《黄淮海南部夏玉米阴雨寡照致灾机理及减灾稳产技术研究与应用》

黄淮海夏玉米区是中国粮食主产区和重要玉米产区,黄淮海南部夏玉米种植面积占该区面积的三分之一,是增产潜力最大的地区之一。在全球气候不断变化的新形势下,因降水时空分布不均和光辐射减少造成的阴雨寡照已成为黄淮海南部区域玉米生长关键季节常发的隐性灾害之一,灾害严重年份玉米减产30%以上。针对夏玉米生产中阴雨寡照频发、品种抗灾能力弱,传统防灾减灾栽培技术薄弱等问题,在国家自然科学基金、国家玉米产业技术体系、河南省重大公益性科研等项目支助下,历经十六年联合攻关,以“理论研究→技术创新→技术集成→推广应用”为主线,从群体→个体→细胞→分子等方面开展了多层次系统理论研究,创建了黄淮海南部夏玉米阴雨寡照减灾稳产技术体系,主要创新如下:

1、明确了黄淮海南部寡照灾害发生逐年加重,呈现频发、重发的气候特点。总结出夏玉米“苗涝花阴”的灾害特征,确定了苗期是夏玉米阴雨致灾敏感期,成灾阈值为5d,可使产量降低20.4-35.1%;花期是寡照致灾敏感期,成灾阈值是花前5d至花后10d,光辐射为正常的50%,可使产量下降25.1-30.7%。

2、率先揭示了涝害下土壤理化性质恶化(即涝害超过5d,氧扩散速率下降50.3%,还原性物质增加3.1倍,速效氮含量降低25.3%),致使根结构劣变、功能衰退(薄壁细胞裂解,通气组织骤增3.9倍、无氧呼吸代谢增强5.1倍、有毒物质富集)和养分吸收受阻(吸收减少51.6%)的致灾特性;进而诱导叶片源光合机能降低(光合速率下降51.7%)、激素代谢紊乱、物质生产受阻等衰变,阐明了从土壤--根--叶、穗的玉米阴雨寡照成灾、致灾生理机制。

3、揭示了寡照条件下源器官结构损坏和功能衰变的响应机制,进而导致库容减少,激素分配失衡,同化物积累量锐减,氮碳代谢紊乱的致灾机制。利用分子标记定位了玉米耐阴的3个主效QTL,鉴定出调节玉米开花和雌穗发育的关键调控因子miRNA156和miRNA172,明确其通过参与调控激素代谢进而影响寡照条件下玉米的开花和雌穗发育的生物学机制,构建了涵盖个体、器官、细胞、分子四个层次的寡照逆境理论体系。

4、首次建立了以雌雄间隔期、比叶重、地上部生物量、籽粒产量为主的玉米耐阴性评价指标,构建了耐阴系数为主的耐阴评价体系,对品种耐阴性划分了3个等级,筛选出26份耐阴性强的自交系和9个耐阴性好的品种。首次建立以株高、叶面积、根生物量、SPAD值为主的耐涝性评价指标,构建了以叶色、叶形态、茎色和根形态为主体指标的综合评分的耐涝性评价体系,对杂交种耐涝性划分5个等级,筛选出了7个耐涝性强的品种,为抗逆品种的选育和鉴选提供了依据。

5、创新了“选用耐性品种、多胺调控、增氮增硼”为核心的前增抗、中缓解和后补偿的抗逆减灾关键技术,即通过选用耐性品种实现灾前增强抗性、多胺调控提高生长质量的强缓解技术,灾后增氮增硼实现强根壮穗的后补偿技术,实现增产5.4-11.4%;集成了“两改一喷两增”的夏玉米阴雨寡照减灾稳产技术体系,增产幅度达10.5-15.8%。

该项目先后取得国家发明专利3件,实用新型专利2件,发表论文22篇,其中SCI论文2篇,核心期刊19篇,他引次数112次,出版技术台历1册,培养博士2名、硕士12名。2016-2018年在漯河、驻马店、周口、南阳等地累计推广1241万亩,累计净增效益3.92亿元。

成果说明

探索出“核心试验区→千亩示范区→辐射区”逐级放大的技术推广模式,推进了研究、示范与推广的紧密结合。通过“两改”技术,为种植专业合作社、农户提供了耐阴雨寡照的优良玉米品种,为育种家提供了优良种质资源,在低洼地带改平作为垄作,缓解了后期阴雨涝害带来的不利影响;“一喷两增”技术,氮肥有效弥补了阴雨寡照条件下玉米土壤氮损失带来的根系养分缺乏和叶片的营养,增强了玉米抗逆能力,缓解了阴雨寡照给夏玉米带来的次生伤害;增施硼肥有效缓解了寡照下玉米结实性差的问题。形成了“两改一喷两增”减灾稳产栽培技术体系得到了广泛的推广应

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