受光温资源、品种、栽培模式、水资源、氮肥资源因素影响率分别为16.96%、20.68%、1.39%、60.97%、0;鲁中地区受各因素影响率分别为37.72%、20.16%、1.57%、40.55%、0;鲁西北地区分别为17.90%、19.11%、1.20%、61.79%、0;鲁西南地区分别为33.65%、23.80%、1.65%、40.90%、0。（2）鲁东地区夏玉米生长季受光温资源、品种、栽培模式、水资源、氮肥资源因素影响率分别为49.11%、9.07%、10.64%、31.18%和0;鲁中地区受各限制因素影响率分别为56.62%、10.86%、11.65%、20.87%、0;鲁西北地区各因素影响率分别为43.01%、18.95%、11.26%、26.78%和0;鲁西南地区各因素影响率分别为64.42%、5.44%、15.84%、14.30%和0。【结论】冬小麦生长季鲁东、鲁西北地区农田资源主要受水分资源限制,其次是光温资源和品种的限制,栽培模式和氮肥资源影响不大。鲁中、鲁西南地区则主要受光温资源和水分资源的共同影响,其次受品种因素限制。夏玉米生长季4个地区均受光温资源因素影响最大,水资源次之,品种和栽培模式影响较小。
【目的】探明不同密度下扩行缩株（扩行距缩株距）栽培模式对黄淮海夏玉米产量和群体结构的调控效应。【方法】2018—2019年以密植高产玉米品种郑单958为试验材料,设置3种行距,即60 cm（B1）、80 cm（B2）、100 cm（B3）等行距;2个种植密度,即67 500株/hm2（D1）和82 500株/hm2（D2）,采用裂区设计形成不同的栽培模式。【结果】与D1密度相比,D2密度能显著提高夏玉米群体叶面积和光合势,改善群体的光能利用,增加群体的干物质积累量,促进产量的增加。不同种植密度条件下,扩行缩株对夏玉米群体结构的影响存在差异。在67 500株/hm2密度下,扩行缩株对产量的影响不显著,在82 500株/hm2密度下,B2处理较B1和B3处理2年平均增产9.45%和11.48%,主要是由于行粒数增加引起的穗粒数增加。在此密度下,B2处理较B1处理显著提高花后群体叶面积指数（LAI）,显著延缓中下部叶片衰老,增加花后夏玉米群体光合势,茎叶夹角增大,叶向值减小,穗位叶层和底层透光率明显增加,消光系数减小,花后干物质积累量增加,花后干物质转移量降低。表明高密度条件下,80 cm扩行的等行距模式有利于构建高效的光合群体结构,延缓叶片衰老,增加夏玉米群体干物质生产与积累,从而提高产量。【结论】黄淮海平原夏玉米通过增加种植密度并适当扩行缩株可实现光能资源高效利用和产量协同提高,本试验条件下,推荐82 500 株/hm2密度搭配80 cm等行距种植模式。
【目的】增密是玉米增产的重要途径之一,但随种植密度的增大,往往会造成群体郁闭,光能利用率下降。因此,本研究探索通过改变种植模式削弱增密后对植株产生的负面效应。【方法】试验于2018和2019年,以登海605和郑单958为试验材料,设置67 500株/hm2、82 500株/hm22种密度,以常规对株种植为对照,研究错株种植和密度对夏玉米产量与光合特性的影响,以期探明错株种植与密度的互作机理,提出高产夏玉米适宜的种植模式。【结果】增密降低了群体整齐度,穗位叶净光合速率（Pn）、光合关键酶活性及叶绿素含量有所下降;光合关键酶活性在高密度下随生育期推进降幅更大,表明增密会使叶片衰老速率增大,不利于植株的光合作用。错株种植模式下群体整齐度提高,茎叶夹角增大,叶片更为平展,光能截获率增大,Pn、光合关键酶活性及叶绿素含量提高,群体干物质积累量及干物质向籽粒中的分配比例增大,进而显著提高了产量,错株种植较对株种植2个品种平均增产3.8%—6.1%。错株种植在保证群体数量的前提下削弱了群体内个体植株间对光温资源的竞争,保证玉米个体发育潜力的充分发挥,使玉米群体与个体协调发展。【结论】错株种植能显著改善群体冠层结构,优化群体的光照条件,增强其光合性能及物质生产能力,提高玉米产量。在本试验条件下,综合分析认为,82 500株/hm2密度条件下错株种植的模式表现最好,可为创建玉米高产栽培模式提供借鉴。
【目的】近些年来夏玉米生长期阴雨寡照时有发生,光照不足已经成为影响夏玉米生长发育的重要限制因素。本研究的目的在于探讨在高密度下,采取适当调节行距配置和覆反光膜等措施能否有效改善及优化群体冠层和内部的光环境,缓解高密度造成的遮阴加重等问题,为进一步提高玉米产量提供理论依据。【方法】于2018—2019年进行大田试验,以郑单958为试验材料,在常规密度（67 500株/hm2）和高密度（82 500株/hm2）条件下,设置3个行距配置（（60+60）cm、（80+40）cm、（100+20）cm,覆反光膜（FM）和不覆膜（NM）2个处理,研究覆反光膜和行距配置对夏玉米光能利用及产量的影响。【结果】高密度种植,玉米产量增加。密度67 500株/hm2时,“60+60”和“80+40”行距配置的产量无显著差异,但均高于“100+20”行距配置;但密度82 500株/hm2时,覆反光膜处理下“FM80+40”的行距配置能够有效改善群体内部光照环境,使光能在玉米群体冠层内的分布更加合理,显著提高干物质积累量、LAI、冠层光能截获率、Pn及叶绿素含量,2年平均产量较“FM60+60”和“FM100+20”处理提高6.6%和10.8%,在不覆膜条件下“NM80+40”处理较“NM60+60”和“NM100+20”处理增产5.8%和8.7%,且“FM80+40”处理较“NM80+40”处理增产5.1%。【结论】82 500株/hm2密度下,采用“80+40”的行距配置,辅以覆反光膜处理,可显著改善夏玉米光合特性,提高下部透射光的反光率,进而增加中下部叶片的受光,防止叶片早衰,提升光合能力,是实现夏玉米再高产较理想的栽培模式。
【目的】吐丝前高温是影响玉米雌雄穗发育的重要因素之一,对玉米产量形成至关重要。探明吐丝前高温胁迫对玉米产量及雌雄穗发育进程的影响,为玉米稳产高产提供保障。【方法】以花粒期耐热型玉米品种郑单958和热敏感型玉米品种联创808为供试材料,采用盆栽试验,在第9片叶展开期至吐丝期,移入人工智能温室进行高温胁迫（最高温度/最低温度为40/30℃）,对照的最高温度/最低温度为35/25℃,研究高温胁迫对不同耐热型玉米产量、雌雄穗生长发育及外观形态结构、花粉花丝微观结构和光合特性的影响。【结果】第9片叶展开期至吐丝期高温胁迫显著降低了夏玉米穗长、行粒数、穗粒数和粒重,进而导致产量显著下降。与对照相比,高温胁迫下郑单958和联创808行粒数分别降低22.21%和24.59%,穗粒数分别降低29.85%和27.80%,千粒重分别降低24.04%和17.47%,导致籽粒产量分别降低44.98%和40.88%,差异均达显著水平。高温胁迫抑制了2个玉米品种雌雄穗发育,雌、雄穗干重和雌穗长度显著降低,光合性能显著降低,开花吐丝间隔期（ASI）拉长。高温胁迫后,郑单958和联创808吐丝期雄穗干重分别降低39.42%和15.60%,雌穗干重分别降低22.50%和15.56%,穗位叶净光合速率分别降低48.70%和56.48%,开花吐丝间隔期（ASI）分别达7 d和6 d,雌穗吐丝时间推迟是ASI拉长的主要原因。高温胁迫对玉米花粉及花丝表面超微结构均产生了明显影响,2个玉米品种花粉粒表面均出现干缩褶皱,外壳出现网状纹突起,萌发孔内陷;玉米花丝表面褶皱,花丝毛数明显降低,且存在的花丝毛几乎全部倒伏于花丝表面上,造成花丝接受花粉面积减少,且郑单958花粉花丝受损程度明显重于联创808。【结论】第9片叶展开期至吐丝期高温胁迫,对耐热型品种郑单958的产量形成、光合特性和雌雄穗发育的影响均高于热敏感型品种联创808。第9片叶展开期至吐丝期高温胁迫导致粉花丝微观形态受损,抑制雌雄穗发育,显著降低玉米光合能力,使得穗粒数和粒重减少,籽粒产量显著降低。因此,生产中适宜玉米品种的选用需参考不同区域高温逆境易发生阶段来确定。
