0 引言
【研究意义】玉米群体产量取决于遗传特性、环境条件和措施管理之间的相互作用,合理密植不仅能够充分挖掘群体增产潜力[1],还是最经济有效、易于推广应用的增产措施[2-3]。【前人研究进展】自20世纪80年代以来,在玉米生产中,由于选育和推广耐肥、抗倒、耐密品种,增施化肥和大面积应用测土配方施肥技术、改善灌溉条件、缩小行距及耕作、病虫草害防治水平不断提高,玉米种植密度不断加大,密植成为世界各地玉米实现大面积高产的关键措施和发展趋势[4-6]。美国玉米种植密度在1930s—1960s期间增速为 250株/(hm2·a),60、70年代后增速明显加快[7],1960s—2010s期间种植密度增速达到650株/(hm2·a)。与此同时,1930s—1960s期间美国玉米产量增益约为60 kg·hm-2·a-1,而1960s—2010s产量增益则上升到130 kg·hm-2·a-1 [8]。美国高产竞赛获胜者的种植密度多分布在8.55—10.95万株/hm2[9-10]。多年来,中国****围绕玉米密植增产问题开展了大量研究[11-14],初步探索了不同区域玉米的适宜种植密度范围,为玉米实现大面积高产、稳产提供了指导。【本研究切入点】中国玉米种植区域分布极为广阔,区域间资源条件、科技及生产力水平差异很大,种植模式复杂多样,玉米种植密度在各区域间差异巨大且发展趋势也不尽相同。经过多年发展,中国玉米在生产中的种植密度到底是什么水平?在品种、管理和环境条件等因素的综合影响下,不同区域种植密度的差异性如何?2005年以来,本研究对中国玉米主产区生产情况开展了持续、系统、广泛的调研活动,获取了大量真实有效的玉米生产数据,为分析中国玉米生产发展提供了数据基础。【拟解决的关键问题】本研究拟通过分析玉米生产调研数据,明确不同区域玉米种植密度的现状水平,揭示玉米种植密度的变化规律。为进一步分析种植密度提升对产量的影响、种植密度变化的限制因素,明确未来玉米生产的发展方向提供依据。1 材料与方法
1.1 数据来源
本研究数据来源于全国农业科技入户示范工程和国家玉米产业技术体系组织的测产调研。2005—2007年数据采集自北方春玉米区和黄淮海夏玉米区的黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、山西、陕西、山东、河南、河北9省（区）,28个玉米科技入户工程试点县,共获取调研样本62 000份。2009—2016年数据采集自北方春玉米区、黄淮海夏玉米区、西北玉米区、西南玉米区以及南方甜、糯玉米区的黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、河北、山西、陕西、甘肃、宁夏、新疆、河南、山东、江苏、安徽、上海、浙江、湖北、湖南、重庆、四川、广东、广西、贵州、云南24省（区）、250个国家玉米产业技术体系示范县,获得55 960份调查数据。1.2 调查方法
全国农业科技入户工程调研各示范县选取10个乡镇,每乡镇选取10个村,每村选取10个农户进行调研,每个示范县包括1 000个农户的调研数据,包括示范户、辐射户和普通户三类农户的测产数据。国家玉米产业技术体系调研每个示范县选取不同生产水平的3个乡镇,每个样本乡镇随机选取1个村庄,每个样本村庄随机选取8个农户。各示范县共选取样本农户24户进行长期定位调查,调研内容包括种植面积、产量水平及产量构成、生产方式等内容。1.3 区域划分
1.3.1 生态区域划分 中国玉米种植区域广阔,经纬度和海拔跨度大,各区间环境资源条件差异大。传统上将玉米种植区域划分为北方春玉米区、黄淮海夏玉米区、西北玉米区、西南及南方玉米区以及南方甜、糯玉米区等5类主要产区。各主产区内,由于环境条件、生产力发展水平和种植习惯等因素的影响,也造成了玉米种植技术的明显差异。因此,本研究将调研样本进一步划分为25个生态区域（Ecoregion）加以分析。各主要产区和生态区域的所属关系如表1所示。Table 1
表1
表1玉米种植密度调研样本的区域划分
Table 1Ecoregion division of maize planting density survey
| 主要产区 Major production area | 生态区域 Ecoregion | 播期 Sowing season | 调查县(市)数 County | 调查农户数 Farmer | |
|---|---|---|---|---|---|
| 西北玉米区 NWM | 灌溉 Irrigation region | 春播 Spring sowing | 10 | 1920 | |
| 南疆 Southern Xinjiang | 夏播Summer sowing | 3 | 576 | ||
| 旱作 Rainfed region | 春播 Spring sowing | 7 | 1344 | ||
| 黄淮海夏玉米区 HPM | 山东 Shandong | 夏播Summer sowing | 29 | 13992 | |
| 关中 Guanzhong Region | 夏播Summer sowing | 7 | 4152 | ||
| 河北 Hebei | 春播 Spring sowing | 8 | 9960 | ||
| 河南 Henan | 夏播Summer sowing | 24 | 10608 | ||
| 安徽 Anhui | 夏播Summer sowing | 5 | 960 | ||
| 江苏 Jiangsu | 夏播Summer sowing | 5 | 960 | ||
| 北方春玉米区 NM | 黑龙江3-5积温带 3rd-5th Accumulated Temperature Belts | 春播 Spring sowing | 14 | 2688 | |
| 内蒙古 Inner Mongolia | 春播 Spring sowing | 15 | 5880 | ||
| 黑龙江1-2积温带 1st-2nd Accumulated Temperature Belts | 春播 Spring sowing | 24 | 13224 | ||
| 河北 Hebei | 春播 Spring sowing | 5 | 960 | ||
| 山西 Shanxi | 春播 Spring sowing | 12 | 10920 | ||
| 吉林 Jilin | 春播 Spring sowing | 16 | 15072 | ||
| 辽宁 Liaoning | 春播 Spring sowing | 20 | 12840 | ||
| 南方甜糯玉米区 SWM | 甜玉米 Sweet maize belts | 5 | 960 | ||
| 糯玉米 Waxy maize belts | 5 | 960 | |||
| 西南玉米区 SM | 云南 Yunnan | 春播 Spring sowing | 12 | 2304 | |
| 湖南 Hunan | 春播 Spring sowing | 5 | 960 | ||
| 广西 Guangxi | 春播 Spring sowing | 7 | 1344 | ||
| 四川 Sichuan | 春播 Spring sowing | 11 | 1920 | ||
| 湖北 Hubei | 春播 Spring sowing | 6 | 1152 | ||
| 贵州 Guizhou | 春播 Spring sowing | 7 | 1344 | ||
| 重庆 Chongqing | 春播 Spring sowing | 5 | 960 | ||
| 合计 Total | 267 | 117960 | |||
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1.3.2 数据订正 县域调查数据由农户调查样本经过平均计算获得,为了避免统计样本错误造成数据异常,对农户调查样本逐一进行核实,差异较大的数据进行了剔除或更正。为了避免因少数站点和年份缺失调研数据引起县域收获株数产生异常变化,对于个别缺失的县域样本利用五点平滑插值法进行了插值补缺。
1.3.3 数据分析 按所属县（市）对农户调研数据逐年进行平均,形成县域收获株数的年度数据;再对县域样本数据按照所属生态区域和主产区分组,获得收获株数和产量的年度样本集。利用箱形分析法和Tukey’s HSD法比较各区域近年来（2014—2016年）收获株数差异及其显著性。将生态区域和主产区平均收获株数关于年代进行回归分析,分析收获株数年际变化趋势及其显著性。本研究以测产调研获得的收获株数代表玉米的种植密度,并以此为基础加以分析。
2 结果
2.1 玉米主要产区种植密度变化
以2014—2016年调研数据平均值代表当前玉米生产水平,玉米各大产区种植密度从高到低依次为：西北玉米区>黄淮海夏玉米区>北方春玉米区>南方甜糯玉米区>西南玉米区（图1-a）。西北玉米区平均种植密度为6.77万株/hm2,极显著高于其他区域的种植密度。黄淮海夏玉米区和北方春玉米区种植密度均值分别为6.19万株/hm2和5.91万株/hm2,两区种植密度差异不显著。南方甜糯玉米区和西南玉米区均值分别为5.13万株/hm2和4.80万株/hm2,差异也未达到显著水平。西北区域内玉米种植密度分布更为广泛,其四分位数间距（interquartile range,IQR）为5.80—7.54万株/hm2,由Tukey法判定的合理观测值上下限间距明显大于其他区域,说明西北玉米区域内各县（市）间种植密度发展水平并不一致。黄淮海夏玉米区种植密度分布最为集中,IQR集中在5.90—6.48万株/hm2的狭小区间内。西南玉米区和北方春玉米区的IQR区间大小类似,分别为4.16—5.36万株/hm2和5.36—6.34万株/hm2（图1-a）。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图1玉米主要产区种植密度箱线图（2014—2016）及变化趋势（2005—2016）
（a）箱线图中箱体部分代
-->Fig. 1Box-and-whiskers plot of planting density in the main maize planting zone and annual variation tendency of planting density in different maize planting zones
(a) The boxplot method shows the middle 50% of the ranked samples of averaged harvesting densities in the past few years (2014-2016). The median for each dataset is indicated by the centerline, the mean is indicated by the dashed line and the interquartile range (IQR) is represented by the edges of the area. Boxes followed by different capital letters are significantly different at P<0.01. (b) Annual variation tendency of planting density in different maize planting zones. The same below
-->
玉米主产区种植密度变化趋势及不同阶段年均增减幅度如图1-b和表2所示。北方春玉米区自2005年以来种植密度呈现出极显著线性增长趋势,2005—2009年增长较快,2009—2016年增速有所放缓,两阶段增长趋势均达到极显著水平;西北玉米区种植密度整体上呈现波动上升态势,但趋势未达到显著水平;黄淮海夏玉米区种植密度2005—2016年整体呈现显著上升态势,种植密度增加主要集中于2005—2009年间,2009年后种植密度基本保持稳定。西南玉米区2009—2016年种植密度未发生显著变化,与其他主要产区密度水平仍有较大差距。南方甜、糯玉米区在2009—2016年间种植密度整体呈极显著下降趋势,2016年平均种植密度回升至5.24万株/hm2。
Teble 2
表2
表2玉米主要产区各时期种植密度和趋势增长率
Teble 2Planting density and trend growth rate of major producing areas in different years
| 区域 Zone | 种植密度 Planting density (×104plants/hm2) | 平均种植密度 Average planting density (×104plants/hm2) | 趋势增长率 Trend growth rate (plants/(hm2·a)) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2005 | 2009 | 2016 | 2005-2009 | 2009-2016 | 2005-2009 | 2005-2016 | 2009-2016 | |||
| 西北玉米区NWM | — | 6.58a | 6.66a | — | 6.70a | — | — | 354ns | ||
| 黄淮海夏玉米区HPM | 5.82a | 6.22a | 6.21ab | 6.20a | 6.18b | 926 | 365** | -34ns | ||
| 北方春玉米区NM | 4.53b | 5.19bc | 5.97b | 5.25b | 5.62c | 1713** | 1385** | 1130** | ||
| 南方甜糯玉米区SWM | — | 5.43b | 5.24c | — | 5.24d | — | — | -427* | ||
| 西南玉米区SM | — | 4.76c | 4.81c | — | 4.75e | — | — | 105ns | ||
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2.2 西北玉米区种植密度变化
西北玉米区（图2,表3）内当前种植密度从高到低依次为：灌溉区（7.74万株/hm2）>南疆（7.26万株/hm2）>旱作区（5.78万株/hm2）。灌溉区和南疆玉米种植密度差异不显著,但极显著高于旱作区。种植密度变化趋势分析显示,灌溉区和南疆玉米区种植密度自2009年以来呈现显著地线性增长趋势,旱作区种植密度呈不显著的下降趋势（图3）。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图2西北玉米区种植密度箱线图（2014—2016）
-->Fig. 2Box-and-whiskers plot of planting density in NWM (2014-2016)
-->
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图3西北玉米区种植密度变化（2009—2016）
-->Fig. 3Annual variation tendency of planting density in NWM (2009-2016)
-->
Teble 3
表3
表3不同生态区域玉米种植密度和趋势增长率
Teble 3Planting density and trend growth rate of different ecological regions
| 主要产区 Major production area | 生态区域 Ecoregion | 种植密度 Planting density (×104 plants/hm2) | 趋势增减率 Trend growth rate (plants/(hm2 a)) | 显著性 Significant | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2014-2016 | 2009 | 2016 | |||||
| 西北玉米区 NWM | 灌溉 Irrigation region | 7.74 | 7.21 | 7.77 | 903.9 | * | |
| 南疆 Southern Xinjiang | 7.26 | 6.42 | 7.19 | 1342 | * | ||
| 旱作 Rainfed region | 5.78 | 6.07 | 5.57 | -417.2 | ns | ||
| 黄淮海夏玉米区 HPM | 山东 Shandong | 6.42 | 6.34 | 6.37 | 59.31 | ns | |
| 关中 Guanzhong region | 6.22 | 5.68 | 6.22 | 774.5 | * | ||
| 河北 Hebei | 6.19 | 6.42 | 6.24 | -241 | ns | ||
| 河南 Henan | 6.06 | 6.02 | 6.09 | 103.5 | ns | ||
| 安徽 Anhui | 5.98 | 6.31 | 6.05 | -338.8 | ns | ||
| 江苏 Jiangsu | 5.97 | 6.22 | 5.89 | -629.6 | ns | ||
| 北方春玉米区 NM | 黑龙江3-5积温带 3rd-5th accumulated temperature belts | 6.96 | 5.72 | 7.09 | 1946 | ** | |
| 内蒙古 Inner Mongolia | 6.56 | 5.77 | 6.51 | 1239 | ** | ||
| 黑龙江1-2积温带 1st-2nd accumulated temperature belts | 6.27 | 5.40 | 6.35 | 1501 | ** | ||
| 河北 Hebei | 5.66 | 5.43 | 5.89 | 624 | ns | ||
| 山西 Shanxi | 5.52 | 4.72 | 5.58 | 1086 | ** | ||
| 吉林 Jilin | 5.36 | 5.00 | 5.46 | 548 | ** | ||
| 辽宁 Liaoning | 5.22 | 4.60 | 5.23 | 856 | ** | ||
| 南方甜糯玉米区 SWM | 甜玉米 Sweet maize belts | 5.39 | 5.25 | 5.48 | 172.5 | ns | |
| 糯玉米 Waxy maize belts | 4.87 | 5.62 | 5.01 | -1027 | * | ||
| 西南玉米区 SM | 云南 Yunnan | 5.74 | 5.87 | 5.67 | -248.1 | ns | |
| 湖南 Hunan | 4.89 | 4.34 | 5.06 | 987.6 | ** | ||
| 广西 Guangxi | 4.78 | 4.67 | 4.88 | 211.4 | ns | ||
| 四川 Sichuan | 4.70 | 4.76 | 4.62 | -112.4 | ns | ||
| 湖北 Hubei | 4.40 | 4.14 | 4.64 | 876.5 | ns | ||
| 贵州 Guizhou | 4.29 | 4.51 | 4.28 | -375.9 | ns | ||
| 重庆 Chongqing | 3.94 | 3.93 | 3.91 | -31.59 | ns | ||
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2.3 黄淮海夏玉米区种植密度变化
黄淮海夏玉米区（图4,表3）内当前种植密度高低依次为：山东（6.39万株/hm2）>河北（6.27万株/hm2）>关中（6.19万株/hm2）>河南（6.09万株/hm2）>安徽（6.02万株/hm2）>江苏（6.00万株/hm2）。关中夏玉米自2009年以来种植密度呈显著上升趋势。其他区域种植密度变化不显著,其中河南、山东两省种植密度略有上升,河北、安徽、江苏则略有下降（图5）。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图4黄淮海夏玉米区种植密度箱线图（2014—2016）
不同小写字母表示样本差异显著（P<0.05）。下同
-->Fig. 4Box-and-whiskers plot of planting density in HPM (2014-2016)
Different lowercase letters are significantly different at P<0.05. The same as below
-->
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图5黄淮海夏玉米区种植密度变化（2009—2016）
-->Fig. 5Annual variation tendency of planting density in HPM (2009-2016)
-->
2.4 北方春玉米区种植密度变化
北方春玉米区当前玉米种植密度（图6,表3）由高到低依次为黑龙江3-5积温带（6.96万株/hm2）>内蒙古（6.56万株/hm2）>黑龙江1-2积温带（6.27万株/hm2）>河北（5.66万株/hm2）>山西（5.52万株/hm2）>吉林（5.36万株/hm2）>辽宁（5.22万株/hm2）。种植密度变化趋势分析结果显示,除河北春玉米区变化趋势不显著外,其他区域均呈极显著上升趋势。其中,黑龙江3-5积温带趋势增长率最高,其次是黑龙江1-2积温带,内蒙古位居第三,其后依次是山西、辽宁、河北春玉米和吉林（图7）。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图6北方春玉米区种植密度箱线图（2014—2016）
Ⅰ：黑龙江3-5积温带;Ⅱ：内蒙古;Ⅲ：黑龙江1-2积温带;Ⅳ：河北;Ⅴ：山西;Ⅵ：吉林;Ⅶ：辽宁
-->Fig. 6Box-and-whiskers plot of planting density in NM (2014-2016)
Ⅰ: 3rd-5th accumulated temperature belts; Ⅱ: Inner Mongolia; Ⅲ: 1st-2nd accumulated temperature belts; Ⅳ: Hebei; Ⅴ: Shanxi; Ⅵ: Jilin; Ⅶ: Liaoning
-->
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图7北方春玉米区种植密度变化（2009—2016）
-->Fig. 7Annual variation tendency of planting density in NM (2009-2016)
-->
2.5 西南玉米区种植密度变化
西南玉米区（图8,表3）当前玉米种植密度由高到低依次为云南（5.74万株/hm2）>湖南（4.89万株/hm2）>广西（4.78万株/hm2）>四川（4.70万株/hm2）>湖北（4.40万株/hm2）>贵州（4.29万株/hm2）>重庆（3.94万株/hm2）。种植密度变化趋势分析显示,西南玉米区内有3个省份种植密度呈现上升趋势,4个省份呈现减少趋势。种植密度上升的省份中,湖南年均增长988 株/(hm2·a),湖北年均增长877 株/(hm2·a),广西年均增长211株/(hm2·a);种植密度下降的省份中,贵州下降最快,年均减少376株/(hm2·a),云南年均减少248 株/(hm2·a),四川年均减少112 株/(hm2·a),重庆年均减少34 株/(hm2·a)。除湖南玉米种植密度变化趋势达显著水平外,其他省份涨跌趋势均不显著（图9）。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图8西南玉米区种植密度箱线图（2014—2016）
Ⅰ：云南;Ⅱ：湖南;Ⅲ：广西;Ⅳ：四川;Ⅴ：湖北;Ⅵ：贵州;Ⅶ：重庆
-->Fig. 8Box-and-whiskers plot of planting density in SM (2014-2016)
Ⅰ: Yunan; Ⅱ: Hunan; Ⅲ: Guangxi; Ⅳ: Sichuan; Ⅴ: Hubei; Ⅵ: Guizhou; Ⅶ: Chongqing
-->
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图9西南玉米区种植密度变化（2009—2016）
-->Fig. 9Annual variation tendency of planting density in SM (2009-2016)
-->
2.6 南方甜、糯玉米种植密度变化
南方甜玉米种植密度当前（2014—2016年）平均为5.39万株/hm2,显著高于糯玉米（平均4.87万株/hm2）的水平（图10,表3）。种植密度变化趋势分析结果显示,糯玉米自2009年以来种植密度逐步下滑,呈现出显著下降的趋势;甜玉米种植密度增长趋势不显著（图11）。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图10南方甜糯玉米种植密度箱线图（2014—2016）
-->Fig. 10Box-and-whiskers plot of planting density in SWM (2014-2016)
-->
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图11南方甜糯玉米种植密度变化（2009—2016）
-->Fig. 11Annual variation tendency of planting density in SWM (2009-2016)
-->
3 讨论
3.1 种植密度的区域性差异及其变化
3.1.1 主产区种植密度差异与变化趋势 当前中国玉米主产区的种植密度存在明显的区域性差异,呈现北高南低的特征。西北玉米区是种植密度最高的区域,平均为6.77万株/hm2,极显著高于其他区域;其次是黄淮海夏玉米区和北方春玉米区,种植密度分别为 6.19万株/hm2和5.91万株/hm2;而南方甜糯玉米和西南玉米区的种植密度分别为5.13万株/hm2和4.80万株/hm2,极显著低于西北、黄淮海夏玉米区及北方春玉米区的种植密度水平。北方春玉米区是种植密度上升最快的主产区,自2005年的4.53万株/hm2线性提升到2016年的5.97万株/hm2,12年间上升了1.5万株/hm2。黄淮海夏玉米区2005—2009年种植密度明显上升,由5.82万株/hm2提升到6.22万株/hm2,2009 年后种植密度基本稳定。西北玉米区自2009年以来一直是种植密度最高的区域,2013年达到阶段性顶峰,近年来处于高位震荡徘徊没有继续突破。西南玉米区种植密度在研究时段内没有明显的增减变化,维持在4.80万株/hm2左右。南方甜、糯玉米区的种植密度自2009年以来呈显著下降趋势,其中主要是糯玉米下降显著。3.1.2 主产区内种植密度的区域差异 产区内不同生态区域的种植密度发展并不均衡,各生态区域变化速率甚至增减趋势均有不同。在种植密度最高的西北玉米区,西北灌溉区和南疆玉米区是种植密度提升的主要区域,而旱作区种植密度略有下滑。种植密度增速最快的北方春玉米区,除河北春播区外,多数生态区域种植密度均呈极显著地上升趋势,而生态区域内各示范县种植密度水平有较大差异。增速最快的黑龙江3-5积温带当前种植密度水平箱线图的偏态分布表明,部分示范县种植密度远高于域内平均水平;而增速较慢的辽宁玉米区则是由于示范县种植密度偏低限制了区域的整体增速。种植密度没有明显变化的西南与南方玉米区,湖南与湖北部分示范县种植密度在近年来有所提升,呈现出与其他生态区域不同的发展态势。黄淮海产区种植密度相对平稳,域内各生态区域在增减趋势和种植密度分布方面差异不大。南方甜糯玉米种植密度呈现显著的下降趋势,主要是由于糯玉米区密度持续显著下降引起,而甜玉米种植密度变化不显著。通过分析不同生态区域数据,明确种植密度增速较快和发展受限的区域,结合各生态区域环境资源、品种以及栽培管理等数据分析,能够为深入分析制约增密的影响因素指明方向。
3.2 影响种植密度的原因分析
3.2.1 区域环境条件 中国玉米种植区生态条件差异明显,是造成玉米种植密度差别的客观原因。水分条件是限制作物生产的关键因素。灌溉是高密度群体生长的重要保障,处于西部内陆的新疆、宁夏和内蒙古西部灌溉玉米区是当前中国玉米种植密度最高的区域;降水适宜或能够适期补灌的东北、黄淮平原区是中国玉米最主要的产区,区域种植密度是当前中国玉米生产的主流水平,如何推进该区种植密度提高是今后研究的重点;水分匮缺的甘肃、陕西、宁夏等西北旱作玉米区,难以满足高密度群体的水分消耗,稀植栽培是当地的主流选择;降水过多也不利于玉米种植密度的提升,一方面,苗期高湿不利于成苗,另一方面,植株建成期高湿不利于协调个体与群体的竞争关系,造成徒长倒伏等不良后果,黄淮南部、西南和南方玉米区玉米种植密度偏低多与此有关。光辐射是玉米进行光合作用并累积物质的能量基础,光辐射的强弱是决定玉米区域最适种植密度的关键因素[15];本研究显示的区域种植密度分布和变化趋势与中国光辐射的分布情况具有一定的吻合性,未来分析光辐射与玉米种植密度分布关系将是进一步研究的重点方向。温度是影响玉米生育进程的重要气候因子,热量条件决定了玉米个体的大小和发育动态,相应实现玉米高产的途径就有所区别。北方玉米区受热量条件限制,更多地选择以提升群体密度促进实现高产的发展思路,黑龙江、内蒙古东部以及新疆北部玉米区发展密植高产模式,促进了这些区域种植密度的提升。3.2.2 推广应用的品种特性 品种是适宜种植密度的先决条件[16]。不同年代品种对种植密度变化的适应能力不同,新品种更耐密植栽培[17]。美国1970s品种的种植密度平均为4.50万株/hm2,当前品种种植密度已提升到6.75—9.00万株/hm2[18]。中国玉米品种种植密度在1970s低于美国同期水平,大多为3.0万株/hm2左右,当前品种的适宜种植密度在6.00—6.75万株/hm2。2 000年以来,郑单958、先玉335、浚单20等一批株型紧凑、耐密植、抗病和适应性广的杂交种,促进种植密度提升了0.75—1.50万株/hm2[2]。北方高纬度春玉米区推广的早熟耐密品种,西北灌溉区玉米区推广的高产耐密品种,促进了区域种植密度的快速增加,两区种植密度已与美国当前玉米生产密度相当;2005—2009年黄淮海夏玉米种植密度的提升也是与郑单958、浚单20、先玉335等耐密品种更换关系密切;而近年来黄淮海夏玉米区和西南玉米区,由于没有突破性的高产耐密品种出现,区域种植密度增长陷于停滞。缺乏耐密植的高产品种极大地限制了中国玉米种植密度的增长。
3.2.3 生产管理技术 单纯提高种植密度并不能带来产量提高的必然结果。高密度下群体源不足往往是增产的主要限制因素[19]。种植密度增加会改变茎秆干物质积累和分配,增加倒伏风险[15,20];增密改变了群体结构和通风透光条件[21-22],病、虫危害的风险也随之增加。这些都是生产中限制种植密度提高的主要障碍因素。西北灌溉玉米区和北方高纬度春玉米区是近年来玉米发展最快的种植区域,以耐密品种推广为契机,应用膜下滴灌、合理施肥、精量播种、机械粒收等技术,在中国率先实践了密植高产机械化栽培技术模式,产量和效益均领先于全国水平[3]。而近年来种植密度提升停滞不前的西南地区,由于生产规模过小且机械化水平低,多熟制和间套作也限制了种植技术的模式化发展,因此当地农民更愿意种植稀植大穗的品种以减轻劳动强度。提升当地的种植密度必须从革新栽培技术模式入手,发展以种小型农机具为基础的高效机械化栽培技术,寻求西南区玉米密植栽培的破解途径。
3.3 增密的增产作用
密植栽培促进玉米增产现已成为学界共识。在特定环境条件下,产量与种植密度的关系符合等差与等比的混合模型[4,18,23],品种和栽培措施共同决定了适宜种植密度[24]。在高种植密度条件下需更加关注玉米冠层结构引起的群体光合特性改变,通过栽培管理协调群体与个体的发展,促进玉米群体产量的提高[16-17]。西北灌溉玉米区充分满足水肥供应的条件下,密度在10.5万株/hm2时实现了最高产量[25-26]。刘伟等[27]研究认为夏玉米较高产量和氮素利用效率的适宜种植密度为7.5—10.5万株/hm2。陈传永等[28]研究认为春玉米耐密高产栽培的适宜密度在7.5—10.5万株/hm2。钱春荣等[29]研究认为黑龙江省玉米高产高效栽培适宜密度在7.0万株/hm2。袁继超[30]、段必康等[31]认为在西南海拔较高的地区种植密度增加到8.95—9.86万株/hm2时对增产作用较大。本研究数据显示,全国玉米主要产区种植密度与高产研究种植密度相比尚有较大差距,如何推动区域种植密度进一步提升将是未来玉米栽培研究工作的重点。同时,在种植密度变化过程中,玉米产量变化在区域间存在较大差异,不同区域玉米种植密度和产量的变化关系非常复杂。中国玉米种植密度与产量的关系以及增密增产技术的区域适应性将在进一步分区域分析探讨的基础上进行后续研究。4 结论
2005—2016年玉米增产占中国粮食增产总额的50%以上,是保障粮食安全的主力军[32]。分析这个阶段玉米生产所发生的变化,明确产量提升的关键促进因素对今后玉米保持稳定增产、改善并提高生产效益具有重要的指导意义。研究结果显示,中国玉米种植密度在主产区之间、主产区内不同生态区域之间的现状和发展趋势并不均衡,整体上呈现北高南低的态势。北方春玉米区、西北玉米区在研究时段内种植密度增加较大;而黄淮海夏玉米区经过短暂的快速增长后基本保持稳定;西南玉米区和甜糯玉米种植密度没有明显变化。分析显示中国玉米种植密度受资源条件、品种演变和种植技术共同影响,其提升过程极为复杂。今后需要深入研究这些因素与玉米增密的关系以及增密与增产的关系,为促进中国玉米生产可持续发展提供理论指导。致谢：全国农业科技入户示范工程玉米示范县和国家现代玉米产业技术体系综合试验站、示范县的专家与技术人员参与了调研,在此一并表示衷心的感谢！
The authors have declared that no competing interests exist.
