秭归县农作物种质资源普查与统计分析
2020-08-28宋放吴黎明田瑞何利刚王志静蒋迎春焦春海
宋放 吴黎明 田瑞 何利刚 王志静 蒋迎春 焦春海
摘要：农作物种质资源是农作物育种、遗传理论研究和生态稳定的基础，是关乎国家粮食安全和农业可持续发展的战略资源。通过对秭归县1956年、1981年和2014年3次农作物种质资源普查的统计分析，从农业产业结构、农作物种植结构、农作物品种组成和地方特色资源等方面进行了全面比较和分析，为秭归县的农业发展和规划提供了参考数据，也为秭归县特色种质资源优势的利用、珍稀种质资源的保存以及山区人民收入水平的提高打下了坚实的基础。
关键词：农作物;种质资源;普查;统计分析;秭归县
中图分类号：S5
文献标识码：A
文章编号：0439-8114（ 2020）12-0027-06
D01：10.1408 8/j .cnki.issn043 9- 8114.2020.12.006
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
湖北省宜昌市秭归县位于长江三峡工程坝上库首区，地处长江西陵峡畔，属鄂西南山区，地理范围在110°03 'E-111°00'E，30°63'N-31°18'N。秭归县是爱国诗人屈原的故乡，也是驰名中外的“中国脐橙之乡”[1]。秭归县下辖12个乡（镇）、186个行政村，县境东西长66.1 km，南北宽60.6 km，面积2 427 km2，总人口38.19万人。秭归县属于长江三峡山地地貌，总体上呈西南高、东北低的地势，其最高處是位于南部边境地区的云台荒（海拔2 057 m），最低点则位于茅坪河口（海拔40 m），平均海拔在1000 m以上，因此秭归县素有“八山一水一分田”之称，是典型的山区农业县。秭归县属于亚热带湿润季风气候区，冬冷夏热，雨量充沛，年平均气温18 ℃[2]，且秭归县境内海拔差异较大，气候垂直变化明显，农作物在海拔上呈垂直分布，农作物种质资源丰富。这样结构复杂的地貌和多样的立体气候孕育了秭归县种类繁多的农作物种质资源，其中柑橘[3.4]和茶叶[5]的特色资源尤为珍贵。
植物种质资源是物种进化、遗传学研究和育种的物质基础‘6]，而农作物种质资源更是由于其在农作物育种、遗传理论研究和农业生产中不可替代的作用，被认为是保障国家粮食安全、生物产业发展和生态文明建设的关键性战略资源[7]。因此，通过资源普查的办法来收集农作物种质资源，并对其基本特性进行资源鉴定，对于农作物种质资源保存、开发和利用均具有重要意义。近年来，随着中国人口的增长和经济的发展，生态环境遭到了破坏，很多重要的野生作物种质资源正在急剧减少[8]，另外随着中国基础设施建设的完善和城镇化的快速推进，商业化的农作物培育品种也迅速地以其产量高、效益高和管理方便的特性逐渐取代了农民保留和驯化的珍贵地方品种或野生资源。种质资源的消失就意味着这些种质所携带的相应遗传基因的丢失，是中国农作物遗传多样性的重大损失，对农业生产的健康发展产生了不利影响。
为了尽快推进中国农作物种质资源的保护工作，“第三次全国农作物种质资源普查与收集行动”于2015年正式启动，该项目通过对湖北、湖南、江西、海南、重庆、江苏等10个省（市、自治区）的粮食、经济、蔬菜、果树、牧草等栽培作物的地方品种和野生近缘种的基本特性、数量和分布特征的调查，对中国的农作物种质资源进行全面的普查和抢救性地收集，并对野生资源中所携带的重要基因进行保护。秭归县作为该项目实施县之一，在农业农村部、中国农业科学院作物科学研究所和湖北省农业科学院等各级单位的领导下圆满完成了本次农作物种质资源普查工作，并取得了良好成效。本研究拟通过对秭归县1956年、1981年和2015年3次农作物种质资源普查结果进行汇总和梳理，从土地利用情况、农业产业结构、农作物种植结构和农作物品种变迁等方面系统性地分析了秭归县的农作物种质资源，并着重对秭归县特色的桃叶橙及茶叶资源的收集和利用情况进行概述，为今后保护和利用秭归县的地方资源和野生资源提供参考数据，同时也为秭归县的特色农业产业的发展和山区人民的脱贫提供保障。
1 普查内容与方法
1.1 普查时间及规划
根据农业农村部、中国农业科学院作物科学研究所和湖北省农业科学院的统筹规划，2015年9月16日秭归县农业局制定了《秭归县农业局第三次全国农作物种质资源普查与收集行动实施方案》，正式启动了秭归县农作物的普查与收集活动。
1.2普查内容
1.2.1 秭归县的基本情况对秭归县的地域、气候条件、人口、土地配置情况、经济状况等基本情况进行调查，重点分析这些基本情况对种质资源变化的影响。对秭归县当前农业生产的发展、山区人民生活水平的提高和精准扶贫工作中所面临的主要问题进行初步的普查和探讨。
1.2.2 秭归县的农作物种质资源本次普查的农作物主要包括粮食作物（如谷物、薯类和食用豆类等）和经济作物（如麻、油料、蔬菜、果树、茶叶、烟草等），一方面要普查这些作物的种类和栽培面积，并记录作物的基本特性、产量和利用情况;另一方面要对所有普查到的地方品种、栽培品种以及野生资源进行采集、保存和资源评价，为后续进一步开发种质资源的利用价值提供参考。
1.3 普查方法
1.3.1 普查数据的采集本次普查行动主要依据农业部办公厅印发的《第三次全国农作物种质资源普查与收集行动实施方案》来开展秭归县的种质资源普查工作，具体方法如下。
1）通过对历史文献、档案馆、县志和国家/地方种质资源圃资料的查阅，搜集相关的秭归县基本情况和种质资源数据。
2）通过走访农户、参与人访谈、山区实地探查等方法直接收集相关数据和种质资源。
3）对收集到的资源进行评价和分析，并进行初步的保存。
4）对文献查阅和实地收集的数据进行汇总和校对，并根据梳理好的数据填写1956年、1981年和2014年3个时间段的种质资源普查信息表。
5）将收集到的当地特色资源、珍稀野生资源和具有较大开发价值的种质资源进行精细地保存和扩繁，并提交到相应的国家/地方种质资源圃。
1.3.2 普查数据的统计分析使用GraphPad Prism6软件对1956年、1981年和2014年3个时间段收集的秭归县基本信息和种质资源变化的信息进行统计分析并作图。
2 普查结果与分析
2.1 秭归县基本情况及变化分析
秭归县是传统的山区农业县，耕地资源有限。通过对秭归县在1956年、1981年和2014年3个时间段土地资源的普查和对比，发现秭归县的耕地面积经历了先增加后减少的过程。1956年秭归县拥有39 066.67 hm2耕地，由于建国初期粮食产量的缺乏，为了保障食安全，政府鼓励人民开荒种田，因此到1981年秭归县的耕地面积增加到了44 853.33 hm2（图1）。随着中国的改革开放和城镇化的开展，越来越多的农民不再以种田为生，农村土地大面积抛荒，到2014年耕地面积又减少到38 246.67 hm2，基本回归到1956年的水平。同时秭归县的林地面积在持续减少，1981年和2014年林地面积分别减少了2.35%和16.00%，林地面积减少速度在近30年中迅速加快。另外，秭归县的水域面积则在持续增加，1981年和2014年水域面积分别增加了112.53%和62.60%，说明当地水利灌溉设施的逐步完善和水产产业的发展，既保障了当地农作物的灌溉，又促进了当地农业经济的全面综合发展。
2.2農业产业结构分析
为了进一步了解秭归县农业相关产业的发展情况，对秭归县的农业经济结构及其发展趋势进行了比较分析。结果表明，从1956年到1981年再到2014年，秭归县的粮食总产值、经济作物总产值、畜牧总产值和水产总产值均快速增加，并且在近30年中随着中国改革开放政策的实施和新技术、新品种的引入，农业产业的产值均呈爆发式的增长（图2）。1956年和1981年的普查中，粮食作物是该县农业经济的支柱产业，总产值占总农业经济总产值的5 5.4%，然而随着政府和科研机构的科技扶贫工作对当地特色农作物的推广，经济作物总产值占总农业经济总产值的比例从1956年的28.74%，降低到1981年的25.87%后增加到2014年的55.04%，成为农业经济中的支柱产业，同时粮食作物总产值所占比例则相应地减少到7.80%（表1）。说明随着科技的发展和技术的推广，秭归县产业技术的改革和农业产业结构的调整已经初见成效，经济作物产业已经形成规模，并取代过去的粮食作物成为秭归县人民提高收入水平的支柱经济之一。
2.3 农作物种植结构分析
农作物种植结构的变化信息是以当地农作物种植面积的变化为基础来展示当地农作物的变化规律，主要受到气候因素、技术因素、经济因素和政策因素的多重影响[9，10]，对于当地农业产业的管理和农业的可持续发展具有重要的指导意义[11]。由图3可知，通过对秭归县1956年、1981年和2014年的农作物种植结构进行分析，作为秭归县最重要的粮食作物谷类的种植面积在3次普查中分别为2.78x104hm2、2.60x104hm2（减少了6.47%）和1.48x104hm2（减少了43.08%），谷类的种植面积逐渐减少，并在近30年中出现断崖式下跌的趋势。同样作为主要粮食作物的豆类的种植面积也从1956年的0.50X104hm2下降到1981年的0.25 X104hm2，并且在2014年基本没有种植。1956年薯类的种植面积仅为0.52x1044 hm2，在1981年时大幅度上升到1.53x104hm2，而2014年时则又回落到与1956年相近的种植水平（ 0.54x104hm2）。
与粮食作物种植面积总体下降的趋势相反，秭归县茶树和果树的面积在1981年和2014年均迎来了爆发式的增长。1956年茶树和果树的种植面积分别为0.02x104hm2和0. 12x104hm2，到1981年茶树和果树的种植面积为0.18x104hm2和0.23x104 hrri2，分别增长了800.00%和91.67%;到2014年时茶叶和果树的种植面积暴增到0.60x104hm2和3.01x104hm2，分别增长了233.33%和1 208.70%。其中，果树主要以柑橘和核桃为主，秭归县的柑橘主要种植于低山地区，由于秭归县政府的大力推广和扶持，2014年秭归县柑橘种植面积达1.73 X104hm2，接近粮食作物种植总面积。全县从事柑橘生产的村达100多个，参与柑橘生产的人员占乡村总劳动力的61.3%，是秭归县的支柱产业。核桃是秭归县近年来推广的半高山地区农民增收的主导产业，然而核桃在秭归县种植面积虽大，效益却一般。近年来，随着核桃优良品种的推广和栽培模式的创新，核桃产业也逐渐成为秭归县的朝阳产业，逐步走向繁荣，为秭归县人民拓展了新的农业经济增长点。茶叶和果树的种植面积大规模增长，说明秭归县农业产业结构的调整已经初具成效，茶树和果树等经济作物已经逐渐成为秭归县的特色经济增长点，给秭归县人民收入水平的提高注入了强劲的动力。
除了茶树和果树这2个大宗的经济作物外，秭归县还有一些小类的经济作物，如蔬菜、油料和烟草等。蔬菜在1956年时基本很少种植，在1981年种植面积才发展到0.08 X104hm2，之后到2014年（种植面积为0.09x104hm2）一直保持稳定。油料和烟草在1981年经历了一次较大幅度的增长，分别从0.18x104hm2和0.03 X104hm2增长到0.23x104hm2和0.20x104hm2，然而在2014年基本没有发现油料和烟草种植。说明随着政府政策的导向性，一些小众的经济作物由于经济效益不好或者种植难度较大种植面积逐渐减少。
2.4 农作物栽培品种的变迁
农作物的地方品种是当地居民长期驯化的产物，由于其对当地自然环境的适应性强，口感符合当地人的饮食习惯，在20世纪一直是各地方的主导品种。然而随着城镇化的进程加快和农村经济结构的变化，目前地方品种正逐渐被高产量的培育品种所取代。本次调查中发现，1956年秭归县的水稻、玉米、小麦、油菜、花生、茶树、梨、核桃和柑橘都是以地方品种为主，培育品种栽培面积较少或基本没有，而大豆和番薯则是地方品种和培育品种并存，另外马铃薯则以培育品种为主，地方品种栽培面积较小。1981年，秭归县的玉米、小麦、马铃薯、花生、茶叶、梨子和蔬菜依然以地方品种为主，另外水稻、大豆、番薯和油菜则以培育品种为主，同时保持着一定规模的地方品种。但是在2014年，粮食作物培育品种已经全面替代了地方品种，基本上所有粮食作物栽培培育品种，仅部分经济作物（如茶叶、梨、柑橘和蔬菜）保留了一定规模的地方特色品种（表2）。1956年和1981年普查到的一些地方品种资源，仅有茶叶中的本地大叶茶、柑橘中的桃叶橙和蔬菜中的勺儿菜和本地辣椒还有保存外，以水稻、玉米、小麦、大豆、番薯、马铃薯和油菜为主的大量地方品种基本消失殆尽。培育品种虽然全面替代了原本的地方品种，但是新的培育品种也代替了原来的培育品种，如水稻的培育品种从1956年和1981年的珍珠矮和南特粘变成了2014年的川优727和中优85，玉米的培育品种从1956年的金皇后、白马牙和1981年的新单一号被2014年的康农玉1098、中农大451、宜单629、雅玉889和禾盛玉718所替代。说明培育品种能够取代地方品种的主要原因在于其品种在产量和经济效益等各方面的优势，而新培育品种的优势则更加明显，并且随着农业科学技术的发展，新培育品种的更新换代将越来越快。
2.5 秭归县特色柑橘和茶叶资源
秭归县被称为“中国脐橙之乡”，栽培柑橘的历史悠久。20世纪60年代初，中国“柑橘之父”章文才教授对秭归县的柑橘进行了全面考察，在屈原镇龙马溪村发现了8个优质柑橘品种，其果肉细嫩化渣性好，风味浓郁并富有香气，因其叶片狭长呈桃叶形，被命名为桃叶橙。然而，由于桃叶橙对环境条件要求很高，且产量较低，导致桃叶橙的栽培规模并没有明显增长。同时从60年代初开始陆续引进的纽荷尔脐橙、罗伯逊脐橙和伦晚脐橙成为了此次普查中秭归县柑橘的主要栽培品种。近年来，秭归县通过政策扶持以及技术指导等方式大力推动桃叶橙产业在秭归县的发展，同时为了解决桃叶橙产量较低的问题，湖北省农业科学院果树茶叶研究所和秭归县特产技术推广中心的技术人员从桃叶橙选育地的桃叶橙18号中选育出1个芽变品种，该芽变品种的桃叶橙果实更大、核更少、皮更薄、含糖量更高，被命名为金峡桃叶橙[12，13]。另外，宜昌市农业局也将桃叶橙资源搬回了保存圃中进行精细地保护和栽培观察，为桃叶橙资源的推广和栽培模式的创新积累经验。秭归县丝绵茶是清朝时期的贡茶，因其鲜叶柔软、嫩性特强、断叶见丝、银丝万绿，被赐名为“丝绵茶”，丝绵茶汤色清澈明亮，滋味纯正且回味绵长。湖北九畹溪茶叶生产专业合作社龚万祥通过建立茶叶良种比对园，选择3株丝绵茶优良单株进行繁育，并选调14个全国的优质茶叶品种与丝绵茶进行比对，选育出了适合秭归县当地环境条件的优质丝绵茶品种，为秭归县当地的特色优质茶叶资源的保存和利用作出了贡献[14]
3 小结与讨论
3.1 土地资源配置优化，农业产业结构转型成功
秭归县素有“八山一水一分田”之称，土地资源十分有限。为了保证土地资源的最优化配置，秭归县的土地资源配置和农业产业结构也在不断地变化。对比1956年、1981年和2014年3次农作物种质资源普查结果，秭归县的农业产业在1956年和1981年主要以粮食作物为主，粮食作物总产值分别占农业总产值的55.4%和54.76%，相应地粮食作物的种植面积也占总种植面积的91.42%和82.67%，是秭归县农业的支柱产业。秭归县由于耕地资源的缺乏，粮食产量严重不足，政府鼓励农民开荒拓田增加粮食种植，因此在这一时期秭归县的耕地面积增加了5 786.67 hm2。然而在2014年的普查中粮食作物总产值急剧下降到7.8%，种植面积也下降到35.31%。与此相对，经济作物总产值从1956年的28.74%和1981年的25.87%迅速增长到2014年的55.04%，种植面积也增长到64.69%，成为秭归县农业新的支柱产业。在秭归县政府和农业科研单位的引导和扶持下，秭归县大力发展茶叶、柑橘、核桃和高山蔬菜等经济作物，经济作物的种植规模和总产值都得到了快速增长。耕地面积在2014年不但没有增加，反而降低到1956年的水平，说明经济作物的种植效益远高于粮食作物，是山区人民脱贫致富的有效途径。秭归县的农业产业结构的转型充分发挥了秭归县多山地区的资源和品质优势，避开了耕地资源有限的劣势，利用自身的特色产业带动了整个县农业的全面发展，为秭归县人民收入的增长提供了有力的保障。
3.2粮食作物种植结构单一，地方品种逐渐消失
农作物的种植结构与农业产业的可持续发展息息相关，主要受到气候因素、技术因素、经济因素和政策因素的多重影响[9，10]，是衡量一个地区农业产业发展水平的重要参考指标。秭归县的粮食作物主要以玉米、水稻、小麦、大豆、番薯和马铃薯为主，其中玉米、番薯和马铃薯的种植面积较高，是秭归县人民的主要口粮。2014年普查时秭归县种植的粮食作物全部为市场化的培育品种，而在1956年和1981年普查时收集到的地方品种则完全绝迹。近年来农村农业人口大规模进城务工，导致农村劳动力减少和部分土地的拋荒，而培育品种由于产量高、经济效益好、便于栽培管理等优点，深受农民的喜爱，逐渐完全取代了地方品种，成为秭归县粮食作物的主要栽培品种。随着市场的优胜劣汰，好的品种必然会替代差的品种，导致当地作物种植结构单一。地方资源是当地长期驯化的产物，对当地的环境适应能力更强，对当地的病虫害具有较强的抗性，而培育品种在育种时往往侧重于产量和经济效益，如果当地种植结构单一，可能会产生病虫害大规模爆发减产的危机。因此，当地政府和农业科研机构应当合理布局粮食作物的种植结构，并对现存的粮食作物地方品种进行抢救性地收集和保存，为挖掘地方品种的优良抗性基因、培育适合当地环境的粮食作物优良品种提供资源基础。
3.3 经济作物地方品种与培育品种并重，重视保护和开发特色资源
随着中国居民生活水平的提高，人们对优质的蔬菜、水果、茶叶等经济作物的需求也越来越高。秭归县经济作物的种植历史悠久，保存了大量的珍贵野生资源，如蔬菜中的勺儿菜和本地辣椒，水果中的桃叶橙、红肉脐橙以及茶叶中的本地大叶茶和丝绵茶等。不同于粮食作物中本地品种的消失，2014年普查中发现秭归县的蔬菜、果树和茶叶均保留了一定规模的地方特色品种，尤其是茶叶中地方品种和培育品种各占1/2。近年来由于政府的政策支持和农业科研单位的技术支持，秭归县大力发展果树和茶叶产业，通过大规模种植经济作物来调整当地的农业产业格局、提高山区农民的经济收入水平。为了更好地保护这些珍贵的地方种质资源并充分发挥其价值，秭归县政府及相关科研单位采取了一系列的开发和保护措施。湖北省农业科学院果树茶叶研究所和秭归县特产技术研究中心从桃叶橙18号中选育了高产、高糖的金峡桃叶橙[12.13];研究者通过建立茶叶良种比对园，选择优良丝绵茶单株进行繁育，选育出适合秭归县地方环境的优良丝绵茶品种[14];宜昌市农业局通过移植桃叶橙进行精细资源保存及栽培模式创新研究等。
总之，农作物种质资源是农作物育种和遗传理论研究的基础，具有不可替代性。在农业发展和规划中，应该在注重野生和地方种质资源的收集和保存的基础上，加强对地方品种品质的提升和栽培模式的创新，促进地方优秀种质资源的高效利用。
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基金项目：农业部物种品种资源保护费项目（ 111721301354052034）;第三次全国农作物种质资源普查与收集行动
作者简介：宋放（1991-），男，安徽六安人，助理研究员，博士，主要从事柑橘品质营养及栽培生理研究，（電话）18771951820（电子信箱）fsong_ray@163.com;并列第一作者，吴黎明（1979-），男，湖南郴州人，副研究员，硕士，主要从事柑橘杂交育种及资源搜集工作，（电子信箱）270246387@qq.com;通信作者，蒋迎春，主要从事柑橘资源评价及新品种选育工作，（电子信箱）546447505@qq.com;焦春海，主要从事作物种质资源研究工作，（电子信箱）jiaoch@hocmail.com。
