|
近日，PNAS 在线发表了为 'Climate and agronomy, not genetics, underpin recent maize yield gains in favorable environments' 的研究论文。 该研究指出与基因改良相比，在良好环境下，气候变化与农学措施对玉米产量的影响更大。一直以来，粮食增产的驱动力分析是政府、学界、企业，甚至是种植户关心的一个重大问题，基因改良和优良种质被寄予获得和维持高产的厚望。该文章一定程度上再次引导大家去思考一个长期以来的科学问题，那就是，应该怎样认识和利用环境、管理、基因之间的互作？ 本号认为：未来随着农业生产对高产、优质、绿色目标的追求，应当加强学科之间的交叉，不仅仅是育种学、农学、生态学甚至是信息学与工程学之间的相互配合，从分子、表型、植株到田块、景观和区域尺度上，去破解“在特定环境下筛选和匹配良种与良法”的理论与技术难题，从而获得产量、品质与环境效益的“最优解”。 在粮食高产区域，粮食产量的增速正在放缓。探究近十年产量提升的贡献因子对于指导将来的作物研究和生产布局等至关重要。 在多数研究中，往往通过种植不同年代品种，从而比较不同年代品种的产量表现，进而计算种质改良（遗传）对产量提升贡献。然而，在这种研究方法中，通过现代栽培管理的同时，忽略了不同年代栽培管理的差异。更重要的是，不同年代品种最适应的环境本来就不相同，将旧品种在现代环境种植，本身就引入了不可避免的系统偏差，从而放大了遗传改良对产量的贡献度。 该研究利用美国玉米高产区 Nebraska（充分灌溉，产量常年达到当地产量潜力80%）的过去 14 年间的农户实测数据，对近代气候、栽培管理和遗传改良对产量提升的贡献度进行了定量分析。 气候、农艺和遗传 对产量提升贡献度 从 2005 至 2018 年，玉米产量潜力从 15.3 逐渐提升至 16.3 Mg*ha-1（平均 15.7 Mg*ha-1）；同样，农户产量也逐渐提升，平均为 13.2 Mg ha-1（图 1）。
▲ 图1 Nebraska 三个地区 2015 至 2018 年的玉米气候生产潜力和实际产量 从整体来看，气候对产量提升的贡献度为 48%，而科技（包括栽培和管理）贡献度为 52%。其中，栽培技术贡献 39%，遗传改良贡献 13%（图 2）。
▲ 图 2 不同地区气候、农艺（栽培）和遗传（种质）对产量的贡献度 气候变化促进产量提升 在过去十余年间，日照辐射并未显著变化，但是籽粒灌浆期持续、稳定延长，导致积累日照辐射（ARAD）也持续增长（图 3）。一些区域的气象数据表明，开花期（F）平均最高温（Tmax）逐渐降低，而营养生长期（V）平均最高温逐渐增加（图 3）。这样的温度趋势变化导致玉米营养生长期缩短，开花提前，籽粒建成和灌浆的气候更适宜，最终籽粒灌浆期延长，籽粒产量增加。
▲ 图3 玉米不同生育时期气候因子变化 在过去十余年间，不同栽培措施变化同样促进了玉米产量提升。比如，平均出苗率提升了 10%，氮肥施用量提升了 20%（表 1）。此外，喷施农药、玉米-大豆轮作等也促进了产量提升（表 1）。
▲ 表1 2005至2018年栽培管理措施（农艺性状）的变化及其对产量贡献 该研究定量分析了气候、栽培管理和遗传改良对过去 14 年间玉米产量提升贡献。其中，遗传改良贡献总产量的 13%，比其他研究少 3-4 倍。作者认为，包括抗虫和抗病等在内的遗传改良，更多是在一定范围内提升实际产量，但无法提高产量潜力。因此，在高产区域（比如该研究所在 Nebraska 地区，实际产量已达到产量潜力的 80%），进一步增产需要通过提高产量潜力，比如增加密度等。 该研究由 University of Nebraska–Lincoln 的 Gonzalo Rizzo 作为第一作者， Patricio Grassini 为通讯作者。受资助的项目情况：Food Global Institute at the University of Nebraska, the Nebraska Corn Board, the National Institute of Food and Agriculture of the United States Department of Agriculture |
|
|
来自： 昵称37581541 > 《其它知识》
