缩小玉米产量差距中的关键性影响

来源：中国科学报   发布者：张荐辕   日期：2015-03-25  

虽然很多近期的研究都已经证明了，农业生产者必须大幅提高产量以满足人口增长带来的食品、饲料和燃料需求，但很少有研究能在如何实践上给出切实可行的解决方案。在美国伊利诺伊大学，一些对确定和缩小玉米产量差距感兴趣的作物科学家，试图通过采用一种系统化方法来解决这一重要问题。 五大因素 两项控制 由该大学教授、作物科学家Fred Below主持的，来自伊利诺伊作物生理学实验室的一项研究，第一次对美国玉米带的产量差距进行了估算。 他们首先将玉米产量差距定义为同一块地上的农民实际产量和潜在产量的不同。为了量化这一差距，研究人员研究了五种不同的管理因素在玉米大豆间植实验中的组合方式，或单独使用或累加使用，以确定它们在产量上的影响。 通过运用集约管理系统，包括增加植物种群、转基因（BT性状）抗虫、含甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂、平衡作物营养（磷硫锌）和补充侧穿氮，研究人员发现，与采用标准管理系统相比，集约管理系统模式下的玉米籽粒产量增加了28%。这项研究表明，通过采取商业性可用技术和杂交种，可以使伊利诺伊州的玉米产量提高约28%。 更重要的是，研究表明，没有任何单一因素或技术可以促使作物产量增加。相反，它是持续性观察以上因素共同作用，通过叠加性效应来获取产量最大化的结果。所有的因素，除了植物种群，对于最大化产量和缩小产量差距而言都是十分必要的。 “我们的研究目的是，确定哪些带有共性的管理实践法是提高玉米产量最有效的方法。”该研究论文的合作作者、伊利诺伊大学兼职教授、伊利诺伊州玉米种植协会水质研究主任Laura Gentry说：“我们希望了解，如果分别使用‘传统’和‘先进’的管理方法，包括各种农艺措施，会带来什么不同。” 这项研究的设计是一个不完整的析因设计，通常被称为加性/减性研究。该设计需要应用五个管理因素，即植物种群、转基因性状、杀菌剂、氮素肥力和磷硫锌肥力（传统的和先进的）。这项设计使用两项重要的控制处理：高新技术，保证所有管理因子应用于先进水平；传统方式，保证所有管理因子应用于较低水平。 “减性处理”是通过保持单一因素在较低水平而其他因素在先进水平的方法。类似的，“加性处理”则是通过保持单一因素在先进水平而其他因素在较低水平的方法。 关键性结论的得出 这项研究还能让研究人员作出关键性的比较。观察某一因素作为低产出的传统管理系统的一部分和作为高水平产出的先进管理系统的一部分时的表现，以此评估各技术要素的屈服值。 田间试验是在2009年和2010年生长季时进行的，地点在香槟分校的作物科学研究教育中心和伊利诺伊州南部的Dixon Springs研究中心。 除了要确定简单的产量影响，研究人员还评估了各因素对穗粒数和穗粒重的影响。他们发现，每当一个先进因素从高技术管理系统中隐去后，穗粒数就会减少一些。穗粒重则只是一直受到含甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂的影响。 “如果目标是养活90亿人的话，我们就需要提高70%甚至100%的生产力。”Gentry说，“所以了解大部分增收来自于更多的穗粒数，而且很难影响到穗粒重这一事实，是十分有价值的。这一信息对于玉米和其他种群的育种和管理实践法有多方面的影响。” 作为完整的高技术管理系统的一部分，各因素贡献率最大时，始终对增产最具影响力的是BT性状和含酯类杀菌剂。 研究人员发现，当BT性状从高技术管理系统中减掉之后，产量降低了8.7%；BT性状加到传统管理系统中后，产量提高了4.5%。“农民知道杂交特质起了关键性作用。”Gentry表示，“所以他们为种子付出更多。这项研究表明他们在产出上获得了补偿。而且，出于环保考虑，我们较少用杀虫剂。” 含甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂的作用是研究人员意想不到的，尤其在是2010年生长季较干燥时。运用含酯类杀菌剂使香槟分校中心产量提高了8.5%、南部DS中心产量提高了9.4%。Gentry解释说，这可能是由于甲氧基丙烯酸酯类作为植物生长调节剂，可以使其在生长季后期叶子更绿，而且在中度干旱时使籽粒败育率减小。 尽管纳入研究的环境条件可以支持大于32000株/亩的植物种群，结果却表明，维持较低植物种群的同时提供其他先进水平因素的投入，既不会提高也不会降低产量。 经济效益与未来方向 这种方法对农民而言是否有经济上的可能性？“这不是本研究想要解决的问题。”Gentry表示，“在所有可能条件下，我们增加产量的高技术管理系统不会成为最有利可图的方法，尽管它可以带来产量的最大化。” “产出的收益恐怕不能额外弥补成本投入，尤其当玉米价格走低时。这项研究是深入了解如何满足美国玉米带增产需求的第一步。”她补充道。 “在集约管理系统下进行协调管理或叠加管理是一种新知识。今天的杂交玉米在保护性化学品应用条件下还有提高产量、增加养分的潜力。” 研究人员推测，在继续作物育种工作、肥料配方和布局技术进步、植物生长剂有效开发的基础上，玉米单产可能以可持续的方式得到进一步提高，甚至超越这一研究证明的结果。

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