中國玉米栽培研究進展與展望

李少昆，趙久然，董樹亭，趙明，李潮海，崔彥宏，劉永紅，高聚林，薛吉全，王立春，王璞0，陸衛平，王俊河，楊祁峰，王子明

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中國玉米栽培研究進展與展望

李少昆1，趙久然2，董樹亭3，趙明1，李潮海4，崔彥宏5，劉永紅6，高聚林7，薛吉全8，王立春9，王璞10，陸衛平11，王俊河12，楊祁峰13，王子明14

（1中國農業科學院作物科學研究所，北京100081；2北京市農林科學院，北京100097；3山東農業大學，山東泰安271018；4河南農業大學，鄭州450002；5河北農業大學，河北保定071001；6四川省農業科學院，成都 610066；7內蒙古農業大學，呼和浩特010010；8西北農林科技大學， 陜西楊凌712100；9吉林省農業科學院，長春130124；10中國農業大學，北京 100094；11揚州大學，江蘇揚州225009；12黑龍江省農業科學院，黑龍江齊齊哈爾407022；13甘肅省農牧廳，蘭州730000；14廣東省農業技術推廣總站，廣州510030）

玉米是全球也是中國第一大作物，在保障國家糧食安全中占有重要地位。當前，面對經濟社會的快速發展和人增地減、資源緊缺、生態環境惡化等一系列突出問題，玉米栽培學科正面臨著嚴峻挑戰和新的歷史發展機遇，在此重要歷史關頭，回顧中國玉米栽培研究歷程和科技進展，探索未來發展方向具有重要的意義。分析表明，經過60年不懈努力，玉米栽培研究的目標已由產量為主向高產、優質、高效、生態、安全等多目標協同發展，研究內容不斷拓寬與深入，形成了具有顯著中國特色的玉米栽培科學與技術體系。進入21世紀以來，玉米栽培研究進入黃金發展期，在栽培理論、關鍵技術創新與應用方面取得一系列重要突破，在保障國家糧食安全中發揮了重要的作用。圍繞未來玉米生產對科技的需求，依據現代科技的發展趨勢，筆者認為高產、優質、高效、生態、安全仍將是未來玉米栽培研究的主要目標，并提出今后20年重點研究的方向與任務：一是繼續探索不同生態區玉米產量潛力及突破技術途徑，努力提高單產水平；二是轉變生產方式，圍繞籽粒生產效率，以提高資源利用效率和勞動生產效率為目標，降低生產成本，提高商品質量，增強玉米市場競爭力；適度發展青貯玉米和鮮食玉米等，促進玉米生產向多元化方向發展；三是應對全球氣候變化，開展抗逆、減災、穩產理論和技術研究，實施保護性耕作，實現玉米可持續生產；四是依托現代信息技術，開展智能化栽培技術研究，實現玉米精準生產與管理；五是強化栽培學科基礎研究，玉米設計栽培，夯實玉米科技研究和生產發展基礎。

玉米；栽培；科學和技術；歷史回顧；發展戰略

1958年由北京農業大學李競雄先生牽頭出版了中國第一本《作物栽培學》，其中，對玉米發展地位、生長發育規律、主要栽培技術等內容進行了系統論述，標志著玉米栽培學科的建立[1]。1981年，由西北農學院承辦，在陜西楊凌組織召開了第一屆北方玉米栽培學術討論會，全國玉米栽培學組正式成立[2]。60年來玉米栽培研究立足中國生產實際，面向生產一線深入開展玉米栽培理論和技術研究，取得了一大批理論和應用成果，在推動中國玉米生產發展方面發揮了重大作用，為解決中國糧食安全和農產品供應問題做出重要貢獻。玉米栽培學科也從無到有，從小到大，發展成為一門獨立的學科。就玉米栽培理論創新和技術水平而言，中國已進入世界先進行列。當前，中國玉米生產正由傳統生產向現代化方式轉變，在此重要歷史關頭，回顧總結中國玉米栽培研究60年走過的歷程和取得的成就，探索未來學科發展戰略具有重要意義。

1 玉米栽培學科60年發展回顧

新中國成立之初，從學習、總結和推廣農民豐產栽培經驗入手，開始了作物高產栽培技術與理論的研究，提出了“作物-環境-措施”三位一體的高產栽培研究方法，走出了一條既有效推動當前生產，又加速栽培理論體系形成的成功之路[3]。在各個歷史階段，密切關注生產，圍繞生產目標和關鍵理論與技術問題開展研究，在栽培理論與方法研究、關鍵技術創新、技術集成組裝與推廣應用等方面取得一系列重要進展（表1）。

20世紀60年代，隨著人口快速增長，可開墾土地越來越少，提高單位面積產量被進一步確立為玉米栽培研究的核心任務。在玉米生物學基礎研究方面，初步查明了春、夏玉米的生長發育規律和根、莖、葉、穗、籽粒形成過程，確定了雌雄穗分化時期，明確了高產田的產量結構及對養分、水分的需要與利用規律，為采取促進和控制技術獲得高產提供了依據。圍繞“八字憲法”加強農田基本條件建設，改造提升傳統玉米生產技術，主要推廣了雜交種普及、合理密植、平整土地、培肥地力、增施化肥、增加灌溉設施、病蟲防治和精耕細作等高產栽培技術。通過群體動態結構及其與密度、水肥關系的研究，提出了“作物群體概念”，確立了人工調節以自動調節為基礎的思想與合理密植原則[4]，建立的群體合理動態指標用于指導各地生產。

20世紀70年代，圍繞產量提高，從器官建成、結構與功能的關系入手，發現玉米器官間存在比較穩定的同伸關系，提出了以葉齡為指標進行肥、水促控管理的葉齡模式栽培理論和技術[5-7]，為產量調控的定量化、模式化和指標化奠定了基礎。而玉米葉片分工分組[8]和玉米生育三個階段的劃分，明確了各階段的生育特點、生長中心、田間管理的中心任務和主要技術措施，提高了玉米栽培管理的水平。玉米養分吸收和利用規律的研究為施肥技術發展奠定了基礎[9-10]；間套、復種玉米的研究推動了耕作栽培制度改革和復種指數的提高。

表1 玉米栽培發展歷程回顧

20世紀80年代，在玉米光合性能、源庫關系，器官解剖結構與功能關系等方面開展了深入研究，明確了玉米葉片光合性能指標等主要生理過程的動態變化特征及其與外界因素的關系[11-12]，揭示了不同葉位葉片葉肉細胞形態、氣孔器分布、維管束數目、葉綠素超微結構等與光合速率的關系[13]以及莖稈結構與抗倒特性的關系[14]。通過對籽粒胚乳細胞發育過程研究，明確了胚乳細胞數目是決定籽?！皫烊萘俊钡闹饕蛩?，提出了籽粒形成期是決定“粒重潛勢”關鍵時期的觀點[15]。玉米生態類型區劃分和種植區劃分為玉米生產趨利避害、合理布局和分類指導與管理提供了依據。系統科學的引入、多學科相滲透，把環境因素、作物、各項栽培措施及其效應整體考慮，完善了玉米栽培體系，玉米栽培也由單項技術向綜合技術發展，規范化、模式化栽培得到推廣應用。玉米逆境生理及提高抗性調控技術的研究，拓展了玉米栽培研究領域，為中低產田改造、抗逆減災栽培和玉米穩產提供了支撐[16]。此外，地膜覆蓋栽培、育苗移栽技術和化學控制技術得到廣泛研究和應用。

進入20世紀90年代，玉米生產的目標和栽培學主要任務有了較大的變化，主要體現在穩步提高產量的同時，還要求品質、效益、資源節約和環境友好等目標的協調統一?；趯Ξa量構成、光合性能、源庫關系三大理論內在聯系的分析，趙明等[17-18]提出了作物產量綜合分析的源庫性能模式，即“三合結構”模式，為系統研究和分析產量形成提供了方法。黃淮海小麥玉米兩茬“噸糧田”技術開啟了光熱水肥資源配置與周年高效利用研究[19]。20世紀80年代至90年代，在全國玉米栽培學組的積極倡導下，由北京市農林科學院主持成立全國緊湊型玉米協作組，系統研究緊湊型玉米株型、物質生產和源庫特征，建立不同生態區緊湊型玉米高產配套技術，肯定了緊湊型玉米密植增產的作用，促進了緊湊型玉米的大面積應用，推動了全國玉米生產的大發展。圍繞緊湊型玉米增產機理和群體光合研究，明確了緊湊型玉米增產融合了雜種優勢和群體光能利用兩方面的因素[20-21]，提出提高和保持花后群體光合速率、延長高值持續期是玉米增加粒重、挖掘產量的重要途徑[22-24]，構建了以直播晚收為核心的夏玉米增產技術?；谠?、庫、流特點及調控效應研究，將玉米劃分為源限制、庫限制和源庫限制3種類型[25-26]，并且明確了降低消光系數、增加有效花數是提高庫源潛力的有效途徑[27]。群體質量調控理論則明確了玉米群體質量的本質特征及其與高產栽培的關系，促進了玉米栽培由數量栽培向質量栽培轉變[28]。隨著計算機、人工智能和“3S”技術（遙感監測技術、全球定位技術、地理信息系統）的迅速發展，玉米栽培研究充分利用這些現代信息技術成果，開展了生長模擬模型、栽培決策系統研究[29]，開拓了玉米栽培學研究的新領域。此外，90年代末，全國農技推廣中心開始組織鮮食玉米品種區試和審定，各地研究建立高產高效配套栽培技術，使鮮食玉米得到跨越式發展。

進入21世紀，隨著社會經濟的快速發展，勞動力的相對稀缺程度開始上升，機會成本不斷升高。同時，畜牧業、加工業的快速發展對玉米需求的拉動，玉米種植面積迅速擴大，高產、高效和技術簡化成為這一時期玉米栽培研究的主要目標。鄭單958、先玉335等耐密植雜交種的選育成功和玉米“一增四改”技術的推廣應用，對改變長期以來的稀植、高稈、大穗種植習慣起到了重要的推動作用。夏玉米貼茬免耕直播與“雙晚技術”、滴灌與水肥一體化技術實現了資源高效利用。農機農藝融合，機械收獲、單粒精量點播技術及種衣劑、除草劑的推廣，玉米生產全程機械化程度得到快速提高。在西北半干旱區，全膜覆蓋雙壟溝播種植技術通過“截住天上水、蓄住地中墑”，實現了自然降水的高效利用[30]。在西南季節性干旱區，膜側集雨節水栽培技術通過“集中施肥，水肥耦合，膜側移栽”，實現了雨養旱作高產高效[31]。對玉米籽粒與莖葉主要營養成分變化規律及其影響因素的研究，明確了氮、磷、鉀肥和主要微量元素配合施用在改善玉米品質方面的效果，無公害生產技術體系集成與應用保障了玉米健康發展[32-33]。在全國農業科技入戶示范工程、高產創建、糧食豐產科技工程等項目支持下，玉米栽培專家深入產區，研究各地玉米產量潛力及高產突破途徑，指導創建了一批畝產1 000 kg的高產樣板田，高產紀錄被不斷刷新，帶動了全國玉米大面積產量的提高[34]?；趯Ξa量目標水平不同，產量提升限制因素及相應技術需求不同的認識，構建了作物產量層次差模型[35]，明確了高產突破的策略，設計畝產1 500 kg產量目標的栽培技術路線并取得成功[36]；萬畝高產田畝產突破1 200 kg，并實現高產高效協同，引領了全國現代玉米生產技術的發展。

總結中國玉米栽培研究進程，大致可劃分為三個階段：第一階段（20世紀50—70年代）：以產量為目標，主要通過篩選和推廣良種，以精耕細作、合理密植、科學施肥、耕作制度的改革和農田條件改善為主要手段來提高產量，這一時期的栽培技術主要是針對單項生產因素的改善；第二階段（20世紀80—90年代）：在充分研究器官建成、生長發育規律的基礎上，以建立高光效群體為目標，通過技術集成和模式化栽培進一步提高產量；第三階段（進入21世紀）：高產與高效相結合，以耐密、抗逆品種和機械化作業為載體，實行玉米高產高效栽培。經過60年的不懈努力，玉米栽培也已從經驗指導為主轉向以科學指導為主，以定性研究為主轉向定性與定量研究相結合，由產量單一目標向高產、優質、高效、生態、安全多目標發展，形成了具有顯著中國特色的玉米栽培科學理論和技術體系。

2 近年玉米栽培學科取得的重要進展

進入新世紀以來，玉米栽培研究進入黃金期，在栽培理論、技術與應用方面取得一系列重要突破，在保障國家糧食“十二連增”中發揮了重要作用。2015年玉米種植面積達到5.72億畝（0.38億公頃），總產達到2.24億噸，面積和總產均列農作物第一位，玉米成為中國第一大作物。

2.1 玉米高產理論與技術研究取得重要突破，高產紀錄不斷刷新

通過高產潛力探索，對產量形成認識不斷深入，玉米產量紀錄不斷突破。2006年農業部玉米專家指導組和全國玉米栽培學組正式組織開展全國玉米高產創建活動，制定了統一的測產方案，派出專家到現場嚴格測產驗收[34]。各地栽培專家針對區域生態特點，深入開展高產探索，陸續創造出一批高產紀錄（表2），大幅度提升了中國玉米現實產量潛力。其中，2013年在新疆奇臺總場創造了1 511.74 kg/667m2的全國玉米高產紀錄，單季畝產突破“三千斤”；同年，黑龍江建三江管局勝利農場（位于北緯47°，年有效積溫 2 400℃）創造了1 248.4 kg/667m2的早熟區玉米高產紀錄；2014年，山東萊州登海種業創造了1 335.8 kg/667m2的夏玉米高產紀錄[36]。

在高產機制研究方面，全國玉米栽培學組總結了2006至2010年創造的159塊小面積超高產田（≥1 000 kg/667m2）的高產規律[37]。山東農業大學在系統分析中國玉米品種更替過程中產量及生理特性演進規律，明確生態因素（光、溫、水）對玉米生長發育和產量形成影響基礎上，構建了以“提高根系活力、延緩根系衰老、平衡氮磷硫營養和延長花后群體光合高值持續期”為核心的玉米高產栽培理論，指導各地通過加強中后期管理，延緩后期葉面積衰亡速率，適期晚收，實現玉米高產[23]。西北農林科技大學指出玉米挖潛重點在于增強“三度”（密度、整齊度和成熟度）[38]。河北農業大學的研究表明，提高吐絲小花花絲活力以及保證與花粉的同步性是提高果穗結實力關鍵[39]。內蒙古農業大學發現高產玉米地上地下“雙提高、雙緊湊”特征及其與耕層障礙的矛盾，提出耕層改良是密植增產與資源高效利用的重要途徑[40-41]。中國農業科學院作物栽培與生理團隊以產量構成、光合性能、源庫理論內在聯系為基礎，提出了產量性能定量表達關系，確定了主要栽培技術措施對產量性能各參數的調節效應，構建了玉米耕層冠層協同優化理論[42]。圍繞密植增產，初步探明了產量潛力突破最佳群體與區域光輻射量資源的定量匹配關系（=0.0854-17.293，= 0.450，為種植密度，plant/hm2；為累計光輻射量，MJ·m-2），明確了密植高產群體質量指標與控制倒伏、提高整齊度的調控途徑，提出了“增密增穗、水肥促控與化控兩條線、培育高質量抗倒群體和增加花后群體物質生產量與高效分配”的玉米高產突破途徑與關鍵技術[43]。此外，針對超高產田總結形成的模式難于大面積推廣問題，分析建立了作物產量層次差模型，提出了“產量目標不同，制約因素不同，技術對策應不同”的理念以及設置合理產量目標的技術路線，對指導各地高產創建和大面積均衡增產發揮了重要的作用[35]。

表2 近10年各地創造的玉米高產紀錄田塊

隨著高產研究不斷深入，玉米高產點、覆蓋面不斷增加，高產重演性得到極大提高。2006—2007年，全國玉米科技入戶示范縣陜西澄城連續兩年在同一地塊創造了1 250 kg/667m2以上的全國旱地春玉米高產紀錄；2012—2014年，西北農林科技大學薛吉全教授團隊利用自育的陜單609玉米品種，在陜西定邊5畝高產示范田連續3年實現了同一地塊超過1 400 kg/667m2（1 402.2、1 409.2、1 420.0 kg/667m2）的高產典型；2007—2009年，內蒙古農業大學高聚林教授團隊在內蒙古高產創建中有57個點次實測實現了畝產超噸。2009—2013年，四川省農業科學院劉永紅研究員團隊利用登海605，在宣漢縣峰城鎮連續5年同一地塊畝產超過噸糧（1 063.2、1 015.9、1 053.7、1 087.4、1 127.0 kg/667m2）。自2009年以來，中國農業科學院作物栽培與生理團隊在全國724個高產試驗點次（年份×地點）中，有558個點次產量達到1 000 kg/667m2，占比為78.1%；其中有200個點次超過了1 200 kg/667m2，占比27.6%，高產重現性得到極大提高（圖1）。

圖1 玉米高產田產量分布結果（2009—2015，n=724）

2.2 玉米資源高效利用與抗逆減災栽培研究不斷深入，栽培研究領域不斷拓寬

在資源高效利用方面，山東農業大學、河北農業大學、河南農業大學在黃淮海小麥-玉米周年光熱資源優化利用研究基礎上創新了“兩晚技術”并廣泛應用于生產。全膜雙壟溝播技術是甘肅省農技部門經過多年研究、推廣的一項新型抗旱耕作技術，該技術集覆蓋抑蒸、壟溝集雨、壟溝種植為一體，實現了保墑蓄墑、就地入滲、雨水富集疊加、保水保肥、增加地表溫度，提高肥水利用率的效果，在北方旱作區得到大面積推廣[43]。滴灌技術不僅節水、而且可以提高肥料利用效率和產量水平，使玉米生長的可控性得到極大提高。中國農業科學院作物栽培與生理團隊通過在全國玉米主產區組織長期聯合生態試驗，初步揭示了玉米生育進程、產量形成與區域氣候資源動態的協調機制，為區域玉米高產與資源高效利用提供了理論支撐[44]。中國農業大學聯合中國農業科學院、中國科學院等全國18家單位協同創新，合作完成的“以更低的環境代價獲得更高的作物產量”一文在Nature上發表[45]。

良好的土壤耕層是實現玉米資源高效和抗逆穩產的重要保障。針對生產中長期采用土壤淺層旋耕和連續多次作業帶來的耕層變淺、犁底層堅實、耕層土量顯著減少等突出問題，2008年國家玉米產業技術體系栽培與土肥功能研究室組織對全國151個縣916個田塊的調查表明，中國玉米田土壤平均耕層厚度僅有16.5 cm；平均容重為1.39 g·cm-3，犁底層容重1.52 g·cm-3，均超過了玉米根系生長發育的適宜容重范圍（1.1—1.3 g·cm-3）。對此，栽培專家組織開展了全國性的土壤深松改土研究與示范應用。其中，河南農業大學圍繞改善深層土壤結構，研究形成了以深松改土為核心的夏玉米調土強根栽培技術[46]；中國農業科學院作物栽培與生理團隊明確了深松有助于提高密植玉米產量[47]，提出了利用耕層基礎產量與目標產量差值確定最適密度及冠層定量指標的方法，建立了區域根冠協調栽培技術體系，并發明了立式條帶深旋精播一體化播種機[42]。內蒙古農業大學明確了深松30 cm以上具有改土強根及增產增效效應[48-49]。吉林省農業科學院的研究表明，深松可以降低土壤容重，調節土壤三相比，增加土壤納雨保墑能力，保障冠層的容納量和生產能力，并構建了“苗帶緊、行間松”的耕層結構，上述這些研究為全國深松技術推廣提供了理論支撐[50]。

近年，隨全球氣候變暖、極端天氣增多，嚴重威脅生產的穩定和發展，玉米抗逆減災栽培成為這一時期研究熱點。中國農業大學、山東農業大學、河南農業大學、北京市農林科學院等多家單位圍繞不同時期陰雨寡照、干旱、高溫、冷害等災害天氣對玉米生產的影響開展了研究，初步明確了不同區域、不同時期、不同程度災害的發生特點及其對玉米生長發育和產量的影響，提出了對應的技術措施與預案[51-54]。河南農業大學的研究還表明，通過抗性互補、育性互補、當代雜種優勢構建不同基因型玉米間混作復合群體，可以顯著提高玉米群體的抗逆性和穩產性，提出了構建生態位互補復合抗逆群體的原則與關鍵技術[55]。針對季節性干旱、地力不足導致的抗逆性差這一突出問題，在西南山區，四川省農業科學院研究提出了保墑與納雨、促根與養根相結合的膜側覆蓋、抗旱保水劑等新技術，以及適雨種植、抗旱節水品種、關鍵期補灌與水肥耦合等配套技術[56]。在北方旱作區，西北農林科技大學構建了以“調整播期、等雨播種、中熟品種、增密種植、膜側栽培、蓄水保墑、分次施肥、防衰增（粒）重”為核心的西北旱作雨養區玉米高產栽培技術體系[56]。中國農業科學院作物栽培與生理團隊在春播玉米區采用窄行深松、寬行粉碎秸稈半量覆蓋，打破犁底層并改善土壤表層水溫條件，提高了水分利用效率[57-59]。山西農業大學提出了通過工程與生物措施“截住天然水”，采取各種抗旱覆蓋保墑技術“蓄住地中水”和以肥調水等措施“用好土壤水”的應對策略[60]，發展了地膜覆蓋及秸稈覆蓋技術。內蒙古西部地區推廣玉米寬幅膜密植高產栽培技術，為干旱半干旱地區玉米節水增產增效提供了有效的技術途徑[61]。北京市在京郊全面實施推廣了《玉米雨養旱作節水科技示范推廣工程》，以提高自然降水利用效率為核心，集成抗旱品種、蓄水保墑耕作、搶墑與等雨播種、水肥耦合以肥調水、保水劑與種衣劑復合施用等技術，實現了不需灌溉完全利用自然降水進行玉米生產的目標[62]。

2.3 創新了一批栽培關鍵技術，構筑起中國玉米生產的主體技術

玉米生產機械化技術是近年栽培研究的重點。立足于農機農藝融合，通過選用高產、優質、抗逆、適應機械化生產的新品種，在機械單粒精量點播、機械施肥、深松改土、秸稈覆蓋免耕、病蟲草害機械防治、機械收獲與烘干、秸稈綜合利用機械化等關鍵技術方面取得突破，制定了適合機械作業的種植標準，形成不同區域全程機械化生產技術規范，推動玉米生產邁上新臺階，近5年全國玉米機械收獲以每年5個百分點以上的速度快速上升，2015年達到63%。圍繞玉米機械籽粒收獲，中國農業科學院作物栽培與生理團隊與各地相關單位協作，自2010年起在全國組織聯合試驗示范，至2016年已經獲得2 450組田間機械籽粒收獲質量樣本，系統研究了玉米籽粒脫水特征，影響籽粒收獲質量的因素，開展適合籽粒收獲品種的篩選，制定了“玉米籽粒直收田間測產驗收方法和標準”和不同區域玉米籽粒收獲生產技術規程，引領了全國玉米籽粒收獲技術的發展。

在高產高效生產關鍵技術方面，創新推廣了滴灌節水和水肥一體化、測土配方施肥、地力培肥與土壤改良、保護性耕作等關鍵技術。針對中國生態類型差異大，各地專家還創新了一批區域性關鍵技術，如黃淮海夏玉米“一增四改”、免耕直播晚收高產栽培技術、種肥播種同步技術和抗逆防倒防衰減災技術；東北春玉米區的大壟雙行栽培技術、密植早熟增產技術；北方旱作區的全膜雙壟溝播技術、旱地玉米抗旱精播壯苗豐產技術；西南玉米區的簡化高效育苗移栽技術、膜側集雨節水技術、丘陵區雨養旱作高產技術和壟播溝覆保墑培肥技術；南方甜、糯玉米優質高產技術規程等（表3）。

2.4 集成創新栽培關鍵技術，提升玉米大面積生產整體水平

針對玉米生產問題，各地栽培專家積極創新關鍵技術，集成適合不同區域的玉米高產高效栽培技術體系，通過建立核心區、示范區和輻射區，實現了技術成果規?；茝V應用。中國農業科學院作物栽培與生理團隊構建了以密植增穗增產、高質量群體構建、全程機械化作業、全成本核算，實現高產高效協同提高的玉米密植高產全程機械化技術體系，在西北新疆伊犁71團2012年創造萬畝（10 500畝）1 113.4 kg/667m2的全國玉米大面積高產紀錄，2014年再創1 227.6 kg/667m2新紀錄，不僅使中國玉米大面積單產邁上1 200 kg/667m2的新臺階，且畝凈利潤突破1 600元 （1 607.88元），實現了高產高效的協同提高?！坝衩酌苤哺弋a全程機械化生產技術”于2013至2016年連續4年被農業部遴選為全國玉米主推技術，初步構建了現代玉米生產技術體系（表4）。

在東北春玉米區，吉林省農業科學院研究創建了以“調土、調密、調肥”為目標的玉米“調土壯根-調行降株增密-調肥增效-化控防倒-調源擴庫增粒重”群體質量定向調控技術體系，多次刷新雨養條件下春玉米高產紀錄。內蒙古農業大學以“兩改一增二?！睘楹诵?，在改種耐密抗逆品種、深松改土的基礎上增加種植密度，通過密植群體病蟲草害綜合防控和機械化田間管理保障安全高效生產，并結合氮素因品種分期調控、調虧節水和適時收獲，2009年在20個點15個品種實現了畝產超噸，最高產量達1 342.8 kg/667m2，且萬畝高產示范方平均產量達1 002.1 kg/667m2。

在黃淮海夏玉米區，河南農業大學以高質量群體構建為核心，以資源優化配置、生態環境與品種特性協調、肥水高效運籌為基礎，集成了“秸稈還田+有機肥+氮肥后移和磷肥下移”土壤持續培肥技術、免耕機械化精量播種技術、專用緩控釋肥應用、早播晚收技術、病蟲草害綜合防治技術等配套的豐產高效栽培模式與技術體系[46]，在鶴壁市連續創造夏玉米大面積高產紀錄，其中，百畝超高產攻關田平均產量達到973.8 kg/667m2、萬畝核心示范區平均產量884 kg/667m2。

在西南玉米區，四川省農業科學院著力解決丘陵山地玉米增密栽培、產量突破、資源挖掘等關鍵問題，提出了丘陵山地玉米“調葉源、壯莖稈、增粒數（庫）、穩粒重”的增密高產綜合調控理論；構建了適合丘陵山地玉米的改稀植大穗晚熟品種為耐密中大穗中熟品種、改寬行縮株增密栽培為縮行增密栽培、改露地挖穴點播為地膜覆蓋抗逆播栽、改化肥粗放施用為水肥耦合精量深施、改早收為適時晚收的“五改”增密高產關鍵技術，集成了“西南丘陵山地玉米高產創建技術體系”[56]，連續5年創西南及南方玉米高產紀錄，在四川宣漢縣萬畝示范片，2009年平均產量達800.35 kg/667m2，創南方玉米大面積高產新紀錄；2012年全縣28.1萬畝玉米平均產量達到628.3 kg/667m2。

2.5 重視玉米栽培學科基礎研究，探索栽培技術推廣新模式

近年，玉米栽培研究更加重視學科基礎工作，開展了籽粒灌漿與脫水、玉米物候期觀測等聯合定位觀測，探討了主要自然災害在不同時期對玉米生長發育和產量的影響，拍攝了玉米生長發育系列標準圖譜，構建了玉米栽培基礎數據庫。在加速栽培技術的推廣方面，玉米重大品種和生產技術擴散規律的研究，對加速玉米新品種和生產技術的擴散傳播，提高技術的到位率發揮了重要的作用[63]。針對技術推廣“人散、線斷、網破”現狀，通過農業科技入戶示范工程，構建了科技進村入戶的工作機制，有效解決了技術推廣“最后一公里”的問題。根據不同區域玉米生產特點，中國農業科學院作物栽培與生理團隊聯合國內500余位一線專家和技術人員創作了“玉米田間種植手冊和掛圖”系列科普圖書，該套作品以現代玉米生產新理念、新技術為核心內容，以生產流程為軸線、生產問題為切入點、典型圖片再現生產情景的表現形式編寫。至2014年，手冊重印21次，合計出版91萬冊；掛圖重印16次，合計出版165.4萬張，并以英文、維吾爾文、哈薩克文和蒙文等多種文字出版，普及推廣現代玉米生產技術和知識，該套作品于2015年獲得了國家科技進步二等獎。此外，充分利用現代信息和通訊技術發展成果，研發的基于智能手機的“玉米病蟲草害診斷專家系統”投放市場，在玉米生產技術推廣服務的數字化方面做出了有益探索。

表3 2005—2016年全國玉米主推技術

表4 近十年經農業部專家組驗收的代表性玉米大面積高產田

3 未來作物生產科技需求與玉米栽培學科發展戰略

當前，面對經濟社會的快速發展和人增地減、資源緊缺、生態環境惡化、市場競爭激烈等一系列突出問題，要求農業生產技術必須做出相應的改革與發展，玉米栽培正面臨著新的歷史發展機遇和嚴峻挑戰。未來隨著生活水平的提高和玉米用途不斷擴展，對玉米的需求將不斷增加；人均耕地資源將更為稀缺，耕地資源機會成本越來越高；資源與環境問題日益突出；農業勞動力不足，勞動力機會成本將不斷升高，這些生產要素變化將成為誘導未來玉米栽培創新的重要內在動因。此外，農產品需求將從數量型向質量型轉化，對產品質量和安全要求將越來越高，以及全球氣候變化都將會對玉米生產產生顯著影響，而現代信息、生物、新材料、新能源、先進制造等技術發展又為玉米栽培學科發展提供了新的機遇。

高產、優質、高效、生態、安全仍然是未來中長期中國玉米栽培學研究的主要目標。依靠技術進步持續提高單產，保障全球糧食安全，轉變生產發展方式，降低成本，提升玉米產品的國際競爭力，是未來中國玉米生產技術研發的基本方向。隨著家庭農場、合作社等經營方式的轉變與土地流轉，規?；⒓s化、機械化和優質化生產必將成為中國未來玉米生產主流方式。與之相配套的高產高效協同栽培、機械化生產、資源高效利用、抗逆減災栽培、精準栽培與管理等技術需求將更加突顯，應該得到高度重視，提前做好技術儲備（表5）。

3.1 探索玉米產量潛力突破途徑，創新高產技術，持續提高單產水平

產量潛力大、用途廣的特點決定了玉米在未來糧食生產中的地位將更加突出。揭示玉米高產規律和潛力突破途徑，創新高產技術，努力提高單產水平將是玉米栽培學科長期的主要任務與方向。產量的提高主要從提高產量潛力和縮小產量潛力與現實產量差距兩個方面入手。今后，需要重點研究不同區域、生態條件和生產水平下玉米產量潛力實現的制約因素，建立玉米科研與技術優先序；研究玉米生長發育、產量形成與區域光溫水資源的定量匹配關系，優化玉米種植區域布局；研究實現優良品種高產、優質、適應性等基因性狀充分表達的精確調控技術，充分挖掘良種遺傳潛力；揭示基因的生理功能，并闡明農藝性狀形成過程相關基因的聯系與互作關系，通過生物技術手段提高玉米產量潛力；研究產品器官形成和退化有效調控的生理機制、高產群體結構特征及高質量群體調控理論，為探明高產技術途徑提供支撐；研究穩定實現玉米高產穩產的根系形態與生理過程、土壤條件、根土的互作機理，實現進一步的定向調控；研究玉米高產的資源環境代價、替代技術與政策，實現環境保護與可持續高產；針對區域生態特點，建立適應不同區域的玉米栽培技術模式。

3.2 轉變生產方式，以提高籽粒生產效率、促進多元化發展為目標，提升玉米市場的國際競爭力

針對玉米生產效率低、成本高、競爭力弱等突出問題，應盡快轉變玉米生產發展方式，將玉米生產目標由“單產”轉變為“籽粒生產效率”，將產量提高與降低生產成本、提高勞動生產率和資源利用效率并重。通過多學科融合，闡明玉米優質高產高效協同的生物學機制和栽培調控途徑，研發資源節約型玉米生產新技術、新產品，實現“一控兩減”（節水、減肥、減藥），實現玉米的高產高效協同與可持續增產。以機械籽粒收獲為突破，開展玉米全程機械化生產技術研究，建立適應現代玉米生產規?；N植的栽培技術體系，推動玉米機械化向更大規模、更高水平發展。同時，根據市場發展需要，加大青貯玉米和鮮食玉米等發展力度，促進玉米生產向多元化方向發展；在光熱資源不足的地區，促進玉米生產由粒用向“整秸青貯玉米”方向的轉變，實現農牧結合與協同發展，提升玉米生產的競爭力。

3.3 應對全球氣候變化，開展抗逆減災穩產理論和技術研究，實現玉米可持續生產

隨著全球氣候變暖、極端性氣候現象發生頻繁，已嚴重影響玉米生產布局、生長發育及穩產性。今后，需重點研究全球氣候變暖對玉米生產的影響，災害發生規律和玉米避減災種植模式與技術，制定切實可行的防災減災技術預案。針對干旱這一玉米生產首要自然制約因素，重點創新節水灌溉制度與技術，建立雨養、水源不足地區雨水截留保蓄與高效利用的耕作方法與栽培技術。針對水土侵蝕嚴重、耕地質量下降等日益突出的農田生態環境問題，實施作物-土壤綜合管理，重點研究玉米種養結合的地力培肥途徑與技術，建立玉米田土壤結構改良與地力培肥的新機制和技術模式，實施保護性耕作與栽培，實現玉米的可持續生產。

3.4 依托現代信息技術，開展智能化栽培研究，實現玉米精準生產與管理

隨著現代網絡、通訊、空間、遙感、傳感、GPS、GIS和智能化關鍵技術的加速發展，對玉米生長發育規律、栽培措施效應的精確定量認識不斷深入，以及隨土地流轉政策的落實與玉米生產機械化程度的提高，精準智能化栽培將成為未來玉米生產發展的重要方向。今后需重點開展玉米生長環境信息自動化獲取與智能管理技術、玉米模擬模型與虛擬設計技術、玉米生產智能控制模組技術和生產管理的智能感知與大數據分析技術研究，將農田土壤健康指標、玉米農藝性狀生長數據與3S技術信息數據“無縫”對接，構建科學布局、精細整地、精量播種、精確施肥、精準噴藥和精量調水技術組裝集成的精準玉米生產技術體系，實現玉米定量栽培和精準管理，為家庭農場、合作社提供整體解決方案。

3.5 強化栽培學科基礎研究，開展跨區域多點聯合定位試驗，夯實玉米科技研究和生產發展基礎

依據作物栽培系統中環境-作物-措施的關系，進一步研究玉米生長發育規律及其與氣候生態因素、栽培技術措施的定量關系，實現玉米定量設計栽培。通過建立覆蓋主要產區的觀測網，聯合開展玉米氣候資源與物候期、生長發育進程、籽粒灌漿、產量形成等各項指標長期定位觀測；系統研究干旱、高低溫、陰雨寡照、風災倒伏等非生物災害的發生規律及其對玉米生長、產量及品質的影響，構建玉米栽培基礎數據庫。在較大尺度條件下，研究玉米生長發育與產量形成對資源（光、溫、水、土等）的響應特征及利用情況，明確區域玉米生長發育、產量形成與資源的定量匹配關系，探索提高匹配度的協調機制和技術途徑。對關鍵栽培技術、技術途徑的效果進行長期定位觀測，并在較大范圍內開展效應評價，為技術精準推廣提供依據。充分利用現代信息技術的發展成果，構建基于智能終端、互聯網、大數據、情景感知的技術推廣系統平臺，加快玉米科技知識的普及。

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（責任編輯 楊鑫浩）

Advances and Prospects of Maize Cultivation in China

LI ShaoKun1, ZHAO JiuRan2, DONG ShuTing3, ZHAO Ming1, LI ChaoHai4, CUI YanHong5, LIU YongHong6, GAO JuLin7, XUE JiQuan8, WANG LiChun9, WANG Pu10, LU WeiPing11, WANG JunHe12, YANG QiFeng13, WANG ZiMing14

(1Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081;2Beijing Academy of Agricultural &Forestry Sciences, Beijing 100097;3Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, Shandong;4Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002;5Hebei Agricultural University, Baoding 071001, Hebei;6Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Chengdu 610066;7Inner Mongolia Agricultural University, Huhhot 010010;8Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi;9Jilin Academy of Agricultural Sciences, Changchun 130124;10China Agricultural University, Beijing 100094;11Yangzhou University, Yangzhou 225009, Jiangsu;12Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Qiqihaer 407022, Heilongjiang;13Agriculture and Animal Husbandry Department of Gansu Province, Lanzhou 730000;14Guangdong Agricultural Technology Extension Station, Guangzhou 510030)

Maize is the first major crop in China and in the world, it plays an important role in ensuring China’s food security. At present, in the face of the rapid development of economic society and a series of problems such as population growth and land reduction, resources shortage and ecological environment deterioration, maize cultivation science is facing new historic opportunities and challenges. In this crucial historical juncture, it is of great significance to review the scientific research and technical progress of maize cultivation in China and to explore the future development direction. Analysis shows that, the aim of maize cultivation research has been transformed from yield production to collaborative development of high yield, high quality, high efficiency, eco-friendly, security and other goals after 60 years of efforts. The research contents were gradually widened and further deepened with remarkable Chinese characteristics. Since entering into the 21th century, the research of maize cultivation has entered a golden development stage. In this stage, a series of breakthroughs in maize cultivation theory, key technology innovation and application have been achieved, which have taken a positive role in ensuring China’s food security. According to the demand of maize production for science and technology in the future and the development trend of modern science and technology, this article indicated that, in the future, high quality, high efficiency, eco-friendly, security will still be the main objectives of maize cultivation. In this article, the key directions and tasks of maize cultivation research in the next 20 years were put forward: (1) Continue to explore the potential of maize yield in different ecological areas and technologies that can realize these potentials, and make every effort to raise the level of yield per unit; (2) Transform the mode of production and take the improving efficiency of resource utilization and labor productivity as goals, reduce the production costs, improve product quality and the market competitiveness of maize; to develop silage and fresh maize so as to promote the diversified development of maize production; (3) In order to respond to the global climate change, carry out the theoretical and technological researches on yield stability and anti-disaster to realize the sustainable production of maize; (4) Based on modern information technology to carry out the researches of intelligent cultivation technology to achieve maize precise production and management; (5) Strengthen the basic researches of maize cultivation and tamp the researches on maize science and technology and the basement of maize production.

maize; cultivation; science and technology; historical review; development strategy

2016-12-22；

2017-03-20

國家“973”計劃（2015CB150401）、國家重點研發計劃（2016YFD0300101）、中國農業科學院農業科技創新工程

聯系方式：李少昆，Tel：010-82108891；E-mail：lishaokun@caas.cn