新农科建设中作物生产实践课程教学内容的优化——以中国农业大学“植物田间技术”课程为例

新农科建设要求涉农高校对传统农学专业进行优化升级,强化实践教育以加快新型农林人才的培养。作物生产实践课程对植物生产类专业的人才培养有着举足轻重的作用。以“植物田间技术”课程为例,依据新农科建设要求,对标“金课”的“两性一度”,对作物生产实践课程的课程思政建设和创新从低阶到高阶的多层次—递进式—全方位的教学内容重构方案进行了探讨,旨在响应新农科建设的号召,全面提高教学水平,为国家培养具有“大国三农”情怀、综合实践能力强、创新素养高的新型农林人才。

现代农业背景下植物生产类本科实践课程教学方式优化研究——以中国农业大学植物田间技术课程为例

现代化农业发展要求植物生产类本科实践课程不断进行自我发展与建设,如何通过教学方式的优化,将传统教学内容和与时俱进的教学需求进行有机融合是一个亟待解决的问题。该文以中国农业大学植物田间技术课程为例,总结植物生产类本科实践课程的特点,在2019年和2020年以学生为核心,连续两年对该课程的教学现状进行调查,分析教学中的优势和需要改进的地方,最后从理论与实践教学配比、线上线下融合、利用多媒体库、数字化作物标本、新型教材建设和开展第二课堂六个方面探讨如何优化教学方式,以期为植物生产类本科实践课程建设提供一些思路。

不同氮肥模式对夏玉米冠层结构及部分生理和农艺性状的影响

以郑单958为试验材料,设基肥低氮、基肥高氮、第1次氮肥在拔节期施入和不施氮4个处理,研究了施氮模式对冠层结构及部分生理和农艺性状的影响。结果显示,施氮处理各指标均优于不施氮处理。适当减少基肥氮量,具有以下优势:(1)在保证苗期氮肥供给的同时,每公顷节肥90kg;(2)改善了冠层结构,增加了群体底层的透光率,使穗上叶和整株的茎叶夹角更紧凑,与基肥高氮处理相比分别减少4.33°和4.67°,同时降低了株高和穗位高,缩短了基部节间长度,有效防止茎秆倒伏;(3)与前期高氮处理相比,基肥低氮在灌浆初期叶片的叶绿素相对值和全氮含量均处于较高水平;(4)基肥低氮处理提高了单位面积的株数,并减少了秃尖长度,同时千粒重和穗粒数有所增加,最终获得较高产量。第1次氮肥在拔节期施入,前期控氮时间过长,营养元素失衡,苗期发育不良,不利于产量形成。

不同密度下增施有机肥对夏玉米物质生产及产量构成的影响

本研究在夏玉米季适当降低种植密度并连续两年施用有机肥,旨在了解黄淮海地区夏玉米群体物质累积和产量构成对有机肥施用量和种植密度的响应,从而降低倒伏风险,确保稳产、高产。试验采用随机区组设计,设高、中、低3个种植密度,分别为90 000株·hm-2、75 000株·hm-2和60 000株·hm-2,3个种植密度下设不同的有机肥施用量处理,其中高密度下设30 m3·hm-2一种施肥量,中密度下设30 m3·hm-2一种施肥量,低密度下设0 m3·hm-2、30 m3·hm-2和45 m3·hm-23种施肥量。研究结果表明:施用有机肥可以有效改善土壤肥力。施用有机肥第1年,在中、低密度下对玉米干物质生产、群体生长速率和产量构成均产生一定的促进作用,但效果不显著。施用有机肥第2年,低密度下玉米群体衰老速率减缓,叶面积指数和棒三叶叶绿素相对含量在生育后期均维持在较高水平,花后群体生长速率维持在较高水平,且与中高密度无显著差异,群体花后生物量增加幅度最大,成熟期地上部总生物量显著提高甚至接近中高密度。低密度下施用有机肥后穗粒数和千粒重均大幅度提高,从而有效补偿了低密度下穗数的不足,最终低密度下施用45 m3·hm-2有机肥处理产量达10 838 kg·hm-2,与中、高密度下施用30 m3·hm-2有机肥处理的产量11 080 kg·hm-2和11 202 kg·hm-2基本持平且差异不显著。由此可见,通过适度降低密度并增施有机肥能够有效合理地调控群体花前花后生长,避免前期旺长和后期早衰,实现保穗保花增重增产的目的。

施氮模式对夏玉米氮肥利用和产量效益的影响

为了明确不同施氮模式对夏玉米物质生产、经济效益和氮肥利用的影响,设置4种施氮模式:N0(CK)、N1(基肥30+大口肥120+吐丝肥30)、N2(基肥60+大口肥120)、N3(基肥120+大口肥120+吐丝肥30),进行大田试验。结果表明,施氮能改善夏玉米产量因子、提高产量。氮肥适量后移显著改善穗部性状,N1与N0、N2处理相比穗粒数提高34.7和28.5粒,收获指数提高11.3%～17.1%,增加产量1590和60.6kg.hm-2。在同等施氮量下,氮肥部分后移能增加产量收入,但不能提高纯收益、产投比。夏玉米吐丝期施氮显著增加灌浆期干物质积累(N1、N3处理的干物质与N2相比分别提高2153和2319.4kg.hm-2),延缓吐丝后LAI的下降。施氮可以显著提高夏玉米花前花后生物量;氮肥部分后移到吐丝期可提高花后干物质积累。适当降低氮肥投入,每1kg氮多生产4.3kg玉米;氮肥用量相同,氮肥适当后移,每1kg氮多生产0.56kg玉米。因此,合理的施氮模式,不仅可以增玉米加产量,还可获得好的经济效益。

麦茬高度对机播夏玉米苗期生长及水分利用的影响

【目的】在冬小麦-夏玉米轮作免耕留茬种植体系内,麦茬高度对土壤蓄水保墒能力、夏玉米出苗及生长发育具有重要影响。本研究在冬小麦-夏玉米轮作地区,探求适宜机播夏玉米苗期生长及高产高效的冬小麦留茬高度,为实现农艺栽培措施和农业机械化的高效、有机结合提供理论依据。【方法】试验于2012—2014年在中国农业大学吴桥实验站进行,以郑单958为试验材料,在大田条件下设3个麦茬高度(15 cm、25 cm、35 cm),其余部分随机收粉碎覆盖还田,采用机械化精量播种。通过测定夏玉米出苗率、苗期农艺性状、干物质积累、田间耗水量、产量及构成因素和水分利用效率,比较分析小麦不同留茬高度对夏玉米播种出苗质量、苗期生长发育、产量及水分利用效率的影响。【结果】(1)35 cm麦茬处理能够显著降低播种到拔节期农田耗水量和全生育期农田耗水量,显著增加夏玉米出苗率并提高田间株高整齐度。(2)35 cm麦茬能够促进4叶展期株高和叶片的增长,但茎粗变细,差异均达到显著水平(P<0.05)。(3)35 cm麦茬处理下玉米拔节期的茎秆变粗,株高、叶面积指数和单株干物质积累均处于最高水平,其中干物重差异显著。(4)与15 cm和25 cm麦茬高度相比,35 cm麦茬处理下玉米的3年平均籽粒产量分别增加了10.59%和5.31%,产量增加主要是由单位面积粒数的增加引起;3年平均水分利用效率分别提高了21.55%和12.64%(P<0.05),年际间水分利用效率也具有较大差异,降雨较多的年型,水分利用效率低。【结论】在3个麦茬高度下,35 cm麦茬处理蓄水保墒效果较好,有利于夏玉米苗期生长发育,在增加夏玉米产量和水分利用效率方面效果显著,符合免耕留茬区域农业机械化播种的发展趋势,应用前景广阔。

不同玉米品种冠层光分布和湿度比较研究

为阐明宜机收和普通玉米品种群体冠层不同层次光分布和湿度变化特征,在大田条件下采用随机区组试验方法,以郑单958、粒收1号为供试材料,设置4个种植密度(45000,60000,75000,90000株/hm^(2)),测定了两品种冠层不同层次的透光率和相对湿度、干物质量、叶面积指数,并调查田间空秆率及产量。结果显示,两品种冠层底层和穗位层相对湿度表现为粒收1号低于郑单958。在4个密度下粒收1号的叶面积指数低于郑单958,穗位层透光率高于郑单958;吐丝期和灌浆中期两品种各层次干物质积累量没有显著差异,成熟期粒收1号各层次干物质积累量均显著低于郑单958,但粒收1号叶片干物质转运量较高。高密度(90000株/hm^(2))下粒收1号空秆率低,产量较高。可见,宜机收玉米品种粒收1号群体冠层光分布合理,微环境良好,物质生产转运通畅,植株个体在密度增加过程中能充分利用有限资源,空秆率低,产量高,耐密性强。

黑龙港流域夏玉米产量提升限制因素

从产量构成因素及物质生产着手分析了黑龙港流域夏玉米产量进一步提高的限制因子。分析结果显示:穗数、穗粒数和千粒重均与产量显著相关,说明该地区夏玉米仍有继续增产的潜力;但在再高产过程中,单纯依靠穗数增加,产量增产幅度较小,应稳定在一定适宜的密度下,注重单位面积穗粒数和粒重的提高,但在穗数确定的情况下,穗粒数相对稳定,增加粒重成为再高产重要因素。因此,采取措施增强灌浆速率和延长灌浆时间是关键,即增强或稳定叶片在花后的有效光合能力。结果表明,增加叶片数量对产量贡献很小,而改善叶片质量、提高叶片功能,进而增加花后同化物合成至关重要。因此,茎秆和叶片的质量是再高产实现的关键技术突破点。同时,提高茎秆的花前物质转运比例也有助于提高千粒重,促进产量提升。在生产实践中,进一步挖掘产量必须搞清楚地上和地下两方面的关系,但目前对"根系-土壤"复合体的结构和功能研究相对较少。不合理耕作方式造成了土壤耕层太浅,严重影响了玉米根系生长发育,使生育后期吸收功能减弱,不利于产量形成。加之,吐丝前后阴雨寡照,造成穗粒数形成决定期的"源"不足,同时也限制了灌浆速率,提前播期,躲避灾害天气或推迟收获时期,延长灌浆时间等逆境栽培措施就显得尤为重要。

鲜切花瓶插保鲜液的改良研究

在对切花保鲜具有重要生理作用且低毒或无毒的切花保鲜剂药品筛选基础上,采用二次回归旋转组合设计方案,对唐菖蒲、非洲菊、康乃馨、玫瑰切花进行了配方试验,并应用回归方程预测的优化配方进行了验证性试验。结果表明:此配方能够有效延长切花瓶插寿命,并具备低毒、环保等特点,与市场上同类产品相比,成本低廉,具有一定的市场潜力与推广前景。

玉米群体生长与光截获的动态模拟及应用

【目的】群体光截获对玉米生长发育及产量形成均有重要的影响,合理的群体结构直接决定着玉米产量的增加与稳定。群体结构的测量较为繁琐,费时费力,且不能与当地太阳辐射情况充分结合,从而无法对群体结构和功能做出整体的评价。因此,有必要构建合理、简便的玉米群体光截获动态模型,结合群体不同生育期的形态指标与光辐射情况,对群体结构做出快速而精准的评价,为不同区域玉米品种选择、播种密度确定、以及后期管理等提供参考意见。【方法】将玉米群体结构模型与光分布模型相结合,建立简易可靠的群体光截获动态模型。该模型可模拟玉米整个生育期群体光截获的动态变化,并对不同生育期群体结构做出相应的评价。同时,在中国农业大学吴桥实验站开展了两个田间试验,对模型的准确性和应用功能进行了验证。试验均为三因素,分别为品种、密度和氮肥处理,其中试验一:设置2个品种(郑单958,丹玉405),3个密度(4.5×10~4,6.0×10~4,7.5×10~4株/hm^2)和3个氮肥处理(不施氮;施氮180 kg·hm^(-2),于播前、大喇叭口期和吐丝期以1:4:1的比例施入;施氮270 kg·hm^(-2),于播前、大喇叭口期和吐丝期以4:4:1的比例施入);试验二:设置1个品种(郑单958)、1个密度(8.25×10~4株/hm^2)和6个播期(4月20日,5月5日与20日,6月4日与18日,7月3日)。在两个试验中,对玉米不同生育期的群体形态指标、干物重、及产量均进行了测定。【结果】吐丝期和灌浆中期的群体光截获率模拟值与测量值的相关系数分别为0.91和0.85,均达到显著相关。运用该模型对两个田间试验数据的模拟结果显示,光截获率(量)随灌浆期的推进呈先增后减的趋势,吐丝后50 d光截获衰减加速。在试验地区,密度超过6×104株/hm^2时,光截获随密度变化不大;播期为6月中上旬时形成的玉米群体具有较为理想的光截获能力,结构功能潜力较大。产量与灌浆期有效光辐射呈正相关,但相关性随生育期推进逐渐减弱,表明灌浆后期产量的增加对群体光截获的需求减弱。在玉米生长发育后期物质转移对产量的贡献可能发挥着更加重要的作用。产量与群体光截获相关性的动态变化与品种有关,紧凑株型优于平展型。【结论】选择株型紧凑且生育后期群体结构维持较好的玉米品种,通过增加密度可进一步增加夏玉米产量。调整播期增强灌浆初期光合效率也是有效的增产方法之一。

利用无人机多光谱数据监测玉米对不同灌溉模式的响应差异

【目的】作物水分状况的实时监测对于节水灌溉、缓解我国水资源紧缺具有重要意义。本研究旨在探寻利用无人机多光谱影像数据实时监测玉米干旱胁迫状况的可行性,比较无人机数据和田间实测农学指标对作物干旱胁迫的敏感程度。【方法】大田试验在河北吴桥进行,采用两个玉米品种‘富民985’和‘郑单958’,设置畦灌、滴灌和雨养3种模式。分别在大喇叭口期、抽雄期、开花期和灌浆期取玉米最新展开叶测定色素含量和比叶面积(SLA),同时利用无人机搭载多光谱相机采集近地遥感数据,并提取归一化植被指数(NDVI)、绿光归一化植被指数(GNDVI)、归一化红边指数(NDRE)、叶面叶绿素指数(LCI)和优化土壤调节植被指数(OSAVI)等5种植被指数。【结果】与叶片色素含量和SLA相比,植被指数更早在各处理间表现出差异。播种后70天(抽雄期)NDRE和LCI在各处理之间具有显著性差异,NDVI、GNDVI和OSAVI仅在灌溉和雨养模式之间出现显著性差异;同一时期各处理的色素含量差异不显著,比叶面积差异也不显著;播种后90天(灌浆期)各处理间的色素含量出现显著性差异。此外,相关性分析表明,植被指数与色素含量的相关性随着生育期发生变化。播种后80天(开花期)NDRE、LCI两个植被指数和色素含量的相关性优于NDVI、GNDVI和OSAVI指数;播种后90天(灌浆期)5种植被指数和色素含量之间的相关性较强。【结论】利用无人机在播种后70天监测的植被指数(NDRE)对玉米干旱的监测优于部分实测农学指标,在后期其测定的叶片色素值(Ca+Cb)/Car与玉米的衰老相关密切,因而对玉米干旱胁迫的监测早且较准确。但最佳光谱指标及其用于干旱监测的最佳时期仍需在更多品种及不同环境下做进一步验证。

株行距配置对玉米密植群体根系及养分吸收的影响

以玉米品种郑单958为材料,以玉米株行距配置为重点,设置高(100050株/hm^(2))和中(67500株/hm^(2))两个种植密度,每个密度下设置40cm、60cm两种行距处理,探究不同密度下株行距配置对产量、根系分布和养分吸收的影响。结果表明,随着种植密度的不断增加,产量呈先增大后减小的趋势,与中密度种植相比,高密度下玉米产量增加13.9%。在中密度下减小行距玉米产量提高1.0%,高密度下减小行距玉米产量显著提高26.1%。在高密度条件下,减小行距在水平、垂直方向均增加根长、根表面积、根体积等,并使植株地上部氮、磷、钾和干物质的积累量分别提高4.9%、8.1%、25.8%和4.5%。根系性状、植株养分含量、植株干重和产量均呈显著正相关。在高密度下通过适当减小行距、增大株距,减小株间根系竞争,提高根系对土壤养分吸收,对玉米密植增产具有重要作用。

穗位高系数对玉米产量及产量构成的影响

为探究穗位高系数对玉米产量及产量构成的影响,采用125份玉米材料开展大田试验,测定株高、穗位高、穗位高系数、单穗粒数、千粒重及产量等性状指标。同时对1985—2019年可查文献中已发表的相关数据进行Meta分析。结果表明:1)株高和穗位高对单穗粒数、千粒重、产量均有极显著影响(P<0.01);穗位高系数对单穗粒数和千粒重影响显著(P<0.05)。2)玉米株高分布在175.10~295.00 cm,穗位高在53.50—127.67 cm,穗位高系数在0.29~0.49,随着株高、穗位高、穗位高系数的增加,单穗粒数呈先上升后下降的趋势,当株高为267.76 cm,穗位高为99.46 cm,穗位高系数为0.40时,单穗粒数达到最大值;千粒重随着株高、穗位高、穗位高系数的增加先呈直线上升趋势,之后不再增加,千粒重达到最大值时,株高为292.25 cm,穗位高为80.95 cm,穗位高系数为0.50;产量随株高、穗位高的增加而增加,随着穗位高系数的增加呈现先上升后下降的趋势,当穗位高系数为0.42时,产量达到最大值。3)对文献和本试验的数据分别进行决策树分析,结果均表明,株高较穗位高系数对单穗粒数具有更大的影响。鉴于穗位高系数对玉米抗倒伏能力和单穗粒数的重要影响,穗位高系数是玉米产量提升的关键指标。综上,当穗位高系数为0.40~0.42时,玉米具有较高的产量。

华北地区夏玉米理想株型研究

以紧凑型玉米品种郑单958为材料,使用金得乐(EC)化控试剂,在不同密度条件下对紧凑型玉米的群体结构进一步优化,以挖掘夏玉米的增产潜力。试验设3个密度,每个密度设4个EC试剂叶面喷施处理,不喷施为对照(CK)。结果表明,不同化控处理下,6叶展期叶面喷施EC试剂2.25 mL/L与对照差异不明显;6叶展期喷施2.25mL/L、12叶展期喷施1.5 mL/L夏玉米株高、穗位高降低,叶茎夹角增大,穗位层叶间距缩小,株型趋向平展型;6、8叶展期分别叶面喷施1.5 mL/L夏玉米株高降低不明显,穗位高降低,单株叶面积、叶茎夹角缩小,株型更为紧凑。分析结果表明,在高密度条件下调整株型是解决群体结构郁闭突破点,确认整体紧凑、穗位低、穗下层叶间距小、穗位层及穗上层叶茎夹角小、叶间距大、群体结构持续时间长为理想株型。

株型调控对夏玉米冠层结构及生理性状的影响

以紧凑型玉米品种郑单958为材料,以"金得乐"化控试剂为调控株型的手段,在紧凑型的基础上进一步优化玉米的株型,挖掘玉米的增产潜力。试验设为3个密度:60 000、75 000和90 000株/hm2,每个密度下设置相同的化控处理:T(6+12)6、12叶展期分别叶面喷施2.25和1.5mL/L"金得乐"(EC)试剂;T(6+8)6、8叶展期分别叶面喷施1.5mL/L EC试剂;CK对照不喷施。结果表明:在不同的密度下存在着不同的理想株型。中低密度下较为理想的株型为穗位低(占株高的40%),穗位层短即棒三叶叶间距小(占株高的17%),穗位层叶面积大(占整株叶面积的29%),穗上层叶片紧凑,叶间距大。高密度下较为理想株型为穗位低(占株高35%),穗下叶面积大(占整株叶面积的47%),穗位及穗上叶片紧凑,穗位叶面积较小(占整株叶面积的26%)、穗位及穗上叶间距大。

密植和行距配置对夏玉米群体光分布及光合特性的影响

为探求不同行距配置下高密夏玉米群体光合性能及产量形成对群体光环境变化的响应,本试验在75 000(D1)和90 000(D2)株/hm2 2个种植密度下,研究了3个行距配置(等行距S1:60cm+60cm;大宽窄行S2:80cm+40cm;小宽窄行S3:60cm+45cm)对夏玉米(郑单958)群体光分布、全株叶片光合特性及产量的影响。结果表明:1)随着种植密度增加,夏玉米群体上层光截获显著增加,下层光截获显著降低。与等行距相比,大宽窄行处理中下层透光率增加,但群体光总截获降低。小宽窄行处理显著增加了穗位层的光截获。2)全株叶片SPAD值、最大光能转换效率(Fv/Fm)和同一光照水平下净光合速率(Photosynthetic rate,Pn)随冠层垂直深入呈现出单峰曲线变化,峰值出现在穗位层;随密度增加全株叶片SPAD值、Fv/Fm和Pn呈现降低趋势,下部叶片降低显著,行距配置之间全株叶片光合生理活性总体上表现为小宽窄行>大宽窄行>等行距。叶片Pn与冠层内光照强度具有极显著正相关关系,表明光照强度是限制玉米冠层中下部叶片Pn的主要原因。3)密度增大后产量增加,但未达显著水平。同一密度处理下,小宽窄行处理产量显著增加。随着密度增加,宽窄行增产效应增加。总体表明,密植条件下,小宽窄行处理下玉米冠层内光分布比较合理,群体穗位层截获光合有效辐射较多,光合能力和干物质生产能力增强,更有利于夏玉米产量提高。

玉米抗倒伏栽培技术的研究进展

玉米倒伏是影响玉米产量提高的重要制约因素,如何通过栽培技术措施有效防止倒伏是目前玉米生产上亟待解决的问题。从品种选择、耕作措施、种植密度配置、水肥调控、化学调控和病虫害防治方面介绍防倒栽培技术。

化控处理时期对玉米植株-根系形态及产量的影响

为进一步明确化控处理时期对玉米冠层、根系形态及产量的影响,2017和2018年在吉林省西部开展2年大田试验,供试品种为‘富民985’,2年均喷施乙烯利类型的化控试剂;其中2017年种植密度为7万和9万株/hm^2,在8和10叶期(T(8+10))、8和16叶期(T(8+16))分别进行化控处理;2018年在8叶期(T(8))、8和16叶期(T(8+16))、16叶期(T(16))分别进行化控处理,种植密度为6和9万株/hm^2。结果表明:1)玉米增密后,倒伏率增加;化控处理可缩短植株节间长,降低株高和穗位高,降低倒伏率,其中T(8+16)处理最为显著;2)化控处理后穗位以上叶片叶面积呈现下降趋势,其中T(8+16)处理能够降低15%以上,从而提高透光率,利于下层叶片进行光合作用;3)化控处理增加玉米根系投影面积和最大扩展宽度,降低顶部夹角,使根系更加平展,增强抗倒伏能力,其中T(8+16)处理效果较为理想;4)T(8+16)处理能增加玉米产量,其中2017年T(8+16)处理与CK相比增加6.5%的产量。所以在玉米群体结构建成的8~9和15~16叶期,运用乙烯利类型化控试剂2次,能够改善穗上群体结构,增强茎秆和根系的抗倒伏能力,维持后期群体结构物质生产能力,提高玉米产量。

新型化控剂Opera对密植夏玉米生长及子粒灌浆的影响

以郑单958为试验材料,设置90 000株/hm2高密度种植,探究不同时期喷施Opera对夏玉米叶片衰老及群体产量的调控作用。结果表明,高密条件下喷施Opera药剂,有利于增加夏玉米植株茎粗,提高生育后期叶面积指数和干物质积累量,增强叶片持绿性,延缓衰老;增加灌浆中后期子粒体积和干重,促进子粒灌浆。不同时期喷施Opera后夏玉米穗粒数和千粒重均有所增加,且产量提升6.78%~13.94%。喷施Opera可缓解密植对夏玉米生育后期产生的负效应,防止叶片早衰,增加植株生物量及子粒产量,且两个喷施时期表现为13叶期喷施作用效果大于8叶期喷施。

增密条件下Cabrio和Opera对夏玉米植株发育及产量的影响

以郑单958、浚单20为试验材料,设定60 000株/hm2、75 000株/hm2两个密度,研究夏玉米产量与产量构成因素、干物质生产、叶面积指数发展动态、光合作用等,探讨喷施Cabrio和Opera试剂对夏玉米植株发育及产量的影响。结果表明,喷施药剂Cabrio和Opera后玉米产量增加,浚单20较对照分别增产6.7%和4.0%;郑单958较对照分别增产5.3%和4.2%。喷施药剂Cabrio和Opera的处理生育后期下部叶片衰老缓慢,吐丝期至成熟期LAI下降幅度较小,单株干物重和单位面积干物质积累增强,光合性能增强,光合速率提高。