玉米高產競賽助力中國玉米種業振興

冷燕 馬曉薇 陳光 任鶴 李翔

（1. 玉米等作物種質創新及分子育種全國重點實驗室，武漢 4300732；2. 國家玉米種業技術創新中心，北京 102206）

一個世紀以來，農作物高產競賽在一些國家取得了顯著的成果。如美國的玉米和小麥高產競賽、澳大利亞的小麥高產競賽、巴西的大豆高產競賽［1]。其中最為著名的是由美國國家玉米種植者協會（national corn growers association, NCGA）舉辦的全美玉米高產競賽（national corn yield contest, NCYC），多次創造了世界玉米高產紀錄［2]。世界上的成功經驗表明，農作物高產競賽的開展有效地促進了作物栽培技術進步、品種發展應用和產量提升，是品種迭代更新和糧食增產豐收的有效途徑之一。

“五谷者，萬民之命，國之重寶”。糧食生產是安天下、穩民心的戰略產業。在我國加快構建以國內大循環為主，國內國際雙循環相互促進的新發展形勢下，我國糧食安全及重要農產品有效供給面臨諸多挑戰。玉米作為我國產量最大、種植面積最廣的糧食作物，其產業發展已成為保障國家糧食安全的重要基礎。“全力抓好糧食生產，實施新一輪千億斤糧食產能提升行動，啟動玉米單產提升工程”“深入實施種業振興行動，加快玉米生物育種產業化步伐”寫進2023年2月的中央一號文件。本文在分析了國內外玉米高產競賽的發展歷程及成功經驗的基礎上，提出了玉米單產提升，提質增效的新模式，以期助力種業振興發展。

1 國際農作物高產競賽的發展歷程

農作物高產競賽在不同國家和地區有著豐富的發展歷史。最早可以追溯到20世紀初。縱觀而來，分為以下3個階段（圖1）。

圖1 國際農作物高產競賽發展歷程Fig. 1 Development history of international crop high yield contest

早期階段（20世紀初至20世紀50年代）。在20世紀初期，一些國家如美國、加拿大、澳大利亞等率先開展了農作物高產競賽。這一階段的高產競賽對象主要集中在小麥、玉米等主要糧食作物上。高產競賽中育種改良和栽培管理模式的創新，促使一些國家的農業生產有了較大的增長。

中期階段（20世紀60年代至80年代）。這一階段，包括中國在內的很多亞洲和非洲國家也開始了不同作物的高產競賽。1963年，北京市啟動“百萬畝小麥畝產300斤”的科技攻關。1980年，中國山西省陽泉市盂縣農業局舉辦了本縣玉米高產競賽［3]。除主要糧食作物外，高產競賽也在諸如大豆、棉花、蔬菜和水果等作物中實施。這一階段高產競賽中技術創新、育種改良和栽培管理模式創新對提高作物產量和質量有很大的促進和提升作用。不僅如此，高產競賽的推廣和發展也促進了各國之間的技術交流和合作。

現代階段（20世紀90年代至今）。從20世紀90年代開始，隨著科學技術的快速發展和全球化的趨勢，高產競賽進入了現代階段。現代農業技術如基因改良、精準農業和數字農業等得到廣泛應用，為高產競賽提供了新的機遇和挑戰。

NCGA舉辦美國玉米高產競賽的目的在于通過玉米高產來體現玉米生產可持續的創新管理實踐，繼而推動全美玉米生產發展［7]。競賽參賽人數從1965年的幾十人發展到近5年的6000-8000人（表1），參賽州數量達到45個以上。其中，2014年創造參賽最高人數紀錄，高達8129人［8]。2019年創造了38647.20 kg/hm2的玉米最高產世界紀錄（圖2）［9]。

表1 2018-2022年美國高產競賽參賽人和州數量統計Table 1 Participants and number of participating states in NCYC from 2018 to 2022

圖2 美國玉米全國平均單產與高產競賽單產比較Fig. 2 Comparison between the national average yield and the yield from the national maize yield contest

根據競賽官網中《參賽及收獲規則》（Entry and Harvest Rules），競賽分為9組，A為傳統非灌溉組、B為傳統非灌溉（玉米帶）組、C為免耕非灌溉組、D為免耕非灌溉（玉米帶）組、E為條播/起壟非灌溉組、F為條播/起壟非灌溉（玉米帶）組、G為免耕灌溉組、H為條播/起壟灌溉組、I為傳統灌溉組。競賽組別在不同時期根據具體情況會有調整。規則要求參賽地塊必須是至少為10英畝（約4 hm2）的連續地塊，并且種植的種子必須是當前已商業化銷售的品種。參賽者自行實施耕種和記錄，收獲期申請測產。每組評選前3名給予獎金鼓勵。

縱觀美國玉米高產競賽舉辦幾十年，以下幾大因素影響深遠：

首先，相對成熟的運行機制是保障該活動持續開展的重要基礎。活動成功舉辦58年，并且參賽人數逐漸增加表明了參賽規則及運行機制得到了參賽者和公眾的普遍認可。這樣的運行機制，有利于參賽者各施所長。通過高產競賽這一平臺，來自全美的玉米種植農場結合種植條件及經驗量身定制最優種植方案，選用優良品種、采用精細化田間管理手段，制定玉米生產最佳種植方案，以期在高產競爭中取得好成績。來自弗吉尼亞州的David Hula曾分別在2013年、2019年、2021年3次創造年度全美玉米高產競賽紀錄。

其次，玉米轉基因育種技術和生物技術相結合，是提升美國玉米高產競賽產量水平的關鍵因素。Pioneer、Dekalb、Agrigold三大公司品種一直以來是高產競賽主要參與品種。近年來參賽品種占比穩定在70%以上，品種試驗田塊占用頻率超過80%（表2）。在2009年，高產競賽中轉基因玉米品種的應用比例已超過85%。2019年進一步增加到92%，顯著提高了玉米品種的綜合抗性，提升單產水平。

表2 2019-2021年參賽品種情況Table 2 Overview of participating varieties in NCYC for 2019 to 2021

最后，歷年開展的玉米高產競賽對玉米產量的提升起著綜合且深遠的推動作用，兩者相互促進［7,10]。

2 中國玉米高產競賽

中國的農作物高產競賽從20世紀80年代初得以發展。1987年，農業農村部（原農牧漁業部）在全國啟動了“豐收計劃”，設立“豐收獎”，以推動大面積、大范圍采用新技術，創農業高產豐收競賽，并要求各地配合因地制宜開展各種促進增產增收的競賽活動。這一獎項沿用至今，報評對象以從事品種選育和推廣的企事業科研工作者為主。

20世紀90年代末到2005年，各地方政府積極開展玉米高產創建活動［11]，發掘了一批玉米高產品種。2005年，掖單13創造了畝產1402.8 kg的中國夏玉米高產紀錄。2006年，農業農村部全面啟動糧食綜合生產能力增強行動，開展水稻、小麥、玉米、大豆和雜糧優質高產創建，2007年舉辦了“玉米品種高產競賽活動”。這也是新中國成立以來首次就某一個作物品種開展的全國性高產競賽活動。高產創建活動先后在一畝、十畝、百畝、千畝和萬畝規模上進行，對于品種發展和技術集成有了較大的示范和推動作用，帶動了我國農作物產量上一個新臺階。

在確定扭矩限制器打滑扭矩時，需要核對機組的扭矩疲勞載荷譜，保證打滑扭矩設定值大于扭矩疲勞載荷譜中的最大值。根據風電機組的設計和運行經驗，一般打滑扭矩設定值為齒輪箱輸出額定扭矩的1.5～1.8倍左右。

自2018年起，中國種子協會連續5年舉辦了全國性的尋找玉米高產品種的活動。活動以“尋找一批適應性廣、高產穩產的玉米品種，推出一批高產優質玉米品種”為目標，在東華北春播區、黃淮海夏播區、西北區玉米三大主產區開展。由中國種子協會主辦，協會會員單位自主申報參賽，收獲期按照農業農村部高產創建的驗收測產方法，由專家組通過公開、公正、科學的方法實收或測產，對每個主產區組別選出排名前十位的高產品種，將其產量結果和栽培管理措施進行對外公布及宣傳。參賽品種必須是已審定品種，種植面積要求參選單一品種必須連片種植，東華北春播區、西北區不少于100畝，黃淮海夏播區不少于50畝，不限水肥條件。

從2018-2022年活動情況來看（表3），尋找玉米高產品種活動參試企業數量在8-14家，參試品種數量維持在22個上下，企業參與度與品種參與度有待擴大。

表3 尋找玉米高產品種活動參賽品種及最高單產統計表Table 3 Participating varieties and highest yields statistics in searching for high-yield maize varieties contests

除政府和行業協會組織的作物高產競賽外，也有企業和科研單位自主開展的高產競賽活動。如李登海先生自1972年發起玉米高產攻關［10]；中國農業科學院作物科學研究所栽培與生理創新團隊自2004年開始，在全國玉米主產區開展高產研究，探索我國玉米高產的潛力［7]。并于2020年9月，在新建奇臺總場的玉米示范田創造了24948.75 kg/hm2的玉米單產新紀錄。

中國的系列高產競賽各有特點（表4）。每一種活動的開展對發現優良品種，展示良種在增產增收中的作用以及品種發展和技術集成有著很大的示范和推動作用，在不同時期帶動了我國農作物產量上了新臺階。近十年來，中國玉米平均單產水平呈緩慢上升趨勢，但也僅為玉米高產國家如美國平均單產水平的60%左右。有連續數據記錄的“尋找玉米高產品種活動”中，不同年度最高單產水平起伏較大，與美國玉米高產競賽最高單產有30%-50%的差距（表5）。連續5年的測產結果顯示，中國系列競賽活動中最高單產是中國平均單產的3倍左右（圖3）。由此可見,我國玉米單產還有很大的產量提升潛力。

表4 中國作物高產競賽的發展歷程Table 4 Development history of crop high-yield contest in China

表5 中美近10年平均單產及高產競賽單產產量比較Table 5 Comparison of the average yields and yields in high-yield contests between China and the United States in the pastdecade

圖3 中國高產競賽最高單產與全國平均單產產量比較Fig. 3 Comparison between the highest yield in Chinas high-yield contest and the national average yield

3 玉米高產競賽模式創新

為系統性提升我國玉米高產潛力，國家玉米種業技術創新中心（以下簡稱“玉米國創中心”）提出了“玉米高產提振行動計劃”，支撐我國玉米單產的高水平提升。

玉米國創中心是由科技部2021年批復的、首批農業領域國家級技術創新中心之一，以玉米高產為技術攻關核心方向。“玉米高產提振行動計劃”面向全行業，以發現高產品種、創建高產方案為核心，從高產理論、高產基因到高產品種及其綜合解決方案的全種植鏈的玉米高產競賽組合。競賽內容包括高產理論評選、高產品種篩選、高產方案創建和高產競賽推廣4個環節（圖4）。

圖4 玉米國創中心高產競賽模式Fig. 4 High-yield contest model in the National Center of Technology Innovation Center for Maize

（1）高產理論研究評選，針對理論研究，評選與高產理論研究、高產基因發掘相關的優秀論文，獎勵原創高產理論研究，支持加速理論研究成果轉化。

（2）高產品種篩選，玉米國創中心聯合國家玉米產業技術體系等，面向行業，針對區試2年以上且未開發新組合，開展新組合篩選試驗，加速新一代高產品種脫穎而出。

（3）高產方案創建，針對新審定品種，玉米國創中心聯合國家玉米產業技術體系在指定區域和地點開展大面積試驗示范，探索高產配套栽培管理技術，讓好品種發揮出最大增產潛力。每年收集基礎數據，開展統計分析，探索高產形成理論，形成行業公開性報告；逐步建立產量相關數據庫，為玉米種業發展提供數據支持。

（4）定向大面積高產邀請賽，面向社會邀請合作社、種植大戶、種業和智慧農業企業等具有千畝、萬畝推廣能力的組織和個人參賽。參賽實行過程自管、結果共測，激勵單產提升，關注投產效率和環保可持續的最優種植方案，起到高產增效示范宣傳作用。并選出最高產量獎、最高種植收益獎和綠色模式獎，與優秀論文同時獎勵并向行業發布。

玉米國創中心這套高產競賽組合拳立足當前，力爭對我國玉米高產競賽創新鏈布局不系統、高產創建模式推廣性不強、大面積高產競賽缺失3個主要方向進行改進，以“良種+良法”為核心要義深入挖掘品種潛力，彌合區域、條件、資源差異，發展高產基因+品種的生物育種創新鏈和可復制的高產技術推廣鏈，貫通從小面積試驗到大面積應用的增長鏈，打造增產創建和競賽模式創新雙輪驅動的玉米高產競賽，實現玉米單產提升，助力種業振興。

4 總結與展望

打造中國式玉米高產競賽，需要在本國的實際情況和現存問題基礎上，借鑒現有的成功經驗和模式，尋求中國式解決途徑。

中美高產競賽，從競賽運行機制來講，美國玉米高產競賽承辦主體為全國性玉米種植協會，代表著全國的玉米種植者，具有強大的號召力，能夠帶動全國玉米種植者積極性，促進競賽規模不斷擴大。而中國的玉米高產競賽多由政府發起，地方政府協同響應，在運行機制和賽制規模方面尚不完善。近年也有種子協會等主體單獨發起，均收獲一定成效，但在距離取得巨大成效及長期運行仍需不斷實踐和改進。

在品種及種植技術方面，我國玉米育種技術與世界先進水平存在一定差距，品種更新換代仍然依賴國外種質資源，原創性技術較少，理論研究尚未形成系統，導致玉米品種遲滯，模仿、跟隨式育種成風。客觀條件方面，與美國相比，我國在玉米種植產區自然條件、農業生產政策規模、科技投入和制度保障等方面均存在差異。

回顧我國玉米高產競賽發展史，有3個尚待優化的方向：

一是，創新鏈系統性布局仍有待加強。我國有大量關于玉米高產理論、高產基因的研究，但與高產品種篩選之間脫節情況突出，按照創新鏈一體化考慮高產理論、高產基因、高產品種的高產競賽尚未有成形案例。

二是，高產創建的可復制性、可推廣性仍有待加強。多年來高產競賽、高產創建所形成的經驗模式、數據積累等多數仍然停留在學術界，真正向企業、向種植者可公開、可應用的成套技術、成型模式仍顯著不足。

三是，大面積高產競賽缺失。目前國內主流的高產競賽均集中在數十畝或者百畝的面積開展，更大面積，如千畝、萬畝的高產競賽沒有系統性地組織和開展。這也是造成小面積高產競賽數據與大面積生產應用數據不匹配的主要原因之一。

綜上所述，我國玉米實現高產提升任重而道遠。玉米國創中心提出的高產競賽在系統性總結國內外玉米高產競賽成功經驗和不足之處的基礎上，將持續推進“品牌化”“全鏈條”“重應用”三大目標，為中國玉米貢獻高產綜合解決方案。首先，對標美國NCGA高產競賽，持續性聯合國家玉米產業技術體系、先正達集團中國MAP與數字農業業務等行業優勢產學研單位，打造中國行業高產競賽的優質品牌；其次，全面開展全鏈條布局，將高產理論、高產基因、高產品種、高產技術等要素融合，實現高產全創新鏈的一體化設計和實踐；最后，將高產技術示范應用作為核心目標，形成面向企業、種植者的成套解決方案，開展大面積千畝、萬畝示范，將高產的各項研究成果真正落到生產實處。