高产高效玉米氮素需求特征及其调控机制

项目针对当前农业生产和科学研究中作物高产和氮素高效难于协调的问题，以根层氮素调控为核心，以高产超高产玉米群体为研究对象，采用多年多点田间试验和农户示范，研究协同提高玉米高产和氮素高效的机理及技术途径。主要研究内容包括：1)通过作物模型设计玉米生产体系，提高玉米产量潜力；通过综合栽培管理提高玉米产量潜力的实现能力，充分挖掘玉米产量潜力；2)阐明高产玉米阶段物质积累动态和氮素需求特征及其生理机制，特别玉米花前/花后物质生产、氮素需求及其分配的动态，为根层氮素调控的奠定基础；3)研究高产玉米不同生育阶段内，既保障作物高产，又有利于发挥根系高效利用氮素的生物学潜力，并降低环境风险的适宜根层氮素供应强度；4）最终构建适合华北平原玉米大面积高产与氮素高效的综合调控技术体系，实现玉米高产、氮素高效和保护环境的研究目标。

项目针对当前农业生产和科学研究中作物高产和氮素高效难于协调的问题，以根层氮素调控为核心，以高产超高产玉米群体为研究对象，采用多年多点田间试验和农户示范，研究协同提高玉米高产和氮素高效的机理及技术途径。主要研究结果表明，当前玉米模拟产量潜力高达16.5 Mg ha-1 （变化12.8-19.5 Mg ha-1）, 较全国玉米平均产量(7.9 Mg ha-1)高8.6 Mg ha-1。随着玉米产量增加，形成百公斤籽粒的需氮量有所下降，而花后干物质积累及氮素吸收明显增加。与低效品种相比，高效玉米品种与氮肥互作可以提高玉米籽粒产量和氮素利用效率，且玉米籽粒氮素浓度较高。增加密度与氮肥互作可以有效的增加玉米籽粒产量及氮肥效率，但过高种植密度（>90000 ha-1）降低玉米籽粒产量，增加氮肥消耗，减低氮肥效率。大样本数据表明，玉米季N2O排放和硝酸淋洗损失与氮素盈余呈显著的指数相关，而氨挥发与氮素用量成直线相关。在区域尺度上，基于玉米籽粒产量（8.3 Mg ha-1）、农民收入和环境代价的氮肥优化用量仅为186 kg N ha-1，较传统的经济最佳氮肥用量下降22%，但没有明显降低玉米籽粒产量，因而大幅度提高氮肥效率，降低氮肥环境损失。本研究发展了华北平原玉米大面积高产与氮素高效的综合调控技术体系，实现玉米高产、氮素高效和保护环境的研究目标。