南方玉米高产栽培技术研究进展

蔡庆红，陶优生，唐云鹏，唐启源

(湖南农业大学农学院，长沙410218)

玉米(Zea mays L.)是我国第二大粮食作物，有“饲料之王”的美誉。我国粮食问题在很大程度上讲的是饲料问题，且在某种意义上可以说是玉米问题。而南方玉米一直存在播种面积小、单产低、总产低的突出问题。由于南方畜牧业和工业近几年的迅猛发展，玉米作为重要的饲料原料和工业原料，一直处于刚性需求增长的态势，造成了“北粮南运”的局面，并且最近几年北方玉米内消增加，给南方玉米需求增加了更大的供给压力。据统计，江苏、湖北、湖南、江西、福建等5省常年从北方调运饲料玉米100亿公斤左右。即使大量调入，部分地区也供不应求。因此依赖“北粮南运”来缓解南方玉米饲用的供需矛盾，既不现实，而且困难也很大。

据2006～2009年湖南省三大作物(水稻、油菜、玉米)种植面积的调查显示，玉米占作物种植面积的12.1%，其中稻田玉米35.1%，旱土玉米55%，山地玉米9.9%。江苏省玉米种植布局上也正在发生变化，苏南地区水改旱面积不断扩大，玉米作为多熟制中承上启下的作物，已被广泛应用［1］。但由于南方自然生态条件的影响，光、温、水资源分配不均，使有些地区稻田无法进行正常生产，如春玉米生长期间早春低温高湿、夏季高温催熟;秋玉米前期干旱出苗慢，高温缩短营养期，后期低温灌浆，产量不高。因此，研究玉米的高产栽培调控措施，可以为南方双季稻区玉米生产提供栽培技术指导，对于提高玉米产量和保障南方饲料粮供应和粮食安全具有现实意义。

1 农艺措施对玉米产量的影响

1.1 品种对玉米产量的影响

玉米品种经过了几次历史性的更替。首先玉米杂交种的育成和利用被喻为世界玉米生产上的一次“革命”，玉米也是利用杂交优势获得经济效益最明显、增产潜力最大的高产作物。根据D.N.Duvick(1984)试验分析，在1930～1970年间，美国玉米产量总值的60%是由于杂交种的遗传改进所致。目前我国的许多学者也作了相应的评估，玉米杂交种的改进增产占诸多因素增产总作用的30%～50%。

1.1.1 玉米“理想株型”

“理想株型”育种是通过改良玉米群体结构特征，来直接影响群体内的光通量密度分布，进而影响群体内个体的光合碳同化作用及籽粒产量［2，3］。紧凑型玉米杂交品种是随着“理想株型”理念的提出发展及应用而诞生的，该类型品种的推广应用使得玉米生产通过增密大面积获得高产成为可能。紧凑型玉米品种与半紧凑型和平展型玉米品种相比，具有穗上部叶片与主茎夹角小、株型紧凑、耐密植、叶面积系数大、光合势高、净光合产物多、群体库容量大、经济系数高等特点，这是紧凑型玉米品种高产及资源高效利用的重要生理基础［4，5］。

1.1.2 选择适宜生育期的品种

根据玉米需水规律可知，抽雄前10 d到抽雄后20 d是玉米水分临界期。湖南省干旱时常发生在7月下旬和8月上旬，这样对秋玉米出苗影响很大，因此春玉米品种选择应根据具体的生态条件决定。如果是雨水较多的地区，适于选择中迟熟品种;否则，应选早中熟品种，这样可以为秋玉米安全出苗提供保证。在具体的生态条件下，选择适宜生育期的品种对增产及提高资源利用率有一定的现实意义。

1.1.3 重视品种的抗逆性

与北方玉米主产区不同，南方有春玉米、夏玉米、秋玉米和冬玉米之分，种植制度多样，玉米生长期间气候复杂，因此选用的品种应注重自身对外界环境的抗逆能力。南方年际降水大，但分布不均，品种应注重耐“苗期芽涝”、“花期梅雨”、“灌浆期高温干旱”以及高温高湿所引起的大小斑病、纹枯病、青枯病等逆境。由于生长期有时会遭遇台风侵袭，对抗倒性也有要求，用于丘陵坡地的品种更要有耐旱和耐贫瘠的特性［1］。

1.2 播期对玉米产量的影响

播期对玉米产量的影响是通过间接改变玉米生育期各种生态因子(光、热、水和土壤等)的综合作用来实现的。由于播期的差异，玉米在不同播期下不同的生育期内群体冠层所截获的光照量及获得的有效积温也有差异，进而导致不同播期下玉米植株生长速率及产量的差异。播期越早，播种至出苗时间越长;播期越迟，产量差距越大。相同品种随播种期的推迟，穗部质量性状变差，产量呈下降趋势［6］。适宜的播期是玉米充分利用具体生态环境中有利光热资源的有力保证［7，8］。湖南省春玉米一般在3月中下旬直播，这样既可以保证春玉米正常成熟，又可保证秋玉米的充分成熟及下茬作物的适期播种。因此，根据当地的气候条件，适时播种是提高玉米产量的一项重要栽培技术。

1.3 种植密度对玉米产量的影响

种植密度作为实现高产的重要途径的论断已成为共识。由于玉米产量是群体与个体共同作用的结果，在一定密度范围内，随着密度的提高，玉米产量进一步提高，但当超过一定范围后，玉米群体内部环境条件恶化，导致单株质量下降，倒伏和病虫害发生频繁，密度增加的效应低于个体产量下降的幅度对产量的影响，表现密度增加而产量下降［9］。

玉米产量可以分解为单位面积穗数、每穗粒数和千粒重。在不同种植密度下，产量三因素对产量影响顺序为:收获穗数＞千粒重＞穗粒数［10］。随着种植密度提高，穗粒数和千粒重均呈下降趋势，密度继续提高，穗粒数下降速度变慢，但千粒重下降速度变快［11］。增加总粒数相对于增加千粒重对增产的作用大，进一步说明高产以足库为基础［12］。但当密度超过一定范围后，玉米穗粒数和单穗有效粒数均下降，其原因在于籽粒败育率大幅度提高［13］。由于密度增加，群体内个体间竞争加剧，个体雌穗发育受到影响，果穗中未受精小花比例增加，再加上光合同化物供应不足，籽粒灌浆速率降低，造成玉米籽粒败育率上升。在不同肥力水平下，密度对产量构成因素影响产量形式略有不同。在中等肥力水平下，密度主要通过收获穗数来影响产量;在高肥力水平下，密度主要通过影响穗粒数来影响产量［14］。以上研究均为北方玉米产区得到的试验结果，是否能应用于南方稻区玉米的生产还有待研究验证。但玉米的最适种植密度受地力水平［15］、气候条件［16］、品种［17］、栽培措施［18］等因素的影响，因此，筛选出一定生态条件和生产水平下的最佳种植密度对玉米的高产尤为重要。

1.4 施肥对玉米产量的影响

施肥对提高玉米产量是有效的［19，20］，而且在一定施肥水平范围内，随着施肥量增加，玉米产量和籽粒蛋白质含量呈上升趋势［21］。但超过一定范围后，随着施肥量增加，产量降低，品质变差，而且肥料利用率也降低［22］。因此，科学平衡施肥是玉米夺取高产的最有效措施。而且适宜的施肥种类、恰当的施用时期及有效的施用方法(施用量)，是协调养分供应与作物吸收、减少肥料损失、提高肥料利用率及保护环境的有效措施。

1.4.1 施肥种类

根据玉米需肥特性可知，玉米需氮较多，对氮肥反应敏感，随施氮量增加，玉米增产效果显著。玉米也是对磷素极敏感的作物。低磷使玉米生物量显著降低，根冠比增大［23］。在施适量氮、磷肥的基础上，增施钾肥可有效地提高玉米产量，增幅为8.81% ～26.80%［24］。随着生产水平的提高，特别是在复种指数大、要求高产条件下，作物对硫素的需求也不断增加。硫素的吸收能力在玉米生长发育的早期起关键作用，而生长后期，特别是籽粒灌浆充实期，硫素的作用相对增强，成为决定籽粒产量的重要因素［25］。不论何种类型氮肥，玉米施氮效应均显著，随施氮量增加，产量显著大于磷肥或磷、钾肥的产量［26］。因此，适宜的施氮种类及提高氮肥利用率很大程度上决定着产量的大幅度提高［27］。易镇邪等［28］认为，复合肥增产效果最好。长效氮肥与常规尿素相比，无论在不灌水或水分适宜条件下，控释尿素均利于提高氮素利用率、增加作物产量和改善品质［29］。另外，与普通尿素相比，长效碳酸氢铵与长效尿素能显著减少黑土玉米地N2O的排放，且能促进黑土玉米地对CH4的吸收［30］。因此，在作物生产上提高氮肥利用率的有效措施之一是高肥效品种+长效稳态氮肥+化肥深施［31］。通过玉米在空间和时间上最经济的施肥量的研究也发现，变量施氮比统一施氮肥料用量少、经济收益高［32］;在一定程度上可以提高玉米的产量，并且能够均衡土壤的养分，这说明变量施肥比传统施肥有更大的经济可行性和生态可行性［33］。有研究认为，钾肥是玉米取得高产的限制因子，其次是氮肥，最后是磷肥［34，35］。

1.4.2 施肥时期

掌握合理的施肥时间，既有利于作物及时吸收和充分利用，提高肥料的利用效率，减少流失，又能提高作物产量及品质。玉米对氮的吸收曲线与干物质累积曲线基本一致，呈S形变化;玉米氮素吸收速度呈单峰曲线变化，最大吸收速度表现在大喇叭口期或 12 叶展至吐丝阶段［36，37］。李潮海等［38］研究认为，拔节至大喇叭口期与吐丝至灌浆中期是超高产夏玉米对氮素吸收的两个关键时期，而且吐丝后对氮素的吸收积累量占总积累量的40.30%～47.78%。可见保证生育后期的氮素供应对产量的大幅度提高至关重要。在氮肥的施用过程中，大喇叭口期追肥的效果最为显著［39］。

1.4.3 施肥方法

施肥是玉米生长发育的必要条件，施肥对玉米产量的影响是通过施肥方式和施肥量来反映的［40］。肥料中的氮、磷、钾肥及微量元素的比例变化，也直接影响着肥料肥效和玉米产量。氮肥以“底肥+追肥”的形式施用，对于降低玉米穗位、减少玉米空秆现象、提高玉米抗倒伏能力效果尤为明显，同时极大地提高了玉米的双穗率，有利于玉米的高产［41］。种肥条施和促根剂的施用都能提高玉米对磷的吸收效率，进而提高产量［42］。夏玉米超高产适宜的施肥量为240～300 kg/hm2，施氮时期后移可增产2.27%～5.33%。氮肥以“30%苗肥+30%大口肥+40%吐丝肥”方式施用，产量和氮肥利用率最佳［38］。在高产玉米栽培中氮素分别在播种、拔节期、大口期施用，以 1∶3∶6 的比例最好［43］。

1.5 灌溉对玉米产量的影响

除了水稻以外，玉米也是农业耗水量较大的粮食作物。玉米一生总耗水量2 550～6 000 m3/hm2［44］，水分亏缺是玉米产量低而不稳的限制因素之一，玉米需水量常因品种特性及环境条件不同而不同［45］。国外一直非常重视喷灌水肥需求规律及水肥耦合高效利用方面的研究，施肥灌溉应用十分普遍。大量的实践也证实，在旱作农业中，灌水与施肥耦合可以大幅度促进增产［46］。施肥搭配灌水在苗期和拔节期对增产效应最显著［47］。而孙文涛等［48］研究认为，影响玉米产量的主要因素是氮肥用量，其次是磷肥，灌水量对产量的影响作用不明显。但是，在干旱和半干旱地区降水不足的情况下，进行补充灌溉是提高作物产量的常用方法。与浇灌施肥相比，滴灌施肥具有显著的增产效果，不仅使氮肥利用率提高，也显著提高了灌溉水的利用效率［49］。在非充分灌溉条件下，不同形式的水肥空间耦合形式对玉米的产量影响不同:交替灌水＞固定灌水;水肥异区 ＞ 水肥同区［50］。

2 地膜覆盖对玉米产量的影响

干旱缺水或光、温、水资源分配不均等是限制我国农业生产发展的主要因素之一，而地膜覆盖是解决此问题的有效措施之一［51］。通过覆膜栽培，玉米出苗率高，单位面积穗数、穗粒数及百粒重增加，使玉米的产量构成因素得到改善，有效地提高了玉米产量［52］。有研究表明，地膜覆盖可使玉米在灌浆期温度降低2.7℃，其降温效应可减轻夏季高温对作物生育的危害而利于增产。地膜具有显著的增温保湿和增产早熟作用［53］。南方春玉米总会遇到苗期低温的灾害，因此采用覆膜栽培可以满足春玉米生物学起点温度，降低低温对春玉米苗期的影响，这不仅有利于实现春玉米一季作物的增产，更对全年多熟制的增产及资源高效利用发挥较为重要的作用，而且生育期的提早对于缓和多熟制种植的季节矛盾具有重要意义。

3 化控技术对玉米产量的影响

20世纪20年代，化学调控技术伴随着植物内源激素理论的诞生应运而生，是一种农作物生产新技术。它主要是通过应用植物生长调节物质(自身合成和外源合成)，实现了对作物外部形态特征和内部生理代谢的双重调控，最终实现提高作物产量、改善品质和增强抗逆性的目标［54，55］。目前，在玉米生产中，化学调控技术的应用主要集中在挖掘增产潜力，提高单位面积生物产量和经济产量，及增强自身抗逆性上。

3.1 化控技术可以提高作物的抗逆性

由于外界条件(气候因素、光热资源、土壤条件及病虫害等)和作物自身遗传因素的制约，作物的产量潜力难以发挥到极致。化控技术的应用可以调节作物内源激素代谢水平，增强作物自身抵抗外界不利环境的能力，充分发挥作物优质高产品种的潜能，实现高产稳产的目标。化控剂在玉米抗逆性研究与应用中，主要集中在抗旱、抗寒、抗盐、抗涝和抗热等方面。采用含有有机酸与胆碱类成分的化控剂处理玉米后，叶面积增大，叶绿素含量提高，同时幼苗叶片内的抗逆境酶(SOD，POD)活性增强，MDA含量降低，致使抗低温能力明显增强［56］。在干旱胁迫下，利用IAA和CTK浓度的减少及ABA浓度的升高来调节某些生理过程以达到适应干旱的效果［57，58］，如在干旱条件下用 PP333 处理后，玉米的逆境酶(SOD，CAT)活性增强，抗逆性增强［59］。此外油菜素内脂、多胺、脱落酸和水杨酸等均能提高作物的抗逆性［60］。JA是一种与作物抗病性密切相关的信号分子，主要作用表现为增加作物抗逆性、抗病性和对虫害的抵抗。30%己乙水剂处理玉米后，在籽粒形成期，伤流液中IAA、GAs和CTKs的含量增加，在灌浆期，ABA浓度提高，这些内源激素的增加均有利于增强玉米对逆境的抵抗能力［61］。

3.2 化控技术塑造“理想株型”及改变根系形态

化控技术的应用可有效地塑造理想株型，优化玉米群体结构，使群体通风透光，提高光合效率。采用叶面喷施乙霉合剂可有效降低穗位以下节间长度，同时通过“反弹效应”提高穗位以上节间长度，改善玉米群体中上层通风透光条件，从而提高功能叶光合效率［35］。董学会等［62］认为，30%己乙合剂和乙霉合剂处理玉米均显著地缩短穗下部节间长度、降低植株重心，从而打造理想株型，使得穗位以上叶片松散分布，优化群体冠层结构，提高光合效率。叶面喷施叔胺类活物质DCPTA和DTA－6可以显著提高玉米叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度和叶绿素含量，提高了PEPC羧化酶和RuBP羧化酶活性，延长叶片的功能期［63］。

根系倒伏是玉米生产中常发生的灾害，它所带来的损失亦不容乐观。化控剂的应用，可有效改变根系形态，利于根系对土壤中养分的吸收，提高玉米抗倒能力，降低倒伏的发生。在高密度大群体条件下，玉米植株经乙霉合剂处理后，气生根层数、气生根条数、根的干重和根冠比均高于对照且达到显著水平。这4项指标的改善有利于维持地上部的功能，防止倒伏的发生［64］。化学调控不仅能改变植株根系形态，还能显著提高玉米根系生理机能。如在玉米大喇叭口期和籽粒形成期，叶面喷施乙烯利－胺鲜酯合剂可显著提高根系的伤流量，而且还能提高伤流液中无机元素(K，P，Ca，Mg，Si，Zn，Mn 和 Fe等)和氨基酸的总流量以及非蛋白质氨基酸GA的含量［61］。营养型化控剂(FC)提高了根系吸收、合成以及向地上部运输可溶性糖、无机磷、细胞分裂素等物质的能力，从而提高根系活力，促使根系的健壮生长，防止后期早衰的发生［65］。另有研究表明，PP333还可以有效地增加玉米幼苗的伤流量，提高幼苗根系活力，保证玉米的出苗率。

3.3 化控技术可以改善穗部性状及质量

化控剂增产作用主要体现在对玉米产量相关性状的调控。叶面喷施乙霉合剂可以促进春玉米籽粒灌浆速率，提高单穗重，增加产量［66］。有研究表明，在玉米上使用植物生长调节剂，可以增加玉米的穗粒数、穗粒重和百粒重，增加玉米产量［67］。采用营养化控剂PC对玉米进行全程生育调控，经处理后玉米空秆率下降，秃尖长度降低，产量构成因素也得到一定优化，增产幅度达12%左右［68］;在灌浆期对玉米喷施植物生长调节剂，促进玉米形成了较多的干物质，并加速了养分的转移，增加了百粒重，从而提高产量［68］。

4 展望

纵观前人的研究，单一农艺措施、覆膜技术及化控技术对玉米产量影响报道较多，但对玉米综合调控栽培措施研究报道甚少。因此，为了充分发挥玉米高产与资源高效利用潜力，针对具体的地域、特定熟期的玉米品种，选择适宜的化控剂，进一步配套其它栽培技术，对南方稻区玉米高产栽培技术的研究显得尤为重要。鉴于此对南方稻区玉米今后的研究提出以下几点展望:

1)加强开展多种栽培技术的互作效应研究，尤其是对化控剂与覆膜技术在玉米抗逆分析上，进一步探讨出玉米高产栽培新途径。

2)开展玉米高产资源高效利用潜力的研究，挖掘玉米“双高”模式优势下群体生态生理特点。

3)开展玉米高产群体质量指标的研究，进一步探索出适用于南方稻区玉米的“高产群体”建立途径。

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