玉米在国家粮食安全中的重要性
随着全球人口数量的不断增加，粮食危机成为人们关心的热点问题。中国作为世界人口第一的大国，粮食问题更为突出。我国现有人口超过13亿，人均耕地不足1.3亩（宁夏平均耕地2.7亩），而且人口逐年增加而耕地面积逐年减少。未来20年，中国的人口总数还将继续增加，至2030年前后达到16亿的峰值后方可缓慢下降，人口增加，耕地面积的下降，这将使我国本已偏紧的粮食产需形势在相当一段时期内更趋严峻，粮食单产较现在需提高30%-78%。我国粮食生产中，玉米仅次于水稻位居第二，2010年播种面积越居首位，在我国粮食增产中的贡献达44.4%，是粮食增产的主力军。国家粮食安全中长期规划纲要(2008-2020的提出到2020年新增1000亿斤粮食的计划目标，玉米要分担54%的份额，增产任务艰巨。而且玉米已应用到畜牧业、饲料工业、食品加工等方面，且不断提高，20世纪70年代，中国用作饲料的玉米占玉米总产量的39%，80年代达到48%，90年代占60%。据统计，我国玉米总需求量在2030年将达到1.6亿吨，而目前我国产量仅1.44亿吨，所以增加玉米产量，对保障我国粮食安全、食品安全、能源安全以及生态安全都具有重要的意义。
玉米增产主要靠单产的提高
粮食增产的途径一靠扩大耕地面积，二靠提高单位面积产量。从我国建国以来粮食生产发展历程看，我国耕地平均每年减少400多万亩，而且被占的基本上是优质耕地，2030年耕地面积将降至0.075hm2·人，粮食总产不断增长，主要依靠单产的不断提高，高产田对我国粮食总产的贡献率为54.09%，未来粮食增产的关键仍然为中高产田。玉米要达到1.6亿吨的目标，必须要大幅度提高玉米单产，即只能走超高产栽培的道路。挖掘玉米增产潜力，提高单位面积产量，是发展玉米生产和解决粮食问题的重要途径。实践也证明，玉米总产量的提高主要依赖于单产的增加，20世纪70年代玉米平均单产比60年代增加了58%，80年代比70年代增加了48.9%，90年代的单产水平较80年代提高了28%，近10年单产提高提高5.9%。李少昆等(2009)研究也得出，从1949至2007年中国玉米单产提高了4205.lkg/hm2，增幅为437.3%，；总产由1241.5万吨提高到15230.0万吨，增加了12.3倍，其中单产增加的贡献占68.4%、种植面积扩大的贡献为31.6%。在我国玉米种植面积增加有限的情况下，必须依靠玉米单产的大幅度提高，进行玉米超高产栽培理论与技术研究和实践，提升玉米生产能力，确保粮食安全。
玉米超高产研究进展
超高产(super-high yield)通常指具有超高产潜力的作物品种在一定生态区域和栽培条件等诸多综合因素和谐互作的结果。夏玉米达到12000kg/hm2，春玉米达到15000kg/hm2或比同生育期主栽对照品种增产20%即达到超高产。20世纪80年代，国内外就涌现出超高产典型，美国的华索(Herman warsaw)1985年在非灌溉条件下获得了23224.5kg/hm2（1548.3 kg/667m2）的春玉米世界最高产量。1999年依阿华州(Iowa)的柴欧德(Franci Childs)超过了warsaw的纪录，达到24730.5kg/hm2（1648.7kg/667m2）的产量水平，2002年Childs又将此纪录提高到27742.5kg/hm2（1849.5kg/667m2），成为世界春玉米最高产量的新纪录。我国，李登海1989年创造的世界夏玉米纪录为16444.5kg/hm2（1096.3 kg/667m2），何天祥在1999年获得产量15235.5kg/hm2（1015.78kg/667m2），2005年李登海再次刷新纪录，达2l043.4kg/hm2（1402.9kg/667m2）。我区，2006年创造了内蒙古春玉米单产17383.5kg/hm2（1158.9kg/667m2）(含水量14.0%)的高产纪录；2007年刷新记录，内蒙古春玉米历史高产纪录17581.5kg/hm2（1172.1kg/667m2），2005年玉米超高产达15757.5kg/hm2（1050.5kg/667m2），2009年，19230kg/hm2（1282kg/667m2），2010年，最高产量达20142kg/hm2（1342.8kg/667m2）。在玉米产量大幅度提高过程中，品种的更替、栽培技术的改进及生产条件的改善起了重要作用。
玉米超高产品种
超高产栽培的前提是必须具有超高产品种，在我国玉米单产增长的诸因素中，良种的贡献率达到40%。由80年代的年均利用品种146个到90年代的年均205个，再到近五年的年均304个，年利用品种数量持续增加。超高产玉米育种的历史性飞跃是由平展型到紧凑型的株型育种，李登海等人在1972-1979年间，用100多个杂交种(平展型)，种植140多块地，付出巨大代价，没能突破10500kg/hm2，1979年，紧凑型玉米掖单2号的育出，产量突破了夏玉米11250kg/hm2大关，0.1hm2单产达11652kg/hm2。紧凑型品种的出现，虽然产量有较大提高，却难以实现再高产的突破。纠其原因，随密度增大，玉米倒伏严重，即玉米抗性较差。1986年，以株型紧凑、茎杆坚韧，高抗倒伏的中大穗型、中秆或中高秆中晚熟的玉米杂交种为育种目标，育成新品种，掖单6号、7号、9号，首次突破了14250kg/hm2高产大关，但由于单株生产力的明显下降，产量不能突破15000kg/hm2。紧密型玉米品种育出现后，强调了提高群体光能利用及协调群体和个体矛盾的重要性。以紧凑、高抗、大穗型为育种目标，1989年掖单12号、掖单13号创夏玉米高产田，产量分别达到16062.15kg/hm2和16444.35kg/hm2，实现了超高产。张泽民(1997)研究了黄淮海夏玉米株型对遗传增益的影响，提出叶向值与穗位高的改良显著提高了玉米的耐密性和抗倒性，占产量提高的遗传增益的30%。现代玉米品种对较高密度的耐受能力归因于冠层结构紧凑，叶片少而直，冠层在较高的叶面积指数下，仍维持较强的光截获能力，且通过降低结穗高度，提高茎干的抗倒伏能力，在高密度下获得较高的产量。sangoi等(2002)认为，株型增产的主要原因是与其群体冠层内光的合理分布有关，特别是玉米干物质积累的主要功能叶片是中部叶片，因而上部叶片上冲，中部叶片可处于较好的光照状态下，从而有利于干物质的生产。胡昌浩等(1998)也从不同角度研究了紧凑型玉米品种增产的原因，近而证明玉米株型改良对提高单产具有重要的作用。目前，国内外许多学者对玉米理想株型基本达成共识，即①茎秆高度中秆、中高秆，粗壮坚韧，茎基部节间较短，穗上部茎节拉开；②穗上叶上冲且较窄，穗下叶较平展宽大，叶片较厚，叶脉坚挺；③多穗，ASI值小，抽丝快而集中，雄穗小、雄穗分枝数少、花粉量充足；④根层数多、根量大、根直立。
李少昆等提出，超高产品种能够突破吨粮，应兼顾株型和光合效率即玉米高光效品种。光合面积、光合速率、光合时间、光合产物的消耗(呼吸)、运转与分配是光合生产力的五个组成因素。紧凑型玉米品种的高产生理特征，与平展型玉米品种相比，它具有穗上叶与主茎夹角小，叶向值大，叶面积系数大，群体光合势高，库容量大，经济系数高等特点。玉米新品种有较高的叶面积且高值持续期长是品种更替过程中的重要生理指标，不同层次叶面积都以新品种为最高，且中下部叶片增加更大。品种更替过程中，新品种叶片光合速率高且高值持续期长，光合色素含量高，改良的效果在中下部叶片表现尤为明显。我国玉米产量的大幅度提高在很大程度上应归功于地上部分光合性能的改良，新品种由于在籽粒灌浆期保持较高的光合活性，较高的光合量子转换和较低的NPQ，可以获得相对较高的籽粒产量。在株型育种和杂种优势利用的基础上进一步提高单叶光合效率是今后高产育种持续发展的一项战略考虑。国内外学者对不同年代推广的玉米品种研究认为，当代新品种产量高是因为其个体表现出较高的光合速率与光能利用效率，吐丝后叶片光合色素与碳同化关键酶降解缓慢，维持较高生理活性的时间较长。随着玉米品种的更替，群体光合速率增强，而且在高、中、低三种密度条件下，当代品种均有较高的群体光合速率。高产品种具有吐丝后群体光合速率下降缓慢，高值持续期长的特点。超高产品种有它自身的株型和生理特性，这是形成高产的物质基础。超高产玉米品种具有较高的清除活性氧的能力，有利于延缓衰老，促进干物质积累。
超高产玉米品种的高光效冠层，与其地下根系密切相关，玉米不同品种根系之间存在较大差异，根系对地上部有直接的调控作用，根系分布较深且多纵向时，叶角较小，叶片趋于直立；根系分布较浅且多横向时，叶角较大，叶片趋于披垂。不仅如此，叶角的大小同时受叶片大小的影响，根系分布较浅且多横向时，较大的叶片更易披垂，叶角更大；根系分布较深且多纵向时，较大的叶片仍可保持直立，叶角更小。因此，叶角的大小在很大程度上受根系分布的调控。根量大的品种，产量最高，氮素营养效率也高。我国当代玉米品种与紧凑型株型对应，其根系在空间上的分布呈现出“横向紧缩，纵向延伸”的特点。新品种在籽粒灌浆期拥有较高的根系活力和较长的持续期对维持地上部正常的生理功能，延缓叶片衰老，保证籽粒灌浆期充足的物质来源具有重要意义。对松嫩平原不同株型玉米的根系分布特征进行了比较，研究表明，平展型玉米和紧凑型玉米根干重最大值出现的时期不同，二者根干重分别在吐丝后15d和吐丝后30d时达到最大值，成熟时紧凑型玉米根干重比平展型高12.2%。宋日等(2003)认为，紧凑型根系水平分布相对集中、深层根量多、耐密植从而获得高产。
超高产品种在干物质积累上明显高于普通品种，产量形成表现为干物质的积累及其在各个器官的分配过程，干物质积累影响最终产量。高产、超高产品种的物质生产优势在生育中后期，积累较多的干物质仅仅为高产奠定一个重要的基础，收获指数对最终产量的形成具有重要的意义，而收获指数的变化取决于地上部干物质的积累总量及向子粒里的分配量。高产品种子粒产量主要来源于生育后期叶片制造的光合产物即成为光合产物的分配中心，并与抽雄后具有较高的叶面积指数且持续时间较长密切相关。小穗型品种群体干物质积累量随密度增加而逐渐增加，大穗型品种群体干物质积累量随密度增加先增加后降低。翟立普等(2006)研究得出不同产量水平玉米的干物质积累量方面，叶片、茎杆、鞘、穗部营养体和子粒均是高产处理>平产处理>不施肥处理，并且三个处理之间在积累量上都有比较明显差别。王永军等(2008)研究表明，超高产栽培下，吐丝前地上部生物量与传统栽培玉米田无明显差异，主要是吐丝后光合产物积累造成的差异，超高产玉米和传统栽培玉米吐丝后干物质生产占整个生育期积累量的70%和61%。陈传永等(2006)研究认为超高产玉米营养生长期相对生长率迅速，吐丝到灌浆期相对生长率稳定，吐丝后干物质积累量高于16192.48，转化率大于83.6%，经济系数维持在0.5左右。黄智鸿等(2008)研究指出，超高产玉米群体干物质积累符合S型生长曲线方程，玉米干物质在各器官的分配随生长中心的转移而发生变化，小喇叭口以前干物质主要分配在叶片，之后转为茎、叶，散粉后各器官干物质开始向子粒转移。
超高产品种对养分的吸收上，新品种与老品种相比，较高的养分吸收速率主要在灌浆后期。抽丝期后新品种籽粒吸收的N素大约占到总吸收量60%，而老品种为40%，这是与新品种灌浆期间的干物质积累速率较高，对根系的同化物供应较多相关的。新老杂交种产量差异的原因是从抽丝期后3周到生理成熟期的干物质和养分的积累速率的差异，而不是因为干物质或养分优先的分配到籽粒中。培育氮高效利用的品种是提高肥料利用效率、增加粮食产量的有效途径。
玉米超高产栽培技术措施
玉米品种基因如何表达，遗传性如何发挥，靠栽培措施和栽培技术，研究表明，密度和肥水调控为主的栽培管理技术占40%，目前各地区的超高产创建的核心措施是增密增肥。
增密是玉米实现超高产的有效途径
密度对产量影响最大，玉米产量的突破主要靠密度的增加。1985年Herman
warsaw创单产23220kg/hm2，纪录时实际收获密度为8.895万株/hm2（5930株/6672），而美国最近的高产纪录是FranciSChildS于2002年在Iowa州创造的，单季玉米产量为27754.5kg/hm2(合1850.3kg/666.7m2)，其收获密度达10.59万株/hm2（7060株/6672）。我国李登海1989年创造的世界夏玉米纪录为16445kg/hm2，收获密度为7.5045万株/hm2(合5003株/666.7m2)，春玉米高产记录20130kg/hm2，
