关于玉米种植密度的思考与讨论

      合理密度的设置是玉米生产上极为重要的栽培管理措施，也是玉米新品种选育各级测试环节中不容忽视的关键细节技术。因此，种植密度问题历来是上至玉米顶尖专家下至玉米种植者都经常面对和普遍关心的问题。迄今，关于玉米种植密度的研究报道甚多，取得了重要研究进展。基于前人的研究成果，本团队结合多年来开展的田间试验与生产调研工作，从玉米不同性状对种植密度变化的响应、玉米产量环境与种植密度的关系、品种耐密性如何评判、新组合测试密度的设置等几个方面，对玉米种植密度及其相关问题进行了分析与讨论。

      1. 玉米不同性状对种植密度变化的响应存在明显差异

      一般而言，随着种植密度增加，玉米单产及相关农艺性状都发生一定变化，但不同性状随密度增加的变化存在明显差异。例如，玉米单产、抗倒伏性对种植密度变化的响应表现为，在偏低密度下单产较低，抗倒伏性较强，随着密度增加，单产逐渐增加，当密度增加到一定程度时，单产达到最高水平，之后进一步增加密度，单产逐渐下降；而在密度不断增加的过程中，抗倒伏性则不断下降。出现这种现象的主要原因是，随着密度增加，单株籽粒、根系及茎秆（基部节间）等器官的生物量都下降，但从群体水平看，随密度增加，单株籽粒生物量（产量）的下降可由个体数量的增加得到补偿，而根系及茎秆质量性状只能是随密度增加而逐渐变劣。再如，有的性状，像籽粒粗淀粉、粗蛋白质、粗脂肪等营养组分的相对含量等，在不同密度下变化不大，且随密度增加的变化趋势无规律可寻。另据马兴林等（2017）报道，随着密度增加，吐丝期及吐丝后15d每株叶片、叶鞘、茎秆等器官的干重虽然都呈现逐渐下降的趋势，但下降速率存在明显差异，三大营养器官相比较，以每株叶片干重下降速率最小。这说明，不同密度之间每株叶片干重的可变性最小，与植株地上部其它器官相比，增加密度导致了个体叶源的生长与建成以不成比例的较低速率下降（群体叶源不成比例过度增长），从而削弱了其它器官（果穗、茎秆）的构建，因此认为，此乃生产上经常出现的增加密度不增产甚至减产现象之深层原因。本团队最近连续十几年的研究（结果未发表）还发现，单株水平上，虽然果穗上部各叶位叶片干重均表现为随密度增加而逐渐下降的趋势，但从穗位叶片到倒1叶片，其下降幅度逐渐增大，如2011年在山东禹城基点以郑单958为试验材料的研究结果显示，密度从37 500株/hm2增至67 500株/hm2时，在吐丝期，倒1、2、3、4、5、6（穗位叶）叶片干重的下降幅度分别为47.6%、37.7%、29.0%、24.6%、23.9%、22.4%，而且，此时期各叶位叶鞘及节间干重随密度增加的变化，也呈现了与各叶位叶片干重非常相似的趋势，更进一步讲，在多年（2009～2018）、多点（吉林梨树、山东禹城等）、多品种（郑单958、先玉335等）、多时期（吐丝期、吐丝后15d和35d等）条件下，上述规律都得到了非常好的重演性。这说明，越是发育与建成较晚的器官（性状），对密度增加的反应越是敏感。

      2. 玉米产量环境往往是种植密度高低的决定性因素

      不同生长环境下玉米单产对密度增加的响应有何差异？这个问题的答案无论对丰富玉米栽培学理论还是对指导玉米生产实践，都具有重要意义。据马兴林等（2018）报道，在吉林梨树两种产量环境下（一般管理田和高产管理田），两个主栽玉米品种（郑单958、先玉335）的单产对密度增加的响应都表现为，在37500～82500株/hm2的密度范围内，一般管理田的最高单产密度为52500株/hm2，密度继续增加到82500株/hm2时，单产一直维持在最高水平；而高产管理田则表现为随密度增加，单产逐渐增加的趋势。高产管理田与一般管理田的最高单产水平相比较，前者明显高于后者。这说明，玉米最佳密度与产量环境密切相关，较高产环境的最佳密度高于较低产环境。其实，关于玉米密度与产量环境的关系，在生产实践中也不难发现：不同生态区域间玉米适宜密度存在明显差异。而为人们所熟知的是，玉米种植区的有效积温与密度高低密切相关。如，从黑龙江省第一积温带到第四积温带，有效积温逐渐降低，所采用品种的生育期逐渐缩短，种植密度则逐渐增加；再如，在黄淮海夏玉米区，对冬小麦-夏玉米地块而言，从北到南，玉米生长季越来越长，所采用品种的生育期也越来越长，种植密度则越来越低。在吉林梨树基点，最近两年（2018、2019）由于降“透雨”日期晚至5月中下旬，春季土壤水分严重不足（地块中土壤水分分布不均），群体内部个体间出苗期差异甚大，大小苗现象非常严重，但在玉米成熟收获时发现，在稀植地块中，个体间产量差异远小于苗期生长势上表现出来的差异。就此认为，低密度下，因出苗晚而形成的前期小苗也可以发育成大穗株，其对群体产量的贡献往往并不明显低于前期的大苗。由此可见，某些生长条件不良的情况下，密度偏低与密度偏高的群体相比，前者的产量损失较小，其原因可归结为：群体内个体之间竞争的激烈程度，低密度下远比高密度下要小。基于上述认为，生产上玉米合理密度的设置，应充分考虑具体地块所处的产量环境。多年来试验研究与生产调研结果表明，至少在东华北春玉米中熟区、中晚熟区及黄淮海夏玉米区，在一个常年单产9000～10500 kg/hm2及其以下水平的产量环境下，种植目前当地主栽的任何品种都只需要不高于52500株/hm2的低密度即可，如果生产者坚持采用高密度（如75000株/hm2以上），在正常气候年份，其单产水平至多会与52500株/hm2的低密度下相当，但在气候条件异常年份（如生育后期遭遇大风兼大雨），会使减产减收风险增加得很大。综上建议，玉米大面积生产上无论采用任何品种，设置密度时，除了考虑品种本身在抗倒伏性和结实性等重要性状的耐密性以外，必须考虑具体生产区域（地块）的产量环境，应采用适宜密度的低限而不可盲目增加密度，以获得稳产丰产、并最大限度规避减产减收风险的生产目标。

      3. 抗倒伏性和结实性是评判玉米品种耐密性最为重要的两个（类）性状

      马兴林等（2019）曾于近期提出了“玉米品种的耐密性应从性状角度予以认识与评判”的观点。那么，哪些性状对评判玉米品种耐密性更为重要呢？通过多年试验、观察与思考，初步认为，抗倒伏性和结实性是评判玉米品种耐密性最为重要的两个（类）性状。玉米单产可表示为单位面积籽粒数与粒重的乘积，而本团队多年的研究结果表明，尽可能增加单位面积籽粒数，即构建群体籽粒大库对玉米实现高产稳产起着决定性作用。增加密度无疑是构建玉米群体籽粒大库的重要措施，但在生产上，增加密度并不能有效增加群体籽粒库的情况在全国各地每年都普遍发生，由此造成的结果是，增加密度不增产甚至减产，其直接原因则是，由于密度增加得偏高，导致玉米在生育前中期发生了较严重倒伏或结实性较差（较严重的果穗秃尖、空秆）。生产实践与研究均表明，抗倒伏性是影响“通过增加密度而增加群体籽粒库构建与充实”的关键因素。概括而言，玉米增加密度后，能否构建一个以低倒伏风险为前提的、尽可能大的群体籽粒库，并在此基础上使籽粒库得到足够的充实，且收获时茎秆坚韧抗倒，是实现玉米抗逆高稳产管理目标的关键所在。从不同年代品种应用实践看，目前玉米生产上应用的现代品种与“老品种”相比，由于抗逆性的显著提高，当其达到最高单产密度后，进一步增加密度，在较大的密度范围内，单产一直维持在最高水平。美国玉米带上关于现代品种对密度响应的研究甚至认为，生产上玉米密度偏低时的产量损失大于密度偏高的产量损失。究其主要原因，初步认为，与“老品种”相比，现代品种在抗倒伏性、结实性等关键农艺性状上的耐密性得到了明显增强。纵观我国不同年代推广应用的玉米品种，在籽粒库构建与充实的整个阶段，结实性及抗倒伏性这两大性状的耐密性均强的品种当首推郑单958。本团队在吉林梨树和山东禹城基点，曾连续多年设置实施了针对郑单958的耐密性试验，密度范围为22500～135000株/hm2，密度梯度为22500株/hm2。结果显示，虽然最高单产密度开始出现于52 500或67500株/hm2，但密度增加到67500或90000株/hm2时，单产一般仍维持在最高水平，而即使密度继续增加到112500或135000株/hm2，由于直立不倒和良好的结实性，其单产仍维持在较高水平。本团队在最近几年试验及品种观察中还发现，迪卡159、农华5号等新品种，既非“稀植大穗”类型，也非“小穗”类型，其在较高密度下，各器官仍能协调均衡发育，表现为高密度下叶片并不繁茂，果穗并不小，抗倒伏性仍强，单产并不低。因此认为，这几个新品种是抗倒伏性、结实性等性状上耐密性很强的品种。在多年研究中还认识到，产量环境改善后，种植同样的玉米品种，其抗倒伏性和结实性等性状的耐密性均会得到明显增强，最高单产密度及单产水平会得到明显提高。例如，吉林省梨树县高家村自2007年开始实施的“秸秆覆盖+少免耕”地块，由于土壤理化性状尤其是土壤结构及土壤通透性等物理性状得到明显改善，在2012年8月下旬遭遇“布拉万”台风的情况下，种植的玉米品种先玉335（易发生根倒伏）在较高密度（60000～67500株/hm2）下没有发生倒伏，而其周边种植同样品种的常规耕作地块，在较低密度（49500～52500株/hm2）下则发生了较严重倒伏，其结果是，后者单产明显低于前者；而在2019年玉米播种前（4月中旬）至开花期（7月22日）未出现有效降雨、开花后10～20d又遭遇连续阴雨寡照的情况下，种植同样品种（迪卡159）的“秸秆覆盖+少免耕”地块与常规耕作地块相比，前者最高单产密度出现在82500～90000株/hm2，后者则出现在60000～67500株/hm2，二者单产水平分别为14040～17280kg/hm2和10665～11370kg/hm2，田间观察发现，其直接原因是，前者果穗大小均匀、无秃尖、无空秆，而后者果穗大小不匀，且果穗出现较严重秃尖，并有3%左右的空秆株，即前者结实性好，后者结实性差。分析上述两个现象的主要深层原因，初步认为，通过连续多年的“秸秆覆盖+少免耕”，由于土壤理化性状得到明显改善，土壤水分和养分供给能力得到明显提高，使玉米地下部与地上部之间以及地上部各器官之间的均衡协调生长与发育在很大程度上得以实现，因此，与长期采用常规耕作方式相比，连续多年采用“秸秆覆盖+少免耕”方式，由于产量环境得以明显改善，使玉米品种在抗倒伏性、结实性及单产等性状的耐密性得到明显增强。基于上述建议，在积温资源较丰富、以“旱作雨养”为主要特征的东北中南部地区春玉米生产上，应针对环境产量的两大根本性制约因素即土壤水分、土壤理化性状尤其是土壤结构及通透性等物理性状的改善，采取诸如秸秆覆盖+少免耕、秸秆粉碎全量深翻还田等有效耕作措施，为玉米生长发育及产量形成创造一个尽可能优良的土壤养分及水分供给条件，以有效提高环境产量，从而使最高单产密度及其平台区间得到明显提高，最终实现抗逆丰产增效的总体生产目标。

      4. 在玉米新组合初、中级测试时，要尽可能设置偏高的密度；在每一个新育成玉米品种开发推广之前，要尽可能测试出其在不同产量环境下的耐密性

      近年来，通过广泛而深入的研讨，越来越多的玉米育种者逐渐认识到，与玉米大面积生产上“采用适宜密度低限而不可盲目增加密度”的策略不同，在玉米新组合初、中级测试中，应尽可能提高密度，以测试出新组合在高密度压力下的风险性，测选出苗头组合。分析其原因，正如前面所提到的，如果是真正的优良品种，那么其在达到最高单产密度后，进一步再增加密度，在很大的密度范围内，其单产仍能维持在最高水平。试想，增加到偏高的密度后，新组合的丰产稳产性仍能得以充分表现的同时，其抗倒伏性等潜在风险也得到了测试，既然如此，为什么不在新组合（初、中级）测试时设置尽可能偏高的密度呢？关于新品种测试密度问题，认识水平如果仅仅停留在这个层次尚嫌不够。据报道，世界种业巨头研发的玉米新品种，在商业化开发之前，会不厌其烦地进行多环境测试，如先锋良种国际有限公司，每个杂交种商业化之前至少在150多个试验点和200多个农民的地块种植测试。其这样做的主要目的是，尽可能摸清新品种的致命缺陷与风险所在，从而对新品种进行准确的生态定位。目前，世界种业巨头的这一做法已为我国广大玉米育种者所认可，并尽可能地应用到了品种研发实践中。就此认为，至少对我国玉米育种家而言，对于刚刚育成（审定）的每个新品种，在投放到目标种植区域之前进行的多环境测试中，必须要考虑密度设置这个重要因素，因为，正如前已述及的，同一品种在不同产量环境下抗倒伏性、结实性及产量等性状的耐密性表现不同。为此建议，对于每一个新选育的玉米品种，在开发推广之前，应针对其目标种植区域，在遵循多环境测试原则的基础上，最好要设置多环境×多密度互作试验，以测试出新品种在不同产量环境下抗倒伏性、结实性及产量等性状的耐密性，明确新品种在每一个具体产量环境类型中的最适密度，尤其是安全生产密度，从而最大限度地规避新品种在推广应用中有可能出现的致命风险。

      来源：南北学院   马兴林