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书名：东北春玉米高产高效耕作栽培理论与技术
定价：198.0
ISBN：9787030581525
作者：张卫建等
版次：1
出版时间：2018-08
内容提要：
本书著者主要针对东北气候变化导致区域水热条件变化，以及春玉米单产提升与资源高效利用的协调难题，在历史数据分析、长期田间定位试验及种植模式集成验证的基础上，进行了春玉米密植高产高效的耕作栽培关键技术研发，并在东北春玉米主产区开展了模式验证和示范推广，*终形成了这本专著。本书重点介绍了东北春玉米大面积增产增效的农艺潜力及其关键限制因子，密植群体对区域水热变化的响应与适应技术，密植高产群体株型与根型的协调关系及耕作调控技术，密植群体耕层水肥与植株营养的供需关系及协调技术，并阐述了东北地区不同生态类型区春玉米密植抗倒防衰的高产高效耕作栽培模式集成、示范与推广。本书著者所研发的新模式可以实现春玉米大面积增产15%、水肥资源增效20%以上的高产高效协同目标。
目录：
目录
第1章 研究背景与研究目标 1
1.1研究背景 1
1.2研究目标 2
1.3研究内容 3
1.4研究方案 3
参考文献 5
第2章 东北春玉米高产高效潜力及其关键限制因子 6
2.1东北春玉米高产高效潜力 6
2.2影响东北春玉米增产增效的关键限制因子 17
2.3东北春玉米大面积增产增效技术方向 26
参考文献 28
第3章 东北春玉米品种生产力与资源效率演变特征及其对技术的响应 29
3.1东北春玉米品种生产力与资源效率演变特征及趋势 29
3.2东北春玉米品种植株形态对种植密度和氮肥的响应 36
3.3东北春玉米品种生产力对种植密度和氮肥的响应 39
3.4东北春玉米品种氮肥效率对种植密度和氮肥的响应 47
参考文献 54
第4章 东北春玉米对区域水热变化的响应与适应 56
4.1东北春玉米主产区水热特征及其变化趋势 56
4.2东北春玉米生产潜力对区域水热变化的响应特征 68
4.3东北春玉米生产对区域水热变化的适应特征 70
4.4东北春玉米品种类型及其密植的区域布局调整 76
参考文献 78
第5章 东北春玉米农田耕层特性及调控途径 79
5.1试验设计与试验地概况 79
5.2耕层水热特性及其耕作栽培调控 80
5.3耕层碳氮特性及其耕作栽培调控 85
5.4耕层理化特性及其耕作栽培调控 99
5.5耕层生物特性及其耕作栽培调控 107
参考文献 114
第6章 密植群体地上地下特征及栽培耕作调控途径 116
6.1密植对玉米地上部特征的影响 116
6.2密植对玉米地下部特征的影响 134
6.3耕作栽培措施对密植玉米的调控效应 138
参考文献 174
第7章 东北春玉米高产高效模式集成与技术规程 176
7.1大面积高产高效技术模式集成 176
7.2大面积高产高效模式验证 181
7.3区域高产高效模式特征分析 184
7.4高产高效耕作栽培技术规程 189
参考文献 202
第8章 东北春玉米高产高效研究展望 203
8.1高产高效耐密品种选育 203
8.2高产高效合理耕层构建 203
8.3高产高效环境代价分析 203
8.4高产高效地上地下协调 204
参考文献 204
在线试读：
第1章 研究背景与研究目标
1.1 研究背景
1.1.1 东北地区玉米生产的重要性
玉米是世界上*为重要的粮食作物之一，并且随着畜牧业、加工业及绿色能源产业的发展，玉米也成为重要的饲料、加工和能源原料作物。玉米作为C4植物，具有光合效率高、增产潜力大、适应性广、抗逆性强等优点，在世界各地均有种植。目前，全世界有70多个国家种植玉米，年播种面积在1.8亿hm2以上，总产量已经占到全球谷类作物总产量的34%以上，是名副其实的全球**大作物（FAO，2014）。我国玉米种植面积占世界玉米种植面积的18%以上，是世界第二大玉米生产国，总产量占全球的25%以上。2004～2012年，我国玉米总产量累计增加了923亿kg，增幅为79.7%，玉米增产对全国粮食增产的贡献率高达58.1%，已经成为我国粮食增产的主力军（赵久然和王荣焕，2013）。而且从2014年起，我国玉米总产量已经占到了国内谷物总产量的37%以上，超过水稻，成为我国**大粮食作物，为保障国家粮食安全和改善人民生活品质发挥了重要作用。《国家粮食安全中长期发展规划》明确了2020年新增500亿kg粮食的目标，其中玉米“承担”53%的任务。在种植面积增加潜力有限的情况下，提高玉米单产是满足玉米需求增长和保证国家粮食安全的必然选择。因此，保证玉米高产稳产仍是我国农业当前及今后相当长一段时期的重要任务，对国家粮食安全保障至关重要。
东北地区包括黑龙江、吉林、辽宁（下文简称东北三省），以及内蒙古的赤峰、通辽、呼伦贝尔、兴安盟及锡林郭勒盟东部（下文简称蒙东）等三省一区，是我国*重要的商品粮基地，同时也是我国*重要的春玉米主产区，种植面积和总产量分别占全国玉米生产的33%和35%以上，平均单产为6255kg/hm2，比全国平均单产高出10%以上；商品玉米总产量占全国的60%以上，出口量几乎占全国的100%，在保障国家粮食安全上发挥着举足轻重的作用（徐志宇等，2013）。回顾过去，东北地区玉米产量的增加主要是通过增加种植面积和提高单产，而目前东北地区玉米种植面积增加的潜力越来越小，因而总产量的增加必须依赖单产的提高。然而，由于长期以来东北地区掠夺式的经营，土壤质量下降，且化学肥料的大量施用不仅导致产量增加的边际效应不断减小，还引发了农业环境面源污染等一系列资源环境问题。在全球气候变化的大背景下，影响玉米生产的气象灾害更加频繁，玉米生产的不稳定性和产量年际波动性增大，导致生产成本和投资将大幅提高，资源环境和粮食生产可持续面临严峻挑战。因此，如何实现玉米产量与资源利用效率协同提高，增强农田抵御自然灾害的缓冲性能乃是当前研究的热点问题之一。深入剖析东北春玉米高产高效的关键限制因子与突破途径，开展关键技术创新与模式集成，实现产量和资源利用效率逐步提高，不仅有利于充分挖掘东北春玉米生产潜力，进一步提高肥料效率，同时也有利于促进农民增产增收、巩固粮食可持续生产，保障国家粮食安全。
1.1.2 合理增加种植密度是提高玉米单产的关键途径
玉米是产量增加潜力*大的作物之一（Sangoi et al.，2002），相对于小麦、水稻等C3作物，玉米是C4植物，因此具有更大的高光效增产潜力，国内外报道的玉米高产纪录都是在高种植密度下取得的，进一步提高玉米单产必然依赖于种植密度的提高（Duvick，2005）。由于玉米品种的改良，紧凑型品种的大量应用为玉米密植增产奠定了基础。前人研究表明，玉米籽粒产量的形成大部分来自于开花后的干物质积累，实现玉米高产需保证生育中后期具有光合效率高、功能期较长的高产群体，并且在增加开花期营养器官干物质积累量和花后营养器官干物质转运量的同时，应进一步促进花后营养器官干物质向籽粒的转移（郑友军等，2013）。玉米产量是单株效应和群体效应相互协调的结果，在一定种植密度内，产量随种植密度的增加而增加，但当群体效应对产量的影响小于单株效应时则表现为减产（张明，2015）。而密度过高往往会导致植株倒伏和早衰问题，限制产量进一步增加。前人试验表明，通过秸秆还田、有机无机配施等培肥地力方式及深松、翻耕等不同耕作方式等可以改善土壤结构和功能，协调冠层耕层结构，有利于高产稳产。虽然我们在高产栽培技术上取得了较大进展，但我国玉米高产水平与美国等发达国家仍有较大差距，东北春玉米增产潜力巨大。
1.1.3 高产与资源高效协同是玉米可持续生产的必然选择
化学肥料的施用不仅可以增加作物产量，而且可以改变土壤的理化性质。近年来，玉米的产量不断提高，化肥的用量也不断增加。但随着肥料施用量的增加，肥料的利用效率却在不断下降。由于受产量的驱动，在东北春玉米产区，肥料特别是氮肥的施用量往往偏高，且生产中一次性施肥比例增加，容易造成玉米生育前期肥料过剩而后期脱肥的现象。肥料的不合理施用，不仅不利于作物高产，而且降低了肥料的利用效率。并且生产中的过量施肥还会造成地下水硝酸盐超标、温室气体排放增加及土壤酸化等生态环境问题（Ju et al.，2009；Guo et al.，2010；Liu et al.，2013）。近些年，由于环境问题越来越明显，对作物生产方面的关注和研究也在不断深入。研究表明，通过有机无机配施、优化施肥量、合理氮肥运筹、改变肥料施用方式等措施可以提高肥料利用效率。但目前关于东北地区春玉米资源高效利用的研究仍相对较少，需继续加强相关研究。
综上所述，我国对东北春玉米高产和资源高效利用的研究均取得了一定进展，但在作物高产和资源高效协同方面的理论和技术研究相对薄弱。因此，必须加强玉米高产高效的综合研究，以期尽早破解作物高产和资源高效协同的科学难题。
1.2 研究目标
以东北地区为研究区域，针对玉米高产高效的关键限制因素，挖掘春玉米产量提升与资源增效的潜力，提出玉米大面积增产增效的技术方向；揭示密植群体生育进程与区域水热动态的协调机制与调控途径，提出适宜不同气候生态区的品种、密度及播期等配套栽培技术配置方案；明确密植高产群体的地上地下互作效应及其调控途径和机制，形成密植高产高效玉米群体抗倒防衰栽培技术模式；阐明密植高产高效春玉米耕层水热特征，提出耕层土壤的蓄水增碳机制及其调控途径；开展东北春玉米密植增产增效的耕作栽培模式集成、区域验证与推广示范，为东北春玉米大面积增产、水肥热等资源增效的目标提供理论依据和技术支撑，促进农业绿色发展。
1.3 研究内容
1.3.1 东北春玉米密植高产与水热高效的关键限制因子及其变化趋势
明确各限制因子的互作效应对春玉米产量和资源生产效率的影响过程与机制，阐明不同区域春玉米增产与增效的潜力，制定适宜不同区域春玉米密植高产与水热高效的品种类型、密度和播期的配置方案，并完成区域验证与优化。
1.3.2 东北春玉米密植高产群体倒伏、早衰的主要类型及其成因
阐明密植高产群体倒伏、早衰的生理、生态机制；提出春玉米密植高产高效群体的抗倒防衰耕作栽培调控途径，阐明密植群体抗倒防衰的调控机制，形成密植高产高效群体抗倒防衰的耕作栽培模式，并完成模式的集成优化与区域验证。
1.3.3 耕层土壤水热动态与耕层碳氮的调控方式
明确不同气候生态区种植模式（连作、轮作等）和土壤耕作措施（旋耕、免耕、深松等）对耕层土壤水热和碳氮总量及质量的综合影响；明确不同培肥途径（化肥、有机肥及秸秆还田等）对耕层土壤水热动态和碳氮总量与质量的综合效应，阐明耕作措施对耕层水热动态和碳氮质量的调控机制，提出密植高产高效耕层的蓄水增碳耕作模式，并完成耕作模式的集成优化和区域验证。
1.3.4 东北春玉米高产高效协同模式集成与区域验证
在东北不同的气候生态区，建立模式集成与区域验证的综合试验基地及高水平共性试验研究平台，完成春玉米密植高产与水肥热等高效栽培技术的评价与筛选；提出春玉米密植高产与水肥热等高效的耕作栽培集成模式，完成模式的集成优化与区域验证，形成适宜不同生态区春玉米增产、水热资源增效的栽培模式和技术规程。
1.4 研究方案
1.4.1 东北玉米增产增效潜力分析
收集《中国统计年鉴》《全国农产品收益汇编》等统计数据资料，查阅有关东北玉米产量与资源利用效率的文献，分析东北地区现有气象观测站点长时间、短时序气象资料，采用数据挖掘与建模的方法，明确东北玉米产量与资源利用提升的潜力。
1.4.2 东北春玉米增产增效关键限制因子
采用田间考察与问卷调研的方法，在东北不同生态类型区选择典型样点开展玉米种植密度、品种选用、耕层厚度、倒伏早衰类型等生产调研，结合农户问卷调查与专家访谈，明确东北不同生态类型区玉米高产高效的关键限制因子，提出玉米密植高产高效的耕作 栽培调控途径。
1.4.3 密植玉米生育进程与区域水热动态联网试验
依据我国东北春玉米种植区不同区域的光、温、水、土壤条件和生产水平的变化梯度，布置试验站点，在当地的主要种植模式下，设置不同种植密度和播种期，进行大区对比试验。全面了解不同区域的水、热、土壤条件和生产技术下密植高产玉米群体的生长发育过程、物质生产水平及产量构成等指标，通过水热生产潜力、高产潜力和现实生产力的对比研究，揭示密植春玉米生育进程与区域水热动态的协调机制，研究以品种、密度和播期等配套栽培措施为调控途径的区域性资源优化配置方案，为同时实现春玉米高产与资源高效的目标提供理论依据和技术途径。
1.4.4 东北不同年代玉米品种对密植与氮素利用效率的响应
以东北三省20世纪70年代①以来各个年代大面积推广应用的代表性玉米单交种为试验材料，试验采取裂—裂区设计，3次重复，设置4个密度处理（30000株/hm2、52500株/hm2、75000株/hm2和97500株/hm2）及4个氮肥处（0kg/hm2、150kg/hm2、300kg/hm2和450kg/hm2），试验以密度为主区，氮肥处理为裂区，品种为再裂区。通过比较不同密度与施肥处理，分析不同年代玉米主栽品种生产力、植株形态、氮肥效率及抗逆性演变特征，以及对种植密度和氮肥水平的响应特征，为耐密高产及资源高效的品种选育与耕作栽培措施调控提供参考依据。
1.4.5 东北春玉米密植群体抗倒防衰栽培调控途径与机制
采用区域调研、大田试验和室内试验相结合的方法，在东北典型生态区，设置不同种植密度、品种、化学调控等试验。通过大田试验与辅助室内试验，并结合区域调研，监测作物系统地上、地下的生理、生态特征及土壤特征。在明确密植高产群体倒伏和早衰类型及其成因的基础上，探讨倒伏、早衰的群体生态与个体生理原因；从抗倒防衰、提高资源（光、温、水、养分）利用率和提高产量的角度入手，探讨实现抗倒防衰高产高效的调控途径；在激素生理和生态生理水平上，进一步明确密植高产群体抗倒防衰的调控机制；建立东北地区春玉米密植群体抗倒防衰耕作栽培模式，并进行模式集成优化与区域验证。
1.4.6 耕层土壤蓄水增碳的耕作调控途径与机制
根据东北气候生态和生产水平及耕作习惯等特征，设立不同的种植方式（垄作、平作垄管、平作）、耕作处理（深松、耕翻、免耕、常规耕作）、施肥方式（不施肥、化肥、化肥+有机肥、化肥+秸秆）、种植模式（玉米连作、玉米—大豆轮作、大豆连作）等的区域综合试验，并结合区域生产调研监测，原位监测土壤水热动态、碳氮总量与质量及其剖面分布特征，分析不同区域耕层质量下降原因及其关键过程，以及不同耕作措施对土壤蓄水能力和碳氮动态的调控效应及其作用机制。
1.4.7 东北春玉米大面积高产高效的协调模式及其区域验证
结合东北不同气候生态区的特征，进行春玉米高产高效品种配置与增密抗倒技术途径、耕层土壤水热动态及密度配置效果、高产土壤耕层地力培育理论与技术途径的集成研究。在吉林公主岭、辽宁铁岭及黑龙江哈尔滨建立高产高效试验研究平台，开展不同栽培模式定位试验（再高产高效、再高产、高产高效、农户模式），探讨高产与高效的突破理论与技术途径；在现有研究成果基础上，构建东北不同生态类型区玉米高产高效栽培模式，在3～5个典型区域各建立30～50亩（1亩≈666.7m2，后文同）模式验证试验区，设置两个处理（高产高效模式与农户模式），进行模式集成与区域验证研究。
参考文献
徐志宇,宋振伟,邓艾兴，等.2013.近30年我国主要粮食作物生产的驱动因素及空间格局变化研究.南京农业大学学 报,36(1):79-86.
张明.2015.种植密度对东北春玉米穗分化和籽粒发育的影响.中国农业科学院硕士学位论文.
赵久然,王荣焕.2013.中国玉米生产发展历程、存在问题及对策.中国农业科技导报,15(3):1-6.
郑友军,张斌,浦军,等.2013.春玉米高产栽培下(≥15000kg/hm2)光合和物质积累转运特性.西北农业学报,22(1):54-59.
Duvick D N. 2005. The contribution of breeding to yield advances in maize (Zea mays L.)//Duvick D N, Sparks L. Advances in Agronomy. San Diego, CA: Academic Press.
FAO. 2014. FAOSTAT. http: //faostat3.fao.org/faostat-gateway/go/to/home/E [2014-01-21].
Guo J H, Liu X J, Zhang Y, et al. 2010. Significant acidification in major Chinese croplands. Science, 327: 1008-1010.
Ju X T, Xing G X, Chen X P, et al. 2009. Reducing environmental risk by improving N management in intensive Chinese agricultural systems.Proceedings of the National Academy of Sciences, 106: 3041-3046.
Liu X, Zhang Y, Han W, et al. 2013. Enhanced nitrogen deposition over China. Nature, 494: 459-462.
Sangoi L, Gracietti M A, Rampazzo C, et al. 2002. Response of Brazilian maize hybrids from different eras to changes in plant density. Field Crops Research, 79: 39-51
第2章 东北春玉米高产高效潜力及其关键限制因子
2.1 东北春玉米高产高效潜力
2.1.1 东北春玉米生产情况
东北地区的玉米播种面积与总产量分别占全国的33%和35%以上。2005～2009 年黑龙江、吉林、辽宁及蒙东的玉米年平均播种面积分别为323.3万hm2、286.3 万hm2、189.2万hm2、149.0万hm2，年平均总产量分别为1490.0万t、1895.5万t、1118.8万t、909.8万t，平均单产则分别为4609kg/hm2、6621kg/hm2、5913kg/hm2、6106kg/hm2，除黑龙江外，其他省（自治区）单产均高于全国平均水平的5508kg/hm2（表2-1）。
表2-1 东北地区分省区春玉米生产情况（2005～2009年平均值）
从地区尺度来看，东北春玉米种植区主要分布在黑龙江南部、吉林中西部、辽宁南部及蒙东的东南部地区，主要包括铁岭、绥化、哈尔滨、长春、齐齐哈尔、四平等地，年播种面积均超过50万hm2；其次则为松原、吉林、沈阳、大庆等，年播种面积均在30万hm2以上（表2-2）。玉米总产量与播种面积的区域分布呈相同的趋势，铁岭、绥化、哈尔滨、 长春及四平年总产量在500万t以上，围绕上述盟市周边的地区总产量次之（表2-2）。玉米单产则以四平*高，达到了10059kg/hm2，其次为松原、辽源、铁岭、哈尔滨等，单 产均在8000kg/hm2以上，单产较低地区主要分布在北部与东部，包括丹东、本溪、黑河、 白山、大兴安岭等，单产低于5000kg/hm2（表2-2）。总体来看，东北春玉米种植区域以 吉林中东部为核心向四周扩散，而北部地区无论播种面积、总产量还是单产水平均为*低。
表2-2东北地区分地市春玉米生产情况（2005～2009年平均值）
注：表中“—”表示内蒙古东部地区缺失所辖地市播种面积和单产数据
定价：198.0
ISBN：9787030581525
作者：张卫建等
版次：1
出版时间：2018-08
内容提要：
本书著者主要针对东北气候变化导致区域水热条件变化，以及春玉米单产提升与资源高效利用的协调难题，在历史数据分析、长期田间定位试验及种植模式集成验证的基础上，进行了春玉米密植高产高效的耕作栽培关键技术研发，并在东北春玉米主产区开展了模式验证和示范推广，*终形成了这本专著。本书重点介绍了东北春玉米大面积增产增效的农艺潜力及其关键限制因子，密植群体对区域水热变化的响应与适应技术，密植高产群体株型与根型的协调关系及耕作调控技术，密植群体耕层水肥与植株营养的供需关系及协调技术，并阐述了东北地区不同生态类型区春玉米密植抗倒防衰的高产高效耕作栽培模式集成、示范与推广。本书著者所研发的新模式可以实现春玉米大面积增产15%、水肥资源增效20%以上的高产高效协同目标。
目录：
目录
第1章 研究背景与研究目标 1
1.1研究背景 1
1.2研究目标 2
1.3研究内容 3
1.4研究方案 3
参考文献 5
第2章 东北春玉米高产高效潜力及其关键限制因子 6
2.1东北春玉米高产高效潜力 6
2.2影响东北春玉米增产增效的关键限制因子 17
2.3东北春玉米大面积增产增效技术方向 26
参考文献 28
第3章 东北春玉米品种生产力与资源效率演变特征及其对技术的响应 29
3.1东北春玉米品种生产力与资源效率演变特征及趋势 29
3.2东北春玉米品种植株形态对种植密度和氮肥的响应 36
3.3东北春玉米品种生产力对种植密度和氮肥的响应 39
3.4东北春玉米品种氮肥效率对种植密度和氮肥的响应 47
参考文献 54
第4章 东北春玉米对区域水热变化的响应与适应 56
4.1东北春玉米主产区水热特征及其变化趋势 56
4.2东北春玉米生产潜力对区域水热变化的响应特征 68
4.3东北春玉米生产对区域水热变化的适应特征 70
4.4东北春玉米品种类型及其密植的区域布局调整 76
参考文献 78
第5章 东北春玉米农田耕层特性及调控途径 79
5.1试验设计与试验地概况 79
5.2耕层水热特性及其耕作栽培调控 80
5.3耕层碳氮特性及其耕作栽培调控 85
5.4耕层理化特性及其耕作栽培调控 99
5.5耕层生物特性及其耕作栽培调控 107
参考文献 114
第6章 密植群体地上地下特征及栽培耕作调控途径 116
6.1密植对玉米地上部特征的影响 116
6.2密植对玉米地下部特征的影响 134
6.3耕作栽培措施对密植玉米的调控效应 138
参考文献 174
第7章 东北春玉米高产高效模式集成与技术规程 176
7.1大面积高产高效技术模式集成 176
7.2大面积高产高效模式验证 181
7.3区域高产高效模式特征分析 184
7.4高产高效耕作栽培技术规程 189
参考文献 202
第8章 东北春玉米高产高效研究展望 203
8.1高产高效耐密品种选育 203
8.2高产高效合理耕层构建 203
8.3高产高效环境代价分析 203
8.4高产高效地上地下协调 204
参考文献 204
在线试读：
第1章 研究背景与研究目标
1.1 研究背景
1.1.1 东北地区玉米生产的重要性
玉米是世界上*为重要的粮食作物之一，并且随着畜牧业、加工业及绿色能源产业的发展，玉米也成为重要的饲料、加工和能源原料作物。玉米作为C4植物，具有光合效率高、增产潜力大、适应性广、抗逆性强等优点，在世界各地均有种植。目前，全世界有70多个国家种植玉米，年播种面积在1.8亿hm2以上，总产量已经占到全球谷类作物总产量的34%以上，是名副其实的全球**大作物（FAO，2014）。我国玉米种植面积占世界玉米种植面积的18%以上，是世界第二大玉米生产国，总产量占全球的25%以上。2004～2012年，我国玉米总产量累计增加了923亿kg，增幅为79.7%，玉米增产对全国粮食增产的贡献率高达58.1%，已经成为我国粮食增产的主力军（赵久然和王荣焕，2013）。而且从2014年起，我国玉米总产量已经占到了国内谷物总产量的37%以上，超过水稻，成为我国**大粮食作物，为保障国家粮食安全和改善人民生活品质发挥了重要作用。《国家粮食安全中长期发展规划》明确了2020年新增500亿kg粮食的目标，其中玉米“承担”53%的任务。在种植面积增加潜力有限的情况下，提高玉米单产是满足玉米需求增长和保证国家粮食安全的必然选择。因此，保证玉米高产稳产仍是我国农业当前及今后相当长一段时期的重要任务，对国家粮食安全保障至关重要。
东北地区包括黑龙江、吉林、辽宁（下文简称东北三省），以及内蒙古的赤峰、通辽、呼伦贝尔、兴安盟及锡林郭勒盟东部（下文简称蒙东）等三省一区，是我国*重要的商品粮基地，同时也是我国*重要的春玉米主产区，种植面积和总产量分别占全国玉米生产的33%和35%以上，平均单产为6255kg/hm2，比全国平均单产高出10%以上；商品玉米总产量占全国的60%以上，出口量几乎占全国的100%，在保障国家粮食安全上发挥着举足轻重的作用（徐志宇等，2013）。回顾过去，东北地区玉米产量的增加主要是通过增加种植面积和提高单产，而目前东北地区玉米种植面积增加的潜力越来越小，因而总产量的增加必须依赖单产的提高。然而，由于长期以来东北地区掠夺式的经营，土壤质量下降，且化学肥料的大量施用不仅导致产量增加的边际效应不断减小，还引发了农业环境面源污染等一系列资源环境问题。在全球气候变化的大背景下，影响玉米生产的气象灾害更加频繁，玉米生产的不稳定性和产量年际波动性增大，导致生产成本和投资将大幅提高，资源环境和粮食生产可持续面临严峻挑战。因此，如何实现玉米产量与资源利用效率协同提高，增强农田抵御自然灾害的缓冲性能乃是当前研究的热点问题之一。深入剖析东北春玉米高产高效的关键限制因子与突破途径，开展关键技术创新与模式集成，实现产量和资源利用效率逐步提高，不仅有利于充分挖掘东北春玉米生产潜力，进一步提高肥料效率，同时也有利于促进农民增产增收、巩固粮食可持续生产，保障国家粮食安全。
1.1.2 合理增加种植密度是提高玉米单产的关键途径
玉米是产量增加潜力*大的作物之一（Sangoi et al.，2002），相对于小麦、水稻等C3作物，玉米是C4植物，因此具有更大的高光效增产潜力，国内外报道的玉米高产纪录都是在高种植密度下取得的，进一步提高玉米单产必然依赖于种植密度的提高（Duvick，2005）。由于玉米品种的改良，紧凑型品种的大量应用为玉米密植增产奠定了基础。前人研究表明，玉米籽粒产量的形成大部分来自于开花后的干物质积累，实现玉米高产需保证生育中后期具有光合效率高、功能期较长的高产群体，并且在增加开花期营养器官干物质积累量和花后营养器官干物质转运量的同时，应进一步促进花后营养器官干物质向籽粒的转移（郑友军等，2013）。玉米产量是单株效应和群体效应相互协调的结果，在一定种植密度内，产量随种植密度的增加而增加，但当群体效应对产量的影响小于单株效应时则表现为减产（张明，2015）。而密度过高往往会导致植株倒伏和早衰问题，限制产量进一步增加。前人试验表明，通过秸秆还田、有机无机配施等培肥地力方式及深松、翻耕等不同耕作方式等可以改善土壤结构和功能，协调冠层耕层结构，有利于高产稳产。虽然我们在高产栽培技术上取得了较大进展，但我国玉米高产水平与美国等发达国家仍有较大差距，东北春玉米增产潜力巨大。
1.1.3 高产与资源高效协同是玉米可持续生产的必然选择
化学肥料的施用不仅可以增加作物产量，而且可以改变土壤的理化性质。近年来，玉米的产量不断提高，化肥的用量也不断增加。但随着肥料施用量的增加，肥料的利用效率却在不断下降。由于受产量的驱动，在东北春玉米产区，肥料特别是氮肥的施用量往往偏高，且生产中一次性施肥比例增加，容易造成玉米生育前期肥料过剩而后期脱肥的现象。肥料的不合理施用，不仅不利于作物高产，而且降低了肥料的利用效率。并且生产中的过量施肥还会造成地下水硝酸盐超标、温室气体排放增加及土壤酸化等生态环境问题（Ju et al.，2009；Guo et al.，2010；Liu et al.，2013）。近些年，由于环境问题越来越明显，对作物生产方面的关注和研究也在不断深入。研究表明，通过有机无机配施、优化施肥量、合理氮肥运筹、改变肥料施用方式等措施可以提高肥料利用效率。但目前关于东北地区春玉米资源高效利用的研究仍相对较少，需继续加强相关研究。
综上所述，我国对东北春玉米高产和资源高效利用的研究均取得了一定进展，但在作物高产和资源高效协同方面的理论和技术研究相对薄弱。因此，必须加强玉米高产高效的综合研究，以期尽早破解作物高产和资源高效协同的科学难题。
1.2 研究目标
以东北地区为研究区域，针对玉米高产高效的关键限制因素，挖掘春玉米产量提升与资源增效的潜力，提出玉米大面积增产增效的技术方向；揭示密植群体生育进程与区域水热动态的协调机制与调控途径，提出适宜不同气候生态区的品种、密度及播期等配套栽培技术配置方案；明确密植高产群体的地上地下互作效应及其调控途径和机制，形成密植高产高效玉米群体抗倒防衰栽培技术模式；阐明密植高产高效春玉米耕层水热特征，提出耕层土壤的蓄水增碳机制及其调控途径；开展东北春玉米密植增产增效的耕作栽培模式集成、区域验证与推广示范，为东北春玉米大面积增产、水肥热等资源增效的目标提供理论依据和技术支撑，促进农业绿色发展。
1.3 研究内容
1.3.1 东北春玉米密植高产与水热高效的关键限制因子及其变化趋势
明确各限制因子的互作效应对春玉米产量和资源生产效率的影响过程与机制，阐明不同区域春玉米增产与增效的潜力，制定适宜不同区域春玉米密植高产与水热高效的品种类型、密度和播期的配置方案，并完成区域验证与优化。
1.3.2 东北春玉米密植高产群体倒伏、早衰的主要类型及其成因
阐明密植高产群体倒伏、早衰的生理、生态机制；提出春玉米密植高产高效群体的抗倒防衰耕作栽培调控途径，阐明密植群体抗倒防衰的调控机制，形成密植高产高效群体抗倒防衰的耕作栽培模式，并完成模式的集成优化与区域验证。
1.3.3 耕层土壤水热动态与耕层碳氮的调控方式
明确不同气候生态区种植模式（连作、轮作等）和土壤耕作措施（旋耕、免耕、深松等）对耕层土壤水热和碳氮总量及质量的综合影响；明确不同培肥途径（化肥、有机肥及秸秆还田等）对耕层土壤水热动态和碳氮总量与质量的综合效应，阐明耕作措施对耕层水热动态和碳氮质量的调控机制，提出密植高产高效耕层的蓄水增碳耕作模式，并完成耕作模式的集成优化和区域验证。
1.3.4 东北春玉米高产高效协同模式集成与区域验证
在东北不同的气候生态区，建立模式集成与区域验证的综合试验基地及高水平共性试验研究平台，完成春玉米密植高产与水肥热等高效栽培技术的评价与筛选；提出春玉米密植高产与水肥热等高效的耕作栽培集成模式，完成模式的集成优化与区域验证，形成适宜不同生态区春玉米增产、水热资源增效的栽培模式和技术规程。
1.4 研究方案
1.4.1 东北玉米增产增效潜力分析
收集《中国统计年鉴》《全国农产品收益汇编》等统计数据资料，查阅有关东北玉米产量与资源利用效率的文献，分析东北地区现有气象观测站点长时间、短时序气象资料，采用数据挖掘与建模的方法，明确东北玉米产量与资源利用提升的潜力。
1.4.2 东北春玉米增产增效关键限制因子
采用田间考察与问卷调研的方法，在东北不同生态类型区选择典型样点开展玉米种植密度、品种选用、耕层厚度、倒伏早衰类型等生产调研，结合农户问卷调查与专家访谈，明确东北不同生态类型区玉米高产高效的关键限制因子，提出玉米密植高产高效的耕作 栽培调控途径。
1.4.3 密植玉米生育进程与区域水热动态联网试验
依据我国东北春玉米种植区不同区域的光、温、水、土壤条件和生产水平的变化梯度，布置试验站点，在当地的主要种植模式下，设置不同种植密度和播种期，进行大区对比试验。全面了解不同区域的水、热、土壤条件和生产技术下密植高产玉米群体的生长发育过程、物质生产水平及产量构成等指标，通过水热生产潜力、高产潜力和现实生产力的对比研究，揭示密植春玉米生育进程与区域水热动态的协调机制，研究以品种、密度和播期等配套栽培措施为调控途径的区域性资源优化配置方案，为同时实现春玉米高产与资源高效的目标提供理论依据和技术途径。
1.4.4 东北不同年代玉米品种对密植与氮素利用效率的响应
以东北三省20世纪70年代①以来各个年代大面积推广应用的代表性玉米单交种为试验材料，试验采取裂—裂区设计，3次重复，设置4个密度处理（30000株/hm2、52500株/hm2、75000株/hm2和97500株/hm2）及4个氮肥处（0kg/hm2、150kg/hm2、300kg/hm2和450kg/hm2），试验以密度为主区，氮肥处理为裂区，品种为再裂区。通过比较不同密度与施肥处理，分析不同年代玉米主栽品种生产力、植株形态、氮肥效率及抗逆性演变特征，以及对种植密度和氮肥水平的响应特征，为耐密高产及资源高效的品种选育与耕作栽培措施调控提供参考依据。
1.4.5 东北春玉米密植群体抗倒防衰栽培调控途径与机制
采用区域调研、大田试验和室内试验相结合的方法，在东北典型生态区，设置不同种植密度、品种、化学调控等试验。通过大田试验与辅助室内试验，并结合区域调研，监测作物系统地上、地下的生理、生态特征及土壤特征。在明确密植高产群体倒伏和早衰类型及其成因的基础上，探讨倒伏、早衰的群体生态与个体生理原因；从抗倒防衰、提高资源（光、温、水、养分）利用率和提高产量的角度入手，探讨实现抗倒防衰高产高效的调控途径；在激素生理和生态生理水平上，进一步明确密植高产群体抗倒防衰的调控机制；建立东北地区春玉米密植群体抗倒防衰耕作栽培模式，并进行模式集成优化与区域验证。
1.4.6 耕层土壤蓄水增碳的耕作调控途径与机制
根据东北气候生态和生产水平及耕作习惯等特征，设立不同的种植方式（垄作、平作垄管、平作）、耕作处理（深松、耕翻、免耕、常规耕作）、施肥方式（不施肥、化肥、化肥+有机肥、化肥+秸秆）、种植模式（玉米连作、玉米—大豆轮作、大豆连作）等的区域综合试验，并结合区域生产调研监测，原位监测土壤水热动态、碳氮总量与质量及其剖面分布特征，分析不同区域耕层质量下降原因及其关键过程，以及不同耕作措施对土壤蓄水能力和碳氮动态的调控效应及其作用机制。
1.4.7 东北春玉米大面积高产高效的协调模式及其区域验证
结合东北不同气候生态区的特征，进行春玉米高产高效品种配置与增密抗倒技术途径、耕层土壤水热动态及密度配置效果、高产土壤耕层地力培育理论与技术途径的集成研究。在吉林公主岭、辽宁铁岭及黑龙江哈尔滨建立高产高效试验研究平台，开展不同栽培模式定位试验（再高产高效、再高产、高产高效、农户模式），探讨高产与高效的突破理论与技术途径；在现有研究成果基础上，构建东北不同生态类型区玉米高产高效栽培模式，在3～5个典型区域各建立30～50亩（1亩≈666.7m2，后文同）模式验证试验区，设置两个处理（高产高效模式与农户模式），进行模式集成与区域验证研究。
参考文献
徐志宇,宋振伟,邓艾兴，等.2013.近30年我国主要粮食作物生产的驱动因素及空间格局变化研究.南京农业大学学 报,36(1):79-86.
张明.2015.种植密度对东北春玉米穗分化和籽粒发育的影响.中国农业科学院硕士学位论文.
赵久然,王荣焕.2013.中国玉米生产发展历程、存在问题及对策.中国农业科技导报,15(3):1-6.
郑友军,张斌,浦军,等.2013.春玉米高产栽培下(≥15000kg/hm2)光合和物质积累转运特性.西北农业学报,22(1):54-59.
Duvick D N. 2005. The contribution of breeding to yield advances in maize (Zea mays L.)//Duvick D N, Sparks L. Advances in Agronomy. San Diego, CA: Academic Press.
FAO. 2014. FAOSTAT. http: //faostat3.fao.org/faostat-gateway/go/to/home/E [2014-01-21].
Guo J H, Liu X J, Zhang Y, et al. 2010. Significant acidification in major Chinese croplands. Science, 327: 1008-1010.
Ju X T, Xing G X, Chen X P, et al. 2009. Reducing environmental risk by improving N management in intensive Chinese agricultural systems.Proceedings of the National Academy of Sciences, 106: 3041-3046.
Liu X, Zhang Y, Han W, et al. 2013. Enhanced nitrogen deposition over China. Nature, 494: 459-462.
Sangoi L, Gracietti M A, Rampazzo C, et al. 2002. Response of Brazilian maize hybrids from different eras to changes in plant density. Field Crops Research, 79: 39-51
第2章 东北春玉米高产高效潜力及其关键限制因子
2.1 东北春玉米高产高效潜力
2.1.1 东北春玉米生产情况
东北地区的玉米播种面积与总产量分别占全国的33%和35%以上。2005～2009 年黑龙江、吉林、辽宁及蒙东的玉米年平均播种面积分别为323.3万hm2、286.3 万hm2、189.2万hm2、149.0万hm2，年平均总产量分别为1490.0万t、1895.5万t、1118.8万t、909.8万t，平均单产则分别为4609kg/hm2、6621kg/hm2、5913kg/hm2、6106kg/hm2，除黑龙江外，其他省（自治区）单产均高于全国平均水平的5508kg/hm2（表2-1）。
表2-1 东北地区分省区春玉米生产情况（2005～2009年平均值）
从地区尺度来看，东北春玉米种植区主要分布在黑龙江南部、吉林中西部、辽宁南部及蒙东的东南部地区，主要包括铁岭、绥化、哈尔滨、长春、齐齐哈尔、四平等地，年播种面积均超过50万hm2；其次则为松原、吉林、沈阳、大庆等，年播种面积均在30万hm2以上（表2-2）。玉米总产量与播种面积的区域分布呈相同的趋势，铁岭、绥化、哈尔滨、 长春及四平年总产量在500万t以上，围绕上述盟市周边的地区总产量次之（表2-2）。玉米单产则以四平*高，达到了10059kg/hm2，其次为松原、辽源、铁岭、哈尔滨等，单 产均在8000kg/hm2以上，单产较低地区主要分布在北部与东部，包括丹东、本溪、黑河、 白山、大兴安岭等，单产低于5000kg/hm2（表2-2）。总体来看，东北春玉米种植区域以 吉林中东部为核心向四周扩散，而北部地区无论播种面积、总产量还是单产水平均为*低。
表2-2东北地区分地市春玉米生产情况（2005～2009年平均值）
注：表中“—”表示内蒙古东部地区缺失所辖地市播种面积和单产数据