中国玉米栽培研究进展与展望

李少昆，赵久然，董树亭，赵明，李潮海，崔彦宏，刘永红，高聚林，薛吉全，王立春，王璞0，陆卫平，王俊河，杨祁峰，王子明



中国玉米栽培研究进展与展望

李少昆1，赵久然2，董树亭3，赵明1，李潮海4，崔彦宏5，刘永红6，高聚林7，薛吉全8，王立春9，王璞10，陆卫平11，王俊河12，杨祁峰13，王子明14

（1中国农业科学院作物科学研究所，北京100081；2北京市农林科学院，北京100097；3山东农业大学，山东泰安271018；4河南农业大学，郑州450002；5河北农业大学，河北保定071001；6四川省农业科学院，成都 610066；7内蒙古农业大学，呼和浩特010010；8西北农林科技大学， 陕西杨凌712100；9吉林省农业科学院，长春130124；10中国农业大学，北京 100094；11扬州大学，江苏扬州225009；12黑龙江省农业科学院，黑龙江齐齐哈尔407022；13甘肃省农牧厅，兰州730000；14广东省农业技术推广总站，广州510030）

玉米是全球也是中国第一大作物，在保障国家粮食安全中占有重要地位。当前，面对经济社会的快速发展和人增地减、资源紧缺、生态环境恶化等一系列突出问题，玉米栽培学科正面临着严峻挑战和新的历史发展机遇，在此重要历史关头，回顾中国玉米栽培研究历程和科技进展，探索未来发展方向具有重要的意义。分析表明，经过60年不懈努力，玉米栽培研究的目标已由产量为主向高产、优质、高效、生态、安全等多目标协同发展，研究内容不断拓宽与深入，形成了具有显著中国特色的玉米栽培科学与技术体系。进入21世纪以来，玉米栽培研究进入黄金发展期，在栽培理论、关键技术创新与应用方面取得一系列重要突破，在保障国家粮食安全中发挥了重要的作用。围绕未来玉米生产对科技的需求，依据现代科技的发展趋势，笔者认为高产、优质、高效、生态、安全仍将是未来玉米栽培研究的主要目标，并提出今后20年重点研究的方向与任务：一是继续探索不同生态区玉米产量潜力及突破技术途径，努力提高单产水平；二是转变生产方式，围绕籽粒生产效率，以提高资源利用效率和劳动生产效率为目标，降低生产成本，提高商品质量，增强玉米市场竞争力；适度发展青贮玉米和鲜食玉米等，促进玉米生产向多元化方向发展；三是应对全球气候变化，开展抗逆、减灾、稳产理论和技术研究，实施保护性耕作，实现玉米可持续生产；四是依托现代信息技术，开展智能化栽培技术研究，实现玉米精准生产与管理；五是强化栽培学科基础研究，玉米设计栽培，夯实玉米科技研究和生产发展基础。

玉米；栽培；科学和技术；历史回顾；发展战略

1958年由北京农业大学李竞雄先生牵头出版了中国第一本《作物栽培学》，其中，对玉米发展地位、生长发育规律、主要栽培技术等内容进行了系统论述，标志着玉米栽培学科的建立[1]。1981年，由西北农学院承办，在陕西杨凌组织召开了第一届北方玉米栽培学术讨论会，全国玉米栽培学组正式成立[2]。60年来玉米栽培研究立足中国生产实际，面向生产一线深入开展玉米栽培理论和技术研究，取得了一大批理论和应用成果，在推动中国玉米生产发展方面发挥了重大作用，为解决中国粮食安全和农产品供应问题做出重要贡献。玉米栽培学科也从无到有，从小到大，发展成为一门独立的学科。就玉米栽培理论创新和技术水平而言，中国已进入世界先进行列。当前，中国玉米生产正由传统生产向现代化方式转变，在此重要历史关头，回顾总结中国玉米栽培研究60年走过的历程和取得的成就，探索未来学科发展战略具有重要意义。

1 玉米栽培学科60年发展回顾

新中国成立之初，从学习、总结和推广农民丰产栽培经验入手，开始了作物高产栽培技术与理论的研究，提出了“作物-环境-措施”三位一体的高产栽培研究方法，走出了一条既有效推动当前生产，又加速栽培理论体系形成的成功之路[3]。在各个历史阶段，密切关注生产，围绕生产目标和关键理论与技术问题开展研究，在栽培理论与方法研究、关键技术创新、技术集成组装与推广应用等方面取得一系列重要进展（表1）。

20世纪60年代，随着人口快速增长，可开垦土地越来越少，提高单位面积产量被进一步确立为玉米栽培研究的核心任务。在玉米生物学基础研究方面，初步查明了春、夏玉米的生长发育规律和根、茎、叶、穗、籽粒形成过程，确定了雌雄穗分化时期，明确了高产田的产量结构及对养分、水分的需要与利用规律，为采取促进和控制技术获得高产提供了依据。围绕“八字宪法”加强农田基本条件建设，改造提升传统玉米生产技术，主要推广了杂交种普及、合理密植、平整土地、培肥地力、增施化肥、增加灌溉设施、病虫防治和精耕细作等高产栽培技术。通过群体动态结构及其与密度、水肥关系的研究，提出了“作物群体概念”，确立了人工调节以自动调节为基础的思想与合理密植原则[4]，建立的群体合理动态指标用于指导各地生产。

20世纪70年代，围绕产量提高，从器官建成、结构与功能的关系入手，发现玉米器官间存在比较稳定的同伸关系，提出了以叶龄为指标进行肥、水促控管理的叶龄模式栽培理论和技术[5-7]，为产量调控的定量化、模式化和指标化奠定了基础。而玉米叶片分工分组[8]和玉米生育三个阶段的划分，明确了各阶段的生育特点、生长中心、田间管理的中心任务和主要技术措施，提高了玉米栽培管理的水平。玉米养分吸收和利用规律的研究为施肥技术发展奠定了基础[9-10]；间套、复种玉米的研究推动了耕作栽培制度改革和复种指数的提高。

表1 玉米栽培发展历程回顾

20世纪80年代，在玉米光合性能、源库关系，器官解剖结构与功能关系等方面开展了深入研究，明确了玉米叶片光合性能指标等主要生理过程的动态变化特征及其与外界因素的关系[11-12]，揭示了不同叶位叶片叶肉细胞形态、气孔器分布、维管束数目、叶绿素超微结构等与光合速率的关系[13]以及茎秆结构与抗倒特性的关系[14]。通过对籽粒胚乳细胞发育过程研究，明确了胚乳细胞数目是决定籽粒“库容量”的主要因素，提出了籽粒形成期是决定“粒重潜势”关键时期的观点[15]。玉米生态类型区划分和种植区划分为玉米生产趋利避害、合理布局和分类指导与管理提供了依据。系统科学的引入、多学科相渗透，把环境因素、作物、各项栽培措施及其效应整体考虑，完善了玉米栽培体系，玉米栽培也由单项技术向综合技术发展，规范化、模式化栽培得到推广应用。玉米逆境生理及提高抗性调控技术的研究，拓展了玉米栽培研究领域，为中低产田改造、抗逆减灾栽培和玉米稳产提供了支撑[16]。此外，地膜覆盖栽培、育苗移栽技术和化学控制技术得到广泛研究和应用。

进入20世纪90年代，玉米生产的目标和栽培学主要任务有了较大的变化，主要体现在稳步提高产量的同时，还要求品质、效益、资源节约和环境友好等目标的协调统一。基于对产量构成、光合性能、源库关系三大理论内在联系的分析，赵明等[17-18]提出了作物产量综合分析的源库性能模式，即“三合结构”模式，为系统研究和分析产量形成提供了方法。黄淮海小麦玉米两茬“吨粮田”技术开启了光热水肥资源配置与周年高效利用研究[19]。20世纪80年代至90年代，在全国玉米栽培学组的积极倡导下，由北京市农林科学院主持成立全国紧凑型玉米协作组，系统研究紧凑型玉米株型、物质生产和源库特征，建立不同生态区紧凑型玉米高产配套技术，肯定了紧凑型玉米密植增产的作用，促进了紧凑型玉米的大面积应用，推动了全国玉米生产的大发展。围绕紧凑型玉米增产机理和群体光合研究，明确了紧凑型玉米增产融合了杂种优势和群体光能利用两方面的因素[20-21]，提出提高和保持花后群体光合速率、延长高值持续期是玉米增加粒重、挖掘产量的重要途径[22-24]，构建了以直播晚收为核心的夏玉米增产技术。基于源、库、流特点及调控效应研究，将玉米划分为源限制、库限制和源库限制3种类型[25-26]，并且明确了降低消光系数、增加有效花数是提高库源潜力的有效途径[27]。群体质量调控理论则明确了玉米群体质量的本质特征及其与高产栽培的关系，促进了玉米栽培由数量栽培向质量栽培转变[28]。随着计算机、人工智能和“3S”技术（遥感监测技术、全球定位技术、地理信息系统）的迅速发展，玉米栽培研究充分利用这些现代信息技术成果，开展了生长模拟模型、栽培决策系统研究[29]，开拓了玉米栽培学研究的新领域。此外，90年代末，全国农技推广中心开始组织鲜食玉米品种区试和审定，各地研究建立高产高效配套栽培技术，使鲜食玉米得到跨越式发展。

进入21世纪，随着社会经济的快速发展，劳动力的相对稀缺程度开始上升，机会成本不断升高。同时，畜牧业、加工业的快速发展对玉米需求的拉动，玉米种植面积迅速扩大，高产、高效和技术简化成为这一时期玉米栽培研究的主要目标。郑单958、先玉335等耐密植杂交种的选育成功和玉米“一增四改”技术的推广应用，对改变长期以来的稀植、高秆、大穗种植习惯起到了重要的推动作用。夏玉米贴茬免耕直播与“双晚技术”、滴灌与水肥一体化技术实现了资源高效利用。农机农艺融合，机械收获、单粒精量点播技术及种衣剂、除草剂的推广，玉米生产全程机械化程度得到快速提高。在西北半干旱区，全膜覆盖双垄沟播种植技术通过“截住天上水、蓄住地中墒”，实现了自然降水的高效利用[30]。在西南季节性干旱区，膜侧集雨节水栽培技术通过“集中施肥，水肥耦合，膜侧移栽”，实现了雨养旱作高产高效[31]。对玉米籽粒与茎叶主要营养成分变化规律及其影响因素的研究，明确了氮、磷、钾肥和主要微量元素配合施用在改善玉米品质方面的效果，无公害生产技术体系集成与应用保障了玉米健康发展[32-33]。在全国农业科技入户示范工程、高产创建、粮食丰产科技工程等项目支持下，玉米栽培专家深入产区，研究各地玉米产量潜力及高产突破途径，指导创建了一批亩产1 000 kg的高产样板田，高产纪录被不断刷新，带动了全国玉米大面积产量的提高[34]。基于对产量目标水平不同，产量提升限制因素及相应技术需求不同的认识，构建了作物产量层次差模型[35]，明确了高产突破的策略，设计亩产1 500 kg产量目标的栽培技术路线并取得成功[36]；万亩高产田亩产突破1 200 kg，并实现高产高效协同，引领了全国现代玉米生产技术的发展。

总结中国玉米栽培研究进程，大致可划分为三个阶段：第一阶段（20世纪50—70年代）：以产量为目标，主要通过筛选和推广良种，以精耕细作、合理密植、科学施肥、耕作制度的改革和农田条件改善为主要手段来提高产量，这一时期的栽培技术主要是针对单项生产因素的改善；第二阶段（20世纪80—90年代）：在充分研究器官建成、生长发育规律的基础上，以建立高光效群体为目标，通过技术集成和模式化栽培进一步提高产量；第三阶段（进入21世纪）：高产与高效相结合，以耐密、抗逆品种和机械化作业为载体，实行玉米高产高效栽培。经过60年的不懈努力，玉米栽培也已从经验指导为主转向以科学指导为主，以定性研究为主转向定性与定量研究相结合，由产量单一目标向高产、优质、高效、生态、安全多目标发展，形成了具有显著中国特色的玉米栽培科学理论和技术体系。

2 近年玉米栽培学科取得的重要进展

进入新世纪以来，玉米栽培研究进入黄金期，在栽培理论、技术与应用方面取得一系列重要突破，在保障国家粮食“十二连增”中发挥了重要作用。2015年玉米种植面积达到5.72亿亩（0.38亿公顷），总产达到2.24亿吨，面积和总产均列农作物第一位，玉米成为中国第一大作物。

2.1 玉米高产理论与技术研究取得重要突破，高产纪录不断刷新

通过高产潜力探索，对产量形成认识不断深入，玉米产量纪录不断突破。2006年农业部玉米专家指导组和全国玉米栽培学组正式组织开展全国玉米高产创建活动，制定了统一的测产方案，派出专家到现场严格测产验收[34]。各地栽培专家针对区域生态特点，深入开展高产探索，陆续创造出一批高产纪录（表2），大幅度提升了中国玉米现实产量潜力。其中，2013年在新疆奇台总场创造了1 511.74 kg/667m2的全国玉米高产纪录，单季亩产突破“三千斤”；同年，黑龙江建三江管局胜利农场（位于北纬47°，年有效积温 2 400℃）创造了1 248.4 kg/667m2的早熟区玉米高产纪录；2014年，山东莱州登海种业创造了1 335.8 kg/667m2的夏玉米高产纪录[36]。

在高产机制研究方面，全国玉米栽培学组总结了2006至2010年创造的159块小面积超高产田（≥1 000 kg/667m2）的高产规律[37]。山东农业大学在系统分析中国玉米品种更替过程中产量及生理特性演进规律，明确生态因素（光、温、水）对玉米生长发育和产量形成影响基础上，构建了以“提高根系活力、延缓根系衰老、平衡氮磷硫营养和延长花后群体光合高值持续期”为核心的玉米高产栽培理论，指导各地通过加强中后期管理，延缓后期叶面积衰亡速率，适期晚收，实现玉米高产[23]。西北农林科技大学指出玉米挖潜重点在于增强“三度”（密度、整齐度和成熟度）[38]。河北农业大学的研究表明，提高吐丝小花花丝活力以及保证与花粉的同步性是提高果穗结实力关键[39]。内蒙古农业大学发现高产玉米地上地下“双提高、双紧凑”特征及其与耕层障碍的矛盾，提出耕层改良是密植增产与资源高效利用的重要途径[40-41]。中国农业科学院作物栽培与生理团队以产量构成、光合性能、源库理论内在联系为基础，提出了产量性能定量表达关系，确定了主要栽培技术措施对产量性能各参数的调节效应，构建了玉米耕层冠层协同优化理论[42]。围绕密植增产，初步探明了产量潜力突破最佳群体与区域光辐射量资源的定量匹配关系（=0.0854-17.293，= 0.450，为种植密度，plant/hm2；为累计光辐射量，MJ·m-2），明确了密植高产群体质量指标与控制倒伏、提高整齐度的调控途径，提出了“增密增穗、水肥促控与化控两条线、培育高质量抗倒群体和增加花后群体物质生产量与高效分配”的玉米高产突破途径与关键技术[43]。此外，针对超高产田总结形成的模式难于大面积推广问题，分析建立了作物产量层次差模型，提出了“产量目标不同，制约因素不同，技术对策应不同”的理念以及设置合理产量目标的技术路线，对指导各地高产创建和大面积均衡增产发挥了重要的作用[35]。

表2 近10年各地创造的玉米高产纪录田块

随着高产研究不断深入，玉米高产点、覆盖面不断增加，高产重演性得到极大提高。2006—2007年，全国玉米科技入户示范县陕西澄城连续两年在同一地块创造了1 250 kg/667m2以上的全国旱地春玉米高产纪录；2012—2014年，西北农林科技大学薛吉全教授团队利用自育的陕单609玉米品种，在陕西定边5亩高产示范田连续3年实现了同一地块超过1 400 kg/667m2（1 402.2、1 409.2、1 420.0 kg/667m2）的高产典型；2007—2009年，内蒙古农业大学高聚林教授团队在内蒙古高产创建中有57个点次实测实现了亩产超吨。2009—2013年，四川省农业科学院刘永红研究员团队利用登海605，在宣汉县峰城镇连续5年同一地块亩产超过吨粮（1 063.2、1 015.9、1 053.7、1 087.4、1 127.0 kg/667m2）。自2009年以来，中国农业科学院作物栽培与生理团队在全国724个高产试验点次（年份×地点）中，有558个点次产量达到1 000 kg/667m2，占比为78.1%；其中有200个点次超过了1 200 kg/667m2，占比27.6%，高产重现性得到极大提高（图1）。

图1 玉米高产田产量分布结果（2009—2015，n=724）

2.2 玉米资源高效利用与抗逆减灾栽培研究不断深入，栽培研究领域不断拓宽

在资源高效利用方面，山东农业大学、河北农业大学、河南农业大学在黄淮海小麦-玉米周年光热资源优化利用研究基础上创新了“两晚技术”并广泛应用于生产。全膜双垄沟播技术是甘肃省农技部门经过多年研究、推广的一项新型抗旱耕作技术，该技术集覆盖抑蒸、垄沟集雨、垄沟种植为一体，实现了保墒蓄墒、就地入渗、雨水富集叠加、保水保肥、增加地表温度，提高肥水利用率的效果，在北方旱作区得到大面积推广[43]。滴灌技术不仅节水、而且可以提高肥料利用效率和产量水平，使玉米生长的可控性得到极大提高。中国农业科学院作物栽培与生理团队通过在全国玉米主产区组织长期联合生态试验，初步揭示了玉米生育进程、产量形成与区域气候资源动态的协调机制，为区域玉米高产与资源高效利用提供了理论支撑[44]。中国农业大学联合中国农业科学院、中国科学院等全国18家单位协同创新，合作完成的“以更低的环境代价获得更高的作物产量”一文在Nature上发表[45]。

良好的土壤耕层是实现玉米资源高效和抗逆稳产的重要保障。针对生产中长期采用土壤浅层旋耕和连续多次作业带来的耕层变浅、犁底层坚实、耕层土量显著减少等突出问题，2008年国家玉米产业技术体系栽培与土肥功能研究室组织对全国151个县916个田块的调查表明，中国玉米田土壤平均耕层厚度仅有16.5 cm；平均容重为1.39 g·cm-3，犁底层容重1.52 g·cm-3，均超过了玉米根系生长发育的适宜容重范围（1.1—1.3 g·cm-3）。对此，栽培专家组织开展了全国性的土壤深松改土研究与示范应用。其中，河南农业大学围绕改善深层土壤结构，研究形成了以深松改土为核心的夏玉米调土强根栽培技术[46]；中国农业科学院作物栽培与生理团队明确了深松有助于提高密植玉米产量[47]，提出了利用耕层基础产量与目标产量差值确定最适密度及冠层定量指标的方法，建立了区域根冠协调栽培技术体系，并发明了立式条带深旋精播一体化播种机[42]。内蒙古农业大学明确了深松30 cm以上具有改土强根及增产增效效应[48-49]。吉林省农业科学院的研究表明，深松可以降低土壤容重，调节土壤三相比，增加土壤纳雨保墒能力，保障冠层的容纳量和生产能力，并构建了“苗带紧、行间松”的耕层结构，上述这些研究为全国深松技术推广提供了理论支撑[50]。

近年，随全球气候变暖、极端天气增多，严重威胁生产的稳定和发展，玉米抗逆减灾栽培成为这一时期研究热点。中国农业大学、山东农业大学、河南农业大学、北京市农林科学院等多家单位围绕不同时期阴雨寡照、干旱、高温、冷害等灾害天气对玉米生产的影响开展了研究，初步明确了不同区域、不同时期、不同程度灾害的发生特点及其对玉米生长发育和产量的影响，提出了对应的技术措施与预案[51-54]。河南农业大学的研究还表明，通过抗性互补、育性互补、当代杂种优势构建不同基因型玉米间混作复合群体，可以显著提高玉米群体的抗逆性和稳产性，提出了构建生态位互补复合抗逆群体的原则与关键技术[55]。针对季节性干旱、地力不足导致的抗逆性差这一突出问题，在西南山区，四川省农业科学院研究提出了保墒与纳雨、促根与养根相结合的膜侧覆盖、抗旱保水剂等新技术，以及适雨种植、抗旱节水品种、关键期补灌与水肥耦合等配套技术[56]。在北方旱作区，西北农林科技大学构建了以“调整播期、等雨播种、中熟品种、增密种植、膜侧栽培、蓄水保墒、分次施肥、防衰增（粒）重”为核心的西北旱作雨养区玉米高产栽培技术体系[56]。中国农业科学院作物栽培与生理团队在春播玉米区采用窄行深松、宽行粉碎秸秆半量覆盖，打破犁底层并改善土壤表层水温条件，提高了水分利用效率[57-59]。山西农业大学提出了通过工程与生物措施“截住天然水”，采取各种抗旱覆盖保墒技术“蓄住地中水”和以肥调水等措施“用好土壤水”的应对策略[60]，发展了地膜覆盖及秸秆覆盖技术。内蒙古西部地区推广玉米宽幅膜密植高产栽培技术，为干旱半干旱地区玉米节水增产增效提供了有效的技术途径[61]。北京市在京郊全面实施推广了《玉米雨养旱作节水科技示范推广工程》，以提高自然降水利用效率为核心，集成抗旱品种、蓄水保墒耕作、抢墒与等雨播种、水肥耦合以肥调水、保水剂与种衣剂复合施用等技术，实现了不需灌溉完全利用自然降水进行玉米生产的目标[62]。

2.3 创新了一批栽培关键技术，构筑起中国玉米生产的主体技术

玉米生产机械化技术是近年栽培研究的重点。立足于农机农艺融合，通过选用高产、优质、抗逆、适应机械化生产的新品种，在机械单粒精量点播、机械施肥、深松改土、秸秆覆盖免耕、病虫草害机械防治、机械收获与烘干、秸秆综合利用机械化等关键技术方面取得突破，制定了适合机械作业的种植标准，形成不同区域全程机械化生产技术规范，推动玉米生产迈上新台阶，近5年全国玉米机械收获以每年5个百分点以上的速度快速上升，2015年达到63%。围绕玉米机械籽粒收获，中国农业科学院作物栽培与生理团队与各地相关单位协作，自2010年起在全国组织联合试验示范，至2016年已经获得2 450组田间机械籽粒收获质量样本，系统研究了玉米籽粒脱水特征，影响籽粒收获质量的因素，开展适合籽粒收获品种的筛选，制定了“玉米籽粒直收田间测产验收方法和标准”和不同区域玉米籽粒收获生产技术规程，引领了全国玉米籽粒收获技术的发展。

在高产高效生产关键技术方面，创新推广了滴灌节水和水肥一体化、测土配方施肥、地力培肥与土壤改良、保护性耕作等关键技术。针对中国生态类型差异大，各地专家还创新了一批区域性关键技术，如黄淮海夏玉米“一增四改”、免耕直播晚收高产栽培技术、种肥播种同步技术和抗逆防倒防衰减灾技术；东北春玉米区的大垄双行栽培技术、密植早熟增产技术；北方旱作区的全膜双垄沟播技术、旱地玉米抗旱精播壮苗丰产技术；西南玉米区的简化高效育苗移栽技术、膜侧集雨节水技术、丘陵区雨养旱作高产技术和垄播沟覆保墒培肥技术；南方甜、糯玉米优质高产技术规程等（表3）。

2.4 集成创新栽培关键技术，提升玉米大面积生产整体水平

针对玉米生产问题，各地栽培专家积极创新关键技术，集成适合不同区域的玉米高产高效栽培技术体系，通过建立核心区、示范区和辐射区，实现了技术成果规模化推广应用。中国农业科学院作物栽培与生理团队构建了以密植增穗增产、高质量群体构建、全程机械化作业、全成本核算，实现高产高效协同提高的玉米密植高产全程机械化技术体系，在西北新疆伊犁71团2012年创造万亩（10 500亩）1 113.4 kg/667m2的全国玉米大面积高产纪录，2014年再创1 227.6 kg/667m2新纪录，不仅使中国玉米大面积单产迈上1 200 kg/667m2的新台阶，且亩净利润突破1 600元 （1 607.88元），实现了高产高效的协同提高。“玉米密植高产全程机械化生产技术”于2013至2016年连续4年被农业部遴选为全国玉米主推技术，初步构建了现代玉米生产技术体系（表4）。

在东北春玉米区，吉林省农业科学院研究创建了以“调土、调密、调肥”为目标的玉米“调土壮根-调行降株增密-调肥增效-化控防倒-调源扩库增粒重”群体质量定向调控技术体系，多次刷新雨养条件下春玉米高产纪录。内蒙古农业大学以“两改一增二保”为核心，在改种耐密抗逆品种、深松改土的基础上增加种植密度，通过密植群体病虫草害综合防控和机械化田间管理保障安全高效生产，并结合氮素因品种分期调控、调亏节水和适时收获，2009年在20个点15个品种实现了亩产超吨，最高产量达1 342.8 kg/667m2，且万亩高产示范方平均产量达1 002.1 kg/667m2。

在黄淮海夏玉米区，河南农业大学以高质量群体构建为核心，以资源优化配置、生态环境与品种特性协调、肥水高效运筹为基础，集成了“秸秆还田+有机肥+氮肥后移和磷肥下移”土壤持续培肥技术、免耕机械化精量播种技术、专用缓控释肥应用、早播晚收技术、病虫草害综合防治技术等配套的丰产高效栽培模式与技术体系[46]，在鹤壁市连续创造夏玉米大面积高产纪录，其中，百亩超高产攻关田平均产量达到973.8 kg/667m2、万亩核心示范区平均产量884 kg/667m2。

在西南玉米区，四川省农业科学院着力解决丘陵山地玉米增密栽培、产量突破、资源挖掘等关键问题，提出了丘陵山地玉米“调叶源、壮茎秆、增粒数（库）、稳粒重”的增密高产综合调控理论；构建了适合丘陵山地玉米的改稀植大穗晚熟品种为耐密中大穗中熟品种、改宽行缩株增密栽培为缩行增密栽培、改露地挖穴点播为地膜覆盖抗逆播栽、改化肥粗放施用为水肥耦合精量深施、改早收为适时晚收的“五改”增密高产关键技术，集成了“西南丘陵山地玉米高产创建技术体系”[56]，连续5年创西南及南方玉米高产纪录，在四川宣汉县万亩示范片，2009年平均产量达800.35 kg/667m2，创南方玉米大面积高产新纪录；2012年全县28.1万亩玉米平均产量达到628.3 kg/667m2。

2.5 重视玉米栽培学科基础研究，探索栽培技术推广新模式

近年，玉米栽培研究更加重视学科基础工作，开展了籽粒灌浆与脱水、玉米物候期观测等联合定位观测，探讨了主要自然灾害在不同时期对玉米生长发育和产量的影响，拍摄了玉米生长发育系列标准图谱，构建了玉米栽培基础数据库。在加速栽培技术的推广方面，玉米重大品种和生产技术扩散规律的研究，对加速玉米新品种和生产技术的扩散传播，提高技术的到位率发挥了重要的作用[63]。针对技术推广“人散、线断、网破”现状，通过农业科技入户示范工程，构建了科技进村入户的工作机制，有效解决了技术推广“最后一公里”的问题。根据不同区域玉米生产特点，中国农业科学院作物栽培与生理团队联合国内500余位一线专家和技术人员创作了“玉米田间种植手册和挂图”系列科普图书，该套作品以现代玉米生产新理念、新技术为核心内容，以生产流程为轴线、生产问题为切入点、典型图片再现生产情景的表现形式编写。至2014年，手册重印21次，合计出版91万册；挂图重印16次，合计出版165.4万张，并以英文、维吾尔文、哈萨克文和蒙文等多种文字出版，普及推广现代玉米生产技术和知识，该套作品于2015年获得了国家科技进步二等奖。此外，充分利用现代信息和通讯技术发展成果，研发的基于智能手机的“玉米病虫草害诊断专家系统”投放市场，在玉米生产技术推广服务的数字化方面做出了有益探索。

表3 2005—2016年全国玉米主推技术

表4 近十年经农业部专家组验收的代表性玉米大面积高产田

3 未来作物生产科技需求与玉米栽培学科发展战略

当前，面对经济社会的快速发展和人增地减、资源紧缺、生态环境恶化、市场竞争激烈等一系列突出问题，要求农业生产技术必须做出相应的改革与发展，玉米栽培正面临着新的历史发展机遇和严峻挑战。未来随着生活水平的提高和玉米用途不断扩展，对玉米的需求将不断增加；人均耕地资源将更为稀缺，耕地资源机会成本越来越高；资源与环境问题日益突出；农业劳动力不足，劳动力机会成本将不断升高，这些生产要素变化将成为诱导未来玉米栽培创新的重要内在动因。此外，农产品需求将从数量型向质量型转化，对产品质量和安全要求将越来越高，以及全球气候变化都将会对玉米生产产生显著影响，而现代信息、生物、新材料、新能源、先进制造等技术发展又为玉米栽培学科发展提供了新的机遇。

高产、优质、高效、生态、安全仍然是未来中长期中国玉米栽培学研究的主要目标。依靠技术进步持续提高单产，保障全球粮食安全，转变生产发展方式，降低成本，提升玉米产品的国际竞争力，是未来中国玉米生产技术研发的基本方向。随着家庭农场、合作社等经营方式的转变与土地流转，规模化、集约化、机械化和优质化生产必将成为中国未来玉米生产主流方式。与之相配套的高产高效协同栽培、机械化生产、资源高效利用、抗逆减灾栽培、精准栽培与管理等技术需求将更加突显，应该得到高度重视，提前做好技术储备（表5）。

3.1 探索玉米产量潜力突破途径，创新高产技术，持续提高单产水平

产量潜力大、用途广的特点决定了玉米在未来粮食生产中的地位将更加突出。揭示玉米高产规律和潜力突破途径，创新高产技术，努力提高单产水平将是玉米栽培学科长期的主要任务与方向。产量的提高主要从提高产量潜力和缩小产量潜力与现实产量差距两个方面入手。今后，需要重点研究不同区域、生态条件和生产水平下玉米产量潜力实现的制约因素，建立玉米科研与技术优先序；研究玉米生长发育、产量形成与区域光温水资源的定量匹配关系，优化玉米种植区域布局；研究实现优良品种高产、优质、适应性等基因性状充分表达的精确调控技术，充分挖掘良种遗传潜力；揭示基因的生理功能，并阐明农艺性状形成过程相关基因的联系与互作关系，通过生物技术手段提高玉米产量潜力；研究产品器官形成和退化有效调控的生理机制、高产群体结构特征及高质量群体调控理论，为探明高产技术途径提供支撑；研究稳定实现玉米高产稳产的根系形态与生理过程、土壤条件、根土的互作机理，实现进一步的定向调控；研究玉米高产的资源环境代价、替代技术与政策，实现环境保护与可持续高产；针对区域生态特点，建立适应不同区域的玉米栽培技术模式。

3.2 转变生产方式，以提高籽粒生产效率、促进多元化发展为目标，提升玉米市场的国际竞争力

针对玉米生产效率低、成本高、竞争力弱等突出问题，应尽快转变玉米生产发展方式，将玉米生产目标由“单产”转变为“籽粒生产效率”，将产量提高与降低生产成本、提高劳动生产率和资源利用效率并重。通过多学科融合，阐明玉米优质高产高效协同的生物学机制和栽培调控途径，研发资源节约型玉米生产新技术、新产品，实现“一控两减”（节水、减肥、减药），实现玉米的高产高效协同与可持续增产。以机械籽粒收获为突破，开展玉米全程机械化生产技术研究，建立适应现代玉米生产规模化种植的栽培技术体系，推动玉米机械化向更大规模、更高水平发展。同时，根据市场发展需要，加大青贮玉米和鲜食玉米等发展力度，促进玉米生产向多元化方向发展；在光热资源不足的地区，促进玉米生产由粒用向“整秸青贮玉米”方向的转变，实现农牧结合与协同发展，提升玉米生产的竞争力。

3.3 应对全球气候变化，开展抗逆减灾稳产理论和技术研究，实现玉米可持续生产

随着全球气候变暖、极端性气候现象发生频繁，已严重影响玉米生产布局、生长发育及稳产性。今后，需重点研究全球气候变暖对玉米生产的影响，灾害发生规律和玉米避减灾种植模式与技术，制定切实可行的防灾减灾技术预案。针对干旱这一玉米生产首要自然制约因素，重点创新节水灌溉制度与技术，建立雨养、水源不足地区雨水截留保蓄与高效利用的耕作方法与栽培技术。针对水土侵蚀严重、耕地质量下降等日益突出的农田生态环境问题，实施作物-土壤综合管理，重点研究玉米种养结合的地力培肥途径与技术，建立玉米田土壤结构改良与地力培肥的新机制和技术模式，实施保护性耕作与栽培，实现玉米的可持续生产。

3.4 依托现代信息技术，开展智能化栽培研究，实现玉米精准生产与管理

随着现代网络、通讯、空间、遥感、传感、GPS、GIS和智能化关键技术的加速发展，对玉米生长发育规律、栽培措施效应的精确定量认识不断深入，以及随土地流转政策的落实与玉米生产机械化程度的提高，精准智能化栽培将成为未来玉米生产发展的重要方向。今后需重点开展玉米生长环境信息自动化获取与智能管理技术、玉米模拟模型与虚拟设计技术、玉米生产智能控制模组技术和生产管理的智能感知与大数据分析技术研究，将农田土壤健康指标、玉米农艺性状生长数据与3S技术信息数据“无缝”对接，构建科学布局、精细整地、精量播种、精确施肥、精准喷药和精量调水技术组装集成的精准玉米生产技术体系，实现玉米定量栽培和精准管理，为家庭农场、合作社提供整体解决方案。

3.5 强化栽培学科基础研究，开展跨区域多点联合定位试验，夯实玉米科技研究和生产发展基础

依据作物栽培系统中环境-作物-措施的关系，进一步研究玉米生长发育规律及其与气候生态因素、栽培技术措施的定量关系，实现玉米定量设计栽培。通过建立覆盖主要产区的观测网，联合开展玉米气候资源与物候期、生长发育进程、籽粒灌浆、产量形成等各项指标长期定位观测；系统研究干旱、高低温、阴雨寡照、风灾倒伏等非生物灾害的发生规律及其对玉米生长、产量及品质的影响，构建玉米栽培基础数据库。在较大尺度条件下，研究玉米生长发育与产量形成对资源（光、温、水、土等）的响应特征及利用情况，明确区域玉米生长发育、产量形成与资源的定量匹配关系，探索提高匹配度的协调机制和技术途径。对关键栽培技术、技术途径的效果进行长期定位观测，并在较大范围内开展效应评价，为技术精准推广提供依据。充分利用现代信息技术的发展成果，构建基于智能终端、互联网、大数据、情景感知的技术推广系统平台，加快玉米科技知识的普及。

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（责任编辑 杨鑫浩）

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

国家“973”计划（2015CB150401）、国家重点研发计划（2016YFD0300101）、中国农业科学院农业科技创新工程

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