近年来,玉米在西北半干旱地区,特别是黄土高原南部半干旱地区广泛种植,已成为这一地区重要的栽培作物。但目前玉米实际产量与潜力产量仍然存在较大差距,且水分生产效率不高。针对黄土高原旱地玉米生产存在的主要问题,本论文在过去研究工作基础上,以黄土高原春玉米单作体系为对象,理解、挖掘产量潜力为重点,高产高效和可持续生产为目标,以当地一般栽培体系为对照,根据Hybrid-Maize玉米高产模型设计高产栽培模式,重点研究和分析:(1)阐明不同栽培模式旱地春玉米氮素累积、分配及转移的差异;(2)从干物质累积、分配及转移揭示高产栽培模式形成高产的机理;(3)从产量、水分及养分利用效率初步选择适宜于黄土高原南部旱作春玉米的高产高效栽培模式。通过以上研究,为优化黄土高原南部旱作区玉米管理策略提供一定理论依据。研究获得以下主要结论:1.从干物质累积、分配及转移初步揭示了高产栽培模式形成高产的机理。研究表明,栽培模式显著影响春玉米干物质累积、分配及转移,地膜覆盖处理春玉米各生育时期地上部分干物质总累积量及成熟期籽粒干物质累积量均显著高于不覆膜处理,说明在黄土高原旱作地区,地膜覆盖通过显著提高玉米干物质累积量,促进同化物向籽粒转移而增加籽粒产量。一般农户模式茎杆干物质累积量在生殖生长阶段会发生明显转移,但高产栽培模式由于后期叶片等营养器官较强的同化能力,其净转移量及贡献率相对较低,而一般农户模式,特别在不覆膜条件下,因后期营养器官同化能力较低,而转移量及贡献率较高。2.在玉米生育后期高产模式处理在叶片、茎杆中仍然大量累积同化产物,说明高产模式处理叶片在玉米生育后期仍可进行光合作用累积同化物,叶片和茎杆仍可作为储存器官累积干物质,这与高产模式玉米在生育后期仍然具有较强同化能力有关。不同栽培处理春玉米籽粒产量显著不同,表现为:高产模式>农户模式;在高产模式,后期揭膜在一定程度上能够增加籽粒产量,主要原因在于后期揭膜可防止玉米生育后期根系早衰,延长玉米生殖生长时间,促进同化物向籽粒累积和转移而提高产量。3.地膜覆盖通过提高生物量、籽粒产量及减少土壤水分蒸发损失,可显著提高玉米籽粒和总生物量水分利用率。高产模式各处理水分利用效率均高于农户模式,说明在黄土高原旱作地区通过优化管理,提高产量,完全可进一步提高水分利用效率,同时实现高产及水分高效。后期揭膜处理虽然增加了土壤水分蒸发损失,水分利用效率呈现下降趋势,但在提高产量方面仍然具有积极作用。4.覆膜处理春玉米地上部及籽粒氮素累积量显著高于秸秆覆盖和雨养栽培,与产量高低具有一致性。地膜覆盖能显著增加春玉米氮素利用率、氮素收获指数和氮肥偏生产力,促进玉米吸收氮素向产量或干物质的转化。高产模式中,如果后期揭膜,氮素利用效率和氮肥偏生产力最高。生育后期揭膜在促进后期光合同化的同时,也促进了玉米对氮素的吸收;高产模式氮素收获指数均高于农户模式,说明高产模式更有利于氮素向籽粒转移。5. Hybrid-Maize模型在黄土高原旱作玉米上有很好的应用前景,其模拟结果总体上与实际观测值比较接近。在覆膜栽培条件下,输入玉米实际生育期这一参数、在不改变其他参数的情况下,Hybrid-Maize模型仍然能够很好的模拟地膜覆盖及后期揭膜条件的玉米生长发育过程及产量,并且拟合结果较好。6.从提高产量和水分、氮素利用效率角度综合考虑,根据本实验结果,采用全膜双垄沟、选用紧凑型品种、增加密度、生育后期揭膜及增加后期氮肥追施比例是黄土高原南部旱地春玉米高产高效的较优栽培模式,该结论得到了Hybrid-Maize模型模拟结果的支持。与一般栽培模式相比,该模式的优点在于不仅灌浆期仍然保持了较高的光合同化能力,而且能够保持较长的灌浆持续期。