玉米总产量受种植面积和单产水平的影响[1]，在国内玉米种植面积有限的情况下，提升玉米单产是提高玉米总产量的主要途径[2-3]。近年来，由于新品种和栽培技术的推广，我国玉米单产呈现明显的增长趋势，并陆续创造了一批高产纪录。2013年新疆奇台玉米产量达到22 676.1 kg/hm2，创下国内的春玉米高产纪录，同年黑龙江建三江管局胜利农场创造了18 726 kg/hm2的早熟区玉米高产纪录；2014年山东莱州登海种业的夏玉米产量达20 037 kg/hm2，创造了夏玉米高产纪录[4]，2020年新疆奇台再次刷新国内春玉米高产纪录，产量达到24 948.75 kg/hm2。高产纪录展示了玉米的实际产量潜力，与之相矛盾的是差距较大的实际平均单产，说明我国玉米增产潜力并没有得到充分挖掘[5]。改进栽培技术和改良品种是提升玉米单产的主要途径[6-7]，其中栽培技术的贡献达30%~50%[8]。玉米产量的增加得益于合理的栽培管理模式[9-10]，合理的栽培管理模式可使玉米增产11.9%[11]。明确不同产量水平下的栽培限制因素并予以调整可以缩小玉米产量差，优化施肥措施可协调玉米高产与环境保护的矛盾。与农户栽培模式相比，单作玉米高产栽培模式、高产高效栽培模式显著提高了玉米籽粒产量、有效穗数、穗位叶叶绿素含量、全生育期的群体光合势、氮素、磷素和钾素积累量，穗粒数、千粒重、氮素、磷素和钾素利用效率却显著降低[12]。有研究[13]表明，80 cm+40 cm宽窄行种植通过调节玉米田间配置，改善冠层光分布及通风透光条件，可显著提高玉米穗粒数和千粒重，产量较等行距种植显著提高13%；在一定范围内，随着玉米种植密度增加，光合速率、蒸腾速率、穗粒数和千粒重均降低，而叶面积指数和有效穗数增加[14]。统筹协调各栽培措施可优化玉米群体光、温、水、肥等资源效率，是现代农业实现高产高效的有效途径。玉米―大豆带状复合种植模式作为近年国家农业农村部主推的技术模式之一，在西南和西北地区实现了大面积推广应用[15]。不同栽培模式下单作玉米产量与效率层次差异的研究已有较多报道，但针对西南地区，关于不同栽培模式对带状套作玉米产量与效率的影响缺乏研究，不同产量水平下养分利用效率及产量限制因素尚不明确。本研究通过设置基础栽培（不施肥）、农户栽培、高产高效和超高产4种玉米―大豆带状套作栽培模式，研究了不同栽培管理模式对带状套作玉米产量及效率的影响，阐明其差异形成的原因，揭示套作玉米不同产量水平下的产量限制因素，为缩小玉米产量差距和实现套作玉米高产高效提供理论依据与技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2021-2022年在四川南部仁寿县、中部乐至县和东北部平昌县3个套作玉米主产区开展。试验地气候条件见表1（气候条件数据来源于近5年平均值）。
表1 试验点气候条件
Table 1
| 地点 Site | 有效积温 Effective accumulated temperature (℃) | 降水量 Rainfall (mm) | 辐射量 Radiation amount (MJ/m2) |
|---|---|---|---|
| 仁寿Renshou | 2879.1 | 744.8 | 1116.4 |
| 乐至Lezhi | 2672.6 | 767.3 | 1297.4 |
| 平昌Pingchang | 2749.3 | 560.4 | 1312.2 |
1.2 试验设计
表2 田间试验设计
Table 2
| 处理 Treatment | 密度 （株/hm2) Density (plant/hm2) | 施肥量Fertilization rate (kg/hm²) | 其他措施 Other measures | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 底肥 Basal fertilizer | 苗肥 Seedling fertilizer | 拔节肥 Jointing fertilizer | 穗肥 Earing fertilizer | |||||||||||||
| N | P2O5 | KCl | N | Zn | N | P2O5 | KCl | N | P2O5 | KCl | ||||||
| 基础栽培（不 施肥）CK | 52 500 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 雨养为主 | |||
| 农户栽培FC | 52 500 | 120 | 33.6 | 38.4 | － | － | － | － | － | 120 | 33.6 | 38.4 | ||||
| 高产高效HC | 67 500 | 90 | 105 | 150 | 60 | 30 | － | － | － | 120 | － | － | 雨养为主，9叶期喷施矮丰控高防倒 | |||
| 超高产SC | 67 500 | 150 | 150 | 225 | 60 | 30 | 180 | 33.6 | 38.4 | 150 | 150 | 225 | 播种前深施腐熟猪粪1500 kg/hm2并 翻耕，水肥一体化，9叶期喷施矮丰 控高防倒 | |||
表3 玉米和大豆播种和收获日期
Table 3
| 年份 Year | 项目 Item | 仁寿Renshou | 乐至Lezhi | 平昌Pingchang | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 玉米Maize | 大豆Soybean | 玉米Maize | 大豆Soybean | 玉米Maize | 大豆Soybean | ||||
| 2021 | 播种 | 03-30 | 06-11 | 03-28 | 06-10 | 03-26 | 06-08 | ||
| 收获 | 08-01 | 10-08 | 07-28 | 10-05 | 07-20 | 10-03 | |||
| 2022 | 播种 | 04-09 | 06-16 | 03-28 | 06-11 | 03-21 | 06-10 | ||
| 收获 | 08-05 | 10-12 | 08-01 | 10-08 | 07-19 | 10-05 | |||
1.3 测定项目与方法
1.3.1 植株干物质积累
分别在玉米苗期、拔节期、吐丝期、灌浆中期和成熟期选择5株能够代表小区长势的植株，分为茎、叶、苞叶、籽粒、穗轴后装袋，105 ℃条件下杀青1 h后，80 ℃烘干至恒重，称重。
1.3.2 产量
玉米收获前考察有效穗数，根据均重法，每小区选取20个果穗考察穗部性状（穗行数、行粒数、千粒重），计算产量（产量=穗数×穗粒数×千粒重/1000）。
1.3.3 植株养分含量
将成熟期干物质样品粉碎后，采用凯氏定氮法测定样品含氮量。
1.3.4 群体光合势（LAD）
利用公式计算LAD，LAD[(m2∙d)/hm2]=[(L1+L2)/2]×(t2-t1)，式中，L2和L1分别为t2、t1时间的叶面积。
1.3.5 光能利用率（SUE）和热量利用率（HUE）
计算公式如下，SUE（%）=H×Y/ΣQ×100，式中，Y为单位面积产量（kg/hm2），H为单位面积干物质燃烧热（J/g），取1.779×107 J/kg，ΣQ为生长期内太阳总辐射量（MJ/m2）。
HUE=Y/T，式中，T为农作物生长期间的有效积温。
1.3.6 氮肥偏生产力（PFP）和氮素利用率（GNUE）
PFP（kg/kg）=施氮区产量/施氮量，GNUE（kg/kg）=籽粒产量/植株吸氮量。
1.4 数据处理
采用Excel 2010整理数据，用Origin 2017作图，用DPS 2003分析和检验差异显著性。
2 结果与分析
2.1 不同栽培管理模式对套作玉米产量的影响
由表4可知，不同栽培管理模式下，玉米产量差异达显著水平，仁寿、乐至和平昌3个试验点超高产栽培、高产高效栽培、农户栽培和基础栽培2021和2022年平均产量分别为9819.9、9149.4、7870.5、5213.7和9075.1、8957.5、8403.8、7196.7及8706.8、8511.8、6362.9、5554.7 kg/hm2，仁寿、乐至、平昌超高产栽培、高产高效栽培较农户栽培分别显著增产24.77%、16.25%和7.98%、6.59%及34.72%、31.70%，其中平昌增产潜力最大，表明与农户栽培水平相比，集成优化技术措施的高产高效栽培和超高产栽培模式分别增产18.18%和22.49%。
表4 不同栽培管理模式下玉米产量
Table 4
| 年份 Year | 处理 Treatment | 仁寿Renshou | 乐至Lezhi | 平昌Pingchang | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 产量 Yield (kg/hm2) | 产量差Yield gap | 产量 Yield (kg/hm2) | 产量差Yield gap | 产量 Yield (kg/hm2) | 产量差Yield gap | |||||||
| 逐级比较 Step by step comparison | 与农户比较 Compared with FC | 逐级比较 Step by step comparison | 与农户比较 Compared with FC | 逐级比较 Step by step comparison | 与农户比较 Compared with FC | |||||||
| 2021 | 基础栽培 | 4055.8d | 7205.7c | 5967.4c | ||||||||
| 农户栽培 | 7594.1c | 3538.3a | 9305.2b | 2099.5a | 6372.3b | 4040.9a | ||||||
| 高产高效 | 9519.5b | 1925.4b | 1925.4b | 10 274.2a | 969.0b | 969.0b | 9483.2a | 3110.9b | 3110.9b | |||
| 超高产 | 10 618.3a | 1098.8c | 3024.2a | 10 375.9a | 101.7c | 1070.7a | 9630.1a | 146.9c | 3257.8a | |||
| 2022 | 基础栽培 | 6371.5c | 7187.6c | 5141.9c | ||||||||
| 农户栽培 | 8146.9b | 1775.4a | 7502.3b | 614.7a | 6353.5b | 1411.6a | ||||||
| 高产高效 | 8779.2ab | 632.3b | 632.3b | 7640.7a | 138.4b | 138.4b | 7540.4a | 1186.9b | 1186.9b | |||
| 超高产 | 9021.5a | 242.3c | 874.6a | 7774.2a | 133.5c | 271.9a | 7783.5a | 243.1c | 1430.0a | |||
不同小写字母表示达0.05显著水平。下同。
Different lowercase letters indicate significant difference at 0.05 level. The same below.
2.2 不同栽培管理模式对套作玉米产量构成因素的影响
由表5可知，2022年仁寿农户栽培穗粒数和千粒重较基础栽培分别显著提高9.00%和4.44%；与农户栽培相比，高产高效栽培有效穗数和千粒重分别显著提高4.44%和4.49%；与高产高效栽培相比，超高产栽培有效穗数显著提高18.33%，穗粒数显著降低9.48%。其他试验点表现出相同的趋势。表明增加有效穗数和穗粒数可缩小基础栽培与农户栽培水平间产量差；增加穗粒数的同时保证千粒重不减少可缩小农户栽培水平与高产高效栽培间产量差；增加有效穗数的同时保证穗粒数不减小可缩小高产高效栽培与超高产栽培之间的产量差，最终可实现套作玉米超高产目标。
表5 不同栽培管理模式下玉米产量构成因素
Table 5
| 年份 Yield | 处理 Treatment | 仁寿Renshou | 乐至Lezhi | 平昌Pingchang | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 有效穗数 Effective ear (×103/hm2) | 穗粒数 Grains per ear | 千粒重 1000-grain weight (g) | 有效穗数 Effective ear (×103/hm2) | 穗粒数 Grains per ear | 千粒重 1000-grain weight (g) | 有效穗数 Effective ear (×103/hm2) | 穗粒数 Grains per ear | 千粒重 1000-grain weight (g) | ||||
| 2021 | 基础栽培 | 42.5d | 356.0c | 268.0c | 50.7b | 546.0c | 260.3c | 49.1b | 462.0b | 262.9c | ||
| 农户栽培 | 48.5c | 507.0b | 308.8a | 50.0b | 630.0a | 295.7a | 50.0b | 454.0b | 281.0b | |||
| 高产高效 | 62.5b | 503.0b | 302.7b | 63.8a | 585.0b | 275.3b | 66.1a | 486.0a | 295.2a | |||
| 超高产 | 66.1a | 530.0a | 303.2b | 64.2a | 585.0b | 276.4b | 66.4a | 486.0a | 298.5a | |||
| 2022 | 基础栽培 | 46.0d | 574.7b | 240.9c | 45.8c | 596.2a | 263.3a | 45.4c | 408.1c | 277.5b | ||
| 农户栽培 | 51.7c | 626.4a | 251.6b | 48.5bc | 599.1a | 258.0ab | 48.1bc | 476.5ab | 277.3b | |||
| 高产高效 | 54.0b | 618.4a | 262.9a | 51.6b | 581.7ab | 254.7b | 48.8b | 495.0a | 312.3a | |||
| 超高产 | 63.9a | 559.8b | 252.2b | 53.1a | 552.7b | 265.0a | 51.4a | 493.4a | 306.7ab | |||
2.3 不同栽培管理模式对套作玉米干物质积累量的影响
由图1可知，不同栽培管理模式下套作玉米干物质积累量差异达显著水平，2年3个试验点均表现为超高产>高产高效>农户栽培>基础栽培。仁寿2年平均数据显示，与农户栽培模式相比，高产高效栽培干物质积累量显著提高22.86%，超高产栽培干物质积累显著提高30.89%；超高产栽培较高产高效栽培显著提高6.54%，表明随着产量水平的提高，干物质呈上升趋势，乐至和平昌表现出相同的趋势。
图1
图1
不同栽培管理模式下玉米干物质积累量
不同小写字母表示在P < 0.05水平差异显著，下同。
Fig.1
Dry matter accumulation of maize under different planting patterns
Different lowercase letters are significantly different at P < 0.05 level. The same below.
2.4 不同栽培管理模式对套作玉米干物质分配与转运的影响
由表6可知，不同栽培模式下套作玉米在开花期和成熟期均表现为茎秆（茎+叶鞘+雄花+穗轴）分配比率大于叶片（叶+苞叶），茎秆的干物质转运贡献率大于叶片。仁寿试验点超高产栽培茎秆干物质转运贡献率较高产高效栽培、农户栽培、基础栽培分别显著高出17.50%、16.31%、21.79%，乐至分别显著提高11.12%、33.28%、37.10%，平昌分别显著提高12.94%、17.03%、18.17%；仁寿超高产栽培叶片干物质转运贡献率分别较其他3个模式显著高出57.14%、72.93%、65.34%，乐至分别高出14.63%、18.52%、18.70%。表明超高产栽培下干物质向籽粒转运与分配的能力高于其他栽培模式，有利于超高产的实现。
表6 不同栽培管理模式下玉米干物质分配与转运
Table 6
| 器官 Organ | 处理 Treatment | 仁寿Renshou | 乐至Lezhi | 平昌Pingchang | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 分配率 Allocation rate | 转运贡献率 Transfer contribution rate | 分配率 Allocation rate | 转运贡献率 Transfer contribution rate | 分配率 Allocation rate | 转运贡献率 Transfer contribution rate | |||||||
| 开花期 Anthesis | 成熟期 Maturation | 开花期 Anthesis | 成熟期 Maturation | 开花期 Anthesis | 成熟期 Maturation | |||||||
| 茎秆Stem | 基础栽培 | 50.37c | 27.23a | 8.49b | 59.38a | 25.50b | 6.63c | 50.46b | 22.88b | 8.20b | ||
| 农户栽培 | 58.14a | 22.98c | 8.89b | 59.92a | 25.92b | 6.82c | 54.66a | 24.68a | 8.28b | |||
| 高产高效 | 55.59b | 24.46b | 8.80b | 54.77b | 27.21a | 8.18b | 51.26b | 23.73a | 8.58b | |||
| 超高产 | 56.29ab | 26.08a | 10.34a | 52.07c | 22.33c | 9.09a | 52.67ab | 23.72a | 9.69a | |||
| 叶Leaf | 基础栽培 | 49.63a | 22.72a | 4.79b | 40.62c | 17.50bc | 6.47b | 49.54a | 20.39a | 3.93b | ||
| 农户栽培 | 41.86c | 17.62b | 4.58b | 40.08c | 17.27c | 6.48b | 45.34c | 15.12c | 4.04ab | |||
| 高产高效 | 44.41b | 16.97bc | 5.04b | 45.23b | 18.92b | 6.70b | 48.74ab | 17.22bc | 4.68a | |||
| 超高产 | 43.71bc | 15.73c | 7.92a | 47.93a | 20.97a | 7.68a | 47.33b | 18.58b | 4.88a | |||
2.5 不同栽培管理模式对套作玉米LAD的影响
图2表明，仁寿2年平均数据显示，在拔节期至吐丝期，超高产栽培光合势较农户水平栽培与基础产量栽培分别显著高31.03%和44.95%；在吐丝期至乳熟期，不同栽培间差异达显著水平，具体表现为超高产>高产高效>农户栽培>基础栽培；在乳熟期―完熟期，超高产栽培较高产高效栽培、农户栽培、基础栽培栽培分别显著提高7.07%、39.43%、51.84%；超高产栽培总光合势较其他3个模式分别显著提高10.42%、32.39%、44.23%，高产高效栽培较农户栽培显著提高57.69%，3个生态区表现出相同的趋势。
图2
图2
不同栽培管理模式下的套作玉米群体光合势
JS：拔节期，SS：吐丝期，MK：乳熟期，MS：完熟期。
Fig.2
LAD of intercropping maize population under different planting patterns
JS: jointing stage, SS: silking stage, MK: milky stage, MS: maturation stage.
2.6 不同栽培管理模式对套作玉米氮肥利用效率的影响
由表7可知，3个试验点超高产栽培、高产高效栽培、农户栽培的平均氮肥偏生产力分别为22.69、36.19、32.32 kg/kg，超高产栽培和高产高效栽培与农户栽培的效率差分别为-9.63和2.68 kg/kg，与农户栽培PFP相比，高产高效栽培增效8.30%，超高产栽培降低29.80%。3个试验点超高产和高产高效栽培较农户栽培分别增加6.14%和11.37%，表明超高产栽培和高产高效栽培下玉米植株吸收单位氮素生产的籽粒产量显著提高，其中高产高效栽培在集成优化现有技术后，可以显著提升GNUE。
表7 不同栽培管理模式下的氮肥利用效率
Table 7
| 地点 Site | 处理 Treatment | PFP | PFP | GNUE | GNUE | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 逐级比较 Step by step comparison | 与农户栽培比较 Compared with FC | 逐级比较 Step by step comparison | 与农户栽培比较 Compared with FC | ||||
| 仁寿Renshou | 基础栽培 | － | － | ||||
| 农户栽培 | 31.64b | 32.95b | |||||
| 高产高效 | 35.26a | 3.62a | 3.62a | 34.89a | 1.94a | 1.94a | |
| 超高产 | 23.60c | -11.66b | -8.04b | 34.44a | -0.45b | 1.49b | |
| 乐至Lezhi | 基础栽培 | － | － | ||||
| 农户栽培 | 38.77a | 40.92b | |||||
| 高产高效 | 38.05a | -0.72a | -0.72a | 43.32a | 2.40a | 2.40a | |
| 超高产 | 23.06b | -14.99b | -15.71b | 42.50a | -0.82b | 1.58b | |
| 平昌Pingchang | 基础栽培 | － | － | ||||
| 农户栽培 | 26.55b | 31.67b | |||||
| 高产高效 | 35.28a | 8.73a | 8.73a | 39.33a | 7.66a | 7.66a | |
| 超高产 | 21.40c | -13.88b | -5.15b | 35.07a | -4.26b | 3.40b | |
| 平均Average | 基础栽培 | ||||||
| 农户栽培 | 32.32b | 35.18b | |||||
| 高产高效 | 36.19a | 2.68a | 2.68a | 39.18a | 4.00a | 4.00a | |
| 超高产 | 22.69c | -13.39b | -9.63b | 37.34a | -1.84b | 2.16b | |
2.7 不同栽培管理模式对套作玉米SUE的影响
由表8可知，随着产量提升，套作玉米光能利用率呈递增趋势，3个试验点超高产栽培平均光能利用率较农户栽培显著增加11.48%。热量是作物生长发育重要的条件之一，3个试验点平均热量利用效率表现为超高产和高产高效栽培显著大于农户栽培和基础栽培，逐级效率差分别为0.69、0.08和0.75 kg/(hm²∙℃)。超高产和高产高效栽培与农户栽培效率差分别为0.77和0.08 kg/(hm²∙℃)，超高产栽培较农户栽培显著增效18.78%。由此表明，通过技术优化提高产量的过程，即是同步提高套作玉米资源利用效率的过程。
表8 不同栽培管理模式下套作玉米光热利用效率
Table 8
| 地区 Site | 处理 Treatment | SUE (%) | SUE | HUE [kg/(hm²·℃)] | HUE | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 逐级比较 Step by step comparison | 与农户栽培比较 Compared with FC | 逐级比较 Step by step comparison | 与农户栽培比较 Compared with FC | ||||
| 仁寿Renshou | 基础栽培 | 1.14bc | 2.27c | ||||
| 农户栽培 | 2.13b | 0.99b | 2.90b | 0.63 | |||
| 高产高效 | 2.11b | -0.02c | -0.02b | 3.12ab | 0.22 | 0.22b | |
| 超高产 | 2.31a | 0.20a | 0.18a | 3.21a | 0.09 | 0.31a | |
| 乐至Lezhi | 基础栽培 | 1.74b | 4.38c | ||||
| 农户栽培 | 1.87ab | 0.13b | 4.98b | 0.60 | |||
| 高产高效 | 1.70b | -0.17c | -0.17b | 4.28c | -0.70 | -0.70b | |
| 超高产 | 1.97a | 0.27a | 0.10a | 5.96a | 1.68 | 0.98a | |
| 平昌Pingchang | 基础栽培 | 1.27c | 3.42c | ||||
| 农户栽培 | 1.48b | 0.21a | 4.43b | 1.01b | |||
| 高产高效 | 1.73ab | 0.25a | 0.25b | 5.15a | 0.72c | 0.72b | |
| 超高产 | 1.84a | 0.11b | 0.36a | 5.46a | 0.31a | 1.03a | |
| 平均Average | 基础栽培 | 1.38c | 3.36c | ||||
| 农户栽培 | 1.83b | 0.44a | 4.10b | 0.75b | |||
| 高产高效 | 1.85b | 0.02c | 0.02b | 4.18b | 0.08c | 0.08b | |
| 超高产 | 2.04a | 0.19b | 0.21a | 4.88a | 0.69a | 0.77a | |
3 讨论
3.1 不同栽培管理模式下套作玉米产量差形成原因
作物产量差的形成与物理因素、管理水平、经济状况以及技术推广应用程度等密切相关，各级产量差的限制因子不同[16]。梁志英[17]研究发现，通过增加种植密度、优化氮肥施用、采取合理的栽培方式可以使单作玉米高产高效模式、再高产模式和再高产高效模式较农户栽培模式分别增产11.79%、37.16%、35.46%。本研究结果表明，超高产栽培较高产高效栽培显著增产3.49%，高产高效栽培较农户栽培显著增产22.49%，表明随着种植密度（52 500~67 500株/hm2）和施氮量（240~450 kg/hm2）的增加，产量逐渐提高，增加密度和氮肥运筹可以缩小套作玉米产量差，提升产量。张仁和等[18]研究表明，高产高效、超高产和再高产高效栽培春玉米穗粒数和千粒重较当地农户栽培水平有所降低；高产高效和超高产栽培有效穗数均显著大于农户栽培。本研究发现，在仁寿试点与农户栽培模式相比，高产高效栽培模式有效穗数显著提高4.44%，千粒重显著提高4.49%；与高产高效栽培相比，超高产栽培有效穗数显著提高18.33%，穗粒数显著降低9.48%。此结果与杨吉顺等[19]研究结果一致，随着玉米种植密度增加，玉米群体内部环境逐渐恶化，个体间竞争加剧，导致穗粒数和千粒重均显著降低，但本试验中，超高产栽培有效穗数显著大于高产高效栽培，千粒重下降不显著，表明在农户栽培基础上通过增加密度可以提高有效穗数实现高产高效，在高产高效栽培的基础上通过增密的同时增施氮肥、优化田间管理可保证穗粒数和千粒重不降低，实现超高产。
通过合理密植构建理想的叶面积指数，形成足够的群体光合势，提高玉米群体光合生产能力，可增加干物质积累量[20]，玉米产量随着群体干物质积累量增加呈上升趋势[21-22]。本试验条件下，超高产和高产高效栽培光合势和干物质积累量较农户栽培显著增加，并且提高了茎秆和叶片向籽粒的转运贡献率，此结果与赵杰[12]研究结果基本一致。陈小民[23]研究发现，单作玉米的LAD表现为超高产栽培>高产高效栽培>农户栽培，本试验结果与其一致，超高产栽培和高产高效栽培模式延长了LAD高值持续时间，提高了玉米群体光合势，有利于更多干物质积累。此外，超高产栽培模式充足的养分供应提高了花后茎秆和叶片干物质向籽粒的转运量，是获得高产的主要原因。
3.2 不同栽培管理模式下套作玉米效率差形成原因
4 结论
在西南地区现有农户种植模式下，限制产量提高的可控因素主要为种植密度和施氮量。增加密度是提高套作玉米单产的重要途径，在农户栽培模式下，增密（52 500~67 500株/hm2）的同时优化氮肥（240~450 kg/hm2）运筹，可以提高有效穗数，增加群体光合势，提高光能利用效率，同时玉米植株吸收单位氮素生产的籽粒产量显著提高，可实现产量与效率的协同增益，达到缩差增效的目的。
参考文献
中国玉米栽培研究进展与展望
DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.11.001
[本文引用: 1]
玉米是全球也是中国第一大作物，在保障国家粮食安全中占有重要地位。当前，面对经济社会的快速发展和人增地减、资源紧缺、生态环境恶化等一系列突出问题，玉米栽培学科正面临着严峻挑战和新的历史发展机遇，在此重要历史关头，回顾中国玉米栽培研究历程和科技进展，探索未来发展方向具有重要的意义。分析表明，经过60年不懈努力，玉米栽培研究的目标已由产量为主向高产、优质、高效、生态、安全等多目标协同发展，研究内容不断拓宽与深入，形成了具有显著中国特色的玉米栽培科学与技术体系。进入21世纪以来，玉米栽培研究进入黄金发展期，在栽培理论、关键技术创新与应用方面取得一系列重要突破，在保障国家粮食安全中发挥了重要的作用。围绕未来玉米生产对科技的需求，依据现代科技的发展趋势，笔者认为高产、优质、高效、生态、安全仍将是未来玉米栽培研究的主要目标，并提出今后20年重点研究的方向与任务：一是继续探索不同生态区玉米产量潜力及突破技术途径，努力提高单产水平；二是转变生产方式，围绕籽粒生产效率，以提高资源利用效率和劳动生产效率为目标，降低生产成本，提高商品质量，增强玉米市场竞争力；适度发展青贮玉米和鲜食玉米等，促进玉米生产向多元化方向发展；三是应对全球气候变化，开展抗逆、减灾、稳产理论和技术研究，实施保护性耕作，实现玉米可持续生产；四是依托现代信息技术，开展智能化栽培技术研究，实现玉米精准生产与管理；五是强化栽培学科基础研究，玉米设计栽培，夯实玉米科技研究和生产发展基础。
中国1950s到2000s玉米产量―密度关系的Meta分析
DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2013.17.004
[本文引用: 1]
【目的】明确中国玉米产量-密度试验结果的共性规律，评价Meta分析方法在产量-密度关系研究中的作用。【方法】按照Meta分析原理，汇集中国1950s到2000s玉米产量-密度的文献结果，利用约1 500个产量-密度数据对，进行梯度、边界线和核密度等统计分析。【结果】最适密度的变异系数高达20.4%，相应产量的变异为33.65%，单株产量的变异为30.8%。密度和单株产量对产量的相对重要性因二者组合所处的区域而异，产量上界与密度关系符合Y＝-0.0134x3＋3.15x，对应密度区间为[0.99，15.0] plant/m2。产量上界与单株产量关系为两段直线，先沿Y1＝113.1x上升，然后沿Y2＝-69.84x＋33.87下降。以90%为累积频率，偏离最适密度15%的最大减产幅度为6.18%，偏离1 plant/m2的最大减产幅度为0.88 t•hm2。【结论】容易实现15 t•hm-2高产目标的单株产量在0.185 kg左右，密度区间为[7.0，9.7] plant/m2，最适密度的变异远小于对应产量和单株产量的变异。Meta分析能够从多方面剖析玉米产量-密度关系。
The contribution of breeding to yield advances in maize (Zea mays L.)
Yield potential, yield stability and stress tolerance in maize
Effect of crowding stress on dry matter accumulation and harvest index in maize
栽培措施及其互作对北方春玉米产量及耐密性的调控作用
DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.11.004
[本文引用: 1]
【目的】探明不同栽培措施及其交互对北方春玉米产量和耐密性的调控效应及其对产量的贡献率。【方法】2013—2014年以密植高产玉米品种中单909为试验材料，设置45 000、60 000、75 000、90 000和105 000株/hm<sup>2 </sup>5个种植密度，栽培措施采用深松（S）、宽窄行种植（W）以及化控（C）处理，通过裂裂区设计形成不同的栽培模式。以产量为基础分别对不同措施组合进行通径分析、因子回归及交互效应比较分析，并结合气象数据对不同措施下的资源效率因子进行逐步回归分析。【结果】综合模式中化控处理（C）对产量具有显著的直接作用（贡献率27%—41%），这种作用在于仅靠化控处理即可增密1.17万株/hm<sup>2</sup>；宽窄行（W）对产量的调控作用在不同组合间存在明显差异，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），正常年份（2013年）多项、双项及单项措施的增幅分别为31.27%、15.57%和7.96%，少雨年份（2014）增幅分别为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光能利用效率（RUE）、积温效率（GUE）和氮肥偏生产力（PFPN）的同步调控，最终实现了综合措施下的玉米高产高效。【结论】多项措施互作模式（SWC）玉米的产量增益最大，较传统模式最佳密度增加6.27万株/hm<sup>2</sup>，实现产量增益11.91%，这主要归因于栽培措施及其互作对玉米群体耐密性的优化以及密植群体资源效率的调控作用。
株行距配置对高产夏玉米冠层结构及籽粒灌浆特性的影响
在75000株·hm<sup>-2</sup>种植密度下，选用郑单958和先玉335为试验材料，设置2种行距配置(等行距、宽窄行)和3种留苗方式(每穴1株、每穴2株、每穴3株)，研究了6种种植方式对黄淮海地区高产夏玉米产量构成、吐丝后冠层结构及光合性能的调控作用，并以Richards模型拟合籽粒灌浆过程.结果表明： 产量、干物质积累量、作物生长率、灌浆速率、冠层光合能力等均表现为宽窄行处理高于等行距处理，留苗方式以每穴2株最高.各种植方式中以宽窄行每穴2株种植产量最高，达13.12（郑单958）和13.72（先玉335） t·hm<sup>-2</sup>.宽窄行每穴2株种植改善了冠层内部光照状况，净光合速率和叶面积指数均有所提高，同时缓解了植株个体与群体间的矛盾，籽粒灌浆能力增强，干物质积累量提高.因此，宽窄行每穴2株种植是黄淮海夏玉米高产条件下产量提高的有效栽培方式.
种植密度对旱地不同株型春玉米品种光合特性与产量的影响
DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.006
[本文引用: 1]
【目的】研究种植密度对渭北旱塬不同株型春玉米品种光合特性与产量差异的影响，旨在揭示旱地不同株型玉米品种对种植密度的响应规律，确定与降水资源相适应的适宜种植密度。【方法】于2015—2016年以豫玉22、郑单958和先玉335为供试品种，设置D1（5.25万株/hm<sup>2</sup>）、D2（6.75万株/hm<sup>2</sup>）、D3（8.25万株/hm<sup>2</sup>）和D4（9.75万株/hm<sup>2</sup>）4个种植密度处理，研究玉米各生育时期光合特性、叶面积指数（LAI）、干物质量和产量相关性状的变化规律。【结果】（1）随着种植密度增加，光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）均降低，而LAI增加，密度每增加1万株/hm<sup>2</sup>，Pn降低1.32 μmol CO<sub>2</sub>·m<sup>-2</sup>·s<sup>-1</sup>，Tr降低0.297 mmol·m<sup>-2</sup>·s<sup>-1</sup>，LAI增加0.181。（2）有效穗数随种植密度增加而显著增加，但穗粒数和千粒重显著降低（P＜0.05），密度每增加1万株/hm<sup>2</sup>，穗粒数平均减少45粒，千粒重平均减小12 g。3个品种籽粒产量均以D2密度最高，2015年豫玉22、郑单958、先玉335产量分别为10.52、9.59、9.14 t·hm<sup>-2</sup>，2016年分别为11.37、9.73、9.77 t·hm<sup>-2</sup>。密度从5.25万株/hm2增加到6.75万株/hm2，两年内平均籽粒产量分别提高了21.9%、19.5%和7.5%；密度从6.75万株/hm<sup>2</sup>增加加到9.75万株/hm<sup>2</sup>，籽粒产量分别降低了19.8%、15.4%和7.7%。（3）春玉米基部茎粗、穗长随种植密度增加而逐渐减小。密度每增加1万株/hm2，穗长平均降低0.86 cm，基部茎粗平均减小0.09 cm，豫玉22和郑单958倒伏率随之增高，但先玉335各密度下均未出现倒伏。（4）收获指数在两年间差异较大，平均表现为2015年高于2016年，品种间表现为先玉335＞郑单958＞豫玉22。水分利用效率和光能利用率均随着种植密度增加而先增大后降低。【结论】渭北旱塬旱地豫玉22、郑单958和先玉335最适种植密度分别为7.25、7.40、7.32万株/hm<sup>2</sup>，其中豫玉22稳产性和丰产性较高，不同类型玉米品种最适种植密度范围为7.26—7.40万株/hm<sup>2</sup>，稀植型品种宜采用较低密度，密植型品种宜采用较高密度。
玉米-大豆带状种植中套作高光效玉米窄行穗位叶光合特性对弱光胁迫的响应
DOI:10.3724/SP.J.1006.2019.83040
[本文引用: 1]
玉米-大豆带状套作模式下, 宽窄行种植玉米, 窄行叶片存在着明显的光限制现象。采用低(A1: 众望玉18)、中(A2: 川单418)、高(A3: 荣玉1210)光效玉米品种, 玉米-大豆带状套作种植模式, 带宽固定为2 m, 每带种植2行玉米2行大豆, 设置大豆行距40 cm和玉米不同的窄行行距(B1: 20 cm; B2: 40 cm; B3: 单作)。探究套作高光效玉米窄行穂位叶在不同窄行光胁迫下的光合指标差异。结果表明, 与低光效和中光效品种玉米相比, 套作常规行距(40 cm)下, 高光效玉米品种(荣玉1210)窄行穗位叶光合速率、PEPCase活性分别显著高出46.9%、230.1%和11.8%、13.98%; 对弱光(10:00前、16:00后)的利用效率及叶绿体结构完整程度较高, 而叶绿素初始荧光(F<sub>o</sub>)和最大荧光(F<sub>m</sub>)较低; 随套作窄行行距减小, 3类品种玉米窄行穗位叶光合速率、光合作用关键酶活性均呈下降趋势, 叶绿素初始荧光(F<sub>o</sub>)、最大荧光(F<sub>m</sub>)及有效光化学量子产量(F<sub>v</sub>'/F<sub>m</sub>')均呈现不同程度的升高, 但均以套作高光效玉米变化幅度最小。套作高光效玉米在套作环境中窄行穗位叶的光合速率、光合作用关键酶活性、产量与单作差异均未达显著水平, 而低光效玉米和中光效玉米套作与单作相比, 光合速率、PEPCase活性显著降低28.9%、24.2%和7.4%、5.5%。因此, 不同玉米品种适应套作窄行光胁迫的能力差异显著, 套作高光效玉米(荣玉1210)在套作条件下仍具有相对理想的光合生理指标, 这为其适应套作光环境并获得高产提供了理论依据。
不同栽培模式对夏玉米根系性能及产量和氮素利用的影响
DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.008
[本文引用: 1]
【目的】研究不同栽培模式对夏玉米根系性能、籽粒产量形成以及氮素吸收利用的影响，探明不同栽培模式下玉米根系形态特征与产量形成、氮素吸收能力的关系，为促进玉米根系生长发育、增强根系吸收性能、优化施肥量，促进玉米高产高效生产提供理论依据。【方法】在定位试验条件下，选用郑单958为试验材料，在两种地力条件下，以不施氮肥处理为对照（CK），设置超高产玉米栽培模式（SH）、高产高效栽培管理模式（HH）、农民习惯栽培管理（FP）3种栽培模式，比较分析不同栽培模式夏玉米根系特性对产量形成和氮素吸收利用的调控效应。【结果】不同栽培模式间夏玉米产量存在显著差异，与HH、FP和CK模式相比较，高地力和低地力田块SH模式的两年平均产量分别提高3.54%、17.50%、30.12%和3.16%、18.45%、27.72%，统计分析表明地力和栽培模式均对夏玉米产量有极显著影响，两种因素综合影响因年份变化有所差异。两种地力条件下，夏玉米各时期群体生物量均表现为SH＞HH＞FP＞CK。在抽雄期（VT）和完熟期（R6），SH处理的植株氮素积累总量显著高于其他处理，氮肥利用效率和氮肥农学利用效率均高于FP模式，HH模式的氮肥农学利用效率、氮肥利用效率和氮收获指数均最高，氮肥偏生产力低于FP模式，但仍高于SH模式。在不同地力基础上夏玉米不同栽培模式的根系指标变化趋势基本一致，在大喇叭口期（V12）、抽雄期（VT）、乳熟期（R3）的根系干重密度、根长密度和根表面积密度均为SH＞HH＞FP＞CK，从V12到VT期，SH和HH模式的根长密度、根干重密度和根表面积密度增幅均显著高于FP模式，从VT到R3期，降幅均显著低于FP模式，SH和HH模式VT期根系活跃吸收面积比例显著高于FP模式。不同栽培模式各时期根长密度、根表面积密度和根干重密度与产量和氮肥利用效率均呈显著正相关。【结论】高产高效栽培模式可以有效地促进根系发育、延缓根系衰老、提高氮肥利用效率，有助于实现夏玉米高产高效的目标。
不同种植模式对夏玉米光能利用率和产量的影响
DOI:10.7668/hbnxb.2013.05.039
[本文引用: 1]
光能利用效率(RUE)的提高是增加玉米产量非常重要的因素。夏玉米不同种植模式对产量和RUE均有一定的影响,为了探讨不同种植模式如何通过改善RUE进而提高玉米产量,试验研究了不同行距种植对玉米产量及光能利用率的影响。试验于2012年在中科院栾城试验站进行,选用该区域普遍使用的先玉335和郑单958 2个品种,设20 cm+100 cm,40 cm+40 cm,60 cm+60 cm,40 cm+80 cm 4个行距水平,除了40 cm+40 cm密度为6.2×10<sup>4</sup>株/hm<sup>2</sup>,其他密度均为7.5×1010<sup>4</sup>株/hm<sup>2</sup>。结果表明:郑单958的叶面积系数在60 cm+60 cm处理下比其他3个处理高5%～20%,先玉335高5%～17%;整个生育期内两品种60 cm+60 cm行距处理RUE高于其他处理10%～30%;在整个生育期内先玉335 60 cm+60 cm行距处理总干物质量比其他3个种植模式高15%～22%,郑单958高17%～25%;两品种60 cm+60 cm的行距处理玉米收获指数、干物质量的转移率也显著高于其他处理,从而利于提高产量。分析表明,太阳辐射和积温是影响夏玉米产量的主要气象因素,而夏玉米光能利用率明显受到积温的影响。
