超高產(chǎn)春玉米根冠結(jié)構(gòu)、功能特性及農(nóng)藝節(jié)水補(bǔ)償機(jī)制研究.pdf

1、內(nèi)蒙古平原灌區(qū)是我國玉米高產(chǎn)潛力最大的地區(qū)，玉米超高產(chǎn)紀(jì)錄不斷刷新；目前限制產(chǎn)量進(jìn)一步提高的主要問題：一是小面積上的高產(chǎn)紀(jì)錄重演性差，在大面積上難以實(shí)現(xiàn)，且高產(chǎn)紀(jì)錄突破難度不斷增加：二是高產(chǎn)優(yōu)勢(shì)區(qū)水資源短缺，且水資源利用效率不高。問題的實(shí)質(zhì)是玉米實(shí)現(xiàn)超高產(chǎn)的機(jī)理和超高產(chǎn)條件下水分高效利用途徑不明確。本研究以進(jìn)一步挖掘玉米高產(chǎn)潛力和提高超高產(chǎn)玉米水分利用效率為目標(biāo)，在不同產(chǎn)量水平、不同密植定額和不同節(jié)水措施條件下，對(duì)超高產(chǎn)春玉米根冠結(jié)構(gòu)、

2、功能特性進(jìn)行系統(tǒng)研究，并結(jié)合超高產(chǎn)群體產(chǎn)量性能分析，揭示春玉米實(shí)現(xiàn)超高產(chǎn)的機(jī)理和產(chǎn)量挖潛的途徑，探索建立超高產(chǎn)和水資源高效協(xié)調(diào)的技術(shù)途徑。主要研究結(jié)論如下： 1.超高產(chǎn)春玉米產(chǎn)量提高實(shí)質(zhì)上是密度（EN）增加促使單位面積上總籽粒數(shù)（TGN）增加的結(jié)果。TGN的提高：一是通過增加密度提高單位面積收獲穗數(shù)（EN），二是通過采用多花型品種和提高小花受孕率提高穗粒數(shù)（GN）實(shí)現(xiàn)。相關(guān)分析表明，平均凈同化率（MNAR）通過影響穗粒數(shù)（GN）

3、間接影響產(chǎn)量提高，說明通過優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)，提高個(gè)體光合生產(chǎn)性能是產(chǎn)量潛力挖掘的重要途徑。產(chǎn)量性能定量化分析表明，超高產(chǎn)春玉米安全群體的平均葉面積指數(shù)（MLAI）值為5左右；中大穗型品種應(yīng)保持適宜密度，控制營養(yǎng)生長并加強(qiáng)花粒期管理，減少生長冗余、提高收獲指數(shù)、增加粒重是其產(chǎn)量提高的主要途徑；中小穗型品種耐密性較強(qiáng)，可以依靠密度增加產(chǎn)量，但密度不宜超過90000穗/h㎡，生產(chǎn)上要優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)水肥管理，抗倒防衰，提高結(jié)實(shí)率和穗粒數(shù)，穩(wěn)定千

4、粒重。 2.超高產(chǎn)春玉米根冠結(jié)構(gòu)、功能特性具體表現(xiàn)為：群體冠層LAI增大，個(gè)體株型相對(duì)緊湊，上部葉片葉傾角和葉面積明顯減小，下部葉片葉傾角略有減小且葉片面積較大，因而冠層在截獲更多PAR的同時(shí)優(yōu)化了冠層整體垂直空間上的光分布狀態(tài)；使穗位及穗位以上葉片Pn和WUE顯著提高，而穗位下部葉片不降低。超高產(chǎn)春玉米個(gè)體根系生物量略有減小，但群體生物量顯著增加；根系生物量、總活力和活躍吸收面積橫向分布相對(duì)集中，垂直方向上向土壤深層擴(kuò)展比例增

5、加。超高產(chǎn)春玉米群體“源”明顯擴(kuò)大，但“庫”降低成為產(chǎn)量進(jìn)一步提高的限制因子，采用耐密品種，減少敗育粒，提高結(jié)實(shí)率，穩(wěn)源擴(kuò)庫，協(xié)調(diào)源庫比例，是超高產(chǎn)春玉米結(jié)構(gòu)性挖潛的重要途徑；而穩(wěn)定植株下部葉片生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上，提高植株穗位以上葉片的光合效率將成為產(chǎn)量挖潛中功能性挖潛的重要途徑。 3.超高產(chǎn)春玉米在密度增加過程中，生育后期葉片特別是穗位層以下葉片的衰老加快，光合性能和光化學(xué)效率降低，吐絲后LAD比例降低，不利于花后物質(zhì)積累和產(chǎn)量

6、的提高。但超高產(chǎn)春玉米可以通過自動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)償密度增加產(chǎn)生的不利影響，其群體冠層通過提高穗位層以上冠層的LAI彌補(bǔ)個(gè)體葉面積的降低；其個(gè)體通過自動(dòng)調(diào)節(jié)中上部葉片的角度和彎曲度而相對(duì)緊湊使葉片處于較佳的受光位置，超高產(chǎn)玉米棒三葉上部葉葉傾角在高密度壓力下小于20°，棒三葉葉傾角25°～35°之間，而棒三葉下部葉葉傾角為35°左右；隨著密度的增加，根系的干物質(zhì)量、總活力和活躍吸收面積橫向分布趨于集中，垂直方向上向耕層以下的深層擴(kuò)展比例增加。大穗

7、型品種自動(dòng)調(diào)節(jié)能力差，密度過高產(chǎn)量降低，中小穗型品種則在密度增加過程中表現(xiàn)較強(qiáng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)適應(yīng)能力。根冠關(guān)系分析表明，根系分布越集中，在深層土壤中分布比例越大，株型越緊湊。因而，超高產(chǎn)條件下通過增加群體容量提高中上層葉片LAI，進(jìn)而提高光能截獲和利用率，同時(shí)提高深層根量和吸收面積比例，可以促進(jìn)產(chǎn)量和水資源利用效率的提高。 4.行間覆膜通過調(diào)節(jié)中上部葉片改善PAR在穗位層及下層的分布，同時(shí)提高葉片保護(hù)酶系統(tǒng)活性，提高中上部葉片在強(qiáng)光

8、下的抗氧化能力并延緩下部葉片衰老；同時(shí)，行間覆膜明顯提高玉米植株根系的生物量、總活力和總活躍吸收面積；橫向上顯著提高根系在寬行的分布量，擴(kuò)大吸收的范圍，縱向上提高根系生物量和總活躍吸收面積在耕層以下的分布比例。行間覆膜通過增加穗位上部冠層的LAI增加后期冠層的LAI，使超高產(chǎn)群體花后LAD比例和花后干物質(zhì)積累比例顯著增加，同時(shí)行間覆膜使子?！皫烊荨憋@著增大，群體“源庫”協(xié)調(diào)，其增產(chǎn)作用始于營養(yǎng)生長和生殖生長并進(jìn)時(shí)期，主要體現(xiàn)在生育后期。

9、行間覆膜通過橫向水分運(yùn)移使玉米根系長期生長在土壤含水量相對(duì)較高的區(qū)域，通過提高降水和灌溉水利用效率顯著提高水分利用效率。 5.調(diào)虧灌溉使冠層和根系生長表現(xiàn)為明顯的超補(bǔ)償效應(yīng)。各生育時(shí)期調(diào)虧復(fù)水后，葉面積皆明顯增加，保護(hù)酶系統(tǒng)活性提高，各層葉片衰老進(jìn)程延緩，花后葉片光合效率和水分利用效率顯著提高，棒三葉上部葉片光合超補(bǔ)償優(yōu)勢(shì)明顯，下層葉片則在水分利用效率上體現(xiàn)超補(bǔ)償優(yōu)勢(shì)；苞葉、葉鞘等非葉光合器官對(duì)產(chǎn)量的相對(duì)貢獻(xiàn)在調(diào)虧灌溉下更加突出