中美牧草種子生產比較

王雪萌， 張 涵， 宋 瑞， 劉 備， 張鐵軍， 毛培勝， 賈善剛*

(1.中國農業大學草業科學與技術學院， 北京 100193； 2.北京林業大學草業與草原學院， 北京 100083)

美國是世界上草種業最為發達的國家之一[9-10]，在牧草種子生產、銷售、產業化和地域性方面走在國際前列。隨著世界經濟一體化步伐推進，我國草種業發展應與包括美國在內的國際牧草種子生產先進國家迅速接軌。本文基于我國牧草種子統計數據，并結合美國的數據，比較分析了中美兩國在牧草種子生產方面的差異和我國的發展潛力，包括牧草種子生產種類和規模、專業化生產的地域性、新品種選育、產業化與機械化、生產技術研究等方面，以期借鑒美國經驗，為我國草種業的穩步發展提供參考。

1 牧草種子生產規模及我國進口種子概況

1.1 牧草種子生產種類和規模情況

中國草原面積約為4×108hm2，占國土面積的41%，相當于耕地面積的3倍，林地面積的4倍，主要分布在西藏、內蒙古、新疆、青海、四川、甘肅等省區[11-12]。20世紀50年代中國建立了20余個草籽繁殖場，但是種子產量極低；20世紀80年代，中國牧草種子生產開始快速發展，特別是種子質量檢測技術體系的建設，大大推動了草種業的現代化和標準化[13]。進入21世紀之后，政府對草業的發展更加重視，牧草種子生產在種類和規模上得到全面提升。“十二五”期間，全國共建設牧草種子繁育基地100個，其中包括苜蓿(Medicago)種子繁育基地48個。牧草種子產量從1989年的25 000 t增長到2017年的84 000 t[14-15]。數據統計結果顯示，牧草種子田種植面積呈下降趨勢，但牧草種子總產量相對穩定，單產在2013年獲得了很大的提升，從615 kg·hm-2上升到947 kg·hm-2，隨后略有下降(圖1)。

圖1 中國牧草種子種植面積和種子產量統計(2010—2017)Fig.1 Statistics on planting area and seed yield of forage seed in China (2010 to 2017)注：數據來源于全國畜牧總站編著的2010—2017年《中國草業統計》Note：Data from China Grassland Statistics (2010 to 2017) compiled by National Animal Husbandry General Station

中國牧草種子生產田面積較大的主要是紫花苜蓿(Medicagosativa)、燕麥(Avenasativa)、披堿草(Elymusdahuricus)、蘇丹草(Sorghumsudanense)、老芒麥(Elymussibiricus)、多花黑麥草(Loliummultiflorum)和羊草(Leymuschinensis)。其中，紫花苜蓿種植面積(38 233 hm2)最大，單產為320 kg·hm-2；燕麥單產最高，達到了2 241 kg·hm-2；羊草種植面積最小，單產也最低，只有173 kg·hm-2[15](圖2A)；美國牧草種子生產田面積排名靠前的主要是黑麥草(Loliumperenne)、羊茅(Festucaovina)、紫花苜蓿等。其中，黑麥草種植面積(93 943 hm2)最大，單產為1 711 kg·hm-2；而雀麥(Bromusjaponicus)的單產最高，為5 438 kg·hm-2[16-17](圖2B)。

圖2 中美兩國2017年種植面積前7位的牧草種子生產情況[16,18]Fig.2 The forage seed production of the top 7 planting area in China and U.S.A. in 2017

根據全國畜牧總站編著的2010—2017年《中國草業統計》，對我國2010—2017年之間牧草種子單產變化趨勢進行分析，可以發現，2013年和2014年是一個關鍵節點，全國牧草種子單產在這2年間得到了巨大的提升(圖1)。比如，2012年紫花苜蓿種子單產為249 kg·hm-2，2014年提升到370 kg·hm-2；2012年老芒麥種子單產為420 kg·hm-2，2014年為600 kg·hm-2；2012年羊草種子單產為145 kg·hm-2，2014年提升到321 kg·hm-2；2012年燕麥種子單產為2 622 kg·hm-2，2014年為3 097 kg·hm-2(圖3)；這些結果與全國牧草種子單產的提升(圖1)是相符的。2012年和2017年中國紫花苜蓿種子的全國總產量分別為11 559 t和12 217 t，單產分別為249 kg·hm-2和320 kg·hm-2。需要指出的是，我國新疆建設兵團2017年紫花苜蓿種子單產達到了1 280 kg·hm-2[15]，遠高于全國平均單產水平。雖然目前我國牧草種子的單產在穩步提升，但仍有很大提升空間。

圖3 2010—2017年我國四種牧草種子單產變化Fig.3 Seed yield per hectare of four forage species in China from 2010 to 2017注：數據來源于全國畜牧總站編著的2010—2017年《中國草業統計》Note：Data from China Grassland Statistics (2010 to 2017) compiled by National Animal Husbandry General Station

20世紀40年代美國的牧草種子生產作為牧草生產的副產品，種子平均產量在150～300 kg·hm-2；之后牧草種子生產水平不斷提高，在1999年時種子平均單產達到1 125 kg·hm-2[19-20]。美國牧草種子生產區主要分布在加利福尼亞州、俄勒岡州、懷俄明州等，2008年牧草種子田面積為570 000 hm2，年產457 000 t；據2017年統計，美國牧草種子生產田面積排在前面的主要是黑麥草、羊茅、紫花苜蓿、草地早熟禾、紅三葉、狗牙根和鴨茅(圖2B)，而牧草種子生產田面積下降到了307 400 hm2[21]。2019年，單就俄勒岡州的禾本科和豆科牧草種子田而言，面積達到約200 000 hm2，年產量約330 000 t[22]。

另外，就2017年中美部分牧草的種植情況來看，我國草種業的生產數據與美國相比還有一定差距(表1、表2)。以黑麥草最為顯著，中國生產田面積只有440 hm2，而美國則達到93 943 hm2。2012年和2017年美國紫花苜蓿種子的總產量分別為25 826 t和28 980 t，單產分別為684 kg·hm-2和715 kg·hm-2[16]。中美紫花苜蓿種子田面積比較接近，但是由于我國單產水平幾乎只有美國的一半(表2)，導致苜蓿種子的總產量不及美國總產量的一半；更為顯著的是，我國蘇丹草種子田面積為美國的2倍，但單產卻不足美國的三分之一。

表1 2017年中美部分牧草種子田面積比較Table 1 Comparison of field area of selected forage seeds between China and U.S.A. in 2017 單位：hm2

表2 2017年中美部分牧草種子單產比較Table 2 Comparison of seed yield per hectare between China and U.S.A. in 2017 單位：kg·hm-2

中美兩國牧草種子結構雖然都在不斷調整，但是通過比較2012年和2017年部分牧草種子單產的變化幅度(圖4)，發現中國牧草種子結構變化劇烈，而美國則相對穩定，變化幅度在50%范圍內。這一數據反映出中美牧草種子產業上的差異，美國牧草種子生產具有集約化、規模化及生產地域穩定性的特點，從而使其單產可以保持在一個相對穩定的狀態。

在借鑒國內外流域管理聯席會議制度成功經驗的基礎上，提出了漢江流域水資源管理與保護聯席會議制度方案，包括聯席會議的成員單位、主要任務、運行機制等內容。初步考慮，聯席會議召集單位為長江水利委員會，成員單位包括流域內各省級行政區政府及相關部門、重要水利水電工程管理部門以及電網調度運行管理部門。

圖4 中美兩國部分牧草種子單產2017年較2012年的變化幅度統計Fig.4 Fluctuation of seed yield per hectare of selected forage between China and U.S.A. in 2017 and 2012注：中國：中國草業統計；美國：USDANote:China:China Grassland Statistics,U.S.A.:United States Department of Agriculture

1.2 中國進口牧草種子情況

牧草種子是發展草牧業的物質基礎。近年來，我國對牧草種植地域性、種植人員專業化、機械專業化的重視以及各項政策的實施，使得草種業迅猛發展，但仍然存在一定的限制因素。由于對牧草種子的需求量不斷加大，國產牧草種子的供給量僅達到總需求量的30%[15]，所以對國外種子的依賴狀況在短時間內無法改變，每年都需要進口大量牧草種子。20世紀90年代以來，我國牧草種子的進口量呈逐年上升的趨勢(圖5A)，1999年牧草種子進口6 400 t，2019年進口51 300 t[23]，2020年達到了61 100 t[24]，呈持續增高的趨勢。我國優良牧草用種約60%依賴進口，草地草坪草用種約95%依賴進口，生態修復草用種在國內生產幾乎是空白[25]。據2020年統計，我國紫花苜蓿種子生產只能基本滿足國內的需要，同時對黑麥草種子的需求正在增加(圖5B)[15-26]。2000—2020年，苜蓿種子進口量增長了88%，三葉草種子進口量增長了近4倍，黑麥草種子增長了14倍；我國牧草種子進口的來源國比較穩定，從美國進口的羊茅種子占81%、黑麥草種子占71%、三葉草種子占15%[23]。美國進口牧草種子的質量優于國內草種，且價格較低。雖然進口牧草種子對我國地域環境的適應性相對較差、栽培管理要求高，還存在國外雜草和病原侵入的風險[27-29]，但我國草種業在短時間內仍無法降低對國外牧草種子的依賴。

圖5 中國牧草種子進口情況(數據來自中國海關)Fig.5 The import situation of forage seed in China (Data from China Custom)注：A,2000—2019年中國草種子進口量。B,2000—2019年主要牧草種子進口量Note:A,the forage seed imported from 2000 to 2019 in China. B,Major forage seed imported from 2000 to 2019 in China

2 中國和美國牧草種子生產的地域性

牧草種子產量和單產的提升，離不開地域性生產，中美都高度重視牧草種子專業化生產的地域性。牧草種子生產需要選擇適宜的生產地域，滿足牧草生長對環境的要求。生產地域的集中能加強牧草種子產業的集約化和規模化管理，進而保證牧草種子的高產穩產。近年來，牧草種子地域性生產越來越成為業內的共識。

中國地域遼闊，橫跨熱帶、亞熱帶、溫帶、寒帶等熱量帶，具有多樣的氣候和地勢[30]。在適合的地域進行種子生產是獲得高產穩產的前提條件[31]。我國牧草種子產地主要集中在北方的內蒙古、青海、新疆和甘肅等11個省，南方的四川、海南和貴州等10個省，共21個省市自治區，產量占全國的91%[11]。甘肅省日照充分，晝夜溫差較大，雖然降雨稀少，約70%的地區年降水量少于500 mm，但是灌溉系統發達，比較適合牧草種子生產，是中國紫花苜蓿種子主產區；與之相比，南方的四川省主要生產毛苕子(Viciavillosa)、箭筈豌豆(Viciasativa)和紫云英(Astragalussinicus)等種子[11]。

紫花苜蓿種子生產區主要是甘肅河西走廊生產帶、黃河河套生產帶、天山北麓生產帶和新疆和田生產帶(圖6A)。需要指出的是，甘肅省作為最大的紫花苜蓿種子生產省份，單產只有353 kg·hm-2；而寧夏自治區產量相對較高，達到780 kg·hm-2，這與美國的平均水平(715 kg·hm-2)相當[15]。老芒麥種子的主要生產基地有4個，分別為蒙冀種子生產帶、甘肅河西走廊種子生產帶、青海種子生產帶和川西北高原種子生產帶，均可獲得較高的種子產量[11]；鴨茅主要生產地域為新疆和四川盆地，其中四川鴨茅種子單產為525 kg·hm-2，新疆為300 kg·hm-2，2017年我國鴨茅種子單產為304 kg·hm-2；美國單產則達到了769 kg·hm-2[11,15-16]；披堿草主要種植在北方蒙冀交界、甘肅河西走廊、新疆天山、青海和川西北高原地區[11]。

圖6 2017年中美紫花苜蓿種子主要種植區域及產量Fig.6 Main production area and yield of alfalfa seed in China and U.S.A. in 2017注：A,中國；B,美國(中國：中國草業統計；美國：USDA)Note:A,China;B,U.S.A. (China:China Grassland Statistics,U.S.A.:United States Department of Agriculture)

除此之外，我國某些地區仍然片面地認為種植牧草會大量占用農耕地，所以牧草種子田大多是在荒地、退化草地和鹽堿地上發展，土壤有機質含量低、土地不平整、鹽堿重、灌溉條件差[32]。立地條件的限制造成了牧草出苗難、出苗不齊，在田間管理上漏水漏肥，產量上不去，水肥投入成本高、效果差等。這也是我國牧草種子單產低的重要原因[33]。

美國地處北美大陸南部，幅員遼闊，幾乎涵蓋了世界上所有的氣候類型，年均降雨量500～1 500 mm。在我國牧草種子生產還處于起步、摸索階段時，美國就對地域性生產有了一定的認識。以紫花苜蓿種子生產田為例，1974年美國全國草種子田種植地域比較分散，單產約為270 kg·hm-2；華盛頓州和內布拉斯加州種子田的面積接近，但是單產差異顯著，分別為535 kg·hm-2和85 kg·hm-2[34]。經過幾十年的發展，隨著專業化牧草育種計劃的實施以及專業化種子生產的深入，美國牧草種子的生產向地域性和專業化方向轉變。1997年牧草種子生產地域主要集中到美國西北部，基本形成了現在地域性建設的格局，以美國西部加利福尼亞州和俄勒岡州最為典型[35]，其中俄勒岡州是最重要的禾本科牧草種子生產區。

美國紫花苜蓿種子生產基地一般集中在氣候適宜，灌溉條件完善的西北地區，如加利福尼亞州、愛達荷州、蒙大拿州、華盛頓州和懷俄明州(圖6B)。2017年USDA統計，加利福尼亞州作為最大的紫花苜蓿種子生產區單產達到605 kg·hm-2，愛達荷州單產達到了1 112 kg·hm-2。羊茅種子產區主要有密蘇里州、俄勒岡州和華盛頓州，其中華盛頓州的單產達到了2 077 kg·hm-2。多年生黑麥草的主要產區為俄勒岡州、明尼蘇達州和賓夕法尼亞州，賓夕法尼亞州的種植面積只有270 hm2，單產能達到1 501 kg·hm-2；俄勒岡州的單產達到了1 823 kg·hm-2[16]。

3 牧草品種選育

我國牧草育種工作主要是以科研單位為主[36]。美國牧草育種工作主要由公立機構、種子公司以及個體進行，特別是種子公司，其科研育種的工作速度快、規模大、投入力度大、科技創新能力強、產業鏈完善[37-38]，美國2家主要的牧草育種公司為國際牧草遺傳公司(Forage Genetics International)和杜邦先鋒(Dupont Pioneer)[39]。

截至2019年，我國審定登記的牧草品種共584個，其中育成品種217個，引進品種175個[40]。2020年，我國審定登記的牧草品種增加20個，包括10個育成品種和7個引進品種[41]。美國每年育成的苜蓿品種達到30個以上，2015年單年，美國審定登記了192個苜蓿品種，與我國近30年育成的品種數量接近[11]。我國草品種審定登記數量在持續增加，平均每年審定通過17個，其中育成品種僅為審定登記品種數量的37%，而引進品種則達到31%[13]。我國牧草育種工作主要是針對抗旱、抗寒、耐鹽堿和抗病蟲害等抗性問題開展的[42]。雖然從美國引入的牧草品種具有較高的質量，但引入我國后仍受當地土壤與氣候條件的限制，如從美國匹克公司引進4個苜蓿品種在吉林進行試驗，結果表明這4個苜蓿品種的越冬率、適應性均不如我國的‘公農1號’[43]；在黑龍江進行的引種試驗發現，來自我國的3個苜蓿品種綜合表現最好，而從美國引進的9個品種在各項性能方面表現不一[44]。

所以，我國草種業的發展不能單純依靠國外進口草種，應加強在品種選育上的技術創新、加大優良遺傳性狀在牧草上的應用力度、構建現代化選育機制、選育適合我國自然經濟條件的新品種，還可以通過引進國外優良品種，提取優良基因，從而縮短育種周期，實現優質種源的穩定發展[45-46]。

4 牧草種子生產的產業化和機械化

美國是世界上最大的牧草種子生產國和出口國，美國種業領先世界的原因是其種業科技實力強，有完備的基礎研究—技術開發—商業化育種體系，在應用生物技術育種方面發展十分迅速[47]。企業是產業發展的中堅力量，對整個產業的帶動和進步具有重要促進作用，美國牧草種子生產主要是依靠Syngenta,Monsanto,Corteva和Allied Seed LLC等這些大公司的科研投入來研發新產品(表3)。例如，Syngenta是以先進的育種和生物技術創新為基礎的，致力于研究出能夠在惡劣氣候條件下、有挑戰性的土壤上茁壯生長的品種；Allied Seed LLC作為一家全方位服務的牧草和草坪草種子公司，在紫花苜蓿、羊茅、一年生黑麥草等的生產和管理上有獨到的見解和完善的管理技術。與美國相比，我國牧草種子企業規模相對較小，多為地方性的中小規模公司。而對于具有一定規模的牧草種子企業，其經營多以“進口+銷售”或者“生產+銷售”模式為主，投資進行品種選育的意愿不足，還未真正形成集育、繁、推、產、加、銷于一體的產業化模式，沒有充裕的資金、人才、設備從事規模化的種子培育、生產和推廣，更缺乏與國際重量型牧草種子公司競爭的實力，而且，我國品種培育大多采用的是育種周期長、培育數量少的傳統方法[48-51]。

表3 美國主要的種子公司Table 3 The major seed companies in U.S.A.

美國在牧草種子生產機械方面實力雄厚，擁有幾個世界馳名且國際化運營的農業機械生產公司，如John Deere,Case IH和New Holland(表4)；這些公司總資產龐大，擁有強大的研發能力和產品開發能力。John Deere公司的牧草種子聯合收割機S系列和X系列，擁有全自動化控制系統，效率高、操作簡便；Case IH公司收割機的設計與自動化系統結合，旨在實現高效化收獲及最大化田間生產率。我國牧草種子機械研制主要以科研院所為主，比如，“十三五”期間，中國農業科學院草原研究所研制出的9BS-2.4型苜蓿草種籽播種機；中國農業機械化科學研究院呼和浩特分院和內蒙古大博金田機械有限公司，研制出的9BQM-3.0型牧草免耕播種機(草原免耕補播改良機)以及9ZZ-3.0型牧草種子收獲機，2020年7月在內蒙古鄂爾多斯市鄂托克旗進行了試驗，結果表明該收獲機可以按行收獲苜蓿種子，但不適用于收獲行距不清或不分行種植的苜蓿種子。

表4 美國主要的農業機械公司Table 4 The major agricultural machinery companies in U.S.A.

根據農業部牧草種子質量監督檢測中心的檢驗結果顯示，我國牧草種子質量較差，牧草種子質量合格率只有50%，一級品率不超過20%[52]。我國牧草種子生產的產業化和機械化起步晚、發展慢，不能保障品種真實性和種子質量，品種混雜等問題突出，導致我國牧草種子質量參差不齊[53-54]。

5 牧草種子生產技術專業化

提高種子產量的措施主要表現在播種、施肥、灌溉、授粉、雜草控制、病蟲防治、外源激素調控、收獲機械、收獲后田間管理等技術方面[55-61]，中美2國都在相關領域開展了專業研究。

美國在苜蓿和禾本科牧草混播同期開花、聯合共生固氮控制、切葉蜂授粉輔助生產、根瘤菌接種及雜草控制等技術上取得重要進展[62-63]；同時，配備先進的灌溉控制系統、田間牧草生長檢測系統、配套收割打捆等機械，實現了牧草種子高效、低損、優質標準化的生產。以種子產量低、品質差的百喜草(Paspalumnotatum)為例，美國采用去葉施肥的方法：即在五月份進行去葉處理后施氮60 kg·hm-2，可顯著提高種子產量[64]。開發利用化學引誘劑，在田間施用誘食劑，增加苜蓿切葉蜂(Eutricharaearotundata)在種子生產田的停留時間，提高苜蓿授粉率，從而增加苜蓿種子產量[65]。在春季施44 kg·hm-2氮肥并在種子萌發啟動階段分施33 kg·hm-2氮肥，可使種子產量大幅提高；若第1次施肥推遲到返青后4周，則會顯著降低種子產量[66]。

我國從20世紀90年代中期開始對牧草種子生產管理技術進行研究。比如，播種行距一般設置為15，30，45，60，90，120 cm等，具體行距要根據草種及環境進行確定。鴨茅最適行距為90 cm，草地早熟禾(Poapratensis)為30 cm，高羊茅(Festucaelata)在30～60 cm能夠獲得最佳種子產量[67]。在北疆地區生產紫花苜蓿的適宜行距是60 cm，種子產量可達到766 kg·hm-2，行距為100 cm時種子產量達到最低值為578 kg·hm-2[68]；在寧夏灌區，紫花苜蓿的行距為90 cm時可獲得最佳產量1 560 kg·hm-2[69]。施肥和灌溉均能提高種子的產量水平[70]，尤其是灌溉[71-72]，灌溉可以使苜蓿種子單產達到1 500 kg·hm-2以上。而最優的處理是施肥和灌溉2因素最佳水平的組合，如草地早熟禾前1年秋季1次性施肥與返青期、拔節孕穗期和抽穗—初花期供水3次相配合，每次供水量為5～8 cm，這種組合情況下小穗數、穗粒數、千粒重、籽粒產量均顯著提高[73]。在我國內蒙古進行的苜蓿切葉蜂試驗發現，放養切葉蜂的增產效果為對照的5倍[74]。

6 我國牧草種子產業發展建議

(1)針對草種業科技力量薄弱、產業鏈條不完整等瓶頸問題，我國西部六省區的自然資源具備與美國等草種生產先進國家相似的條件，應積極發揮西部幾個省區的資源優勢。盡快建設國家草種專業化生產帶，加強與現代生物技術的結合，提高牧草種子的商業化程度。

(2)針對不同飼草種類、地域特點的專業化種子擴繁技術體系不完善問題，圍繞豆科牧草中紫花苜蓿、白三葉(Trifoliumrepens)、柱花草(Stylosantheshumilis)和白刺花(Sophoraviciifolia)，禾本科牧草中多花黑麥草(Loliummultiflorum)、老芒麥、鴨茅、羊草、無芒雀麥、堿茅(Puccinelliadistans)、垂穗披堿草(Elymusnutans)和狼尾草(Pennisetumalopecuroides)等重要牧草，在生態適宜區設立牧草種子生產集中區，建設若干個良種繁育基地，實現牧草種子產業優質種源穩定發展。

(3)加快新品種選育。建立良種繁育專項基金，引進國內外育種專家，加強多學科的交流學習，解決進口牧草種子無法適應國內氣候和環境的難題，加快牧草種子單產提升的步伐。同時，及時將品種優勢轉化為現實生產力，使新品種盡快應用于生產。

(4)研發推廣具有我國地方特色的牧草種子生產配套機械，包括播種、中耕除草、施肥和收獲等環節的機械設備。加強機械化耕作的關鍵裝置、機械化收獲技術與配套裝置智能控制方面的研究。

(5)在大型牧草種子生產龍頭企業的培育和扶持方面加大力度，結合牧草種子專業化生產的地域性推廣，發展現代化種子領軍企業和具有國際競爭力的大型企業，提高牧草種子的商品化程度以及市場競爭力，構建完備的草種生產信息體系。樹立牧草種子生產系統觀，將地域性、產業化、機械化和技術專業化有機結合，積極吸取先進國家的經驗，最終促進牧草種子生產工作的穩步推進。

總之，在牧草種子生產中建立專業化良種繁育基地、輸出專業化人才、深化對國內地域性的認識、研究適合我國不同氣候條件的種子田建植與養護管理技術、采用專業化田間管理方法、及時掌握我國牧草種子生產動態，這對推動我國草業的健康持續發展具有重要的意義。