美国是全球最大的玉米生产国，在玉米育种的历史长河中，增加种植密度曾是美国玉米产量增长的核心驱动力。1950年至2024年间，美国玉米产量增长了三倍，传统观点认为这一成就主要归功于耐密性品种的选育与种植密度不断提高的协同作用。然而，《Field Crops Research》最新研究揭示了一个根本性的转变：美国玉米产量的持续增长，已不再依赖更高的种植密度。这一发现对正处于玉米增产关键期的中国而言，意义深远。当我们站在“向密度要产量”还是“向单株要潜力”的十字路口时，理解美国的经验与教训，或许能为我们指明一条更清晰的道路。
一、美国玉米产业的现状与范式转变
根据美国农业部（USDA）1960年至2024年的统计数据，美国中西部主要玉米产区的产量一直以每年125公斤/公顷的恒定速率增长。但与此同时，种植密度的增速却显著放缓。数据显示，过去20年降至每年增加414株/公顷，过去10年更是仅为150株/公顷。这意味着，产量增长与种植密度增长之间，已经脱钩。
发表于《Field Crops Research》上的一项研究，通过分析科迪华农业科技公司自1987年起持续进行的商业前基因型测试网络（涵盖185,203个数据点），得出了关键结论：美国使产量最大化的“最佳种植密度”在2010年后稳定在8.5–9.0株/平方米，未再增加。尽管密度稳定，该密度下的产量仍以每年130公斤/公顷的速率增长。更直接的证据来自历史品种对比实验，在严格控制变量、排除密度干扰的低密度（3.0株/平方米）条件下，研究团队发现：1990年以前的品种，单株潜在产量稳定在275克/株；近几十年的现代品种，单株潜在产量大幅提升至380克/株，部分甚至超过420克/株。这清晰地表明：美国玉米近期产量增益的主要驱动力，已从“提高耐密性”全面转向“提高单株潜在产量”。
与其说美国玉米产量的持续增长不再依赖更高的种植密度，不如说当前玉米种植密度已到达现有科技能力下的极限水平。因为提高种植密度，本质上是在有限的土地上“挤”出更多产量，但资源是固定的——每多种一株，都是在与邻居争夺阳光、水分和养料。结果往往是：上层叶片遮天蔽日，下层叶片见不到光；根系在土下相互纠缠，争夺养分；果穗发育不良，空秆和秃尖越来越多。最终，增加的株数不仅没有带来应有的收益，反而造成了植株间的互相消耗。因此，现代育种的方向正在转变：不再执着于单位面积能塞下多少株，而在于每一株能贡献多少粮。
二、中国玉米育种的现实与选择
与美国的“后密度时代”相比，中国玉米产业仍处于不同的发展阶段。目前，我国玉米平均种植密度还远没达到美国普遍超过每亩6000株的程度。提高种植密度，仍然是我国玉米单产提升的有效途径之一。但挑战同样明显。密植条件下，会显著加剧病虫害发生、降低个体抗逆能力，并放大高温、干旱等环境胁迫的减产效应。简单模仿美国过去的密植路线，而不解决单株产能与抗性问题，可能事倍功半。
面对单株产量与群体产量间的权衡矛盾，以及品种抗逆性、光温适应性与密植增产潜力之间的协同难题，河南农业大学汤继华教授团队近期在《Advanced Science》提出了一个兼顾当前与长远的系统性框架：通过增加种植密度、提高单株产量、增强抗性三大主要路径，夯实玉米育种的“群体优势”。首先，合理增加种植密度是基础。这需要从株型优化入手，但必须超越株型，关注“个体优势”与“群体优势”的平衡。
通过适当降低过强的个体优势来提升群体优势，是打开增密空间的关键思路。其次，同步提高单株产量是核心。在密度增加后，必须确保单株产量不下降，才能实现群体产量的真正提升。这需要通过优化产量构成因子、穗型以及光合效率来实现。美国的经验也证明，单株潜在产量的提升是长期可持续的路径。最后，系统性增强抗性是保障。密植带来的遮阴胁迫、倒伏风险、病虫害加剧等问题，必须通过育种手段加以解决。包括聚合优异抗性位点、提高茎秆柔韧性、优化气生根构型以增强抗倒性，以及提早日开花时间规避高温胁迫等。
三、他山之石与我们的路
美国玉米育种范式的转变，是其在达到较高密度水平后，为了突破产量天花板而做出的自然进化。对于中国而言，我们既要看到“增加密度”在当前阶段的必要性和潜力，也要未雨绸缪，将“提高单株产量”和“增强抗性”作为品种改良的持续核心。这意味着，我们的育种策略不应是单一维度的。在现阶段，我们需要通过选育耐密性更好的品种来夯实群体产量的基础；同时，必须像美国近二十年的育种实践那样，始终将提升每一株玉米的潜在产量作为核心目标，并为之储备抗性、养分高效利用、光温适应性等支撑性状。“向密度要产量”是现阶段的重要手段，“向单株要潜力”是面向未来的根本路。将二者有机结合，走出一条“增密、强株、抗逆”协同提升的道路，才是夯实我国玉米“群体优势”、保障粮食安全的关键所在。
来源：南北学苑 施洋
热门跟贴