文章信息
文章标题：Unlocking maize yield potential through exploring canopy-root interactions with nature-based nutrient management
标题译文：探索基于NBS养分管理背景下玉米冠-根互馈机制破解产量潜力
发表期刊：Field Crop Research
影响因子：5.8
正式发表：2024年10月20日
第一作者：朱玉鹏
通讯作者：孟庆锋教授
作者单位：中国农业大学农学院；中国农业科学院作物科学研究所
文章内容
目前生产中，作物高产超高产田不断涌现，高产纪录持续突破。在控制水分养分等资源投入条件下，如何实现绿色可持续高产，是当前我国农业转型重大命题。最近几年，基于自然解决方案（NBS）的管理理念兴起，成为可持续农业发展可供借鉴的重要途径。在当前玉米密植高产的大背景下，通过基于NBS的精准水肥管控，解析冠-根互馈机制，是实现高产绿色可持续生产的关键。一直以来，团队扎根生产一线，尝试通过在主产区开展田间定位试验来回答这一问题。本论文是团队解析单季夏玉米绿色吨粮机理的系列研究之一，探索了基于NBS养分管理背景下玉米冠-根互馈机制，同步实现高产高效。
团队在中国农业大学吴桥实验站建立了三个长期定位试验（不同作物体系尺度的水肥精准调控技术、冬小麦-夏玉米体系NBS绿色可持续高产技术、冬小麦-夏玉米体系品种和氮肥调控技术）。本研究是利用冬小麦-夏玉米体系NBS绿色可持续高产技术中夏玉米季试验进行的机理解析。利用为期两年的研究（2021-2022年），对基于NBS养分管理的高产玉米体系（HYMS）与当地农民常用的生产方式（CP）进行了综合对比分析。
HYMS体系包含四个处理：作物-土壤管理高产体系（CSM）、作物-土壤管理+根区养分调控高产体系（CSM+RM）、作物-土壤管理+生物有机肥料高产体系（CSM+MA）、基于以上三个处理集成的作物-土壤系统管理高产体系（ICSM）。
在不同作物体系中，冠层根层都发生了显著的变化。
不同作物体系夏玉米根层剖面
对地上冠层来说，在HYMS体系中，地上部干物质积累（AGDM）对籽粒产量的贡献率高达74%-82%。2021年和2022年HYMS体系下的平均AGDM分别为19.5吨/公顷和24.3吨/公顷，较CP高出14.9%和22.3%。
田间试验中的地上干物质和叶面积指数
HYMS体系下吐丝期最大叶面积指数在2021年达到4.8，2022年达到4.9，分别比CP高0.40和0.39。此外，吐丝期的叶片氮浓度在HYMS体系中比CP高出15%，穗位叶的长度和厚度也表现出显著优势。HYMS体系下的叶片持绿度比CP高出4.3%。
吐丝期的叶片特性、叶片持绿度、生物量/穗粒数、穗粒数/叶面积、粒重/叶面积比值和源库关系
对地下根系来说，在0-60 cm土层内HYMS的根系形态，如干物质量、氮含量、根长、平均直径、表面积和体积等指标，数值较低，较CP降低了2.9%-13.1%。尽管密植导致了单株根系生长的减少，但HYMS体系下的根系衰老速度较CP显著降低。
田间试验中的根系干物质、根冠比和根系氮含量
基于NBS养分管理的技术措施能有效地缓解高密度种植株间竞争对单株根系生长带来的不利影响，支撑地上部玉米冠层的生长，使地上部干物质积累增加，最终提高了粮食产量。
叶面积指数、干物质和氮含量与根系干物质、氮含量、根长、根平均直径、根表面积和根体积之间的线性回归关系
本研究通过基于NBS养分管理实现了根系和冠层的协调生长，为破解高密度种植株间竞争加剧的困境提供了新思路，团队近些年围绕基于大数据算法的高产作物体系群体设计与实现、应对高温干旱逆境的栽培调控、作物肥水高效利用等方向取得了一系列进展，相关研究发表在Nature Communications、Nature Food、Agricultural and Forest Meteorology等国际知名刊物上，应邀为作物栽培领域著名综述期刊Advances in Agronomy等撰写综述文章多篇。
作物生理生态
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