綜合農(nóng)藝管理協(xié)同提升夏玉米產(chǎn)量和氮效率的栽培學(xué)途徑

綜合農(nóng)藝管理協(xié)同提升夏玉米產(chǎn)量和氮效率的栽培學(xué)途徑研究目的和意義主要研究進展取得主要成效匯報內(nèi)容玉米栽培生理生態(tài)我國糧食安全的基本要求小麥、玉米和水稻確保95%的自給100%口糧自給—水稻和小麥90%谷物自給—水稻、小麥和玉米80%糧食自給—水稻、小麥、玉米和大豆等飼料糧中國人飯碗要主裝中國糧?！把中國人的飯碗牢牢端在自己手中?！一、研究目的和意義2015年玉米生產(chǎn)概況面積（億畝）總產(chǎn)（億噸）單產(chǎn)（kg/畝）全球26.559.70365.3中國5.722.25392.9美國5.053.51693.1從2006至2016年，我國玉米成本從0.97增至近2元/公斤生產(chǎn)成本（元/公斤）勞動力占成本比例（%）機械費用（元/公斤）土地成本（元/公斤）中國2.0450.170.4美國1.424.20.210.31巴西1.164.40.210.13玉米競爭力低高產(chǎn)&高效&綠色2009-2018本試驗研究思路①優(yōu)化農(nóng)民管理，

產(chǎn)量和效率初步提高②不計成本，

挖掘產(chǎn)量潛力③進一步優(yōu)化管理，

產(chǎn)量和效率同步提高④G×M×E＋，

玉米競爭力提升夏玉米不同栽培模式設(shè)計優(yōu)化注：氮施用比例為播種、拔節(jié)和花后10天追肥的比例。施氮量試驗N0（0kg/hm2）N1（129kg/hm2）N2（184.5kg/hm2N3（300kg/hm2）二、部分研究結(jié)果綜合農(nóng)藝管理對夏玉米產(chǎn)量和氮效率的影響綜合農(nóng)藝管理對土壤特性的影響綜合農(nóng)藝管理對玉米根系特性的影響不同措施對玉米產(chǎn)量形成的影響夏玉米全程機械化高效生產(chǎn)技術(shù)集成與示范（一）綜合農(nóng)藝管理對小麥玉米周年產(chǎn)量影響2009-2015年不同處理玉米產(chǎn)量玉米產(chǎn)量①改麥套為直播、適當增加種植密度、適當晚收、改“一炮轟”為合理分次施氮。②進一步增加種植密度、晚收延長花后灌漿時間、增施有機肥、分次施氮且增加施肥量尤其是花后施氮。③培肥地力、合理密植、適當晚收、施氮量總量控制分次施用。靳立斌等，F(xiàn)ieldcropsresearch，2014OPT-1、OPT-2和HY處理的產(chǎn)量提高主要在于單位面積粒數(shù)的增加；高密度條件下，穩(wěn)定粒數(shù)、提高千粒重是進一步增產(chǎn)的關(guān)鍵。不同共性處理玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素增加光合產(chǎn)物尤其提高花后干物質(zhì)積累是產(chǎn)量提高的基礎(chǔ)。增加干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)移和分配，提高HI，即提高籽粒生產(chǎn)效率是關(guān)鍵。進一步提高玉米產(chǎn)量的策略玉米氮素效率圖2009-2015年不同處理氮素偏生產(chǎn)力平均值通過農(nóng)藝管理優(yōu)化，可以提高氮素積累量，降低籽粒氮濃度，提高氮素利用效率。HY處理高產(chǎn)低效的原因在于干物質(zhì)積累量過大導(dǎo)致氮素積累量顯著增加，NUE降低，NHI沒有顯著提高。朱昆侖等，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014通過綜合農(nóng)藝管理優(yōu)化，OPT-1、HY和OPT-2的周年產(chǎn)量較CK分別提高了19.4%，48.5%和29.8%。小麥-玉米周年產(chǎn)量OPT-2氮利用效率最高，其NPFP、氮肥回收率和氮肥農(nóng)學(xué)利用率分別比CK提高63.4%、97.8%和143.0%。即OPT-2協(xié)同提高了產(chǎn)量和N效率。周年氮素利用效率劉正等，EuropeanJournalofAgronomy，2017,84：140-151（二）綜合農(nóng)藝管理對玉米田土壤特性的影響不同處理顯著影響0-30cm土壤容重。隨生育進程，土壤容重逐漸增大。在拔節(jié)期，CK土壤容重最大，其他處理間無顯著差異。從拔節(jié)到抽雄期，HY的土壤容重提高，顯著高于CK和OPT-1。成熟期，OPT-2土壤容重顯著低于其他處理。30-90cm土壤容重相對穩(wěn)定且處理間無顯著差異。土壤容重劉正等，Scienceofthetotalenvironment，underreview土壤水穩(wěn)性團粒分布不同處理顯著影響0-60cm土層水穩(wěn)性團粒重量分布。在0-30cm土層，CK水穩(wěn)性團粒重量分數(shù)超過60%，顯著高于其他處理，HY最低；在30-60cm土層，CK重量分數(shù)下降迅速，顯著低于其他處理，OPT-1和OPT-2的最高；在60-90cm土層，各處理間無顯著差異。綜合農(nóng)藝管理對水穩(wěn)性團粒重量分數(shù)的影響土壤脲酶和蔗糖酶活性0-30cm土層中，HY和Opt-2脲酶活性最高；30-60cm土層中，CK和Opt-2脲酶活性最高；0-60cm土層中，Opt-1和Opt-2的蔗糖酶活性顯著提高。綜合農(nóng)藝管理對土壤脲酶和蔗糖酶活性的影響土壤有機質(zhì)含量土壤有機質(zhì)含量隨生育進程先上升后下降，VT達到最大值。抽雄期OPT-1、HY和OPT-2的土壤有機質(zhì)分別比CK增加10.6%、8.1%和8.8%。劉正等，F(xiàn)rontierinplantscience，2018氮、磷、鉀養(yǎng)分含量綜合農(nóng)藝管理優(yōu)化了栽培措施和肥料運籌，增加干物質(zhì)和氮磷鉀養(yǎng)分積累量，實現(xiàn)了產(chǎn)量和效率協(xié)同提高。與CK相比，Opt-2減氮18.0%，增產(chǎn)27.6-37.9%，氮、磷肥效率提高了47.5-67.6%。但Opt-2處理在花后物質(zhì)轉(zhuǎn)運和鉀素利用效率方面有待進一步提升。劉正等，植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，接收（三）綜合農(nóng)藝管理對玉米根系特性的影響根/冠比抽雄期，HY和Opt-2根冠比分別比CK高23.6%和14.5%。成熟期，N1、N2和N3的根冠比分別比N0的高15.4%、71.8%和25.6%Effectsofintegratedagronomicpracticesonroot/shootratioofsummermaize單位葉面積的根干重、根長和根系吸收面積拔節(jié)期，Opt-2的根重/葉面積、根長/葉面積、根系吸收面積/葉面積分別比CK高27.9%、11.7%、24.4%；VT時分別高36.2%、15.6%、15.2%；R3時分別高29.9%、13.9%、47.3%；R6時分別高87.0%、83.9%、124.3%。劉正等，EuropeanJournalofAgronomy，2017,84：140-151通過改麥套為直播、適當增加種植密度、調(diào)減氮肥用量、適當晚收等綜合農(nóng)藝管理，降低表層土壤容重，提高水穩(wěn)性團粒重量分數(shù)，促進根系生長，增強根系吸收性能，改善光合性能，可實現(xiàn)夏玉米的高產(chǎn)高效，即在減氮16%基礎(chǔ)上，增產(chǎn)27%、提效63%。1、施氮量對玉米產(chǎn)量和光合特性影響Grainyield(A)ofsummermaizedouble-croppedwithwinterwheat,andannualnitrogenpartialfactorproductivity(B)andnitrogenagronomicefficiency(C)asaffectedbynitrogenrate.（四）不同措施對玉米產(chǎn)量形成和氮效率的影響產(chǎn)量和氮效率當?shù)叵挠衩走m宜施氮量184.5kgha-1，過量或不足施氮量都會對葉肉細胞葉綠體超微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。施氮量不足導(dǎo)致葉綠體膜降解和基粒發(fā)育不良，施氮量過多導(dǎo)致基粒片層扭曲和間隙擴大，不利于光合作用正常進行。施氮量對玉米凈光合效率和葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響劉正等，F(xiàn)rontierinplantscience,doi:10.3389/fpls.2018.00576光合特性2、適期收獲提高玉米產(chǎn)量和氮效率隨收獲時間推遲，夏玉米產(chǎn)量顯著提高。從9月20日至10月5日，每推遲一天收獲，夏玉米籽粒產(chǎn)量增加367kgha-1，籽粒含水量降低1.2%。收獲日期從9月20日推至23日，花后氮素積累量顯著提高，而氮素轉(zhuǎn)運量無顯著改變；收獲日期從23日推至26日，氮素轉(zhuǎn)運量顯著提高。綜合考慮夏玉米產(chǎn)量、氮素積累和轉(zhuǎn)運，以及冬小麥播種，該地區(qū)夏玉米的適宜收獲日期應(yīng)以花后有效積溫達到615-710℃d為標準。有效積溫與夏玉米千粒重、氮素積累和轉(zhuǎn)運的關(guān)系劉正等，F(xiàn)ieldCropsResearch,2019,232:88-943、秸稈還田量對玉米產(chǎn)量和土壤質(zhì)地影響不同秸稈還田量對玉米和小麥產(chǎn)量的影響（2010-2018）aab產(chǎn)量玉米秸稈還田量對于土壤容重和有機質(zhì)含量的影響土壤理化特性冬小麥-夏玉米周年產(chǎn)量與VT時期土壤特性的相關(guān)性Correlationsbetweensoilcharacteristicsandgrainyieldofwinterwheat-summermaizeonVTstage.秸稈還田顯著改善土壤理化特性，平衡土壤養(yǎng)分。玉米秸稈還田量對0-20cm土層根系鮮重及干重的影響（g株-1）Effectofrootfreshmatterandrootdrymatterofsummermaizerootat0-20soillayerunderdifferentamountofstoverreturned.根系特性高飛，等.AgronomyJournal，2018不同玉米秸稈還田量對二氧化碳排放通量變化規(guī)律EffectofdifferentamountsofcornstoverreturnedtothefieldonvariationsinCO2emissionfluxesduringmaizegrowthin2016and2017.溫室氣體外排特性不同玉米秸稈還田量對甲烷排放通量變化規(guī)律EffectofdifferentamountsofcornstoverreturnedtothefieldonvariationsinCH4emissionfluxesduringmaizegrowthin2016and2017.玉米秸稈還田量對氧化亞氮排放通量變化規(guī)律EffectofdifferentamountsofcornstoverreturnedtothefieldonvariationsinN2Oemissionfluxesduringmaizegrowthin2016and2017.高飛等.Scienceofthetotalenvironment，2019夏玉米秸稈還田量及減施氮肥對周年產(chǎn)量影響Effectofdifferentamountsofstoverreturnedandreducedapplicationofnitrogenfertilizerontheannualyieldin2018.Unpublished減施氮肥的影響秸稈還田顯著增加小麥玉米周年產(chǎn)量，夏玉米秸稈全部與半量還田無顯著性差異。秸稈還田可顯著降低土壤容重，增加土壤蓄水能力，促進玉米根系生長發(fā)育。連續(xù)秸稈還田可以減少15%氮肥用量。半量還田可滿足土壤可持續(xù)生產(chǎn)能力，同時顯著減少溫室氣體外排，環(huán)境友好。青貯玉米收獲圖片可持續(xù)？（五）夏玉米全程機械化高效生產(chǎn)技術(shù)模式集成與示范2018年度，參加農(nóng)業(yè)部、山東、內(nèi)蒙及其相關(guān)市、縣玉米生產(chǎn)技術(shù)培訓(xùn)23次，培訓(xùn)基層農(nóng)技推廣人員和新型職業(yè)農(nóng)民2000余人次。玉米生育期間，進行技術(shù)調(diào)研和指導(dǎo)20余次。2018年，山東省岱岳區(qū)夏玉米綜合農(nóng)藝管理高產(chǎn)高效生產(chǎn)技術(shù)模式示范田機械粒收產(chǎn)量達到897.3kg/畝。董樹亭、張吉旺等.山東省地方標準《夏玉米精量直播晚收高產(chǎn)栽培技術(shù)規(guī)程》（DB37/T2742-2015）地方標準三、取得的階段性成果培養(yǎng)研究生8名；制定山東省地方標準1項，推薦農(nóng)業(yè)部和山東省農(nóng)業(yè)主推技術(shù)各1項；副主編著作1部；發(fā)表論文25篇，其中，SCI收錄19篇，第1標注15篇；建設(shè)高標準示范田2個。夏玉米精量直播晚收高產(chǎn)栽培技術(shù)主推技術(shù)張吉旺副主編.黃淮海營養(yǎng)與施肥副主編著作1部發(fā)表論文[1]FeiGao,BinLi,BaizhaoRen,BinZhao,PengLiu,JiwangZhang?.Effectsofresiduemanagementstrategiesongreenhousegasesandyieldunderdoublecroppingofwinterwheatandsummermaize.Scienceofthetotalenvironment,/10.1016/j.scitotenv.2019.06.146[2]ZhengLiu,JiaGao,FeiGao,PengLiu,BinZhao,JiwangZhang?.Lateharvestimprovesyieldandnitrogenutilizationefficiencyofsummermaize.FieldCropsResearch,2019,32:88-92[3]劉正,高佳,高飛,董樹亭,劉鵬,趙斌,張吉旺*.Integratedagronomicpracticesmanagementimproveyieldandnitrogenbalanceindoublecroppingofwinterwheat-summermaize.FieldCropsResearch，2018,221:196-206.（第1標注）[4]劉正,高佳,高飛,董樹亭,劉鵬,趙斌,張吉旺*.PhotosyntheticCharacteristicsandChloroplastUltrastructureofSummerMaizeResponsetoDifferentNitrogenSupplies.FrontiersinPlantScience，F(xiàn)rontiersinPlantScience，doi:10.3389/fpls.2018.00576.（第1標注）[5]ZhengLiu,KunlunZhu,ShutingDong,PengLiu,BinZhao,JiwangZhang*.Effectsofintegratedagronomicpracticesmanagementonrootgrowthanddevelopmentofsummermaize.EuropeanJournalofAgronomy,2017,84:140-151.(第1標注)[6]BaizhaoRen,JiwangZhang,ShutingDong,PengLiu,BinZhao.Regulationsof6-Benzyladenine(6-BA)onleafultrastructureandphotosyntheticcharacteristicsofwaterloggedsummermaize.JournalofPlantGrowthRegulation,2017.36.743-754(第1標注)[7]BaizhaoRen,YulingZhu,JiwangZhang?,ShutingDong,PengLiu,BinZhao.Effectsofsprayingexogenoushormone6-benzyladenine(6-BA)afterwaterloggingongrainyieldandgrowthofsummermaize.FieldCropsResearch,2016,188,96–104.（第1標注）[8]BaizhaoRen,JiwangZhang?,ShutingDongetal.Rootandshootresponsesofsummermaizetowaterloggingatdifferentstages.AgronomyJournal,2016,108:1-10.（第1標注）[9]HaiyanCui,JamesJCamberato,LibinJin,JiwangZhang?.Effectsofshadingonspikedifferentiationandgrainyieldformationofsummermaizeinthefield,InternationalJournalofBiometeorology,2015,59,1189-1200.（第1標注）[10]BaizhaoRen,YulingZhu,JiwangZhang*,ShutingDong,PengLiu,BinZhao.Effectsofsprayingexogenoushormone6-benzyladenine(6-BA)afterwaterloggingongrainyieldandgrowthofsummermaize.FieldCropsResearch,2016,188:96-104.（第1標注）[11]BaizhaoRen,JiwangZhang*,ShutingDong,PengLiu,BinZhao.Effectsofwaterloggingonleafmesophyllcellultrastructureandphotosyntheticcharacteristicsofsummermaize.PlosOne,2016,11(9):e0161424.（第1標注）[12]BaizhaoRen,JiwangZhang*,ShutingDong,PengLiu,BinZhao.Rootandshootresponsesofsummermaizetowaterloggingatdifferentstages.AgronomyJournal,2016,108:1060-1069.（第1標注）[13]Y.J.Dong,M.R.He,Z.L.Wang,J.Hou,X.K.Qiu,J.W.Zhang*.Effectsofnewcoatedreleasefertilizeronthegrowthofmaize.JournalofSoilScienceandPlantNutrition,2016,16(3),637-649.（第1標注）[14]BaizhaoRen,WeiLiu,JiwangZhang,ShutingDong,PengLiu,BinZhao.Responsesofnitrogenmetabolism,uptakeandtranslocationofmaizetowaterloggingatdifferentgrowthstages.FrontiersinPlantScience,2017,8,12-16（第2標注）[15]BaizhaoRen,WeiLiu,JiwangZhang,ShutingDong,PengLiu,BinZhao.Nitrapyrinimprovesgrainyieldandnitrogenuseefficiencyofsummermaizewaterloggedinthefield.AgronomyJournal,2017.109.185-192（第2標注）[16]BaizhaoRen,WeiLiu,JiwangZhang,ShutingDong,PengLiu,BinZhao.Effectsofplantdensityonthephotosyntheticandchloroplastcharacteristicsofmaizeunderhigh-yieldingconditions.TheScienceofNature,2017.12.104（第2標注）[17]BaizhaoRen,HaiyanCui,JamesJ.Camberato,ShutingDong,PengLiu,BinZhao,JiwangZhang*.Effectsofshadingonthephotosyntheticcharacteristicsandmesophyllcellultrastructureofsummermaize.TheScienceofNature,(2016)103:67.（第2標注）[18]B.Ren,J.Zhang*,S.Dong,P.Liu,B.Z