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来自科研一线的报道:玉米早熟高产漫谈

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2017年03月07日 10:10 农博网
  玉米早熟高产是一个老话题了,随着玉米机械化籽粒收获的兴起,如今成为热门话题。对于早熟高产,仁者见仁,智者见智。理论、实践和推想上存在不同看法,甚至悖论。笔者在本文中进行一个范围较广的讨论。文中的早熟和晚熟只是相对概念,并不指熟期组。   一、不规范的熟期   玉米种业中有一个很多人知道但很少有人谈及的问题,那就是种子袋上标的生育日数比实际生育日数少5—10天(吉林省)。似乎没人能说清此现象的来龙去脉。虽明知有误,但谁也不敢改自己的种子表识,因为那样种子就没法卖了。所以,育种界一般不用生育日数,而用标杆品种进行比较。另外,书本上讲,生育日数是从播种到成熟,但有些地区实际用出苗到成熟。因为冷凉地区不管你播得多早,出苗期都差不多。   判断玉米的成熟日期也不是个简单事。书上讲的成熟有多个标准,这本身就让人犯糊涂,是需要全达到还是达到其中几个?一般公认的单一的生理成熟标准是出现黑色层,但死秆、病株即使不成熟也会出现黑色层。而且挖籽粒看黑色层比较麻烦,还要破坏果穗。更麻烦的是如果用黑色层做标准的话,很多品种会没有成熟期。在育种实践中,调查熟期的标准五花八门,所以调查熟期最好一个人调查到底,换人可能引起较大误差。   外企一般不大量调查熟期,而是以收获水分判断熟期。这种方法在产业上来说更实用,特别是对机械籽粒收获更有现实意义。条件是要及时脱粒,并有快速测水系统。使用这种方法时应注意死秆的影响。   不规范的熟期直接影响到熟期组的划分,熟期组之间2—3天的差距(吉林省)与实际不符。 另外,由于生长条件会改变生育期,低肥力时期的老品种如果拿到现在来种,可能会改变熟期组。四单8就从中晚熟变成中熟。熟期组也有一个演变过程。   二、早熟高产的沿革   吉林省从1950年代开始搞玉米育种时就提出“早熟高产”。当时要求有安全成熟期,主要是从稳产角度考虑。由于当时地域间引种刚开始,某些引入的早熟品种配以相应的栽培措施,可以获得高产。早熟也一直是杂交种的选育的重要指标。但随着产量水平的提高,早熟高产的难度越来越大。   1980年代,农村实行生产责任制后,化肥用量快速增加。肥力提高使品种生育期缩短,南种北移,越区种植遍及北方。当时的这一潮流,确实使产量迅猛提高,“早熟高产”被抛弃一边。越区种植产生大量高水分粮,农民却没有积极降水,那是因为当时的收购政策加上不正之风,高水分玉米有的还多卖钱。这一现象延续了相当长的时期。后来收购政策强调了水分和品质,农民才对早熟优质品种感兴趣。   先玉335问世以后,人们重新关注早熟高产。特别是机械化籽粒收获成为国家大计之后,早熟高产猛然间受到各方重视。但早熟高产的含义与以往不同。过去重点是高产,早熟主要是为了稳产;现在的重点是早熟,靠早熟降低收获时水分,要的是综合效益,高产只是一个追求。   三、早熟与晚熟的优缺点比较   早熟品种的优点:有完整的生育期,有成熟安全期,可达到完熟,水分低,品质好。春旱时可等雨播种。可晚播,减少土传病害,避开生育关键期的不良气象条件。营养体小,可密植。发苗快,前期叶面积指数高。缺点:成熟后积温浪费。完熟前一段灌浆缓慢。后期抗性差,易早衰。总光合势低。   晚熟品种的优点:抗性好,后期绿叶面积大,光合效率高(叶年轻)。全生育期光合势高,光合产物多。 根系强大。单株产量高。缺点:后期灌浆不足。其它器官养分向籽粒的转移尚未完成,收获指数低。成熟不好,水分高,品质差。   适宜熟期品种(不考虑水分):由于玉米的灌浆曲线为S型,接近成熟时,灌浆缓慢,因此完熟(生理成熟)收获,光热利用率率低。有试验表明,在乳线达到60%时,与完熟籽粒产量相差3—7%,时间差5—10天,品质也达到较好水平。因此,可以把这个成熟度称之为农艺成熟,它是光能利用率与收获指数的平衡,实现最高产量。它的好处还有,正常年景可以达到农艺成熟,高积温年达到完熟,有效利用后期积温。   四、密度是早熟高产的核心   早熟品种需要密植,这是一个共识。近来又成了热门话题,那是因为有了一种观点的转变,从过去的早熟可能高产变成早熟才能高产。这是对传统早熟高产概念的颠覆。这一观点的逻辑是,高产必须密植,密植必须叶片少,叶片少只能是早熟种。就是说,用缩小株型的方式增加密度,即使减少生育期也能获得更高的产量。要想密度优势超过光热优势,有两种可能,一种是光合效率高,另一种是光分布合理。光合效率是种性问题,早熟材料光合效率缺少研究。对于光分布,早熟种株型小(单株叶面积小),可以密植,而密植是提高库源比的有效方法,主要是提高单位面积粒数。相当多的资料认为增加玉米库源比,拉动源的生产力是增产的重要途径。密植会带来下部叶片受光差,可能低于补偿点,造成浪费。叶片少则可减少了遮光层次,下部叶片能得到合适光照。也就是说,在高叶面积指数条件下,单株叶片少则光分布更为合理,可显著提高总体光能利用率。按照这个思路分析:由于玉米的各熟期品种的出叶速度大体一致,可见叶片数是在低密度条件下形成的与熟期相对应的稳定形状。要进一步提高密度,人们只好选择叶片少的早熟种。   多数情况下,收获指数随密度提高而下降,可塑性低的品种这一下降不显著,有资料认为早熟种可塑性低,收获指数较稳定。在笔者的试验中,有的品种的收获指数随密度的提高而上升(应该是在一定范围内)或下降少,适应性强的大品种普遍有这个趋向。   早发性与生育期负相关是普遍现象,它是早熟种前期光能利用的优势,加上密植,更增强了这一优势。   五、其它作物的早熟高产   大豆的研究结果值得借鉴。吉林省曾研究从黑龙江引入的早熟大豆品种,发现其经济系数高、叶绿素含量高、光合强度大、叶柄细胞浓度变化有利于生长发育,而且籽粒形成期有高温多雨的环境优势。对于早熟种的内在优势,分析认为:大豆是典型的短日照作物,早熟品种是从迟熟、短光照性强的品种中经长期定向选择培育出来的,承受了较高的选择压力,积累了较多的生理优势。玉米也应该有类似情况。   水稻由于较容易出现早熟突变体,所以早熟的研究比较多。早熟突变体普遍表现为:生育期越短,则植株越矮,主茎叶片数和节间数越少,但穗部性状变化相对较小。水稻还确定了一些完全显性的早熟基因,带有这一基因的材料与任何熟期的品种配,杂交种都表现出基本相同的早熟熟期。水稻早熟基因的利用,主要是发挥过去无法利用的晚熟种的杂交优势,使早熟品种产量有所提高。资料中并未提及利用其增加密度来提高产量。玉米和水稻同属禾本科作物,水稻的熟期通常也是数量性状,但确有完全显性的质量性状基因。如果玉米存在早熟基因,并能够找到,则可以利用晚熟种质资源,可能解决早熟×晚熟植株偏大的问题,拓宽早熟高产途径。   六、早熟高产的实践   在早熟高产实践中,最具说服力的是美国。按中国的标准,美国浪费了大量的光热资源,单产却远超中国。特别是有材料称美国从1979年至2005年间(26年)的玉米产量和生育期的统计数据来看,美国的玉米单产在这26年间增加了接近50%,但是其生育期却从125天变为115天,缩短了大约十天左右;由于美国早已实现机粒收,应该没有早熟压力,还在缩短生育期并提高单产,似乎说明早熟是高产的因素之一。但有一些其它的美国材料认为几十年来熟期一直没有变。或许这里边有数据年代的问题、地域问题或其它统计问题,笔者无力查证,只能讨论到这里。但美国以比气候条件短得多的玉米熟期,实现高产,并稳定快速发展是不争的事实。   在中国,即使是越区种植盛行的时期,也不时出现早熟高产品种。在吉林省,具有代表性的有掖单51、吉单209、四密25,以及后来的先玉335。这些品种不仅在晚熟之林中占有一席之地,而且是创造高产田的主力品种。它们共同特点是耐密。   在区域试验中也有早熟高产现象。有材料统计辽宁省8年预试结果,表明中熟组平均产量最高。吉林省区试,1990年代中,5年中有4年中熟组对照高于其它熟期组对照。   吉林省1990年代,玉米亩产800公斤以上高产田统计,不同熟期品种产量差异只有2.9%。当时亩产1000公斤的最高产量是由中熟品种创造的。   七、早熟高产与晚熟高产并存   吉林省玉米生产的历史上虽然出现过多个早熟高产品种,但远不如中晚熟品种多。而且这些早熟高产品种缺少继承性和连续性,并没有形成大气候。可能是从种质资源上来讲,要求更高,因为在减少光照的情况下不减产,还要增产,显然是困难的。从人为选择上来说,可能缺少密度压力和籽粒降水压力。   早熟品种创高产,一般是在早熟区,往往是当地的满生育期品种。有材料指出,一般的玉米品种,每南移一个纬度,生育期减少2-3天,积温减少80-90度,千粒重减少2-4%,株高减少2-3%,产量降低5.5%,穗位降低3%。可见,用北种南移的方式利用早熟种,是有不少问题的。   吉林省区试的多年统计结果表明,中晚熟组(适期)产量略高于中熟组,耐密组也是如此。中熟组的一些高产主要出现在中熟试验点。中熟区的优势---海拔高,光照多,温差大,降雨多。   另外,参试品种中,常常有人想利用略超熟期的方式获得产量优势。这种现象应该反映的是晚熟优势。   以上问题似乎可以用没有考虑密度来解释,但不能解释所以问题。事实上很多比较都是在各自的适宜密度上进行的。   八、早熟高产的理论问题   当代玉米生产以提高密度来增加产量是共识。根据是几十年来玉米的单株产量潜力变化不大,育种的主要进展是在高密度压力下,单株产量下降越来越小,即耐密性不断提高。但这只是实践结果,并不能从理论上说明低密度大穗不能高产。虽然可以从提高库源比、改善株型等方面解释,可这些主要来自于其它资料的推导。耐密高产理论的直接研究几乎是个空白。   早熟品种和密植结合起来进一步提高产量,这当然是两全其美。 但在实践中尚不能普遍验证,理论上还只是个推测。在损失光热资源的情况下继续提高产量,难度显然要大。   玉米育种的程序化应该是作物育种中走在最前面的,因为它形成了公认的种质群。也许正是由于程序化的普及,使人们忽略了理论研究。另外,整个玉米育种界都卷入激烈的商业竞争也让人无暇进行理论研究。事物的发展,有时理论走在前面,有时实践走在前面。玉米育种的理论研究显然落伍了,好多问题差不多是黑箱。如果你广泛分析各种早熟高产的说法,会发现存在诸多悖论,令人疑惑。   笔者搞耕作栽培出身, 觉得育种与栽培的结合部有文章可做,可以做一些育种的应用基础研究。也有人认为可以产生一门交叉学科——育种栽培学。   笔者通过对紧凑型耐密品种的研究和资料收集,发现事实上紧凑型品种的增产中有一部分并非叶片紧凑所致。在大量的平展型品种和紧凑型品种的对比试验中,普遍存在以下几个现象:   1、紧凑型品种后期叶片保绿度好。   2、开花到成熟的光合势占总光合势的比例,紧凑型比平展型高。   3、开花后干物质积累占总干物质积累的比例,紧凑型高于平展型。   4、据6个试验报告得到的平均收获指数,平展型为0.457,紧凑型为0.530,多16%。   5、紧凑型品种根条数显著多于平展型品种。   从以上不同试验的结果来看,有很多同收获指数有明显的因果关系。紧凑型品种普遍收获指数高,是一个早已被发现但缺少研究的问题。   以上问题超出紧凑型的优势,应该是耐密型的共同特点。   另外,密度提高后,单株环境压力加大且更加不均。这对玉米各器官的平衡能力要求更高,平衡能力高才能合理地配置库源关系,防止空秆,提高群体产量。单株收获指数可作为平衡能力的指标,而且它还能反映出品种的其它一些重要性状,值得研究。   九、机械籽粒收获与早熟高产   过去很少有人关注玉米收获籽粒水分和秸秆质量,觉得美国的收获方式离我们还很远,中国“特色”会长期延续下去。再说严酷的种业大环境使生存竞争逼人,叫人有心无力,只能顾及眼前。近年来,世界粮食格局和国家粮食政策变化很快,玉米机粒收提上日程。这显然对有备者是一个机遇,但对大多数人是一个挑战。这也是个预示,预示着经济效益终将是任何行业的根本所在,今后玉米种业的发展必须遵守经济规律。   机粒收关键是要有籽粒降水时间,只能缩短生育期。缩短生育期有两个途径:对于有早熟资源的单位一般是在早熟中选高产;没有资源的只能在现有材料中选早熟。前者出品种会快一些,但产量目标比较难完成。后者虽然路途要远,但也许是比较可靠的方法。就目前看,要做到既早熟又高产是很有难度的。应该看到的是,机粒收本身是个经济效益问题,即使品种产量不够高,只要在机粒收整个大环境中有利可图,该品种就有应用价值。   适合机粒收的品种已经出现,今后的趋势会怎样?笔者在统计吉林省区试结果时发现这样一种现象。刚建立耐密组试验时,品种数上升很快,但两年后明显下降。原因可能是手头的材料很快配完了,而后续的材料还没有跟上来,出现一个断档期。机粒收品种也可能出现这类问题。   还有,机粒收是个系统工程,不光是品种问题,其它瓶颈问题也会影响其进程,只是目前量小,一些问题没反映出来。比如烘干设备,若全面实现机粒收,全国需要多少设备?对机粒收的进程需要有一个理智的判断,对自己的优势和劣势要有一个客观分析,以此决定育种力量的投入。 (文章来源:新浪博客)
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