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）。Table 1
表1
表1玉米栽培发展历程回顾
Table 1Historical review of the progress of maize cultivation
| 年代 Era | 主要研究内容 Main research content | 理论、方法与技术突破 Breaktroughs of theory, method and technology | 技术特征 Traits of technology |
|---|---|---|---|
| 20世纪50年代 1950’s | 总结推广群众高产典型经验 Summarizing and popularizing the typical experience of high yield of the masses 《作物栽培学》出版 The publication of Crop Cultivation Science | “作物-环境-措施”三位一体 The trinity of “crop-environment-management” | 以单项实用技术为主 Taking the single practical technology as the main content 增大单株叶面积和单穗粒数,提高单株生产力为主的增产途径 Increasing the leaf area and grain number per plant, improving the productivity of per plant |
| 20世纪60年代 1960’s | 玉米生长发育规律与穗分化 Law of maize growth and development and ear differentiation 高产田长势长相与产量构成 Canopy characteristics and yield components of high yield fields 需水、需肥规律 Law of fertilization and irrigation 杂交种推广 Cultivation techniques and promotion of hybrid maize 农田基本条件建设 Construction of basic farmland conditions | 作物群体概念与群体自动调节规律 The concept of crop population and group automatic regulation 合理密植原则 The principle of reasonable planting density 产量构成理论 The theory of yield components | |
| 20世纪70年代 1970’s | 器官建成规律 Law of organ formation 因苗诊断指标 Diagnostic index based on seedlings 抗逆栽培与中低产田改造 Anti-adversity cultivation and the reform of low and middle yield field 间套作与多熟种植 Inter cropping and multi cropping | 器官同伸规律与叶龄模式促控法 Law of synchronous growth of organs and the control method of leaf age model 生长中心、叶片分工分组与生育阶段 Growth center and labor division and group of leaf | |
| 20世纪80年代 1980’s | 种植区划 Regional planting 器官解剖结构与功能关系 The relationship between organ structure and function 地膜覆盖 Plastic film mulching 育苗移栽 Seedling raising and transplanting 化学调控 Chemical regulation 逆境生理与抗逆丰产栽培 Adversity physiology and anti-adversity cultivation 模式化栽培 Patternized cultivation | 光合性能理论 Theory of photosynthetic characteristics 源库理论 Theory of source and sink 器官结构与功能 Organ structure and function 地膜栽培、育苗移栽、化学调控增产机理与配套技术 The yield increasing mechanism and the corresponding technology of plastic film mulching, seedling raising and transplanting, and chemical regulation | 技术集成与模式化 Technology integration and modeling 改善株型、增大群体,提高群体光合生产量和经济系数 Improving the plant type, increasing plant population and improving the photosynthetic capacity and economic coefficient 选用保绿、晚熟品种,延长光合高值持续期和灌浆时间 Choosing green and late maturity cultivars and extending the high value duration of photosynthetic and the duration of milking |
| 20世纪90年代 1990’s | 吨粮田技术 The technology of yield high more than 1 ton/667 m2 群体光合 Photosynthesis of crop population 紧凑型玉米生育规律与配套栽培技术 The growth and development of compact maize and the corresponding cultivation technologies 精准农业关键技术 The key technologies of precision agriculture 鲜食玉米栽培 Cultivation of maize as fresh food | 小麦玉米两茬“吨粮田”与资源周年高效利用 Fields with more than 1 ton/667 m2 yield and the high efficiency of annual resources utilization in winter wheat-summer maize rotation 作物源库性能分析“三合结构”模式 “Three combination structure” 群体光合特征与理想株型 Canopy photosynthetic characteristics and ideotype 群体质量栽培 Cultural techniques for high-yield quality colony | |
| 年代 Era | 主要研究内容 Main research content | 理论、方法与技术突破 Breaktroughs of theory, method and technology | 技术特征 Traits of technology |
| 21世纪前10年 2000—2010 | 高产创建 The establishment of high yield system 周年资源高效配置与“双晚”技术 Efficient allocation of annual resources and the “double late” technology 全膜双垄沟播技术 The technology of full-plastic mulching and double ridge-furrow planting 贴茬免耕直播技术 Technology of no-tillage in stubble field 玉米主要品质指标形成规律 The formation law of main quality indexes of maize | 作物产量层次差模型框架 The outline of the model of crop yield gap 周年高产与资源高效利用 Annual crop high yield and the high efficiency of resources utilization 玉米无公害生产 Non-pollution maize production | 选用抗逆广适品种, 全程机械化生产,实现高产高效栽培 Choosing the anti-adversity and wide adaptability cultivar, carrying out full mechanization production technology to realize high efficiency cultivation 深松（耕）、秸秆还田 Deep tillage and straw returning |
| 21世纪10年代 2010’s | 高产潜力探索 Yield potential exploration 机械化生产技术 Technology of mechanization mode 滴灌与水肥一体化技术 Drip irrigation, integration technology of water and fertilizer 根土关系及其调控技术 The relationship between root and soil and its regulation technology 抗逆减灾栽培 The cultivation of anti-adversity and disaster reduction | 密植栽培与产量潜力突破途径 High density planting and ways of breakthrough of yield potential 高产高效协同 The collaboration of high yield and high efficiency 机械粒收技术 Technology of mechanical grain harvesting 调土强根技术 Technology of adjusting soil structure and strengthening root activity 双基因型间混作技术 Inter-cropping and mix-cropping of double maize genotypes |
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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。
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]。Table 2
表2
表2近10年各地创造的玉米高产纪录田块
Table 2Distribution of high yield plots in different regions of this decade
| 年份 Year | 单产Yield of per unit | 地点 Site | 备注 Note | |
|---|---|---|---|---|
| kg·hm-2 | kg/667m2 | |||
| 2005 | 19347.0 | 1289.8 | 山东莱州 Laizhou in Shandong | 夏玉米全国高产纪录 National record of high yield summer maize |
| 2006 | 17175.3 | 1145.0 | 新疆伊犁62团 62th group Yili in Xinjiang | 春玉米新疆高产纪录 Xinjiang record of high yield spring maize |
| 2007 | 15971.7 | 1064.8 | 河南浚县 Xunxian in Henan | 夏玉米河南高产纪录 Henan record of high yield summer maize |
| 2007 | 18762.0 | 1250.8 | 陕西澄城 Chengcheng in Shaanxi | 春玉米全国旱地高产纪录 National arid region’s record of high yield spring maize |
| 2007 | 17752.4 | 1183.5 | 吉林桦甸 Huadian in Jilin | 春玉米吉林高产纪录 Jilin record of high yield spring maize |
| 2007 | 18474.0 | 1231.6 | 河北张家口市高新区 Zhangjiakou High-Tech Zone in Hebei | 春玉米河北高产纪录 Hebei record of high yield spring maize |
| 2008 | 18757.5 | 1250.5 | 内蒙古松山区 Songshan District in Inner Mongolia | 春玉米内蒙古高产纪录 Inner Mongolia record of high yield spring maize |
| 2008 | 18733.1 | 1248.9 | 宁夏平吉堡农场 Pingjibao Farm in Ningxia | 春玉米宁夏高产纪录 Ningxia record of high yield spring maize |
| 2008 | 17724.0 | 1181.6 | 四川宣汉 Xuanhan in Sichuan | 春玉米西南高产纪录 Southwestern record of high yield spring maize |
| 2008 | 19896.0 | 1326.4 | 陕西定边 Dingbian in Shaanxi | 春玉米全国高产纪录 National record of high yield spring maize |
| 2009 | 19230.0 | 1282.0 | 内蒙古松山区 Songshan District in Inner Mongolia | 春玉米内蒙古高产纪录 Inner Mongolia record of high yield spring maize |
| 2009 | 20401.5 | 1360.1 | 新疆伊犁71团 71th group Yili in Xinjiang | 春玉米全国高产纪录 National record of high yield spring maize |
| 2010 | 19714.5 | 1314.3 | 宁夏同心 Tongxin in Ningxia | 春玉米宁夏高产纪录 Ningxia record of high yield spring maize |
| 2011 | 20780.9 | 1385.4 | 新疆奇台总场 Qitai Farm in Xinjiang | 春玉米全国高产纪录 National record of high yield spring maize |
| 2012 | 21154.5 | 1410.3 | 新疆奇台总场 Qitai Farm in Xinjiang | 春玉米全国高产纪录 National record of high yield spring maize |
| 2012 | 18270.0 | 1218.0 | 四川盐源 Yanyuan in Sichuan | 春玉米西南高产纪录 Southwestern record of high yield spring maize |
| 2013 | 18725.6 | 1248.4 | 黑龙江建三江管局胜利农场 Jiansanjiang Authority Victory Farm in Heilongjiang | 春玉米早熟区高产纪录（积温2 400℃） Early maturing area record of high yield spring maize (GDD 2 400℃) |
| 2013 | 21508.8 | 1433.9 | 新疆71团 71th Group Yili in Xinjiang | 春玉米全国高产纪录 National record of high yield spring maize |
| 2013 | 22676.1 | 1511.7 | 新疆奇台总场 Qitai Farm in Xinjiang | 春玉米全国高产纪录 National record of high yield spring maize |
| 2014 | 18249.0 | 1216.6 | 吉林桦甸 Huadian in Jilin | 春玉米吉林高产纪录 Jilin record of high yield spring maize |
| 2014 | 20037.0 | 1335.8 | 山东莱州 Laizhou in Shandong | 夏玉米全国高产纪录 National record of high yield summer maize |
| 2014 | 20359.4 | 1357.3 | 宁夏永宁 Yongning in Ningxia | 春玉米宁夏高产纪录 Ningxia record of high yield spring maize |
| 2014 | 21876.0 | 1458.4 | 陕西定边 Dingbian in Shaanxi | 春玉米陕西高产纪录 Shaanxi record of high yield spring maize |
| 2014 | 21135.2 | 1409.0 | 新疆奇台总场 Qitai Farm in Xinjiang | 春玉米当年新疆最高单产 The highest yield of spring maize in Xinjiang |
| 2014 | 19280.7 | 1285.4 | 甘肃凉州区 Liangzhou District in Gansu | 春玉米甘肃高产纪录 Gansu record of high yield spring maize |
| 2014 | 18639.0 | 1242.6 | 黑龙江肇东 Zhaodong in Heilongjiang | 春玉米当年黑龙江最高单产The highest yield of spring maize in Heilongjiang |
| 2015 | 19233.2 | 1282.2 | 四川丹巴 Danba in Sichuan | 春玉米西南高产纪录 Southwestern record of high yield spring maize |
| 2015 | 16981.5 | 1132.1 | 云南会泽 Huize in Yunnan | 春玉米云南高产纪录 Yunnan record of high yield spring maize |
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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 000kg/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（y=0.0854x-17.293,R= 0.450,y为种植密度,plant/hm2;x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]。
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）。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图1玉米高产田产量分布结果（2009—2015,n=724）
-->Fig. 1Distribution of the yield of high yield fields (2009-2015,n=724)
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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）。
Table 3
表3
表32005—2016年全国玉米主推技术
Table 3The main popularized technology of maize during 2005-2016
| 序号 Number | 主推技术名称 Name | 技术依托单位 Unit | 推荐年份 Year |
|---|---|---|---|
| 1 | 玉米“一增四改”技术 Corn “An Increase, Four Change” Technology | 北京市农林科学院玉米研究中心 Maize Research Center, Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences | 2008—2014 |
| 2 | 玉米地膜覆盖栽培技术 Cultivation Techniques of Maize Film Mulching | 中国农业科学院作物科学研究所 Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences | 2005, 2009 |
| 3 | 玉米简化高效育苗移栽技术 Cultivation Techniques of Simple and High-Efficiency Seedling for Maize | 四川省农业科学院 Sichuan Academy of Agricultural Sciences | 2009, 2014 |
| 4 | 全膜双垄沟播栽培技术 Cultivation Technique of Whole Film Double Ridge Furrow | 甘肃省农业技术推广总站 Gansu Agro-Technical Extension Station | 2009—2014 |
| 5 | 小麦-玉米的秸秆还田及免耕直播技术 Wheat-Corn Straw Returning to Field and No-Tillage Technology | 中国农业大学 China Agricultural University | 2005 |
| 6 | 夏玉米免耕直播晚收增产技术 No-Tillage and Late Harvest Techniques of Summer Maize | 山东农业大学,河南农业大学,河南省农业技术推广总站 Shandong Agricultural University, Henan Agricultural University, Henan Agricultural Technology Extension Station | 2010—2016 |
| 7 | 玉米大垄双行栽培技术 Two Row with Big Ridge Cultivation Techniques of Corn | 黑龙江省农垦科学院 Heilongjiang Academy of Agricultural Reclamation | 2015—2016 |
| 8 | 玉米早熟、矮秆、耐密增产技术 Corn Premature, Dwarf Dense, Resistance Technology | 辽宁省农业科学院 Liaoning Academy of Agricultural Sciences | 2007—2008 |
| 9 | 玉米密植早熟增产技术 Corn Premature and Close Planting Technology | 辽宁省农业科学院,中国农业科学院作物科学研究所 Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences | 2010—2012 |
| 10 | 玉米密植高产全程机械化生产技术 Whole Mechanized Production Technology of Maize Close Planting for High Yield | 中国农业科学院作物科学研究所 Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences | 2013—2016 |
| 11 | 玉米间套种高产高效种植模式 Maize High Yield and High Efficient Planting Pattern with Intercropping | 四川农业大学 Sichuan Agricultural University | 2016 |
| 12 | 保护性耕作与免耕技术 Conservation Tillage and No-Tillage Techniques | 中国农业大学保护性耕作研究中心 Center for Conservation Tillage, China Agricultural University | 2006—2016 |
| 13 | 测土配方施肥技术 Soil Testing and Fertilizer Recommendation Technology | 全国农业技术推广服务中心,中国农业大学,北京市土肥工作站 National Agro-Technical Extension and Service Centre, China Agricultural University, Beijing Soil and Fertilizer Workstation | 2005—2016 |
| 14 | 玉米中耕深松蓄水保墒增产技术 Technology of Deep Tillage Increasing Water Storage and Soil Moisture in Maize | 辽宁省农业科学院,内蒙古农业大学 Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Inner Mongolia Agricultural University | 2010—2011 |
| 15 | 秸秆直接还田培肥改土技术 Straw Direct Returning Technology | 山西省土壤肥料工作站 Shanxi Soil and Fertilizer Workstation | 2009 |
| 16 | 地力培肥与土壤改良配套技术 Techniques of Soil Fertility and Soil Improvement | 全国农业技术推广服务中心 National Agro-Technical Extension and Service Centre | 2013—2016 |
| 17 | 玉米隔沟交替灌溉技术 Alternative Irrigation Technique for Maize | 全国农业技术推广服务中心 National Agro-Technical Extension and Service Centre | 2005 |
| 18 | 农田测墒灌溉技术 Soil Moisture Measurement and Irrigation Technology of Farmland | 全国农业技术推广服务中心 National Agro-Technical Extension and Service Centre | 2016 |
| 19 | 水肥一体化技术 Water and Fertilizer Integration Technology | 全国农业技术推广服务中心 National Agro-Technical Extension and Service Centre | 2011—2016 |
| 20 | 玉米滴灌节水水肥一体化增产技术 Water and Fertilizer Integration Technology of Maize Drip Irrigation | 中国农业科学院作物科学研究所,吉林省农业科学院 Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Jilin Academy of Agricultural Sciences | 2012—2016 |
| 21 | 抗旱节水农业技术 Drought-Resistant and Water-Saving Technology | 全国农业技术推广服务中心 National Agro-Technical Extension and Service Centre | 2010—2012 |
| 22 | 玉米膜侧集雨节水栽培技术 Drought-Resistant and Water-Saving Agriculture Technology | 四川省农业科学院 Sichuan Academy of Agricultural Sciences | 2009 |
| 序号 Number | 主推技术名称 Name | 技术依托单位 Unit | 推荐年份 Year |
| 23 | 西南玉米雨养旱作增产技术 Southwestern Rainfed Dry Cultivation Corn Production Technology | 四川省农业科学院 Sichuan Academy of Agricultural Sciences | 2010—2011 |
| 24 | 旱地垄播沟覆保墒培肥耕作技术 Dry Ridge Ditch Covering Soil Fertilizer Technology | 四川省农业科学院 Sichuan Academy of Agricultural Sciences | 2012 |
| 25 | 旱地玉米抗旱精播壮苗丰产技术 Technology of Maize Drought Resistance and Precision Sowing | 四川省农业科学院,西北农林科技大学 Sichuan Academy of Agricultural Sciences,Northwest A&F University | 2013 |
| 26 | 西南旱地玉米抗旱播种丰产技术 High-Yielding Techniques of Maize Drought Resistance in Southwest Dryland | 四川省农业科学院 Sichuan Academy of Agricultural Sciences | 2014—2016 |
| 27 | 夏玉米抗逆防倒防衰减灾技术 Lodging and Senescence Resistance Technology of Summer Maize Stress | 中国农业科学院作物科学研究所 Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences | 2015—2016 |
| 28 | 种子包衣技术 Seed Coating Technology | 全国农业技术推广服务中心 National Agro-Technical Extension and Service Centre | 2005 |
| 29 | 赤眼蜂防治玉米螟技术 Prevention and Control of Corn Borer with Trichogramma | 吉林省农业科学院,全国农业技术推广服务中心,中国农业科学院植物保护研究所 Jilin Academy of Agricultural Sciences, National Agro-Technical Extension and Service Centre, Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences | 2005—2016 |
| 30 | 玉米重大病虫害综合防治技术 Comprehensive Control Technology of Maize Major Diseases and Insect Pests | 全国农业技术推广服务中心,中国农业科学院作物科学研究所, 吉林省农业科学院,全国农业技术推广服务中心 National Agro-Technical Extension and Service Centre, Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Jilin Academy of Agricultural Sciences, National Agro-Technical Extension and Service Centre | 2005—2016 |
| 31 | 土壤深松机械化技术 Soil Subsoiling Mechanization Technology | 内蒙古自治区农牧业机械化管理局,黑龙江省农业机械化技术推广总站,中国农业大学 Inner Mongolia Agriculture and Animal Husbandry Mechanization Administration, Heilongjiang Agricultural Mechanization Technology Extension Station, China Agricultural University | 2008, 2010—2014 |
| 32 | 玉米联合收获机械化技术 Maize Combined Harvesting Mechanization Technology | 山东省农机技术推广站 Shandong Agro-Technical Extension Station | 2008—2013 |
| 33 | 玉米精量播种机械化技术 Mechanization Technology of Maize Precision Seeding | 中国农业大学,黑龙江省农业机械化技术推广总站,山东省农机技术推广站 China Agricultural University, Heilongjiang Agricultural Mechanization Technology Extension Station, Shandong Agro-Technical Extension Station | 2011—2013 |
| 34 | 玉米烘干机械化技术 Mechanization Technology of Maize Drying | 农业部农业机械化技术推广总站 Agricultural Mechanization Technology Development and Extension Station of Ministry of Agriculture | 2013 |
| 35 | 高效节水灌溉机械化技术 Mechanization Technology of Efficient Water Saving Irrigation | 农业部农业机械化技术推广总站 Agricultural Mechanization Technology Development and Extension Station of Ministry of Agriculture | 2013—2016 |
| 36 | 玉米机械化生产技术 Maize Mechanized Production Technology | 中国农业大学 China Agricultural University | 2014—2016 |
| 37 | 农作物秸秆综合利用技术 Comprehensive Technology of Crop Straw Utilization | 中国农业大学,农业部农业机械化技术开发推广总站 China Agricultural University, Agricultural Mechanization Technology Development and Extension Station of Ministry of Agriculture | 2008 |
| 38 | 主要农作物秸秆综合利用机械化技术 Mechanization Technology of Comprehensive Utilization of Main Crop Straw | 山东省农机技术推广站,农业部农业机械化技术开发推广总站 Shandong Agro-Technical Extension Station, Agricultural Mechanization Technology Development and Extension of Ministry of Agriculture | 2009—2016 |
| 39 | 甜、糯玉米优质高产技术规程 High Quality and High Yield Technology of Sweet and Waxy Maize | 广东省农作物杂种优势利用站 Guangdong Crop Heterosis Utilization Station | 2008—2009 |
| 40 | 青贮玉米生产和利用技术 Silage Maize Production and Utilization Technology | 中国农业大学,东北农业大学 China Agricultural University, Northeast Agricultural University | 2005—2015 |
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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）。Table 4
表4
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
Table 4The typical large area of high yield field of maize that has been inspected by expert groups of Ministry of Agriculture in this decade
| 年份 Year | 单产 Yield of per unit | 面积 Area hm2 (667m2) | 地点 Site | 主要品种 Main cultivar | 备注 Note | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| (kg·hm-2) | (kg/667m2) | |||||
| 2008 | 13698.0 | 913.2 | 770（11550） | 内蒙古松山区 Songshan District in Inner Mongolia | 浚单20,郑单958 Xundan 20, Zhengdan 958 | 内蒙古万亩高产纪录 Inner Mongolia record of high yield maize per ten thousand mu |
| 2008 | 14451.0 | 963.4 | 668.8（10032） | 陕西定边 Dingbian in Shaanxi | 郑单958等 Zhengdan 958, etc | 陕西万亩高产纪录 Shaanxi record of high yield maize per ten thousand mu |
| 2008 | 14557.8 | 970.52 | 800（12000） | 甘肃凉州区 Liangzhou District in Gansu | 沈单16、武科2号、金穗9号和郑单958等 Shendan 16, Wuke 2#, Jinsui 9# and Zhengdan 958, etc | 全国万亩高产纪录 National record of high yield maize per ten thousand mu |
| 2009 | 12005.3 | 800.35 | 1046.7（15700） | 四川宣汉 Xuanhan in Sichuan | 成单30、高玉79等 Chengdan 30, Gaoyu 79, etc | 南方玉米万亩高产纪录 Southern record of high yield maize per ten thousand mu |
| 2009 | 15031.5 | 1002.1 | 770（11550） | 内蒙古松山区 Songshan District in Inner Mongolia | 浚单20,郑单958 Xundan 20, Zhengdan 958 | 全国万亩高产纪录 National record of high yield maize per ten thousand mu |
| 2009 | 15484.5 | 1032.3 | 672.5（10088） | 陕西定边 Dingbian in Shaanxi | 郑单958等 Zhengdan 958, etc | 全国万亩高产纪录 National record of high yield maize per ten thousand mu |
| 2010 | 12774 | 851.6 | 773（11600） | 河南鹤壁 Hebi in Henan | 浚单20、浚单29、浚单26 Xundan 20, Xundan 29, Xundan 26 | 夏玉米万亩高产 Record of high yield summer maize per ten thousand mu |
| 2012 | 13510.5 | 900.7 | 800（12000） | 陕西定边 Dingbian in Shaanxi | 陕单609等 Shandan 609, etc | 旱地万亩高产纪录 Arid region record of high yield summer maize per ten thousand mu |
| 2012 | 12162 | 628.3 | 18733（281000） | 四川宣汉 Xuanhan in Sichuan | 成单30、高玉79、荃玉9号等 Chengdan 30, Gaoyu 79, Quanyu 9#, etc | 西南万亩高产纪录 Southwestern record of high yield maize per ten thousand mu |
| 2012 | 16701 | 1113.4 | 724（10860） | 新疆伊犁71团 71th group Yili in Xinjiang | KWS1568、先玉335、KWS3564、先玉696和新玉50 KWS1568, Xianyu 335, KWS3564, Xianyu 696 and Xinyu 50 | 全国万亩高产纪录 National record of high yield maize per ten thousand mu |
| 2013 | 13101 | 873.4 | 667（10000） | 河南鹤壁 Hebi in Henan | 浚单20等 Xundan 20, etc | 夏玉米万亩高产纪录 Record of high yield summer maize per ten thousand mu |
| 2014 | 13260 | 884 | 667（10000） | 河南鹤壁 Hebi in Henan | 浚单29等 Xundan 29, etc | 夏玉米万亩高产纪录 Record of high yield summer maize per ten thousand mu |
| 2014 | 18414 | 1227.6 | 700（10500） | 新疆伊犁71团 71th group Yili in Xinjiang | M751、M753、KWS3564、先玉335等 M751, M753, KWS3564, Xianyu 335, etc | 全国万亩高产纪录 National record of high yield maize per ten thousand mu |
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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。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）。
Table 5
表5
表5未来20年玉米栽培科技发展战略
Table 5The development strategies of maize cultivation science in the next 20 years
| 年代 Era | 研究目标 Aim of research | 重点研究内容 Main research content | 标志成果 Landmark achievement |
|---|---|---|---|
| 2016—2020 | 1、玉米高产高效生产,提升国际市场竞争力 Through high yield and high efficiency of maize production to improve the competiveness of maize in international market 2、玉米种植区域优化布局 Optimize the layout of maize planting areas | 1、机械籽粒收获与玉米全程机械化生产技术 Technologies of mechanical grain harvesting and full mechanization production 2、规模种植标准化与管理 Standardization and management of scale planting 3、缩小产量差和效益差 Reducing the yield gap and the benefit gap | 玉米高产高效协同栽培理论与技术 Theory and technology of the collaboration of maize high yield and high efficiency |
| 2021—2025 | 1、提高资源利用效率,实现可持续生产 Improving the efficiency of resource utilization to realize the sustainable production 2、籽粒生产效率 Improving the efficiency of grain production 3、应对全球气候变化生产 A production system which in response to the global climate change | 1、作物产量形成与资源的定量匹配 Theory and technology of quantitative matching of maize yield formation and resources 2、玉米生长发育和产量形成对气候、环境变化的响应机制,资源高效利用与抗逆减灾栽培 The response mechanism of maize growth and yield formation to the change of climate and environment; the high efficiency of resource utilization and cultivation technologies of anti-adversity 3、化学品替代与保护性耕作栽培关键技术 The key technologies of chemical substitution and conservation tillage | 作物产量与资源定量匹配理论与可持续生产技术 Theory of quantitative matching of maize yield and resources and technologies sustainable production |
| 2026—2035 | 1、玉米产量潜力与突破途径 Ways of breakthroughs of maize yield potential 2、智能化栽培 Precision production and management | 1、玉米生长模拟模型 Maize growth simulation model 2、生产与管理信息平台 Information platform of production and management 3、精准作业与定量设计栽培 Precision work and quantitative design cultivation | 玉米精准生产与管理理论与技术 Theory and technology for maize precision production |
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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。The authors have declared that no competing interests exist.
