南方玉米高產(chǎn)栽培技術(shù)研究進展

蔡慶紅，陶優(yōu)生，唐云鵬，唐啟源

(湖南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，長沙410218)

玉米(Zea mays L.)是我國第二大糧食作物，有“飼料之王”的美譽。我國糧食問題在很大程度上講的是飼料問題，且在某種意義上可以說是玉米問題。而南方玉米一直存在播種面積小、單產(chǎn)低、總產(chǎn)低的突出問題。由于南方畜牧業(yè)和工業(yè)近幾年的迅猛發(fā)展，玉米作為重要的飼料原料和工業(yè)原料，一直處于剛性需求增長的態(tài)勢，造成了“北糧南運”的局面，并且最近幾年北方玉米內(nèi)消增加，給南方玉米需求增加了更大的供給壓力。據(jù)統(tǒng)計，江蘇、湖北、湖南、江西、福建等5省常年從北方調(diào)運飼料玉米100億公斤左右。即使大量調(diào)入，部分地區(qū)也供不應求。因此依賴“北糧南運”來緩解南方玉米飼用的供需矛盾，既不現(xiàn)實，而且困難也很大。

據(jù)2006～2009年湖南省三大作物(水稻、油菜、玉米)種植面積的調(diào)查顯示，玉米占作物種植面積的12.1%，其中稻田玉米35.1%，旱土玉米55%，山地玉米9.9%。江蘇省玉米種植布局上也正在發(fā)生變化，蘇南地區(qū)水改旱面積不斷擴大，玉米作為多熟制中承上啟下的作物，已被廣泛應用［1］。但由于南方自然生態(tài)條件的影響，光、溫、水資源分配不均，使有些地區(qū)稻田無法進行正常生產(chǎn)，如春玉米生長期間早春低溫高濕、夏季高溫催熟;秋玉米前期干旱出苗慢，高溫縮短營養(yǎng)期，后期低溫灌漿，產(chǎn)量不高。因此，研究玉米的高產(chǎn)栽培調(diào)控措施，可以為南方雙季稻區(qū)玉米生產(chǎn)提供栽培技術(shù)指導，對于提高玉米產(chǎn)量和保障南方飼料糧供應和糧食安全具有現(xiàn)實意義。

1 農(nóng)藝措施對玉米產(chǎn)量的影響

1.1 品種對玉米產(chǎn)量的影響

玉米品種經(jīng)過了幾次歷史性的更替。首先玉米雜交種的育成和利用被喻為世界玉米生產(chǎn)上的一次“革命”，玉米也是利用雜交優(yōu)勢獲得經(jīng)濟效益最明顯、增產(chǎn)潛力最大的高產(chǎn)作物。根據(jù)D.N.Duvick(1984)試驗分析，在1930～1970年間，美國玉米產(chǎn)量總值的60%是由于雜交種的遺傳改進所致。目前我國的許多學者也作了相應的評估，玉米雜交種的改進增產(chǎn)占諸多因素增產(chǎn)總作用的30%～50%。

1.1.1 玉米“理想株型”

“理想株型”育種是通過改良玉米群體結(jié)構(gòu)特征，來直接影響群體內(nèi)的光通量密度分布，進而影響群體內(nèi)個體的光合碳同化作用及籽粒產(chǎn)量［2，3］。緊湊型玉米雜交品種是隨著“理想株型”理念的提出發(fā)展及應用而誕生的，該類型品種的推廣應用使得玉米生產(chǎn)通過增密大面積獲得高產(chǎn)成為可能。緊湊型玉米品種與半緊湊型和平展型玉米品種相比，具有穗上部葉片與主莖夾角小、株型緊湊、耐密植、葉面積系數(shù)大、光合勢高、凈光合產(chǎn)物多、群體庫容量大、經(jīng)濟系數(shù)高等特點，這是緊湊型玉米品種高產(chǎn)及資源高效利用的重要生理基礎［4，5］。

1.1.2 選擇適宜生育期的品種

根據(jù)玉米需水規(guī)律可知，抽雄前10 d到抽雄后20 d是玉米水分臨界期。湖南省干旱時常發(fā)生在7月下旬和8月上旬，這樣對秋玉米出苗影響很大，因此春玉米品種選擇應根據(jù)具體的生態(tài)條件決定。如果是雨水較多的地區(qū)，適于選擇中遲熟品種;否則，應選早中熟品種，這樣可以為秋玉米安全出苗提供保證。在具體的生態(tài)條件下，選擇適宜生育期的品種對增產(chǎn)及提高資源利用率有一定的現(xiàn)實意義。

1.1.3 重視品種的抗逆性

與北方玉米主產(chǎn)區(qū)不同，南方有春玉米、夏玉米、秋玉米和冬玉米之分，種植制度多樣，玉米生長期間氣候復雜，因此選用的品種應注重自身對外界環(huán)境的抗逆能力。南方年際降水大，但分布不均，品種應注重耐“苗期芽澇”、“花期梅雨”、“灌漿期高溫干旱”以及高溫高濕所引起的大小斑病、紋枯病、青枯病等逆境。由于生長期有時會遭遇臺風侵襲，對抗倒性也有要求，用于丘陵坡地的品種更要有耐旱和耐貧瘠的特性［1］。

1.2 播期對玉米產(chǎn)量的影響

播期對玉米產(chǎn)量的影響是通過間接改變玉米生育期各種生態(tài)因子(光、熱、水和土壤等)的綜合作用來實現(xiàn)的。由于播期的差異，玉米在不同播期下不同的生育期內(nèi)群體冠層所截獲的光照量及獲得的有效積溫也有差異，進而導致不同播期下玉米植株生長速率及產(chǎn)量的差異。播期越早，播種至出苗時間越長;播期越遲，產(chǎn)量差距越大。相同品種隨播種期的推遲，穗部質(zhì)量性狀變差，產(chǎn)量呈下降趨勢［6］。適宜的播期是玉米充分利用具體生態(tài)環(huán)境中有利光熱資源的有力保證［7，8］。湖南省春玉米一般在3月中下旬直播，這樣既可以保證春玉米正常成熟，又可保證秋玉米的充分成熟及下茬作物的適期播種。因此，根據(jù)當?shù)氐臍夂驐l件，適時播種是提高玉米產(chǎn)量的一項重要栽培技術(shù)。

1.3 種植密度對玉米產(chǎn)量的影響

種植密度作為實現(xiàn)高產(chǎn)的重要途徑的論斷已成為共識。由于玉米產(chǎn)量是群體與個體共同作用的結(jié)果，在一定密度范圍內(nèi)，隨著密度的提高，玉米產(chǎn)量進一步提高，但當超過一定范圍后，玉米群體內(nèi)部環(huán)境條件惡化，導致單株質(zhì)量下降，倒伏和病蟲害發(fā)生頻繁，密度增加的效應低于個體產(chǎn)量下降的幅度對產(chǎn)量的影響，表現(xiàn)密度增加而產(chǎn)量下降［9］。

玉米產(chǎn)量可以分解為單位面積穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒重。在不同種植密度下，產(chǎn)量三因素對產(chǎn)量影響順序為:收獲穗數(shù)＞千粒重＞穗粒數(shù)［10］。隨著種植密度提高，穗粒數(shù)和千粒重均呈下降趨勢，密度繼續(xù)提高，穗粒數(shù)下降速度變慢，但千粒重下降速度變快［11］。增加總粒數(shù)相對于增加千粒重對增產(chǎn)的作用大，進一步說明高產(chǎn)以足庫為基礎［12］。但當密度超過一定范圍后，玉米穗粒數(shù)和單穗有效粒數(shù)均下降，其原因在于籽粒敗育率大幅度提高［13］。由于密度增加，群體內(nèi)個體間競爭加劇，個體雌穗發(fā)育受到影響，果穗中未受精小花比例增加，再加上光合同化物供應不足，籽粒灌漿速率降低，造成玉米籽粒敗育率上升。在不同肥力水平下，密度對產(chǎn)量構(gòu)成因素影響產(chǎn)量形式略有不同。在中等肥力水平下，密度主要通過收獲穗數(shù)來影響產(chǎn)量;在高肥力水平下，密度主要通過影響穗粒數(shù)來影響產(chǎn)量［14］。以上研究均為北方玉米產(chǎn)區(qū)得到的試驗結(jié)果，是否能應用于南方稻區(qū)玉米的生產(chǎn)還有待研究驗證。但玉米的最適種植密度受地力水平［15］、氣候條件［16］、品種［17］、栽培措施［18］等因素的影響，因此，篩選出一定生態(tài)條件和生產(chǎn)水平下的最佳種植密度對玉米的高產(chǎn)尤為重要。

1.4 施肥對玉米產(chǎn)量的影響

施肥對提高玉米產(chǎn)量是有效的［19，20］，而且在一定施肥水平范圍內(nèi)，隨著施肥量增加，玉米產(chǎn)量和籽粒蛋白質(zhì)含量呈上升趨勢［21］。但超過一定范圍后，隨著施肥量增加，產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差，而且肥料利用率也降低［22］。因此，科學平衡施肥是玉米奪取高產(chǎn)的最有效措施。而且適宜的施肥種類、恰當?shù)氖┯脮r期及有效的施用方法(施用量)，是協(xié)調(diào)養(yǎng)分供應與作物吸收、減少肥料損失、提高肥料利用率及保護環(huán)境的有效措施。

1.4.1 施肥種類

根據(jù)玉米需肥特性可知，玉米需氮較多，對氮肥反應敏感，隨施氮量增加，玉米增產(chǎn)效果顯著。玉米也是對磷素極敏感的作物。低磷使玉米生物量顯著降低，根冠比增大［23］。在施適量氮、磷肥的基礎上，增施鉀肥可有效地提高玉米產(chǎn)量，增幅為8.81% ～26.80%［24］。隨著生產(chǎn)水平的提高，特別是在復種指數(shù)大、要求高產(chǎn)條件下，作物對硫素的需求也不斷增加。硫素的吸收能力在玉米生長發(fā)育的早期起關(guān)鍵作用，而生長后期，特別是籽粒灌漿充實期，硫素的作用相對增強，成為決定籽粒產(chǎn)量的重要因素［25］。不論何種類型氮肥，玉米施氮效應均顯著，隨施氮量增加，產(chǎn)量顯著大于磷肥或磷、鉀肥的產(chǎn)量［26］。因此，適宜的施氮種類及提高氮肥利用率很大程度上決定著產(chǎn)量的大幅度提高［27］。易鎮(zhèn)邪等［28］認為，復合肥增產(chǎn)效果最好。長效氮肥與常規(guī)尿素相比，無論在不灌水或水分適宜條件下，控釋尿素均利于提高氮素利用率、增加作物產(chǎn)量和改善品質(zhì)［29］。另外，與普通尿素相比，長效碳酸氫銨與長效尿素能顯著減少黑土玉米地N2O的排放，且能促進黑土玉米地對CH4的吸收［30］。因此，在作物生產(chǎn)上提高氮肥利用率的有效措施之一是高肥效品種+長效穩(wěn)態(tài)氮肥+化肥深施［31］。通過玉米在空間和時間上最經(jīng)濟的施肥量的研究也發(fā)現(xiàn)，變量施氮比統(tǒng)一施氮肥料用量少、經(jīng)濟收益高［32］;在一定程度上可以提高玉米的產(chǎn)量，并且能夠均衡土壤的養(yǎng)分，這說明變量施肥比傳統(tǒng)施肥有更大的經(jīng)濟可行性和生態(tài)可行性［33］。有研究認為，鉀肥是玉米取得高產(chǎn)的限制因子，其次是氮肥，最后是磷肥［34，35］。

1.4.2 施肥時期

掌握合理的施肥時間，既有利于作物及時吸收和充分利用，提高肥料的利用效率，減少流失，又能提高作物產(chǎn)量及品質(zhì)。玉米對氮的吸收曲線與干物質(zhì)累積曲線基本一致，呈S形變化;玉米氮素吸收速度呈單峰曲線變化，最大吸收速度表現(xiàn)在大喇叭口期或 12 葉展至吐絲階段［36，37］。李潮海等［38］研究認為，拔節(jié)至大喇叭口期與吐絲至灌漿中期是超高產(chǎn)夏玉米對氮素吸收的兩個關(guān)鍵時期，而且吐絲后對氮素的吸收積累量占總積累量的40.30%～47.78%?？梢姳ＷC生育后期的氮素供應對產(chǎn)量的大幅度提高至關(guān)重要。在氮肥的施用過程中，大喇叭口期追肥的效果最為顯著［39］。

1.4.3 施肥方法

施肥是玉米生長發(fā)育的必要條件，施肥對玉米產(chǎn)量的影響是通過施肥方式和施肥量來反映的［40］。肥料中的氮、磷、鉀肥及微量元素的比例變化，也直接影響著肥料肥效和玉米產(chǎn)量。氮肥以“底肥+追肥”的形式施用，對于降低玉米穗位、減少玉米空稈現(xiàn)象、提高玉米抗倒伏能力效果尤為明顯，同時極大地提高了玉米的雙穗率，有利于玉米的高產(chǎn)［41］。種肥條施和促根劑的施用都能提高玉米對磷的吸收效率，進而提高產(chǎn)量［42］。夏玉米超高產(chǎn)適宜的施肥量為240～300 kg/hm2，施氮時期后移可增產(chǎn)2.27%～5.33%。氮肥以“30%苗肥+30%大口肥+40%吐絲肥”方式施用，產(chǎn)量和氮肥利用率最佳［38］。在高產(chǎn)玉米栽培中氮素分別在播種、拔節(jié)期、大口期施用，以 1∶3∶6 的比例最好［43］。

1.5 灌溉對玉米產(chǎn)量的影響

除了水稻以外，玉米也是農(nóng)業(yè)耗水量較大的糧食作物。玉米一生總耗水量2 550～6 000 m3/hm2［44］，水分虧缺是玉米產(chǎn)量低而不穩(wěn)的限制因素之一，玉米需水量常因品種特性及環(huán)境條件不同而不同［45］。國外一直非常重視噴灌水肥需求規(guī)律及水肥耦合高效利用方面的研究，施肥灌溉應用十分普遍。大量的實踐也證實，在旱作農(nóng)業(yè)中，灌水與施肥耦合可以大幅度促進增產(chǎn)［46］。施肥搭配灌水在苗期和拔節(jié)期對增產(chǎn)效應最顯著［47］。而孫文濤等［48］研究認為，影響玉米產(chǎn)量的主要因素是氮肥用量，其次是磷肥，灌水量對產(chǎn)量的影響作用不明顯。但是，在干旱和半干旱地區(qū)降水不足的情況下，進行補充灌溉是提高作物產(chǎn)量的常用方法。與澆灌施肥相比，滴灌施肥具有顯著的增產(chǎn)效果，不僅使氮肥利用率提高，也顯著提高了灌溉水的利用效率［49］。在非充分灌溉條件下，不同形式的水肥空間耦合形式對玉米的產(chǎn)量影響不同:交替灌水＞固定灌水;水肥異區(qū) ＞ 水肥同區(qū)［50］。

2 地膜覆蓋對玉米產(chǎn)量的影響

干旱缺水或光、溫、水資源分配不均等是限制我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的主要因素之一，而地膜覆蓋是解決此問題的有效措施之一［51］。通過覆膜栽培，玉米出苗率高，單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)及百粒重增加，使玉米的產(chǎn)量構(gòu)成因素得到改善，有效地提高了玉米產(chǎn)量［52］。有研究表明，地膜覆蓋可使玉米在灌漿期溫度降低2.7℃，其降溫效應可減輕夏季高溫對作物生育的危害而利于增產(chǎn)。地膜具有顯著的增溫保濕和增產(chǎn)早熟作用［53］。南方春玉米總會遇到苗期低溫的災害，因此采用覆膜栽培可以滿足春玉米生物學起點溫度，降低低溫對春玉米苗期的影響，這不僅有利于實現(xiàn)春玉米一季作物的增產(chǎn)，更對全年多熟制的增產(chǎn)及資源高效利用發(fā)揮較為重要的作用，而且生育期的提早對于緩和多熟制種植的季節(jié)矛盾具有重要意義。

3 化控技術(shù)對玉米產(chǎn)量的影響

20世紀20年代，化學調(diào)控技術(shù)伴隨著植物內(nèi)源激素理論的誕生應運而生，是一種農(nóng)作物生產(chǎn)新技術(shù)。它主要是通過應用植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)(自身合成和外源合成)，實現(xiàn)了對作物外部形態(tài)特征和內(nèi)部生理代謝的雙重調(diào)控，最終實現(xiàn)提高作物產(chǎn)量、改善品質(zhì)和增強抗逆性的目標［54，55］。目前，在玉米生產(chǎn)中，化學調(diào)控技術(shù)的應用主要集中在挖掘增產(chǎn)潛力，提高單位面積生物產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量，及增強自身抗逆性上。

3.1 化控技術(shù)可以提高作物的抗逆性

由于外界條件(氣候因素、光熱資源、土壤條件及病蟲害等)和作物自身遺傳因素的制約，作物的產(chǎn)量潛力難以發(fā)揮到極致?；丶夹g(shù)的應用可以調(diào)節(jié)作物內(nèi)源激素代謝水平，增強作物自身抵抗外界不利環(huán)境的能力，充分發(fā)揮作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)品種的潛能，實現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目標?；貏┰谟衩卓鼓嫘匝芯颗c應用中，主要集中在抗旱、抗寒、抗鹽、抗?jié)澈涂篃岬确矫妗２捎煤杏袡C酸與膽堿類成分的化控劑處理玉米后，葉面積增大，葉綠素含量提高，同時幼苗葉片內(nèi)的抗逆境酶(SOD，POD)活性增強，MDA含量降低，致使抗低溫能力明顯增強［56］。在干旱脅迫下，利用IAA和CTK濃度的減少及ABA濃度的升高來調(diào)節(jié)某些生理過程以達到適應干旱的效果［57，58］，如在干旱條件下用 PP333 處理后，玉米的逆境酶(SOD，CAT)活性增強，抗逆性增強［59］。此外油菜素內(nèi)脂、多胺、脫落酸和水楊酸等均能提高作物的抗逆性［60］。JA是一種與作物抗病性密切相關(guān)的信號分子，主要作用表現(xiàn)為增加作物抗逆性、抗病性和對蟲害的抵抗。30%己乙水劑處理玉米后，在籽粒形成期，傷流液中IAA、GAs和CTKs的含量增加，在灌漿期，ABA濃度提高，這些內(nèi)源激素的增加均有利于增強玉米對逆境的抵抗能力［61］。

3.2 化控技術(shù)塑造“理想株型”及改變根系形態(tài)

化控技術(shù)的應用可有效地塑造理想株型，優(yōu)化玉米群體結(jié)構(gòu)，使群體通風透光，提高光合效率。采用葉面噴施乙霉合劑可有效降低穗位以下節(jié)間長度，同時通過“反彈效應”提高穗位以上節(jié)間長度，改善玉米群體中上層通風透光條件，從而提高功能葉光合效率［35］。董學會等［62］認為，30%己乙合劑和乙霉合劑處理玉米均顯著地縮短穗下部節(jié)間長度、降低植株重心，從而打造理想株型，使得穗位以上葉片松散分布，優(yōu)化群體冠層結(jié)構(gòu)，提高光合效率。葉面噴施叔胺類活物質(zhì)DCPTA和DTA－6可以顯著提高玉米葉片光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和葉綠素含量，提高了PEPC羧化酶和RuBP羧化酶活性，延長葉片的功能期［63］。

根系倒伏是玉米生產(chǎn)中常發(fā)生的災害，它所帶來的損失亦不容樂觀?；貏┑膽?，可有效改變根系形態(tài)，利于根系對土壤中養(yǎng)分的吸收，提高玉米抗倒能力，降低倒伏的發(fā)生。在高密度大群體條件下，玉米植株經(jīng)乙霉合劑處理后，氣生根層數(shù)、氣生根條數(shù)、根的干重和根冠比均高于對照且達到顯著水平。這4項指標的改善有利于維持地上部的功能，防止倒伏的發(fā)生［64］。化學調(diào)控不僅能改變植株根系形態(tài)，還能顯著提高玉米根系生理機能。如在玉米大喇叭口期和籽粒形成期，葉面噴施乙烯利－胺鮮酯合劑可顯著提高根系的傷流量，而且還能提高傷流液中無機元素(K，P，Ca，Mg，Si，Zn，Mn 和 Fe等)和氨基酸的總流量以及非蛋白質(zhì)氨基酸GA的含量［61］。營養(yǎng)型化控劑(FC)提高了根系吸收、合成以及向地上部運輸可溶性糖、無機磷、細胞分裂素等物質(zhì)的能力，從而提高根系活力，促使根系的健壯生長，防止后期早衰的發(fā)生［65］。另有研究表明，PP333還可以有效地增加玉米幼苗的傷流量，提高幼苗根系活力，保證玉米的出苗率。

3.3 化控技術(shù)可以改善穗部性狀及質(zhì)量

化控劑增產(chǎn)作用主要體現(xiàn)在對玉米產(chǎn)量相關(guān)性狀的調(diào)控。葉面噴施乙霉合劑可以促進春玉米籽粒灌漿速率，提高單穗重，增加產(chǎn)量［66］。有研究表明，在玉米上使用植物生長調(diào)節(jié)劑，可以增加玉米的穗粒數(shù)、穗粒重和百粒重，增加玉米產(chǎn)量［67］。采用營養(yǎng)化控劑PC對玉米進行全程生育調(diào)控，經(jīng)處理后玉米空稈率下降，禿尖長度降低，產(chǎn)量構(gòu)成因素也得到一定優(yōu)化，增產(chǎn)幅度達12%左右［68］;在灌漿期對玉米噴施植物生長調(diào)節(jié)劑，促進玉米形成了較多的干物質(zhì)，并加速了養(yǎng)分的轉(zhuǎn)移，增加了百粒重，從而提高產(chǎn)量［68］。

4 展望

縱觀前人的研究，單一農(nóng)藝措施、覆膜技術(shù)及化控技術(shù)對玉米產(chǎn)量影響報道較多，但對玉米綜合調(diào)控栽培措施研究報道甚少。因此，為了充分發(fā)揮玉米高產(chǎn)與資源高效利用潛力，針對具體的地域、特定熟期的玉米品種，選擇適宜的化控劑，進一步配套其它栽培技術(shù)，對南方稻區(qū)玉米高產(chǎn)栽培技術(shù)的研究顯得尤為重要。鑒于此對南方稻區(qū)玉米今后的研究提出以下幾點展望:

1)加強開展多種栽培技術(shù)的互作效應研究，尤其是對化控劑與覆膜技術(shù)在玉米抗逆分析上，進一步探討出玉米高產(chǎn)栽培新途徑。

2)開展玉米高產(chǎn)資源高效利用潛力的研究，挖掘玉米“雙高”模式優(yōu)勢下群體生態(tài)生理特點。

3)開展玉米高產(chǎn)群體質(zhì)量指標的研究，進一步探索出適用于南方稻區(qū)玉米的“高產(chǎn)群體”建立途徑。

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