高产高效夏玉米的冠层结构及其光合特性

Table 1
综合生产管理试验 （MT） 将播种方式、 播种时间、 收获时间、种植密度、肥料施用量及施用时期进行系 统性整合，共设置 4 个试验处理。 （1）农民习惯栽培 （CK）：完全与当地农民的管理方式一致；（2）高 产高效栽培（Opt-1）：改变农民习惯的播种方式和施
氮方式，降低肥料施用量（表 3）；（3）超高产栽培 （HY） ： 采用 Opt-1 的播期和收获期， 提高种植密度， 确保实现品种产量潜力的施肥量，以挖掘品种的产量 潜力；（4）再高产高效栽培（Opt-2）：在 HY 基础 上，采用合理密植和适量施肥的方法，以期协同实现
12 期
靳立斌等：高产高效夏玉米的冠层结构及其光合特性
2431
yields and higher nitrogen use efficiency. Key words: summer maize; agronomic management; nitrogen fertilizer management; canopy structure; grain yield; nitrogen use efficiency
[7]
光能截获率和光合速率
求玉米高产过程中，大量甚至过量的肥料投入造成了 叶片早衰等诸多问题，不利于良好冠层的构建，提高 氮素利用效率已成必然趋势[8-9]。因此，研究高产高效 夏玉米的群体冠层结构及光合特性，揭示高产高效的 形成机制具有重要意义。【前人研究进展】玉米冠层 特性及产量受播种方式 肥料运筹
(Agronomy College of Shandong Agricultural University/State Key Laboratory of Crop Biology, Taian 271018, Shandong)
Abstract: 【Objective】Canopy structure and characteristics of high yield and high nitrogen efficiency summer maize were studied to discuss the physiological mechanism of achieving high yield and high nitrogen efficiency, which will provide a theoretical basis for high yield and high nitrogen efficiency cultivation of summer maize.【Method】Integrated management experiment (MT) and nitrogen treatments (NT) were designed to achieve high yield and high nitrogen efficiency and then reveal canopy structure and photosynthetic characteristics of summer maize by optimizing integrated agricultural management, such as sowing date, sowing methods, planting density, fertilizers applied date and levels, and so on. 【Result】 In NT, grain yield and light transmission of ear layer and ground floor achieved maximum at 184.5 kgN·hm-2 while the leaves area index (LAI) high value duration was long. Beyond this level, light transmission and net photosynthetic rate of ear layer decreased actually. In MT, the leaf area index (LAI) of further optimized combination of cropping systems and fertilizer treatment (Opt-2) always remained above 4.4 from twelve-leaf stage (V12) to six weeks after tasseling stage (6WAT) and its decrease speed was low in latter growing period; its light transmission of ear layer and ground floor, the internode length above ear, the uniformity of plant character was high, achieving grain yield of 10.91 t·hm-2 and nitrogen use efficiency of 54.97 kg·kg-1【 . Conclusion】 Grain yield did not increase as nitrogen fertilizer application increasing without limit and light transmission decreased when nitrogen fertilization was large. With an integration of agronomic measures and fertilizers management, the LAI high value duration of Opt-2 was longer. light transmittance of ear layer, the uniformity of plant character, the net photosynthetic rate, grain yield and nitrogen use efficiency were high. Consequently, Opt-2 achieved both higher
表1
月份 Month 最高气温 The maximum temperature (Tmax,℃) 5 6 7 8 9 10 26.3 31.9 31.2 31.0 26.2 19.9
夏玉米生育期内气象条件 Meteorological conditions during summer maize growing season
[15-17] [10]
、播期
[11-13]
、种植密度
[14]
及
等因素的影响。前人报道，6 月中下旬
麦后免耕直播，能避免玉米粗缩病毒病的发生，充分 利用光能和地力，增加干物质积累量，实现玉米高 产
[12]
1
材料与方法
试验于 2010— 2011 年在泰安市岱岳区大汶口镇
1.1 试验设计 （ 36°11′N， 117°06′E，海拔 178 m）进行。生育期 内气象条件见表 1。试验田土壤为棕壤，播前耕层 土壤养分含量两年平均为：有机质 12.76 g·kg-1、全 氮 1.01 g·kg-1、碱解氮 65.10 mg·kg-1、速效磷 70.36 mg·kg-1、速效钾 96.15 mg·kg-1。以目前中国第一主 推品种郑单 958 为试验材料，设计综合生产管理试 验和施氮量试验。
摘要： 【目的】研究高产高效夏玉米的冠层结构特性，探讨高产高效形成的生理机制，为夏玉米高产高效栽 培提供理论依据。 【方法】通过对播种方式、播种时间、种植密度、施肥时期及用量和收获时间等综合农艺管理 措施的合理优化，设置综合生产管理（MT）和施氮量试验（NT） ，研究探讨高产高效夏玉米的冠层结构特征和光 合特性。 【结果】施氮量试验中，施氮 184.5 kg·hm-2（N2）时，产量、穗位及底层透光率达到最高，超过这一水 平， 产量、 透光率和净光合速率均有所降低。 综合生产管理中， 再高产高效处理的叶面积指数从大喇叭口期 （V12） 到抽雄后 6 周（6WAT）始终维持在 4.4 以上，生育后期下降缓慢；穗位及底层透光率以及茎粗、穗位茎节长、 株高和穗位高等植株性状整齐度相对较高，获得了 10.91 t·hm-2 的产量和 54.97 kg·kg-1 的氮素利用效率。 【结论】 单一增施氮肥，产量没有持续增加，冠层透光率有所下降；将栽培方式与肥料运筹结合，再高产高效处理的叶 面积指数高值持续时间较长，穗位叶层透光率、植株性状整齐度和净光合速率较高，实现了产量与氮素利用效 率的协同提高。 关键词：夏玉米；农艺措施；氮素管理；冠层结构；产量；氮素利用效率
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引言
【研究意义】合理的冠层结构，有利于提高群体
[1-6]
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以及肥料运筹等方面对玉米冠层结构及光合特性作了 大量研究，但多以实现高产为目的，忽略了高效这 一重要因素。关于玉米高产高效的研究已有相关报 道 [19]，但未涉及到冠层结构与光合特性。【拟解决的 关键问题】本研究以农民传统栽培方式为对照，通过 改变播种方式，适当推迟播期及收获期，提高种植密 度，优化肥料管理等措施，将农艺栽培与肥料运筹有 机结合，以高产高效的栽培模式为基础，系统研究综 合生产管理对夏玉米冠层结构及光合特性的影响，为 夏玉米高产高效生产提供科学依据。 ，实现作物高产 。但在追
收稿日期：2012-09-28；接受日期：2012-12-24 基金项目：国家自然科学基金项目（31271662） 、山东省现代农业产业技术体系项目、公益性行业（农业）科研专项（201203100） 、国家科技支撑计 划项目（2011BAD21B0601） 联系方式：靳立斌，E-mail：snowyjlbin@163.com。通信作者张吉旺，Tel：0538-8245838；E-mail：jwzhang@sdau.edu.cn
Canopy Structure and Photosynthetic Characteristics of High Yield and High Nitrogen Efficiency Summer Maize
JIN Li-bin, ZHANG Ji-wang, LI Bo, CUI Hai-yan, DONG Shu-ting, LIU Peng, ZHAO Bin
。合理密植，使玉米群体冠层透光率提高，光合
[3,14]
有效面积增大，有利于玉米产量的提高
。增施氮
肥，叶面积指数（LAI）高值持续期增加，叶片功能 期延长，冠层光合性能和产量增加[4]。近年来，玉米 高产多以肥料过量投入为代价，加快了生育后期 LAI 下降及叶片衰老的速率，玉米光合能力下降，资源利 用效率尤其是氮素利用效率极低，资源浪费严重[8,18]。 【本研究切入点】尽管前人已从播种方式、种植密度
中国农业科学 2013,46(12):2430-2439 Scientia Agricultura Sinica
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2013.12.004
高产高效夏玉米的冠层结构及其光合特性
靳立斌，张吉旺，李 波，崔海岩，董树亭，刘 鹏，赵 斌
（山东农业大学农学院/作物生物学国家重点实验室，山东泰安 271018）
2010 最低气温 The minimum temperature (Tmin,℃) 15.3 19.5 23.4 18.9 14.5 6.5 降雨量 Rainfall (mm) 42.0 45.7 94.4 226.9 121.7 3.0 最高气温 The maximum temperature (Tmax,℃) 24.6 28.1 31.2 28.8 24.8 21.7 2011 最低气温 The minimum temperature (Tmin,℃) 12.4 15.8 22.7 21.9 15.4 10.2 降雨量 Rainfall (mm) 30.1 51.4 192.0 165.8 209.7 15.3