論玉米優質高產的新舉措
——提高光能利用率是玉米優質高產的主攻方向

張 娟，劉傳玉，寧志強，張廣鑫，趙 強，黎 慶，宋繼富

(1.黑龍江省科學院高技術研究院，哈爾濱 150020； 2.黑龍江省科學院石油化學研究院 ，哈爾濱 150040)

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論玉米優質高產的新舉措
——提高光能利用率是玉米優質高產的主攻方向

張 娟1,2，劉傳玉1,2，寧志強1,2，張廣鑫1，趙 強1,2，黎 慶1,2，宋繼富2

(1.黑龍江省科學院高技術研究院，哈爾濱 150020； 2.黑龍江省科學院石油化學研究院 ，哈爾濱 150040)

本文將根據玉米的生理特性，從理論到實踐提出新觀點，提高光能利用率是玉米優質高產的主攻方向。盡量減少化肥用量，使其達到最佳的合理用量，減少污染，實現農業可持續發展。

玉米；化肥；光能利用率；高產；隆墾速效硅；經濟效益

玉米是世界三大主要糧食作物之一，在我國玉米的種植面積和產量僅次于水稻和小麥。經調查，我國目前玉米高產攻關，在施肥方面的主要措施仍是增施化肥。化學肥料對提高農業產量起著重大作用。若按每公頃耕地的化肥消耗量計算，我國比世界平均消耗量高2.6倍，比發達國家高2.1倍。長期過量施用化肥，會造成土壤物理性質惡化、肥力下降、土地板結、肥效降低，反過來又促使施用量的增加，使農產品的成本增加，出現報酬遞減，并造成對環境及農業的污染，不利于實現農業的持續發展。

1 現玉米施肥情況的初步考察結果

數據來源于2008年對黑龍江農墾總局部分農場的考察，計量單位kg/hm2。

1.1 曙光農場

底肥:二胺150kg，鉀肥190kg。底肥合計340kg。

追肥:尿素240kg。

1.2 共青農場

底肥:玉米復合肥300kg，尿素180kg。

效果:抽雄齊、支持根發達。

1.3 名山農場

底肥:380kg，漢楓復合肥，無追肥。

噴:6 000mL隆墾速效高硅葉面肥(一遍)。

效果:好。葉片直上挺拔、濃綠、支持根發達、活桿成熟。

1.4 寶泉嶺農場23隊

底肥:300kg復合肥，無追肥。

噴:2遍隆墾速效高硅葉面肥6 000mL/次。

效果:好。抽雄快、稈粗壯、濃綠、支持根發達。

1.5 友誼1分場(高產攻關田)

底肥:尿素50kg，二胺150kg，硫酸鉀50kg，硫酸鋅20kg，底肥總計270kg。

追肥:尿素320kg。

噴:3次葉肥磷酸二氫鉀，封壟前。另外，隨航化防病還加磷酸二氫鉀。

1.6 853農場

底肥:二胺180kg，尿素105kg，氯化鉀75kg，底肥合計360kg。

表1 部分農場施肥情況考察表Tab.1 Fertilization survey of part of the farm

2 化肥大量使用和濫用的危害

目前，我國化肥年使用量達4 124萬t，如表1統計，有很多已達500kg/hm2以上，遠遠超過發達國家防止化肥對水體的污染而設置的225kg/hm2的安全上限(比世界平均消耗量高2.6倍，比發達國家高2.1倍)。

表2 世界與中國化肥施用量 單位:萬tTab.2 Chemical fertilizer application of China and other countries unit: million t

另外，不科學地使用化肥也造成用量加大和土壤板結，如為了解決玉米缺鋅問題，有的用戶將底肥中硫酸鋅和二胺同時使用，下面的反應必然發生:

ZnSO4+(NH4)2HPO4+H2O→Zn3(PO4)2·4H2O↓

其結果不但導致鋅利用率降低，同時還造成磷素的固定，使土地板結。

3 玉米光和器官與光和作用的特點

玉米屬C4作物，玉米葉片橫斷面上有“光環狀解剖結構”即維管束鞘細胞含有較大的葉綠體，且胞間空間小，葉脈多。能固定二氧化碳，抑制光呼吸。因此，玉米二氧化碳補償點為零。玉米的光補償點也低，而玉米的光飽和點很高，因此，玉米的凈同化率高，最多可達52g/m2·d，而水稻為12～16g/m2·d，大豆8.3 g/m2·d。

由以上特點看出，增強光和作用，提高光能利用率是玉米增產的主導方向，潛力很大。

4 提高光能利用率是我國玉米增產的主導方向

調節作物光合效率是衡量作物產量上限的關鍵，一般從以下幾方面著手:

A.培育光合效率高的新品種。

B.合理施肥、灌水，充分滿足各生育期對外界條件的要求。

C.提高群體光能利用率。

這正是本文論述的要點，硅能顯著提高玉米光能利用率，下文將重點論述。

5 玉米是喜硅作物，硅素能顯著提高玉米光能利用率

5.1 玉米是喜硅作物之一[1-4]

人們一提到喜硅作物，就指水稻或麥類，個人認為，這些說法存在某些片面性。隨著農業科技的發展，近幾年，我們從理論到實踐都充分證明玉米、甜菜等也是喜硅作物，本文將重點探討玉米是喜硅作物。

從已有資料數據看玉米含硅量:

表3 部分作物含硅量(%)Tab.3 Silicon content of some crops(%)

表4 幾種作物不同部位含硅量(SiO2%)Tab.4 Silicon content of different parts of crops(SiO2%)

由表3中數據看出，玉米秸稈中SiO2含量比麥類低，但差別不大。由表4中看出玉米莖稈中SiO2含量與麥類相當，與水稻比，玉米整體各部位SiO2含量比水稻低，但莖稈中SiO2含量與水稻相當。

由作物的生物產量比較看玉米生長與硅素的關系:

表5 幾種作物的生物產量比較表(概算)Tab.5 Comparison of biological yield of severalcrops (budget estimate)

根據表5的概算，可以清楚地看到，玉米的生物產量相當于小麥的2.5倍，相當于水稻的1.5倍，即使根據表3數據玉米單位重量的秸稈中SiO2的百分含量比麥類低，但因生物產量幾乎是麥類的2.5倍，所以說單位面積總需硅量玉米比麥類大的結論是成立的。也就是說玉米是僅次于水稻的喜硅作物。

5.2 硅素可以顯著提高玉米光能利用率

5.2.1 硅素可以增加玉米葉面積指數，增加群體光合作用

葉面積指數=總葉面積/土地面積

硅素是植物細胞壁的重要組分，硅與植物體內的果膠酸、多醛糖酸、糖脂等物質結合，形成穩定性強、溶解度低的單硅酸及多硅酸復合物沉積在木質化細胞壁中，也進入中膠層。葉片中硅不僅在表皮細胞內，而且還沉積在細胞外，其上再覆蓋很薄的角質層，形成角質—硅雙層結構。

試驗、示范現象表明，玉米施硅后，葉片挺拔，夾角收斂，變小。玉米吸足硅后，葉片的頂尖在中午陽光下依然直立，我們形象的喻為“狼耳現象”，而有些直立葉片型玉米，由于葉片硅素不足，雖然葉片上沖，但葉尖依然下垂，形象的喻為“狗耳現象”。

玉米噴施硅后，葉片上挺，夾角收斂，可以增加葉面積指數進而提高光合產物的數量。另外，玉米莖稈粗壯，葉片上挺，有利于合理密植，密植是增加單產的重要措施，光合作用的二氧化碳主要是來自大氣中，大氣中二氧化碳濃度為0.03%，葉片上挺后，通風好，能使群體二氧化碳濃度處于正常水平，有利于群體光合作用。

5.2.2 硅素能增加玉米光合勢

光合勢是指在某一生育期間或整個生育期內作物群體綠葉面積的和數，即每日綠葉面積的累加。

光合勢與干物質積累呈正相關。

實踐表明，玉米噴施硅素后，能明顯使葉片晚衰，新葉成長，老葉晚衰，達到活稈成熟。如在名山農場等示范地，噴施硅肥的玉米，棒子收獲，玉米稈和葉依然嫩綠，可作青儲飼料。綠葉晚衰，光合勢增大，光合作用的產物必然增加，所以說硅素能通過增加玉米光合勢而增產。

5.2.3 硅能調節植物的光合作用

據報道，植物葉片的硅化細胞對于散射光的透過量為綠色細胞的10倍，故能增加光合吸收，從而促進光合作用。

以上幾個方面，從理論上探討了硅素為什么能顯著提高玉米光能利用率，進而達到增產、增收的目標。事實上，2年多來在農墾總局作了大量試驗示范，凡噴施隆墾速效液態硅肥的地塊，無一例外的有明顯增產效果，詳見報告。

6 硅素對玉米的其他作用

作物獲得增產、增收，多種因素都要處于最佳狀態，相互協調。

6.1 硅素能使玉米抗倒伏

在莖和葉鞘中硅主要存在于外表皮、維管束及厚壁組織的細胞壁中，根部的硅多在表皮細胞中，因此硅能促使玉米莖稈生長健壯，抗倒伏。大量試驗示范結果表明，噴施隆墾速效液態硅肥玉米明顯增強抗倒伏能力。

6.2 硅素能增強作物抗病能力

植物中許多寄生性真菌都是通過表皮細胞滲入其寄主中。硅在葉片、莖稈上形成角質—硅雙層結構，可以造成一種機械屏障以防止真菌及昆蟲或幼蟲滲入。

試驗證明，硅素對玉米的黑粉病、玉米螟等有很好的預防效果。

6.3 硅素能調節作物蒸騰作用，增強抗旱能力

缺硅時，植物水分蒸騰作用力強，是缺硅植物產生凋萎的主要原因，在大氣濕度較低時尤為明顯。充足的硅可以加厚細胞壁、減輕植物的凋萎，降低水分或水氣的滲透。

上文提到，噴施硅的玉米，在陽光充足的中午仍有明顯的“狼耳現象”，說明硅素的作用。2007年黑龍江大旱，噴硅的試驗田仍增產超過10%，可見硅素能增加玉米抗旱能力。

6.4 活稈成熟，可節省專用青儲飼料地

在正常條件下，施硅素可使玉米早熟5～7d，可使莖葉晚衰，即活稈成熟。在玉米成熟收獲時，莖葉依然鮮活嫩綠，依然可以做青儲飼料。這項作用，可以為農業節省大量青儲飼料用地，提高土地利用率，為農業增加收入及持續發展做出重要貢獻。

2008年在寶泉嶺局名山農場做4hm2示范地，噴一次(400mL/667m2)隆墾速效液態硅肥，9月17日玉米已成熟，莖葉仍然嫩綠，每坰地莖稈按青儲飼料已出售，1 000元/hm3，實現雙豐收，值得推廣。

7 實施方案及經濟分析

依據前面的理論探討和大量的試驗、示范數據，提出玉米高產攻關的全新方案。

7.1 方案實施的依據

7.1.1 玉米積累氮、磷、鉀的動態

據研究報道:氮素播種后1個月的玉米積累氮素僅2%，孕穗期達1/3，開花期氮的積累可達總需氮量1/2以上，其余在吐絲、灌漿到成熟期吸收。氧化鉀苗期可吸收3%，孕穗期達70%以上，開花期鉀的積累達高峰。五氧化二磷，苗期積累量不過1%，孕穗期達46%，開花期可達65%，其余1/3在成熟期吸收。

根據以上玉米吸收氮、磷、鉀的規律，人們要一次性地將氮、磷、鉀施入基肥或按現在的常規措施，在封壟時將尿素一次性追入，肥料在土壤中殘留被固定、淋失，揮發損失將相當嚴重，不僅造成肥料的浪費，土壤和環境污染，到后期還會造成玉米脫肥，是不科學的。據報道，目前施肥方法，氮的淋失和揮發損失為20%～57%，磷當季利用率僅為15%～25%，鉀的利用率為40%～60%。

由上面數據看出，我們不采取新的施肥措施，很難將施肥量降下來，也很難走出誤區。

7.1.2 我國目前農業化肥施用量已嚴重超算，必須降下來

一般來說，植物吸收的氮約有30%～60%，磷約有50%～70%，鉀約有40%～60%來自土壤，人們的施肥僅是補充土壤中的不足。

由前面表1、表2數據看出，我國單位面積化肥用量已超過世界平均值的2倍，已經產生了對土地污染、板結，對下水污染，出現了對生態環境的破壞，已顯現出“報酬遞減”。我們應大呼:“中國農業化肥施用量必須降下來！”

7.1.3 正確認識植物根系吸收與葉部吸收營養的關系

利用現代化農業手段，將部分地下施肥轉移到地上，可以大大提高肥料利用率，減少總化肥施用量。植物除了通過根系吸收養分之外，還能利用葉片吸收養分，研究表明，葉片吸收養分的形態和根系相同，吸收養分的機理與根系相似。

除了微量元素適合葉面噴施外，部分大量元素也適宜葉面噴施，如:KH2PO4已在航化中較普遍噴施；中量元素硅，隨著水溶態硅的出現，采用航化葉面噴施，也取得了滿意的效果。

7.2 實施方案

葉面噴施三次，取消追肥，底肥減少20%～30%。

效果:增產10%～15%，實現總產11～12t/hm2，用戶凈增收130～180元/667m2。

7.3 實施方案的技術經濟分析

7.3.1 在拔節到抽雄期之間共噴施三遍隆墾速效高硅葉面肥共1.2L，合24元/667m2。配套增效劑合30元/667m2，共投入54元/667m2。

7.3.2 根據當前玉米平均施化肥量:

a.底肥23～25kg/667m2，平均24kg/667m2。b.追肥10～20kg/667m2，平均15kg/667m2。c.硫酸鋅，1kg/667m2。

7.3.3 減少化肥用量，節省投入:

a.底肥18kg減少25%，即6kg，合21元/667m2。b.追肥不用，減少15kg，合30元/667m2。c.硫酸鋅不用，減少1kg，合5元/667m2。共計減少化肥投入56元/667m2。

由上面數據看出，隆墾速效液態硅肥的投入與化肥用量減少所節省的錢，二者相當。即本方案隆墾速效液態硅肥不用花錢施用，未增加新的投資。

7.3.4 直接經濟效益

用戶實現增產，增產率10%～15%，在其他配套條件協調正常前提下，實現高產11～12t/hm2，用戶凈增收130～180元/667m2。

7.3.5 社會效益與環境效益

減少化肥總用量200kg/hm2以上，減少化肥對土地、地下水、空氣的污染，有利于農業持續發展，提高玉米質量，有利于打入國際市場，綜合效益提高，農戶明顯增收，增加務農的積極性。

7.3.6 配套農機措施

因噴施第三遍時，玉米快要抽雄，因此必須有高噴措施:

A．航化。B．采用高噴機，現在農墾體系內進口或自制高噴機已經問世，根據農藝的需要，必將帶動農機的發展。[方案2]略

8 試驗、示范情況

通過2007年在農墾牡丹江分局856分公司，紅興隆分局852農業科研站，密山市農業技術推廣中心試驗站進行的試驗[1-3]。隆墾速效液態硅肥2遍共400mL，平均增產9.4%。

2008年在農墾紅興隆分局友誼農場一分廠，紅興隆分局853農場林業三連等作的示范“底肥、追肥、隆墾速效液態硅肥對玉米產量影響的調查報告”[4]。處理無底肥、無追肥，在拔節到抽雄期間噴施3次隆墾速效液態硅肥，噴施量1 000mL/667m2，產量最高，達736kg/667m2(11t/hm2)，比有底肥、追肥，未噴施隆墾速效液態硅肥的處理3增產14.6%，比有底肥、有追肥，在拔節初期噴一次隆墾速效液態硅肥400mL/667m2的處理2增產5.6%，處理2比處理3增產9%。

為了穩妥，我們雖然暫不按處理1去推廣，但由上面的示范結果充分說明硅對減少化肥總用量實現玉米增產、增收起到重要作用。

9 結論與討論

A.玉米是C4植物，光補償點低，光飽和點高，凈同化率高，因此提高光能利用率是玉米優質高產的主攻方向。

B.玉米是喜硅作物，硅素能通過增加玉米葉面積指數，增加玉米光合勢，硅化細胞能增加散射光透過量來調節玉米光合作用，能明顯提高玉米光能利用率。

C.隆墾速效液態硅肥，含有高濃度的水溶態有效硅，葉面吸收效率高，適宜做玉米的葉面噴施，滿足玉米對有效硅的需求。

D.調查表明，我國目前農業化肥施用量已嚴重超標，達到世界(單位面積)平均用量的2倍多，已開始出現“報酬遞減”，并對土地、水、空氣造成污染，為實現農業可持續發展，必須下決心把化肥總用量(單位面積)減下來。

E.通過拔節到抽雄期，噴施三次隆墾速效液態硅肥及其配套的增效劑，可取消目前的玉米追肥，底肥用量減少20%～30%，將會產生明顯的經濟效益和社會效益。

a.用戶未增加新投入，即隆墾速效液態硅肥加增效劑的花費與減少追肥、底肥節省的資金相當，免費施用隆墾速效液態硅肥。

b.新方案可使玉米增產10%～15%以上，在保證肥水協調下，可適當密植，產量可達11～12t/hm2。

c.用戶不增加新投入，增收可觀130～180元/667m2。

d.單位面積化肥總用量可減少40%以上，接近世界水平，可減少對土壤理化性能的破壞，減少對水、大氣的污染。

9.6 討論

A.走出對葉面肥看法的誤區，葉面肥市場有幾百種，人們認為噴葉面肥不好也不壞，作用不大；還有人認為，葉面肥適合噴微量元素。實際上，正確認識葉面吸收與根部吸收的關系，葉面噴施也同樣適宜，大量元素和中量元素，對增產起到重要作用。

B.喜硅作物需吸收的是“有效硅”，即水溶態的硅，不要把肥料的“硅含量”和“有效硅”混淆。

C.農技促進農機發展。玉米秸稈很高，噴施第二、第三次時，玉米已長高1m以上，必須有高噴機。現代化的高噴機，也有應用的局限性，進口高噴機價格太貴，而促進生產、簡單實用且價格較低的高噴機，在寶泉嶺局已有人用土法改造成功，價廉適用，只要適當改進就可批量生產，成為一類新農機。

D.硅素的吸收量與玉米增產率的關系值得探討

試驗表明，同其他營養元素一樣，在玉米吸硅量未達到飽和前，隨著有效吸硅量的增加，光利用率的提高，玉米增產率都呈正向關系。例如：2008年在853農場的聯網試驗中，處理1(噴2次200mL)增產3.7%，處理2(噴2次400mL)增產7.2%。在友誼農場一分廠，玉米噴3次(共1 000mL)，玉米增產率達14.6%。

另外，研究表明，各生育期的各葉光合強度，均以玉米中部的葉，特別是棒三葉為最高，對產量的形成功能最大，我們以前的試驗、示范，由于缺少高噴手段，所以對中部以上葉片未實施噴施，平均增產率在8%～10%范圍，按本方案—1，增加對中部以上葉片的噴施，增產率會明顯提高，在噴2次8%～10%增產率基礎上，再增加5%～7%是有依據的。今年在友誼農場一分廠用人工笨法實施高噴，結果增產率達14.6%，能夠說明玉米中部葉，特別是棒三葉對玉米增加光合作用強度，對產量的影響明顯。

[1] 曹翠芝，速效高硅葉面肥玉米上應用效果試驗(八五二農業科研站)[Z].

[2] 李健忠，聶春陽. 玉米應用葉面肥試驗總結[J].中國科技財富，2010，(06):310.

[3] 白曉亮，玉米速效高硅葉面肥試驗總結(密山市農業技術推廣中心試驗站)[Z].

[4] 李剛，王忠福.隆墾速效液態硅肥在玉米上應用效果試驗總結[J].農民致富之友，2013，(04):113.

New measures of high quality and high yield of maize—improving the utilization of solar energy is the main direction

ZHANG Juan1,2, LIU Chuan-yu1,2, NING Zhi-qiang1,2,ZHANG Guang-xin1, ZHAO Qiang1,2, LI Qing1,2, SONG Ji-fu2

(1. Institute of Advanced Technology, Heilongjiang Academy of Sciences, Harbin 150020, China;2. Institute of Petrochemistry, Heilongjiang Academy of Sciences, Harbin 150040, China)

Based on the physiological characteristics of corn, this paper puts forward a new view from theory to practice—improving the utilization of solar energy is the main direction of high quality and high yield of corn. It needs to minimize the amount of chemical fertilizer, achieve the best reasonable amount and reduce pollution so as to fulfill sustainable agricultural development.

Corn; Chemical fertilizer; Solar energy utilization; High yield; Quick-acting silicon for reclamation; Economic benefit

2016-09-24

張娟(1960-)，女，高級實驗師。

S

A