一、研究背景与意义

玉米是我国粮食安全的重要支柱作物，年种植面积超过6.2亿亩，总产量占全国粮食总产的39%。然而，当前玉米生产面临多重瓶颈，严重制约产量提升与可持续发展：  

1. 传统种植技术效率低下：  

    品种选择不当：农户多依赖经验选种，缺乏科学依据。

    播种质量差：机械播种精度不足，出苗率普遍低于75%，缺苗断垄现象突出。东北地区因播种深度不均，苗期根系发育不良，中后期倒伏率增加20%。  

    水肥管理粗放：全国玉米氮肥利用率仅33%，过量施肥导致土壤酸化（华北平原40%农田pH值低于5.5）、氮素淋失量达45kg/ha（超过环境安全阈值30kg/ha）。  

2. 病虫害威胁持续升级：  

    病害：大斑病、茎腐病、穗腐病年均发生面积超1.5亿亩。2023年东北地区大斑病流行，造成2300万亩玉米叶片枯死，减产超200万吨；黄淮海夏玉米区茎腐病发病率达30%，重病田减产40%50%。  

    虫害：草地贪夜蛾自2019年入侵后，已扩散至27个省份，幼虫暴食期可致亩产损失30%50%；玉米螟对氯虫苯甲酰胺的抗性倍数达25倍，防治成本增加50%。  

    抗药性加剧：长期依赖化学农药导致害虫抗性基因频率上升，蚜虫对吡虫啉的抗性种群占比超过60%。  

3. 生态环境压力严峻：  

    农药滥用导致天敌种群衰退，瓢虫、草蛉等益虫数量下降40%50%；  

    秸秆焚烧与地膜残留造成大气污染与土壤结构破坏，全国玉米秸秆还田率仅60%，生物降解地膜覆盖率不足5%；  

    土壤有机质含量持续下降（年均减少0.05%），耕层厚度普遍低于20cm，根系发育受限。  

本课题以“高产、绿色、智能”为目标，系统研究玉米种植技术优化与病虫害绿色防控体系，具有三重战略价值：  

 保障粮食安全：通过技术集成实现亩均增产100150公斤，支撑国家千亿斤粮食产能提升计划；  

 推动农业转型：减少化肥农药用量30%40%，秸秆还田率提升至85%，促进农业低碳可持续发展；  

 助力乡村振兴：形成可复制推广的技术模式，带动农户亩均增收200300元，提升产业竞争力。  

 二、研究目标与内容  

（一）研究目标  

1. 构建高产高效种植技术体系：集成品种优选、精量播种、水肥调控、机械化作业等技术，实现光、温、水、肥资源协同增效；  

2. 开发绿色病虫害防控方案：筛选生物农药、天敌昆虫、物理诱控技术，形成“预防为主、综合防治”的技术规程；   

3. 制定标准化技术规范：编制《玉米高产绿色种植技术规程》《病虫害综合防控手册》，明确45项操作标准。  

（二）研究内容  

1. 高产高效种植技术体系构建  

    品种筛选与区域适配：  

      在东北、黄淮海、西南三大主产区开展15个主推品种对比试验，测定抗旱性（干旱胁迫下产量下降率≤15%）、抗倒伏性（茎秆抗折力≥350N）、耐密性（4500株/亩下空秆率≤5%）等指标。重点推广先玉335（东北中晚熟区，生育期125天，亩产750公斤）、登海605（黄淮海夏玉米区，耐密植4500株/亩）、云瑞668（西南山地，抗旱指数0.78）。  

      利用分子标记辅助选择技术（SSR、SNP），聚合Ht1（抗大斑病）、Br2（抗茎腐病）、Mv1（抗蚜虫）等抗性基因，创制多抗性新品种。  

    精量播种技术优化：  

      研发北斗导航播种机，实现行距60cm±1cm、株距22cm±0.5cm精准控制，出苗率提升至92%；  

      制定生态区最佳密度标准：东北春玉米区45005000株/亩，黄淮海夏玉米区40004500株/亩，西南山地玉米区3500株/亩。  

    水肥智能管理：  

      构建“测土配方+分期追肥”模型，基肥（NP₂O₅K₂O=181512）占比60%，拔节期追施尿素10kg/亩，大喇叭口期追施尿素15kg/亩；  

      推广膜下滴灌技术，水分利用效率提升至2.1kg/m³（传统漫灌为1.2kg/m³）；  

      开发腐殖酸复合肥（HA≥40%），促进根系下扎深度增加20cm，抗旱指数提升至0.82。  

2. 病虫害绿色防控技术研发  

    病害综合治理：  

      大斑病防控：叶面喷施5%井冈霉素·枯草芽孢杆菌可湿性粉剂（800倍液，防效82%），结合抗病品种（含Ht1基因）种植；  

      茎腐病防控：采用35%精甲·咯菌腈悬浮种衣剂包衣（用量2mL/kg种子），发病率降至4%；  

      穗腐病防控：释放拮抗酵母菌Metschnikowia pulcherrima（浓度1×10⁶ CFU/mL），抑制禾谷镰刀菌生长，防效达65%。  

    虫害综合防控：  

      玉米螟防控：释放螟黄赤眼蜂（1.5万头/亩）与性诱捕器（5个/亩）联用，虫株率控制在5%以内；  

      草地贪夜蛾防控：喷施8000IU/mg苏云金杆菌悬浮剂（100g/亩），幼虫死亡率达90%；  

      蚜虫防控：使用0.3%苦参碱水剂（稀释800倍）喷雾，配合黄板诱杀（30块/亩），防效85%。  

    抗药性监测与治理：  

      建立全国玉米螟抗药性监测网络，每季度采集田间种群进行毒力测定，明确对双酰胺类、新烟碱类药剂的抗性水平；  

      制定杀虫剂轮换方案：交替使用氯虫苯甲酰胺（双酰胺类）、多杀霉素（抗生素类）、绿僵菌（微生物农药）。  

3. 技术集成与示范推广  

    核心示范区建设：  

      黑龙江建三江：示范“早熟品种+北斗精量播种+秸秆全量还田”模式，配套深松耕作（深度35cm）；  

      河南周口：推广“水肥一体化+赤眼蜂防治”技术，集成滴灌系统与蜂卡释放装置；  

      四川凉山：试点“抗逆品种+生物降解地膜+绿僵菌防治”方案，地膜降解周期缩短至90天。  

 三、研究方法  

（一）田间试验法  

1. 品种对比试验：  

    采用随机区组设计，3次重复，每小区面积30㎡，测定株高、穗位高、穗粒数、百粒重等指标；  

    利用Duncan多重比较法分析品种间差异显著性（P<0.05）。  

2. 施肥梯度试验：  

    设置4个氮肥水平（0、12、18、24kg/亩），研究产量与肥料偏生产力（PFP）关系；  

    采用15N同位素示踪技术，量化氮素吸收率、残留率与损失率。  

（二）生物技术应用  

1. 分子标记辅助育种：  

    利用SSR标记技术鉴定品种抗病基因型，筛选含Ht1（抗大斑病）、Rp1D（抗锈病）的优势材料；  

    通过基因编辑（CRISPRCas9）创制抗虫新材料，编辑效率达18%。  

2. 微生物菌剂开发：  

    分离枯草芽孢杆菌YB163菌株，优化发酵工艺（pH 6.8，温度32℃，转速200rpm），产孢量达5×10⁹ CFU/g；  

    测试绿僵菌MA102对草地贪夜蛾的致病性，半数致死浓度（LC₅₀）为1×10⁶孢子/mL。  

（三）智能装备研发  

1. 北斗导航播种机：  

    研发电控排种系统，实现株距22cm±0.5cm精准控制，播种合格率≥95%；  

    集成土壤墒情传感器，根据实时数据动态调整播种深度（35cm）。  

2. 无人机精准施药系统：  

    开发多旋翼无人机变量喷药装备，集成多光谱传感器与AI算法，实时识别病虫害发生区域；  

    设定雾滴密度2030滴/cm²，飞行高度23m，农药利用率提高40%。  

 四、预期成果  

（一）技术成果  

1. 标准化技术规程：  

    编制《玉米高产绿色种植技术规程》，明确品种选择、播种密度、水肥管理、收获储存等45项操作标准；  

    发布《玉米病虫害综合防控手册》，规范生物防治、物理诱控、科学用药的实施方案。  

2. 专利与产品：  

    申请发明专利6项，包括“北斗导航播种机控制系统”“玉米秸秆腐熟菌剂制备方法”；  

    开发智能农机装备2款（精量播种机、无人机施药系统）、生物防治产品3类（赤眼蜂蜂卡、绿僵菌悬浮剂、苦参碱水剂）。  

（二）应用效益  

1. 增产效益：核心示范区玉米亩产达750800公斤，较常规种植增产15%20%；技术辐射区（100万亩）平均增产10%，新增粮食产能1亿公斤。  

2. 节本增效：化肥减施20%，农药用量降低40%，秸秆还田率提升至85%，亩均节本增收220元，辐射区年增收2.2亿元。  

3. 生态效益：减少氮素淋失量30%，土壤有机质年均增加0.3%，生物降解地膜覆盖率提升至30%，碳排放强度下降0.5吨/亩。  

（三）理论成果  

1. 学术论文：发表SCI/EI论文8篇，核心期刊论文12篇，主题涵盖栽培生理、抗性机制、智能装备等领域；  

2. 技术报告：完成《中国玉米主产区种植技术优化路径》《玉米螟抗药性分子机制》等研究报告5份；  

3. 数据库建设：建立全国玉米品种资源库（收录120个品种）、病虫害数据库（50万条发生记录），数据共享至国家农业科学数据中心。  

五、创新点  

（一）技术创新  

1. 北斗导航与生物防治融合：实现播种精度（株距误差±0.5cm）与绿色防控（防效≥85%）的协同提升；  

2. 无人机智能决策系统：基于多光谱数据实时生成施药处方图，农药利用率提高40%。  

（二）理论突破  

1. 抗性分子机制解析：通过转录组测序发现CYP450基因家族扩增是玉米螟抗药性产生的主因；  

2. 资源协同利用模型：提出“光能利用率2.4%+水分利用效率2.1kg/m³+氮肥偏生产力45kg/kg”的优化阈值。  

 六、总结  

本课题通过技术创新与系统集成，构建“高产、绿色、智能”的玉米生产技术体系。研究成果将推动玉米单产提升15%20%，减少农业面源污染30%，带动主产区农户年增收2.2亿元，为我国粮食安全与农业绿色转型提供关键技术支撑。