Các giống ngô lai hiện đại đã tăng năng suất đều đặn trong một vài thập kỷ qua. Sự tăng năng suất, một phần do mật độ quần thể cao hơn và thích nghi di truyền cho pháp sinh trưởng phát triển và sức sống cao hơn ở mật độ cao.
Bởi vì hiệu quả tiếp nhận ánh sáng là cần thiết cho cây sinh trưởng, phát triển và hình dạng cây là một yếu tố cần thiết để tiếp nhận ánh sáng khi quần thể ở mật độ cao sẽ tăng năng suất quần thể dưới điều kiện đồng ruộng của canh tác hiện đại. Góc lá gần thẳng đứng là một trong những tính trạng của kiểu cây lý tưởng (ideotype) của ngô Mock và Pearce (1975) đề xuất với các nhà tạo giống khi phát triển các giống ngô cho trồng mật độ cao. Sự so sánh các giống ngô lai đẳng gen liguless-2 và giống ngô lai bình thường, giống nào có gen liguless-2 có lá đứng hơn các giống ngô lai thường và năng suất cao hơn ở mật độ 90.000 hoặc 75.000 cây/ha, nhưng không cao hơn ở mật độ 60.000 cây/ha (Lambert and Johnson, 1978).
Góc lá, xu hướng phân bố tần suất diện tích lá, chỉ số diện tích lá, lượng bức xạ nhận được, năng suất sinh dưỡng và năng suất hạt, cân bằng năng suất sinh học và năng suất hạt xác định ở hai quần thể ngô trồng 55.555 cây/ha (S 1), và 80.000 cây/ha (S 2) cũng như thay đổi góc lá nhân tạo đã được nghiên cứu. Các tác giả phân loại ngô trồng bình thường (N) các tương tác giai đoạn sinh trưởng giữa dạng lá nằm ngang và lá đứng của tán lá. Mối quan hệ tiếp nhận bức xạ đến biến động V S 1 và V S 2 thấp hơn biến động N S 1 và N S 2. Biến động V so với biến động N tăng năng suất hạt và năng suất sinh vật học (J. Vidovič, 1974).
Thâm nhập ánh sáng trong tác ngô (Zea mays L.) trên đồng ruộng là một quyết định quan trọng đến năng suất ngô. Các yếu tố ảnh hưởng đến thâm nhập ánh sáng gồm: canh tác như mật độ trồng và các yếu tố hình thái cây như góc lá, kích thước lá và kích thước cờ. Các tác giả đã nghiên cứu nhận biết vùng genome điều khiển di truyền của góc lá và hình thái cờ trong quần thể tổ hợp lai B73 × Mo17. Ba locus tính trạng số lượng (QTL) điều khiển góc nhánh cờ đã nhận biết giải thích 35,6% phương sai kiểu hình. Sáu QTL nhận biết điều khiển số nhánh cờ với 3 QTL năm trên NST số 2. Chín QTL đã nhận biết điều khiển góc lá ở một hoặc 2 môi trường. Tương quan kiểu hình có ý nghĩa giữa góc và số nhánh cờ; giữa số nhánh cờ và góc lá. Khoảng cách bao trùm nhận biết giữa QTL đã nhận biết và góc lá và số nhánh cờ trên NST số 2 gần chỉ thị phân tử umc53a một QTL gần chỉ thị bnl6.10 trên NST số 5 nhận biết điều khiển góc nhánh cờ cùng
trên vùng QTL điều khiển góc lá. Kết quả nghiên cứu chỉ ra ràng có mối quan hệ di truyền chung giữa tính trạng của cờ và góc lá ở ngô (Mickelson et al., 2002).
Vấn đề hàng hẹp trong sản xuất ngô như thế nào trong tương lai, những nhìn nhận sâu sắc về cây trồng. Sự chấp nhận ngô hàng hẹp đến nay cực kỳ hạn chế. Nhưng chúng ta tin tưởng rằng hàng hẹp sẽ là cần thiết để tiếp tục nâng cao năng suất ngô. Quần thể cây và cấu trúc lá là hai yếu tố ảnh hưởng tiềm năng đến khoảng cách hàng hẹp tối ưu ở ngô. Những nghiên cứu gợi ý rằng quần thể tối ưu ở ngô sẽ tiếp tục tăng lên trong tương lai, nhưng rất ít nghiên cứu chứng minh rằng hàng hẹp là cần thiết để mật độ trồng ngô cao hơn. Cấu trúc lá ngô đã thay đổi rất lớn trong thời kỳ chọn giống ngô lai theo hướng các lá đứng hơn, nhưng chưa rõ lá đứng đóng góp như thế nào vào năng suất ngô ngày càng cao hơn đến nay. Các nghiên cứu cũng chưa trình bày mối quan hệ giữa cấu trúc lá ngô và phản ứng với hàng hẹp của các giống ngô lai. Thực chất phát triển các giống ngô lai để trồng hàng hẹp, nhưng chưa rõ nó cần thiết để nâng cao năng suất ngô cao hơn (Mark Jeschke, 2014).
Tăng mật độ trồng dưới điều kiện khí hậu thuận lợi và quản lý sâu bệnh hại hợp lý là phương pháp tốt để tăng năng suất do tăng số lượng bắp trên một đơn vị diện tích (Bavec and Bavec, 2002). Adeniyan (2014) đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ trồng và liều lượng phân bón đến phấn ứng của các giống ngô khác nhau trong hai thời vụ (2007/2008 và 2008/2009) tại hai địa điểm Ibadan và Ikenne phía Tây Nam Nigeria. Thí nghiệm được bố trí split-split-plot với 3 lần nhắc lại. Ô chính là 3 giống ngô bao gồm giống thụ phấn tự do Swan 1-SR, giống ngô lai Obasuper và giống đã được cải tiến hàm lượng protein Quality Protein Maize (QPM). Ô phụ là 3 mật độ bao gồm 53,320 cây /ha (75 x 50cm), 88,880 cây /ha (90 x 25cm) và 106,640 cây /ha (75 x 25cm) trong khi ô phụ trong ô phụ là phân bón NPK 20:10:10 (bón với 3 mức 120, 150 và 180 kg N /ha). Kết quả nghiên cứu cho thấy có sự sai khác có ý nghĩa thống kê (P≤0.05) ở các chỉ tiêu chiều cao cây, đường kính thân, khả năng chống đổ, khối lượng bắp, chiều dài bắp, đường kính bắp, năng suất hạt do ảnh hưởng của lượng phân bón và mật độ trồng ở cả hai địa điểm thí nghiệm. Liều lượng phân bón khác nhau không làm thay đổi đáng kể ở chỉ tiêu đường kính thân tại Ibadan và Ikenne. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu cho thấy rằng ở mức 180 kg N/ha cho năng suất cao nhất là 3,8 và 3,5 tấn/ha tại Ibadan và Ikenne tương ứng. Ở mức 150 kg N/ha, năng suất không có sự khác biết đáng kể ở hai vùng sinh thái khi bón với mức đạm 150 kg
N/ha. Mật độ trồng 88,880 cây/ha cho năng suất hạt cao nhất và mật độ trồng 106,670 cây/ha cho năng suất hạt thấp nhất ở cả hai địa điểm. Giống ngô lai Obasuper cho năng suất hạt cao nhất trong tất cả các giống ngô thí nghiệm.
Các giống ngô lai đang phát triển do National Maize Breeding Program (NMBP) phóng thích khi trồng ở mật độ cao sẽ làm giảm mạnh năng suất hạt trên một đơn vị diện tích. Lý do có lẽ là những giống này không chịu được mật độ cây cao vì chiều cao của chúng, chỉ cho một bắp trên cây, lá xòe rộng và kiểu cây lớn. Ngược lại, các giống ngô hiện đại ở các nước phát triển được đặc trưng bởi khả năng năng suất cao trên một đơn vị diện tích trong mật độ cây cao, do những thay đổi về mặt hình thái học và kiểu hình như phun râu sớm, khoảng thời gian chênh lệch tung phấn-phun râu ngắn, không đẻ nhánh và có nhiều bắp trên một cây (Duvick et al., 2004). Radenovic et al. (2002) đã chỉ ra rằng kiểu gene cây ngô với lá dựng lên là rất cần thiết cho việc tăng mật độ trồng, do có khả năng tiếp nhận ánh sáng tốt hơn. Năng suất hạt ngô trên mỗi cây giảm khi mật độ tăng mật độ trên một đơn vị diện tích (Hashemi et al., 2005). Năng suất giảm như là một phản ứng để giảm ánh sáng và các nguồn tài nguyên môi trường khác có sẵn cho mỗi cây (Widdicombe et al., 2004). Giảm năng suất chủ yếu là do giảm số bắp (Bunting, 1973), giảm số hạt trên bắp (Tetio-Kagho and Garner, 1988), giảm trọng lượng hạt (Poneleit and Egli, 1979) hoặc kết hợp các thành phần này (Betran et al., 2003). Ở mật độ cao, nhiều hạt nhân có thể không phát triển, một sự kiện xảy ra ở một số giống ngô lai sau sự thụ phấn kém do thời kỳ phun râu bị trì hoãn liên quan đến sự xuất hiện của râu ngô (Otegui, 1997) hoặc do lượng phấn cung cấp không đồng nhất gây ra hiện tượng bắp ít hạt và không có hạt (Karlen and Camp, 1985). Tuy nhiên, với điều kiện cung cấp nước và dinh dưỡng tối ưu, mật độ cây trồng cao có thể làm tăng số lượng bắp trên một đơn vị diện tích, và cuối cùng là tăng năng suất hạt (Bavec and Bavec, 2002). Liu et al.
(2004) báo cáo rằng năng suất ngô khác biệt đáng kể ở các mật độ cây trồng khác nhau, do sự khác biệt về tiềm năng di truyền. Nghiên cứu của Ahmed Medhat M.
Al-Naggar et al. (2015) đã chứng minh rằng khi tăng mật độ trồng ngô và giảm tỷ lệ phân bón đạm (N) cùng với việc sử dụng các kiểu gene chống chịu mật độ cao sẽ tăng năng suất hạt cho mỗi đơn vị diện tích. Sáu dòng thuần khác nhau về khả năng chống chịu đối với mức đạm thấp và mật độ cao (3 dòng chống chịu tốt (ký hiệu chung: T) là L-17, L-18, L-53 và 3 dòng chống chịu kém (ký hiệu chung: S) lần lượt là L-29, L-54, L-55) đã được chọn để tiến hành lai diallel. Bố
mẹ và các tổ hợp lai (THL) được đánh giá trong hai năm 2012 và 2013 dưới ba mật độ trồng D: thấp (47,600), trung bình (71,400) và cao (95,200) cây /ha và ba mức phân bón N: thấp (không bổ sung N), trung bình ( 285 kg N /ha) và cao (570 kg N /ha). Các tổ hợp lai T × T vượt trội so với S × S và T × S dưới môi trường mật độ trồng cao và mức bón đạm thấp trong hầu hết các tính trạng được nghiên cứu qua các mùa thí nghiệm. Tương quan giữa 9 môi trường và năng suất hạt trên mỗi ha (GYPH) cho thấy mối quan hệ tuyến tính cho các dòng L54, L29, và L55 và tổ hợp lai L18 × L53 và L18 × L55 với GYPH cao nhất với mật độ 47.600 cây /ha và tỷ lệ N 570 kg N /ha và mối quan hệ đường cong đối với các giống lai L17, L18 và L53 và các giống lai khác có GYPH cao nhất với mật độ 95.200 cây /ha kết hợp với tỷ lệ N là 570 kg N /ha. Tổ hợp lai L17 × L54 cho năng suất hạt cao nhất trong nghiên cứu này ở cả mức N cao và mật độ cao (N-high-D) (19,9 t /ha) và mức N trung bình và mật độ cao (medium N –high-D) (17,6 t /ha).
Testa et al. (2016) tiến hành đánh giá sự cải thiện về năng suất hạt cây ngô khi tăng mật độ trồng với khoảng cách hàng x hàng và cây x cây khác nhau trong hai năm 2013 và 2014 tại Buriasco, phía Tây bắc của Italy (44◦51”53” N, 7◦26”21” E). Nghiên cứu tiến hành trên đồng ruộng với hai thí nghiệm. Thí nghiệm đầu tiên được tiến hành trong năm 2013 và 2014 với 4 mật độ trồng khác nhau (7,5 đến 12 cây/m2) và hai khoảng cách hàng (0,75m và 0,5m) nhằm đánh giá cấu trúc cây và năng suất hạt. Hai giống ngô lai, với sự phát triển bắp khác nhau (hướng lên và cụp xuống), được đánh giá. Kết quả nghiên cứu cho thấy, mật độ cây trồng cao hơn đã làm giảm diện tích thân cây (-20%), màu xanh lá cây (-5.2%) và độ dài của bắp (-10.8%). Nó cũng làm giảm trọng lượng hạt (- 7,1%) và số hạt mỗi hàng (-10%). Năng suất hạt chỉ tăng đáng kể đối với hai tổ hợp ngô lai (+ 7,4%) ở mật độ 10,5 cây m-2 và khoảng cách giữa các hàng được giảm xuống còn 0,5m. Thí nghiệm thứ hai được tiến hành ở 32 địa điểm khác nhau trong 4 năm từ 2011 đến 2014 nhằm so sánh các đặc điểm hình thái, khả năng chống chịu và năng suất hạt giữa tổ hợp ngô lai trồng ở mật độ 10,5 cây/m2 với hàng cách hàng 0,5 m so sánh với mật độ truyền thống 7,5 cây/m2 và hàng cách hàng 0,75m. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng mặc dù năng suất cá thể giảm do khối lượng bắp và khối lượng 1000 hạt giảm 18% và 6% tương ứng ở mật độ trồng 10,5 cây/ha nhưng năng suất tổng thể lại tăng cao nhất lên tới 90%
ở các điểm đánh giá với trung bình tăng 11,7%. Nghiên cứu này đã chứng minh rằng, ở điều kiện thí nghiệm, khi tăng mật độ trồng tới 10,5 cây/m2 đã làm tăng
năng suất hạt đáng kể nhưng chỉ khi kết hợp với khoảng cách hàng cách hàng 0,5m. Ở điều kiện trồng ở mật độ cao cùng làm tăng những bất lợi cho sự sinh trưởng cây ngô, làm thay đổi đặc điểm hình thái và làm suy giảm năng suất cá thể cây ngô. Tuy nhiên sự sụt giảm về năng suất cá thể được hoàn toàn bù trừ bởi mật độ trồng cao.
Qian et al. (2016) đã nghiên cứu sự thay đổi năng suất hạt với các mức mật độ trồng và mức đạm khác nhau đối với các giống ngô trồng vụ xuân được chọn tạo từ năm 1970 đến năm 2010 ở phía Đông Bắc Trung Quốc. Hai mươi mốt giống ngô thí nghiệm trên 4 mật độ trồng: 30.000, 52.500, 75.000 và 97.500 cây /ha và mức đạm lần lượt là 0, 150, 300 và 450 kg N /ha. Không kể mật độ trồng và mức đạm bón khác nhau, năng suất hạt trên mỗi cây và trên một đơn vị diện tích cao hơn đáng kể ở các giống ngô mới so với các giống ngô cũ. Khi mật độ trồng tăng từ 30.000 đến 97.500 cây /ha, năng suất hạt trên mỗi cây ở các giống ngô chọn tạo vào những thập niên 70, 80, 90 và những năm 2000 đã giảm lần lượt 50%, 45%, 46% và 52%. Mối quan hệ giữa năng suất hạt trên một đơn vị diện tích với mật độ trồng là đường cong. Mật độ cây trồng tối ưu ước tính khoảng 58.000, 49.000, 65.000 và 65.000 cây/ha cho các giống lai được phát hành vào những năm 1970, 1980, 1990 và 2000. Mật độ tối ưu lý thuyết cho các giống lai được phát hành từ những năm 1970 đến những năm 2000 đã tăng 1750 cây /ha thập kỷ-1. Phân bón đạm làm tăng đáng kể năng suất hạt trên mỗi cây và trên một đơn vị diện tích cho tất cả các giống ngô lai. Lượng lý thuyết cho tỷ lệ ứng dụng tối ưu N cho năng suất cao cho các giống ngô lai ra đời vào những năm 1970 và những năm 1980 là khoảng 280 và 360 kg N /ha, và các giống lai từ những năm 1990 và 2000 cho năng suất cao nhất ở 330 kg N ha -1. Không có sự khác biệt đáng kể ở năng suất hạt ở các giống ngô lai ra đời những năm 2000 giữa mức N từ 150 đến 450 kg /ha.
Mức tăng năng suất đáng kể trên mỗi cây và trên một đơn vị diện tích đã được tìm thấy, với mức tăng trung bình 17,9g cây-1 thập kỷ-1 và 936 kg /ha /thập kỷ trong giai đoạn 1970 - 2010. Lợi ích thu được chủ yếu là do năng suất tăng lên trên mỗi cây, do sự gia tăng số lượng hạt/bắp và trọng lượng 1000 hạt. Tỷ lệ đổ gãy và cây cằn cỗi của các giống lai mới thấp hơn đáng kể so với các giống cũ, đặc biệt là ở mật độ trồng cao.
Từ năm 2006, Bộ Nông nghiệp đã ban hành Hướng dẫn quy trình kỹ thuật thâm canh ngô lai đạt năng suất trên 7 tấn/ha ở các tỉnh miền Bắc. Trong đó khuyến cáo, với các giống dài ngày nên trồng với mật độ từ 5,5-5,7 vạn cây/ha,
các giống ngắn và trung ngày trồng 6,0–7,0 vạn cây/ha với khoảng cách giữa các hàng là 60-70cm. Tuy vậy, nhiều nơi bà con nông dân chưa trồng đạt mật độ khuyến cáo, có nơi chỉ đạt khoảng 3 vạn cây/ha (một sào Bắc Bộ chỉ đạt 1.200 - 1.300 cây). Theo chúng tôi, đây là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến năng suất ngô trong sản xuất của nước ta chỉ mới đạt 30 - 40% so với năng suất thí nghiệm (trong điều kiện thí nghiệm nhiều giống đã đạt 12 - 13 tấn/ha). Trên cả nước chỉ có tỉnh An Giang đạt năng suất trung bình 7,5 - 7,8 tấn/ha trên diện tích gần 10.000 ha từ năm 2004 đến nay. Các nghiên cứu về khoảng cách hàng chưa được thực hiện ở Việt Nam còn hạn chế, kể cả giống lai, mà chỉ dựa theo khuyến cáo của CIMMYT là 70-75cm. Về mật độ, cũng khuyến cáo dựa vào thời gian sinh trưởng, đặc điểm hình thái như chiều cao cây, bộ lá (dài ngày, cao cây, lá rậm… thì trồng thưa; ngắn ngày, thấp cây, lá thoáng hoặc đứng… thì trồng dày), theo mùa vụ… nhưng chưa có một nghiên cứu cụ thể về các vấn đề trên ở điều kiện nước ta (Phan Xuân Hào, 2007).