楊哲，于勝男，高聚林，田甜，孫繼穎，魏淑麗，胡樹平，李榮發(fā)，李從鋒，王志剛

主要栽培措施對北方春玉米產(chǎn)量貢獻的定量評估

楊哲1，于勝男1，高聚林1，田甜1，孫繼穎1，魏淑麗1，胡樹平1，李榮發(fā)1，李從鋒2，王志剛1

（1內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院/內(nèi)蒙古自治區(qū)作物栽培與遺傳改良重點實驗室，呼和浩特 010019；2中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所，北京 100081）

【】定量化解析主要栽培措施對春玉米產(chǎn)量的貢獻，探索北方春玉米縮差增產(chǎn)增效技術途徑。通過綜合分析2000年以來我國北方春玉米在品種耐密性、種植密度、耕作方式、養(yǎng)分管理、病害防治等114篇論文數(shù)據(jù)，同時結合大田栽培措施因子替換試驗，定量解析主要栽培措施對春玉米產(chǎn)量的貢獻及其優(yōu)先序。文獻統(tǒng)計分析結果與大田栽培因子替換試驗結果基本一致，當前生產(chǎn)主要應用的5項主要栽培措施對春玉米產(chǎn)量貢獻的優(yōu)先序為種植密度、養(yǎng)分管理、品種耐密性、防?。婊兀?、耕作方式，對產(chǎn)量的貢獻率分別為12.6%、9.2%、6.7%、6.3%和5.5%，對氮肥偏生產(chǎn)力（PFPN）的貢獻分別為16.7%、4.1%、3.4%、3.8%和3.3%。各措施因子對玉米產(chǎn)量差的影響主要通過影響群體物質(zhì)生產(chǎn)能力和群體庫容量實現(xiàn)，當群體LAI飽和后，如何優(yōu)化群體同化性能、提高光能利用效率和單位葉面積籽粒生產(chǎn)效率是縮差增產(chǎn)的關鍵。產(chǎn)量和資源效率協(xié)同提高15%—20%的高產(chǎn)高效目標，通過密度和養(yǎng)分管理這2項措施的優(yōu)化即可實現(xiàn)，若要使產(chǎn)量和資源效率均增加30%—50%，則需要綜合優(yōu)化至少4個因子甚至全部5個因子。

春玉米；栽培措施；產(chǎn)量差；優(yōu)先序

0 引言

【研究意義】由于人口不斷增長，預計以目前的全球糧食生產(chǎn)能力無法滿足2050年糧食最低需求，因而縮小產(chǎn)量差是滿足全球未來糧食安全的重要途徑之一[1]?！厩叭搜芯窟M展】LOBELL等[2]以農(nóng)戶產(chǎn)量與其他產(chǎn)量的差值為依據(jù)，將作物產(chǎn)量差分為3個層次：（1）一般農(nóng)戶與高產(chǎn)農(nóng)戶的產(chǎn)量差，其主要由區(qū)域間土壤和氣候的不同，及農(nóng)戶投入成本、管理措施和技術水平的差異所造成；（2）一般農(nóng)戶產(chǎn)量與試驗田產(chǎn)量的產(chǎn)量差，主要受品種、養(yǎng)分管理、土壤耕作、灌溉及病蟲草害等技術措施不同的影響；（3）一般農(nóng)戶產(chǎn)量與模擬產(chǎn)量（產(chǎn)量潛力）的產(chǎn)量差，主要受光溫水資源、土壤條件等環(huán)境因素的限制，同時也與品種、栽培措施和病蟲草害等管理措施有關。劉?；ǖ萚3]認為，當前世界玉米的平均產(chǎn)量潛力為11.2 t·hm-2，農(nóng)戶產(chǎn)量只達到產(chǎn)量潛力的53%；MENG等[4]研究中國玉米產(chǎn)量差發(fā)現(xiàn)，農(nóng)戶產(chǎn)量與模擬產(chǎn)量（產(chǎn)量潛力）的產(chǎn)量差為6—8.6 t·hm-2，僅實現(xiàn)了48%—56%；與試驗田產(chǎn)量的產(chǎn)量差為4.5 t·hm-2，僅實現(xiàn)試驗產(chǎn)量的64%。李雅劍等[5]對內(nèi)蒙古玉米產(chǎn)量差的研究表明，農(nóng)戶產(chǎn)量與產(chǎn)量潛力和試驗田產(chǎn)量的產(chǎn)量差分別為7.5 t·hm-2和3.8 t·hm-2，僅實現(xiàn)了49%和66%。受資源稟賦、技術水平和技術擴散能力的限制，在大尺度上縮小與產(chǎn)量潛力的產(chǎn)量差難度較大，但通過優(yōu)化栽培管理措施消減與試驗產(chǎn)量的產(chǎn)量差則相對容易[6-8]。因此，研究如何優(yōu)化栽培措施、優(yōu)先優(yōu)化什么栽培措施，對消減不同層級的產(chǎn)量差、探討玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)途徑具有重要意義?！颈狙芯壳腥朦c】ZHANG等[9]對夏玉米的研究發(fā)現(xiàn)，種植密度、品種、播期、施氮量和收獲期等栽培措施對夏玉米產(chǎn)量的貢獻率分別為20.6%、19.8%、15.0%、7.5%和4.4%；MATIAS等[10]通過多年多點因子替換試驗研究了5大措施因子對北美春玉米產(chǎn)量差的影響，但由于生態(tài)條件和生產(chǎn)水平差異，以上的研究結果對我國春玉米生產(chǎn)技術優(yōu)化并不適用。因此，通過對產(chǎn)量貢獻定量化明確主要栽培措施的優(yōu)先序，對春玉米縮差增產(chǎn)至關重要?！緮M解決的關鍵問題】本研究圍繞影響我國北方春玉米縮差增產(chǎn)增效的品種耐密性、種植密度、養(yǎng)分管理、土壤耕作和病害防治5大栽培措施因子，通過總結近年發(fā)表的114篇文獻資料，同時結合田間栽培措施替換來定量化解析5大因子對春玉米產(chǎn)量的貢獻及其優(yōu)先序，以期為探索我國春玉米縮差增產(chǎn)途徑提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 文獻分析數(shù)據(jù)來源

依據(jù)李少昆等[11]對中國玉米生產(chǎn)技術更替歷程的分析，我國玉米生產(chǎn)于2000年之后進入新一輪技術革新。因此，本研究對2000年之后中國春玉米在品種耐密性、種植密度、養(yǎng)分管理、耕作方式、葉部病害防治（噴施甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑）的文獻數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

文獻的入選條件設置為：（1）中國春玉米主產(chǎn)區(qū)；（2）各栽培措施要求包含品種耐密性（耐密品種與常規(guī)品種）、種植密度（至少包含3個密度處理，其他栽培措施相同）、養(yǎng)分管理（農(nóng)戶習慣施肥和養(yǎng)分優(yōu)化管理）、耕作方式（深松（翻）、淺旋）和葉病防治（噴施甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑、噴清水（或不噴））等處理；（3）剔除玉米品種及試驗年份、地點、數(shù)據(jù)相同的文獻。本研究共獲得有效文獻114篇，其中品種、種植密度文獻30篇，養(yǎng)分管理相關文獻29篇，土壤耕作相關文獻39篇，噴施甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑防病相關文獻16篇。

1.2 田間試驗

2017—2018年，在包頭市土默特右旗溝門鎮(zhèn)（40°57′N，110°52′E）和赤峰市巴林右旗大板鎮(zhèn)（43°52′N，118°67′E）開展連續(xù)2年定位試驗。兩地供試土壤有機質(zhì)含量分別為25.0、11.3 g·kg-1，堿解氮含量分別為48.1、36.7 g·kg-1，速效磷含量分別為3.4、6.4 mg·kg-1，速效鉀含量分別為104.7、110.6 mg·kg-1。

通過2016年和2017年聯(lián)合農(nóng)戶調(diào)研，對獲得的448份有效問卷進行分析后，確定了當前我國北方春玉米生產(chǎn)的5個主要栽培措施因子，即品種（variety）、種植密度（population）、土壤耕作（tillage）、養(yǎng)分管理（fertilization）和葉片病害防治（fungicide）。為了科學評估5個因子對春玉米產(chǎn)量的貢獻，同時避免5個因子交互會造成試驗量過大的問題，筆者參考MATIAS等[10]的不完全因子設計，將5個栽培措施因子皆設2個水平，將2個水平分別與農(nóng)戶常規(guī)模式（FP）和綜合高產(chǎn)模式（HT）保持一致，即以FP和HT為雙向對照，在FP基礎上逐一優(yōu)化各因子至HT水平（用“+”表示），并在HT基礎上逐一恢復各因子至FP水平（用“-”表示），共12個處理組合（表1）。

表1 田間不完全因子試驗處理表

表1中，F(xiàn)P處理各因子水平由農(nóng)戶調(diào)研的數(shù)據(jù)平均值確定，即采用常規(guī)品種（conventional）先玉335（品種≥10℃積溫2 700℃，土默特右旗）、和田4號（品種≥10℃積溫2 550℃，巴林右旗）；種植密度采用當前生產(chǎn)平均密度6.0×104株/hm2（low）；土壤耕作為秸稈焚燒后淺旋15 cm滅茬（shallow rotary）；養(yǎng)分管理為播種前“一炮轟”施肥（single basal fertilization），即施入養(yǎng)分純量N、P2O5、K2O分別為255、135和75 kg·hm-2，結合整地一次把全部化肥施入土壤，生育期間不再追肥；生育期間不進行葉部病害防治（none）。HT處理以實現(xiàn)大幅高產(chǎn)高效為目標，以各地高產(chǎn)攻關多年管理經(jīng)驗為依據(jù)，通過選用耐高密品種、增密種植、深耕改土培肥、平衡施肥和葉部病害防治5項措施對FP處理進行優(yōu)化改良。其中，耐高密品種（crowd tolerance）采用MC670（品種≥10℃積溫2 700℃，土默特右旗）和華美1號（品種≥10℃積溫2 600℃，巴林右旗）；種植密度為9.0×104株/hm2（high）；土壤耕作采用深翻35 cm秸稈還田結合施用30 t·hm-2有機肥改良土壤（deep ploughing with manure）；養(yǎng)分管理為常量微量配合平衡優(yōu)化施肥（optimized fertilization），大量元素總量平衡（N+P2O5+K2O=270+105+85 kg·hm-2）+中微量元素（S+Zn=3+6 kg·hm-2）+分次追氮（種肥﹕追肥=3﹕7），即種肥施入純養(yǎng)分量N、P2O5、K2O、S、Zn分別為81、105、86、3和6 kg·hm-2，拔節(jié)期追施純N量189 kg·hm-2；病害防治采用噴施甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑（with），在8—12葉展開期，用750 mL·hm-2揚彩（先正達），兌水675 L·hm-2均勻噴霧。試驗隨機區(qū)組排列，3次重復；各小區(qū)12行區(qū)，行長6 m，行距60 cm；生育期間根據(jù)當?shù)赝寥缐勄楹徒涤昵闆r適時灌溉。

1.3 參數(shù)計算公式

1.3.1 文獻分析相關參數(shù)

氮肥偏生產(chǎn)力（PFPN，kg·kg-1）=施氮產(chǎn)量/施氮量；

措施貢獻率（%）=（優(yōu)化措施產(chǎn)量-常規(guī)措施產(chǎn)量）/優(yōu)化措施產(chǎn)量×100。

1.3.2 因子替換試驗相關參數(shù)

栽培措施對產(chǎn)量貢獻率（%）=（增減措施因子產(chǎn)量-對照模式產(chǎn)量）/對照模式產(chǎn)量×100；

栽培措施對PFPN貢獻率（%）=（增減措施因子PFPN-對照模式PFPN）/對照模式PFPN×100。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016軟件處理數(shù)據(jù)，以SPSS 17.0（SPSS Statistics, USA）軟件中的一般線性模型進行方差分析，以處理和年度為固定因子，以區(qū)組數(shù)為隨機因子，處理間顯著性檢驗采用LSD法。田間試驗因年際間產(chǎn)量差異不顯著（=0.756），其結果以2年平均值表示。采用SigmaPlot 12.5（Systat Software Inc.，USA）軟件作圖。

2 結果

2.1 基于文獻分析的主要栽培措施對產(chǎn)量的貢獻

2.1.1 品種耐密性與種植密度對產(chǎn)量的貢獻 由圖1-a所示，耐密品種和常規(guī)品種在種植密度為4.9×104株/hm2時，產(chǎn)量相當，低于這一臨界密度時，以株型平展、稀植大穗為典型特征的常規(guī)品種可發(fā)揮單株生產(chǎn)優(yōu)勢（圖1-b），高于此密度時，耐密品種群體籽粒產(chǎn)量顯著高于常規(guī)品種。耐密品種獲得最高產(chǎn)量13.2 t·hm-2時，種植密度為10.0×104株/hm2，常規(guī)品種最高產(chǎn)量11.1 t·hm-2時，密度為9.1×104株/hm2。楊錦忠等[12]對我國玉米產(chǎn)量-密度關系進行Meta分析發(fā)現(xiàn)，最容易獲得產(chǎn)量區(qū)間的核密度峰值，即目前農(nóng)戶田間管理下的安全生產(chǎn)密度為6.7×104株/hm2。耐密品種和常規(guī)品種在安全生產(chǎn)密度為6.7×104株/hm2時的產(chǎn)量分別為11.8、10.7 t·hm-2，產(chǎn)量差為1.1 t·hm-2，品種耐密性對產(chǎn)量的貢獻率為9.3%。

鑒于新一輪品種更替使當前生產(chǎn)中品種耐密性普遍增強，種植密度對產(chǎn)量的貢獻應以耐密品種的產(chǎn)量-密度回歸方程為基礎進行分析（圖1-a）。當前生產(chǎn)平均密度6.7×104株/hm2對應籽粒產(chǎn)量為11.8 t·hm-2，與耐密品種密植最高產(chǎn)量13.2 t·hm-2相差1.4 t·hm-2，密度對產(chǎn)量的貢獻為10.6%。

圖1 不同耐密型玉米品種產(chǎn)量（a）和單株產(chǎn)量（b）對密度的響應

2.1.2 耕作措施和耕作深度對產(chǎn)量的貢獻 我國北方春玉米區(qū)長期淺旋滅茬的耕作方式導致農(nóng)田耕層明顯變淺、土壤結構緊實，限制春玉米增產(chǎn)增效。通過深耕（深松或深翻）增加耕層深度、打破犁底層，可有效解決耕層障礙問題。分析39篇文獻的產(chǎn)量結果發(fā)現(xiàn)，耕作方式對春玉米產(chǎn)量有顯著影響（圖2-a）。淺旋滅茬作業(yè)的產(chǎn)量區(qū)間為4.9—15.2 t·hm-2，均值為9.6 t·hm-2；深耕處理的玉米產(chǎn)量區(qū)間為6.0—17.0 t·hm-2，平均值為10.4 t·hm-2。深耕處理的玉米產(chǎn)量較淺旋處理顯著提高0.8 t·hm-2，對產(chǎn)量的貢獻率為7.7%。

不同耕作深度下玉米產(chǎn)量差異顯著（圖2-b）。耕深為20—30 cm的玉米產(chǎn)量平均為10.3 t·hm-2，耕作深度30—40 cm的平均產(chǎn)量為11.4 t·hm-2，但將耕深增加到40—50 cm時，其產(chǎn)量顯著下降，與淺旋滅茬作業(yè)無顯著差異。由此可見，適當加深耕作深度可以破除耕層障礙，顯著提高玉米產(chǎn)量，但耕作過深不但耗費動力，而且會造成減產(chǎn)，耕深不宜大于40 cm。

2.1.3 養(yǎng)分管理和病害防治對產(chǎn)量的貢獻 由圖3-a可見，生產(chǎn)上農(nóng)戶習慣施肥的產(chǎn)量區(qū)間為5.0—12.4 t·hm-2，均值為8.9 t·hm-2；優(yōu)化養(yǎng)分管理的產(chǎn)量區(qū)間為5.2—13.6 t·hm-2，平均值為9.9 t·hm-2。與農(nóng)戶習慣施肥相比，優(yōu)化養(yǎng)分管理可增產(chǎn)1.0 t·hm-2，對產(chǎn)量的貢獻為10.1%。

甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑不僅能有效防治玉米葉片真菌病害，還具備延緩葉片衰老的功效。由圖3-b可知，噴施甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑防治葉部病害的玉米平均產(chǎn)量為11.2 t·hm-2；噴施清水（或不噴施）的對照產(chǎn)量平均為10.2 t·hm-2，噴施殺菌劑防病可增產(chǎn)1.0 t·hm-2，對玉米產(chǎn)量的貢獻為8.9%。

2.2 基于大田管理因子替換的主要栽培措施對產(chǎn)量的貢獻

由表2可見，不同栽培管理模式下，某一因子對產(chǎn)量的貢獻率受其他栽培措施因子間互作效應的明顯影響，即在FP管理水平下，各因子對產(chǎn)量的貢獻率明顯高于其在HT管理水平下的貢獻率，說明在FP基礎上優(yōu)化某一因子會高估其對產(chǎn)量的貢獻，而在HT基礎上則會明顯低估，因此二者平均值將較為客觀地估計各因子對產(chǎn)量的貢獻率。在FP基礎上，增加種植密度或優(yōu)化養(yǎng)分管理措施分別可增產(chǎn)1.8、1.1 t·hm-2，對產(chǎn)量的貢獻分別為15.7%、9.2%；而在HT基礎上，將種植密度或養(yǎng)分管理水平替換成FP水平，則分別減產(chǎn)1.9、1.0 t·hm-2，對產(chǎn)量的貢獻為13.6%、7.4%。將FP和HT下替換種植密度或養(yǎng)分管理的產(chǎn)量差平均，種植密度和養(yǎng)分管理造成的產(chǎn)量差分別為1.9、1.0 t·hm-2，對產(chǎn)量的貢獻分別為14.7%、8.3%。在FP基礎上選用耐高密品種、噴施殺菌劑、優(yōu)化土壤耕作措施分別可增產(chǎn)0.6、0.5和0.4 t·hm-2，對產(chǎn)量的貢獻分別為5.1%、4.3%、4.0%；而在HT基礎上使用常規(guī)品種、去除防病措施、劣化土壤耕作措施，則分別減產(chǎn)0.5、0.5和0.4 t·hm-2，對產(chǎn)量的貢獻分別為3.3%、3.3%、2.6%。將FP和HT下替換品種、噴施殺菌劑、土壤耕作的產(chǎn)量差平均，品種、噴施殺菌劑、土壤耕作造成的產(chǎn)量差分別為0.5、0.5和0.4 t·hm-2，對產(chǎn)量的貢獻為4.2%、3.8%和3.3%。

箱線圖中實線代表中位數(shù)；虛線代表平均值；箱上下邊代表上下四分位。下同

圖3 不同養(yǎng)分管理（a）及殺菌劑（b）對玉米產(chǎn)量的影響

表2 2017-2018年替換栽培措施因子對玉米產(chǎn)量差的影響及其對產(chǎn)量的貢獻率

*表示與同組對照間差異達5%顯著水平 * means significant at 0.05 probability level compared to the respective control treatment

綜上可見，種植密度和養(yǎng)分管理是限制玉米產(chǎn)量的最關鍵因子，對產(chǎn)量的貢獻分別為14.6%、8.3%，其次對產(chǎn)量的限制因子依次是品種（4.2%）、殺菌劑（3.8%）和土壤耕作（3.3%）。

2.3 基于產(chǎn)量性能的春玉米產(chǎn)量差形成原因解析

將田間因子替換試驗各處理的產(chǎn)量差與其產(chǎn)量性能參數(shù)進行相關分析可知，產(chǎn)量差與群體生物量差及單位面積總粒數(shù)差顯著正相關，而與收獲指數(shù)差和千粒重差無顯著相關性，說明各措施因子對玉米產(chǎn)量差的影響主要通過影響群體物質(zhì)生產(chǎn)能力和群體庫容量實現(xiàn)（圖4-a、b）。由圖4-c可見，產(chǎn)量差與平均葉面積指數(shù)（MLAI）差呈“線性+平臺”關系，當MLAI差低于0.53時，隨著MLAI差的增加產(chǎn)量差增大，說明此時因群體容量不夠導致葉面積指數(shù)不足是產(chǎn)量差存在的主要因素，當MLAI差達到0.53以上時，隨MLAI繼續(xù)增加產(chǎn)量差則不再增大，說明群體增加到一定程度后葉源量飽和，繼續(xù)增大群體對產(chǎn)量無益，而此時產(chǎn)量差與群體平均凈同化率差顯著負相關（圖4-d），說明當群體容量飽和后，進一步優(yōu)化群體同化性能，提高光能利用效率和單位葉面積籽粒生產(chǎn)效率，消減群體平均凈同化率差具有很大空間，是縮差增產(chǎn)的關鍵。

圖4 玉米產(chǎn)量差與產(chǎn)量性能參數(shù)差的關系

3 討論

大量研究表明，當前玉米產(chǎn)量僅實現(xiàn)了不足試驗產(chǎn)量的70%、產(chǎn)量潛力的50%左右，玉米縮差增產(chǎn)的空間很大[2-5]。DOBERMAN等[13]指出，研究栽培措施對產(chǎn)量影響效應是縮小作物產(chǎn)量差的基礎，縮小作物產(chǎn)量差可以通過優(yōu)化主要栽培措施因子來實現(xiàn)。BELOW等[14]經(jīng)過多年多點田間驗證，發(fā)現(xiàn)對玉米產(chǎn)量影響的優(yōu)先序是殺菌劑、品種、氮肥、磷硫鋅肥、密度。冬小麥-夏玉米生產(chǎn)系統(tǒng)中，影響夏玉米產(chǎn)量的技術優(yōu)先序是種植密度、品種、播種期、收獲期、施氮量和土壤耕作[9]?？梢姡煌魑锷a(chǎn)系統(tǒng)中，作物產(chǎn)量對栽培措施的響應顯著不同。2013年以來我們對東北西部春玉米區(qū)農(nóng)戶調(diào)研發(fā)現(xiàn)，春玉米產(chǎn)量提升除受干旱、低溫等氣候因素的影響外，主要受5個方面因素制約：（1）品種的耐密性差，生產(chǎn)中使用的品種多達110多個，但種植面積比例超過總面積5%的品種不超過10個，且品種與當?shù)厣鷳B(tài)條件匹配度低；（2）種植密度偏低，農(nóng)戶平均種植密度在6.5×104株/hm2左右，實際成苗密度僅6×104株/hm2左右，遠遠低于高產(chǎn)最佳種植密度；（3）土壤耕層淺、質(zhì)地差，蓄水保肥能力差；（4）養(yǎng)分管理粗放，62%的農(nóng)戶施肥過量或不足，有近40%的農(nóng)戶采用播前或播種時一次性施肥（“一炮轟”），導致養(yǎng)分大量損失、利用效率低，且肥料投入成本偏高；（5）農(nóng)戶對病蟲害防治意識薄弱，葉片病害、蟲害防治措施少或不防治。因此，本研究在定量化這5個技術措施對春玉米產(chǎn)量貢獻后，確定其技術優(yōu)先序為種植密度、養(yǎng)分管理、品種耐密性、防?。婊兀┖屯寥栏鳌?/p>

從本研究的結果來看，種植密度對玉米產(chǎn)量的貢獻率為12.6%，表明群體種植密度對當前玉米產(chǎn)量至關重要（表3）。CHEN等[15]研究表明中國玉米能夠實現(xiàn)產(chǎn)量潛力或高產(chǎn)紀錄的最佳群體密度為7—10×104株/hm2，但受農(nóng)民傳統(tǒng)觀念（重視大穗型品種、低密度種植規(guī)避倒伏）、播種質(zhì)量差（播種深淺不一、幼苗整齊度差、空稈率高）、土壤墑情差（干旱影響出苗）影響，北方春玉米區(qū)大面積實際收獲密度只有5—6×104株/hm2[16]，比北美大田玉米收獲密度（7.5—8.25×104株/hm2）低25%—65%。MENG等[4]采用Hybrid-Maize模型將種植密度從6×104株/hm2調(diào)整為8.25×104株/hm2進行模擬，表明我國玉米可增產(chǎn)20%以上。增密改變?nèi)后w結構來增加群體對光溫資源的截獲，進而影響玉米的生育進程、物質(zhì)生產(chǎn)分配及玉米產(chǎn)量形成[17]。當種植密度低于該品種的最適密度時，增密不僅能增加光能的截獲，制造更多的光合產(chǎn)物，還能提高收獲穗數(shù)，從而提高產(chǎn)量[18-19]。

表3 不同栽培措施因子對玉米產(chǎn)量差的影響及其對產(chǎn)量及氮肥偏生產(chǎn)力的貢獻率

品種耐密性的優(yōu)劣直接影響增密能否增產(chǎn)，因而維持高密群體內(nèi)較高的單株生產(chǎn)力是實現(xiàn)玉米高產(chǎn)的有效途徑。本研究表明，品種耐密性對產(chǎn)量的貢獻率為6.7%。在高密度條件下，耐密品種的單株產(chǎn)量降幅較小，且顯著高于常規(guī)品種，因而產(chǎn)量高于常規(guī)品種（圖1，表2）。耐密品種在高密度時，有較高的光合速率和蒸騰速率[20]、更合理的葉面積指數(shù)[21]，保持更好的群體光合特性，因此能獲得較高產(chǎn)量。值得注意的是，本研究2年4點的田間試驗結果表明，常規(guī)品種在農(nóng)戶模式養(yǎng)分過量投入條件下，增密至9×104株/hm2（平均實收穗數(shù)8.7×104株/hm2），未發(fā)生倒伏和明顯禿尖以及養(yǎng)分虧缺問題，雖然單株產(chǎn)量明顯降低了22%，但群體增大了45%，因此其產(chǎn)量明顯增加；耐密品種在綜合高產(chǎn)模式下，密度降低至6×104株/hm2，其單株產(chǎn)量接近200 g/株，增加了13.6%，但群體降低近50%，雖然也獲得不錯產(chǎn)量，但產(chǎn)量仍較高密群體降低1.8 t·hm-2。筆者認為，常規(guī)品種推薦種植密度出于生產(chǎn)范圍大及生產(chǎn)安全考慮，可能推薦密度偏低，這也是導致農(nóng)戶種植密度低的重要原因之一；而耐高密品種更多強調(diào)其對高密環(huán)境的耐受性，但并不代表其在低密條件下不能獲得相對不錯產(chǎn)量。本試驗結果也表明，在農(nóng)戶模式低密條件下，耐密品種的產(chǎn)量也高于常規(guī)品種，但差異并不顯著。當前，我國玉米品種正以籽粒直收為目標向適當早熟和耐高密方向更替，立足于不同生態(tài)條件和栽培管理條件，深入研究耐高密品種與密度的互作效應，對進一步探索產(chǎn)量差消減途徑至關重要。

MUELLER等[22]指出，通過養(yǎng)分管理優(yōu)化、補充灌溉可使大部分作物產(chǎn)量提高45%—70%。本研究表明，優(yōu)化養(yǎng)分管理對玉米產(chǎn)量的貢獻率達9.2%。MENG等[4]通過對全國5 584個農(nóng)戶調(diào)研發(fā)現(xiàn)，我國玉米生產(chǎn)中有32%和31%的農(nóng)戶存在施氮過量或不足的問題，過量施氮會造成氮素冗余，玉米貪青晚熟而影響玉米產(chǎn)量[23-24]。CUI[25]等從148個試驗點的試驗得到，通過優(yōu)化養(yǎng)分管理可使玉米產(chǎn)量提高5%以上，且能顯著提高氮肥利用效率。北方春玉米區(qū)，近40%的農(nóng)戶存在“一炮轟”式施肥，導致玉米后期缺肥而嚴重影響產(chǎn)量。與農(nóng)戶“一炮轟”施肥的產(chǎn)量相比，氮肥分期調(diào)控可明顯提高玉米生物量和吸氮量，提高氮肥利用率，減少氮損失[26-27]。可見，優(yōu)化養(yǎng)分管理不僅能提高養(yǎng)分利用效率、降低生產(chǎn)成本和減少環(huán)境污染，還能縮減玉米產(chǎn)量差，對玉米綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

近年來隨氣候及田間管理措施的變化，葉片病害成為限制玉米穩(wěn)定增產(chǎn)的重要因子之一[28]。采用甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑防病不但能有效防治玉米大、小斑病及銹病等病害[29]，而且可延緩葉片衰老，增加花后光合產(chǎn)物，進而促進產(chǎn)量的提升[30-33]。本研究對噴施甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑的文獻總結發(fā)現(xiàn)，其對玉米產(chǎn)量的貢獻率為6.3%，在5項核心措施中居第4位（表3）。因而，噴施甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑對玉米增產(chǎn)具有重要意義[34]。深耕能增加農(nóng)田蓄水量，顯著增加深層根系生長量和吸收活力，不但能提高玉米葉片相對含水量及凈光合速率，而且玉米LAI和生物量顯著增加，可明顯提高玉米產(chǎn)量和周年水分利用效率[35-37]。本研究表明，深耕改土較淺旋耕作產(chǎn)量提高0.6 t·hm-2，對產(chǎn)量的貢獻為5.5%（表3）。不同耕作深度對產(chǎn)量有顯著影響，適當加深耕作深度可以破除耕層障礙，顯著提高玉米產(chǎn)量，但耕作過深不但耗費動力，而且會造成減產(chǎn)，耕深不宜大于40 cm。前人研究表明，短期內(nèi)土壤耕作措施對產(chǎn)量無顯著影響[38]，因此解析不同耕作持續(xù)期對玉米產(chǎn)量的影響具有重要意義，但本研究中因涉及不同耕作持續(xù)期的文獻數(shù)據(jù)較少，未能對其進行深入解析。長期改土后耕作措施對產(chǎn)量的貢獻是否會增大也需要通過長期定位試驗加以驗證解析。

本研究對品種、密度、土壤耕作、養(yǎng)分管理、防?。婊兀?大栽培措施因子的產(chǎn)量貢獻進行定量化的意義在于，第一，明確決定玉米產(chǎn)量的栽培措施因子的優(yōu)先序，闡明縮差增產(chǎn)需要優(yōu)化哪個或哪些因子，優(yōu)先優(yōu)化哪個或哪些因子；第二，對于縮差增產(chǎn)技術模式優(yōu)化具有定量化指導意義。例如，通過提高種植密度和優(yōu)化養(yǎng)分管理2項措施，可實現(xiàn)增產(chǎn)21.8%、PFPN提高20.8%，即能實現(xiàn)增產(chǎn)15%、增效20%以上的高產(chǎn)高效發(fā)展目標，但若使產(chǎn)量和資源效率均協(xié)同增加30%以上的長期目標，則需優(yōu)化至少4個甚至全部因子才能實現(xiàn)（表3）。以此為指導，我們于2017—2019年在東北開展了連續(xù)3年4個點次的定位試驗驗證，結果表明此思路可穩(wěn)定實現(xiàn)上述目標。生產(chǎn)上，無論哪個產(chǎn)量水平的群體，其栽培管理都是多個技術的組合，因此栽培因子間的互作效應是不能忽視的。研究表明，密植條件下多項措施互作優(yōu)化了春玉米群體耐密性，提升了資源利用效率，最終的產(chǎn)量增益顯著高于雙項措施和單項措施優(yōu)化的產(chǎn)量增益[10, 39]。因此，從土壤改良培肥、品種遺傳改良、群體性能優(yōu)化等多個方面研究多項栽培措施的協(xié)同優(yōu)化，對實現(xiàn)春玉米增產(chǎn)、增效、可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

4 結論

影響我國北方春玉米產(chǎn)量的5個栽培措施的產(chǎn)量貢獻率分別為種植密度（12.6%）、養(yǎng)分管理（9.2%）、品種（6.7%）、防?。婊兀?.3%）及耕作方式（5.5%）。實現(xiàn)產(chǎn)量和資源效率協(xié)同提高15%—20%的高產(chǎn)高效目標，通過密度和養(yǎng)分管理這2項措施的優(yōu)化即可實現(xiàn)，若要使產(chǎn)量和資源效率均增加30%—50%，則需要綜合優(yōu)化至少4個因子甚至全部5個因子。不同措施因子間的互作效應還不明朗，是未來縮差增產(chǎn)增效理論與技術途徑研究的重點。

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Quantitative evaluation of the contribution of main management factors to grain yield of spring maize in North China

YANG Zhe1, YU ShengNan1, GAO JuLin1, TIAN Tian1, SUN JiYing1, WEI ShuLi1, HU ShuPing1, LI Rongfa1, LI Congfeng2, WANG ZhiGang1

(1College of Agronomy, Inner Mongolia Agricultural University/Key laboratory for crop cultivation and genetic improvement of Inner Mongolia, Hohhot 010019;2Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081)

【】Quantitative analysis of the contribution of main management factors to grain yield is of great importance for narrowing yield gap of maize (L.). 【】 To clarify the individual contribution rate of main management factors to maize yield, the present study analyzed data from 114 literatures published after 2000, which focused on crowding tolerance of hybrids, plant density, soil tillage method, nutrient management and leaf disease control in spring maize production of North China. Meanwhile, a 2-year field study with an incomplete factorial design with foregoing 5 factors was conducted in tow fixed locations, to verify the result of literature review and furtherly assess the priority of management optimization for reducing yield gap. 【】 The results of literature review was consistent with that of management-factor alternative test in field. The priority of 5 management factors was plant density, nutrient management, crowding tolerance of hybrids, and leaf disease control and soil tillage method, which contributed to yield by 12.6%, 9.2%, 6.7%, 6.3% and 5.5%, respectively. Similarly, the contribution rates to PFPNof them were 16.7%, 4.1%, 3.4%, 3.8% and 3.3%, respectively. Yield gap induced by each management factor was mainly attributed to mass productivity and sink capacity, which were initially increased along with mean leaf area index (MLAI). When MLAI exceeded optimum value, enhancing radiation efficiency and grain producing efficiency by optimizing assimilative capacity was of great importance for closing yield gap.【】Concurrent enhancing yield and resource use efficiency by 15% to 20% could be reached easily through optimizing plant density and nutrient management. However, synchronously enhancing yield and resource use efficiency by more than 30% to 50%, four or all five management factors should be optimized systematically.

spring maize; management factors; yield gap; priority order

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.15.004

2020-04-17；

2020-06-02

國家重點研發(fā)計劃（2016YFD0300103，2017YFD0300803）、國家自然科學基金（31660359）、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學優(yōu)秀青年科學基金（2017XYQ-1）

楊哲，E-mail：imauyz@163.com。于勝男，E-mail：imauyusn@163.com。楊哲和于勝男為同等貢獻作者。通信作者王志剛，E-mail：imauwzg@163.com

（責任編輯 楊鑫浩）