典型黑土区不同保护性耕作方式对玉米生长发育及产量形成的影响

实施保护性耕作对保护东北黑土和保障国家粮食安全具有重要意义。为明确东北典型黑土区保护性耕作对玉米产量的影响及其关键因素,开展了连续3年大田定位试验,设常规垄作秸秆不还田(CK)、免耕秸秆全量粉碎覆盖(T1)、免耕留高茬全量秸秆覆盖(T2)、少耕秸秆全量条带覆盖(T3)共4个处理,分析了不同处理对土壤理化特性及玉米生长发育、产量及其构成因素的影响。结果表明,与CK相比,保护性耕作处理(T1、T2和T3)0~20 cm耕层土壤有机质含量呈增加趋势;保护性耕作显著提高了播种至出苗期耕层土壤含水量,T1、T2和T3处理分别提高7.8%~30.4%、9.0%~18.7%和17.3%~20.0%,但显著降低土壤温度,分别降低2.56~3.11℃、2.02~2.27℃、0.94~1.93℃;分别延迟玉米出苗时间5~7 d、4~6 d和2 d;T3处理3年平均出苗率较CK增加3.2%,T1和T2处理出苗率分别降低4.3%和4.7%;T1、T2和T3处理均降低了苗期株高整齐度和植株干物质积累,但T3处理降低幅度明显小于T1和T2处理,6叶期之后干物质积累降低幅度逐渐减小;T1和T2处理显著降低玉米产量,降幅分别为7.5%~15.6%和5.5%~12.9%,T3处理产量与CK差异不显著。结构方程模型(SEM)揭示,保护性耕作通过调节土壤含水量和温度,间接影响玉米出苗时间、出苗率、穗数和百粒重,进而影响产量,也可通过直接影响出苗质量和产量构成因素进而影响产量。在东北典型黑土区,少耕秸秆全量条带覆盖(T3)不仅有利于提高土壤有机质含量,而且还有利于平衡土壤水分和温度矛盾,缩短出苗时间、提高出苗质量、高产稳产,是该区域适宜的保护性耕作方式。

不同熟期玉米品种籽粒田间脱水特征差异性分析

玉米收获期籽粒含水率是影响机械粒收质量和籽粒品质的重要因素,不同熟期品种收获期籽粒含水率有差异,同时品种间熟期的差异也使其田间脱水的环境不同,造成其脱水特征难以精准比较。本研究于2018—2019年,以不同熟期玉米品种为研究对象,设置间隔约10 d的8个播期处理,播期覆盖自早春播至晚夏播,创制籽粒田间脱水的环境差异,观测籽粒含水率动态过程,分析品种之间籽粒田间脱水特征差异。结果表明,收获期籽粒含水率与品种生育期长短呈显著正相关(r=0.810^(*),2018;r=0.912^(**),2019),早熟品种收获时含水率低、晚熟品种高;生理成熟期籽粒含水率与灌浆期长短呈显著负相关(r=-0.484^(**)),早熟品种生理成熟期籽粒含水率高、晚熟品种低;籽粒生理成熟前脱水速率(r=-0.655^(**))和生理成熟后脱水速率(r=-0.492^(**))均与生育期长短呈显著负相关,表现出早熟品种籽粒脱水速率快、晚熟品种脱水速率慢的特征;籽粒生理成熟前脱水速率与生理成熟后脱水速率之间呈显著正相关(r=0.466^(**)),一般而言生理成熟前籽粒脱水速率较快的品种,生理成熟后脱水速率也较快,但是存在生理成熟前脱水速率快、生理成熟后脱水速率慢的特例品种。本研究认为生育期影响籽粒脱水速率,通常早熟品种生理成熟前、后籽粒脱水速率均较快,收获期含水率较低;晚熟品种生理成熟前、后籽粒脱水速率均较慢,收获期含水率较高;但是存在特例品种,在进行籽粒快速脱水品种的选育和筛选时应引起关注。

基于根冠协调发展的东北春玉米高产种植密度分析

植株地上部与地下部的协调是生长发育的内在需求,分析种植密度对冠根协调的影响能够为玉米增密高产理论和技术提供新的视角。本研究于2020-2021年在吉林省中国农业科学院作物科学研究所公主岭试验站进行,以郑单958和先玉335两个耐密品种为试验材料,调查了玉米关键生育时期内根系和冠层的相关指标在产量稳定区间的2个种植密度(D1:6.75万株hm^(-2);D2:9.75万株hm^(-2))下的差异。试验条件下,种植密度从D1增加到D2,玉米的单株干物质积累量、根干重等均出现显著降低,群体指标表现不同。其中,2个品种的群体籽粒产量未出现显著提升,在根系各指标达到最大值的吐丝后15 d(R2期),群体根干重、根长密度等也未出现显著提升。随着生育进程推进,玉米的冠根比呈指数函数增长(y=ae^(bx)),增加种植密度显著提高了玉米冠根比,粒根比、叶根比也增加,根系压力增大。研究结果表明,玉米根系对种植密度的响应程度与地上部存在差异,在产量水平基本相当的前提下,根系压力较小的种植密度更有利于冠根协调和合理群体的构建。

通过种植制度改革实现黄淮海北部地区玉米机械籽粒直收

【目的】机械粒收是玉米收获技术发展的方向。在“冬小麦-夏玉米”一年两季轮作种植制度下,黄淮海北部地区热量资源不足,玉米生长季节有限,收获时籽粒含水率高,难以进行机械粒收,是世界上玉米机械粒收技术应用难度最大的区域,探索玉米机械粒收的可行性对推动区域玉米生产全程机械化和玉米产业提质增效、提升竞争力具有重要意义。【方法】2016—2017年在新乡、2018年在北京分别对郑单958、先玉335、迪卡517、京农科728和丰垦139等不同熟期品种的籽粒脱水积温需求进行系统观测;利用黄淮海北部地区近10年气象数据,以冬前预留500℃·d积温为小麦适宜播期,按玉米生长季节活动积温(≥0℃)100℃为梯度,将其划分为7个积温带;将区域热量资源条件和不同品种籽粒脱水积温需求进行定量匹配分析。【结果】在玉米正常夏播条件下,随着品种熟期提早,各供试品种在黄淮海北部地区达到生理成熟并且可以实现粒收的区域逐渐向北扩展,一般比小麦适宜播期推迟5—10 d,但是区域内北端和西端的积温带Ⅰ—Ⅲ(1900—2800℃·d)的热量资源仍无法满足熟期较早的京农科728和丰垦139籽粒含水率下降至25%甚至是达到生理成熟的积温需求。将冬小麦-夏玉米一年两熟改为夏玉米-春玉米-冬小麦两年三熟制后,玉米春播和夏播各供试品种籽粒含水率都能下降至25%以下实现机械粒收,如果选择熟期较早的品种,在冬小麦或春玉米播种前还可以通过田间站秆脱水延迟收获,使籽粒含水率进一步降至20%以下,提高粒收质量,降低烘干成本。【结论】通过种植制度改革可以有效解决黄淮海北部地区玉米生长季节热量不足、收获时期含水率过高导致的玉米成熟度差、容重低、易霉变和机械粒收难度大的问题,实现提质增效。

中国玉米栽培研究进展与展望

玉米是全球也是中国第一大作物,在保障国家粮食安全中占有重要地位。当前,面对经济社会的快速发展和人增地减、资源紧缺、生态环境恶化等一系列突出问题,玉米栽培学科正面临着严峻挑战和新的历史发展机遇,在此重要历史关头,回顾中国玉米栽培研究历程和科技进展,探索未来发展方向具有重要的意义。分析表明,经过60年不懈努力,玉米栽培研究的目标已由产量为主向高产、优质、高效、生态、安全等多目标协同发展,研究内容不断拓宽与深入,形成了具有显著中国特色的玉米栽培科学与技术体系。进入21世纪以来,玉米栽培研究进入黄金发展期,在栽培理论、关键技术创新与应用方面取得一系列重要突破,在保障国家粮食安全中发挥了重要的作用。围绕未来玉米生产对科技的需求,依据现代科技的发展趋势,笔者认为高产、优质、高效、生态、安全仍将是未来玉米栽培研究的主要目标,并提出今后20年重点研究的方向与任务:一是继续探索不同生态区玉米产量潜力及突破技术途径,努力提高单产水平;二是转变生产方式,围绕籽粒生产效率,以提高资源利用效率和劳动生产效率为目标,降低生产成本,提高商品质量,增强玉米市场竞争力;适度发展青贮玉米和鲜食玉米等,促进玉米生产向多元化方向发展;三是应对全球气候变化,开展抗逆、减灾、稳产理论和技术研究,实施保护性耕作,实现玉米可持续生产;四是依托现代信息技术,开展智能化栽培技术研究,实现玉米精准生产与管理;五是强化栽培学科基础研究,玉米设计栽培,夯实玉米科技研究和生产发展基础。

玉米秸秆还田与不同耕作方式下影响小麦出苗的因素

在华北平原小麦-玉米一年两熟条件下,玉米秸秆还田后小麦出苗率下降的原因可归纳为播种过浅、播种过深、秸秆或根茬物理阻碍、种子霉烂及土壤水分不足或干湿不均等5方面。影响出苗的关键因素在传统翻耕方式下(对照)依次是土壤水分不足、播种过浅、根茬阻碍;在秸秆粉碎还田后翻耕播种方式下为土壤水分不足、秸秆阻碍、播种过浅;在秸秆粉碎还田旋耕播种方式下为秸秆阻碍、土壤水分不足、播种过浅;在秸秆粉碎还田直播方式下为秸秆阻碍、播种过深、种子霉烂、播种过浅、土壤水分不足;在秸秆立秆直播方式下为秸秆阻碍、种子霉烂、播种过浅、土壤水分不足、播种过深。在后两种种植方式下秸秆还田量与小麦出苗率可分别用y=402.67x-0.7192和y=509.4x-1.0597表示。

机械粒收推动玉米生产方式转型

玉米机械粒收是利用联合收获机摘穗、脱粒一次完成的收获方式,由于减少了果穗储运、晾晒、脱粒等作业环节,不仅大大降低劳动强度、节约人力成本,还可降低晾晒、脱粒过程中的籽粒霉烂与损失,是我国玉米机械收获的发展方向和今后玉米生产转方式的重点。

北疆高产棉田棉叶呼吸作用及其与光合作用关系的研究

在田间自然条件下，测试了北疆高产（２０００ｋｇ·ｈｍ－２）棉田棉叶的呼吸速率（Ｒ）和净光合速率（Ｐｎ）。结果表明，（１）高产棉田花铃期棉叶夜晚呼吸消耗比普通棉田低２６．２％，但白天净光合总量比普通棉田高４６．１％。高产田夜晚呼吸消耗占日间总光合量的８．３９％，低于普通棉田（１５．４７％）。（２）正常条件下，北疆棉田棉叶日间暗呼吸量／总光合量比值约为３０％～４０％。（３）Ｒ随温度的升高而增强，在北疆高产棉区两者的回归关系日间为Ｒ日＝－０．０８８＋０．３８７ＴＬ，ｒ＝０．３０５，ｎ＝２１８，Ｐ＜０．０１；夜晚Ｒ夜＝－１０．８２４＋０．６３３ＴＬ，ｒ＝０．６６４，ｎ＝３４，Ｐ＜０．０１，夜晚气温低是北疆棉花产量高的重要原因之一。（４）棉株叶片呼吸的空间分布随功能叶的转移而变化，花铃期和吐絮期Ｒ表现为生育前期大于生育后期，果枝叶大于主茎叶，中上层主茎叶大于下层叶。（５）棉花单叶呼吸作用具明显的午休现象，其日变化趋势与Ｐｎ变化大致相当，两者相关系数ｒ＝０．９４３＊＊，北疆棉区棉叶的光合午休以及下午Ｐｎ明显低于上午的现象不是呼吸作用造成的。（６）新陆早７号夜晚Ｒ显著高于新陆早４号。（７）土壤缺水使Ｒ和Ｐｎ均降低，且吐絮?

基于BP神经网络的小麦群体图像特征识别

小麦群体特征指标是生产上判断生长动态是否合理和因苗管理的主要依据。以小麦群体绿色面积和绿色叶面积指标信息的获取为例 ,研究了基于图像信息构建自学习BP神经网络识别模型的技术。在用数码相机拍摄小麦群体图像 ,用像素标记算法进行图像分割和特征提取 ,用基于拉普拉斯算子的高通增强滤波技术进行图像增强处理的基础上 ,通过构建的BP人工神经网络 (ANN)模型实现了群体指标的识别 ,准确率在 85 %以上 。

专题导读:加强籽粒脱水与植株倒伏特性研究、推动玉米机械粒收技术应用

全程机械化是现代玉米生产方式的方向,当前条件下,机械收获、特别是机械粒收是我国玉米全程机械化发展的瓶颈[1-5]。为推动玉米机械粒收技术的应用,中国农业科学院作物栽培与生理创新团队自2010年起开展了相关工作,先后发表了30余篇相关研究论文,涉及玉米机械籽粒收获的理论基础、关键技术、模式集成等不同层面,研究包括籽粒脱水的生理机制[6-8]、不同品种的遗传差异[9-10]、区域生态资源特点与品种搭配[11-12]、机具的配套与应用[13]、籽粒含水和植株倒伏等限制收获质量提升的关键因素[14-15],以及其他与玉米机械粒收相关的内容[16-18],为该技术的推广应用提供了支持。

作物株型信息多媒体图像处理技术的研究

用计算机多媒体图像处理技术对作物植株株型信息进行了提取、描述和管理的研究。植株图像经摄像或照片输入计算机并数字化后,通过计算机可完成对植株图像的编辑和特征信息提取,输出近30个描述株型信息的指标,包括一些基于多媒体图像技术的新指标,如用于描述植株与叶片占据空间大小的株幅值(Rp)、叶幅值(RI)、茎叶距(SLD);描述叶片空间分布状态的叶均角(LAA);描述株型优化程度的叶均角指数(LAAI)、茎叶角指数(SLAI)和叶向值指数(LOVI)等。利用该技术对我国目前常用的102个玉米杂交种和82个自交系及部分麦类作物植株作了图像处理,并将上述玉米植株的图像及有关相应参数数据信息存储于电脑中,初步建立了玉米品种资源植株株型特征图像与数据信息库。作物株型信息多媒体图像处理技术受人为影响少,能够快速、准确、客观获取、表述和管理株型信息,比以往人工方法具有很大的优越性,为作物育种、栽培及生理的研究提供了有效的研究手段。

玉米根系在土壤中的分布及与地上部分的关系

采用双向切片法挖根观察表明,早熟玉米石单早和中晚熟玉米Sc704根系在土壤中的纵向分布里指数函数关系,横向分布呈S形曲线.78%以上的根系集中分布在距植株0—20cm、深40cm的柱状土体内,但石单早根系在土壤中的分布比Sc704集中,两品种单株根系最大重量分别出现在吐丝期和乳熟末期.根量与地上部分的绿叶面积、生物产量、基部茎粗及籽粒产量呈极显著正相关.

不同密度玉米根系在大田土壤中的分布、重量的调节及与地上部分的关系

在早熟玉米新玉4号和中晚熟玉米Sc704单株根系最大重量出现的吐丝期与乳熟末期,采用双向切片法对不同种植密度的玉米挖根观察表明,玉米单株根重随密度增加而显著减少,呈密函数关系,冠根比却与密度呈显著的正相关关系。77％以上的根系集中分布在距植株0～20cm、深40cm的柱状土体内,但Sc704根系在土壤中的分布比新玉4号集中。玉米群体在根量上存在着一定的自动调节作用,且Sc704比新玉4号的调节能力强。吐丝期玉米单株根量达最大值,其同成熟期籽粒产量呈显著正相关。吐丝后上层根开始衰老,但深层根仍在不断增加。

玉米自交系株型及其光合特性的研究

对50个玉米自交系叶向值与单叶光合速率（Pmax）及单株叶面积（S）关系的研究表明：①玉米株型与单叶光合速率之间没有显著的相关关系。50个自交系按BLOV（穗上叶叶向值）和Pmax两性状可明显地分为12类。我国现常用玉米自交系以株型较松散而光合速率较高的类型为主（占32．0％），缺乏株型紧凑、光合速率低和株型松散、光合速率高或低的类型；②玉米株型与单株叶面积呈显著的负相关关系，即我国目前常用紧凑型玉米自交系单株叶面积往往偏小。以上结果表明为了取得玉米株型与光合生态、生理有种进展，需要进行遗传重组。

小麦籽粒蛋白质含量遥感监测研究进展

遥感是实现农田作物快速、无损监测的重要手段,利用遥感技术在小麦生长的中后期对籽粒蛋白质含量进行预测对于指导小麦后期氮素调控、实现分类收获和按质收购具有重要意义。该文概述了小麦籽粒蛋白质含量检测方法的发展过程,对国内外运用遥感技术监测小麦籽粒蛋白质含量提出的敏感波段、光谱特征参量、反演模型及分析方法进行了综述,通过分析研究中存在的问题,明确了今后在利用遥感技术监测小麦籽粒蛋白质含量方面应重点解决的问题,并展望了该技术的发展前景。

棉花叶片水分利用效率及其影响因素的研究

在北疆棉区田间自然条件下对棉叶水分利用效率（ＷＵＥ）及其影响因素的研究表明，（１）棉叶ＷＵＥ日变化呈多峰型，最低谷出现在午后光合午休及蒸腾作用最旺盛的１５－１７时。（２）棉花生育后期，叶片ＷＵＥ随主茎叶片自上而下降低，但上部叶片变幅较小，同时随生育时期推延、叶片衰老而降低。（３）高产棉田ＷＵＥ比普通棉田高。（４）由于基因型间叶片ＷＵＥ存在显著的差异以及ＷＵＥ与光合速率的关系比与蒸腾速率更密切，因此，通过育种途径或栽培措施增加棉叶光合速率是提高ＷＵＥ的关键。

不同时期干旱胁迫对棉花生长和产量的影响 Ⅱ棉花生长发育及生理特性的变化

在棉花生育中、后期缺水会使株高降低,果枝数、果节数、铃数减少,铃期变短,脱落增加,导致产量下降。随土壤含水量降低,棉叶水势下降,水分饱和亏上升,叶绿素含量降低,蒸腾强度减弱。叶片水分饱和亏与土壤含水量及叶片蒸腾强度具有高度相关关系,可用作反映棉叶水分状况、指导灌溉的诊断指标。

北疆高产棉花根系构型与动态建成的研究

在大田条件下 ,研究棉花根系构型分布和动态建成结果表明 ,北疆高产棉花根系生物量的积累呈 S型曲线 ,其中线性增长期从 6月下旬 (盛蕾期 )至 7月下旬 (盛花期 ) ,较地上部相应时期早约 1 0 d。随种植密度的增大 ,根系生长率下降、快速生长期提前。根系在土壤中的下伸过程呈 S型曲线 ,构型分布符合 Y =Ae- Bx指数方程 ,有52 .4%、65.8%和 73.3%以上的根量分别集中在地表 2 0 cm、30 cm和 40 cm深的土层内 ,80 .6%以上的根量集中在植株行间两侧 0～ 1 5cm土体内。与内地棉区相比 ,北疆棉花根量小 。

新陆早4号与新陆早7号光合特性的比较研究

以北疆棉区推广面积较大的新陆早4号和新陆早7号两个高产棉种为试材，对其部分光合特性进行了比较研究，结果表明：（1）在高光强下，新陆早7号光合速率比新陆早4号高38．1％，蒸腾速率也略高，叶片水分利用率比新陆早4号高20．8％。新陆早7号叶片光合速率高与其叶片较厚，密度大、叶绿素含量高及同化效率大有关；（2）新陆早4号单叶光补偿点低于新陆早7号，耐阴能力强，暗呼吸速率也低；（3）新陆早7号单株叶面积小，群体通风透光性好，基部成铃率高。新陆早4号叶片大，尤其上部叶片大，群体易荫蔽，某部成铃率低于新陆早7号。