鄒應(yīng)斌 黃 敏

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轉(zhuǎn)型期作物生產(chǎn)發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

鄒應(yīng)斌*黃 敏

南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心 / 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué), 湖南長(zhǎng)沙 410128

中國(guó)作物生產(chǎn)正處于由傳統(tǒng)手工勞動(dòng)為主的小規(guī)模生產(chǎn)向機(jī)械化、集約化、信息化程度高的適度規(guī)?；a(chǎn)過渡的轉(zhuǎn)型期。在此期間, 作物生產(chǎn)發(fā)展的重要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)單位耕地生產(chǎn)率與人均勞動(dòng)生產(chǎn)率的同步提高。近年來(lái), 中國(guó)作物生產(chǎn)能力的穩(wěn)步提高、生產(chǎn)方式的重大轉(zhuǎn)變以及工業(yè)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展為轉(zhuǎn)型期作物生產(chǎn)發(fā)展創(chuàng)造了新的機(jī)遇, 但同時(shí)也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn), 涉及多熟制作物生育期縮短、大田生產(chǎn)用種量增加和雜種優(yōu)勢(shì)利用價(jià)值下降等方面。針對(duì)上述挑戰(zhàn), 筆者從發(fā)展密植高光效栽培、提高雜交作物種子質(zhì)量以及加強(qiáng)育種與栽培協(xié)同攻關(guān)等方面展望了轉(zhuǎn)型期作物生產(chǎn)的研究方向。

作物生產(chǎn); 種植方式; 生育期; 種子用量; 雜種優(yōu)勢(shì); 密植; 種子質(zhì)量

中國(guó)以占世界7%的耕地養(yǎng)活了占世界22%的人口, 創(chuàng)造了“世界奇跡”[1]。但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 農(nóng)村出現(xiàn)了勞動(dòng)力短缺、勞動(dòng)力結(jié)構(gòu)老齡化等一系列問題, 美國(guó)布朗先生擔(dān)憂的“誰(shuí)來(lái)養(yǎng)活中國(guó)人”變成了“誰(shuí)來(lái)耕種中國(guó)田”[2]。中國(guó)作物生產(chǎn)也因此步入了由傳統(tǒng)手工勞動(dòng)為主的小規(guī)模生產(chǎn)向機(jī)械化、集約化、信息化程度高的適度規(guī)?；a(chǎn)過渡的轉(zhuǎn)型期。進(jìn)一步認(rèn)清轉(zhuǎn)型期作物生產(chǎn)發(fā)展形式對(duì)促進(jìn)作物生產(chǎn)發(fā)展和保障國(guó)家糧食安全具有重要意義。據(jù)此, 本文在闡述轉(zhuǎn)型期中國(guó)作物生產(chǎn)特征的基礎(chǔ)上, 分析了其發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn), 展望了作物生產(chǎn)的研究方向, 以期為轉(zhuǎn)型期中國(guó)作物生產(chǎn)發(fā)展提供參考。

1 轉(zhuǎn)型期的作物生產(chǎn)特征

轉(zhuǎn)型期中國(guó)作物生產(chǎn)具有以下3個(gè)特征。一是隨著農(nóng)村城鎮(zhèn)化的推進(jìn)和發(fā)展, 農(nóng)村勞動(dòng)力, 尤其是青壯年勞動(dòng)力加速向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移, 導(dǎo)致從事作物生產(chǎn)的勞動(dòng)力日益缺乏, 進(jìn)而促使一家一戶的傳統(tǒng)分散型種植方式正逐步向規(guī)?；?、機(jī)械化、信息化的現(xiàn)代作物生產(chǎn)方式發(fā)展, 并形成了種植大戶、專業(yè)合作社等多種新的作物生產(chǎn)組織方式。二是隨著人們生活質(zhì)量的提高, 以解決溫飽為目標(biāo)的數(shù)量高產(chǎn)型作物生產(chǎn)正逐步向質(zhì)量效益型發(fā)展, 優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效、兼顧綠色環(huán)保已成為作物生產(chǎn)的新目標(biāo)。三是隨著耕地的連年減少、人口的剛性增加, 作物生產(chǎn)正從單純提高單位耕地生產(chǎn)率向同步提高單位耕地生產(chǎn)率與人均勞動(dòng)生產(chǎn)率轉(zhuǎn)變, 并將逐步形成新的作物生產(chǎn)發(fā)展模式。

發(fā)達(dá)國(guó)家的現(xiàn)代作物生產(chǎn)主要有兩種模式, 一是人少地多的美國(guó)、加拿大模式, 即以大面積耕地和大量技術(shù)、資金投入的規(guī)?；魑锷a(chǎn)模式, 著重于提高人均勞動(dòng)生產(chǎn)率; 二是人多地少的歐洲、日本模式, 即以勞動(dòng)、技術(shù)、資本密集投入和原材料、自然資源合理配置的集約化作物生產(chǎn)模式, 著重于提高單位耕地生產(chǎn)率[3]。根據(jù)中國(guó)當(dāng)前的實(shí)際情況, 作物生產(chǎn)應(yīng)將上述兩種模式有機(jī)結(jié)合起來(lái), 形成具有中國(guó)特色的作物生產(chǎn)發(fā)展新模式, 即集約規(guī)?；? 以集約化作物生產(chǎn)為主, 向規(guī)模化作物生產(chǎn)發(fā)展, 實(shí)現(xiàn)單位耕地生產(chǎn)率與人均勞動(dòng)生產(chǎn)率同步提高的目標(biāo)。

2 作物生產(chǎn)發(fā)展的機(jī)遇

隨著作物品種的改良, 栽培管理技術(shù)的進(jìn)步, 化學(xué)肥料等農(nóng)資的足量供應(yīng), 中國(guó)作物生產(chǎn)能力已得到穩(wěn)步提高, 20世紀(jì)80年代溫飽問題就已基本解決, 20世紀(jì)90年代還出現(xiàn)了賣糧難的情況。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái), 中國(guó)糧食作物生產(chǎn)在經(jīng)歷一個(gè)短暫的低谷后實(shí)現(xiàn)了連續(xù)12年增產(chǎn), 不僅糧食安全有了穩(wěn)定的保障, 也為中國(guó)作物生產(chǎn)轉(zhuǎn)型奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在由傳統(tǒng)作物生產(chǎn)向現(xiàn)代作物生產(chǎn)發(fā)展的過程中, 中國(guó)的作物生產(chǎn)已實(shí)現(xiàn)了3個(gè)轉(zhuǎn)變。一是由于農(nóng)村勞動(dòng)力, 特別是青年勞動(dòng)力向城鎮(zhèn)的轉(zhuǎn)移, 作物生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了由以人工勞動(dòng)密集型的分散式精耕細(xì)作栽培向以省工簡(jiǎn)便栽培的適度規(guī)?；a(chǎn)的轉(zhuǎn)變;二是由于農(nóng)業(yè)機(jī)械、農(nóng)田改造及其機(jī)械與農(nóng)藝技術(shù)融合發(fā)展, 生產(chǎn)上實(shí)現(xiàn)了由以人工勞動(dòng)和畜力耕地為主向以耕田機(jī)、播種機(jī)、施肥機(jī)、施藥機(jī)、收割機(jī)等機(jī)械化作業(yè)為主的轉(zhuǎn)變; 三是由于化學(xué)肥料的足量供應(yīng), 作物生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了由有機(jī)肥料施用為主向以化學(xué)肥料施用為主的轉(zhuǎn)變[4]。上述轉(zhuǎn)變的實(shí)現(xiàn)為轉(zhuǎn)型期作物生產(chǎn)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。其中, 值得一提的是, 由于優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料資源缺乏和有機(jī)肥施用所需勞動(dòng)力成本太高, 且研究證明作物生產(chǎn)中化肥的合理施用并不會(huì)造成土壤板結(jié)、土壤有機(jī)質(zhì)含量下降等問題[5-6], 因此轉(zhuǎn)型期作物生產(chǎn)還將以化學(xué)肥料施用為主。但在南方的一些地方, 豬糞等畜禽糞便已成為環(huán)境污染的重要來(lái)源, 當(dāng)?shù)卣畱?yīng)在政策上給予適當(dāng)?shù)姆龀? 積極創(chuàng)造條件將糞便變成簡(jiǎn)易有機(jī)肥應(yīng)用, 實(shí)現(xiàn)變廢為寶。

另一方面, 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 中國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了由以農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)為主的“以農(nóng)補(bǔ)工”向以工業(yè)經(jīng)濟(jì)為主的“以工補(bǔ)農(nóng)”的歷史性轉(zhuǎn)變, 具體表現(xiàn)在以下方面。一是政策惠農(nóng), 包括農(nóng)業(yè)免稅、農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)、糧食直補(bǔ)、農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼、糧食最低保護(hù)價(jià)收購(gòu)等, 已惠及到億萬(wàn)農(nóng)民; 二是政府給力, 包括耕地承包權(quán)、經(jīng)營(yíng)權(quán)、管理權(quán)的分立, 為規(guī)?；N植大戶、專業(yè)合作社等作物生產(chǎn)組織方式的發(fā)展提供了法律保障; 三是技術(shù)進(jìn)步, 包括作物生產(chǎn)的機(jī)械化、信息化等, 既提升了作物生產(chǎn)技術(shù), 又加速了作物生產(chǎn)、流通、市場(chǎng)一體化的進(jìn)程。此外, 大量民間資本轉(zhuǎn)向投資作物生產(chǎn)也是“以工補(bǔ)農(nóng)”的重要體現(xiàn)。上述轉(zhuǎn)變無(wú)疑為促進(jìn)中國(guó)作物生產(chǎn)向規(guī)?；?、集約化發(fā)展創(chuàng)造了新的機(jī)遇。

3 作物生產(chǎn)發(fā)展的挑戰(zhàn)

中國(guó)由于人口多、人均耕地少, 實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)更高產(chǎn)不僅是科學(xué)家追求的目標(biāo), 也是各級(jí)政府積極倡導(dǎo)的方向。這在溫飽問題未解決, 糧食供給處于緊平衡的時(shí)期正確無(wú)疑。但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 消費(fèi)者對(duì)優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的需求越來(lái)越大。并且, 高產(chǎn)更高產(chǎn)目標(biāo)指導(dǎo)下的作物生產(chǎn)不僅投入多、比較效益低, 而且抗災(zāi)能力脆弱。與此不同, 當(dāng)前農(nóng)戶對(duì)作物生產(chǎn)目標(biāo)的重視程度首先是利潤(rùn)最大化, 其次是減少勞動(dòng)力投入和規(guī)避風(fēng)險(xiǎn), 其中專業(yè)農(nóng)戶更偏重利潤(rùn)和風(fēng)險(xiǎn), 兼業(yè)農(nóng)戶更重視減少勞動(dòng)力[7]。這不僅導(dǎo)致作物生產(chǎn)目標(biāo)變化, 從以往的單純追求高產(chǎn)到目前的質(zhì)量與效益并重, 即優(yōu)質(zhì)高產(chǎn), 而且導(dǎo)致作物種植方式發(fā)生根本變化, 直播、機(jī)插等輕簡(jiǎn)化、機(jī)械化種植方式迅速發(fā)展。這一作物生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)型不僅導(dǎo)致多熟制作物生育期縮短、大田種子用量增加, 還由此帶來(lái)了作物雜種優(yōu)勢(shì)利用價(jià)值的下降, 這也正是作物生產(chǎn)發(fā)展急需解決的3個(gè)科學(xué)問題。

3.1 多熟制作物生育期縮短

多熟制作物生育期縮短的原因主要來(lái)自兩方面。一是由于作物的種植方式由傳統(tǒng)的育苗移栽發(fā)展為直播栽培, 或者機(jī)械移栽(水稻), 直播栽培的生育期一般要比育苗移栽縮短30 d左右, 即便是機(jī)插栽培(水稻秧齡期15~20 d)也要縮短10~15 d; 二是在規(guī)模化生產(chǎn)條件下, 多熟制作物(稻–稻、稻–油、稻–麥、稻–稻–油等)的茬口農(nóng)耗時(shí)間延長(zhǎng), 可導(dǎo)致作物的生育期進(jìn)一步縮短(表1)。對(duì)于雙季稻–綠肥生產(chǎn), 由于雙季早稻采用直播或機(jī)插栽培需要提早至3月下旬翻耕稻田, 導(dǎo)致冬季綠肥(紫云英)生育期縮短約30 d。

3.2 大田生產(chǎn)用種量增加

油菜、棉花等作物適應(yīng)機(jī)械化收割需要大幅度增加種植密度(通常采用直播栽培), 以縮短開花期, 提高成熟整齊度。這就必然導(dǎo)致種子用量的大幅增加, 油菜、棉花的直播栽培是如此, 玉米直播、水稻直播及機(jī)插栽培也是如此(表2)。

3.3 作物雜種優(yōu)勢(shì)利用價(jià)值下降

在作物生育期縮短(早熟)的前提下, 提高或維持較高作物產(chǎn)量最可能的技術(shù)途徑是增加種植的密度, 生產(chǎn)上密植最簡(jiǎn)單的方法就是直播, 密植栽培直接制約棉花、油菜、水稻等雜交作物分枝(分蘗)優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。早熟、密植栽培會(huì)帶來(lái)作物雜種優(yōu)勢(shì)利用價(jià)值下降的問題, 并最終將影響雜交作物生產(chǎn)的發(fā)展。

表1 長(zhǎng)江中下游地區(qū)基于水稻生產(chǎn)的作物多熟種植條件下的作物生育期比較

表2 長(zhǎng)江中下游地區(qū)不同種植方式條件下作物的種植密度和用種量比較

4 作物生產(chǎn)發(fā)展的展望

4.1 發(fā)展密植高光效栽培

作物多熟種植是保障國(guó)家糧油及食品安全的重要舉措。但在作物由分散種植過渡到規(guī)?；N植, 由育苗移栽發(fā)展為直播栽培及機(jī)械移栽的轉(zhuǎn)型期, 多熟制作物生育期縮短15~30 d, 密植栽培是維持較高群體干物質(zhì)生產(chǎn)的有效方法, 即密植高光效栽培途徑。作物密植高光效栽培對(duì)品種的要求主要是耐密植性、抗倒伏能力以及葉片的光合能力強(qiáng)等。因此, 對(duì)于作物密植高光效栽培, 主要是研究碳氮互作、光氮互作等科學(xué)理論, 研究可實(shí)現(xiàn)前期促進(jìn)早發(fā)、中期快速積累、后期維持功能等的栽培技術(shù)。

4.2 提高雜交作物種子質(zhì)量

國(guó)內(nèi)外大量研究證明作物雜交品種比常規(guī)品種具有顯著的增產(chǎn)潛力[8-11], 已在作物生產(chǎn)特別是水稻、玉米等糧食作物增產(chǎn)中發(fā)揮了不可替代的作用。在作物密植栽培大幅度增加用種量的前提下, 如何繼續(xù)發(fā)揮作物雜種優(yōu)勢(shì)利用價(jià)值, 迫切需要提高雜交作物的種子質(zhì)量, 同時(shí)改進(jìn)播種技術(shù)。例如, 雜交玉米由于種子的發(fā)芽率高達(dá)99%以上, 生產(chǎn)上可采用單粒播種技術(shù), 大幅度減少了種子用量。最近, 筆者研究提出了雜交水稻單本密植大苗機(jī)插栽培技術(shù), 即通過光電比色篩選種子, 包衣劑包衣種子, 定位單粒印刷播種等技術(shù)的配套應(yīng)用, 實(shí)現(xiàn)了用種量較傳統(tǒng)機(jī)插減少60%以上, 但前提是篩選后的雜交水稻種子發(fā)芽率及其成苗率均要求達(dá)到98%以上。需要注意的是, 對(duì)于玉米、水稻等適度密植栽培的雜交作物, 可以通過提高種子發(fā)芽率減少種子用量, 而對(duì)于棉花、油菜等高度密植栽培的雜交作物, 僅僅提高種子發(fā)芽率, 則難以達(dá)到減少直播栽培種子用量的目的, 還有待進(jìn)一步開展相關(guān)研究。

4.3 加強(qiáng)育種與栽培協(xié)同攻關(guān)

隨著作物生產(chǎn)的轉(zhuǎn)型, 作物的品種需求也正在發(fā)生新的變化。例如, 長(zhǎng)江中下游地區(qū)的傳統(tǒng)雜交油菜、雜交棉花生產(chǎn)主要采用育苗移栽方式, 且栽插密度較小, 即稀植栽培, 以塑造分枝發(fā)達(dá)的大個(gè)體植株, 發(fā)揮其分枝能力強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)。但這種由大個(gè)體組成的作物群體, 其開花期長(zhǎng), 成熟期差異大, 不便于機(jī)械化收割。同樣, 對(duì)于雜交水稻, 育種專家偏好選育大穗型或超大穗型品種, 以充分挖掘雜交水稻分蘗大穗的高產(chǎn)潛力, 而栽培專家則希望培育由多穗大穗組成的高產(chǎn)群體, 不僅保證雜交水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn), 同時(shí)還可節(jié)省氮肥[12-15]。由此可見, 轉(zhuǎn)型期作物生產(chǎn)更加需要加強(qiáng)育種與栽培的協(xié)同攻關(guān)。又如, 隨著消費(fèi)者對(duì)優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品需求的增加, 優(yōu)質(zhì)作物品種越來(lái)越受到青睞, 但優(yōu)質(zhì)與高產(chǎn)往往存在一定的矛盾, 要解決這一矛盾也需要加強(qiáng)育種與栽培的協(xié)同攻關(guān)。

作物的增產(chǎn)途徑一是提高收獲指數(shù), 二是增加干物質(zhì)產(chǎn)量。但目前大多研究表明, 作物產(chǎn)量的增加將主要依賴于生物產(chǎn)量的提高[16-17]。以水稻為例, 大多研究認(rèn)為超級(jí)雜交稻品種高產(chǎn)主要是因?yàn)槠涓晌镔|(zhì)生產(chǎn)能力強(qiáng), 尤其是抽穗后的干物質(zhì)生產(chǎn)能力強(qiáng)[18-19]。但筆者近年研究發(fā)現(xiàn)超級(jí)雜交稻中也存在收獲指數(shù)高的品種, 其最高收獲指數(shù)可達(dá)59%[20-21]。一般來(lái)說, 由作物大個(gè)體組成的群體生物產(chǎn)量較高, 而由小個(gè)體組成的群體則收獲指數(shù)較高。生產(chǎn)上是否可通過增加栽插密度提高作物的收獲指數(shù), 收獲指數(shù)提高后又是否會(huì)對(duì)抗倒性產(chǎn)生影響等均值得進(jìn)一步研究。另外, 如何實(shí)現(xiàn)適當(dāng)擴(kuò)大作物葉面積指數(shù)、增加群體干物質(zhì)產(chǎn)量的同時(shí)提高收獲指數(shù), 協(xié)調(diào)和平衡作物個(gè)體與群體的生長(zhǎng)發(fā)育, 需要作物育種專家和栽培專家的協(xié)同研究。

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Opportunities and Challenges for Crop Production in China during the Transition Period

ZOU Ying-Bin*and HUANG Min

Southern Regional Collaborative Innovation Center for Grain and Oil Crops / Hunan Agricultural University, Changsha 410128, Hunan, China

China’s crop production goes in to a transition period from the small household mode mainly with traditional manual works to the moderately large-scale mode with high degrees of mechanization, intensification and informatization. The important goal of crop production during this period is to simultaneously enhance productivity per unit land area and per capita. In recent years, steadily increased crop production capacity, significant change in crop production patterns and rapid development of industrial economy have created new opportunities for China’s crop production during the transition period. But at the same time, new challenges have also been raised, including shortened crop growth duration in multiple cropping systems, increased seed rate per unit land area and decreased values of heterosis. Aiming these challenges, we proposed that crop production researches should be focused on developing high light-efficiency cultivation technologies through dense planting, improving seed quality of hybrid crops and strengthening collaboration between breeders and agronomists during the transition period.

crop production; planting method; growth duration; seed rate; heterosis; dense planting; seed quality

2017-12-18;

2018-03-25;

2018-04-08.

10.3724/SP.J.1006.2018.00791

鄒應(yīng)斌, E-mail: ybzou123@126.com; Tel: 0731-84618758

本研究由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2017YFD0301503)和國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-01)資助。

This study was supported by the National Key R&D Program of China (2017YFD0301503) and the China Agriculture Research System (CARS-01).

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20180406.1106.002.html