综合栽培措施对春玉米密植群体冠-根调节机制研究

摘要

东北春玉米区是我国玉米主产区和输出区，提高该地区玉米产量对我国玉米安全战略具有重要意义。玉米产量提高主要归因于种植密度的增加，但随着密度增加，冠-根个体间的竞争被强化，冠-根结构变差严重制约了产量的进一步提升。大量研究表明，深松、化控和宽窄行种植等栽培措施具有优化高密度玉米群体结构和优化个体功能的作用，对籽粒产量的提高具有显著正效应，成为该地区玉米密植高产的关键调控栽培措施。目前该区域依赖单项栽培措施优化实现玉米增产已遭遇瓶颈，所以有依据的综合多个栽培措施，利用综合栽培模式的整体功能优势，协调优化冠-根结构，在未来继续提升玉米种植密度，继续高产挖潜中扮演着极其重要的角色。但不同栽培措施互作对东北春玉米群体结构调节效应尚不明确，单项或多项措施对增产的贡献率及其高产机制尚缺乏详细的报道。
　　因此，本研究:
　　(1)通过比较分析深松(S)、宽窄行(W)和化控(C)及综合措施模式下玉米增密群体产量，探讨不同栽培措施及其交互效应对北方春玉米产量和耐密性的调控作用及其对产量提升的贡献率;
　　(2)通过分析不同玉米密植群体冠-根结构，探讨不同优化栽培模式对群体冠-根结构与功能的调控效应;
　　(3)通过分析宽窄行(W)和深松(S)及其互作模式下群体，阐明玉米密植高产群体的物质运转调控机制。本研究对于发展该区域玉米生产具有重要的实践意义，同时可以丰富玉米栽培学理论。主要研究结果如下:
　　(1)综合措施模式中化控处理(C)对产量具有显著的直接作用(贡献率27％-41％)，这种作用在于仅化控处理即可增密1.17万株/hm2;宽窄行(W)对产量的调控作用不同组合间存在着明显差异;而深松(S)对产量的调控则以间接作用为主（贡献率24％-37％），但深松与宽窄行组合较常规(RU)产量增加11.28％。密植条件下多项措施互作产量增益显著高于双项措施和单项措施，相较于常规模式(RU; CK)，正常年份（2013年）增幅分别为31.27％、15.57％和7.96％;少雨年份(2014)则分别为15.02％、11.32％和5.65％;其产量的增加主要是由于群体耐密性的提高，以及通过光利用效率(RUE)、积温效率(GUE)和氮肥偏生产力(PFPN)的协作调控，最终实现了综合措施下的高产高效。
　　(2)栽培措施及其互作对玉米密植群体的冠-根协调性有显著的优化作用。宽窄行和化控技术显著优化密植高产群体物质空间分配，构建类“纺锤型”的高效冠层，提高群体内下部透光性，光能截获显著提高，显著改善了下部叶片的光合性能。冠层生产力提高有赖于根层的供给能力。深松显著改善耕层土壤结构，耕层加深10cm，提高耕层土壤的孔隙度，有效水分区间从2％提高到5％-7％，提高土壤对降水的利用效率;优化根系在土层中的分布，10cm-30cm土层中根系量提高80％-88％，主要表现为须根量的增加。深松、宽窄行和化控等栽培措施及其互作显著优化玉米密植群体的冠-根结构，根冠比显著提高，根冠面积比趋近于1。
　　(3)栽培措施及措施互作协调优化玉米密植高产群体的干物质积累与分配，及干物质输导组织性能。深松、宽窄行及互作技术显著提高了密植高产玉米群体花后干物质积累量(5.2％-13％);花后茎秆中C、N代谢更加平衡，收获期C/N显著降低(4％-39％);生长环境的优化，改善了生育前期维管束数量和韧皮部的分化，同时维持了其后期的功能，灌浆期茎秆物质运转效率(11％-42％)及籽粒灌浆速率显著提高，春玉米群体籽粒产量提高5％-22％。
　　综上所述，综合栽培措施对东北地区玉米密植群体籽粒产量具有显著的正向调控效应，其中以深松宽窄行种植化控处理产量最佳，同时优化冠-根结构，提高冠层的光能截获，增加灌浆期的物质生产，扩大根系分布，改善密植群体的营养环境，增加维管束系统分化，增加灌浆期物质的运输与积累，穗粒数与百粒重同步提高最终实现了东北地区春玉米的密植高产。

目录

论文说明

声明

摘要

缩略语表

第一章 前言

1 国内外研究现状

1．1 增密对玉米群体结构与功能的影响

1．2 种植方式对玉米冠层质量的影响

1．3 深松对土壤结构及玉米生长发育影响

1．4 化控对玉米密植群体冠层-根层的调控效应

1．5 关键栽培措施对玉米密植群体结构与功能的调控效应

1．6 关键栽培措施对玉米密植群体物质生产及转运的影响

2 研究的目的与意义

3 研究方案

3．1 研究内容

3．2 拟解决的关键问题

3．3 技术路线

第二章 栽培措施及其互作对产量及耐密性的调控

1 材料与方法

1．1 试验地点概况

1．2 试验设计

1．3 测定项目及方法

1．4 数据统计与分析

2 结果与分析

2．1 群体籽粒产量

2．2 栽培措施对产量调控的通径和因子分析

2．3 栽培措施对春玉米群体耐密性的调控

2．4 综合措施对春玉米群体籽粒产量的调控

2．5 栽培技术调控下玉米密植群体的资源利用

3 讨论

4 小结

第三章 综合措施模式对玉米密植群体冠-根协调性

1 材料与方法

1．1 试验设计

1．2 测定项目及方法

2．1 不同栽培模式对产量的影响

2．2 群体冠层结构

2．3 冠层光合生理

2．4 根层结构

2．5 根冠比、根冠面积比

3 讨论

4 小结

第四章 栽培措施及其互作对密植群体物质运转的调控

1．1 试验设计

1．2 测定项目及方法

1．3 数据的统计与分析

2 结论与分析

2．1 冠层耕层的结构

2．2 产量构成及干物质积累

2．3 灌浆期维管束的数量与结构

2．4 物质运转效率及籽粒灌浆

2．5 相关性分析

3 讨论

4 小结

第五章 结语

1 研究结论

1．1 栽培措施及其互作对密植群体产量的调控

1．2 栽培模式对密植群体冠层结构与功能的调控

1．3 栽培模式对密植群体耕层结构与功能的调控

1．4 栽培模式对密植群体物质运转的调控

2 本研究的创新之处

2．1 探明综合措施模式中栽培措施的交互效应及贡献率

2．3 明确综合措施对玉米高密植群体物质运转的调控效应

3．1 本研究存在的问题

3．2 进一步的研究思考

参考文献

附录

致谢

作者简介及成果