玉米是我国主要粮食作物,其产量约占全国粮食总产30%,玉米对于稳定全国粮食总产量起着十分关键的作用。东北春玉米种植面积占全国1/3以上,总产占全国的40%,在我国粮食安全保障中起了至关重要的作用。因此,进一步阐明东北春玉米品种的演变特征及其对栽培技术和投入的响应趋势,以及东北春玉米高产高效耕作栽培途径对指导玉米品种改良、耕作栽培技术创新、促进玉米产业发展的意义重大。本文以东北三省近50年来大面积推广种植的21个典型春玉米品种为材料,于2009年和2010年进行密度和施肥的田间试验,比较不同年代主栽品种生产力、植株形态、氮肥效率及抗逆性的演变特征,以及对种植密度和氮肥水平的响应特征。于2009～2011年进行不同耕作管理方式的田间试验,比较不同耕作管理方式对耕层土壤水分、温度及玉米形态与产量的影响。
主要研究结果如下：
1.东北三省1970s-2000s,玉米品种株高和穗位呈显著递增趋势,平均增长速度分别为5.5cm10yr-1和4.5cm10yr-1;玉米单株叶面积呈显著递增趋势,增长速度为307cm210yr-1,棒三叶面积增长速度为47cm210yr-1;单位面积产量和单株籽粒产量随年代推进显著提高,增长速度分别为936kg hm-210yr-1和17.86g plant-110yr-1;千粒重以19.55g10yr-1的速度递增；穗粒数也有增加趋势；出籽率和收获指数年代间变化不明显；1990s以后品种的抗倒伏性明显增强,空秆率显著下降；氮肥效率呈递增趋势,其中PFP和NAE分别以3.28kg kg-110yr-1和0.70kg kg-110yr-1的速度递增,NRE以每10年2.50个百分点的速度递增。
2.随着种植密度的提高,各年代品种株高变化不明显,穗位呈显著上升趋势,平均每增加10000株hm-2,1970s、1980s、1990s和2000s品种穗位分别增加1.76、1.45、1.67和2.74cm,玉米植株重心有上移趋势；单株叶面积和棒三叶面积随密度提高呈显著下降趋势,平均每增加10000株hm-2,1970s、1980s、1990s和2000s品种单株叶面积分别减少267、355、200和227cm2,棒三叶面积分别减少50、41、52和62cm2。
3.随着种植密度的提高,各年代品种群体产量呈抛物线形上升,1970s、1980s、1990s和2000s品种获得最高产量的理想密度分别为58190、49571、65210和64673株hm-2,群体最高产量的理论密度增幅为1750株hm-210yr-1;随种植密度提高,各年代品种的单株籽粒产量、单株生物量、穗粒数、千粒重和收获指数呈显著下降趋势,密度每增加10000株hm-2,1970s、1980s、1990s和2000s品种单株籽粒产量分别下降11.29、12.71、13.71和17.30g；单株生物量分别下降19.55、21.77、25.98和32.56g；穗粒数分别减少21、23、19和23粒；千粒重分别下降7.33、7.13、7.64和8.23g；收获指数分别下降0.55、0.19、0.51和0.28个百分点。
4.氮肥效率指标随密度增加呈抛物线形变化,1970s、1980s、1990s和2000s品种PFP达到最大值的理想密度分别为57898、52114、63994和66294株hm-2；NAE达到最大值的理想密度分别为62216、61729、71357和62223株hm-2。
5.随氮肥施用量增加,各年代品种株高、穗位、单株叶面积和棒三叶面积呈增加趋势,平均氮肥每增加100kghm-2,1970s、1980s、1990s和2000s品种株高分别增加5.45、5.53、4.63和6.77cm,穗位分别增加2.87、2.73、3.44和3.97cm,单株叶面积分别增加271、228、355和319cm2,棒三叶面积分别增加68、56、63和49cm2。
6.随氮肥水平提高,各年代品种单株生产力和群体生产力呈抛物线形上升。1970s、1980s、1990s和2000s品种获得最高产量的理想施氮量分别为283、365、332和331kg hm-2;穗粒数和千粒重随施氮量提高呈增加趋势,施氮量每增加100kg hm-2,1970s～2000s品种穗粒数分别增加10、4、5和13粒,千粒重分别增加6.32、5.79、9.67和5.43g。
7.各年代品种氮肥效率随施氮量升高呈现下降趋势,在每个氮肥水平下,PFP和NRE表现为2000s品种最高,其次是1990s品种；NAE和NPE表现为1990s品种最高,其次是2000s品种。
8.不同耕作管理方式对耕层土壤水热特征与玉米产量影响不同,秋整地土壤含水量、土壤温度均高于春整地,秋整地较春整地增产8.63%,千粒重增加7.26%;不同耕作措施耕层土壤日平均温度变化因年型不同而表现出差异,垄作土壤升温快,降温也快,对极端低温的缓冲能力不如平作。平播垄管与常规垄作相比,产量无显著差异；平作较垄作减少燃油消耗22.2L hm-2。
以上结果表明,东北春玉米品种演替过程中,生产力、氮肥效率与抗逆性明显提高。东北春玉米品种耐密性存在明显不足,改良潜力很大。东北三省现有品种通过增施肥料增产的潜力有限。今后育种策略中应注重提高品种逆境选择压力,选育耐密、耐瘠薄、氮高效型品种。在耕作栽培上可以通过减少氮肥用量或稳定氮肥用量增加密度,达到增产目的,增加密度同时注意增强植株的抗倒伏能力,最终实现玉米高产高效的协调。
