水资源短缺问题已经严重威胁到华北地区农业的可持续发展,通过春玉米一熟替代冬小麦-夏玉米实现节水和保障正常的粮食供给已成为该地区转变农业发展方式的重要举措。然而当前春玉米单产水平仍然较低,这成为扩大春玉米播种面积的最大障碍。本文在课题组已有研究的基础上,通过连续的田间试验,初步研究明确了播期、品种和氮肥施用对春玉米高产高效的调控机制,并结合在美国“玉米带”进行的品种筛选与养分管理试验,提出了华北春玉米品种的选育方向和养分管理建议。主要研究结果如下:1.明确了华北地区春玉米适宜的播种期及机理。4月上旬播种春玉米生育期内光热资源条件优于5月下旬播种春玉米,但是春玉米的生产受到了高温胁迫的影响,尤其是4月中旬至5月上旬播种的春玉米吐丝前后遭受高温胁迫的频率最大,降低了春玉米有效穗粒数,并最终导致减产。5月下旬播种春玉米在吐丝前后受到高温胁迫影响的程度最轻,并且灌浆中后期的气温条件适宜,有效穗粒数和粒重高于其他播种期,3年试验产量平均为10274.3kg ha-1,较其他播期平均高3.8%-12.2%。2.筛选出了适宜的高产春玉米品种,并探讨了不同耐密型品种对籽粒形成的影响机制。金海5号、富农821、鲁单9066和登海605是较为适宜华北地区春播的高产玉米品种,4个品种平均产量为12845kgha-1,较参试品种平均产量高31.4%。半紧凑型品种金海5号吐丝时小花数较紧凑型品种鲁单9066高26%。但相比鲁单9066,金海5号开花吐丝间隔时间平均长1.5d,导致因小花未能正常吐丝而造成的籽粒损失比例平均高17.3%;此外,金海5号顶部籽粒授粉后灌浆速率达到最大时所需要的时间较鲁单9066平均长0.5d,在灌浆速率达到最大时的粒重和籽粒活跃灌浆期平均分别较鲁单9066小6.7mg和10.2d,因籽粒败育造成的籽粒损失平均高17%。3.探讨了不同施氮模式对华北春玉米的调控机制。在华北地区,相比于氮肥在播种前一次性施入的方式,氮肥分次施入的方式显著提高了春玉米产量,产量增加幅度为6.6%-13.5%。主要原因是氮肥分次施入的方式增加了春玉米生育中后期的氮素供应,增强了春玉米的抗逆能力,在春玉米吐丝至成熟期间,叶面积指数提高幅度为6.7%-10.7%、SPAD值增加幅度为14.5%-22.6%、穗位叶相对电导率和丙二醛含量较对照平均分别低7.5%和10.3%、而光合速率提高幅度为9.7%-17.5%。4.探讨了春玉米品种的选育方向和养分管理模式。美国“玉米带”品种筛选结果表明品种的耐密性、耐低氮胁迫能力和氮利用效率是评价品种质量的重要指标。品种耐密性差异是造成中美玉米单产差异的主要因素之一。加大养分投入能够显著提高玉米单产,玉米平均单产达到20366.4kg ha-1。但玉米在生育期内的养分需求并未得到充分的满足,玉米生育期内营养状况除了受到施肥水平的影响,还受到玉米组织内其他养分含量的制约。