吉林省玉米主产区稳产高效种植体系构建及氮素流动效率评价

【摘要】：针对玉米稳产高效产业体系对我国粮食主产区发展的需求,本研究以吉林省玉米主产区的玉米生产为研究对象;通过田间试验分别明确本区域适宜品种密度、优化氮肥运筹、改进耕作模式、有机物料还田培肥机理等措施,构建出玉米稳产高效种植体系;并在新型农业经营主体进行应用验证;同时,基于养分资源综合管理理论,运用NUFER模型解析吉林省农牧系统氮素流动特征及氮素利用效率;进而为本区域玉米产业体系提出建设性意见,明确稳产高效种植制度及生产变化趋势。主要研究结果如下:1、进行了品种适宜密度的研究,明确了本区域种植品种的适宜密度。以品种、密度双因子设计试验,在公主岭和哈拉海两地同时进行,结果表明,品种、地域、种植密度和年份对茎叶的吸氮量、氮转移率和氮转移贡献率均有显著差异。株叶面积随种植密度的增加而减小,但利用提高种植密度的补偿效应可以进一步提高群体叶面积。种植密度的增加提高了作物的干物质量和产量,促进了茎叶的干物质积累和氮素向籽粒的转移,为作物高产提供了保障。ZD958、XY335和LM33的最佳种植密度分别为7.83、7.7和8.41万株/hm~2。2、基于氮肥运筹规律,提出了合理的优化氮肥运筹措施。选用品种XY335,在密度75000株/hm~2条件下,得到优化施氮量为225 kg·hm~(-2),平均产量在12.3 t·hm~(-2)左右,单株籽粒氮吸收量在1.68～2.75 g,平均值为2.29 g,说明在种植密度增加后,通过过合理的氮肥运筹,植株籽粒吸收氮浓度会有所下降,但同时群体吸氮量大大提高,进而增加群体干物质量及氮累积量;能够显著提高植株氮素利用能力及向籽粒养分运转的能力;同时可以在吐丝后期维持较高的LAI,扩大光合势,促进植株体内光合产物的积累,延长植株持绿性。3、通过改进耕作方式的研究,构建了先进的耕作模式。深松+氮素深追及其配合增施有机肥处理下20～40 cm土层三相比更接近理想值,对土壤结构的改善作用更为显著,同时增加了20～40 cm土层中无机氮的含量,而这个土层中的根量对于吸收和利用土壤中的养分、水分起着重要的作用,且在生育后期更加明显。与常规栽培相比,深松能提高作物干物质重及籽粒产量,深松深追肥及综合培肥增产效果尤为显著,分别增产8.9～16.5%、9.2～18.1%。4、探讨研究了有机物料还田的培肥机理。不同种类有机物料还田后显著增加了耕层(0～20 cm)土壤有机质的含量,NPK+堆肥处理更利于耕层土壤全氮、全磷、速效氮和速效磷的积累,因此,可获得较高的水分利用效率。增施有机物料处理通过增加玉米的成穗率,穗粒数以及百粒重,使玉米的产量得以明显提高。5、提出了吉林省玉米稳产高效种植模式体系,并在新型农业经营主体进行应用验证。吉林省不同区域、不同土壤肥力及相对投入与成本均存在显著差异。施肥量与产量、效益比均以中部地区最高。构建了玉米稳产高效种植模式,新型经营主体与普通农户做对比,示范区比农户平均增产为7.8%,。化肥生产效率和水分生产效率较农户习惯也有了大幅提高平均分别提高7.2%、7.2%。与农户相比,示范区的温室气体排放量降低了3.1%,温室气体排放强度减少了11.4%。这表明在示范区通过构建玉米稳产高效种植模式,在增加经济效益的同时,同样有较好的环境效益。6、运用NUFER模型解析,进行了吉林省氮素流动效率评价。应用NUFER模型进行吉林省农牧系统氮素流动及氮素效率的分析,表明吉林省农牧系统氮素流动过程中,氮素输入呈现上升趋势,但农田生产的氮素利用率在提高,吉林省各地区农田氮素利用率(NUEc)为25.11%～43.6%,农牧系统综合氮素利用(NUEc+a)为8.87～16.97%,同时氮素循环利用率呈下降趋势,从1997年的43.77%下降到2017年的40.55%。