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中国农业大学王璞教授团队在我国玉米密植高产可持续生产研究中取得重要进展
2020-10-13 10:03:00
中国农业大学
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  玉米是我国第一大粮食作物,对保障我国粮食安全具有重要战略地位。随我国农村城镇化进程加快,大量农业劳动力向城市转移,玉米生产方式和劳动力结构正在发生巨变,玉米持续增产增效面临新挑战。一方面亟需适宜机械化收获的耐密高产品种;另一方面相应配套技术不完善、生产成本偏高、生产效率与种植效益偏低,国际竞争力下降。开展玉米密植高产可持续生产的研究工作,实现良种良法配套,这是解决我国玉米可持续发展的根本出路,也是当前国际作物栽培理论和技术创新研究的重点和热点。

  近日,中国农业大学农学院王璞教授团队联合国内多家农业科研部门,在Renewable and Sustainable Energy Reviews杂志(IF-5year=12.348)上发表了题为“Converting maize production with low emergy cost and high economic return for sustainable development”的研究论文,通过优良品种的选用和栽培管理措施的结合,建立了高产、高经济效益、低能耗、可持续的玉米生产体系。通过覆盖全国玉米主产区40个站点的田间实证研究,该体系平均产量为11.6Mg ha-1,实现了品种产量潜力的80%以上,这一产量水平与国际上当前玉米生产水平最高的区域相当。与农民传统体系相比,该体系经济效益提高47%,可持续性提高19%。

图1 产量潜力、实际产量、品种积温和光能利用率

  高产玉米品种是可持续生产体系的基础。由于气候变化导致无霜期延长,生产中农民更倾向于选择长生育期品种来追求高产。如何缩短玉米生育期,降低籽粒含水量,实现籽粒机械直收,同时实现高产是生产和科研中面临的重大挑战。绿色革命以来,玉米收获指数变化不大,单产的增加主要靠生物量提高。生育期缩短导致单株生物量降低,提高群体生物量依赖于种植密度的增加。耐密高产中短生育期品种的选择,是破解这一问题的关键。团队经过长期田间研究,筛选了符合以上要求的玉米品种,并就其中30个品种开展了田间验证。结果表明,选用品种GDD(≥10℃)平均为1772 ◦C,比传统品种低69◦C。同时,种植密度提高15%,光能利用效率提高11%。

图2 传统体系和新体系玉米品种

  针对新品种的特点,团队基于作物生理生态学原理,开展了玉米高产群体结构和功能与光温资源的匹配研究,建立了栽培技术体系。设置和比较了两个生产体系:(1)基于老品种的传统体系,(2)基于新品种的低能耗可持续高产体系。在东北、黄淮海、西南地区开展了田间实证研究,解析了不同区域生态特点和生产条件的品种与环境互作机制与调控途径。研究还发现,未来通过栽培措施进一步优化,新体系的生产力和可持续性还有进一步提升潜力。

  以上生产体系的建立,将进一步提升我国玉米生产的国际综合竞争力,保障国家粮食安全。同时,该研究也将为类似印度、巴基斯坦、南非等小农户生产条件下的国际地区实现作物可持续生产提供可借鉴经验,为联合国2030年可持续发展目标的实现提供范例。

  该研究得到了国家重点研发计划“粮食丰产科技创新”专项(2016YFD0300301)和中国农业大学“人才培育发展支持计划”项目资助,王璞教授对工作进行了全程指导。中国农业大学农学院栽培与生理研究中心孟庆锋副教授为论文通讯作者,博士生王兴亚为论文第一作者。中国科学院、南京农业大学、华中农业大学、北京农学院、四川农业大学、青岛农业大学等高校和科研单位参加了此项研究工作。

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