我國玉米科研生產(chǎn)恢復(fù)快速增長

◇張世煌（國家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學(xué)家）

我國玉米科研生產(chǎn)恢復(fù)快速增長

◇張世煌（國家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學(xué)家）

李競雄先生是我國近現(xiàn)代玉米育種的“一代宗師”，在20世紀(jì)五六十年代極其困難的條件下，帶領(lǐng)育種家團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)性地在中國培育和推廣雙雜交種和單交種，成功指導(dǎo)玉米抗病育種，倡導(dǎo)優(yōu)質(zhì)蛋白、高油和甜玉米育種及種質(zhì)的群體改良技術(shù)，啟動(dòng)雄性不育和雜種優(yōu)勢的遺傳基礎(chǔ)研究等。由于品種改良和先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)綜合投入的增加，20世紀(jì)60~80年代，我國玉米產(chǎn)量增益速度令世界矚目；但進(jìn)入90年代，育種技術(shù)徘徊不前，而水肥投入的增產(chǎn)效率已近飽和，我國玉米單產(chǎn)的年均增益率跌入低谷，這同樣引起世界關(guān)注。

年代1960s 1970s 1980s 1990s 2000s 2011~2013（3年平均）年度產(chǎn)量增益6.0% 4.4% 3.2% 0.5% 1.5% 4.0%

李競雄先生早在1990年3月南京舉行的全國植物遺傳理論與應(yīng)用研討會(huì)上就高瞻遠(yuǎn)矚地指出了現(xiàn)代玉米高密度育種的發(fā)展方向，但李先生1993年臥病，不能繼續(xù)指導(dǎo)玉米科學(xué)研究。1997年7月去世后僅一個(gè)月，以承德會(huì)議為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，我國玉米育種方向和技術(shù)路線加速倒退，致中國玉米科研和生產(chǎn)跌入低谷，1990s的年均產(chǎn)量增益率下降到0.5%。

2000—2002年在南京舉辦的全國玉米區(qū)試培訓(xùn)會(huì)前后，我們花了很多時(shí)間調(diào)研中國玉米產(chǎn)量增益下降的原因，不得不重新扭轉(zhuǎn)育種方向和技術(shù)路線。直至2003年11月，昆明會(huì)議成為我國玉米育種方向的又一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，對中國玉米育種方向起到振聾發(fā)聵的糾偏作用。

昆明會(huì)議后，我們艱難地重回李先生1990年南京會(huì)議講話的起點(diǎn)。盡管受到一些干擾和抵制，但中國玉米育種在新的理論基礎(chǔ)上不斷探索，逐漸回歸正確的育種方向和技術(shù)路線，推動(dòng)企業(yè)的商業(yè)育種實(shí)踐。在這個(gè)過程中，農(nóng)業(yè)部種植業(yè)司品種管理部門為探索中國玉米育種方向，創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)唯一有利的輿論環(huán)境，作出了重要貢獻(xiàn)。遺憾的是，幾個(gè)地位顯赫的玉米教授卻在轉(zhuǎn)型時(shí)期與正確方向失之交臂。至今，一些專家仍然把產(chǎn)量增益率下降歸因于品種的雜種優(yōu)勢不強(qiáng)，而我們主張的商業(yè)育種更強(qiáng)調(diào)抗逆性是突破口。

找到原因后，我們不得不糾正被少數(shù)專家和教授引領(lǐng)的錯(cuò)誤方向。當(dāng)時(shí)能夠找到的唯一切入點(diǎn)是種質(zhì)擴(kuò)增、改良與創(chuàng)新，隨之而來的是克服繁瑣復(fù)雜的雜種優(yōu)勢群和雜種優(yōu)勢模式的理論障礙。隨后，又消除了育種有關(guān)的其他理論困惑，如產(chǎn)量與雜種優(yōu)勢的關(guān)系，GCA和SCA與產(chǎn)量的關(guān)系，抗逆性與產(chǎn)量的關(guān)系等，這為糾正育種方向和調(diào)整技術(shù)路線奠定了理論基礎(chǔ)。如果沒有這一系列的理論準(zhǔn)備，商業(yè)育種便只能跟著少數(shù)專家教授沿著錯(cuò)誤方向和技術(shù)路線越走越遠(yuǎn)。

2003年昆明會(huì)議以后，我國玉米育種逐漸確立了種質(zhì)擴(kuò)增、改良與創(chuàng)新的戰(zhàn)略方向和高密度抗逆育種的技術(shù)路線，從理論和技術(shù)上簡化了雜種優(yōu)勢群和模式，明確了循環(huán)育種和高密度抗逆育種的基本策略。如今，我們歸納成由5個(gè)基本環(huán)節(jié)組成的商業(yè)育種技術(shù)鏈：①種質(zhì)擴(kuò)增、改良與創(chuàng)新；②以本土化的雜種優(yōu)勢模式為核心；③向兩邊推和循環(huán)育種；④高密度抗逆育種；⑤測試平臺(tái)和信息化管理。

這5個(gè)環(huán)節(jié)既包含現(xiàn)代育種的理論基礎(chǔ)，也構(gòu)成玉米商業(yè)育種的技術(shù)框架。這5個(gè)環(huán)節(jié)的意義在于：一是擴(kuò)大育種材料群體內(nèi)的遺傳方差，但要防止“狗熊掰棒子”。二要控制兩個(gè)雜種優(yōu)勢群間的SCA，防止“走貓步”。三是倡導(dǎo)循環(huán)育種，提高育種材料群體內(nèi)優(yōu)良等位基因的頻率，提升GCA。“向兩邊推”和“循環(huán)育種”原本是獨(dú)立的兩句話，現(xiàn)合并在一起，雖然是兩層意思，但邏輯上很連貫。四是利用G×E效應(yīng)，在育種材料群體中擴(kuò)大遺傳方差，提高選擇效率。五是現(xiàn)代商業(yè)育種不同于傳統(tǒng)作坊式育種管理的核心理念和樞紐。

少數(shù)專家教授拒絕上述基本環(huán)節(jié)，導(dǎo)致他們在種業(yè)的地位邊緣化，而企業(yè)和青年科技人員卻受到鼓舞，玉米商業(yè)育種越來越活躍，并收到成效。近年來，生產(chǎn)上越來越多地采用矮稈、早熟、耐密植品種，還推廣先進(jìn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械、深松改土和植保技術(shù)。經(jīng)過多年積累，最近3年，我國玉米科研和生產(chǎn)終于走出低谷，年增益率恢復(fù)到5.6%、3.8%和2.6%，平均4.0%。雖然2011—2013年，全國每年增加約118.07萬hm2玉米面積，這在歷史上是絕無僅有的高速增長，但擴(kuò)大面積對增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率卻從75%下降到59%，而提高單產(chǎn)的貢獻(xiàn)增加到41%。繼續(xù)提高單產(chǎn)仍有很大潛力，是發(fā)展玉米生產(chǎn)的主要方向。今后，到2030年以前，依靠常規(guī)技術(shù)的優(yōu)化、集成與推廣，玉米生產(chǎn)如能保持2.0%左右的年均增益率，就可以滿足國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對玉米的增長需求。

我國玉米科研、生產(chǎn)走出低谷，進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段，不只是育種作出了貢獻(xiàn)，還有農(nóng)藝技術(shù)，包括普及農(nóng)業(yè)機(jī)械、改革耕作制度、加強(qiáng)病蟲害防控都發(fā)揮了重要作用。最值得稱道的是“一增四改”為發(fā)展玉米生產(chǎn)作出了重要貢獻(xiàn)。一般認(rèn)為，品種改良和非遺傳因素對增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率各占一半。例如，美國先鋒公司的品種改良對產(chǎn)量增益的貢獻(xiàn)大約51%，巴西約57%，中國約53%。在我國玉米生產(chǎn)的不同階段，非遺傳因素和品種改良對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)都占很大比重，二者相互促進(jìn)，共同提高玉米產(chǎn)量水平。經(jīng)驗(yàn)表明，忽視這些非遺傳因素，品種的作用會(huì)大打折扣。我們不得不承認(rèn)，“一增四改”是農(nóng)業(yè)管理部門對玉米栽培學(xué)科的一次系統(tǒng)糾偏。為什么是管理部門而不是科技人員發(fā)現(xiàn)問題并提出解決的措施，這種現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)引起反思。

基于調(diào)查研究和上述認(rèn)識(shí)，國家玉米產(chǎn)業(yè)體系近年來凝練出 “一機(jī)兩改一保障”的產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略，以此凝聚資源，全面推動(dòng)玉米科技進(jìn)步，形成新的生產(chǎn)力要素。即玉米生產(chǎn)全程機(jī)械化是改善生產(chǎn)條件，調(diào)動(dòng)農(nóng)民生產(chǎn)積極性，提高產(chǎn)量和增加效益的拉動(dòng)力。現(xiàn)代機(jī)械帶動(dòng)土壤改良和品種改良，通過“土”和“種”提高生產(chǎn)能力。今后要更重視病蟲害防控，依靠現(xiàn)代技術(shù)實(shí)行統(tǒng)防統(tǒng)治，保障玉米生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。

技術(shù)之外，土地流轉(zhuǎn)和規(guī)模化生產(chǎn)經(jīng)營，市場、價(jià)格和其他相關(guān)政策都是進(jìn)一步推動(dòng)玉米生產(chǎn)發(fā)展的制度因素。

雖然大家都意識(shí)到深松改土能夠增加旱地作物產(chǎn)量，但對該技術(shù)的增產(chǎn)效果和生態(tài)效益的認(rèn)識(shí)并不充分。這項(xiàng)技術(shù)不但挖掘土壤的生產(chǎn)潛力，提高土壤中水和養(yǎng)分的利用率和生產(chǎn)效率，還改善土壤生態(tài)環(huán)境，增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性。今后，需要國家投入更多的財(cái)政補(bǔ)貼，長期支持深松改土 （含秸稈還田），使農(nóng)業(yè)耕地質(zhì)量得到恢復(fù)和提升，支持旱作農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

隨著普遍推廣機(jī)械化作業(yè)、種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和耕作改制，玉米種植面積擴(kuò)大，專業(yè)化生產(chǎn)提高了宏觀生產(chǎn)能力，同時(shí)設(shè)施農(nóng)業(yè)覆蓋區(qū)域和規(guī)模擴(kuò)大，但這些變化的背后隱藏著玉米品種遺傳單一化誘發(fā)病蟲害暴發(fā)流行的巨大風(fēng)險(xiǎn)。例如，山東近年流行的玉米粗縮病，黃淮海夏玉米區(qū)暴發(fā)二點(diǎn)委夜蛾，近兩年大面積暴發(fā)黏蟲，東北地區(qū)流行大斑病和北方炭疽病，全國范圍玉米莖腐病嚴(yán)重發(fā)生，西南地區(qū)灰斑病、紋枯病和穗腐病加重流行，都與耕作制度變化和生態(tài)失衡有密切關(guān)系。而我們至今對玉米抗病育種和病蟲害防控研究重視不夠，抗病種質(zhì)嚴(yán)重不足，相關(guān)知識(shí)和技術(shù)儲(chǔ)備不充足，這導(dǎo)致生產(chǎn)中隱含著巨大風(fēng)險(xiǎn)。我們要一如既往重視新品種選育、土壤改良、提高水利用效率，同時(shí)重視病蟲害防控和抗病育種的基礎(chǔ)性研究和應(yīng)用技術(shù)研發(fā)，防范風(fēng)險(xiǎn)，可持續(xù)地發(fā)展玉米生產(chǎn)能力。

玉米栽培學(xué)科正面臨挑戰(zhàn)與困惑，但也是歷史性發(fā)展機(jī)遇，從理論到技術(shù)路線和實(shí)踐方向都有必要重新定位。歷史上，我國栽培學(xué)科的理論研究經(jīng)常被忽視，學(xué)科研究與理論和實(shí)踐兩頭脫離。中國的栽培學(xué)科有必要在產(chǎn)業(yè)背景下進(jìn)行分析，理清思路，從理論上明確科學(xué)基礎(chǔ)、研究方向和技術(shù)框架。

以往栽培學(xué)科受干擾，做了一些脫離生產(chǎn)實(shí)際的項(xiàng)目，偏離產(chǎn)業(yè)需求，孤立地強(qiáng)調(diào)高產(chǎn)而忽視農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)利益和對環(huán)境的影響。這種情況近年來有所好轉(zhuǎn)，資源高效利用的理念和環(huán)境意識(shí)逐步增強(qiáng)。今后，要調(diào)整學(xué)科發(fā)展方向和技術(shù)路線，把經(jīng)濟(jì)效益作為技術(shù)研發(fā)和推廣必須考慮的因素，同時(shí)兼顧國家的長遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)需求和環(huán)境效益。

無論育種、栽培還是農(nóng)機(jī)、植保，在正確的理念和技術(shù)路線指導(dǎo)下，相信我國未來的玉米科研和生產(chǎn)都將繼續(xù)得到長足發(fā)展。