目的：自上世纪50年代以来，我国玉米生产水平得到了很大的提升，单产从当时的每公顷1900-2000kg增加到2012年的5873kg。伴随着产量的提高，玉米生产经历了5-6次的品种更替、种植密度和肥料用量增加、种植模式不断完善等变化。前人曾从品种演替的角度对不同品种的产量性状、生理特性、抗逆性等方面做过较系统的研究，本研究以玉米产量提升的过程为切入点，对玉米植株形态、群体结构和功能等指标进行分析，明确玉米产量提升过程中植株形态特征的变化规律；对不同生态类型区玉米产量提升过程中的变化情况进行比较研究，分析生态条件对玉米产量增益贡献率的影响，为玉米品种的选育、选用以及农业措施的改进和完善提供理论依据与技术支持。方法：本研究选用1950s-2010s年代玉米生产中有代表性的11个玉米品种（50年代品种白鹤，英粒子；60年代品种吉单101；70年代品种中单2号；80年代品种四单8号、丹玉13、吉单180；90年代品种掖单13；2000s年代品种郑单958、先玉335；2010s年代品种农华101），于2011-2012年在吉林公主岭中国农科院作科所试验站设置不同的种植密度（37500,52500,67500,82500株/hm2）、不同的肥料运筹（0,150,225,300kg/hm2）处理，模拟玉米产量提升过程的典型场景。试验采用裂裂区设计，以氮肥为主区，密度为副区，品种为副副区。研究通过调查茎叶形态指标（株高、穗位高、节长、节粗、茎叶夹角、单株叶面积）、群体结构（LAI、VDLA）、群体质量（倒伏率、空杆率、光分布）、不同时期干物质积累（茎、叶、籽粒）、产量性状（公顷产量、单株产量、穗数、单穗粒数、粒重）等，分析上述指标在产量提升过程的变化规律。2011-2012年在新疆昌吉、2012年在河南新乡分别设置以上试验处理，调查物质积累、公顷产量、单株产量和穗粒性状等指标，分析不同生态区的差异。结果：通过2011-2012年的试验，得出以下研究结果：（1）不同年代品种物质积累和产量的变化趋势。随着品种的更替，群体的花后物质积累增加，收获指数增加，产量提高。加大种植密度，所有品种的单株籽粒产量减少；老品种在较低的密度下单产最高，而新品种在较高密度下可获得高产。增施氮肥使单株籽粒产量与群体产量均增加。此外，产量构成因素均随着品种的更替而增加，增密使穗数增加、穗粒数和百粒重降低，氮肥促进穗数、穗粒数、百粒重的增加。（2）产量提升过程中植株形态特征与群体结构的改变。随着品种的更替，株高略有增加，穗位高则减少了20-38cm，穗下2-4节间长度、穗下平均节长均显著减少；各品种的叶片数基本稳定，保持在22-23片叶；从50年代到90年代的玉米单株叶面积增加，90年代以后的品种单株叶面积有略减的趋势；整株茎叶夹角变小（从42°减小到30°），叶向值LOV增大（从33°增加到51°），在穗位上层表现更加明显。由于适宜种植密度的增加，取得最高产量的群体LAI随着品种更替而增加。增加种植密度，株高、穗位高、穗位系数均有增加趋势；茎叶夹角变小，单株叶面积下降而群体LAI提高。增施氮肥会使株高、穗位高增加，茎叶夹角变大，LOV变小，单株叶面积增加。（3）产量提高过程中群体质量的优化。随着品种的更替，冠层内各层的透过率增加，即使在种植密度提高的情况下，现代品种的群体底部透光率仍然能保持在0.04-0.05。随着品种的更替，茎杆的倒伏率明显降低，现代品种具有更强的抗倒能力；平均空杆率明显地减少，以每年0.16%-0.29%的速率降低。随着种植密度增加，倒伏率和空杆率都增加，而冠层透光率下降。氮肥用量的增加使群体的倒伏率增加，而空杆率下降。植株形态特征与群体质量的相关分析表明：叶片的方向与冠层内的光分布显著相关；穗位高、穗下节长和节间数与倒伏率呈显著正相关。（4）不同生态区的产量增益。生态条件对玉米的生长发育和产量形成具有明显地影响。本研究在新疆昌吉、吉林公主岭、河南新乡三个不同生态区的试验结果分析表明：随着品种的更替，玉米全生育期与灌浆期时间延长，不同生态区具有相同的趋势。不同生态区生育期对比显示，昌吉>公主岭>新乡，因此即使在最优栽培条件下，平均物质积累与产量都表现为昌吉>公主岭>新乡的趋势。从1950s年代到2010s年代，昌吉、公主岭、新乡的产量分别增加了8.81、7.14、7.98t/hm2,基因对产量增加的贡献率在新乡最大，为62.74%；栽培措施的贡献率在昌吉达到了34.74%；品种×栽培互作的贡献率在公主岭表现最大，为29.89%。以1950s年代产量为基础，相对增产比率在昌吉、公主岭、新乡分别为1.33、1.13、1.92，其中品种的相对增产比率在新乡最大，为1.21。结论：在玉米产量提升的过程中，玉米全生育期天数变长，整株叶片数没有变化。随着品种的更替，株高增加，穗位高降低，单株叶面积增加，叶角变小，LOV增大；倒伏率、空杆率降低，各层透光率增加。种植密度、施氮水平的增加，使茎杆节长伸长，倒伏率增加；单株叶面积随密度增加而降低，群体LAI增加，冠层透光率减少。叶片的直立趋势使新品种在较高的密度下能保持合理的光分布；新品种穗下节间长度、穗下节间数的减少降低了茎杆倒伏率；因此认为玉米品种形态特征的改变使群体质量优化，籽粒产量提高。不同生态区的比较分析发现，即使是遗传基础相同，不同环境条件下的产量表现也不同，增益贡献率也存在明显的差别，在本研究条件下，单产水平为昌吉>公主岭>新乡，而基因增益贡献率则是新乡>昌吉>公主岭，研究结果暗示，在生态条件较差的地区，基因对产量增加的贡献更加明显，产量的继续提高更多地依赖于选育或选择适应性强的品种。