1999—2018年间国审玉米品种遗传产量增益及产量潜力分析

卢 实，李 穆，高婷婷，王 敏，孟令聪，郑淑波，路 明，刘文国

（1吉林省农业科学院/玉米国家工程实验室（长春）/国家玉米工程技术研究中心（吉林）/农业部东北中部玉米生物学与遗传育种重点实验室，长春 130033；2吉林吉农高新技术发展股份有限公司，吉林公主岭 136100）

0 引言

玉米是重要的粮食作物、饲料作物和经济作物，在中国农业生产和国民经济发展中占有越来越重要的地位[1-3]，2018年中国玉米播种面积4213万hm2，占农作物总播种面积的25.39%。玉米的生产质量直接影响着中国粮食安全及农业生产的发展前景，保障玉米生产具有重大的战略意义[4-5]。自建国以来，中国玉米单产水平显著提高，由960 kg/hm2提高至2018年的6103.5 kg/hm2，增长了6.4倍，但近20年来，单产增长幅度为23%，整体增速呈现放缓态势[6]。因此，对玉米品种遗传增益和产量提升潜力开展深入研究，有利于保障玉米继续增产增收[7-10]。以美国为代表的发达国家，在玉米品种遗传产量增益和产量潜力趋势方面进行了许多研究，对美国商用玉米产量和适应性的提升起到了指导作用[11-14]。而中国玉米虽然经历了近五轮的品种更新换代，但对杂交种的遗传产量增益和产量潜力的系统研究尚处在起步阶段[15-16]。本研究基于中国种业大数据平台和中国统计年鉴数据，对1999—2018年间国审玉米品种的遗传产量增益和产量潜力进行分析，总结过去20年中国玉米育种的技术进步趋势和特征，以期为今后玉米育种提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 数据来源

本研究以中国在1999—2018年间国审玉米品种的区域试验单产数据进行分析，数据来源于中国种业大数据平台(http://202.127.42.47:6010/SDSite/Home/Index)，中国玉米单产数据来源于中国统计年鉴(http://www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/)。

1.2 遗传产量增益速率分析

利用Excel 2016进行数据整理，并以SPSS 20.0(SPSS Inc Crop.,Chicago,IL,USA)[17]软件对 1999—2018年间国审玉米品种区域试验单产数据进行回归分析，计算国审玉米品种的遗传产量增益速率。

1.3 产量潜力分析

参考田间试验产量法[18]计算产量差和产量潜力。产量差是指适宜栽培条件下的产量与实际生产条件下的产量之间的差值，产量潜力为二者的比值。本研究以1999—2018年间国审玉米品种区域试验单产作为适宜栽培条件下的产量，结合中国各玉米主产区实际产量，对产量差和产量潜力进行计算，见公式(1)和(2)。

2 结果与分析

2.1 国审玉米品种审定数量分析

根据中国种业大数据平台数据统计，1999—2018年通过国家审定的玉米品种共1271个，其中普通玉米品种933个。20年间，国审玉米品种数量保持稳定，自2017年以来，随着品种审定政策的改革，国审品种数量更是实现激增（图1）。

图1 1999—2018年国审普通玉米品种数量

2.2 国审玉米品种区试单产分析

20年间，国审玉米品种区域试验单产呈现稳定增长趋势（图2），平均单产9984.895 kg/hm2，最高单产为12022.5 kg/hm2（2016年），最低为7522.5 kg/hm2（1999年），20年间品种的区域试验单产增加了约60%，不同年份间单产差异也达显著水平。由于年度间存在着气候等偶然因素，对国审玉米品种区域试验单产均值进行回归分析(y=185.73x+8034.8)，结果表明国审品种区域试验单产每年提高185.73 kg/hm2，而R2=0.9097也说明了审定品种年度平均区试单产的提高呈现较好的线性关系。

图2 1999—2018年国审玉米品种区域试验产量

将国审玉米品种按适宜推广区域划分为北方春玉米区、黄淮海夏玉米区、西南玉米区、西北玉米区和南方玉米区，各生态区的区域试验单产均呈现稳定增长趋势。其中西北玉米区平均单产最高，达14164.99 kg/hm2（图3F），回归分析表明区域试验单产每年提高270.75 kg/hm2（图3A，表1）；北方春玉米区次之，平均单产10911.42 kg/hm2（图3F），区域试验单产每年提高191.9 kg/hm2（图3B，表1）；再次之是黄淮海夏玉米区和西南玉米区，平均单产分别为9019.91 kg/hm2和8898.85 kg/hm2（图3F），区域试验单产每年分别提高151.91 kg/hm2和85.335 kg/hm2（图3C，图3D，表1）；南方玉米区国审品种平均单产最低，为8000.29 kg/hm2（图3F），区域试验单产每年提高175.26 kg/hm2（图3E，表1），各产区间国审品种单产均值差异达极显著水平。

表1 1999—2018年间国审玉米品种遗传产量增益速率

图3 1999—2018年玉米主产区域国审品种区域试验单产

2.3 中国玉米生产单产分析

20年间，中国玉米生产实际单产呈稳定增长趋势（图4），平均单产5432.96 kg/hm2，最高单产6105 kg/hm2（2017年），最低单产4597.5 kg/hm2（2000年），20年间增加了约12%，年平均增速0.6%，不同年份间单产差异也达显著水平。回归分析直线为y=78.99x+4603.6；说明全国玉米实际单产每年提高约78.99kg/hm2，且单产的提高呈现很好的线性关系(R2=0.9143)。

图4 1999—2018年中国玉米实际单产增长情况

各玉米主产区实际单产也均稳定增长，且区域间单产差异达显著水平。其中，西北玉米区实际单产最高，为6472.15 kg/hm2；北方春玉米区次之，平均单产为5978.23 kg/hm2；再次之是黄淮海夏玉米区和西南玉米区，平均单产分别为5251.65 kg/hm2和4665.61 kg/hm2；南方玉米区实际单产最低，为4215.23 kg/hm2（图5）。

图5 1999—2018年间全国各玉米主产区平均单产

2.4 区域试验单产与实际单产的比较分析

将国审玉米品种区域试验单产与中国生产实际单产进行比较（图6），20年间，区域试验单产显著高于全国玉米实际单产，并且由于区试单产和实际单产都在线性提高，二者的差值也呈现逐年扩大的趋势，区域试验单产与全国玉米实际单产差值由1999年的2577.86 kg/hm2扩大到2018年的5526.8 kg/hm2。

图6 1999—2018年国审玉米品种区域试验和实际生产的单产情况

对区域试验单产与实际单产进行回归分析（图7），表明二者呈显著正相关(P<0.01)，回归方程为y=0.3728x+1710.5，即国审玉米品种区域试验单产每增加1 kg/hm2，实际单产相应增加约0.3728 kg/hm2。

图7 1999—2018年间国审玉米品种区域试验单产与实际单产回归分析

2.5 产量潜力分析

20年间，国审玉米品种区域试验单产均值与全国实际单产均值之间产量差为4551.94 kg/hm2（表2），各玉米主产区产量差最高的是西北玉米区(7692.84 kg/hm2)，最低的是黄淮海夏玉米区(3768.25 kg/hm2)。中国玉米平均单产实现了国审玉米品种产量潜力的54.41%，按各个主产区来看，实现国审玉米品种产量潜力最高的区域是黄淮海夏玉米区，达到58.22%，而西北玉米区只实现了45.69%的产量潜力。

表2 1999—2018年间中国玉米主要产区产量差和产量潜力 kg/hm2

3 讨论

3.1 国审玉米品种的遗传产量增益速率分析

目前，中国对于玉米品种遗传产量增益的系统研究尚处于起始阶段，但在美国、阿根廷和巴西等玉米主要生产国已有报道。经计算，1999—2018年间中国933个国审玉米品种的年遗传增益速率为185.73kg/hm2，与各其他玉米主要生产国间相对比，高于1930—1991年间美国依阿华州以36个玉米杂交种为对象计算得到的94.65 kg/hm2的年遗传增益速率[19-21]以及1979—1998年间阿根廷玉米杂交种106.95 kg/hm2的遗传增益速率[22-24]，同时本研究在品种数量和遗传背景上较上述研究也都更加丰富，基于最近20的国审玉米品种区域试验产量数据进行分析，能更加准确的代表现阶段中国玉米的育种水平。

3.2 中国玉米单产潜力分析

经计算，中国国审玉米品种区域试验单产每增加1 kg/hm2，实际单产相应增加约0.37 kg/hm2，玉米实际单产实现了国审品种产量潜力的54.41%，这与Ci等[25]利用在20世纪70年代期间大面积推广的杂交种为材料，经田间试验产量法计算得出的结果一致，未来中国玉米的单产仍具有较大的提升空间。但本研究以过去20年间国审玉米品种区域试验单产作为理想条件下的玉米单产对产量潜力开展计算，这其中缺少了各玉米主要生产区内的省级审定玉米品种区域试验产量参数，省级审定玉米品种对于中国玉米实际单产做出重大贡献，但省审品种在产量、抗性和适应性上会稍逊于国审玉米品种，难以用来全面、准确的衡量中国玉米育种水平，同时也说明中国玉米品种的区试单产潜力在生产上的实现程度可能会超过54.41%，但仍蕴含着较大的增产空间。

3.3 实现中国玉米单产潜力的途径

当前，随着中国农业供给侧结构性改革需求，育种目标也从原来的高产转向多元化，增强抗逆广适性，提高光温水肥资源利用效率，适宜全程机械化作业[26-27]。未来玉米新品种应兼顾高产与稳产，近年来，台风暴雨等极端天气频发，对中国玉米生产乃至粮食安全都造成了严重的威胁，培育高产稳产的玉米新品种是增加中国玉米产量潜力的重要途径[28]。而实现产量潜力，达到高产稳产也需要适宜的生态栽培条件相互辅助[29-31]。在一定的生态条件下，限制农户实际单产提高的因素主要包括整地、农艺措施、生产技术、养分管理和灌溉条件等，其中灌溉条件是最重要的因素之一[32-34]。在美国，灌溉条件下农户玉米实际产量实现了产量潜力的73%，而雨养条件下只实现了66%[35-36]。中国各玉米主产区产量差最高、实现产量潜力最低的区域是西北玉米区，说明未来该区域产量提升空间较大，进一步分析西北玉米区的田间试验多在灌溉条件下进行，而自然条件属于大陆性干燥气候带，降水稀少[37-38]。因此，兴修水利，合理的利用灌溉设施，是该地区乃至全国未来提高中国玉米产量的重要方式。

4 结论

在1999—2018年间，中国共通过审定了933个国审玉米品种，平均单产9984.9 kg/hm2，其中西北玉米区国审品种平均单产最高，达14164.99 kg/hm2，南方玉米区国审品种平均单产最低，为8000.29 kg/hm2。国审品种年遗传产量增益速率185.73 kg/hm2，遗传产量增益速率最高的区域同样是西北玉米区，达到270.75 kg/hm2，最低的区域是西南玉米区，为85.335 kg/hm2。二十年间，中国玉米平均实际单产为5432.96 kg/hm2，实现了国审玉米品种产量潜力的54.41%。国审玉米品种区域试验单产与实际单产之间回归方程为y=0.3728x+1710.5，当国审玉米品种区域试验单产每增加1 kg/hm2，全国玉米实际单产增加0.3728 kg/hm2。