明博，謝瑞芝，侯鵬，李璐璐，王克如，李少昆

?

2005—2016年中國玉米種植密度變化分析

明博，謝瑞芝，侯鵬，李璐璐，王克如，李少昆

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所/農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)重點實驗室，北京100081）

【目的】合理增加種植密度是國內(nèi)外玉米增產(chǎn)的重要途徑，但合理的密植范圍受資源條件、品種和種植技術(shù)共同影響。研究旨在分析中國玉米種植密度的現(xiàn)狀及其在不同區(qū)域、不同年份的變化，辨析玉米產(chǎn)量提升途徑，為明確未來技術(shù)發(fā)展方向和應(yīng)對措施提供依據(jù)。【方法】研究整理了2005—2016年間全國農(nóng)業(yè)科技入戶示范工程和國家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系示范縣測產(chǎn)調(diào)研數(shù)據(jù)，包括北方春玉米區(qū)、黃淮海夏玉米區(qū)、西北玉米區(qū)、西南玉米區(qū)以及南方甜、糯玉米區(qū)共5大玉米產(chǎn)區(qū)，累計調(diào)研23個?。▍^(qū)）、267個縣（市），共117 960份調(diào)查數(shù)據(jù)，以測產(chǎn)調(diào)研的收獲株數(shù)分析中國玉米種植密度的變化情況。經(jīng)過數(shù)據(jù)審核訂正，各縣市逐年農(nóng)戶數(shù)據(jù)平均代表該縣（市）逐年種植密度，缺失數(shù)據(jù)利用5點平滑插值法插值補缺。根據(jù)區(qū)域環(huán)境資源條件及種植模式，將玉米主要產(chǎn)區(qū)細(xì)分為25個典型生態(tài)區(qū)域，以縣（市）為單位分析玉米主要產(chǎn)區(qū)及其生態(tài)區(qū)域的種植密度和變化規(guī)律。研究運用箱形分析法和Tukey’s HSD法比較各區(qū)域種植密度差異及其顯著性；將各區(qū)域種植密度與年代進(jìn)行回歸，分析種植密度年際變化趨勢及其顯著性。【結(jié)果】分析表明，目前（2014—2016年），5大玉米產(chǎn)區(qū)和25個生態(tài)區(qū)域種植密度存在明顯差異。種植密度由高到低依次為西北玉米區(qū)（6.77萬株/hm2）＞黃淮海夏玉米區(qū)（6.19萬株/hm2）＞北方春玉米區(qū)（5.91萬株/hm2）＞南方甜糯玉米區(qū)（5.13萬株/hm2）＞西南玉米區(qū)（4.80萬株/hm2），西北玉米區(qū)種植密度極顯著高于其他主產(chǎn)區(qū)，而南方甜糯玉米區(qū)與西南玉米區(qū)種植密度極顯著低于其他主產(chǎn)區(qū)。各主要產(chǎn)區(qū)種植密度變化情況存在明顯差異。北方春玉米區(qū)種植密度2005—2016期間呈極顯著增長，12年間上升了1.5萬株/hm2；黃淮海夏玉米區(qū)2005—2009年種植密度明顯上升，2009年后種植密度穩(wěn)定在6.2萬株/hm2左右；西北玉米區(qū)自2009年以來始終是種植密度最高的產(chǎn)區(qū)，2013年達(dá)到階段性頂峰，近年沒有繼續(xù)突破。西南玉米區(qū)2009—2016年種植密度維持在4.80萬株/hm2左右，與其他主產(chǎn)區(qū)種植密度差距在不斷加大；南方甜、糯玉米區(qū)的種植密度自2009年以來下降趨勢明顯?！窘Y(jié)論】中國玉米種植密度在主產(chǎn)區(qū)之間、主產(chǎn)區(qū)內(nèi)不同生態(tài)區(qū)域之間的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢并不均衡，整體上呈現(xiàn)北高南低的態(tài)勢，雖然區(qū)域環(huán)境條件是決定種植密度的關(guān)鍵因素，但合理的耕作栽培技術(shù)和適宜的耐密品種是克服資源限制、提高種植密度的途徑。進(jìn)一步辨析促進(jìn)和限制區(qū)域種植密度發(fā)展的資源環(huán)境、品種與栽培技術(shù)因素，能夠為各區(qū)域構(gòu)建密植增產(chǎn)技術(shù)模式提供理論支持。

玉米；主要產(chǎn)區(qū)；種植密度；變化趨勢

0 引言

【研究意義】玉米群體產(chǎn)量取決于遺傳特性、環(huán)境條件和措施管理之間的相互作用，合理密植不僅能夠充分挖掘群體增產(chǎn)潛力[1]，還是最經(jīng)濟(jì)有效、易于推廣應(yīng)用的增產(chǎn)措施[2-3]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】自20世紀(jì)80年代以來，在玉米生產(chǎn)中，由于選育和推廣耐肥、抗倒、耐密品種，增施化肥和大面積應(yīng)用測土配方施肥技術(shù)、改善灌溉條件、縮小行距及耕作、病蟲草害防治水平不斷提高，玉米種植密度不斷加大，密植成為世界各地玉米實現(xiàn)大面積高產(chǎn)的關(guān)鍵措施和發(fā)展趨勢[4-6]。美國玉米種植密度在1930s—1960s期間增速為 250株/(hm2·a)，60、70年代后增速明顯加快[7]，1960s—2010s期間種植密度增速達(dá)到650株/(hm2·a)。與此同時，1930s—1960s期間美國玉米產(chǎn)量增益約為60 kg·hm-2·a-1，而1960s—2010s產(chǎn)量增益則上升到130 kg·hm-2·a-1 [8]。美國高產(chǎn)競賽獲勝者的種植密度多分布在8.55—10.95萬株/hm2[9-10]。多年來，中國學(xué)者圍繞玉米密植增產(chǎn)問題開展了大量研究[11-14]，初步探索了不同區(qū)域玉米的適宜種植密度范圍，為玉米實現(xiàn)大面積高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)提供了指導(dǎo)。【本研究切入點】中國玉米種植區(qū)域分布極為廣闊，區(qū)域間資源條件、科技及生產(chǎn)力水平差異很大，種植模式復(fù)雜多樣，玉米種植密度在各區(qū)域間差異巨大且發(fā)展趨勢也不盡相同。經(jīng)過多年發(fā)展，中國玉米在生產(chǎn)中的種植密度到底是什么水平？在品種、管理和環(huán)境條件等因素的綜合影響下，不同區(qū)域種植密度的差異性如何？2005年以來，本研究對中國玉米主產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)情況開展了持續(xù)、系統(tǒng)、廣泛的調(diào)研活動，獲取了大量真實有效的玉米生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為分析中國玉米生產(chǎn)發(fā)展提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究擬通過分析玉米生產(chǎn)調(diào)研數(shù)據(jù)，明確不同區(qū)域玉米種植密度的現(xiàn)狀水平，揭示玉米種植密度的變化規(guī)律。為進(jìn)一步分析種植密度提升對產(chǎn)量的影響、種植密度變化的限制因素，明確未來玉米生產(chǎn)的發(fā)展方向提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來源于全國農(nóng)業(yè)科技入戶示范工程和國家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系組織的測產(chǎn)調(diào)研。2005—2007年數(shù)據(jù)采集自北方春玉米區(qū)和黃淮海夏玉米區(qū)的黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古、山西、陜西、山東、河南、河北9?。▍^(qū)），28個玉米科技入戶工程試點縣，共獲取調(diào)研樣本62 000份。2009—2016年數(shù)據(jù)采集自北方春玉米區(qū)、黃淮海夏玉米區(qū)、西北玉米區(qū)、西南玉米區(qū)以及南方甜、糯玉米區(qū)的黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古、河北、山西、陜西、甘肅、寧夏、新疆、河南、山東、江蘇、安徽、上海、浙江、湖北、湖南、重慶、四川、廣東、廣西、貴州、云南24?。▍^(qū)）、250個國家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系示范縣，獲得55 960份調(diào)查數(shù)據(jù)。

1.2 調(diào)查方法

全國農(nóng)業(yè)科技入戶工程調(diào)研各示范縣選取10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，每鄉(xiāng)鎮(zhèn)選取10個村，每村選取10個農(nóng)戶進(jìn)行調(diào)研，每個示范縣包括1 000個農(nóng)戶的調(diào)研數(shù)據(jù)，包括示范戶、輻射戶和普通戶三類農(nóng)戶的測產(chǎn)數(shù)據(jù)。國家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系調(diào)研每個示范縣選取不同生產(chǎn)水平的3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，每個樣本鄉(xiāng)鎮(zhèn)隨機選取1個村莊，每個樣本村莊隨機選取8個農(nóng)戶。各示范縣共選取樣本農(nóng)戶24戶進(jìn)行長期定位調(diào)查，調(diào)研內(nèi)容包括種植面積、產(chǎn)量水平及產(chǎn)量構(gòu)成、生產(chǎn)方式等內(nèi)容。

1.3 區(qū)域劃分

1.3.1 生態(tài)區(qū)域劃分 中國玉米種植區(qū)域廣闊，經(jīng)緯度和海拔跨度大，各區(qū)間環(huán)境資源條件差異大。傳統(tǒng)上將玉米種植區(qū)域劃分為北方春玉米區(qū)、黃淮海夏玉米區(qū)、西北玉米區(qū)、西南及南方玉米區(qū)以及南方甜、糯玉米區(qū)等5類主要產(chǎn)區(qū)。各主產(chǎn)區(qū)內(nèi)，由于環(huán)境條件、生產(chǎn)力發(fā)展水平和種植習(xí)慣等因素的影響，也造成了玉米種植技術(shù)的明顯差異。因此，本研究將調(diào)研樣本進(jìn)一步劃分為25個生態(tài)區(qū)域（Ecoregion）加以分析。各主要產(chǎn)區(qū)和生態(tài)區(qū)域的所屬關(guān)系如表1所示。

1.3.2 數(shù)據(jù)訂正 縣域調(diào)查數(shù)據(jù)由農(nóng)戶調(diào)查樣本經(jīng)過平均計算獲得，為了避免統(tǒng)計樣本錯誤造成數(shù)據(jù)異常，對農(nóng)戶調(diào)查樣本逐一進(jìn)行核實，差異較大的數(shù)據(jù)進(jìn)行了剔除或更正。為了避免因少數(shù)站點和年份缺失調(diào)研數(shù)據(jù)引起縣域收獲株數(shù)產(chǎn)生異常變化，對于個別缺失的縣域樣本利用五點平滑插值法進(jìn)行了插值補缺。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析 按所屬縣（市）對農(nóng)戶調(diào)研數(shù)據(jù)逐年進(jìn)行平均，形成縣域收獲株數(shù)的年度數(shù)據(jù)；再對縣域樣本數(shù)據(jù)按照所屬生態(tài)區(qū)域和主產(chǎn)區(qū)分組，獲得收獲株數(shù)和產(chǎn)量的年度樣本集。利用箱形分析法和Tukey’s HSD法比較各區(qū)域近年來（2014—2016年）收獲株數(shù)差異及其顯著性。將生態(tài)區(qū)域和主產(chǎn)區(qū)平均收獲株數(shù)關(guān)于年代進(jìn)行回歸分析，分析收獲株數(shù)年際變化趨勢及其顯著性。本研究以測產(chǎn)調(diào)研獲得的收獲株數(shù)代表玉米的種植密度，并以此為基礎(chǔ)加以分析。

2 結(jié)果

2.1 玉米主要產(chǎn)區(qū)種植密度變化

以2014—2016年調(diào)研數(shù)據(jù)平均值代表當(dāng)前玉米生產(chǎn)水平，玉米各大產(chǎn)區(qū)種植密度從高到低依次為：西北玉米區(qū)＞黃淮海夏玉米區(qū)＞北方春玉米區(qū)＞南方甜糯玉米區(qū)＞西南玉米區(qū)（圖1-a）。西北玉米區(qū)平均種植密度為6.77萬株/hm2，極顯著高于其他區(qū)域的種植密度。黃淮海夏玉米區(qū)和北方春玉米區(qū)種植密度均值分別為6.19萬株/hm2和5.91萬株/hm2，兩區(qū)種植密度差異不顯著。南方甜糯玉米區(qū)和西南玉米區(qū)均值分別為5.13萬株/hm2和4.80萬株/hm2，差異也未達(dá)到顯著水平。西北區(qū)域內(nèi)玉米種植密度分布更為廣泛，其四分位數(shù)間距（interquartile range，IQR）為5.80—7.54萬株/hm2，由Tukey法判定的合理觀測值上下限間距明顯大于其他區(qū)域，說明西北玉米區(qū)域內(nèi)各縣（市）間種植密度發(fā)展水平并不一致。黃淮海夏玉米區(qū)種植密度分布最為集中，IQR集中在5.90—6.48萬株/hm2的狹小區(qū)間內(nèi)。西南玉米區(qū)和北方春玉米區(qū)的IQR區(qū)間大小類似，分別為4.16—5.36萬株/hm2和5.36—6.34萬株/hm2（圖1-a）。

玉米主產(chǎn)區(qū)種植密度變化趨勢及不同階段年均增減幅度如圖1-b和表2所示。北方春玉米區(qū)自2005年以來種植密度呈現(xiàn)出極顯著線性增長趨勢，2005—2009年增長較快，2009—2016年增速有所放緩，兩階段增長趨勢均達(dá)到極顯著水平；西北玉米區(qū)種植密度整體上呈現(xiàn)波動上升態(tài)勢，但趨勢未達(dá)到顯著水平；黃淮海夏玉米區(qū)種植密度2005—2016年整體呈現(xiàn)顯著上升態(tài)勢，種植密度增加主要集中于2005—2009年間，2009年后種植密度基本保持穩(wěn)定。西南玉米區(qū)2009—2016年種植密度未發(fā)生顯著變化，與其他主要產(chǎn)區(qū)密度水平仍有較大差距。南方甜、糯玉米區(qū)在2009—2016年間種植密度整體呈極顯著下降趨勢，2016年平均種植密度回升至5.24萬株/hm2。

表1 玉米種植密度調(diào)研樣本的區(qū)域劃分

NWM：西北玉米區(qū)；HPM：黃淮海夏玉米區(qū)；NM：北方春玉米區(qū)；SWM：南方甜糯玉米區(qū)；SM：西南玉米區(qū)。下同

NWM: the Northwest China maize planting region; HPM: the Huang-Huai-Hai Plain summer maize planting region; NM: the Northern China spring maize planting region; SWM: the Southern China sweet-waxy maize planting region; SM: the Southwest China maize planting region. the same as below

表2 玉米主要產(chǎn)區(qū)各時期種植密度和趨勢增長率

各列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著（＜0.05）；*代表回歸趨勢顯著性水平＜0.05，**代表回歸趨勢顯著性水平＜0.01。下同

Values followed by different lowercase letters within a column are significantly different at＜0.05; * represents significant difference at＜0.05; ** represents significant difference at＜0.01. The same as below

（a）箱線圖中箱體部分代表2014—2016年平均種植密度居中50%樣本的分布區(qū)域，即四分位區(qū)間（IQR）。兩端線為Tukey法判定的合理觀測樣本邊界。箱體中線為樣本中位數(shù)，箱體虛線為樣本均值。不同大寫字母表示樣本差異極顯著（P＜0.01）。（b）為主產(chǎn)區(qū)種植密度變化趨勢。下同

2.2 西北玉米區(qū)種植密度變化

西北玉米區(qū)（圖2，表3）內(nèi)當(dāng)前種植密度從高到低依次為：灌溉區(qū)（7.74萬株/hm2）＞南疆（7.26萬株/hm2）＞旱作區(qū)（5.78萬株/hm2）。灌溉區(qū)和南疆玉米種植密度差異不顯著，但極顯著高于旱作區(qū)。種植密度變化趨勢分析顯示，灌溉區(qū)和南疆玉米區(qū)種植密度自2009年以來呈現(xiàn)顯著地線性增長趨勢，旱作區(qū)種植密度呈不顯著的下降趨勢（圖3）。

圖2 西北玉米區(qū)種植密度箱線圖（2014—2016）

2.3 黃淮海夏玉米區(qū)種植密度變化

黃淮海夏玉米區(qū)（圖4，表3）內(nèi)當(dāng)前種植密度高低依次為：山東（6.39萬株/hm2）＞河北（6.27萬株/hm2）＞關(guān)中（6.19萬株/hm2）＞河南（6.09萬株/hm2）＞安徽（6.02萬株/hm2）＞江蘇（6.00萬株/hm2）。關(guān)中夏玉米自2009年以來種植密度呈顯著上升趨勢。其他區(qū)域種植密度變化不顯著，其中河南、山東兩省種植密度略有上升，河北、安徽、江蘇則略有下降（圖5）。

2.4 北方春玉米區(qū)種植密度變化

北方春玉米區(qū)當(dāng)前玉米種植密度（圖6，表3）由高到低依次為黑龍江3-5積溫帶（6.96萬株/hm2）＞內(nèi)蒙古（6.56萬株/hm2）＞黑龍江1-2積溫帶（6.27萬株/hm2）＞河北（5.66萬株/hm2）＞山西（5.52萬株/hm2）＞吉林（5.36萬株/hm2）＞遼寧（5.22萬株/hm2）。種植密度變化趨勢分析結(jié)果顯示，除河北春玉米區(qū)變化趨勢不顯著外，其他區(qū)域均呈極顯著上升趨勢。其中，黑龍江3-5積溫帶趨勢增長率最高，其次是黑龍江1-2積溫帶，內(nèi)蒙古位居第三，其后依次是山西、遼寧、河北春玉米和吉林（圖7）。

圖3 西北玉米區(qū)種植密度變化（2009—2016）

不同小寫字母表示樣本差異顯著（P＜0.05）。下同

2.5 西南玉米區(qū)種植密度變化

西南玉米區(qū)（圖8，表3）當(dāng)前玉米種植密度由高到低依次為云南（5.74萬株/hm2）＞湖南（4.89萬株/hm2）＞廣西（4.78萬株/hm2）＞四川（4.70萬株/hm2）＞湖北（4.40萬株/hm2）＞貴州（4.29萬株/hm2）＞重慶（3.94萬株/hm2）。種植密度變化趨勢分析顯示，西南玉米區(qū)內(nèi)有3個省份種植密度呈現(xiàn)上升趨勢，4個省份呈現(xiàn)減少趨勢。種植密度上升的省份中，湖南年均增長988 株/(hm2·a)，湖北年均增長877 株/(hm2·a)，廣西年均增長211株/(hm2·a)；種植密度下降的省份中，貴州下降最快，年均減少376株/(hm2·a)，云南年均減少248 株/(hm2·a)，四川年均減少112 株/(hm2·a)，重慶年均減少34 株/(hm2·a)。除湖南玉米種植密度變化趨勢達(dá)顯著水平外，其他省份漲跌趨勢均不顯著（圖9）。

2.6 南方甜、糯玉米種植密度變化

南方甜玉米種植密度當(dāng)前（2014—2016年）平均為5.39萬株/hm2，顯著高于糯玉米（平均4.87萬株/hm2）的水平（圖10，表3）。種植密度變化趨勢分析結(jié)果顯示，糯玉米自2009年以來種植密度逐步下滑，呈現(xiàn)出顯著下降的趨勢；甜玉米種植密度增長趨勢不顯著（圖11）。

3 討論

3.1 種植密度的區(qū)域性差異及其變化

3.1.1 主產(chǎn)區(qū)種植密度差異與變化趨勢 當(dāng)前中國玉米主產(chǎn)區(qū)的種植密度存在明顯的區(qū)域性差異，呈現(xiàn)北高南低的特征。西北玉米區(qū)是種植密度最高的區(qū)域，平均為6.77萬株/hm2，極顯著高于其他區(qū)域；其次是黃淮海夏玉米區(qū)和北方春玉米區(qū)，種植密度分別為6.19萬株/hm2和5.91萬株/hm2；而南方甜糯玉米和西南玉米區(qū)的種植密度分別為5.13萬株/hm2和4.80萬株/hm2，極顯著低于西北、黃淮海夏玉米區(qū)及北方春玉米區(qū)的種植密度水平。北方春玉米區(qū)是種植密度上升最快的主產(chǎn)區(qū)，自2005年的4.53萬株/hm2線性提升到2016年的5.97萬株/hm2，12年間上升了1.5萬株/hm2。黃淮海夏玉米區(qū)2005—2009年種植密度明顯上升，由5.82萬株/hm2提升到6.22萬株/hm2，2009年后種植密度基本穩(wěn)定。西北玉米區(qū)自2009年以來一直是種植密度最高的區(qū)域，2013年達(dá)到階段性頂峰，近年來處于高位震蕩徘徊沒有繼續(xù)突破。西南玉米區(qū)種植密度在研究時段內(nèi)沒有明顯的增減變化，維持在4.80萬株/hm2左右。南方甜、糯玉米區(qū)的種植密度自2009年以來呈顯著下降趨勢，其中主要是糯玉米下降顯著。

圖5 黃淮海夏玉米區(qū)種植密度變化（2009—2016）

Ⅰ：黑龍江3-5積溫帶；Ⅱ：內(nèi)蒙古；Ⅲ：黑龍江1-2積溫帶；Ⅳ：河北；Ⅴ：山西；Ⅵ：吉林；Ⅶ：遼寧

3.1.2 主產(chǎn)區(qū)內(nèi)種植密度的區(qū)域差異 產(chǎn)區(qū)內(nèi)不同生態(tài)區(qū)域的種植密度發(fā)展并不均衡，各生態(tài)區(qū)域變化速率甚至增減趨勢均有不同。在種植密度最高的西北玉米區(qū)，西北灌溉區(qū)和南疆玉米區(qū)是種植密度提升的主要區(qū)域，而旱作區(qū)種植密度略有下滑。種植密度增速最快的北方春玉米區(qū)，除河北春播區(qū)外，多數(shù)生態(tài)區(qū)域種植密度均呈極顯著地上升趨勢，而生態(tài)區(qū)域內(nèi)各示范縣種植密度水平有較大差異。增速最快的黑龍江3-5積溫帶當(dāng)前種植密度水平箱線圖的偏態(tài)分布表明，部分示范縣種植密度遠(yuǎn)高于域內(nèi)平均水平；而增速較慢的遼寧玉米區(qū)則是由于示范縣種植密度偏低限制了區(qū)域的整體增速。種植密度沒有明顯變化的西南與南方玉米區(qū)，湖南與湖北部分示范縣種植密度在近年來有所提升，呈現(xiàn)出與其他生態(tài)區(qū)域不同的發(fā)展態(tài)勢。黃淮海產(chǎn)區(qū)種植密度相對平穩(wěn)，域內(nèi)各生態(tài)區(qū)域在增減趨勢和種植密度分布方面差異不大。南方甜糯玉米種植密度呈現(xiàn)顯著的下降趨勢，主要是由于糯玉米區(qū)密度持續(xù)顯著下降引起，而甜玉米種植密度變化不顯著。通過分析不同生態(tài)區(qū)域數(shù)據(jù)，明確種植密度增速較快和發(fā)展受限的區(qū)域，結(jié)合各生態(tài)區(qū)域環(huán)境資源、品種以及栽培管理等數(shù)據(jù)分析，能夠為深入分析制約增密的影響因素指明方向。

圖7 北方春玉米區(qū)種植密度變化（2009—2016）

Ⅰ：云南；Ⅱ：湖南；Ⅲ：廣西；Ⅳ：四川；Ⅴ：湖北；Ⅵ：貴州；Ⅶ：重慶

3.2 影響種植密度的原因分析

3.2.1 區(qū)域環(huán)境條件 中國玉米種植區(qū)生態(tài)條件差異明顯，是造成玉米種植密度差別的客觀原因。水分條件是限制作物生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。灌溉是高密度群體生長的重要保障，處于西部內(nèi)陸的新疆、寧夏和內(nèi)蒙古西部灌溉玉米區(qū)是當(dāng)前中國玉米種植密度最高的區(qū)域；降水適宜或能夠適期補灌的東北、黃淮平原區(qū)是中國玉米最主要的產(chǎn)區(qū)，區(qū)域種植密度是當(dāng)前中國玉米生產(chǎn)的主流水平，如何推進(jìn)該區(qū)種植密度提高是今后研究的重點；水分匱缺的甘肅、陜西、寧夏等西北旱作玉米區(qū)，難以滿足高密度群體的水分消耗，稀植栽培是當(dāng)?shù)氐闹髁鬟x擇；降水過多也不利于玉米種植密度的提升，一方面，苗期高濕不利于成苗，另一方面，植株建成期高濕不利于協(xié)調(diào)個體與群體的競爭關(guān)系，造成徒長倒伏等不良后果，黃淮南部、西南和南方玉米區(qū)玉米種植密度偏低多與此有關(guān)。光輻射是玉米進(jìn)行光合作用并累積物質(zhì)的能量基礎(chǔ)，光輻射的強弱是決定玉米區(qū)域最適種植密度的關(guān)鍵因素[15]；本研究顯示的區(qū)域種植密度分布和變化趨勢與中國光輻射的分布情況具有一定的吻合性，未來分析光輻射與玉米種植密度分布關(guān)系將是進(jìn)一步研究的重點方向。溫度是影響玉米生育進(jìn)程的重要氣候因子，熱量條件決定了玉米個體的大小和發(fā)育動態(tài)，相應(yīng)實現(xiàn)玉米高產(chǎn)的途徑就有所區(qū)別。北方玉米區(qū)受熱量條件限制，更多地選擇以提升群體密度促進(jìn)實現(xiàn)高產(chǎn)的發(fā)展思路，黑龍江、內(nèi)蒙古東部以及新疆北部玉米區(qū)發(fā)展密植高產(chǎn)模式，促進(jìn)了這些區(qū)域種植密度的提升。

圖9 西南玉米區(qū)種植密度變化（2009—2016）

圖10 南方甜糯玉米種植密度箱線圖（2014—2016）

3.2.2 推廣應(yīng)用的品種特性 品種是適宜種植密度的先決條件[16]。不同年代品種對種植密度變化的適應(yīng)能力不同，新品種更耐密植栽培[17]。美國1970s品種的種植密度平均為4.50萬株/hm2，當(dāng)前品種種植密度已提升到6.75—9.00萬株/hm2[18]。中國玉米品種種植密度在1970s低于美國同期水平，大多為3.0萬株/hm2左右，當(dāng)前品種的適宜種植密度在6.00—6.75萬株/hm2。2 000年以來，鄭單958、先玉335、浚單20等一批株型緊湊、耐密植、抗病和適應(yīng)性廣的雜交種，促進(jìn)種植密度提升了0.75—1.50萬株/hm2[2]。北方高緯度春玉米區(qū)推廣的早熟耐密品種，西北灌溉區(qū)玉米區(qū)推廣的高產(chǎn)耐密品種，促進(jìn)了區(qū)域種植密度的快速增加，兩區(qū)種植密度已與美國當(dāng)前玉米生產(chǎn)密度相當(dāng)；2005—2009年黃淮海夏玉米種植密度的提升也是與鄭單958、浚單20、先玉335等耐密品種更換關(guān)系密切；而近年來黃淮海夏玉米區(qū)和西南玉米區(qū)，由于沒有突破性的高產(chǎn)耐密品種出現(xiàn)，區(qū)域種植密度增長陷于停滯。缺乏耐密植的高產(chǎn)品種極大地限制了中國玉米種植密度的增長。

圖11 南方甜糯玉米種植密度變化（2009—2016）

表3 不同生態(tài)區(qū)域玉米種植密度和趨勢增長率

3.2.3 生產(chǎn)管理技術(shù) 單純提高種植密度并不能帶來產(chǎn)量提高的必然結(jié)果。高密度下群體源不足往往是增產(chǎn)的主要限制因素[19]。種植密度增加會改變莖稈干物質(zhì)積累和分配，增加倒伏風(fēng)險[15,20]；增密改變了群體結(jié)構(gòu)和通風(fēng)透光條件[21-22]，病、蟲危害的風(fēng)險也隨之增加。這些都是生產(chǎn)中限制種植密度提高的主要障礙因素。西北灌溉玉米區(qū)和北方高緯度春玉米區(qū)是近年來玉米發(fā)展最快的種植區(qū)域，以耐密品種推廣為契機，應(yīng)用膜下滴灌、合理施肥、精量播種、機械粒收等技術(shù)，在中國率先實踐了密植高產(chǎn)機械化栽培技術(shù)模式，產(chǎn)量和效益均領(lǐng)先于全國水平[3]。而近年來種植密度提升停滯不前的西南地區(qū)，由于生產(chǎn)規(guī)模過小且機械化水平低，多熟制和間套作也限制了種植技術(shù)的模式化發(fā)展，因此當(dāng)?shù)剞r(nóng)民更愿意種植稀植大穗的品種以減輕勞動強度。提升當(dāng)?shù)氐姆N植密度必須從革新栽培技術(shù)模式入手，發(fā)展以種小型農(nóng)機具為基礎(chǔ)的高效機械化栽培技術(shù)，尋求西南區(qū)玉米密植栽培的破解途徑。

3.3 增密的增產(chǎn)作用

密植栽培促進(jìn)玉米增產(chǎn)現(xiàn)已成為學(xué)界共識。在特定環(huán)境條件下，產(chǎn)量與種植密度的關(guān)系符合等差與等比的混合模型[4,18,23]，品種和栽培措施共同決定了適宜種植密度[24]。在高種植密度條件下需更加關(guān)注玉米冠層結(jié)構(gòu)引起的群體光合特性改變，通過栽培管理協(xié)調(diào)群體與個體的發(fā)展，促進(jìn)玉米群體產(chǎn)量的提高[16-17]。西北灌溉玉米區(qū)充分滿足水肥供應(yīng)的條件下，密度在10.5萬株/hm2時實現(xiàn)了最高產(chǎn)量[25-26]。劉偉等[27]研究認(rèn)為夏玉米較高產(chǎn)量和氮素利用效率的適宜種植密度為7.5—10.5萬株/hm2。陳傳永等[28]研究認(rèn)為春玉米耐密高產(chǎn)栽培的適宜密度在7.5—10.5萬株/hm2。錢春榮等[29]研究認(rèn)為黑龍江省玉米高產(chǎn)高效栽培適宜密度在7.0萬株/hm2。袁繼超[30]、段必康等[31]認(rèn)為在西南海拔較高的地區(qū)種植密度增加到8.95—9.86萬株/hm2時對增產(chǎn)作用較大。本研究數(shù)據(jù)顯示，全國玉米主要產(chǎn)區(qū)種植密度與高產(chǎn)研究種植密度相比尚有較大差距，如何推動區(qū)域種植密度進(jìn)一步提升將是未來玉米栽培研究工作的重點。同時，在種植密度變化過程中，玉米產(chǎn)量變化在區(qū)域間存在較大差異，不同區(qū)域玉米種植密度和產(chǎn)量的變化關(guān)系非常復(fù)雜。中國玉米種植密度與產(chǎn)量的關(guān)系以及增密增產(chǎn)技術(shù)的區(qū)域適應(yīng)性將在進(jìn)一步分區(qū)域分析探討的基礎(chǔ)上進(jìn)行后續(xù)研究。

4 結(jié)論

2005—2016年玉米增產(chǎn)占中國糧食增產(chǎn)總額的50%以上，是保障糧食安全的主力軍[32]。分析這個階段玉米生產(chǎn)所發(fā)生的變化，明確產(chǎn)量提升的關(guān)鍵促進(jìn)因素對今后玉米保持穩(wěn)定增產(chǎn)、改善并提高生產(chǎn)效益具有重要的指導(dǎo)意義。研究結(jié)果顯示，中國玉米種植密度在主產(chǎn)區(qū)之間、主產(chǎn)區(qū)內(nèi)不同生態(tài)區(qū)域之間的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢并不均衡，整體上呈現(xiàn)北高南低的態(tài)勢。北方春玉米區(qū)、西北玉米區(qū)在研究時段內(nèi)種植密度增加較大；而黃淮海夏玉米區(qū)經(jīng)過短暫的快速增長后基本保持穩(wěn)定；西南玉米區(qū)和甜糯玉米種植密度沒有明顯變化。分析顯示中國玉米種植密度受資源條件、品種演變和種植技術(shù)共同影響，其提升過程極為復(fù)雜。今后需要深入研究這些因素與玉米增密的關(guān)系以及增密與增產(chǎn)的關(guān)系，為促進(jìn)中國玉米生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展提供理論指導(dǎo)。

致謝：全國農(nóng)業(yè)科技入戶示范工程玉米示范縣和國家現(xiàn)代玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系綜合試驗站、示范縣的專家與技術(shù)人員參與了調(diào)研，在此一并表示衷心的感謝！

[1] 陳國平, 高聚林, 趙明, 董樹亭, 李少昆, 楊祁峰, 劉永紅, 王立春, 薛吉全, 柳京國, 李潮海, 王永宏, 王友德, 宋慧欣, 趙久然. 近年我國玉米超高產(chǎn)田的分布、產(chǎn)量構(gòu)成及關(guān)鍵技術(shù). 作物學(xué)報, 2012, 38(1): 80-85.

CHEN G P, GAO J L, ZHAO M, DONG S T, LI S K, YANG Q F, LIU Y H, WANG L C, XUE J Q, LIU J G, LI C H, WANG Y H, WANG Y D, SONG H X, ZHAO J R. Distribution, yield structure, and key cultural techniques of maize super-high yield plots in recent years., 2012, 38(1): 80-85. (in Chinese)

[2] 李少昆, 王崇桃. 中國玉米生產(chǎn)技術(shù)的演變與發(fā)展. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 42(6): 1941-1951.

LI S K, WANG C T. Evolution and development of maize production techniques in China., 2009, 42(6): 1941-1951. (in Chinese)

[3] 李少昆, 王崇桃. 玉米生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新·擴散. 北京: 科學(xué)出版社, 2010.

LI S K, WANG C T.. Beijing: Science Press, 2010. (in Chinese)

[4] Assefa Y, Vara Prasad P, Carter P, Hinds M, Bhalla G, Schon R, Jeschke M, Paszkiewicz S, Ciampitti I. Yield responses to planting density for US modern corn hybrids: A synthesis-analysis., 2016, 56(5): 2802-2817.

[5] Brekke B, Edwards J, Knapp A. Selection and adaptation to high plant density in the Iowa Stiff Stalk Synthetic maize (L.) population., 2011, 51(5): 1965-1967.

[6] 李少昆, 王克如, 謝瑞芝, 侯鵬, 明博, 楊小霞, 韓冬生, 王玉華.實施密植高產(chǎn)機械化生產(chǎn)實現(xiàn)玉米高產(chǎn)高效協(xié)同. 作物雜志, 2016(4): 1-6.

LI S K, WANG K R, XIE R Z, HOU P, MING B, YANG X X, HAN D S, WANG Y H. Implementing higher population and full mechanization technologies to achieve high yield and high efficiency in maize production., 2016(4): 1-6. (in Chinese)

[7] Duvick D N. Genetic progress in yield of United States maize (L.)., 2005, 50(3):193-202.

[8] Mansfield B D, Mumm R H. Survey of plant density tolerance in U.S. maize germplasm., 2014, 54(1): 157-173.

[9] 趙明, 李少昆, 董樹亭, 張東興, 王璞, 薛吉全, 高聚林, 孫士明, 張吉旺, 劉鵬, 劉永紅, 王永軍. 美國玉米生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)與中國現(xiàn)代玉米生產(chǎn)發(fā)展的思考——赴美國考察報告. 作物雜志, 2011(2): 1-3.

ZHAO M, LI S K, DONG S T, ZHANG D X, WANG P, XUE J Q, GAO J L, SUN S M, ZHANG J W, LIU P, LIU Y H, WANG Y J. The key technology of American maize production and the development of modern maize production in China: A study report., 2011(2): 1-3. (in Chinese)

[10] National Corn Yield Contest[2017-03-01]. http://www.ncga.com/ for-farmers/national-corn-yield-contest

[11] 趙松嶺, 李鳳民, 張大勇, 段舜山. 作物生產(chǎn)是一個種群過程. 生態(tài)學(xué)報, 1997, 17(1): 100-104.

ZHAO S L, LI F M, ZHANG D Y, DUAN S S. Crop production is a population process., 1997, 17(1): 100-104. (in Chinese)

[12] 李少昆, 王崇桃. 我國玉米產(chǎn)量變化及增產(chǎn)因素分析. 玉米科學(xué), 2008, 16(4): 26-30.

LI S K, WANG C T. Analysis on change of production and factors promoting yield increase of corn in China., 2008, 16(4): 26-30. (in Chinese)

[13] 戴景瑞, 鄂立柱. 我國玉米育種科技創(chuàng)新問題的幾點思考. 玉米科學(xué), 2010, 18(1): 1-5.

DAI J R, E L Z. Scientific and technological innovation of maize breeding in China., 2010, 18(1): 1-5. (in Chinese)

[14] 楊錦忠, 張洪生, 杜金哲. 玉米產(chǎn)量-密度關(guān)系年代演化趨勢的Meta分析. 作物學(xué)報, 2013, 39(3): 515-519.

YANG J Z, ZHANG H S, DU J Z. Meta-analysis of evolution trend from 1950s to 2000s in the relationship between crop yield and plant density in maize., 2013, 39(3): 515-519. (in Chinese)

[15] 張吉旺, 董樹亭, 王空軍, 胡昌浩, 劉鵬. 遮蔭對夏玉米產(chǎn)量及生長發(fā)育的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2006, 17(4):657-662.

ZHANG J W, DONG S T, WANG K J, HU C H, LIU P. Effects of shading on the growth, development and grain yield of summer maize., 2006, 17(4): 657-662. (in Chinese)

[16] Sarlangue T, Andrade F H, Calvi?o P A, Purcell L C. Why do maize hybrids respond differently to variations in plant density?, 2007, 99(4): 984-991.

[17] NIU X, XIE R, LIU X, ZHANG F, LI S, ZHAO S. Maize yield gains in Northeast China in the last six decades., 2013, 12(4): 630-637.

[18] 李少昆, 王崇桃. 玉米高產(chǎn)潛力·途徑. 北京: 科學(xué)出版社, 2010.

LI S K, WANG C T.. Beijing: Science Press, 2010. (in Chinese)

[19] 薛吉全, 馬國勝, 路海東, 崔鳴, 李運方, 劉厚群. 密度對不同類型玉米源庫關(guān)系及產(chǎn)量的調(diào)控. 西北植物學(xué)報, 2001, 21(6): 1162-1168.

XUE J Q, MA G S, LU H D, CUI M, LI Y F, LIU H Q. The regulation and control of density on relationship of sink-source and yield of different maize., 2001, 21(6): 1162-1168. (in Chinese)

[20] 勾玲, 黃建軍, 孫銳, 丁在松, 董志強, 趙明. 玉米不同耐密植品種莖稈穿刺強度的變化特征. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2010, 26(11):156-162.

GOU L, HUANG J J, SUN R, DING Z S, DONG Z Q, ZHAO M. Variation characteristic of stalk penetration strength of maize with different density-tolerance varieties., 2010, 26(11): 156-162. (in Chinese)

[21] 楊吉順, 高輝遠(yuǎn), 劉鵬, 李耕, 董樹亭, 張吉旺, 王敬峰. 種植密度和行距配置對超高產(chǎn)夏玉米群體光合特性的影響. 作物學(xué)報, 2010, 36(7): 1226-1233.

YANG J S, GAO H Y, LIU P, LI G, DONG S T, ZHANG J W, WANG J F. Effects of planting density and row spacing on canopy apparent photosynthesis of high-yield summer corn., 2010, 36(7): 1226-1233. (in Chinese)

[22] 呂麗華, 陶洪斌, 夏來坤, 張雅杰, 趙明, 趙久然, 王璞. 不同種植密度下的夏玉米冠層結(jié)構(gòu)及光合特性. 作物學(xué)報, 2008, 34(3): 447-455.

Lü L H, TAO H B, XIA L K, ZHANG Y J, ZHAO M, ZHAO J R, WANG P. Canopy structure and photosynthesis traits of summer maize under different planting densities., 2008, 34(3): 447-455. (in Chinese)

[23] 莫惠棟. 種植密度和作物產(chǎn)量—產(chǎn)量和密度的數(shù)量關(guān)系及其分析(續(xù)). 揚州大學(xué)學(xué)報(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版), 1980, 6(3): 147-160. MO H D. Planting density and crop yield-an analysis of quantitive relationships between yield and density.(), 1980, 6(3): 147-160. ( in Chinese)

[24] Testa G, Reyneri A, Blandino M. Maize grain yield enhancement through high plant density cultivation with different inter-row and intra-row spacings., 2016, 72: 28-37.

[25] Li J, Xie R Z, Wang K R, MING B, GUO Y Q, ZHANG G Q, LI S Q. Variations in maize dry matter, harvest index, and grain yield with plant density., 2015, 107(3):829-834.

[26] 王楷, 王克如, 王永宏, 趙健, 趙如浪, 王喜梅, 李健, 梁明晰, 李少昆. 密度對玉米產(chǎn)量(>15000 kg·hm-2)及其產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012, 45(16): 3437-3445.

WANG K, WANG K R, WANG Y H, ZHAO J, ZHAO R L, WANG X M, LI J, LIANG M X, LI S K. Effects of density on maize yield and yield components., 2012, 45(16): 3437-3445. ( in Chinese)

[27] 劉偉, 呂鵬, 蘇凱, 楊今勝, 張吉旺, 董樹亭, 劉鵬, 孫慶泉. 種植密度對夏玉米產(chǎn)量和源庫特性的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2010, 21(7): 1737-1743.

LIU W, Lü P, SU K, YANG J S, ZHANG J W, DONG S T, LIU P, SUN Q Q. Effects of planting density on the grain yield and source-sink characteristics of summer maize., 2010, 21(7): 1737-1743. (in Chinese)

[28] 陳傳永, 侯玉虹, 孫銳, 朱平, 董志強, 趙明. 密植對不同玉米品種產(chǎn)量性能的影響及其耐密性分析. 作物學(xué)報, 2010, 36(7):1153-1160.

CHEN C Y, HOU Y H, SUN R, ZHU P, DONG Z Q, ZHAO M. Effects of planting density on yield performance and density-tolerance analysis for maize hybrids., 2010, 36(7): 1153-1160. (in Chinese)

[29] 錢春榮, 于洋, 宮秀杰, 姜宇博, 趙楊, 王俊河, 楊忠良, 張衛(wèi)建. 黑龍江省不同年代玉米雜交種產(chǎn)量對種植密度和施氮水平的響應(yīng). 作物學(xué)報, 2012, 38(10): 1864-1874.

QIAN C R, YU Y, GONG X J, JIANG Y B, ZHAO Y, WANG J H, YANG Z L, ZHANG W J. Response of grain yield to plant density and nitrogen application rate for maize hybrids released from different eras in Heilongjiang province., 2012, 38(10): 1864-1874. ( in Chinese)

[30] 袁繼超, 柯永培, 朱慶森, 段必康, 楊世民. 攀西地區(qū)玉米群體密度效應(yīng)研究. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2004, 17(1): 26-30. YUAN J C, KE Y P, ZHU Q S, DUAN B K, YANG S M. Effects of density on growth and yield of maize in Panxi region., 2004, 17(1): 26-30. ( in Chinese)

[31] 段必康, 柯永培, 楊世民, 袁繼超, 謝冰, 石海春. 攀西地區(qū)玉米產(chǎn)量構(gòu)成特點及高產(chǎn)途徑探討. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2007, 20(4): 620-624.

DUAN B K, KE Y P, YANG S M, YUAN J C, XIE B, SHI H C. Analyses of yield components and high yielding approaches of maize in Panxi region., 2007, 20(4): 620-624. (in Chinese)

[32] 國家統(tǒng)計局年度數(shù)據(jù)查詢[2017-03-01]. http://www.stats.gov.cn/ tjsj/zxfb/201612/ t20161208_1439012.html

National Bureau of Statistics of the People's Republic of China: National Data[2017-03-01]. http://www.stats.gov.cn/tjsj/zxfb/201612/ t20161208_1439012.html

（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Changes of Maize Planting Density in China

MING Bo, XIE RuiZhi, HOU Peng, LI LuLu, WANG KeRu, LI ShaoKun

(Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology, Ministry of Agriculture, Beijing 100081)

【Objective】Enhancing the maize plant population has undergone a constant evolution over the years, with the purpose of increasing the crop yield. However, the rational density range was determined by environmental condition, varieties and management. The objective of this work was to reveal the approach of enhancing maize yield in the future by analyzing the change trend of planting density and its influencing factors in major producing regions. 【Method】The research data have been obtained over the Project of Sending Agricultural Technology into Farmers’ Homes and National Maize Industrial Technology System from 2005 to 2016, including 23 provinces, more than 267 counties. From this investigation, 117 960 farmer production investigation data samples were obtained from the Northern China spring maize planting region (NM), the Northwest China maize planting region (NWM), the Huang-Huai-Hai Plain summer maize planting region (HPM), the Southwest China maize planting region(SM) and the Southern China sweet-waxy maize planting region (SWM). The number of harvested plants surveyed in nationwide investigation was used to analyze the planting density of maize main producing region and different ecological regions. The sample data were verified and complemented by averaging the values of 5 neighboring points. According to the regional environmental condition and planting patterns, the main maize producing regions have divided into 25 typical ecological regions. Boxplot analysis and Tukey’s honestly significant difference (HSD) test method were used to compare the planting density difference and its significance in different regions. Evolutionary trends of county-scale planting density in different ecological regions were subjected to the fitting linear model to analyze inter-annual trend of planting density and its significance.【Result】The results showed that there were significant differences of planting densities in different regions. At present (2014-2016), the planting density of the main producing region respectively were 6.77×104, 6.19×104, 5.91×104, 5.13×104and 4.80×104plants/hm2in NWM, HPM, NM, SWM and SM. The planting density in NWM was significantly higher (＜0.01) than other regions. Furthermore, planting density in SWM and SM was significantly lower (＜0.01) than that in NWM, HPM and NM. From 2005 to 2016, the inter-annual variability of planting density showed a significant increase in NM. In NWM and SM, the planting density kept it steady between 2009 and 2016. The planting density in HPM increased obviously from 2005 to 2009 and remained stable after 2009. Planting density in SWM showed a significant decreasing trend.【Conclusion】Dense planting cultivation is commonly acknowledged by both the government and the academic researchers. However, the planting density evolution in the main production regions and different ecological regions is not uniform. Regional environmental condition is the key factor for determining the planting density, and reasonable cultivation techniques and appropriate density-resistant varieties are effective approaches to overcome environmental constraints and increase planting density. Consequently, further analysis of the promotion and restriction increase planting density factors, including environmental condition, varieties and management, will provide a theoretical foundation for establishing regional dense planting management mode.

maize; main producing region; planting density; variation trend

2017-03-01；

2017-05-02

國家重點研發(fā)計劃（2016YFD0300101）、國家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目（CARS-02-25）、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程

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

聯(lián)系方式：明博，E-mail：mingbo@caas.cn。