主要栽培措施對北方春玉米產量貢獻的定量評估

楊哲，于勝男，高聚林，田甜，孫繼穎，魏淑麗，胡樹平，李榮發，李從鋒，王志剛

主要栽培措施對北方春玉米產量貢獻的定量評估

楊哲1，于勝男1，高聚林1，田甜1，孫繼穎1，魏淑麗1，胡樹平1，李榮發1，李從鋒2，王志剛1

（1內蒙古農業大學農學院/內蒙古自治區作物栽培與遺傳改良重點實驗室，呼和浩特 010019；2中國農業科學院作物科學研究所，北京 100081）

【】定量化解析主要栽培措施對春玉米產量的貢獻，探索北方春玉米縮差增產增效技術途徑。通過綜合分析2000年以來我國北方春玉米在品種耐密性、種植密度、耕作方式、養分管理、病害防治等114篇論文數據，同時結合大田栽培措施因子替換試驗，定量解析主要栽培措施對春玉米產量的貢獻及其優先序。文獻統計分析結果與大田栽培因子替換試驗結果基本一致，當前生產主要應用的5項主要栽培措施對春玉米產量貢獻的優先序為種植密度、養分管理、品種耐密性、防病（兼化控）、耕作方式，對產量的貢獻率分別為12.6%、9.2%、6.7%、6.3%和5.5%，對氮肥偏生產力（PFPN）的貢獻分別為16.7%、4.1%、3.4%、3.8%和3.3%。各措施因子對玉米產量差的影響主要通過影響群體物質生產能力和群體庫容量實現，當群體LAI飽和后，如何優化群體同化性能、提高光能利用效率和單位葉面積籽粒生產效率是縮差增產的關鍵。產量和資源效率協同提高15%—20%的高產高效目標，通過密度和養分管理這2項措施的優化即可實現，若要使產量和資源效率均增加30%—50%，則需要綜合優化至少4個因子甚至全部5個因子。

春玉米；栽培措施；產量差；優先序

0 引言

【研究意義】由于人口不斷增長，預計以目前的全球糧食生產能力無法滿足2050年糧食最低需求，因而縮小產量差是滿足全球未來糧食安全的重要途徑之一[1]。【前人研究進展】LOBELL等[2]以農戶產量與其他產量的差值為依據，將作物產量差分為3個層次：（1）一般農戶與高產農戶的產量差，其主要由區域間土壤和氣候的不同，及農戶投入成本、管理措施和技術水平的差異所造成；（2）一般農戶產量與試驗田產量的產量差，主要受品種、養分管理、土壤耕作、灌溉及病蟲草害等技術措施不同的影響；（3）一般農戶產量與模擬產量（產量潛力）的產量差，主要受光溫水資源、土壤條件等環境因素的限制，同時也與品種、栽培措施和病蟲草害等管理措施有關。劉保花等[3]認為，當前世界玉米的平均產量潛力為11.2 t·hm-2，農戶產量只達到產量潛力的53%；MENG等[4]研究中國玉米產量差發現，農戶產量與模擬產量（產量潛力）的產量差為6—8.6 t·hm-2，僅實現了48%—56%；與試驗田產量的產量差為4.5 t·hm-2，僅實現試驗產量的64%。李雅劍等[5]對內蒙古玉米產量差的研究表明，農戶產量與產量潛力和試驗田產量的產量差分別為7.5 t·hm-2和3.8 t·hm-2，僅實現了49%和66%。受資源稟賦、技術水平和技術擴散能力的限制，在大尺度上縮小與產量潛力的產量差難度較大，但通過優化栽培管理措施消減與試驗產量的產量差則相對容易[6-8]。因此，研究如何優化栽培措施、優先優化什么栽培措施，對消減不同層級的產量差、探討玉米高產穩產途徑具有重要意義。【本研究切入點】ZHANG等[9]對夏玉米的研究發現，種植密度、品種、播期、施氮量和收獲期等栽培措施對夏玉米產量的貢獻率分別為20.6%、19.8%、15.0%、7.5%和4.4%；MATIAS等[10]通過多年多點因子替換試驗研究了5大措施因子對北美春玉米產量差的影響，但由于生態條件和生產水平差異，以上的研究結果對我國春玉米生產技術優化并不適用。因此，通過對產量貢獻定量化明確主要栽培措施的優先序，對春玉米縮差增產至關重要。【擬解決的關鍵問題】本研究圍繞影響我國北方春玉米縮差增產增效的品種耐密性、種植密度、養分管理、土壤耕作和病害防治5大栽培措施因子，通過總結近年發表的114篇文獻資料，同時結合田間栽培措施替換來定量化解析5大因子對春玉米產量的貢獻及其優先序，以期為探索我國春玉米縮差增產途徑提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 文獻分析數據來源

依據李少昆等[11]對中國玉米生產技術更替歷程的分析，我國玉米生產于2000年之后進入新一輪技術革新。因此，本研究對2000年之后中國春玉米在品種耐密性、種植密度、養分管理、耕作方式、葉部病害防治（噴施甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑）的文獻數據進行統計分析。

文獻的入選條件設置為：（1）中國春玉米主產區；（2）各栽培措施要求包含品種耐密性（耐密品種與常規品種）、種植密度（至少包含3個密度處理，其他栽培措施相同）、養分管理（農戶習慣施肥和養分優化管理）、耕作方式（深松（翻）、淺旋）和葉病防治（噴施甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑、噴清水（或不噴））等處理；（3）剔除玉米品種及試驗年份、地點、數據相同的文獻。本研究共獲得有效文獻114篇，其中品種、種植密度文獻30篇，養分管理相關文獻29篇，土壤耕作相關文獻39篇，噴施甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑防病相關文獻16篇。

1.2 田間試驗

2017—2018年，在包頭市土默特右旗溝門鎮（40°57′N，110°52′E）和赤峰市巴林右旗大板鎮（43°52′N，118°67′E）開展連續2年定位試驗。兩地供試土壤有機質含量分別為25.0、11.3 g·kg-1，堿解氮含量分別為48.1、36.7 g·kg-1，速效磷含量分別為3.4、6.4 mg·kg-1，速效鉀含量分別為104.7、110.6 mg·kg-1。

通過2016年和2017年聯合農戶調研，對獲得的448份有效問卷進行分析后，確定了當前我國北方春玉米生產的5個主要栽培措施因子，即品種（variety）、種植密度（population）、土壤耕作（tillage）、養分管理（fertilization）和葉片病害防治（fungicide）。為了科學評估5個因子對春玉米產量的貢獻，同時避免5個因子交互會造成試驗量過大的問題，筆者參考MATIAS等[10]的不完全因子設計，將5個栽培措施因子皆設2個水平，將2個水平分別與農戶常規模式（FP）和綜合高產模式（HT）保持一致，即以FP和HT為雙向對照，在FP基礎上逐一優化各因子至HT水平（用“+”表示），并在HT基礎上逐一恢復各因子至FP水平（用“-”表示），共12個處理組合（表1）。

表1 田間不完全因子試驗處理表

表1中，FP處理各因子水平由農戶調研的數據平均值確定，即采用常規品種（conventional）先玉335（品種≥10℃積溫2 700℃，土默特右旗）、和田4號（品種≥10℃積溫2 550℃，巴林右旗）；種植密度采用當前生產平均密度6.0×104株/hm2（low）；土壤耕作為秸稈焚燒后淺旋15 cm滅茬（shallow rotary）；養分管理為播種前“一炮轟”施肥（single basal fertilization），即施入養分純量N、P2O5、K2O分別為255、135和75 kg·hm-2，結合整地一次把全部化肥施入土壤，生育期間不再追肥；生育期間不進行葉部病害防治（none）。HT處理以實現大幅高產高效為目標，以各地高產攻關多年管理經驗為依據，通過選用耐高密品種、增密種植、深耕改土培肥、平衡施肥和葉部病害防治5項措施對FP處理進行優化改良。其中，耐高密品種（crowd tolerance）采用MC670（品種≥10℃積溫2 700℃，土默特右旗）和華美1號（品種≥10℃積溫2 600℃，巴林右旗）；種植密度為9.0×104株/hm2（high）；土壤耕作采用深翻35 cm秸稈還田結合施用30 t·hm-2有機肥改良土壤（deep ploughing with manure）；養分管理為常量微量配合平衡優化施肥（optimized fertilization），大量元素總量平衡（N+P2O5+K2O=270+105+85 kg·hm-2）+中微量元素（S+Zn=3+6 kg·hm-2）+分次追氮（種肥﹕追肥=3﹕7），即種肥施入純養分量N、P2O5、K2O、S、Zn分別為81、105、86、3和6 kg·hm-2，拔節期追施純N量189 kg·hm-2；病害防治采用噴施甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑（with），在8—12葉展開期，用750 mL·hm-2揚彩（先正達），兌水675 L·hm-2均勻噴霧。試驗隨機區組排列，3次重復；各小區12行區，行長6 m，行距60 cm；生育期間根據當地土壤墑情和降雨情況適時灌溉。

1.3 參數計算公式

1.3.1 文獻分析相關參數

氮肥偏生產力（PFPN，kg·kg-1）=施氮產量/施氮量；

措施貢獻率（%）=（優化措施產量-常規措施產量）/優化措施產量×100。

1.3.2 因子替換試驗相關參數

栽培措施對產量貢獻率（%）=（增減措施因子產量-對照模式產量）/對照模式產量×100；

栽培措施對PFPN貢獻率（%）=（增減措施因子PFPN-對照模式PFPN）/對照模式PFPN×100。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2016軟件處理數據，以SPSS 17.0（SPSS Statistics, USA）軟件中的一般線性模型進行方差分析，以處理和年度為固定因子，以區組數為隨機因子，處理間顯著性檢驗采用LSD法。田間試驗因年際間產量差異不顯著（=0.756），其結果以2年平均值表示。采用SigmaPlot 12.5（Systat Software Inc.，USA）軟件作圖。

2 結果

2.1 基于文獻分析的主要栽培措施對產量的貢獻

2.1.1 品種耐密性與種植密度對產量的貢獻 由圖1-a所示，耐密品種和常規品種在種植密度為4.9×104株/hm2時，產量相當，低于這一臨界密度時，以株型平展、稀植大穗為典型特征的常規品種可發揮單株生產優勢（圖1-b），高于此密度時，耐密品種群體籽粒產量顯著高于常規品種。耐密品種獲得最高產量13.2 t·hm-2時，種植密度為10.0×104株/hm2，常規品種最高產量11.1 t·hm-2時，密度為9.1×104株/hm2。楊錦忠等[12]對我國玉米產量-密度關系進行Meta分析發現，最容易獲得產量區間的核密度峰值，即目前農戶田間管理下的安全生產密度為6.7×104株/hm2。耐密品種和常規品種在安全生產密度為6.7×104株/hm2時的產量分別為11.8、10.7 t·hm-2，產量差為1.1 t·hm-2，品種耐密性對產量的貢獻率為9.3%。

鑒于新一輪品種更替使當前生產中品種耐密性普遍增強，種植密度對產量的貢獻應以耐密品種的產量-密度回歸方程為基礎進行分析（圖1-a）。當前生產平均密度6.7×104株/hm2對應籽粒產量為11.8 t·hm-2，與耐密品種密植最高產量13.2 t·hm-2相差1.4 t·hm-2，密度對產量的貢獻為10.6%。

圖1 不同耐密型玉米品種產量（a）和單株產量（b）對密度的響應

2.1.2 耕作措施和耕作深度對產量的貢獻 我國北方春玉米區長期淺旋滅茬的耕作方式導致農田耕層明顯變淺、土壤結構緊實，限制春玉米增產增效。通過深耕（深松或深翻）增加耕層深度、打破犁底層，可有效解決耕層障礙問題。分析39篇文獻的產量結果發現，耕作方式對春玉米產量有顯著影響（圖2-a）。淺旋滅茬作業的產量區間為4.9—15.2 t·hm-2，均值為9.6 t·hm-2；深耕處理的玉米產量區間為6.0—17.0 t·hm-2，平均值為10.4 t·hm-2。深耕處理的玉米產量較淺旋處理顯著提高0.8 t·hm-2，對產量的貢獻率為7.7%。

不同耕作深度下玉米產量差異顯著（圖2-b）。耕深為20—30 cm的玉米產量平均為10.3 t·hm-2，耕作深度30—40 cm的平均產量為11.4 t·hm-2，但將耕深增加到40—50 cm時，其產量顯著下降，與淺旋滅茬作業無顯著差異。由此可見，適當加深耕作深度可以破除耕層障礙，顯著提高玉米產量，但耕作過深不但耗費動力，而且會造成減產，耕深不宜大于40 cm。

2.1.3 養分管理和病害防治對產量的貢獻 由圖3-a可見，生產上農戶習慣施肥的產量區間為5.0—12.4 t·hm-2，均值為8.9 t·hm-2；優化養分管理的產量區間為5.2—13.6 t·hm-2，平均值為9.9 t·hm-2。與農戶習慣施肥相比，優化養分管理可增產1.0 t·hm-2，對產量的貢獻為10.1%。

甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑不僅能有效防治玉米葉片真菌病害，還具備延緩葉片衰老的功效。由圖3-b可知，噴施甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑防治葉部病害的玉米平均產量為11.2 t·hm-2；噴施清水（或不噴施）的對照產量平均為10.2 t·hm-2，噴施殺菌劑防病可增產1.0 t·hm-2，對玉米產量的貢獻為8.9%。

2.2 基于大田管理因子替換的主要栽培措施對產量的貢獻

由表2可見，不同栽培管理模式下，某一因子對產量的貢獻率受其他栽培措施因子間互作效應的明顯影響，即在FP管理水平下，各因子對產量的貢獻率明顯高于其在HT管理水平下的貢獻率，說明在FP基礎上優化某一因子會高估其對產量的貢獻，而在HT基礎上則會明顯低估，因此二者平均值將較為客觀地估計各因子對產量的貢獻率。在FP基礎上，增加種植密度或優化養分管理措施分別可增產1.8、1.1 t·hm-2，對產量的貢獻分別為15.7%、9.2%；而在HT基礎上，將種植密度或養分管理水平替換成FP水平，則分別減產1.9、1.0 t·hm-2，對產量的貢獻為13.6%、7.4%。將FP和HT下替換種植密度或養分管理的產量差平均，種植密度和養分管理造成的產量差分別為1.9、1.0 t·hm-2，對產量的貢獻分別為14.7%、8.3%。在FP基礎上選用耐高密品種、噴施殺菌劑、優化土壤耕作措施分別可增產0.6、0.5和0.4 t·hm-2，對產量的貢獻分別為5.1%、4.3%、4.0%；而在HT基礎上使用常規品種、去除防病措施、劣化土壤耕作措施，則分別減產0.5、0.5和0.4 t·hm-2，對產量的貢獻分別為3.3%、3.3%、2.6%。將FP和HT下替換品種、噴施殺菌劑、土壤耕作的產量差平均，品種、噴施殺菌劑、土壤耕作造成的產量差分別為0.5、0.5和0.4 t·hm-2，對產量的貢獻為4.2%、3.8%和3.3%。

箱線圖中實線代表中位數；虛線代表平均值；箱上下邊代表上下四分位。下同

圖3 不同養分管理（a）及殺菌劑（b）對玉米產量的影響

表2 2017-2018年替換栽培措施因子對玉米產量差的影響及其對產量的貢獻率

*表示與同組對照間差異達5%顯著水平 * means significant at 0.05 probability level compared to the respective control treatment

綜上可見，種植密度和養分管理是限制玉米產量的最關鍵因子，對產量的貢獻分別為14.6%、8.3%，其次對產量的限制因子依次是品種（4.2%）、殺菌劑（3.8%）和土壤耕作（3.3%）。

2.3 基于產量性能的春玉米產量差形成原因解析

將田間因子替換試驗各處理的產量差與其產量性能參數進行相關分析可知，產量差與群體生物量差及單位面積總粒數差顯著正相關，而與收獲指數差和千粒重差無顯著相關性，說明各措施因子對玉米產量差的影響主要通過影響群體物質生產能力和群體庫容量實現（圖4-a、b）。由圖4-c可見，產量差與平均葉面積指數（MLAI）差呈“線性+平臺”關系，當MLAI差低于0.53時，隨著MLAI差的增加產量差增大，說明此時因群體容量不夠導致葉面積指數不足是產量差存在的主要因素，當MLAI差達到0.53以上時，隨MLAI繼續增加產量差則不再增大，說明群體增加到一定程度后葉源量飽和，繼續增大群體對產量無益，而此時產量差與群體平均凈同化率差顯著負相關（圖4-d），說明當群體容量飽和后，進一步優化群體同化性能，提高光能利用效率和單位葉面積籽粒生產效率，消減群體平均凈同化率差具有很大空間，是縮差增產的關鍵。

圖4 玉米產量差與產量性能參數差的關系

3 討論

大量研究表明，當前玉米產量僅實現了不足試驗產量的70%、產量潛力的50%左右，玉米縮差增產的空間很大[2-5]。DOBERMAN等[13]指出，研究栽培措施對產量影響效應是縮小作物產量差的基礎，縮小作物產量差可以通過優化主要栽培措施因子來實現。BELOW等[14]經過多年多點田間驗證，發現對玉米產量影響的優先序是殺菌劑、品種、氮肥、磷硫鋅肥、密度。冬小麥-夏玉米生產系統中，影響夏玉米產量的技術優先序是種植密度、品種、播種期、收獲期、施氮量和土壤耕作[9]。可見，不同作物生產系統中，作物產量對栽培措施的響應顯著不同。2013年以來我們對東北西部春玉米區農戶調研發現，春玉米產量提升除受干旱、低溫等氣候因素的影響外，主要受5個方面因素制約：（1）品種的耐密性差，生產中使用的品種多達110多個，但種植面積比例超過總面積5%的品種不超過10個，且品種與當地生態條件匹配度低；（2）種植密度偏低，農戶平均種植密度在6.5×104株/hm2左右，實際成苗密度僅6×104株/hm2左右，遠遠低于高產最佳種植密度；（3）土壤耕層淺、質地差，蓄水保肥能力差；（4）養分管理粗放，62%的農戶施肥過量或不足，有近40%的農戶采用播前或播種時一次性施肥（“一炮轟”），導致養分大量損失、利用效率低，且肥料投入成本偏高；（5）農戶對病蟲害防治意識薄弱，葉片病害、蟲害防治措施少或不防治。因此，本研究在定量化這5個技術措施對春玉米產量貢獻后，確定其技術優先序為種植密度、養分管理、品種耐密性、防病（兼化控）和土壤耕作。

從本研究的結果來看，種植密度對玉米產量的貢獻率為12.6%，表明群體種植密度對當前玉米產量至關重要（表3）。CHEN等[15]研究表明中國玉米能夠實現產量潛力或高產紀錄的最佳群體密度為7—10×104株/hm2，但受農民傳統觀念（重視大穗型品種、低密度種植規避倒伏）、播種質量差（播種深淺不一、幼苗整齊度差、空稈率高）、土壤墑情差（干旱影響出苗）影響，北方春玉米區大面積實際收獲密度只有5—6×104株/hm2[16]，比北美大田玉米收獲密度（7.5—8.25×104株/hm2）低25%—65%。MENG等[4]采用Hybrid-Maize模型將種植密度從6×104株/hm2調整為8.25×104株/hm2進行模擬，表明我國玉米可增產20%以上。增密改變群體結構來增加群體對光溫資源的截獲，進而影響玉米的生育進程、物質生產分配及玉米產量形成[17]。當種植密度低于該品種的最適密度時，增密不僅能增加光能的截獲，制造更多的光合產物，還能提高收獲穗數，從而提高產量[18-19]。

表3 不同栽培措施因子對玉米產量差的影響及其對產量及氮肥偏生產力的貢獻率

品種耐密性的優劣直接影響增密能否增產，因而維持高密群體內較高的單株生產力是實現玉米高產的有效途徑。本研究表明，品種耐密性對產量的貢獻率為6.7%。在高密度條件下，耐密品種的單株產量降幅較小，且顯著高于常規品種，因而產量高于常規品種（圖1，表2）。耐密品種在高密度時，有較高的光合速率和蒸騰速率[20]、更合理的葉面積指數[21]，保持更好的群體光合特性，因此能獲得較高產量。值得注意的是，本研究2年4點的田間試驗結果表明，常規品種在農戶模式養分過量投入條件下，增密至9×104株/hm2（平均實收穗數8.7×104株/hm2），未發生倒伏和明顯禿尖以及養分虧缺問題，雖然單株產量明顯降低了22%，但群體增大了45%，因此其產量明顯增加；耐密品種在綜合高產模式下，密度降低至6×104株/hm2，其單株產量接近200 g/株，增加了13.6%，但群體降低近50%，雖然也獲得不錯產量，但產量仍較高密群體降低1.8 t·hm-2。筆者認為，常規品種推薦種植密度出于生產范圍大及生產安全考慮，可能推薦密度偏低，這也是導致農戶種植密度低的重要原因之一；而耐高密品種更多強調其對高密環境的耐受性，但并不代表其在低密條件下不能獲得相對不錯產量。本試驗結果也表明，在農戶模式低密條件下，耐密品種的產量也高于常規品種，但差異并不顯著。當前，我國玉米品種正以籽粒直收為目標向適當早熟和耐高密方向更替，立足于不同生態條件和栽培管理條件，深入研究耐高密品種與密度的互作效應，對進一步探索產量差消減途徑至關重要。

MUELLER等[22]指出，通過養分管理優化、補充灌溉可使大部分作物產量提高45%—70%。本研究表明，優化養分管理對玉米產量的貢獻率達9.2%。MENG等[4]通過對全國5 584個農戶調研發現，我國玉米生產中有32%和31%的農戶存在施氮過量或不足的問題，過量施氮會造成氮素冗余，玉米貪青晚熟而影響玉米產量[23-24]。CUI[25]等從148個試驗點的試驗得到，通過優化養分管理可使玉米產量提高5%以上，且能顯著提高氮肥利用效率。北方春玉米區，近40%的農戶存在“一炮轟”式施肥，導致玉米后期缺肥而嚴重影響產量。與農戶“一炮轟”施肥的產量相比，氮肥分期調控可明顯提高玉米生物量和吸氮量，提高氮肥利用率，減少氮損失[26-27]。可見，優化養分管理不僅能提高養分利用效率、降低生產成本和減少環境污染，還能縮減玉米產量差，對玉米綠色可持續發展具有重要意義。

近年來隨氣候及田間管理措施的變化，葉片病害成為限制玉米穩定增產的重要因子之一[28]。采用甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑防病不但能有效防治玉米大、小斑病及銹病等病害[29]，而且可延緩葉片衰老，增加花后光合產物，進而促進產量的提升[30-33]。本研究對噴施甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑的文獻總結發現，其對玉米產量的貢獻率為6.3%，在5項核心措施中居第4位（表3）。因而，噴施甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑對玉米增產具有重要意義[34]。深耕能增加農田蓄水量，顯著增加深層根系生長量和吸收活力，不但能提高玉米葉片相對含水量及凈光合速率，而且玉米LAI和生物量顯著增加，可明顯提高玉米產量和周年水分利用效率[35-37]。本研究表明，深耕改土較淺旋耕作產量提高0.6 t·hm-2，對產量的貢獻為5.5%（表3）。不同耕作深度對產量有顯著影響，適當加深耕作深度可以破除耕層障礙，顯著提高玉米產量，但耕作過深不但耗費動力，而且會造成減產，耕深不宜大于40 cm。前人研究表明，短期內土壤耕作措施對產量無顯著影響[38]，因此解析不同耕作持續期對玉米產量的影響具有重要意義，但本研究中因涉及不同耕作持續期的文獻數據較少，未能對其進行深入解析。長期改土后耕作措施對產量的貢獻是否會增大也需要通過長期定位試驗加以驗證解析。

本研究對品種、密度、土壤耕作、養分管理、防病（兼化控）5大栽培措施因子的產量貢獻進行定量化的意義在于，第一，明確決定玉米產量的栽培措施因子的優先序，闡明縮差增產需要優化哪個或哪些因子，優先優化哪個或哪些因子；第二，對于縮差增產技術模式優化具有定量化指導意義。例如，通過提高種植密度和優化養分管理2項措施，可實現增產21.8%、PFPN提高20.8%，即能實現增產15%、增效20%以上的高產高效發展目標，但若使產量和資源效率均協同增加30%以上的長期目標，則需優化至少4個甚至全部因子才能實現（表3）。以此為指導，我們于2017—2019年在東北開展了連續3年4個點次的定位試驗驗證，結果表明此思路可穩定實現上述目標。生產上，無論哪個產量水平的群體，其栽培管理都是多個技術的組合，因此栽培因子間的互作效應是不能忽視的。研究表明，密植條件下多項措施互作優化了春玉米群體耐密性，提升了資源利用效率，最終的產量增益顯著高于雙項措施和單項措施優化的產量增益[10, 39]。因此，從土壤改良培肥、品種遺傳改良、群體性能優化等多個方面研究多項栽培措施的協同優化，對實現春玉米增產、增效、可持續發展具有重大意義。

4 結論

影響我國北方春玉米產量的5個栽培措施的產量貢獻率分別為種植密度（12.6%）、養分管理（9.2%）、品種（6.7%）、防病（兼化控）（6.3%）及耕作方式（5.5%）。實現產量和資源效率協同提高15%—20%的高產高效目標，通過密度和養分管理這2項措施的優化即可實現，若要使產量和資源效率均增加30%—50%，則需要綜合優化至少4個因子甚至全部5個因子。不同措施因子間的互作效應還不明朗，是未來縮差增產增效理論與技術途徑研究的重點。

[1] JONATHAN A F, NAVIN R, KATE A B, EMILY S C, JAMES S G, MATT J, NATHANIEL D M, CHRISTINE O, DEEPAK K R, PAUL C W, CHRISTIAN B, ELENA M B, STEPHEN R C, JASON H, CHAD M, STEPHEN P, JOHAN R, JOHN S, STEFAN S, DAVID T, DAVID P M. Solutions for a cultivated planet., 2011, 478(7): 369-337.

[2] LOBELL D B, CASSMAN K G, FIELD C B. Crop yield gaps: Their importance, magnitudes, and causes., 2009, 34(1): 179-204.

[3] 劉保花, 陳新平, 崔振嶺, 孟慶峰, 趙明. 三大糧食作物產量潛力與產量差研究進展. 中國生態農業學報, 2015, 23(5): 525-534.

LIU B H, CHEN X P, CUI Z L, MENG Q F, ZHAO M. Research advance in yield potential and yield gap of three major cereal crops., 2015, 23(5): 525-534. (in Chinese)

[4] MENG Q F, HOU P, WU L, CHEN X P, CUI Z L, ZHANG F S. Understanding production potentials and yield gaps in intensive maize production in China., 2013, 143(1): 91-97.

[5] 李雅劍, 王志剛, 高聚林, 孫繼穎, 于曉芳, 胡樹平, 余少波, 梁紅偉, 裴寬. 基于密度聯網試驗和Hybrid-Maize模型的內蒙古玉米產量差和生產潛力評估. 中國生態農業學報, 2016, 24(7): 935-943.

LI Y J, WANG Z G, GAO J L, SUN J Y, YU X F, HU S P, YU S B, LIANG H W, PEI K. Understanding yield gap and production potential based on networked variety density tests and Hybrid-Maize model in maize production areas of Inner Mongolia., 2016, 24(7): 935-943. (in Chinese)

[6] 楊曉光, 劉志娟. 作物產量差研究進展. 中國農業科學, 2014, 47(14): 2731-2741.

YANG X G, LIU Z J.Advances in research on crop yield gaps., 2014, 47(14): 2731-2741. (in Chinese)

[7] 劉建剛, 褚慶全, 王光耀, 陳阜, 張耀耀. 基于DSSAT模型的氮肥管理下華北地區冬小麥產量差的模擬. 農業工程學報, 2013, 29(23):124-129.

LIU J G, CHU Q Q, WANG G Y, CHEN F, ZHANG Y Y. Simulating yield gap of winter wheat in response to nitrogen management in North China Plain based on DSSAT model., 2013, 29(23): 124-129. (in Chinese)

[8] 劉建剛, 王宏, 石全紅, 陶婷婷, 陳阜, 褚慶全. 基于田塊尺度的小麥產量差及生產限制因素解析. 中國農業大學學報, 2012, 17(2): 42-47.

LIU J G, WANG H, SHI Q H, TAO T T, CHEN F, CHU Q Q. Analysis of yield gap and limiting factors for wheat on the farmland., 2012, 17(2): 42-47. (in Chinese)

[9] ZHANG W F, CAO G X, LI X, ZHANG H Y, WANG C, LIU Q Q, CHEN X P, CUI Z L, SHEN J B, JIANG R F, MI G H, MIAO Y X, ZHANG F S, DOU Z X. Closing yield gaps in China by empowering smallholder farmers., 2016, 537(7): 622-671.

[10] MATIAS L R, LAURA F G, ADAM S H, JULIANN R S, FREDERICK E B. Evaluating management factor contributions to reduce corn yield gaps., 2015, 107(2): 495-505.

[11] 李少昆, 王崇桃. 玉米生產技術創新?擴散. 北京: 科學出版社, 2010.

LI S K, WANG C T.. Beijing: Science Press, 2010. (in Chinese)

[12] 楊錦忠, 張洪生, 杜金哲. 玉米產量-密度關系年代演化趨勢的Meta分析. 作物學報, 2013, 39(3): 515-519.

YANG J Z, ZHANG H S, DU J Z. Meta-analysis of evolution trend from 1950s to 2000s in the relationship between crop yield and plant density in maize., 2013, 39(3): 515-519. (in Chinese)

[13] DOBERMANN A, ARKEBAUER T J, CASSMAN K G, LINDQUIST J L, WALTERS D T, YANG H S, AMOS B, BINDER D L, TEICHMEIER G J. Understanding corn yield potential and optimal soil productivity in irrigated corn systems//Schlegel A J.. Denver, Colorado, 2002: 260-272.

[14] BELOW F E. The seven wonders of the corn yield world, 2018[2020-04-12]. http://cropphysiology.cropsci.illinois.edu/research/ seven_wonders.html.

[15] CHEN X P, CUI Z L, VITOUSEK P M, CASSMAN K G, MATSON P A, BAI J S, MENG Q F, HOU P, YUE S C, ROMHELD V, ZHANG F S. Integrated soil-crop system management for food security., 2011, 108(16): 6399-6404.

[16] 明博, 謝瑞芝, 侯鵬, 李璐璐, 王克如, 李少昆. 2005-2016年中國玉米種植密度變化分析. 中國農業科學, 2017, 50(11): 1960-1972.

MING B, XIE R Z, HOU P, LI L L, WANG K R, LI S K.Changes of maize planting density in China., 2017, 50(11): 1960-1972. (in Chinese)

[17] CASAL J J, EREGIBUS V A, SANCHEZ R A. Variations in tiller dynamics and morphology inLam vegetative and reproductive plants as affected by differences in red/far-red irradiation., 1985, 56(4): 553-559.

[18] 張賓, 趙明, 董志強, 陳傳永, 孫銳. 作物產量"三合結構"定量表達及高產分析. 作物學報, 2007, 33(10): 1674-1681.

ZHANG B, ZHAO M, DONG Z Q, CHEN C Y, SUN R. “Three combination structure” quantitative expression and high yield analysis in crops., 2007, 33(10): 1674-1681. (in Chinese)

[19] 趙明, 李建國, 張賓, 董志強, 王美云. 論作物高產挖潛的補償機制. 作物學報, 2006, 32(10):1566-1573.

ZHAO M, LI J G, ZHANG B, DONG Z Q, WANG M Y. The compensatory mechanism in exploring crop production potential., 2006, 32(10): 1566-1573. (in Chinese)

[20] 劉開昌, 王慶成, 張秀清, 王春英, 張海林. 玉米葉片生理特性對密度的反應與耐密性. 山東農業科學, 2000(1): 9-11.

LIU K C, WANG Q C, ZHANG X Q, WANG C Y, ZHANG H L. Responses of leaf physiological traits to density and density tolerance of new maize hybrids., 2000(1): 9-11. (in Chinese)

[21] 李宗新, 王慶成, 劉開昌, 劉霞, 張慧. 不同粒重類型玉米品種耐密性的群體庫源特征研究. 玉米科學, 2008, 16(4): 91-95.

LI Z X, WANG Q C, LIU K C, LIU X, ZHANG H. Population sink-source on density-tolerance of maize in different kernel-weight types., 2008, 16(4): 91-95. (in Chinese)

[22] Mueller N D, Gerber J S, Johnston M, Ray D K, Ramankutty N, Foley J A. Closing yield gaps through nutrient and water management., 2012, 490(7419): 254-257.

[23] 劉淑云, 董樹亭, 趙秉強, 李秀英, 張振山. 長期施肥對夏玉米葉片氮代謝關鍵酶活性的影響. 作物學報, 2007, 33(2): 278-283.

LIU S Y, DONG S T, ZHAO B Q, LI X Y, ZHANG Z S. Effects of long-term fertilization on activities of key enzymes related to nitrogen metabolism (ENM) of maize leaf., 2007, 33(2): 278-283. (in Chinese)

[24] 侯云鵬, 孔麗麗, 李前, 尹彩俠, 秦裕波, 楊建, 于雷, 張磊, 謝佳貴. 不同施氮水平對春玉米氮素吸收、轉運及產量的影響. 玉米科學, 2015, 23(3): 136-142.

HOU Y P, KONG L L, LI Q, YIN C X, QIN Y B, YANG J, YU L, ZHANG L, XIE J G. Effect of different nitrogen rates on nitrogen absorption, translocation and yield of spring maize., 2015, 23(3): 136-142. (in Chinese)

[25] CUI Z L, CHEN X P, MIAO Y X, ZHANG F S, SUN Q P, SCHRODER J, ZHANG H L, LI J L, SHI L W, XU J F, YE Y L, LIU C S. On-Farm evaluation of the improved soil N-based nitrogen management for summer maize in north China Plain., 2008, 100: 517-525.

[26] 孫冬梅, 顧明. 不同施氮方式對玉米農藝性狀及產量的影響. 吉林農業科技學院學報, 2013, 22(3): 8-11.

SUN D M, GU M. Effects of different nitrogen application methods on agronomic characters and yield of maize., 2013, 22(3): 8-11. (in Chinese)

[27] 蔡紅光, 米國華, 張秀芝, 任軍, 馮國忠, 高強. 不同施肥方式對東北黑土春玉米連作體系土壤氮素平衡的影響. 植物營養與肥料學報, 2012, 18(1): 89-97.

CAI H G, MI G H, ZHANG X Z, REN J, FENG G Z, GAO Q. Effect of different fertilizing methods on nitrogen balance in the black soil for continuous maize production in northeast China., 2012, 18(1): 89-97. (in Chinese)

[28] 李睿. 北方玉米葉部病害發生情況及防治技術. 科學種養, 2016(5): 97.

LI R. Disease occurrence and control technology of maize leaf in northern China., 2016(5): 97. (in Chinese)

[29] 王金金. 甲氧基丙烯酸酯類農藥殘留分析前處理方法的研究應用[D]. 武漢: 華中師范大學, 2015.

WANG J J. Study of sample pretreatment method for strobilurin pesticides residue analysis. Wuhan: Central China Normal University, 2015. (in Chinese)

[30] 思彬彬, 楊卓. 甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑作用機理研究進展. 世界農藥, 2007, 29(6): 5-9.

SI B B, YANG Z. Studies on mechanism and resistance to Strobilurin fungicides., 2007, 29(6): 5-9.(in Chinese)

[31] 張曉翔, 劉微, 范文忠. 不同殺菌劑防治玉米大斑病田間藥效試驗. 吉林農業, 2016(21): 70-71.

ZHANG X X, LIU W, FAN W Z. Field efficacy trials of different fungicides against maize macular disease., 2016(21): 70-71. (in Chinese)

[32] 關成宏, 董愛書, 胡新, 楊芳. 幾種殺菌劑對黑龍江高寒地區玉米大斑病的防治效果. 農藥, 2015, 54(2): 133-135.

GUAN C H, DONG A S, HU X, YANG F. Control effect of several kinds of bactericides onin cold area of Heilongjiang province., 2015, 54(2): 133-135. (in Chinese)

[33] 劉樹艷. 兩種殺菌劑在玉米不同品種間防病及增產效果比較. 農業科技通訊, 2014 (11): 58-60.

LIU S Y. The effect of two kinds of fungicides on the prevention and stimulation of different varieties maize., 2014 (11): 58-60. (in Chinese)

[34] 周楠, 周祥利, 任偉, 謝倩, 陶洪斌, 王璞. 凱潤對不同密度下夏玉米根葉衰老及子粒灌漿的影響. 玉米科學, 2015, 23(2): 69-74.

ZHOU N, ZHOU X L, REN W, XIE Q, TAO H B, WANG P. Influence of spraying cabrio under different densities on delaying summer maize root and leaf senescence and grain filling., 2015, 23(2): 69-74. (in Chinese)

[35] 趙亞麗, 郭海濱, 薛志偉, 穆心愿, 李潮海. 耕作方式與秸稈還田對冬小麥–夏玉米輪作系統中干物質生產和水分利用效率的影響. 作物學報, 2014, 40(10): 1797-1807.

ZHAO Y L, GUO H B, XUE Z W, MU X Y, LI C H. Effects of tillage and straw returning on biomass and water use efficiency in a winter wheat and summer maize rotation system., 2014, 40(10): 1797-1807. (in Chinese)

[36] 張瑞富, 楊恒山, 高聚林, 張玉芹, 王志剛, 范秀艷, 畢文波. 深松對春玉米根系形態特征和生理特性的影響. 農業工程學報, 2015, 31(5): 78-84.

ZHANG R F, YANG H S, GAO J L, ZHANG Y Q, WANG Z G, FAN X Y, BI W B. Effect of subsoiling on root morphological and physiological characteristics of spring maize., 2015, 31(5): 78-84. (in Chinese)

[37] 蔡麗君, 邊大紅, 田曉東, 曹立燕, 崔彥宏. 耕作方式對土壤理化性狀及夏玉米生長發育和產量的影響. 華北農學報, 2014, 29(5): 232 -238.

CAI L J, BIAN D H, TIAN X D, CAO L Y, CUI Y H. Effect of tillage methods on soil physical and chemical properties, growth and grain yield of summer maize., 2014, 29(5): 232-238. (in Chinese)

[38] Christopher R B, Judith B S, Terry D W, Jason C B, Lauren M M, Tony J V. Maize grain yield responses to plant height variability resulting from crop rotation and tillage system in a long-term experiment., 2010, 106: 227-240.

[39] 樸琳, 任紅, 展茗, 曹湊貴, 齊華, 趙明, 李從鋒. 栽培措施及其互作對北方春玉米產量及耐密性的調控作用. 中國農業科學, 2017, 50(11): 1982-1994.

PIAO L, REN H, ZHAN M, CAO C G, QI H, ZHAO M, LI C F.Effect of cultivation measures and their interactions on grain yield and density resistance of spring maize., 2017, 50(11): 1982-1994. (in Chinese)

Quantitative evaluation of the contribution of main management factors to grain yield of spring maize in North China

YANG Zhe1, YU ShengNan1, GAO JuLin1, TIAN Tian1, SUN JiYing1, WEI ShuLi1, HU ShuPing1, LI Rongfa1, LI Congfeng2, WANG ZhiGang1

(1College of Agronomy, Inner Mongolia Agricultural University/Key laboratory for crop cultivation and genetic improvement of Inner Mongolia, Hohhot 010019;2Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081)

【】Quantitative analysis of the contribution of main management factors to grain yield is of great importance for narrowing yield gap of maize (L.). 【】 To clarify the individual contribution rate of main management factors to maize yield, the present study analyzed data from 114 literatures published after 2000, which focused on crowding tolerance of hybrids, plant density, soil tillage method, nutrient management and leaf disease control in spring maize production of North China. Meanwhile, a 2-year field study with an incomplete factorial design with foregoing 5 factors was conducted in tow fixed locations, to verify the result of literature review and furtherly assess the priority of management optimization for reducing yield gap. 【】 The results of literature review was consistent with that of management-factor alternative test in field. The priority of 5 management factors was plant density, nutrient management, crowding tolerance of hybrids, and leaf disease control and soil tillage method, which contributed to yield by 12.6%, 9.2%, 6.7%, 6.3% and 5.5%, respectively. Similarly, the contribution rates to PFPNof them were 16.7%, 4.1%, 3.4%, 3.8% and 3.3%, respectively. Yield gap induced by each management factor was mainly attributed to mass productivity and sink capacity, which were initially increased along with mean leaf area index (MLAI). When MLAI exceeded optimum value, enhancing radiation efficiency and grain producing efficiency by optimizing assimilative capacity was of great importance for closing yield gap.【】Concurrent enhancing yield and resource use efficiency by 15% to 20% could be reached easily through optimizing plant density and nutrient management. However, synchronously enhancing yield and resource use efficiency by more than 30% to 50%, four or all five management factors should be optimized systematically.

spring maize; management factors; yield gap; priority order

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.15.004

2020-04-17；

2020-06-02

國家重點研發計劃（2016YFD0300103，2017YFD0300803）、國家自然科學基金（31660359）、內蒙古農業大學優秀青年科學基金（2017XYQ-1）

楊哲，E-mail：imauyz@163.com。于勝男，E-mail：imauyusn@163.com。楊哲和于勝男為同等貢獻作者。通信作者王志剛，E-mail：imauwzg@163.com

（責任編輯 楊鑫浩）