高效玉米種植與生長環境變量

王軍偉 裴順強

關鍵詞：玉米;栽培;氣候;環境變量

一、研究背景與意義

（一）研究背景

民以食為天，一個國家想要有所發展，那么解決糧食問題是必不可少的前提。中國是世界上人口最多的國家，也是世界上最大的發展中國家。我國雖然幅員遼闊，物產豐富總體資源占據世界前列，但因人口眾多導致人均資源不足世界平均水平線是中國的基本國情。如何解決糧食問題一直是我國經濟社會發展的重要基礎。玉米在我國有著 470 多年的栽培歷史民間又被稱之為包谷、苞米、棒子等。是我國種植僅次與 于稻、麥的糧食作物，據統計我國每年玉米的播種面積大約在 5 億畝左右。因此解決糧食問題的關鍵之一就在于玉米栽培的高產，隨著我國科 教興農的基本國策不斷推廣，玉米高產栽培技術不斷得到提高但在玉米高產栽培技術應用中也存在著不少問題。

（1）選用玉米品種品質差

播種用不同的種質，對外界自然環境的要求略有差異。選擇高產用種時，務必要考慮地方氣候特點，結合地域土壤條件，創造強環境適應能力的條件。除了影響種質高產的外部環境外，還有自身種質的差異。現在國內的玉米種子，多數抗病蟲害。抗自然災害等能力不強，一旦有突發情況出現勢必會造成玉米的大面積減產。為此，為實現玉米高產，務必要確保玉米用種品質，盡量選擇良種栽培。

（2）早期玉米田翻耕不當

就玉米而言，自身植株高大，體積較其他作物龐大。為此，生長根系的發育情況很重要。如果根系分布不均，將難以從土壤中獲取足量養分，用于滿足玉米植株頂層的營養需要。分析當前玉米根系分布不均的問題，與早期土壤翻耕不徹底，翻耕深度不夠相關。現階段，多數翻耕深度在20 cm下，這樣玉米扎根不深，營養攝取不到位，極易造成植株倒伏而影響到玉米產量和質量。

（3）玉米種植密度不合理

在玉米種植過程中，忽視品種特性，不能對種植密度進行準確測量，同樣是經常出現的影響玉米產量和質量的技術問題。一般玉米在生長過程中都會經歷一個枝繁葉茂的過程，這需要一定的生長空間，與其他農作物相比，玉米種植空間把握難度更大。如果玉米早期種植密度控制的不合理，會嚴重影響到玉米后期的生長發育，將無法使最終產量達到最高。

（二）研究意義

發展我國玉米生產，提高玉米單產水平，提高總產是解決我國各個地區玉米產需矛盾的根本途徑。長江中游具豐富的光、溫、水等適合玉米生長氣象資源的同時，由于氣象資源配置問題，玉米實際生產中會遭遇春季低溫漬澇、夏季高溫以及秋季低溫寡照等非生物逆境因素。通過播種時間的調整，可以優化調節玉米生長季節內的氣象資源分配，從而盡量避免遭遇逆境危害，提高玉米產量。增施氮肥可以提高玉米的產量，但過量施氮不僅不會提高產量，反而導致面源污染，加重環境負擔;玉米氮肥后移可以提高玉米產量，但是由于玉米追施氮肥生產成本增加，一次性施用緩/控釋肥料成為作物生產“輕簡化”的重要手段之一。覆膜具有增溫降漬的作用，緩解春季玉米低溫漬澇的問題。增加密度是玉米增產的重要手段，而優化群體結構，提高冠層光能利用，成為高密群體獲得高產的重要手段之一。

因此，本研究的意義在于：

（1）探明光、溫、水氣象要素分布特性及影響玉米產量形成的主要氣象要素，為確定我國玉米高產的最佳播期提供理論支撐;

（2）探明關鍵栽培技術措施對我國春玉米產量形成的影響規律，確立春玉米高產栽培技術，為指導玉米生產提供理論指導及技術支撐;

（3）確立水稻玉米協同發展的周年種植模式，構建春玉米和周年雙季玉米高產栽培技術體系，為本區域未來栽培種植制度的調整進行理論探索和技術儲各。

二、研究綜述

（一）氣象資源對玉米生長發育及產量形成的影響

玉米的生態適應性是指玉米生長對生態因子的響應。玉米適應性強，Leff et al，（2004）報道，從北緯50度至南緯45度均能種植玉米，我國與玉米種植范圍北起黑龍江省黑河地區（北緯530）南至海南島（北緯180）（李少昆與王崇桃，2010）。溫度、降水和光輻射是影響玉米生態適應性的主要氣象因素，主要受緯度的調節（Coe et al，1988;Yan et al，2011）。

（二）溫度對玉米生長發育及產量的影響

玉米是喜溫作物，玉米出苗、吐絲和成熟等生育進程受到溫度的調控（Iannucci etal.，2008;Donget al，2009）。Ritchie and Nesmith（1991）研究表明，溫帶地區玉米生長的生理溫度為8℃，出苗期最適溫度為25～35℃，抽雄吐絲期為25～28℃，籽粒形成灌漿期為2024℃（胡立勇，2008）。

低溫影響玉米出苗速度，延遲出苗導致爛種，影響苗期苗全苗壯（高素華，1998;王連敏，1999;史占忠，2003）。低溫延長玉米出苗至吐絲營養生長期天數，該階段平均氣溫與產量呈直線關系;而低溫延長吐絲至成熟生殖生長期天數，玉米產量與生殖生長期平均氣溫的二次方呈直線關系（張德榮等，1993;劉惠芝等，1993）。低溫主要通過影響葉片生長發育和干物質積累，影響玉米營養生長。研究表明，低溫降低玉米葉片葉綠素含量（張金龍等，2004），降低光合速率（Nie，etal，1992;Verheul，et al，1996;劉鵬等，2004）。Lafitte，et al（1997）研究表明，低溫縮短雄穗開花持續時間、推遲雌穗吐絲期，易造成花期不遇，降低結實率，減少穗粒數。吐絲期低溫抑制了雌穗分化，減少穗穎花數和穗粒數（張吉旺，2005）。灌漿期低溫逆境延長籽粒灌漿期，降低籽粒灌漿速率，致使千粒重下降，引起產量降低（于振文，2003）;同時，低溫導致胚乳細胞發育不良，胚乳數目減少，淀粉積累量降低，降低灌漿速率，縮短有效灌漿期，顯著降低粒重（張毅，1995;王偉東等，2001）。

IPPC年度報告證實（IPCC，2007），全球變暖己成為不可逆轉的趨勢，全球平均溫度上升速率為0. 074℃/l0a （1906-2005）。據預測，我國2020-2030年平均氣溫將上升1.7 ℃，2050年上升2.2 ℃（丁一匯，2006）。溫度升高可以縮短玉米營養生長期和生殖生長期天數，推進玉米完成生育進程（Cooper and Law，1978;Liu et al，2010，Hunt et al.，1991）。溫度升高影響玉米光合器官葉片的發育和數目，高溫抑制玉米葉片的生長，加速葉片后期衰老，葉面積指數顯著降低（Tollenaar and Hunter，1983;Hesketh and Warrington，1989）。

Wilson etal（1973）研究表明，溫度低于18℃或高于25 ℃顯著降低玉米葉面積指數（LAI），張吉旺（2005）通過增溫處理研究表明增溫抑制玉米葉片的生長，LAI顯著降低，而且加快光合色素分解，加快葉片衰老。高溫導致玉米葉片質膜嚴重受損（Yang，et al. 1996），質膜穩定性降低（Karim MA，etal.，1997，1999），自由基積累導致膜脂過氧化水平增高（Gong，et al，1997），進而導致玉米葉片葉綠素含量降低，降低了光合作用（Zhu，et al.，2011）o Ben-Ashen et al. C 2008）研究證明，玉米在（日/夜）35/30℃和40/35℃高溫條件下，凈光合速率比低溫條件下（日/夜）25/20℃和30/25℃低50%～60%。

玉米生殖生長期高溫顯著降低穗粒數和粒重，是導致玉米減產的主要原因。Thompson C 1996）報道，美國玉米帶生殖生長期溫度若從22℃升高到28℃，產量降低10 %;Wardlaw（19 89）研究表明，日均溫超過15℃，溫度上升1℃減產3-4%;但Muchow（1990）研究表明灌漿期溫度與玉米產量無關，生殖生長后期高溫（25.4-31 ℃）對籽粒產量無顯著影響。玉米抽雄吐絲期高溫引起雄花敗育，花粉失水干枯，活力下降;抑制雌穗分化，花絲失水枯萎，喪失生活力，造成花粉不能萌發，不能完成受精過程，導致結實率下降，減少穗粒數（Herrero and Johnson，1980;Schoper J.B.，1987;張吉旺，2005;趙飛龍，2012）。玉米灌漿期遭遇35℃高溫，會引起籽粒敗育（Jones，et al，1981）。產量構成的重要因素粒重主要由籽粒灌漿持續時間和灌漿速率決定。灌漿期溫度升高，縮短灌漿持續期，顯著降低灌漿速率，導致粒重降低（Jones，1981;Bruckner et al 1988;Wheeler，1996;Tashiro和Wardlaw 1989;Hunt等，1991）o Badu-Apraku，et al.（1983）研究證明，玉米吐絲后18d至成熟期，采用日/夜溫度（25/15℃，35/15℃，35/15℃，35/25℃）處理，隨溫度升高籽粒灌漿線性增長期逐漸縮短，粒重顯著降低;玉米授粉15 d至成熟期，用日/夜（33.5/25℃）溫度處理，灌漿速率下降，粒重降低7% （Wilhelm et al，1999）。Cirilo，et al.（1996）研究表明，光合同化物供應不足導致籽粒灌漿速率下降，有效灌漿期縮短，粒重顯著降低，是籽粒敗育的重要原因之一（Reed，et al.，1989）。夜間溫度升高縮短灌漿持續期，對穗穎花數無顯著影響，但顯著降低結實率，減少粒數（Gantarero，et al.，1999）。

玉米葉片光合作用形成的干物質是決定玉米產量的主要因素，作物生長速率及持續期和干物質向籽粒的轉運影響最終粒重的形成（Tollenaar，1977;Borras and Westgate，2006;Gambin et al.，2006，2008）。溫度影響玉米同化物積累C Nie，etal，1992）夜間溫度升高，晝夜溫差減小生物積累量減少（Peng，2004），吐絲后溫度超過31℃降低同化物向籽粒的轉運，收獲指數降低（Tashiro and Wardlaw 1991）。劉月娥（2013）研究表明，我國北方春玉米區玉米收獲指數隨緯度北移而逐漸降低，生殖生長階段溫度是影響北方春玉米收獲指數主要氣象因素之一。協調碳氮比對玉米產量形成具有重要的影響作用，高溫降低玉米籽粒淀粉含量（Keeling等，1994;Singletary等，1994），但也有研究表明，高溫對氮代謝沒有顯著的影響（Wilhelm E.P. et al.，1995）。

衡量溫度對作物生長發育的影響，不僅僅利用溫度（日最高溫、日最低溫和日均溫）作為指標，通常利用作物生長發育所需的熱量（GDD）進行表征（Craufurd etal.，1998;Bartholomew and Williams，2005）。熱量條件對于調控作物生長具有重要的意義（Dong et al.，2009）Olivier and Annandale（1998）證明作物完成不同的生育階段需要滿足對積溫需求，Wang et al.（1960）和Sacks and Kucharik（2011）等認為作物不同生育階段所需積溫是恒定的，只受作物品種控制，但大量研究證明作物不同生育階段積溫需求量具有變異性，主要受種植區域及年份的影響（Tataryn，1974;Major et al.，1983;Liu et al.，2013）。

（三）水分對玉米生長發育及產量的影響

玉米起源于熱帶、亞熱帶地區，生育期內需水量比較大（Gardiol et al.，2003;Gaoet al.，2009）。玉米不同生育階段對水分敏感度具有差異性，水分脅迫（干旱和漬澇）影響玉米生育進程及產量形成。水分脅迫導致玉米抽雄期推遲（Abrecht and Carberry，1993），推遲吐絲期和成熟期天數（Payero et al.，2006）。玉米營養生長階段的水分脅迫導致地上部生物量減少30%（Cakir，2004），吐絲后水分肋、迫導致植株衰老進程加J決，粒重降低，總生物量減少（Edmeades et a1.，1999）。己有研究表明以及水分脅迫（Edmeades et a1.，1999），都會引起收獲指數降低。

玉米孕穗期是影響玉米產量形成的關鍵時期，干旱脅迫導致玉米雄穗敗育，導致減產（鮑巨松等，1990）。白向歷等（2009）研究證明，玉米抽雄吐絲期是干旱敏感度關鍵期，影響穗數和穗粒數建成，減產最為嚴重，其次是拔節期和苗期。玉米需水量大但又不耐漬澇，在其生育期內極易受到由季風氣象引起降雨而引發的漬澇肋、迫。漬澇脅迫降低葉片葉綠素含量，光合能力降低，地上部生物量積累量減少（楊京平，1998;Ashraf and Rehman，1999;Liu，et al.，2010）。漬澇脅迫減少穗行數和行粒數，穗粒數減少，千粒重降低，導致減產（楊京平，1998）。陳國平（（1989）研究結果表明，不同時期漬澇以雌穗小花分化期單株減產最嚴重，為27.9 %，其次是拔節期和三葉期，開花后和乳熟初期漬澇未引起顯著減產。綜之，水分肋、迫的類型（干旱或漬澇）與程度以及發生時期，不同程度的影響玉米的生育進程及產量的形成（Zaidi et al.，2003;Asare et al.，2011）。

（四）光輻射對玉米生長發育及產量的影響

光是作物進行光合作用的必需氣象因素之一，影響玉米生長發育及同化物的積累與分配與生物量的積累，并最終影響籽粒產量的形成（Boote and Loomis，1991）。Brich et al. C 1998）報道，降低光合輻射50%，玉米葉片生長所需積溫增加37～50 ℃，延長營養生長期天數;提高密度降低玉米個體光合輻射截獲量，導致吐絲期推遲，營養生長期增長（Borrasa et a1.，2007）。CIMMYT研究指出，玉米產量變動80%受生育后期的光照時數和光照強度的影響。張吉旺（2005）通過遮陰降低光輻射，導致玉米LAI降低顯著，而且花粒期較低的光合輻射對LAI影響最為顯著。玉米苗期光輻射量降低會導致粒重和穗粒數的降低，穗期降低光輻射量將影響穗分化，降低穗穎花數目和結實率，顯著減少穗粒數，生殖生長期降低光輻射量引起粒重的顯著降低（張吉旺，2004）。

光輻射量對作物干物質積累具有重要作用（Muchow，R.C.，1990），當日均輻射量高于2.5 MJ m-2 d-1會引起水稻生物總量的降低（Peng，er al.，2004）o Cirilo andAndrade（1994）報道播期推遲，光輻射量減少是是造成生殖生長期生物量積累降低的原因。Tsimba，et al.（2013）播期試驗表明，光合截獲量減少和光能利用效率降低是導致后期播種地上部生物量減少。群體光能截獲量及分配對作物生長速率具有直接作用（Tollenaar and Bruulsema，1988），而干物質的轉運分配影響籽粒灌漿速率（Andrade，1996）。劉月娥研究表明，我國北方春玉米區玉米收獲指數隨緯度北移而逐漸降低，全生育期的總輻射量是影響北方春玉米收獲指數主要氣象因素之一。光合輻射降低可降低玉米幼苗C含量，在較高光強下葉片的總氮量上升（關義新等，2000）。

三、研究內容

玉米一直是重要的糧食作物和飼料作物，也是全世界產量最高的農作物，其種植面積和總產量僅次于水稻和小麥。在我國玉米的栽培歷史悠久，發展迅速，優勢明顯，生產分布廣泛，主要分布于東北經黃淮海向西南延伸的廣闊地區，在我國農業生產中的發揮著非常重要的作用，未來發展前景巨大。近年來我國糧食總產量不斷提高，玉米的種植面積和總產量持續增長，因此，在玉米生產中應加大玉米高產栽培技術的研究，有效降低種植成本，生產出更優質、高效和多產的玉米，產生更大的經濟效益，玉米栽培技術在未來有較好的推廣應用前景。想要增加栽培玉米的產量，就需要從自然環境因素和人為因素2方面綜合考慮，深入分析產生問題的原因，找到相應的解決方法，為玉米創造最適宜的生長條件，適當地進行人為的控制與改變，因地制宜研究玉米高效栽培技術。因此，本文對玉米栽培的關鍵技術、設施栽培要求以及栽培生產管理3方面采用玉米高產栽培模式進行詳細探討，以期為我國玉米栽培生產提供相關借鑒和參考。

四、研究方法

1.文獻法：通過CNKI期刊、各科相關理論著作和網上資源等途徑對相關的發展背景和理論依據等相關資料的收集、整理和進一步地分析，更好地了解國內學者們的研究現況與成果，從中得到啟發。

2.訪談法：在調查中，通過事先擬定好的開放性的問題，對被調查地進行面對面的訪談，通過與之交談的方式搜集能夠客觀反映研究對象的材料，真實把握管理方面的問題，并且通過分析提出更好的建議。

3.行動研究法。結合課題方案定期開展專題研究、課題論壇、撰寫研究反思、研究隨筆等。

五、研究結果

玉米高產栽培技術，對穩定當地糧食增產和農民持續增收，提高農業綜合生產能力，起到了推動作用，同時還能夠極大的調動當地農戶積極采用新品種、新技術的積極性，同時也是探索創新農技推廣機制的一項重要舉措。但是在具體工作過程中還存在不少突出難題，需要引起我們重視并加以解決。

近年來，隨著我國經濟水平的快速發展以及生產水平的不斷提高，人們對于農產品質量、品種、安全性的要求也越來越高。玉米作為我國種植區域較為廣泛的糧食作物，栽培技術雖然有了很大的提高，使得玉米的產量和質量均在穩步增加，甚至出現了供過于求等現象，但是現階段仍然存在一些急待解救的問題。因此，目前面對玉米栽培存在的問題應充分控制種植的各個環節，從優良品種的培育到栽培技術的創新都要采取相應的措施，加大對玉米栽培過程中影響其生長的自然環境因素以及所需的外在控制條件的研究，在傳統的化學防治基礎上進一步研究更為合理有效的生物防治防治病蟲害的方法與手段，只有配套的科學栽培技術，不斷提升玉米的栽培水平，才能生產出更優質、更高產量的玉米，進而使廣大農民獲得更大的種植經濟效益。

2020年度課題編號：ZGYGC3156 課題級別：國家級知網收錄

課題鑒定單位：中國管理科學研究院咨詢部工程技術課題管理委員會