论玉米优质高产的新举措——提高光能利用率是玉米优质高产的主攻方向

张 娟，刘传玉，宁志强，张广鑫，赵 强，黎 庆，宋继富

(1.黑龙江省科学院高技术研究院，哈尔滨 150020； 2.黑龙江省科学院石油化学研究院 ，哈尔滨 150040)



论玉米优质高产的新举措
——提高光能利用率是玉米优质高产的主攻方向

张 娟1,2，刘传玉1,2，宁志强1,2，张广鑫1，赵 强1,2，黎 庆1,2，宋继富2

(1.黑龙江省科学院高技术研究院，哈尔滨 150020； 2.黑龙江省科学院石油化学研究院 ，哈尔滨 150040)

本文将根据玉米的生理特性，从理论到实践提出新观点，提高光能利用率是玉米优质高产的主攻方向。尽量减少化肥用量，使其达到最佳的合理用量，减少污染，实现农业可持续发展。

玉米；化肥；光能利用率；高产；隆垦速效硅；经济效益

玉米是世界三大主要粮食作物之一，在我国玉米的种植面积和产量仅次于水稻和小麦。经调查，我国目前玉米高产攻关，在施肥方面的主要措施仍是增施化肥。化学肥料对提高农业产量起着重大作用。若按每公顷耕地的化肥消耗量计算，我国比世界平均消耗量高2.6倍，比发达国家高2.1倍。长期过量施用化肥，会造成土壤物理性质恶化、肥力下降、土地板结、肥效降低，反过来又促使施用量的增加，使农产品的成本增加，出现报酬递减，并造成对环境及农业的污染，不利于实现农业的持续发展。

1 现玉米施肥情况的初步考察结果

数据来源于2008年对黑龙江农垦总局部分农场的考察，计量单位kg/hm2。

1.1 曙光农场

底肥:二胺150kg，钾肥190kg。底肥合计340kg。

追肥:尿素240kg。

1.2 共青农场

底肥:玉米复合肥300kg，尿素180kg。

效果:抽雄齐、支持根发达。

1.3 名山农场

底肥:380kg，汉枫复合肥，无追肥。

喷:6 000mL隆垦速效高硅叶面肥(一遍)。

效果:好。叶片直上挺拔、浓绿、支持根发达、活杆成熟。

1.4 宝泉岭农场23队

底肥:300kg复合肥，无追肥。

喷:2遍隆垦速效高硅叶面肥6 000mL/次。

效果:好。抽雄快、秆粗壮、浓绿、支持根发达。

1.5 友谊1分场(高产攻关田)

底肥:尿素50kg，二胺150kg，硫酸钾50kg，硫酸锌20kg，底肥总计270kg。

追肥:尿素320kg。

喷:3次叶肥磷酸二氢钾，封垄前。另外，随航化防病还加磷酸二氢钾。

1.6 853农场

底肥:二胺180kg，尿素105kg，氯化钾75kg，底肥合计360kg。

表1 部分农场施肥情况考察表Tab.1 Fertilization survey of part of the farm

2 化肥大量使用和滥用的危害

目前，我国化肥年使用量达4 124万t，如表1统计，有很多已达500kg/hm2以上，远远超过发达国家防止化肥对水体的污染而设置的225kg/hm2的安全上限(比世界平均消耗量高2.6倍，比发达国家高2.1倍)。

表2 世界与中国化肥施用量 单位:万tTab.2 Chemical fertilizer application of China and other countries unit: million t

另外，不科学地使用化肥也造成用量加大和土壤板结，如为了解决玉米缺锌问题，有的用户将底肥中硫酸锌和二胺同时使用，下面的反应必然发生:

ZnSO4+(NH4)2HPO4+H2O→Zn3(PO4)2·4H2O↓

其结果不但导致锌利用率降低，同时还造成磷素的固定，使土地板结。

3 玉米光和器官与光和作用的特点

玉米属C4作物，玉米叶片横断面上有“光环状解剖结构”即维管束鞘细胞含有较大的叶绿体，且胞间空间小，叶脉多。能固定二氧化碳，抑制光呼吸。因此，玉米二氧化碳补偿点为零。玉米的光补偿点也低，而玉米的光饱和点很高，因此，玉米的净同化率高，最多可达52g/m2·d，而水稻为12～16g/m2·d，大豆8.3 g/m2·d。

由以上特点看出，增强光和作用，提高光能利用率是玉米增产的主导方向，潜力很大。

4 提高光能利用率是我国玉米增产的主导方向

调节作物光合效率是衡量作物产量上限的关键，一般从以下几方面着手:

A.培育光合效率高的新品种。

B.合理施肥、灌水，充分满足各生育期对外界条件的要求。

C.提高群体光能利用率。

这正是本文论述的要点，硅能显著提高玉米光能利用率，下文将重点论述。

5 玉米是喜硅作物，硅素能显著提高玉米光能利用率

5.1 玉米是喜硅作物之一[1-4]

人们一提到喜硅作物，就指水稻或麦类，个人认为，这些说法存在某些片面性。随着农业科技的发展，近几年，我们从理论到实践都充分证明玉米、甜菜等也是喜硅作物，本文将重点探讨玉米是喜硅作物。

从已有资料数据看玉米含硅量:

表3 部分作物含硅量(%)Tab.3 Silicon content of some crops(%)

表4 几种作物不同部位含硅量(SiO2%)Tab.4 Silicon content of different parts of crops(SiO2%)

由表3中数据看出，玉米秸秆中SiO2含量比麦类低，但差别不大。由表4中看出玉米茎秆中SiO2含量与麦类相当，与水稻比，玉米整体各部位SiO2含量比水稻低，但茎秆中SiO2含量与水稻相当。

由作物的生物产量比较看玉米生长与硅素的关系:

表5 几种作物的生物产量比较表(概算)Tab.5 Comparison of biological yield of severalcrops (budget estimate)

根据表5的概算，可以清楚地看到，玉米的生物产量相当于小麦的2.5倍，相当于水稻的1.5倍，即使根据表3数据玉米单位重量的秸秆中SiO2的百分含量比麦类低，但因生物产量几乎是麦类的2.5倍，所以说单位面积总需硅量玉米比麦类大的结论是成立的。也就是说玉米是仅次于水稻的喜硅作物。

5.2 硅素可以显著提高玉米光能利用率

5.2.1 硅素可以增加玉米叶面积指数，增加群体光合作用

叶面积指数=总叶面积/土地面积

硅素是植物细胞壁的重要组分，硅与植物体内的果胶酸、多醛糖酸、糖脂等物质结合，形成稳定性强、溶解度低的单硅酸及多硅酸复合物沉积在木质化细胞壁中，也进入中胶层。叶片中硅不仅在表皮细胞内，而且还沉积在细胞外，其上再覆盖很薄的角质层，形成角质—硅双层结构。

试验、示范现象表明，玉米施硅后，叶片挺拔，夹角收敛，变小。玉米吸足硅后，叶片的顶尖在中午阳光下依然直立，我们形象的喻为“狼耳现象”，而有些直立叶片型玉米，由于叶片硅素不足，虽然叶片上冲，但叶尖依然下垂，形象的喻为“狗耳现象”。

玉米喷施硅后，叶片上挺，夹角收敛，可以增加叶面积指数进而提高光合产物的数量。另外，玉米茎秆粗壮，叶片上挺，有利于合理密植，密植是增加单产的重要措施，光合作用的二氧化碳主要是来自大气中，大气中二氧化碳浓度为0.03%，叶片上挺后，通风好，能使群体二氧化碳浓度处于正常水平，有利于群体光合作用。

5.2.2 硅素能增加玉米光合势

光合势是指在某一生育期间或整个生育期内作物群体绿叶面积的和数，即每日绿叶面积的累加。

光合势与干物质积累呈正相关。

实践表明，玉米喷施硅素后，能明显使叶片晚衰，新叶成长，老叶晚衰，达到活秆成熟。如在名山农场等示范地，喷施硅肥的玉米，棒子收获，玉米秆和叶依然嫩绿，可作青储饲料。绿叶晚衰，光合势增大，光合作用的产物必然增加，所以说硅素能通过增加玉米光合势而增产。

5.2.3 硅能调节植物的光合作用

据报道，植物叶片的硅化细胞对于散射光的透过量为绿色细胞的10倍，故能增加光合吸收，从而促进光合作用。

以上几个方面，从理论上探讨了硅素为什么能显著提高玉米光能利用率，进而达到增产、增收的目标。事实上，2年多来在农垦总局作了大量试验示范，凡喷施隆垦速效液态硅肥的地块，无一例外的有明显增产效果，详见报告。

6 硅素对玉米的其他作用

作物获得增产、增收，多种因素都要处于最佳状态，相互协调。

6.1 硅素能使玉米抗倒伏

在茎和叶鞘中硅主要存在于外表皮、维管束及厚壁组织的细胞壁中，根部的硅多在表皮细胞中，因此硅能促使玉米茎秆生长健壮，抗倒伏。大量试验示范结果表明，喷施隆垦速效液态硅肥玉米明显增强抗倒伏能力。

6.2 硅素能增强作物抗病能力

植物中许多寄生性真菌都是通过表皮细胞渗入其寄主中。硅在叶片、茎秆上形成角质—硅双层结构，可以造成一种机械屏障以防止真菌及昆虫或幼虫渗入。

试验证明，硅素对玉米的黑粉病、玉米螟等有很好的预防效果。

6.3 硅素能调节作物蒸腾作用，增强抗旱能力

缺硅时，植物水分蒸腾作用力强，是缺硅植物产生凋萎的主要原因，在大气湿度较低时尤为明显。充足的硅可以加厚细胞壁、减轻植物的凋萎，降低水分或水气的渗透。

上文提到，喷施硅的玉米，在阳光充足的中午仍有明显的“狼耳现象”，说明硅素的作用。2007年黑龙江大旱，喷硅的试验田仍增产超过10%，可见硅素能增加玉米抗旱能力。

6.4 活秆成熟，可节省专用青储饲料地

在正常条件下，施硅素可使玉米早熟5～7d，可使茎叶晚衰，即活秆成熟。在玉米成熟收获时，茎叶依然鲜活嫩绿，依然可以做青储饲料。这项作用，可以为农业节省大量青储饲料用地，提高土地利用率，为农业增加收入及持续发展做出重要贡献。

2008年在宝泉岭局名山农场做4hm2示范地，喷一次(400mL/667m2)隆垦速效液态硅肥，9月17日玉米已成熟，茎叶仍然嫩绿，每垧地茎秆按青储饲料已出售，1 000元/hm3，实现双丰收，值得推广。

7 实施方案及经济分析

依据前面的理论探讨和大量的试验、示范数据，提出玉米高产攻关的全新方案。

7.1 方案实施的依据

7.1.1 玉米积累氮、磷、钾的动态

据研究报道:氮素播种后1个月的玉米积累氮素仅2%，孕穗期达1/3，开花期氮的积累可达总需氮量1/2以上，其余在吐丝、灌浆到成熟期吸收。氧化钾苗期可吸收3%，孕穗期达70%以上，开花期钾的积累达高峰。五氧化二磷，苗期积累量不过1%，孕穗期达46%，开花期可达65%，其余1/3在成熟期吸收。

根据以上玉米吸收氮、磷、钾的规律，人们要一次性地将氮、磷、钾施入基肥或按现在的常规措施，在封垄时将尿素一次性追入，肥料在土壤中残留被固定、淋失，挥发损失将相当严重，不仅造成肥料的浪费，土壤和环境污染，到后期还会造成玉米脱肥，是不科学的。据报道，目前施肥方法，氮的淋失和挥发损失为20%～57%，磷当季利用率仅为15%～25%，钾的利用率为40%～60%。

由上面数据看出，我们不采取新的施肥措施，很难将施肥量降下来，也很难走出误区。

7.1.2 我国目前农业化肥施用量已严重超算，必须降下来

一般来说，植物吸收的氮约有30%～60%，磷约有50%～70%，钾约有40%～60%来自土壤，人们的施肥仅是补充土壤中的不足。

由前面表1、表2数据看出，我国单位面积化肥用量已超过世界平均值的2倍，已经产生了对土地污染、板结，对下水污染，出现了对生态环境的破坏，已显现出“报酬递减”。我们应大呼:“中国农业化肥施用量必须降下来！”

7.1.3 正确认识植物根系吸收与叶部吸收营养的关系

利用现代化农业手段，将部分地下施肥转移到地上，可以大大提高肥料利用率，减少总化肥施用量。植物除了通过根系吸收养分之外，还能利用叶片吸收养分，研究表明，叶片吸收养分的形态和根系相同，吸收养分的机理与根系相似。

除了微量元素适合叶面喷施外，部分大量元素也适宜叶面喷施，如:KH2PO4已在航化中较普遍喷施；中量元素硅，随着水溶态硅的出现，采用航化叶面喷施，也取得了满意的效果。

7.2 实施方案

叶面喷施三次，取消追肥，底肥减少20%～30%。

效果:增产10%～15%，实现总产11～12t/hm2，用户净增收130～180元/667m2。

7.3 实施方案的技术经济分析

7.3.1 在拔节到抽雄期之间共喷施三遍隆垦速效高硅叶面肥共1.2L，合24元/667m2。配套增效剂合30元/667m2，共投入54元/667m2。

7.3.2 根据当前玉米平均施化肥量:

a.底肥23～25kg/667m2，平均24kg/667m2。b.追肥10～20kg/667m2，平均15kg/667m2。c.硫酸锌，1kg/667m2。

7.3.3 减少化肥用量，节省投入:

a.底肥18kg减少25%，即6kg，合21元/667m2。b.追肥不用，减少15kg，合30元/667m2。c.硫酸锌不用，减少1kg，合5元/667m2。共计减少化肥投入56元/667m2。

由上面数据看出，隆垦速效液态硅肥的投入与化肥用量减少所节省的钱，二者相当。即本方案隆垦速效液态硅肥不用花钱施用，未增加新的投资。

7.3.4 直接经济效益

用户实现增产，增产率10%～15%，在其他配套条件协调正常前提下，实现高产11～12t/hm2，用户净增收130～180元/667m2。

7.3.5 社会效益与环境效益

减少化肥总用量200kg/hm2以上，减少化肥对土地、地下水、空气的污染，有利于农业持续发展，提高玉米质量，有利于打入国际市场，综合效益提高，农户明显增收，增加务农的积极性。

7.3.6 配套农机措施

因喷施第三遍时，玉米快要抽雄，因此必须有高喷措施:

A．航化。B．采用高喷机，现在农垦体系内进口或自制高喷机已经问世，根据农艺的需要，必将带动农机的发展。[方案2]略

8 试验、示范情况

通过2007年在农垦牡丹江分局856分公司，红兴隆分局852农业科研站，密山市农业技术推广中心试验站进行的试验[1-3]。隆垦速效液态硅肥2遍共400mL，平均增产9.4%。

2008年在农垦红兴隆分局友谊农场一分厂，红兴隆分局853农场林业三连等作的示范“底肥、追肥、隆垦速效液态硅肥对玉米产量影响的调查报告”[4]。处理无底肥、无追肥，在拔节到抽雄期间喷施3次隆垦速效液态硅肥，喷施量1 000mL/667m2，产量最高，达736kg/667m2(11t/hm2)，比有底肥、追肥，未喷施隆垦速效液态硅肥的处理3增产14.6%，比有底肥、有追肥，在拔节初期喷一次隆垦速效液态硅肥400mL/667m2的处理2增产5.6%，处理2比处理3增产9%。

为了稳妥，我们虽然暂不按处理1去推广，但由上面的示范结果充分说明硅对减少化肥总用量实现玉米增产、增收起到重要作用。

9 结论与讨论

A.玉米是C4植物，光补偿点低，光饱和点高，净同化率高，因此提高光能利用率是玉米优质高产的主攻方向。

B.玉米是喜硅作物，硅素能通过增加玉米叶面积指数，增加玉米光合势，硅化细胞能增加散射光透过量来调节玉米光合作用，能明显提高玉米光能利用率。

C.隆垦速效液态硅肥，含有高浓度的水溶态有效硅，叶面吸收效率高，适宜做玉米的叶面喷施，满足玉米对有效硅的需求。

D.调查表明，我国目前农业化肥施用量已严重超标，达到世界(单位面积)平均用量的2倍多，已开始出现“报酬递减”，并对土地、水、空气造成污染，为实现农业可持续发展，必须下决心把化肥总用量(单位面积)减下来。

E.通过拔节到抽雄期，喷施三次隆垦速效液态硅肥及其配套的增效剂，可取消目前的玉米追肥，底肥用量减少20%～30%，将会产生明显的经济效益和社会效益。

a.用户未增加新投入，即隆垦速效液态硅肥加增效剂的花费与减少追肥、底肥节省的资金相当，免费施用隆垦速效液态硅肥。

b.新方案可使玉米增产10%～15%以上，在保证肥水协调下，可适当密植，产量可达11～12t/hm2。

c.用户不增加新投入，增收可观130～180元/667m2。

d.单位面积化肥总用量可减少40%以上，接近世界水平，可减少对土壤理化性能的破坏，减少对水、大气的污染。

9.6 讨论

A.走出对叶面肥看法的误区，叶面肥市场有几百种，人们认为喷叶面肥不好也不坏，作用不大；还有人认为，叶面肥适合喷微量元素。实际上，正确认识叶面吸收与根部吸收的关系，叶面喷施也同样适宜，大量元素和中量元素，对增产起到重要作用。

B.喜硅作物需吸收的是“有效硅”，即水溶态的硅，不要把肥料的“硅含量”和“有效硅”混淆。

C.农技促进农机发展。玉米秸秆很高，喷施第二、第三次时，玉米已长高1m以上，必须有高喷机。现代化的高喷机，也有应用的局限性，进口高喷机价格太贵，而促进生产、简单实用且价格较低的高喷机，在宝泉岭局已有人用土法改造成功，价廉适用，只要适当改进就可批量生产，成为一类新农机。

D.硅素的吸收量与玉米增产率的关系值得探讨

试验表明，同其他营养元素一样，在玉米吸硅量未达到饱和前，随着有效吸硅量的增加，光利用率的提高，玉米增产率都呈正向关系。例如：2008年在853农场的联网试验中，处理1(喷2次200mL)增产3.7%，处理2(喷2次400mL)增产7.2%。在友谊农场一分厂，玉米喷3次(共1 000mL)，玉米增产率达14.6%。

另外，研究表明，各生育期的各叶光合强度，均以玉米中部的叶，特别是棒三叶为最高，对产量的形成功能最大，我们以前的试验、示范，由于缺少高喷手段，所以对中部以上叶片未实施喷施，平均增产率在8%～10%范围，按本方案—1，增加对中部以上叶片的喷施，增产率会明显提高，在喷2次8%～10%增产率基础上，再增加5%～7%是有依据的。今年在友谊农场一分厂用人工笨法实施高喷，结果增产率达14.6%，能够说明玉米中部叶，特别是棒三叶对玉米增加光合作用强度，对产量的影响明显。

[1] 曹翠芝，速效高硅叶面肥玉米上应用效果试验(八五二农业科研站)[Z].

[2] 李健忠，聂春阳. 玉米应用叶面肥试验总结[J].中国科技财富，2010，(06):310.

[3] 白晓亮，玉米速效高硅叶面肥试验总结(密山市农业技术推广中心试验站)[Z].

[4] 李刚，王忠福.隆垦速效液态硅肥在玉米上应用效果试验总结[J].农民致富之友，2013，(04):113.

New measures of high quality and high yield of maize—improving the utilization of solar energy is the main direction

ZHANG Juan1,2, LIU Chuan-yu1,2, NING Zhi-qiang1,2,ZHANG Guang-xin1, ZHAO Qiang1,2, LI Qing1,2, SONG Ji-fu2

(1. Institute of Advanced Technology, Heilongjiang Academy of Sciences, Harbin 150020, China;2. Institute of Petrochemistry, Heilongjiang Academy of Sciences, Harbin 150040, China)

Based on the physiological characteristics of corn, this paper puts forward a new view from theory to practice—improving the utilization of solar energy is the main direction of high quality and high yield of corn. It needs to minimize the amount of chemical fertilizer, achieve the best reasonable amount and reduce pollution so as to fulfill sustainable agricultural development.

Corn; Chemical fertilizer; Solar energy utilization; High yield; Quick-acting silicon for reclamation; Economic benefit

2016-09-24

张娟(1960-)，女，高级实验师。

S

A