内蒙古平原灌区超高产春玉米氮高效生理机制及调控途径

Irrigated plain regions in Inner Mongolia possess high light-temperature potential for increasing unit maize yield to surpass the highest level in the world. In the three irrigated plain regions, fifty-nine stations demonstrated five year continuous unit yields of 15-20.1 tons/ha (27 cultivars), and demonstration fields (667 ha in area) produced 15 tons/ha. The central issue in super high-yield maize production is the low nitrogen efficiency. To attain high yield and high nitrogen efficiency in spring maize, we focus on nitrogen absorption and use efficiencies to reveal rational root structure for nitrogen absorption efficiency, canopy structure for high nitrogen use efficiency and distribution and translocation mechanisms. This study is based on systematic research on irrigated maize, including physiological mechanisms in different super high-yield genotypes, nitrogen requirement in super high yield maize population and nitrogen translocation in soil. Regulating nitrogen efficiency through deep plough and fertilizer application in super high yield production, we will clarify control measures for high nitrogen efficiency, provide spring maize production with theoretical basis and technical template of super high yield and high nitrogen use efficiency, and probe into the technical measures for tapping the productivity potential and nitrogen use potential of super high-yield spring maize in irrigated plain in Inner Mongolia.

立足于内蒙古平原灌区所特有的赶超世界玉米最高单产水平的光温生产潜力和优势，在内蒙古3大平原灌区连续6年27个品种59点次已实现亩产1～1.34吨、万亩示范方实测平均亩产1吨的基础上，针对超高产春玉米氮生产效率低的核心问题，以实现超高产氮高效为目标，在系统研究灌溉条件下不同基因型超高产品种氮生理效率差异机理、超高产春玉米群体氮素需求与分配规律和土壤氮素运移规律的基础上，从提高超高产春玉米氮素吸收效率和自身利用效率两个角度入手，揭示超高产春玉米氮素高效吸收的合理根系构型时空特征、冠层氮高效利用和分配转移特征等氮高效生理机制，并运用深松培肥等耕层改良措施和氮素调控措施，明确超高产春玉米氮高效的可行调控途径，为实现春玉米超高产氮高效提供理论依据和技术模式，并进一步探索不断挖掘内蒙古平原灌区超高产春玉米产量潜力和氮高效潜力的技术途径。

本项目针对超高产春玉米生产效率低、氮肥利用率低，导致肥料的大量浪费的核心问题，以不同氮效率超高产玉米品种为材料，在不同施氮量，不同深松深翻培肥措施下，系统的研究超高产春玉米氮素需求及土壤氮素运移的规律，并筛选出氮高效品种，明确了氮高效品种氮素吸收和利用的生理机制，探索了超高产春玉米增产与氮高效协调的调控途径，为系统集成超高产春玉米氮高效协调技术模式和理论体系提供支持。主要研究结果如下：.（1）氮高效品种整个生育期单株氮素积累量显著高于氮低效品种。而二者吸氮量的显著差异产生在生育后期，吐丝后茎叶中氮素转运量表现为氮高效品种显著高于氮低效品种，因此导致成熟期氮高效品种籽粒中氮素积累量比氮低效品种高46.43%。.（2）整个生育期氮低效品种土壤硝态氮积累量高于氮高效品种。土壤硝态氮总体逐渐下移，但氮高效品种土壤中硝态氮下移的幅度显著低于氮低效品种；因此，收获后氮高效品种土壤中硝态氮积累量显著低于氮低效品种，氮素的盈余和表观损失表现为氮高效品种显著低于氮低效品种。.（3）筛选出了3个氮高效品种。明确了氮高效型品种氮高效利用生理机制主要在于：花前氮素积累量大，提高了花后碳氮转移能力，使得花后植株光合能力和根系吸收能力增强，进一步促进氮高效型品种对氮素的吸收及向雌穗中的转移，提高产量及氮肥利用效率。.（4）根系、根重、根长、根表面积、根体积等根系形态指标与氮素的吸收显著相关。其中，根长对氮素吸收直接作用较大，氮高效品种深层土壤（40-80cm）中根长比例和根系密度显著高于氮低效品种，而根系的吸收又会影响各土层硝态氮的含量，使得氮高效品种深层土壤中硝态氮含量相应的低于氮低效品种。.（5）深松能打破犁地层、降低土壤容重和紧实度，增加气相和液相的比例，促进根系下扎。深翻和深松均延缓叶片衰老，延迟光合时间，提高了玉米产量和氮效率。深松35cm，施氮300kg/hm2是内蒙古平原灌区玉米高产高效的最佳氮肥优化模式。