1、玉米栽培技术研究进展摘要：玉米是我国最重要的粮食作物和饲料作物，对中国的粮食生产有着举足轻重的作用，栽培增产技术是我国玉米产量潜力的重要影响因子。本文主要从玉米栽培增产技术研究、玉米栽培模型研究和遥感技术在玉米栽培中的应用三个方面，简要介绍了近年来我国玉米栽培技术上的研究和发展，并对未来的发展方向进行了展望。 前言 作物栽培学是研究作物生长发育和产量、品质形成规律及其与环境条件的关系，探索通过栽培管理、生长调控、优化决策等途径，实现其高产、优质、高效及其可持续性的理论、方法与技术的科学。玉米是我国最重要的粮食作物和饲料作物，对中国的粮食生产有着举足轻重的作用。经过多年发展，我国玉米的单产和总产
2、达到了较高的水平，对我国粮食产量的稳定提高、畜牧业的较快发展都起到了举足轻重的作用。栽培增产技术是我国玉米产量潜力的重要影响因子。 1 玉米栽培增产技术研究 近 20 年来，各地学者研究了玉米根系生长发育规律与环境因素的关系；雌雄穗分化进程，籽粒建成与败育；不同叶位叶片结构与功能；不同株型，不同密度，不同肥力条件下群体光合速率与产量等问题。玉米种植密度的不断增加是栽培技术进步的体现圈。多年来，玉米学术界针对密度问题开展了大量研究。实践证明，有关密植技术方面的大量试验研究成果在玉米生产中得以应用，指导了各地玉米生产。根据具体情况确定适宜的种植密度，对保证玉米增产起到了巨大的促进作用。试验研究与生
3、产实践证明，生产水平（包括品种、土壤肥力、施肥水平、灌溉条件、病虫草害防治水平、田间管理水平等）愈高，最适宜的密度越大。密度与品种和土壤肥力的关系最为密切。总的原则是早熟矮秆品种宜密，晚熟高秆宜稀；在肥力较高的土地上适宜的密度范围较宽，在中低肥力土地上适宜的密度范围较窄。玉米密度研究的理论与实践为我国不同生态气候地区提供了适宜的种植密度范围；为春播、夏播玉米及其不同品种确定密度幅度，使我国的玉米种植密度普遍增大。 提高肥料利用率等系列问题列为栽培增产技术的一个重点方面，重点研究缓效性肥料在玉米生产上的应用；根据计划产量、土壤速效养分含量及其利用率和当年化肥的利用率，科学地确定玉米的施肥量；依据
4、大量实验结果提出了东北春玉米区和黄淮海夏玉米区的施肥推荐方案。玉米秸秆还田技术正在大面积推广应用，随着畜牧业的大发展，有机肥料施用量增加；玉米与豆科植物的间作、混作面积有所增加，这些技术措施都体现出培肥地力技术的进步。 随着种植密度的不断提高，玉米栽培增产的基本趋势由提高单株生产力，到改善株型增大群体和保绿、延长光合与灌浆时间来增大群体生产量，向提高群体整齐度、花后物质高效生产与转移方向发展，同时对群体的抗倒、抗病和适应性提出更高的要求。 2 玉米栽培模型研究 2.1 玉米生长模型 王康等根据气象条件和土壤水分、氮素状况计算夏玉米光合作用、呼吸作用，进而逐日计算干物质增长过程，建立了夏玉米生长
5、和吸氮的耦合作用模型，该模型较好地模拟了夏玉米光合作用、干物质生长和根系吸氮过程。宋有洪等依据实验确立的器官生物量一形态关系，建立了器官形态构建模型；邓天宏等利用土壤水分平衡方程，结合河南省冬小麦和夏玉米的生长规律和 19942000 年冬小麦、夏玉米田实测土壤湿度资料，建立了河南省冬小麦、夏玉米土壤水分预报及优化灌溉的计算机模型。高如泰等以黄淮海平原为研究区域，建立并验证了基于地理信息系统的土壤水、热、氮和作物生长联合模型。张旭东等通过对连续 4 年夏玉米叶面积指数研究，建立了夏玉米叶面积指数与积温之间的归一化模型，提出了精确的且惟一确定的归一化方法。黄振喜等以地上生物量及其分配果穗叶的光合
6、特征参数来评价产量在 15000kg/hm2 以上的夏玉米光合生理活性，以 Richards 模型拟合子粒灌浆过程，探讨产量15000kg/hm2 以上夏玉米子粒灌浆期的光合特性及其与产量形成的关系；陈振林等利用人工气候箱对不同水分条件下的玉米植株分别进行低温处理，通过控制试验分析了低温、干旱以及二者合并对玉米生产的影响，在此基础上应用 WOFOST 作物模型模拟分析了低温、干旱以及二者合并对东北地区玉米产量的影响。郭银巧等依据养分平衡的原理，在综合量化土壤理化特性、品种遗传特性、水分管理水平和产量目标等因子与玉米肥料运筹方案之间的动态关系基础上，建立了系统化和广适性的玉米栽培肥料运筹动态知识
7、模型；近年来我国玉米模型在生长发育和产量方面的研究取得了很大进展，与 2003 年以前的研究相比，这些模型更具机理性和应用性。 2.2 玉米管理知识模型 郑国清等依据玉米生长发育机理和生理生态学理论，在田间试验的基础上，系统地建立了我国自己的玉米生长发育模拟模型。将玉米模拟技术和玉米栽培专家知识相结合，历时 5 年研制出玉米栽培管理信息系统（MCMIS） 。郭新宇等将知识工程原理和数学建模技术应用于玉米管理知识表达体系，通过提炼和解析玉米生育及管理指标与品种类型、环境因子之间的关系和定量化算法，建立了具有时空规律的适宜品种选择和播期的动态知识模型。赵传德等运用系统分析原理和数学建模技术，根据不
8、同的地力水平，按照不同的原则，应用相对权重法计算土壤理化环境、播种质量和整地质量等多个生态环境因子对出苗率的综合影响，进而确定适宜播种量，从而构建了基于作物一环境关系、可适用于不同时空环境、不同地力水平和产量目标的玉米适宜密度和播种量确定知识模型。上述的玉米管理知识模型与以往玉米管理知识模型相比，具有较强的综合性，独立性好，为以后结合 GIS 技术、输出不同生态点详尽化的作物生产潜力评价结果和气候变化对土地生产潜力的影响提供了条件。 3 遥感技术在玉米栽培中的应用 3.1 玉米生物量与叶面积指数的监测 玉米冠层可见光、近红外反射率的大小与生育期有关，随生育期推移，冠层光谱反射率在红光范围降低，
9、在近红外区域升高，到某一时期两者差异最大，随后近红外反射率下降。玉米进入成熟期，叶片变黄，吸收红光的叶绿素含量下降，红光区反射率迅速上升，可见光波段的绿峰消失，呈现干死植被的光谱反射特征。在玉米吐丝后 1 周内和进入成熟期 1 周内，近红外反射率下降速度明显快于其他时期。LAI 是表征作物长势和预测作物产量的重要指标之一。LAI 可为植冠表面最初能量交换描述提供结构化定量信息，同时也是进行物质循环及能量代谢等研究的基础。谭昌伟等研究表明，光谱植被指数的预测性在夏玉米喇叭口到吐丝期最佳，预测主要依赖于 LAI 的整体变化，结合不同品种、不同生育时期和氮肥处理的试验资料对其预测性进行检验，说明光谱
10、植被指数能准确地预测 LAI。尤其是近红外与绿光波段的比值（R810/R560）与 LAI 呈显著的指数关系，不受品种类别、生育时期和氮肥水平的影响。 3.2玉米氮素营养状况的监测 长期以来，作物的氮素营养诊断和推荐施肥都是以实验室常规测试为基础，而传统的测试手段在取样、测定、数据分析等方面需要耗费大量的人力、物力，且时效性差，不利于推广应用。因此，近年来无损测试技术（Non-destructive measurement）在作物氮素营养诊断及推荐施肥中得到了广泛应用，该技术对土壤或作物的氮素状况进行精确评价，同时也是作物营养诊断技术的发展趋势。各种植物受胁迫如缺氮、干旱等都会使作物叶片的光反
11、射特性发生改变，通过检测植物冠层光学反射特性可以了解作物的营养状况，影响叶片中对光吸收和光反射的主要物质是叶绿素、蛋白质、水分和含碳化合物，其中影响最大的是叶绿素含量。遥感技术作为无损测试技术之一，是通过检测作物冠层的光反射和光吸收特性来检测作物营养状况，特别是氮素营养状况。郭建华等应用地物主动遥感仪 Greenseeker 结合 SPAD 仪，在玉米生长的各个时期，对其氮素营养状况进行诊断，结果表明，在一定范围内，随着氮肥用量的增加，NDVI 值也增加，氮肥（N）施用量为 300kg/hm2 时，NDVI 值达到最高，NDVI 与氮肥施用量符合线性加平台的关系；玉米不同生育期间NDVI 值变
12、化明显，苗期 NDVI 值比较低，大喇叭口期 NDVI 值达到最高，以后逐渐下降并在抽雄期后趋于稳定。SPAD 值与 NDVI 值的变化趋势相一致，SPAD 值与叶绿素含量呈正相关关系，大喇叭口期完全展叶的 SPAD 值与产量呈正相关关系。玉米大喇叭口期是施攻穗肥的关键时期，此时缺肥对玉米穗数和粒数影响很大，NDVI 与叶绿素含量及全氮含量具有显著的直线相关性，NDVI 对叶绿素变化最敏感的时期是大喇叭口期。因此，利用 Greenseeker 监测玉米叶绿素或氮素状况进而指导施肥切实可行。 3.3 玉米产量的估算 遥感技术凭借其宏观、及时和动态等特点在农作物产量估算中占据着极为重要的地位，运用
13、遥感信息建模估算作物产量已成为区域作物估产的必然要求。与统计方法相比，遥感技术具有更加快速获取和处理大区域粮食生产动态信息的优势，在粮食供需平衡预测中可以克服统计数据获取滞后的缺点。遥感数据实际上是农学参数和环境因子的综合反映，大量的研究分析了光谱数据与作物的干物质产量、叶面积指数等基本农学参数间的关系或直接建立光谱数据与作物产量间的关系，玉米产量的形成是一个复杂的生物学过程，受许多因素的影响，其过程是一个不确定的随机动态过程。估产模型构建是农作物遥感估产的核心问题，建立一个优质的模型是进行高效、高精度遥感估产的必要条件。遥感估产建模方法分以下几种：产量一遥感光谱指数的简单统计相关模式、潜在一
14、胁迫产量模式、产量构成三要素模式以及作物干物质质量一产量模式。相关研究表明，在分析玉米产量形成过程的生物学机制基础上，提出了以垂直植被指数（Perpendicular Vegetation Index，PVI） 、RVI、冠层水压指数（CropWater Stress Index，CWSI）为主要估产因子构建产量模型的方法，其估产精度达 90%以上。 4 小结与展望 随着科技的发展和农业生产市场化程度的提高，农业生产中降低成本、提高产出率、发展优质高效农业以及农业可持续发展等方面的要求，迫切呼唤新型农业的出现。基于这种想法，美国率先提出了精准农业构想，以智能化监控技术以及农业专家系统共同构成了
15、精准农业早期技术基础。精准农业技术与作物栽培管理模拟模型系统相比，前者的信息化水平更高，信息容量更多，并且更加网络化和标准化，特别是它能够实时地监测作物生产条件（土壤、气候等）和作物自身的动态变化，实时地提供更加科学的管理决策，实现作物高产、高效、优质、可持续发展。我国是世界农业大国，人口多耕地少的基本国情决定了解决粮食问题的根本出路在于发展现代精准农业，毋庸置疑今后玉米智能化的栽培管理模式一定是利用精准农业技术。通过该技术，可以将玉米地的各种信息（边界、土壤类型、肥力分布等）收集起来，用计算机进行管理、分析（地理信息系统 GIS、决策支持系统 DSS 等） ，将得到的结果（播种方案、施肥方案即测土配方施肥等）用带有定位系统的智能农业机械实施变量作业。在我国已经在某些地方开始了尝试，并且现在农业部正在全国大力推广基于 GPS 的测土配方施肥技术，相信在不久的将来，随着国家土地轮转政策的出台，我国的农业生产更加市场化、组织化和现代化，精准农业技术一定会推广到更多地区，我国的玉米生产一定能够适应国内和国际的形势，更具有可持续发展性，玉米的产量和品质一定会更上一层楼。
