高产条件下夏玉米生理生态特性研究.docx
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高产条件下夏玉米生理生态特性研究
夏玉米高产条件下生理生态特性分析
通过在高产田条件下和一般田条件下比较洛玉8号生长特性、生理生态特性、基本农艺性状以及产量特性,以一般田作为对照,分析高产攻关中的难点和突破点,以探讨洛玉8号高产攻关栽培措施。
一、试验设计和测定项目
1.1试验基本情况
本年度夏玉米生育期(6-9月),洛阳市气候特征为总体降水充足,热量充足,但光照偏少,在夏玉米的主要生长时段、关键时期,水分充足、气象要素协调。
今年小麦收获较往年推迟,使今年夏玉米推迟播种,但土壤透墒,利于夏玉米播种、出苗。
6月中下旬降水严重偏少,但玉米此段正处于生育初期,对玉米产量影响不大。
7月份全月雨水充足,特别是7月8-11日洛阳市普降中到大雨,基本解除了前期旱情,同时也避免了“卡脖旱”的出现及自7月下旬起充足的水热条件有利于玉米的良好快速生长。
进入花粒期阶段,受阴雨天气较多、日照持续不足影响,夏玉米的小穗分化和灌浆过程均受到一定程度的抑制,该阶段的生长发育延迟。
今年夏玉米整个生育期时间与历年基本持平。
但由于今年播种较晚,成熟收获期较历年普遍推迟一周左右时间。
生长期间部分地区遭遇了干旱、暴雨洪涝等灾害,给玉米生产造成一定损失。
试验在我院经作中心玉米试验站高产攻关田和后地试验地进行,品种为洛玉8号。
高产攻关田:
6月16日播种,9月30日收获,设计密度7000株/亩,种肥施磷酸二铵20kg/亩,氯化钾7.5kg/亩,追肥分苗期、拔节、大口、抽雄、灌浆5次追施,总追肥量为折合纯氮41.95kg/亩,纯P2O56.15kg/亩,纯K2O23.4kg/亩,追施比例为1:
3:
3:
2:
1,生育期内共浇水4次,分别在播种后,苗期、抽丝期和灌浆中期,通过充足的水肥供应,以满足高密度下玉米生长需要,在玉米生育过程中不间断进行病虫害防治,生育期内共打药9次,除草4次,同时在抽丝后进行去顶(去雄穗)、去黄叶等措施以有利于高密度下玉米生长,其他措施同一般玉米高产攻关田。
一般田:
6月16日播种,9月28日收获,设计密度4000株/亩,播种后于苗期、拔节和大口期分3次追肥,共追肥折合纯氮18.55kg/亩,纯P2O510.4kg/亩,纯K2O17.5kg/亩,在播种后河抽丝期2次浇水,其他田间管理同一般大田。
1.2测定项目与方法:
(1)土壤水分:
采用烘干法测定,玉米每个重要生育时期测定一次,测至2m。
(2)基本农艺性状:
叶面积用长×宽×系数法用卷尺测量,干物质在烘箱内105℃条件下杀青30min,然后在80℃条件下烘干至恒重后称重,双穗率、空杆率、病虫株率、株高、穗位高等指标在灌浆后期测定。
(3)灌浆特性:
在大喇叭口期选择有代表性的植株标记,吐丝前套袋,吐丝后人工统一授粉,自授粉后10d开始,选择有代表性的植株,每隔5d取样一次。
取各小区中样穗2穗,按子粒粒位分别取顶部籽粒为顶部样粒(以A表示),取中部籽粒为中部样粒(以B表示),取底部籽粒为底部样粒(以C表示)。
用天平称鲜重、烘干重(105℃杀青0.5—1h,在70~80℃烘干至恒重后分别称量其干物重)。
以干物重的增长速率表示子粒灌浆速率。
并用logistic曲线模拟,求出灌浆渐增期持续时间(T1)、灌浆速增期持续时间(T2)、灌浆缓增期持续时间(T3),并求出对应的平均灌浆速率(V1、V2、V3)和累积籽粒重(W1、W2、W3),同时计算最大灌浆速率出现日(Tm)、最大灌浆速率(Vm)、灌浆总天数(T)等参数
(4)硝酸还原酶活性:
用磺胺比色法测定
(5)叶绿素含量:
采用乙醇:
80%丙酮=1:
1浸提液提取法
(6)荧光:
在玉米抽雄吐丝期(8月14日)选取晴朗无风的天气,用美国ADC公司生产的Fim1500型叶绿素荧光仪测定荧光日变化,于上午8∶00开始,每2小时测定一次,测定叶绿素荧光动力学参数:
初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)、、光系统Ⅱ(PSⅡ)的原初光能转化效率(Fv/Fm)及Tm(从初始荧光产量到最大荧光产量所需的时间),并计算可变荧光(Fv)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)分别按下式计算:
Fv/Fo=(Fm-Fo)/Fo,Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm。
测定前叶片暗适应20min,取其平均值进行分析。
(7)考种计产:
收获后考种计产,并计算经济系数和收获指数。
二、试验结果分析
2.1土壤水分变化动态
图1.不同生育时期土壤水分动态变化
土壤水分是影响玉米生理代谢的主要因素之一。
生育期内的土壤水分变化,将导致生理反应的变化,从而影响玉米的产量。
从图1中可以看出不同生育时期高产田和一般田土壤水分动态变化,播种前土壤水分0-60cm高产田土壤水分含量大于一般田,而60-160cm差距较小,160-200cm则是一般田土壤含水量大于高产田;抽雄吐丝期和拔节期土壤高产田土壤水分0-200cm均大于一般田,而在20-80cm土层差距较小;收获期土壤水分则是除20-40cm土层高产田土壤水分含量大于一般田外其他土层一般田均大于高产田。
说明了高产田在播种前表层土壤墒情较好,而在拔节和抽雄吐丝期一直保持高产田土壤水分含量均大于一般田,而到了收获时候由于高产田群体较大,群体需水量也较大,造成一般田收获期土壤水分大于高产田。
2.2单株叶面积和LAI变化动态
图2.不同生育时期单株叶面积和叶面积系数(LAI)变化
玉米叶片作为玉米有机物质生产的主要器官,其叶面积大小及光合作用的强弱对玉米的生长发育有重要影响。
从图2中可以看出高产田和一般田单株叶面积随着生育期的推进,呈现增加后减少的趋势,高产田单株叶面积在抽雄吐丝前大于一般田单株叶面积,而在抽雄吐丝期后则小于一般田,可能是由于高产群体密度过大,叶片抽雄后开始发黄造成的。
而高产田的叶面积系数尽管和一般田一样先增加后减少,并始终高于一般田,说明了尽管高产田抽雄吐丝期后单株叶面积减少了,但由于群体较大,叶面积系数(LAI)依然大于一般田。
同时可以看出高产田叶片在抽雄吐丝期以后单株叶面积和LAI均急剧下降,而一般田则是在灌浆期略有增大后才缓慢下降,说明了高产田玉米叶片在抽雄吐丝期以后开始急剧早衰,不利于籽粒灌浆源的提供,因此需要再抽雄吐丝期和灌浆前期增加氮肥追施,以保证高产田高密度玉米群体叶片的生长需要。
2.3干物质积累动态
作物经济产量的高低是由生物产量即干物质积累所决定的,但又受经济系数的制约。
从图3中可以看出高产田和一般田均呈现急剧增加后稳定增的logistic曲线趋势。
在苗期和拔节期一般田单株干物重大于高产田,而在大口期和抽雄吐丝期则是高产田大于一般田,而到了蜡熟期和收获期则是一般田大于高产田,说明了在苗期和灌浆期需要加大水肥运筹管理,攻克高密度下玉米单株生长受抑制的局限,增加高产田单株干物重,
图3不同生育时期单株叶面积和叶面积系数(LAI)变化
2.4叶绿素荧光日变化
图3高产田和一般田荧光日变化比较
从图中可以看出光系统Ⅱ(PSⅡ)的原初光能转化效率(Fv/Fm)日变化呈双峰曲线趋势,在在上午10:
00时达到第一次峰值,高产田在12:
00达到最低值,而一般田则到14:
00达到最低值,之后高产田在下午14:
00达到第二次峰值,此时一般田Fv/Fm值达到最低值,而一般田则在下午16:
00达到峰值。
说明了在上午8:
00-10:
00和下午16:
00-18:
00气温不是很高的环境下一般田的原初光能转化效率(Fv/Fm)较高产田高,而在中午12:
00-16:
00的高温环境下高产田较一般田高。
因此从原初光能转化效率(Fv/Fm)日变化中可以看出在一般温度下由于高产田的高密度群体特征需要加强通风透光等措施以加强原初光能转化效率,而在中午时由于高产田土壤始终处于湿润状态可以适当应对高温对玉米光合造成的影响。
PSⅡ潜在活性Fv/Fo日变化则是呈抛物线趋势,一天中先降低,至中午12:
00-14:
00左右达到最小值,之后开始升高。
说明Fv/Fo受一天中光照和气温的影响,光照和气温都较高的中午Fv/Fo值最小。
一般田在中午前Fv/Fo值较高产田高,而到了14:
00以后则是高产田较一般田高,同时高产田Fv/Fo最低值出现时间较一般田提前2小时左右,说明了Fv/Fo高产田较一般田受光照和气温的影响较大,需要对高产田始终保持土壤湿润状态,以有利于高产田高密度群体玉米单株的PSⅡ潜在活性发挥。
2.5硝酸还原酶活性(NR)
碳氮代谢作为作物体内基本的代谢途径,不仅影响作物的生长发育,而且很大程度卜决定着产量。
NR是碳氮代谢的关键酶。
从图4中可以看出在NR在散粉后呈抛物线趋势,先增加,达到一定峰值后下降。
高产田NR在散粉后10前始终大于一般田,而到了散粉后17天至31天则大大低于一般田,之后又高于一般田,同时高产田NR峰值出现的时间较一般田提前10-15天。
说明了在散粉后17天至30天灌浆的关键时段由于高产田群体较大,此时需氮量较大,NR有所降低,因此需要再散粉后17天至30天对高产田玉米植株喷施磷酸二氢钾等叶面肥,以增加玉米碳氮代谢活性。
同时加强后期追施活化根系的肥料,以防止高产群体早衰。
图4.高产田和一般田散粉后穗位叶NR活性比较
2.6叶绿素含量(chl)
图4高产田和一般田不同生育时期叶片叶绿素含量比较
从图4中可以看出灌浆后期穗位叶中叶绿素含量最大,散粉期和灌浆中期较小。
高产田在抽雄期、散粉期和灌浆前期较一般田叶绿素含量大,而灌浆中期和灌浆后期则一般田高于高产田。
说明了在灌浆中期以前,高产田由于水肥供应充足,生长旺盛,氮素利用较一般田高,而到了灌浆后期以后,由于籽粒灌浆后期光热资源的变化以及高密度群体开始衰老的原因,高产田叶片中叶绿素含量较一般田减少,说明了高产攻关中需要在后期加强田间管理,以保证高产群体的生理活性。
2.7灌浆特性
从图5中可以看出随着散粉后天数的增加,籽粒干重呈递增趋势却高产田和一般田差异不大,仅仅在散粉后35天和40天高产田籽粒干重略较一般田增加。
而灌浆速率则是呈先增加后下降趋势,高产田灌浆速率较一般田略高,而在散粉后30天、35天、40天高产田和一般田灌浆速率差距较为明显。
说明了高产田在灌浆后期不论籽粒干重还是灌浆速率均较一般田大,因此更应该适时晚收,以增加高产田产量。
从表1中高产田和一般田籽粒灌浆参数中可以看出,在灌浆渐增期,无论是持续时间、平均灌浆速率还是累积籽粒重,高产田均较一般田大;而在灌浆速增期,则是持续时间较一般田长,而平均灌浆速率和累积籽粒重教一般田小;到了灌浆缓增期,则是持续时间、平均灌浆速率和累积籽粒重均小于一般田。
说明了在灌浆渐增期高产田灌浆情况较好,而到了灌浆速增期和缓增期则灌浆情况较差。
最终的灌浆平均速率(Va)较一般田大了0.13mg/粒/天,最大灌浆速率出现日(Tm)较一般田推迟了2.55天,最大灌浆速率(Vm)较一般田小了0.16mg/粒/天,灌浆总天数(T)较一般田多了3.94天。
说明了高产田灌浆前期较活跃,而到了中后期则需要通过栽培措施加以提高,最终平均灌浆速率较一般田高,而最大灌浆速率较一般田小,灌浆总天数较长。
图5高产田和一般田籽粒干重动态变化和灌浆速率比较
2.8产量及产量构成因素
从表2中可以看出最终的产量高产田较一般田增产77.7%,主要是亩穗数较一般田多出2838株/亩,穗行数较一般田多出0.22行,出籽率较一般田高0.40%,经济系数较一般田大8.3%。
高产田穗粒数较一般田低8.7%,千粒重较一般田低16.64g,穗长较一般田小0.52cm,穗粗较一般田小0.09cm,秃尖长较一般田长0.75cm,行粒数较一般田小6.07粒。
说明了高产田需要在增加行粒数,较少秃尖长,提高结实率和增加千粒重上加大技术攻关和栽培补救措施以提高单产。
表1.高产田和一般田籽粒灌浆参数比较
T1
v1
W1
T2
V2
W2
T3
V3
W3
Va
Tm
Vm
T
高产田
37.63
7.29
272.53
21.54
3.48
85.15
7.10
0.69
5.01
5.53
30.33
10.93
66.93
一般田
34.58
6.97
240.92
20.19
4.43
89.40
8.23
0.77
6.36
5.40
27.78
11.09
62.99
表2.高产田和一般田产量及产量构成因素比较
产量
Kg/mu
亩穗
数
穗粒
数
千粒
重
穗长
穗粗
秃尖
长
穗行
数
行粒
数
出籽
率
经济系数
高产田
906.00
6824
421.50
350.24
15.19
5.09
2.52
14.92
25.36
90.31
0.65
一般田
509.95
3986
462.02
366.88
15.71
5.18
1.77
14.7
31.43
89.91
0.60
三、结语与讨论
从高产田和一般田的对比中可以看出高产田玉米叶片在抽雄吐丝期以后开始急剧早衰,不利于籽粒灌浆源的供应,在苗期和拔节期一般田单株干物重大于高产田,而在大口期和抽雄吐丝期则是高产田大于一般田,而到了蜡熟期和收获期则是一般田大于高产田,因此苗期和灌浆期需要加大水肥运筹管理,攻克高密度下玉米单株生长受抑制的局限,增加高产田单株干物重。
需要在抽雄吐丝期和灌浆前期增加氮肥追施,以保证高产田高密度玉米群体叶片的生长需要,同时需要再散粉后17天至30天对高产田玉米植株喷施磷酸二氢钾等叶面肥,以增加玉米碳氮代谢活性。
加强后期追施活化根系的肥料,以防止高产群体早衰。
高产攻关中需要在后期加强田间管理,以保证高产群体的生理活性。
高产田灌浆前期较活跃,而到了中后期则需要通过栽培措施加以提高,最终平均灌浆速率较一般田高,而最大灌浆速率较一般田小,灌浆总天数较长。
同时高产田需要在增加行粒数,较少秃尖长,提高结实率和增加千粒重上加大技术攻关和栽培补救措施以提高单产。
高产田在灌浆后期不论籽粒干重还是灌浆速率均较一般田大,因此更应该适时晚收,以增加高产田产量。
在以后的高产攻关中,需要对高产田水肥运筹进行加强,特别是后期的氮肥供应方面。
对高产具有重要意义。
从2008年至今,我们玉米综合试验站进行了3年的夏玉米高产攻关实践。
3年来,我们查阅资料,周密安排试验,认真测定各项生理生态指标,对试验数据进行汇总和总结,尽管3年来的夏玉米产量有所提高但1000kg/亩的目标还未实现,仍需要认认真真的对3年来高产攻关的经验和过失进行总结提炼,升华,形成一种高产规范,以便指导今后高产攻关实践,并对玉米生产实践中起到一定的指导意义。
2008年洛阳市气候条件为前期干旱少雨,气温偏高;中后期降水偏多,气温正常,光照适宜。
2009年气候条件为前期略旱,中后期雨量充沛,阴雨寡照,气温光照正常。
2010年夏玉米播种较晚,热量充沛,中后期的阴雨寡照。
表3.3年高产攻关产量比较
年份
产量
(kg/亩)
千粒重(g)
亩穗数(个)
穗行数(行)
行粒数(粒)
穗长(cm)
穗粗(cm)
秃尖长(cm)
出籽率(%)
经济系数(%)
2008
863.4
370.4
5500
14.78
30.6
17.03
5.1
1.9
87.07
0.32
2009
775.8
333.29
5481
14.7
28.9
13.2
4.8
1.7
90.77
0.53
2010
906
350.24
6824
14.92
25.4
15.19
5.1
2.5
90.31
0.65
图6.3年高产攻关灌浆特性比较
从表3中可以看出3年来高产产量结果比较中,可以看出,和前2年相比,今年主要是增加了种植密度,通过中后期追施尿素,喷施磷酸二氢钾和追施活化根系肥料等措施,增加了穗行数,提高了经济系数。
但由于种植密度大,行粒数较小,秃尖长较长。
需要以后高产攻关中加以改进。
图7.2009、2010年高产攻关干物质积累比较
图8.2009、2010年高产攻关叶面积比较
从图6中可以看出近3年的高产攻关群体灌浆特性变化趋势,从图中可以看出2010年籽粒干重随散粉时间推移一直保持最大,2009年最小,灌浆速率则是灌浆30天前2010年灌浆速率最大,之后2008年灌浆速率最大。
图7中可以看出2010年单株干物重大于2009年,日增重峰值也大与2009年,但播后46天以后单株干物重日增量减少,出现早衰。
图8中叶面积及LAI变化也表现出2010年植株在播种后46天左右出现LAI剧降的趋势,由于2010年植株密度较2009年密度大,2010年单株植株叶面积较2009年植株叶面积小。
3年高产攻关感悟:
通过3年高产攻关实践,对夏玉米高产攻关有了一定了解,夏玉米产量有所提高,然而距离目标产量还有较大差距。
试验过程中有也许感悟,以供以后攻关过程总应用和借鉴:
1.玉米高产攻关难搞。
首先,玉米生长在雨热同期季节,生长周期短,一天一个变化,田间管理,特别是前期田间管理感觉时间紧张,任务中,尽管加班加点,仍感觉力不从心。
其次,夏玉米生长的季节气温高,降雨集中,并时常伴有暴风、冰雹等灾害天气,需要时时关心天气,以防止玉米倒伏。
同时玉米生长迅速,田间管理时间和指标测定时间冲突,在玉米关键时期不能按既定方案进行指标测定。
再次,灌浆初期气候变化不易控制,对产量影响巨大。
尽管玉米前期追肥、除草、浇水、打药防治病虫害工作做了很多,前期大量投入了人力、物力和财力,但今年灌浆前期常常遇到降雨、寡照等灾害天气,对产量影响巨大,造成产量不高,达不到目标要求。
最后,收获前早衰。
在9月15-10月1日这段时间,玉米衰老迅速,尽管增加了活化根肥和喷施磷酸二氢钾等措施,但感觉效果不是很明显。
从高产田和一般田的比较中我们可以看出高产田在散粉后25天左右,灌浆中后期玉米由于密度、青枯病、茎腐病等原因早衰。
2.高产攻关易陷入误区:
①认为施肥多产量就高。
通过3年来的高产攻关实践,施肥多并不一定植株就长得好,产量就高。
施肥过多,增加了成本投入,反而不能促进玉米很好成长,反而有时起到负作用。
②高产田应该时常浇水以保证玉米水分吸收。
玉米不像水稻,可以长期在水中生长,土壤水分过多,不利于根系呼吸,同时还容易使土地浇水后踩踏造成高产田表层土壤硬度过大。
高产田玉米早衰可能有一部分原因就是土壤的硬度过大的原因。
③病虫草害出现后再防治。
夏玉米生长时间较短,大多为100天左右,前期易出现茎腐病,杂草易旺长,需要以预防为主,等病草发生时再治理极难控制。
特别是茎腐病,当发生时连片感病,且一旦发现,植株将只能拔出,不能根治,需要早期喷施农药加以预防。
玉米抽雄吐丝以后进入8月,天气变化较大,经常出现降雨后紧接着大风,极易造成玉米倒伏,因此需要及早采取防倒措施,如行间拉铁丝,用竹竿固定等。
④和大田一样收获。
高产攻关需要进行晚收,以便让玉米籽粒充分灌浆,形成产量。
近3年的高产攻关田均由于要腾茬种麦,高产田玉米没能充分后熟。
对产量造成一定影响。
3.高产攻关今后应加强的重点:
①提高播种质量。
玉米“三分管,七分种”,如果苗出的不好,不壮,不齐,后期管理即使很到位也不能挽救。
同时一定要保证苗匀,2010年玉米高产攻关由于间苗、茎腐病等原因造成苗不是很匀,对产量影响很大。
因此,苗期的管理特别重要,我们将在以后高产攻关中加以改进,哪怕晚种几天,也要保证种好。
②拔节期培土。
在拔节期隔行开沟培土,不仅保证了根系深扎土中,防止倒伏,同时还有利于土壤通透性,还利于隔沟灌溉,利于玉米在高密度下根系呼吸和防止倒伏。
③肥水合理运筹。
依据玉米生长发育需肥和需水规律,合理进行肥水管理,特别是加强玉米灌浆中后期的管理,以利于玉米的灌浆。
④培肥地力。
播种前施入优质鸡粪,同时如有条件,可以随浇地灌人粪尿等有机肥;平整土地,保证地力均匀。
通过以上措施的应用,同时关注其他高产攻关单位的新措施,新方法,在实践中探讨新思路,启发新思维,力争早日实现1000kg/亩产量目标。
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