高效玉米种植与生长环境变量

王军伟 裴顺强

关键词：玉米;栽培;气候;环境变量

一、研究背景与意义

（一）研究背景

民以食为天，一个国家想要有所发展，那么解决粮食问题是必不可少的前提。中国是世界上人口最多的国家，也是世界上最大的发展中国家。我国虽然幅员辽阔，物产丰富总体资源占据世界前列，但因人口众多导致人均资源不足世界平均水平线是中国的基本国情。如何解决粮食问题一直是我国经济社会发展的重要基础。玉米在我国有着 470 多年的栽培历史民间又被称之为包谷、苞米、棒子等。是我国种植仅次与 于稻、麦的粮食作物，据统计我国每年玉米的播种面积大约在 5 亿亩左右。因此解决粮食问题的关键之一就在于玉米栽培的高产，随着我国科 教兴农的基本国策不断推广，玉米高产栽培技术不断得到提高但在玉米高产栽培技术应用中也存在着不少问题。

（1）选用玉米品种品质差

播种用不同的种质，对外界自然环境的要求略有差异。选择高产用种时，务必要考虑地方气候特点，结合地域土壤条件，创造强环境适应能力的条件。除了影响种质高产的外部环境外，还有自身种质的差异。现在国内的玉米种子，多數抗病虫害。抗自然灾害等能力不强，一旦有突发情况出现势必会造成玉米的大面积减产。为此，为实现玉米高产，务必要确保玉米用种品质，尽量选择良种栽培。

（2）早期玉米田翻耕不当

就玉米而言，自身植株高大，体积较其他作物庞大。为此，生长根系的发育情况很重要。如果根系分布不均，将难以从土壤中获取足量养分，用于满足玉米植株顶层的营养需要。分析当前玉米根系分布不均的问题，与早期土壤翻耕不彻底，翻耕深度不够相关。现阶段，多数翻耕深度在20 cm下，这样玉米扎根不深，营养摄取不到位，极易造成植株倒伏而影响到玉米产量和质量。

（3）玉米种植密度不合理

在玉米种植过程中，忽视品种特性，不能对种植密度进行准确测量，同样是经常出现的影响玉米产量和质量的技术问题。一般玉米在生长过程中都会经历一个枝繁叶茂的过程，这需要一定的生长空间，与其他农作物相比，玉米种植空间把握难度更大。如果玉米早期种植密度控制的不合理，会严重影响到玉米后期的生长发育，将无法使最终产量达到最高。

（二）研究意义

发展我国玉米生产，提高玉米单产水平，提高总产是解决我国各个地区玉米产需矛盾的根本途径。长江中游具丰富的光、温、水等适合玉米生长气象资源的同时，由于气象资源配置问题，玉米实际生产中会遭遇春季低温渍涝、夏季高温以及秋季低温寡照等非生物逆境因素。通过播种时间的调整，可以优化调节玉米生长季节内的气象资源分配，从而尽量避免遭遇逆境危害，提高玉米产量。增施氮肥可以提高玉米的产量，但过量施氮不仅不会提高产量，反而导致面源污染，加重环境负担;玉米氮肥后移可以提高玉米产量，但是由于玉米追施氮肥生产成本增加，一次性施用缓/控释肥料成为作物生产“轻简化”的重要手段之一。覆膜具有增温降渍的作用，缓解春季玉米低温渍涝的问题。增加密度是玉米增产的重要手段，而优化群体结构，提高冠层光能利用，成为高密群体获得高产的重要手段之一。

因此，本研究的意义在于：

（1）探明光、温、水气象要素分布特性及影响玉米产量形成的主要气象要素，为确定我国玉米高产的最佳播期提供理论支撑;

（2）探明关键栽培技术措施对我国春玉米产量形成的影响规律，确立春玉米高产栽培技术，为指导玉米生产提供理论指导及技术支撑;

（3）确立水稻玉米协同发展的周年种植模式，构建春玉米和周年双季玉米高产栽培技术体系，为本区域未来栽培种植制度的调整进行理论探索和技术储各。

二、研究综述

（一）气象资源对玉米生长发育及产量形成的影响

玉米的生态适应性是指玉米生长对生态因子的响应。玉米适应性强，Leff et al，（2004）报道，从北纬50度至南纬45度均能种植玉米，我国与玉米种植范围北起黑龙江省黑河地区（北纬530）南至海南岛（北纬180）（李少昆与王崇桃，2010）。温度、降水和光辐射是影响玉米生态适应性的主要气象因素，主要受纬度的调节（Coe et al，1988;Yan et al，2011）。

（二）温度对玉米生长发育及产量的影响

玉米是喜温作物，玉米出苗、吐丝和成熟等生育进程受到温度的调控（Iannucci etal.，2008;Donget al，2009）。Ritchie and Nesmith（1991）研究表明，温带地区玉米生长的生理温度为8℃，出苗期最适温度为25～35℃，抽雄吐丝期为25～28℃，籽粒形成灌浆期为2024℃（胡立勇，2008）。

低温影响玉米出苗速度，延迟出苗导致烂种，影响苗期苗全苗壮（高素华，1998;王连敏，1999;史占忠，2003）。低温延长玉米出苗至吐丝营养生长期天数，该阶段平均气温与产量呈直线关系;而低温延长吐丝至成熟生殖生长期天数，玉米产量与生殖生长期平均气温的二次方呈直线关系（张德荣等，1993;刘惠芝等，1993）。低温主要通过影响叶片生长发育和干物质积累，影响玉米营养生长。研究表明，低温降低玉米叶片叶绿素含量（张金龙等，2004），降低光合速率（Nie，etal，1992;Verheul，et al，1996;刘鹏等，2004）。Lafitte，et al（1997）研究表明，低温缩短雄穗开花持续时间、推迟雌穗吐丝期，易造成花期不遇，降低结实率，减少穗粒数。吐丝期低温抑制了雌穗分化，减少穗颖花数和穗粒数（张吉旺，2005）。灌浆期低温逆境延长籽粒灌浆期，降低籽粒灌浆速率，致使千粒重下降，引起产量降低（于振文，2003）;同时，低温导致胚乳细胞发育不良，胚乳数目减少，淀粉积累量降低，降低灌浆速率，缩短有效灌浆期，显著降低粒重（张毅，1995;王伟东等，2001）。

IPPC年度报告证实（IPCC，2007），全球变暖己成为不可逆转的趋势，全球平均温度上升速率为0. 074℃/l0a （1906-2005）。据预测，我国2020-2030年平均氣温将上升1.7 ℃，2050年上升2.2 ℃（丁一汇，2006）。温度升高可以缩短玉米营养生长期和生殖生长期天数，推进玉米完成生育进程（Cooper and Law，1978;Liu et al，2010，Hunt et al.，1991）。温度升高影响玉米光合器官叶片的发育和数目，高温抑制玉米叶片的生长，加速叶片后期衰老，叶面积指数显著降低（Tollenaar and Hunter，1983;Hesketh and Warrington，1989）。

Wilson etal（1973）研究表明，温度低于18℃或高于25 ℃显著降低玉米叶面积指数（LAI），张吉旺（2005）通过增温处理研究表明增温抑制玉米叶片的生长，LAI显著降低，而且加快光合色素分解，加快叶片衰老。高温导致玉米叶片质膜严重受损（Yang，et al. 1996），质膜稳定性降低（Karim MA，etal.，1997，1999），自由基积累导致膜脂过氧化水平增高（Gong，et al，1997），进而导致玉米叶片叶绿素含量降低，降低了光合作用（Zhu，et al.，2011）o Ben-Ashen et al. C 2008）研究证明，玉米在（日/夜）35/30℃和40/35℃高温条件下，净光合速率比低温条件下（日/夜）25/20℃和30/25℃低50%～60%。

玉米生殖生长期高温显著降低穗粒数和粒重，是导致玉米减产的主要原因。Thompson C 1996）报道，美国玉米带生殖生长期温度若从22℃升高到28℃，产量降低10 %;Wardlaw（19 89）研究表明，日均温超过15℃，温度上升1℃减产3-4%;但Muchow（1990）研究表明灌浆期温度与玉米产量无关，生殖生长后期高温（25.4-31 ℃）对籽粒产量无显著影响。玉米抽雄吐丝期高温引起雄花败育，花粉失水干枯，活力下降;抑制雌穗分化，花丝失水枯萎，丧失生活力，造成花粉不能萌发，不能完成受精过程，导致结实率下降，减少穗粒数（Herrero and Johnson，1980;Schoper J.B.，1987;张吉旺，2005;赵飞龙，2012）。玉米灌浆期遭遇35℃高温，会引起籽粒败育（Jones，et al，1981）。产量构成的重要因素粒重主要由籽粒灌浆持续时间和灌浆速率决定。灌浆期温度升高，缩短灌浆持续期，显著降低灌浆速率，导致粒重降低（Jones，1981;Bruckner et al 1988;Wheeler，1996;Tashiro和Wardlaw 1989;Hunt等，1991）o Badu-Apraku，et al.（1983）研究证明，玉米吐丝后18d至成熟期，采用日/夜温度（25/15℃，35/15℃，35/15℃，35/25℃）处理，随温度升高籽粒灌浆线性增长期逐渐缩短，粒重显著降低;玉米授粉15 d至成熟期，用日/夜（33.5/25℃）温度处理，灌浆速率下降，粒重降低7% （Wilhelm et al，1999）。Cirilo，et al.（1996）研究表明，光合同化物供应不足导致籽粒灌浆速率下降，有效灌浆期缩短，粒重显著降低，是籽粒败育的重要原因之一（Reed，et al.，1989）。夜间温度升高缩短灌浆持续期，对穗颖花数无显著影响，但显著降低结实率，减少粒数（Gantarero，et al.，1999）。

玉米叶片光合作用形成的干物质是决定玉米产量的主要因素，作物生长速率及持续期和干物质向籽粒的转运影响最终粒重的形成（Tollenaar，1977;Borras and Westgate，2006;Gambin et al.，2006，2008）。温度影响玉米同化物积累C Nie，etal，1992）夜间温度升高，昼夜温差减小生物积累量减少（Peng，2004），吐丝后温度超过31℃降低同化物向籽粒的转运，收获指数降低（Tashiro and Wardlaw 1991）。刘月娥（2013）研究表明，我国北方春玉米区玉米收获指数随纬度北移而逐渐降低，生殖生长阶段温度是影响北方春玉米收获指数主要气象因素之一。协调碳氮比对玉米产量形成具有重要的影响作用，高温降低玉米籽粒淀粉含量（Keeling等，1994;Singletary等，1994），但也有研究表明，高温对氮代谢没有显著的影响（Wilhelm E.P. et al.，1995）。

衡量温度对作物生长发育的影响，不仅仅利用温度（日最高温、日最低温和日均温）作为指标，通常利用作物生长发育所需的热量（GDD）进行表征（Craufurd etal.，1998;Bartholomew and Williams，2005）。热量条件对于调控作物生长具有重要的意义（Dong et al.，2009）Olivier and Annandale（1998）证明作物完成不同的生育阶段需要满足对积温需求，Wang et al.（1960）和Sacks and Kucharik（2011）等认为作物不同生育阶段所需积温是恒定的，只受作物品种控制，但大量研究证明作物不同生育阶段积温需求量具有变异性，主要受种植区域及年份的影响（Tataryn，1974;Major et al.，1983;Liu et al.，2013）。

（三）水分对玉米生长发育及产量的影响

玉米起源于热带、亚热带地区，生育期内需水量比较大（Gardiol et al.，2003;Gaoet al.，2009）。玉米不同生育阶段对水分敏感度具有差异性，水分胁迫（干旱和渍涝）影响玉米生育进程及产量形成。水分胁迫导致玉米抽雄期推迟（Abrecht and Carberry，1993），推迟吐丝期和成熟期天数（Payero et al.，2006）。玉米营养生长阶段的水分胁迫导致地上部生物量减少30%（Cakir，2004），吐丝后水分肋、迫导致植株衰老进程加J决，粒重降低，总生物量减少（Edmeades et a1.，1999）。己有研究表明以及水分胁迫（Edmeades et a1.，1999），都会引起收获指数降低。

玉米孕穗期是影响玉米产量形成的关键时期，干旱胁迫导致玉米雄穗败育，导致减产（鲍巨松等，1990）。白向历等（2009）研究证明，玉米抽雄吐丝期是干旱敏感度关键期，影响穗数和穗粒数建成，减产最为严重，其次是拔节期和苗期。玉米需水量大但又不耐渍涝，在其生育期内极易受到由季风气象引起降雨而引发的渍涝肋、迫。渍涝胁迫降低叶片叶绿素含量，光合能力降低，地上部生物量积累量减少（杨京平，1998;Ashraf and Rehman，1999;Liu，et al.，2010）。渍涝胁迫减少穗行数和行粒数，穗粒数减少，千粒重降低，导致减产（杨京平，1998）。陈国平（（1989）研究结果表明，不同时期渍涝以雌穗小花分化期单株减产最严重，为27.9 %，其次是拔节期和三叶期，开花后和乳熟初期渍涝未引起显著减产。综之，水分肋、迫的类型（干旱或渍涝）与程度以及发生时期，不同程度的影响玉米的生育进程及产量的形成（Zaidi et al.，2003;Asare et al.，2011）。

（四）光辐射对玉米生长发育及产量的影响

光是作物进行光合作用的必需气象因素之一，影响玉米生长发育及同化物的积累与分配与生物量的积累，并最终影响籽粒产量的形成（Boote and Loomis，1991）。Brich et al. C 1998）报道，降低光合辐射50%，玉米叶片生长所需积温增加37～50 ℃，延长营养生长期天数;提高密度降低玉米个体光合辐射截获量，导致吐丝期推迟，营养生长期增长（Borrasa et a1.，2007）。CIMMYT研究指出，玉米产量变动80%受生育后期的光照时数和光照强度的影响。张吉旺（2005）通过遮阴降低光辐射，导致玉米LAI降低显著，而且花粒期较低的光合辐射对LAI影响最为显著。玉米苗期光辐射量降低会导致粒重和穗粒数的降低，穗期降低光辐射量将影响穗分化，降低穗颖花数目和结实率，显著减少穗粒数，生殖生长期降低光辐射量引起粒重的显著降低（张吉旺，2004）。

光辐射量对作物干物质积累具有重要作用（Muchow，R.C.，1990），当日均辐射量高于2.5 MJ m-2 d-1会引起水稻生物总量的降低（Peng，er al.，2004）o Cirilo andAndrade（1994）报道播期推迟，光辐射量减少是是造成生殖生长期生物量积累降低的原因。Tsimba，et al.（2013）播期试验表明，光合截获量减少和光能利用效率降低是导致后期播种地上部生物量减少。群体光能截获量及分配对作物生长速率具有直接作用（Tollenaar and Bruulsema，1988），而干物质的转运分配影响籽粒灌浆速率（Andrade，1996）。刘月娥研究表明，我国北方春玉米区玉米收获指数随纬度北移而逐渐降低，全生育期的总辐射量是影响北方春玉米收获指数主要气象因素之一。光合辐射降低可降低玉米幼苗C含量，在较高光强下叶片的总氮量上升（关义新等，2000）。

三、研究内容

玉米一直是重要的粮食作物和饲料作物，也是全世界产量最高的农作物，其种植面积和总产量仅次于水稻和小麦。在我国玉米的栽培历史悠久，发展迅速，优势明显，生产分布广泛，主要分布于东北经黄淮海向西南延伸的广阔地区，在我国农业生产中的发挥着非常重要的作用，未来发展前景巨大。近年来我国粮食总产量不断提高，玉米的种植面积和总产量持续增长，因此，在玉米生产中应加大玉米高产栽培技术的研究，有效降低种植成本，生产出更优质、高效和多产的玉米，产生更大的经济效益，玉米栽培技术在未来有较好的推广应用前景。想要增加栽培玉米的产量，就需要从自然环境因素和人为因素2方面综合考虑，深入分析产生问题的原因，找到相应的解决方法，为玉米创造最适宜的生长条件，适当地进行人为的控制与改变，因地制宜研究玉米高效栽培技术。因此，本文对玉米栽培的关键技术、设施栽培要求以及栽培生产管理3方面采用玉米高产栽培模式进行详细探讨，以期为我国玉米栽培生产提供相关借鉴和参考。

四、研究方法

1.文献法：通过CNKI期刊、各科相关理论著作和网上资源等途径对相关的发展背景和理论依据等相关资料的收集、整理和进一步地分析，更好地了解国内学者们的研究现况与成果，从中得到启发。

2.访谈法：在调查中，通过事先拟定好的开放性的问题，对被调查地进行面对面的访谈，通过与之交谈的方式搜集能够客观反映研究对象的材料，真实把握管理方面的问题，并且通过分析提出更好的建議。

3.行动研究法。结合课题方案定期开展专题研究、课题论坛、撰写研究反思、研究随笔等。

五、研究结果

玉米高产栽培技术，对稳定当地粮食增产和农民持续增收，提高农业综合生产能力，起到了推动作用，同时还能够极大的调动当地农户积极采用新品种、新技术的积极性，同时也是探索创新农技推广机制的一项重要举措。但是在具体工作过程中还存在不少突出难题，需要引起我们重视并加以解决。

近年来，随着我国经济水平的快速发展以及生产水平的不断提高，人们对于农产品质量、品种、安全性的要求也越来越高。玉米作为我国种植区域较为广泛的粮食作物，栽培技术虽然有了很大的提高，使得玉米的产量和质量均在稳步增加，甚至出现了供过于求等现象，但是现阶段仍然存在一些急待解救的问题。因此，目前面对玉米栽培存在的问题应充分控制种植的各个环节，从优良品种的培育到栽培技术的创新都要采取相应的措施，加大对玉米栽培过程中影响其生长的自然环境因素以及所需的外在控制条件的研究，在传统的化学防治基础上进一步研究更为合理有效的生物防治防治病虫害的方法与手段，只有配套的科学栽培技术，不断提升玉米的栽培水平，才能生产出更优质、更高产量的玉米，进而使广大农民获得更大的种植经济效益。

2020年度课题编号：ZGYGC3156 课题级别：国家级知网收录

课题鉴定单位：中国管理科学研究院咨询部工程技术课题管理委员会