馬文慧, 鄭淑波, 李巖, 路明*

(1.全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，北京 100125；2.吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，長春 130033)

吉林省地處世界黃金玉米帶腹地，是世界三大黃金玉米帶之一，豐沛的降水、充足的日照和肥沃的黑土讓吉林成為中國產(chǎn)糧大省。玉米是吉林省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重中之重，2020年玉米播種面積428.72萬hm2，分別占全省糧食播種面積和全國玉米播種面積的75.45%和10.39%；產(chǎn)量達2 973.44×107kg，分別占全省糧食總產(chǎn)量和全國玉米總產(chǎn)量的78.18%和11.41%；單產(chǎn)6 935.55 kg·hm-2，比全國玉米平均水平高9.79%[1]。吉林省委省政府提出“十四五”糧食產(chǎn)量要邁上400億kg新臺階[2]，玉米是保障糧食增產(chǎn)的重要支撐，但增加種植面積已基本沒有可能，唯有提升單產(chǎn)水平。本研究依托《中國統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)[3]，系統(tǒng)梳理了建國以來吉林省玉米單產(chǎn)的變化趨勢，提出吉林省玉米發(fā)展的策略和建議，為率先實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、確保國家糧食安全提供參考。

1 吉林省玉米品種單產(chǎn)階段劃分及科技貢獻

1.1 建國以來吉林省玉米產(chǎn)量變化特點

自1949年新中國成立以來，吉林省玉米種植面積、單產(chǎn)和總產(chǎn)量呈明顯上升趨勢(圖1)，至2020年，總產(chǎn)量從119.5×107增至2 973.44×107kg，增加了2 853.94×107kg，增幅達24.9倍；種植面積由96.53萬增至428.72萬hm2，增加了332.19萬hm2，增幅達4.5倍；單產(chǎn)由1 237.96增至6 935.62 kg·hm-2，提高了5 697.67 kg，增幅達5.6倍，年平均增長率2.46%。單產(chǎn)的增加和種植面積的擴大對總產(chǎn)增加均發(fā)揮了重要作用，其中，單產(chǎn)的貢獻率為47.38%，種植面積的貢獻率52.62%。

圖1 1949—2020吉林省玉米的種植面積與產(chǎn)量

1.2 吉林省玉米品種單產(chǎn)發(fā)展階段劃分

分析吉林省玉米單產(chǎn)的變化特征，結(jié)果(表1)表明，吉林省玉米平均單產(chǎn)呈逐步上升趨勢。20世紀70—80年代單產(chǎn)的變異系數(shù)較大，其中以80年代最大，變異系數(shù)為23.28%；80年代后玉米單產(chǎn)的變異系數(shù)逐步縮小，到21世紀10年代單產(chǎn)變異系數(shù)為7.17%，由此表明，吉林省玉米單產(chǎn)穩(wěn)定提高。吉林省玉米單產(chǎn)的增幅以20世紀70—80年代最大，70年代玉米平均單產(chǎn)較60年代增加82.2%；80年代較70年代增加92%。20世紀80年代的單產(chǎn)年均增長速度最高，為193.5 kg·hm-2；其次為21世紀初，年均增長速度為143.6 kg·hm-2。

表1 吉林省玉米單產(chǎn)變化特征

依據(jù)玉米單產(chǎn)的變化特征可將吉林省玉米發(fā)展歷程劃分為四個階段：20世紀50—60年代為增長徘徊期；20世紀70—90年代為快速增長期；21世紀初為下降期；21世紀10年代至今為恢復(fù)增長期。

1.3 良種對不同時期吉林省玉米品種單產(chǎn)提升的貢獻

1.3.1增長徘徊期：20世紀50—60年代 建國初期，由于整體生產(chǎn)水平和科技水平較低，種植品種以低產(chǎn)的農(nóng)家品種為主，耕作栽培管理粗放，化肥施用量甚少、病蟲害防治不力，再加上自然災(zāi)害等因素，玉米單產(chǎn)增加緩慢，由1 237.96增至1 367.9 kg·hm-2，僅增加了129.94 kg·hm-2，增幅為10.5%；平均單產(chǎn)1 426.98 kg·hm-2，變幅為1 009.38～1 887.5 kg·hm-2，年平均增長率僅為0.50%。此階段，玉米生產(chǎn)以農(nóng)家品種為主，主要有英粒子、白頭霜、紅骨子、金頂子等。為進行玉米品種改良和利用，1954—1956年對19個縣的地方品種進行了調(diào)查、收集和整理，推廣種植了公主嶺82、公主嶺83等雜交種；50年代末至60年初選育出了吉雙2號、吉雙4號等雙交種，吉雙2號是吉林省第一個雙交種，比當?shù)剞r(nóng)家種增產(chǎn)15%～20%，實現(xiàn)了從農(nóng)家種到雜交種的第一次飛躍，成為吉林省玉米品種演變、更新?lián)Q代的里程碑。1966年開始推廣種植吉雙83，其是吉林省累積種植面積最大且種植時間最長的雙交種。1966年吉林省玉米單產(chǎn)較1965年提高了17.4%。雖然選育了一批雙交種，但因當時生產(chǎn)條件所限，未能全面推廣，60年代雜交種應(yīng)用面積僅占玉米總播種面積的15.48%[4]。

1.3.2快速增長期：20世紀70—90年代 20世紀70—90年代是吉林省玉米快速發(fā)展的階段，玉米雜交種，特別是單交種快速發(fā)展。該階段玉米單產(chǎn)迅速提高，由1 949.58增至7 125.21 kg·hm-2，增加了5 175.62 kg·hm-2，增幅為265.47%；平均單產(chǎn)4 651.12 kg·hm-2，變幅為1 673.11～7 949.04 kg·hm-2，年平均增長率達5.65%。70年代是吉林省玉米育種的黃金時代，實現(xiàn)了雙交種向單交種的轉(zhuǎn)變，雜交種的大量應(yīng)用是該階段玉米單產(chǎn)躍上新臺階的關(guān)鍵因素。到70年代末，玉米雜交種的應(yīng)用面積占全省的80%；80年代，全省玉米雜交種應(yīng)用面積達到95%～98%，基本實現(xiàn)雜交化。此階段代表品種不僅有吉林省自育的吉單101、四單8號、吉單159、四單19、白單9號、吉單131等，還包括外引的丹玉13、中單2號、本育9號、鐵單4號等。其中，吉單101是吉林省由雙交種向單交種轉(zhuǎn)變的里程碑代表品種，較其他推廣雜交種增產(chǎn)約15%，累計推廣面積超過450萬hm2[4-5]。此外，十一屆三中全會以后，黨的工作重心轉(zhuǎn)移到經(jīng)濟建設(shè)上，實行了聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制，糧食收購價格的提高極大地激發(fā)了科技人員和農(nóng)民的積極性。

1.3.3下降期：21世紀初 20世紀90年代末到21世紀初，玉米生產(chǎn)進入低谷，玉米單產(chǎn)、總產(chǎn)出現(xiàn)下滑。2000年玉米單產(chǎn)為4 520.09 kg·hm-2，較1999年下降了36.6%，平均單產(chǎn)6 077.97 kg·hm-2，變幅為4 520.09～7 127.47 kg·hm-2，最高單產(chǎn)僅比1999年增加2.27 kg·hm-2，年平均增長率1.78%。一方面糧價持續(xù)低迷，種糧效益較低，因此，農(nóng)民積極性不高；另一方面隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，農(nóng)業(yè)勞動力大量轉(zhuǎn)移，玉米生產(chǎn)中勞動力投入嚴重不足、管理水平明顯下降。此階段代表品種主要包括鄭單958、吉單180、吉單209、豫玉22、四密21、四密25、四單19等。其中，鄭單958自2005年起一躍成為第一大品種，連續(xù)5年種植面積居第一位，年推廣面積最高達到57.7萬hm2，極大推動了玉米單產(chǎn)的回升。

1.3.4恢復(fù)增長期：21世紀10年代至今 2006年后，國家在東北地區(qū)實行玉米臨時收儲政策，玉米單價持續(xù)增長，極大地提高了農(nóng)民種糧積極性，使玉米生產(chǎn)呈現(xiàn)恢復(fù)性增長，單產(chǎn)由6 204.36增至6 935.62 kg·hm-2，增加731.26 kg·hm-2，增幅為11.79%，平均單產(chǎn)7 270.82 kg·hm-2，變幅為6 204.36～7 827.68 kg·hm-2，年平均增長率1.39%。這一時期推廣了先玉335、翔玉998、農(nóng)華101等中熟品種及京科968、鄭單958、良玉99、天農(nóng)九等晚熟品種，這些雜交種耐密植、抗病性強、適應(yīng)性廣，為增密種植、簡化栽培和機械化作業(yè)奠定了基礎(chǔ)。其中，美國先鋒公司選育的先玉335自2010年起連續(xù)7年種植面積居第一位，2012年種植面積占全省玉米面積的25.8%[6]。2016年以后，以京科968、翔玉998等品種改變了一家品種獨大的局面(圖2)[7]。“十三五”期間，機械化籽粒收獲成為發(fā)展方向，吉單66、澤玉8911等適合籽粒機收獲的新品種被選育和推廣[8]，其中吉單66入選2019年中國農(nóng)業(yè)農(nóng)村重大科技成果十大新產(chǎn)品。

圖2 2010—2019年吉林省主推玉米品種更替

2 吉林省玉米單產(chǎn)的國內(nèi)外比較

2.1 吉林省玉米單產(chǎn)與我國玉米單產(chǎn)的比較

對1949—2020年吉林省玉米單產(chǎn)與全國玉米平均單產(chǎn)進行比較，結(jié)果(圖3)表明，吉林省玉米平均單產(chǎn)(4 309.15 kg·hm-2)較全國玉米平均單產(chǎn)(3 520.52 kg·hm-2)高22.4%；年平均增長率(2.46%)略低于全國平均增長率(2.69%)；年遺傳增益(107.9 kg·hm-2)高于全國平均水平(82.9 kg·hm-2)。

圖3 1949—2020年吉林省與全國玉米單產(chǎn)對比

根據(jù)比較結(jié)果可劃分為三個階段：1949—1982年保持同步發(fā)展，吉林省玉米平均單產(chǎn)為1 918.76 kg·hm-2，僅比全國玉米大田平均單產(chǎn)高4.4%(1 837.17 kg·hm-2)，年平均增長率(3.35%)略低于全國平均水平(3.77%)；1983—1999年快速增長階段，吉林省玉米單產(chǎn)(6 133.07 kg·hm-2)顯著高于全國玉米單產(chǎn)(4 391.91 kg·hm-2)，年平均增長率(1.76%)略低于全國平均水平(2.09%)；2000年至今，吉林省玉米單產(chǎn)增速減緩，與全國玉米單產(chǎn)差距縮小，平均單產(chǎn)為6 702.8 kg·hm-2，比全國玉米平均單產(chǎn)(5 540.54 kg·hm-2)高21.0%，年平均增長率(2.16%)高于全國平均水平(1.60%)。

2.2 吉林省玉米單產(chǎn)與美國玉米單產(chǎn)的比較

對1961—2020年吉林省玉米單產(chǎn)與美國玉米單產(chǎn)進行比較，結(jié)果(圖4)表明，美國玉米平均單產(chǎn)為7 439.46 kg·hm-2，較吉林省玉米平均單產(chǎn)(4 885.09 kg·hm-2)高52.3%；年平均增長率(1.73%)低于吉林省(2.77%)；年遺傳增益(117.33 kg·hm-2)與吉林省(117.47 kg·hm-2)相近。

圖4 1961—2020年吉林省與美國玉米單產(chǎn)對比

根據(jù)比較結(jié)果可劃分為三個階段：1961—1982年，美國玉米單產(chǎn)顯著高于吉林省，較吉林省玉米平均單產(chǎn)高142.8%，但年平均增長率(2.88%)低于吉林省(4.76%)；1983—1999年，吉林省玉米單產(chǎn)快速提升，與美國差距逐漸縮小，此階段美國玉米平均單產(chǎn)較吉林省高19.16%，但年平均增長率(3.39%)高于吉林省(1.76%)；2000年至今，吉林省玉米單產(chǎn)與美國玉米單產(chǎn)差距再次增大，此階段美國玉米平均單產(chǎn)為9 780.02 kg·hm-2，較上一階段每公頃提高2 472.06 kg，而吉林省玉米平均單產(chǎn)為6 702.8 kg·hm-2，較上一階段每公頃提高569.73 kg，但美國玉米的年平均增長率(1.14%)低于吉林省(2.16%)。

分析吉林省玉米單產(chǎn)與美國玉米單產(chǎn)存在差距的原因主要來源于品種。美國于20世紀50年代就開始推廣應(yīng)用單交種，時間要早于吉林省[9]；而吉林省則是在20世紀70年代。隨著生物技術(shù)的應(yīng)用，首個耐系統(tǒng)性廣譜除草劑草甘膦的轉(zhuǎn)基因玉米于1996年獲準在美國上市；第一個含有抗玉米螟蛋白(Bt Cry蛋白)的轉(zhuǎn)基因玉米于1996年獲準上市。尤其是轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米可以有效抵抗害蟲的危害，極大地減少了殺蟲劑的使用[10]。而我國目前玉米品種對除草劑和蟲害抗性較低，極易遭受蟲害和雜草的影響。造成吉林省玉米單產(chǎn)與美國玉米單產(chǎn)存在差距的另一個原因是育種技術(shù)和育種方向。美國玉米品種改良由生物技術(shù)和全程機械化生產(chǎn)技術(shù)驅(qū)動，育成的品種表現(xiàn)為抗蟲、耐除草劑、早熟、中矮桿、耐密植、莖稈堅韌、抗倒伏、耐旱、耐逆、籽粒脫水快、中型果穗、群體產(chǎn)量高，目前平均種植密度為80 000株·hm-2。而吉林省玉米品種是由傳統(tǒng)雜交育種技術(shù)、生態(tài)區(qū)育種和農(nóng)民追求“高桿大穗”驅(qū)動的品種改良，育成的品種表現(xiàn)為果穗大、單穗產(chǎn)量高、中晚熟、收獲期籽粒含水量高、抗病、適應(yīng)性好，但種植密度顯著低于美國，目前平均種植密度為60 000株·hm-2。

2.3 吉林省玉米品種區(qū)試單產(chǎn)的比較

1995年我國開展了農(nóng)作物新品種區(qū)域試驗示范展示工作，到1999年基本調(diào)整、完善了玉米等七類主要糧油作物的品種區(qū)域試驗，品種審定工作走向正規(guī)化、標準化。2000—2019年吉林省共審定玉米品種795個(中國種業(yè)大數(shù)據(jù)平臺數(shù)據(jù))。2019年審定玉米品種的平均單產(chǎn)為11 935.5 kg·hm-2，較2000年審定玉米品種的平均單產(chǎn)(9 469.35 kg·hm-2)提高了26.04%；較同期的吉林省玉米大田單產(chǎn)高63.6%，年遺傳增益提高84.77 kg·hm-2(圖5)?；貧w分析表明，玉米品種區(qū)域試驗單產(chǎn)每增加1 kg·hm-2，吉林省大田玉米生產(chǎn)實際單產(chǎn)增加0.53 kg·hm-2。對吉林省玉米品種區(qū)試單產(chǎn)與美國玉米生產(chǎn)大田單產(chǎn)進行比較(圖5)，吉林省玉米區(qū)域試驗單產(chǎn)較美國玉米大田生產(chǎn)單產(chǎn)高12.5%，年遺傳增益高76.25 kg·hm-2。

圖5 2000—2019年吉林省玉米區(qū)域試驗單產(chǎn)與大田單產(chǎn)及美國單產(chǎn)對比

3 當前制約吉林省玉米單產(chǎn)提升的主要問題

吉林省玉米種植面積已經(jīng)超過70%以上，繼續(xù)依靠增加種植面積來提高總產(chǎn)已經(jīng)不太可能，唯有提高單產(chǎn)是增產(chǎn)的必然途徑，但目前提升玉米單產(chǎn)面臨一系列問題。

3.1 玉米單產(chǎn)不穩(wěn)，總體增益不高

近十年來(2011—2020年)，吉林省玉米單產(chǎn)處于增長徘徊期，年平均增長率為-3.58%。其中，2011—2017年為增長期，年平均增長率1.44%；而2018—2020年為下降期，年平均增長率為-3.87%，干旱、臺風(fēng)頻發(fā)等惡劣氣候嚴重影響玉米生產(chǎn)，2018年單產(chǎn)(6 616.5 kg·hm-2)下降嚴重，為近十年來歷史最低。

3.2 品種競爭力不強，不能滿足高質(zhì)量發(fā)展需求

從歷史上看，吉林省曾是東北地區(qū)和全國農(nóng)作物種業(yè)發(fā)展的“領(lǐng)頭羊”?，F(xiàn)階段，吉林省雖然每年審定品種數(shù)量較多，僅2020年吉林省國審、省審玉米品種就分別有87和162個，但仍以常規(guī)育種為主，因此，品種同質(zhì)化較為嚴重，自主突破性品種缺乏，與吉林省玉米主產(chǎn)區(qū)的地位嚴重不符。隨著玉米產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對品種提出了新要求，目前選育的品種已經(jīng)無法滿足高質(zhì)量發(fā)展和市場多元化消費的需求，特別是長期以來一直以“高產(chǎn)”為目標，導(dǎo)致適宜機收的資源和品種較少，資源高效型品種、優(yōu)質(zhì)功能營養(yǎng)型品種和專特用品種缺乏。

3.3 推動玉米良種創(chuàng)新的基礎(chǔ)研究薄弱

對標發(fā)達國家，吉林省玉米種業(yè)科技原始創(chuàng)新面臨巨大挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在以下幾方面:①突破性創(chuàng)新種質(zhì)缺乏。種質(zhì)資源是種業(yè)的“芯片”，是品種選育的物質(zhì)基礎(chǔ)。我國不是玉米原產(chǎn)國，種質(zhì)資源多依賴國外引進，遺傳基礎(chǔ)日趨狹窄，同質(zhì)化問題突出。②重大前沿育種技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用不足。近年來，玉米遺傳改良跨入革命性新階段，以全基因組選擇和基因編輯等為代表的“革命性”前沿關(guān)鍵技術(shù)的突破推動育種技術(shù)進入新一輪技術(shù)革命。目前，國際玉米育種正向育種4.0階段發(fā)展，核心目標是建立“基因組智能設(shè)計育種”的多技術(shù)交叉跨學(xué)科體系，推動育種技術(shù)從“藝術(shù)”到“科學(xué)”到“智能”的革命性轉(zhuǎn)變[11-12]。而吉林省玉米育種技術(shù)仍處于2.0～3.0階段，單倍體育種技術(shù)已經(jīng)得到應(yīng)用，但最新的全基因組選擇育種、基因編輯育種等尚處于蹣跚起步階段，造成品種培育效率和水平較低[13]。

3.4 支撐玉米生產(chǎn)的資源和技術(shù)基礎(chǔ)不牢

吉林省擁有發(fā)展玉米生產(chǎn)良好的土壤條件和光溫資源，是世界三大黃金玉米帶之一，可與美國玉米帶相比，但因追求高產(chǎn)導(dǎo)致了化肥、農(nóng)藥等過量施用，肥沃的黑土地正“變少、變薄、變瘦”[14]。據(jù)調(diào)查，吉林省耕地的耕層厚度已從20世紀80年代初的25～30 cm減為20 cm左右，耕層逐漸變淺、變硬，土壤蓄水能力和生產(chǎn)能力明顯下降[15]。吉林省農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后，盡管至2020年累計建成高標準農(nóng)田3 530萬畝(235.33 hm2)，但也僅占全省耕地面積的三分之一。與美國等發(fā)達國家相比[16]，吉林省玉米生產(chǎn)以農(nóng)戶耕作為主，生產(chǎn)及組織方式規(guī)模小，生產(chǎn)機械化程度低。

4 提升吉林省玉米單產(chǎn)的科技發(fā)展建議

面向未來玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展重大需求，以提升玉米綜合生產(chǎn)能力為主要目標，吉林省玉米產(chǎn)業(yè)應(yīng)著力攻克一批關(guān)鍵核心技術(shù)，培育重大突破性新品種，推進產(chǎn)業(yè)化，支撐吉林省玉米單產(chǎn)年增長率達到2%，保障我國玉米安全生產(chǎn)和有效供給。

4.1 扎實開展玉米種質(zhì)資源保護、鑒定、評價基礎(chǔ)性工作

實施種質(zhì)資源普查與收集、系統(tǒng)調(diào)查和搶救性收集任務(wù)，加大力度引進國外玉米種質(zhì)資源，構(gòu)建種質(zhì)資源保護、鑒定技術(shù)體系，實施種質(zhì)資源基因型和表型精準鑒定，建立種質(zhì)資源共享分發(fā)和成果權(quán)益分享機制。

4.2 強化玉米種質(zhì)擴增、遺傳改良

高度認識種質(zhì)創(chuàng)新的重大意義，強化原創(chuàng)種質(zhì)創(chuàng)新，實施前育種研究計劃，以適應(yīng)機械化、優(yōu)質(zhì)化、綠色化為選育目標，聚合創(chuàng)制綜合性狀優(yōu)良、育種利用價值高的突破性新種質(zhì)，奠定優(yōu)良品種選育基礎(chǔ)。

4.3 開展區(qū)域性玉米應(yīng)用基礎(chǔ)研究

針對新時期吉林玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略需求，強化基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究協(xié)同創(chuàng)新，挖掘制約春玉米生產(chǎn)的重要性狀基因，解析重要性狀的遺傳基礎(chǔ)和遺傳機制，研究吉林玉米種質(zhì)資源形成與演化規(guī)律，大力提升生物育種的水平和能力。

4.4 突破玉米關(guān)鍵核心育種技術(shù)

突破基因編輯、全基因組選擇、基因組智能設(shè)計等前沿育種技術(shù)，優(yōu)化完善單倍體育種、分子標記等關(guān)鍵技術(shù)，集成構(gòu)建玉米精準設(shè)計育種技術(shù)體系，持續(xù)推動傳統(tǒng)育種技術(shù)的改造升級，實現(xiàn)育種精準化、高效化和規(guī)?；?。

4.5 加快重大自主玉米新品種智能化精準選育

面向新時期玉米生產(chǎn)發(fā)展需求，集成應(yīng)用現(xiàn)代育種技術(shù)，開展規(guī)?；?、數(shù)字化、精準化測試，培育高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)安全、多抗廣適、綠色高效、適宜機械化生產(chǎn)的重大新品種，有序推進利用生物技術(shù)選育新品種。

4.6 創(chuàng)新黑土地玉米綠色豐產(chǎn)生產(chǎn)技術(shù)

以“保護好黑土地這一‘耕地中的大熊貓’”與綠色豐產(chǎn)為主線，研發(fā)玉米持續(xù)增產(chǎn)能力的土壤培肥技術(shù)，加快全程機械化高效栽培技術(shù)研究，加強病蟲害預(yù)測預(yù)報與綠色防控技術(shù)研發(fā)，集成土壤耕作與耕層構(gòu)建、適宜品種、密植精播、肥水高效利用、病蟲害綠色防控和機械化收獲技術(shù)，形成區(qū)域玉米豐產(chǎn)高效生產(chǎn)技術(shù)模式，支撐玉米綜合生產(chǎn)能力提升。