论文标题：Evaluation and application of sustainable yield and efficiency increasing models in the main maize producing areas of China

期刊：Frontiers of Agricultural Science & Engineering

作者：Xiaoyu LI, Hongguang CAI, Yao LIANG, Shanchao YUE, Shiqing LI, Baizhao REN, Jiwang ZHANG, Wushuai ZHANG, Xinping CHEN, Qingfeng MENG, Peng HOU, Jianbo SHEN,Wenqi MA, Guozhong FENG, Qiang GAO

发表时间：15 Sept 2025

DOI：10.15302/J-FASE-2025615

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绿色增产增效技术

Green Technology for High Yield and Nutrient Use Efficiency

专 辑 文 章 介 绍

· 第七篇 ·

▎论文ID

Evaluation and application of sustainable yield and efficiency increasing models in the main maize producing areas of China

中国主产区玉米可持续产量与增产模型的评价及应用

文章类型：Research Article

发表年份：2025年

通讯作者：冯国忠，高强

Email: gzf@jlau.edu.cn, gyt9962@126.com

作者单位：吉林农业大学资源与环境学院

Cite this article :

Xiaoyu LI, Hongguang CAI, Yao LIANG, Shanchao YUE, Shiqing LI, Baizhao REN, Jiwang ZHANG, Wushuai ZHANG, Xinping CHEN, Qingfeng MENG, Peng HOU, Jianbo SHEN, Wenqi MA, Guozhong FENG, Qiang GAO. Evaluation and application of sustainable yield and efficiency increasing models in the main maize producing areas of China. Front. Agr. Sci. Eng., 2025, 12(3): 507-518 DOI:10.15302/J-FASE-2025615

· 文 章 摘 要 ·

玉米是我国重要的粮食作物，其种植面积和总产量均居所有粮食作物之首。在我国东北、华北平原、西北、西南四大玉米主产区，长期存在的区域性生产难题与限产因素，已成为制约玉米高效生产的关键瓶颈。本文综述了我国玉米生产中实现可持续性、增产与增效的相关实践。针对主产区的区域性制约因素，结合高产群体构建、适宜耕层建立及通过精准匹配技术提升土壤肥力等策略，本研究整合了区域化集成施肥技术与“政产学研用”协同模式，重点依托科技小院开展研究。研究旨在推动我国不同玉米种植区域实现可持续、高效、规模化与现代化发展，为我国玉米可持续高效生产提供理论与实践基础。

· 文 章 亮 点 ·

1. 采用针对性规划措施，解决我国各区域玉米生产中的限制因素。

2. 依据不同区域的气候、土壤条件及种植密度，建立适宜的玉米种植体系。

3. 以土壤-作物系统管理为核心，构建玉米可持续增产增效模型。

4. 通过“政产学研用”模式，推广玉米高产可持续技术。

· Graphical abstract ·

· 研 究 内 容 ·

▎引言

玉米是我国关键的粮食作物，其种植面积和总产量均居全国粮食作物之首，全球产量仅次于美国。截至2022年，全国玉米种植面积达4310万公顷，过去十年间增长4.29%，总产量增至2.77亿吨，增长11.6%。然而，单位面积产量仍仅有6.50吨/公顷，增产潜力巨大。在耕地资源日益紧张的背景下，提升单产成为保障粮食安全的核心策略。

我国玉米生产可划分为四大产区：东北春玉米区、华北平原夏玉米区、西北春玉米区和西南玉米区，这些地区总种植面积占全国的98%，其中东北占38%，华北平原30%，西北12%，西南18%。平均单产以东北最高（9.53吨/公顷），西南次之（9.48吨/公顷），华北平原为7.50吨/公顷，西北为6.49吨/公顷。各产区自然条件各异，东北和西北昼夜温差大、光照充足，有利于干物质积累和抗倒伏；华北和西南水热同期，光温匹配良好，适宜密植增产。然而，气候变化对玉米生产的影响不容忽视，西北和东北干旱缺水（西北年均降水290毫米，东北570毫米），华北和西南高温蒸发大，均限制了产量的提升。因此，亟需因地制宜制定区域化生产策略，以实现玉米生产的绿色可持续发展。

▎区域玉米生产中的关键问题与限制因素

作为起源于热带的C4作物，玉米适宜温暖湿润的生长环境。我国幅员辽阔，气候复杂多样，各地年降水量在104–1240毫米之间，年均温介于4.1–24.2 ℃。西南地区雨热最足，年均降水1150毫米，气温16 ℃；华北平原分别为697毫米和12.6 ℃。尽管雨热同期有利于光温匹配，但极端高温可能导致水分胁迫。西北春玉米区气温较低，年均降水仅290毫米，干旱压力显著。

除水肥供应外，合理密植是提升单产的关键。我国玉米种植密度普遍在4.99–6.52万株/公顷，远低于美国 (8.22–9.21万株/公顷)。通过二次函数拟合得出我国四大产区的最优密度和理论最高产量分别为：东北6.76万株/公顷 (11.8吨/公顷)、华北平原7.94万株/公顷 (9.28吨/公顷)、西北10.4万株/公顷 (14.8吨/公顷)、西南5.43万株/公顷 (7.84吨/公顷) (图1)。因此，各地区应结合气候与土壤条件优化种植模式。

图1 不同主产区玉米的最适种植密度与最高籽粒产量。NCP，华北平原；SW，西南；NE，东北；NW，西北。

土壤条件也存在显著差异：东北黑土黏粒含量高、肥力好，但连作与化肥施用导致结构退化与酸化；华北平原棕壤有机质偏低；西北黄土沙粒含量高、质地疏松、偏碱；西南紫土肥力较高、微酸性。这些土壤特性直接影响玉米根系的发育与养分吸收。

▎中国玉米绿色增产增效技术创新

以实现土壤-作物系统综合管理为核心，可持续提高玉米产量主要依赖以下七方面 (图2)：(1) 提高光合产物积累，这是增产的基础；(2) 通过控释尿素等实现养分持续供应，同步作物需肥规律；(3) 冠层光氮匹配协同提升产量与效率；(4) 提高土壤有机质以增强地力与微生物活性；(5) 应用可持续植保技术改善苗期成活率；(6) 精准水肥供应至根区，满足作物需求；(7) 推行轮作与保护性耕作，防控病害、改善土壤结构。

图2 基于土壤-作物系统综合管理的玉米可持续高效增产原理与技术创新。

▎关键技术突破与实施要点

(1)高产群体构建技术

根据区域气候与土壤条件设计玉米群体结构，选择适应性品种，确定最佳播期与密度。东北土壤有机质高、pH低，推荐密度6.76万株/公顷；华北平原有机质最低，建议7.94万株/公顷；西北土壤偏碱，适宜10.4万株/公顷；西南以5.43万株/公顷为佳。通过机械化精量播种，出苗率可从75%提升至98%，变异降低9%，产量提高11%。

(2)根层调控支持高产高效群体

通过土壤耕作改善耕层理化性质，促进根系发育。秸秆还田和增施有机肥可有效提升土壤有机质，连续十年秸秆还田使土壤有机碳增加，温室气体排放降低44.4%，固碳能力提高17.7%，产量增长38.8%。有机无机肥配施既能保持甚至提高产量，又减少对化肥的依赖。

养分管理依据玉米时空需肥规律，结合品种与农艺措施，实现增产与抗逆兼顾。氮肥与密度交互影响倒伏率，华北平原在7.50万株/公顷时倒伏率最低。中单909等抗倒品种在适宜区域表现优异。采用宽行距施肥机进行精量施肥，配合启动肥施用，可促进根系发育与低温抗性。钾肥改善茎秆强度与抗倒能力，中微量元素如硫、锌也有助于提升产量与品质。

各产区根层调控措施各有侧重：东北与西北春玉米区推广滴灌与水肥一体化；华北夏玉米区注重水肥协同与秸秆还田；西南地区则强调节水灌溉与精准施肥，结合耕作与秸秆措施改善土壤保水保肥能力。

▎中国玉米生产区域技术模式的整合与应用

长期以来，我国农业技术推广主要依赖政府渠道，难以实现“政产学研用”融合，也无法满足农户实际需求。科技小院 (STB) 提出了一种新模式，通过高校、政府、合作社与农户的联动，将技术与政策直接落地 (图3)。以吉林省梨树县为例，STB通过优化水肥管理与密植技术，在县农技推广站的支持下，解决了限制因子，推动了土壤改良、合理群体构建与养分管理等技术的大规模应用 (图4)。STB与推广站、合作社、农户紧密合作，转变生产方式，提升产量与效益。

图3 政产学研用一体化农业技术推广新模式。

图4 我国东北吉林省梨树县玉米科技小院建立前后的生产状况对比。

当前STB仍以植物营养为重点，未来应拓展为多学科平台，融入种植、养殖与食品科学，共同推动农业可持续发展。

· 结 论 与 展 望 ·

我国玉米生产正向可持续增产增效转变。通过针对四大产区限制因素，采用土壤-作物系统综合管理技术，集成区域化技术模式，全国玉米产量提高11.5%，氮肥用量降低14.7%，效率提升33.4%，减排15%。这些成果为玉米主产区实现可持续高效生产奠定了坚实的基础。

实现可持续增产增效的关键在于因地制宜：一方面要将区域制约因素与精准技术相适配，通过冠层-根系系统精准匹配构建玉米高产群体，并将精准养分供应与土壤肥力提升相结合；另一方面，依托以科技小院为核心的“政产学研用”模式，助力玉米可持续高效生产的实现，并推动其向更大规模、更高速度的现代化方向发展。

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