综合农艺管理协同提升夏玉米产量和氮效率的栽培学途径

综合农艺管理协同提升夏玉米产量和氮效率的栽培学途径研究目的和意义主要研究进展取得主要成效汇报内容玉米栽培生理生态我国粮食安全的基本要求小麦、玉米和水稻确保95%的自给100%口粮自给—水稻和小麦90%谷物自给—水稻、小麦和玉米80%粮食自给—水稻、小麦、玉米和大豆等饲料粮中国人饭碗要主装中国粮?！把中国人的饭碗牢牢端在自己手中?！一、研究目的和意义2015年玉米生产概况面积（亿亩）总产（亿吨）单产（kg/亩）全球26.559.70365.3中国5.722.25392.9美国5.053.51693.1从2006至2016年，我国玉米成本从0.97增至近2元/公斤生产成本（元/公斤）劳动力占成本比例（%）机械费用（元/公斤）土地成本（元/公斤）中国2.0450.170.4美国1.424.20.210.31巴西1.164.40.210.13玉米竞争力低高产&高效&绿色2009-2018本试验研究思路①优化农民管理，

产量和效率初步提高②不计成本，

挖掘产量潜力③进一步优化管理，

产量和效率同步提高④G×M×E＋，

玉米竞争力提升夏玉米不同栽培模式设计优化注：氮施用比例为播种、拔节和花后10天追肥的比例。施氮量试验N0（0kg/hm2）N1（129kg/hm2）N2（184.5kg/hm2N3（300kg/hm2）二、部分研究结果综合农艺管理对夏玉米产量和氮效率的影响综合农艺管理对土壤特性的影响综合农艺管理对玉米根系特性的影响不同措施对玉米产量形成的影响夏玉米全程机械化高效生产技术集成与示范（一）综合农艺管理对小麦玉米周年产量影响2009-2015年不同处理玉米产量玉米产量①改麦套为直播、适当增加种植密度、适当晚收、改“一炮轰”为合理分次施氮。②进一步增加种植密度、晚收延长花后灌浆时间、增施有机肥、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、适当晚收、施氮量总量控制分次施用。靳立斌等，Fieldcropsresearch，2014OPT-1、OPT-2和HY处理的产量提高主要在于单位面积粒数的增加；高密度条件下，稳定粒数、提高千粒重是进一步增产的关键。不同共性处理玉米产量构成因素增加光合产物尤其提高花后干物质积累是产量提高的基础。增加干物质向籽粒的转移和分配，提高HI，即提高籽粒生产效率是关键。进一步提高玉米产量的策略玉米氮素效率图2009-2015年不同处理氮素偏生产力平均值通过农艺管理优化，可以提高氮素积累量，降低籽粒氮浓度，提高氮素利用效率。HY处理高产低效的原因在于干物质积累量过大导致氮素积累量显著增加，NUE降低，NHI没有显著提高。朱昆仑等，中国农业科学，2014通过综合农艺管理优化，OPT-1、HY和OPT-2的周年产量较CK分别提高了19.4%，48.5%和29.8%。小麦-玉米周年产量OPT-2氮利用效率最高，其NPFP、氮肥回收率和氮肥农学利用率分别比CK提高63.4%、97.8%和143.0%。即OPT-2协同提高了产量和N效率。周年氮素利用效率刘正等，EuropeanJournalofAgronomy，2017,84：140-151（二）综合农艺管理对玉米田土壤特性的影响不同处理显著影响0-30cm土壤容重。随生育进程，土壤容重逐渐增大。在拔节期，CK土壤容重最大，其他处理间无显著差异。从拔节到抽雄期，HY的土壤容重提高，显著高于CK和OPT-1。成熟期，OPT-2土壤容重显著低于其他处理。30-90cm土壤容重相对稳定且处理间无显著差异。土壤容重刘正等，Scienceofthetotalenvironment，underreview土壤水稳性团粒分布不同处理显著影响0-60cm土层水稳性团粒重量分布。在0-30cm土层，CK水稳性团粒重量分数超过60%，显著高于其他处理，HY最低；在30-60cm土层，CK重量分数下降迅速，显著低于其他处理，OPT-1和OPT-2的最高；在60-90cm土层，各处理间无显著差异。综合农艺管理对水稳性团粒重量分数的影响土壤脲酶和蔗糖酶活性0-30cm土层中，HY和Opt-2脲酶活性最高；30-60cm土层中，CK和Opt-2脲酶活性最高；0-60cm土层中，Opt-1和Opt-2的蔗糖酶活性显著提高。综合农艺管理对土壤脲酶和蔗糖酶活性的影响土壤有机质含量土壤有机质含量随生育进程先上升后下降，VT达到最大值。抽雄期OPT-1、HY和OPT-2的土壤有机质分别比CK增加10.6%、8.1%和8.8%。刘正等，Frontierinplantscience，2018氮、磷、钾养分含量综合农艺管理优化了栽培措施和肥料运筹，增加干物质和氮磷钾养分积累量，实现了产量和效率协同提高。与CK相比，Opt-2减氮18.0%，增产27.6-37.9%，氮、磷肥效率提高了47.5-67.6%。但Opt-2处理在花后物质转运和钾素利用效率方面有待进一步提升。刘正等，植物营养与肥料学报，接收（三）综合农艺管理对玉米根系特性的影响根/冠比抽雄期，HY和Opt-2根冠比分别比CK高23.6%和14.5%。成熟期，N1、N2和N3的根冠比分别比N0的高15.4%、71.8%和25.6%Effectsofintegratedagronomicpracticesonroot/shootratioofsummermaize单位叶面积的根干重、根长和根系吸收面积拔节期，Opt-2的根重/叶面积、根长/叶面积、根系吸收面积/叶面积分别比CK高27.9%、11.7%、24.4%；VT时分别高36.2%、15.6%、15.2%；R3时分别高29.9%、13.9%、47.3%；R6时分别高87.0%、83.9%、124.3%。刘正等，EuropeanJournalofAgronomy，2017,84：140-151通过改麦套为直播、适当增加种植密度、调减氮肥用量、适当晚收等综合农艺管理，降低表层土壤容重，提高水稳性团粒重量分数，促进根系生长，增强根系吸收性能，改善光合性能，可实现夏玉米的高产高效，即在减氮16%基础上，增产27%、提效63%。1、施氮量对玉米产量和光合特性影响Grainyield(A)ofsummermaizedouble-croppedwithwinterwheat,andannualnitrogenpartialfactorproductivity(B)andnitrogenagronomicefficiency(C)asaffectedbynitrogenrate.（四）不同措施对玉米产量形成和氮效率的影响产量和氮效率当地夏玉米适宜施氮量184.5kgha-1，过量或不足施氮量都会对叶肉细胞叶绿体超微结构产生不利影响。施氮量不足导致叶绿体膜降解和基粒发育不良，施氮量过多导致基粒片层扭曲和间隙扩大，不利于光合作用正常进行。施氮量对玉米净光合效率和叶绿体超微结构的影响刘正等，Frontierinplantscience,doi:10.3389/fpls.2018.00576光合特性2、适期收获提高玉米产量和氮效率随收获时间推迟，夏玉米产量显著提高。从9月20日至10月5日，每推迟一天收获，夏玉米籽粒产量增加367kgha-1，籽粒含水量降低1.2%。收获日期从9月20日推至23日，花后氮素积累量显著提高，而氮素转运量无显著改变；收获日期从23日推至26日，氮素转运量显著提高。综合考虑夏玉米产量、氮素积累和转运，以及冬小麦播种，该地区夏玉米的适宜收获日期应以花后有效积温达到615-710℃d为标准。有效积温与夏玉米千粒重、氮素积累和转运的关系刘正等，FieldCropsResearch,2019,232:88-943、秸秆还田量对玉米产量和土壤质地影响不同秸秆还田量对玉米和小麦产量的影响（2010-2018）aab产量玉米秸秆还田量对于土壤容重和有机质含量的影响土壤理化特性冬小麦-夏玉米周年产量与VT时期土壤特性的相关性Correlationsbetweensoilcharacteristicsandgrainyieldofwinterwheat-summermaizeonVTstage.秸秆还田显著改善土壤理化特性，平衡土壤养分。玉米秸秆还田量对0-20cm土层根系鲜重及干重的影响（g株-1）Effectofrootfreshmatterandrootdrymatterofsummermaizerootat0-20soillayerunderdifferentamountofstoverreturned.根系特性高飞，等.AgronomyJournal，2018不同玉米秸秆还田量对二氧化碳排放通量变化规律EffectofdifferentamountsofcornstoverreturnedtothefieldonvariationsinCO2emissionfluxesduringmaizegrowthin2016and2017.温室气体外排特性不同玉米秸秆还田量对甲烷排放通量变化规律EffectofdifferentamountsofcornstoverreturnedtothefieldonvariationsinCH4emissionfluxesduringmaizegrowthin2016and2017.玉米秸秆还田量对氧化亚氮排放通量变化规律EffectofdifferentamountsofcornstoverreturnedtothefieldonvariationsinN2Oemissionfluxesduringmaizegrowthin2016and2017.高飞等.Scienceofthetotalenvironment，2019夏玉米秸秆还田量及减施氮肥对周年产量影响Effectofdifferentamountsofstoverreturnedandreducedapplicationofnitrogenfertilizerontheannualyieldin2018.Unpublished减施氮肥的影响秸秆还田显著增加小麦玉米周年产量，夏玉米秸秆全部与半量还田无显著性差异。秸秆还田可显著降低土壤容重，增加土壤蓄水能力，促进玉米根系生长发育。连续秸秆还田可以减少15%氮肥用量。半量还田可满足土壤可持续生产能力，同时显著减少温室气体外排，环境友好。青贮玉米收获图片可持续？（五）夏玉米全程机械化高效生产技术模式集成与示范2018年度，参加农业部、山东、内蒙及其相关市、县玉米生产技术培训23次，培训基层农技推广人员和新型职业农民2000余人次。玉米生育期间，进行技术调研和指导20余次。2018年，山东省岱岳区夏玉米综合农艺管理高产高效生产技术模式示范田机械粒收产量达到897.3kg/亩。董树亭、张吉旺等.山东省地方标准《夏玉米精量直播晚收高产栽培技术规程》（DB37/T2742-2015）地方标准三、取得的阶段性成果培养研究生8名；制定山东省地方标准1项，推荐农业部和山东省农业主推技术各1项；副主编著作1部；发表论文25篇，其中，SCI收录19篇，第1标注15篇；建设高标准示范田2个。夏玉米精量直播晚收高产栽培技术主推技术张吉旺副主编.黄淮海营养与施肥副主编著作1部发表论文[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]刘正,高佳,高飞,董树亭,刘鹏,赵斌,张吉旺*.Integratedagronomicpracticesmanagementimproveyieldandnitrogenbalanceindoublecroppingofwinterwheat-summermaize.FieldCropsResearch，2018,221:196-206.（第1标注）[4]刘正,高佳,高飞,董树亭,刘鹏,赵斌,张吉旺*.PhotosyntheticCharacteristicsandChloroplastUltrastructureofSummerMaizeResponsetoDifferentNitrogenSupplies.FrontiersinPlantScience，FrontiersinPlantScience，doi:10.3389/fpls.2018.00576.（第1标注）[5]ZhengLiu,KunlunZhu,ShutingDong,PengLiu,BinZhao,JiwangZhang*.Effectsofintegratedagronomicpracticesmanagementonrootgrowthanddevelopmentofsummermaize.EuropeanJournalofAgronomy,2017,84:140-151.(第1标注)[6]BaizhaoRen,JiwangZhang,ShutingDong,PengLiu,BinZhao.Regulationsof6-Benzyladenine(6-BA)onleafultrastructureandphotosyntheticcharacteristicsofwaterloggedsummermaize.JournalofPlantGrowthRegulation,2017.36.743-754(第1标注)[7]BaizhaoRen,YulingZhu,JiwangZhang∗,ShutingDong,PengLiu,BinZhao.Effectsofsprayingexogenoushormone6-benzyladenine(6-BA)afterwaterloggingongrainyieldandgrowthofsummermaize.FieldCropsResearch,2016,188,96–104.（第1标注）[8]BaizhaoRen,JiwangZhang∗,ShutingDongetal.Rootandshootresponsesofsummermaizetowaterloggingatdifferentstages.AgronomyJournal,2016,108:1-10.（第1标注）[9]HaiyanCui,JamesJCamberato,LibinJin,JiwangZhang∗.Effectsofshadingonspikedifferentiationandgrainyieldformationofsummermaizeinthefield,InternationalJournalofBiometeorology,2015,59,1189-1200.（第1标注）[10]BaizhaoRen,YulingZhu,JiwangZhang*,ShutingDong,PengLiu,BinZhao.Effectsofsprayingexogenoushormone6-benzyladenine(6-BA)afterwaterloggingongrainyieldandgrowthofsummermaize.FieldCropsResearch,2016,188:96-104.（第1标注）[11]BaizhaoRen,JiwangZhang*,ShutingDong,PengLiu,BinZhao.Effectsofwaterloggingonleafmesophyllcellultrastructureandphotosyntheticcharacteristicsofsummermaize.PlosOne,2016,11(9):e0161424.（第1标注）[12]BaizhaoRen,JiwangZhang*,ShutingDong,PengLiu,BinZhao.Rootandshootresponsesofsummermaizetowaterloggingatdifferentstages.AgronomyJournal,2016,108:1060-1069.（第1标注）[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标注）[14]BaizhaoRen,WeiLiu,JiwangZhang,ShutingDong,PengLiu,BinZhao.Responsesofnitrogenmetabolism,uptakeandtranslocationofmaizetowaterloggingatdifferentgrowthstages.FrontiersinPlantScience,2017,8,12-16（第2标注）[15]BaizhaoRen,WeiLiu,JiwangZhang,ShutingDong,PengLiu,BinZhao.Nitrapyrinimprovesgrainyieldandnitrogenuseefficiencyofsummermaizewaterloggedinthefield.AgronomyJournal,2017.109.185-192（第2标注）[16]BaizhaoRen,WeiLiu,JiwangZhang,ShutingDong,PengLiu,BinZhao.Effectsofplantdensityonthephotosyntheticandchloroplastcharacteristicsofmaizeunderhigh-yieldingconditions.TheScienceofNature,2017.12.104（第2标注）[17]BaizhaoRen,HaiyanCui,JamesJ.Camberato,ShutingDong,PengLiu,BinZhao,JiwangZhang*.Effectsofshadingonthephotosyntheticcharacteristicsandmesophyllcellultrastructureofsummermaize.TheScienceofNature,(2016)103:67.（第2标注）[18]B.Ren,J.Zhang*,S.Dong,P.Liu,B.Z