中美牧草种子生产比较

王雪萌， 张 涵， 宋 瑞， 刘 备， 张铁军， 毛培胜， 贾善刚*

(1.中国农业大学草业科学与技术学院， 北京 100193； 2.北京林业大学草业与草原学院， 北京 100083)

美国是世界上草种业最为发达的国家之一[9-10]，在牧草种子生产、销售、产业化和地域性方面走在国际前列。随着世界经济一体化步伐推进，我国草种业发展应与包括美国在内的国际牧草种子生产先进国家迅速接轨。本文基于我国牧草种子统计数据，并结合美国的数据，比较分析了中美两国在牧草种子生产方面的差异和我国的发展潜力，包括牧草种子生产种类和规模、专业化生产的地域性、新品种选育、产业化与机械化、生产技术研究等方面，以期借鉴美国经验，为我国草种业的稳步发展提供参考。

1 牧草种子生产规模及我国进口种子概况

1.1 牧草种子生产种类和规模情况

中国草原面积约为4×108hm2，占国土面积的41%，相当于耕地面积的3倍，林地面积的4倍，主要分布在西藏、内蒙古、新疆、青海、四川、甘肃等省区[11-12]。20世纪50年代中国建立了20余个草籽繁殖场，但是种子产量极低；20世纪80年代，中国牧草种子生产开始快速发展，特别是种子质量检测技术体系的建设，大大推动了草种业的现代化和标准化[13]。进入21世纪之后，政府对草业的发展更加重视，牧草种子生产在种类和规模上得到全面提升。“十二五”期间，全国共建设牧草种子繁育基地100个，其中包括苜蓿(Medicago)种子繁育基地48个。牧草种子产量从1989年的25 000 t增长到2017年的84 000 t[14-15]。数据统计结果显示，牧草种子田种植面积呈下降趋势，但牧草种子总产量相对稳定，单产在2013年获得了很大的提升，从615 kg·hm-2上升到947 kg·hm-2，随后略有下降(图1)。

图1 中国牧草种子种植面积和种子产量统计(2010—2017)Fig.1 Statistics on planting area and seed yield of forage seed in China (2010 to 2017)注：数据来源于全国畜牧总站编著的2010—2017年《中国草业统计》Note：Data from China Grassland Statistics (2010 to 2017) compiled by National Animal Husbandry General Station

中国牧草种子生产田面积较大的主要是紫花苜蓿(Medicagosativa)、燕麦(Avenasativa)、披碱草(Elymusdahuricus)、苏丹草(Sorghumsudanense)、老芒麦(Elymussibiricus)、多花黑麦草(Loliummultiflorum)和羊草(Leymuschinensis)。其中，紫花苜蓿种植面积(38 233 hm2)最大，单产为320 kg·hm-2；燕麦单产最高，达到了2 241 kg·hm-2；羊草种植面积最小，单产也最低，只有173 kg·hm-2[15](图2A)；美国牧草种子生产田面积排名靠前的主要是黑麦草(Loliumperenne)、羊茅(Festucaovina)、紫花苜蓿等。其中，黑麦草种植面积(93 943 hm2)最大，单产为1 711 kg·hm-2；而雀麦(Bromusjaponicus)的单产最高，为5 438 kg·hm-2[16-17](图2B)。

图2 中美两国2017年种植面积前7位的牧草种子生产情况[16,18]Fig.2 The forage seed production of the top 7 planting area in China and U.S.A. in 2017

根据全国畜牧总站编著的2010—2017年《中国草业统计》，对我国2010—2017年之间牧草种子单产变化趋势进行分析，可以发现，2013年和2014年是一个关键节点，全国牧草种子单产在这2年间得到了巨大的提升(图1)。比如，2012年紫花苜蓿种子单产为249 kg·hm-2，2014年提升到370 kg·hm-2；2012年老芒麦种子单产为420 kg·hm-2，2014年为600 kg·hm-2；2012年羊草种子单产为145 kg·hm-2，2014年提升到321 kg·hm-2；2012年燕麦种子单产为2 622 kg·hm-2，2014年为3 097 kg·hm-2(图3)；这些结果与全国牧草种子单产的提升(图1)是相符的。2012年和2017年中国紫花苜蓿种子的全国总产量分别为11 559 t和12 217 t，单产分别为249 kg·hm-2和320 kg·hm-2。需要指出的是，我国新疆建设兵团2017年紫花苜蓿种子单产达到了1 280 kg·hm-2[15]，远高于全国平均单产水平。虽然目前我国牧草种子的单产在稳步提升，但仍有很大提升空间。

图3 2010—2017年我国四种牧草种子单产变化Fig.3 Seed yield per hectare of four forage species in China from 2010 to 2017注：数据来源于全国畜牧总站编著的2010—2017年《中国草业统计》Note：Data from China Grassland Statistics (2010 to 2017) compiled by National Animal Husbandry General Station

20世纪40年代美国的牧草种子生产作为牧草生产的副产品，种子平均产量在150～300 kg·hm-2；之后牧草种子生产水平不断提高，在1999年时种子平均单产达到1 125 kg·hm-2[19-20]。美国牧草种子生产区主要分布在加利福尼亚州、俄勒冈州、怀俄明州等，2008年牧草种子田面积为570 000 hm2，年产457 000 t；据2017年统计，美国牧草种子生产田面积排在前面的主要是黑麦草、羊茅、紫花苜蓿、草地早熟禾、红三叶、狗牙根和鸭茅(图2B)，而牧草种子生产田面积下降到了307 400 hm2[21]。2019年，单就俄勒冈州的禾本科和豆科牧草种子田而言，面积达到约200 000 hm2，年产量约330 000 t[22]。

另外，就2017年中美部分牧草的种植情况来看，我国草种业的生产数据与美国相比还有一定差距(表1、表2)。以黑麦草最为显著，中国生产田面积只有440 hm2，而美国则达到93 943 hm2。2012年和2017年美国紫花苜蓿种子的总产量分别为25 826 t和28 980 t，单产分别为684 kg·hm-2和715 kg·hm-2[16]。中美紫花苜蓿种子田面积比较接近，但是由于我国单产水平几乎只有美国的一半(表2)，导致苜蓿种子的总产量不及美国总产量的一半；更为显著的是，我国苏丹草种子田面积为美国的2倍，但单产却不足美国的三分之一。

表1 2017年中美部分牧草种子田面积比较Table 1 Comparison of field area of selected forage seeds between China and U.S.A. in 2017 单位：hm2

表2 2017年中美部分牧草种子单产比较Table 2 Comparison of seed yield per hectare between China and U.S.A. in 2017 单位：kg·hm-2

中美两国牧草种子结构虽然都在不断调整，但是通过比较2012年和2017年部分牧草种子单产的变化幅度(图4)，发现中国牧草种子结构变化剧烈，而美国则相对稳定，变化幅度在50%范围内。这一数据反映出中美牧草种子产业上的差异，美国牧草种子生产具有集约化、规模化及生产地域稳定性的特点，从而使其单产可以保持在一个相对稳定的状态。

在借鉴国内外流域管理联席会议制度成功经验的基础上，提出了汉江流域水资源管理与保护联席会议制度方案，包括联席会议的成员单位、主要任务、运行机制等内容。初步考虑，联席会议召集单位为长江水利委员会，成员单位包括流域内各省级行政区政府及相关部门、重要水利水电工程管理部门以及电网调度运行管理部门。

图4 中美两国部分牧草种子单产2017年较2012年的变化幅度统计Fig.4 Fluctuation of seed yield per hectare of selected forage between China and U.S.A. in 2017 and 2012注：中国：中国草业统计；美国：USDANote:China:China Grassland Statistics,U.S.A.:United States Department of Agriculture

1.2 中国进口牧草种子情况

牧草种子是发展草牧业的物质基础。近年来，我国对牧草种植地域性、种植人员专业化、机械专业化的重视以及各项政策的实施，使得草种业迅猛发展，但仍然存在一定的限制因素。由于对牧草种子的需求量不断加大，国产牧草种子的供给量仅达到总需求量的30%[15]，所以对国外种子的依赖状况在短时间内无法改变，每年都需要进口大量牧草种子。20世纪90年代以来，我国牧草种子的进口量呈逐年上升的趋势(图5A)，1999年牧草种子进口6 400 t，2019年进口51 300 t[23]，2020年达到了61 100 t[24]，呈持续增高的趋势。我国优良牧草用种约60%依赖进口，草地草坪草用种约95%依赖进口，生态修复草用种在国内生产几乎是空白[25]。据2020年统计，我国紫花苜蓿种子生产只能基本满足国内的需要，同时对黑麦草种子的需求正在增加(图5B)[15-26]。2000—2020年，苜蓿种子进口量增长了88%，三叶草种子进口量增长了近4倍，黑麦草种子增长了14倍；我国牧草种子进口的来源国比较稳定，从美国进口的羊茅种子占81%、黑麦草种子占71%、三叶草种子占15%[23]。美国进口牧草种子的质量优于国内草种，且价格较低。虽然进口牧草种子对我国地域环境的适应性相对较差、栽培管理要求高，还存在国外杂草和病原侵入的风险[27-29]，但我国草种业在短时间内仍无法降低对国外牧草种子的依赖。

图5 中国牧草种子进口情况(数据来自中国海关)Fig.5 The import situation of forage seed in China (Data from China Custom)注：A,2000—2019年中国草种子进口量。B,2000—2019年主要牧草种子进口量Note:A,the forage seed imported from 2000 to 2019 in China. B,Major forage seed imported from 2000 to 2019 in China

2 中国和美国牧草种子生产的地域性

牧草种子产量和单产的提升，离不开地域性生产，中美都高度重视牧草种子专业化生产的地域性。牧草种子生产需要选择适宜的生产地域，满足牧草生长对环境的要求。生产地域的集中能加强牧草种子产业的集约化和规模化管理，进而保证牧草种子的高产稳产。近年来，牧草种子地域性生产越来越成为业内的共识。

中国地域辽阔，横跨热带、亚热带、温带、寒带等热量带，具有多样的气候和地势[30]。在适合的地域进行种子生产是获得高产稳产的前提条件[31]。我国牧草种子产地主要集中在北方的内蒙古、青海、新疆和甘肃等11个省，南方的四川、海南和贵州等10个省，共21个省市自治区，产量占全国的91%[11]。甘肃省日照充分，昼夜温差较大，虽然降雨稀少，约70%的地区年降水量少于500 mm，但是灌溉系统发达，比较适合牧草种子生产，是中国紫花苜蓿种子主产区；与之相比，南方的四川省主要生产毛苕子(Viciavillosa)、箭筈豌豆(Viciasativa)和紫云英(Astragalussinicus)等种子[11]。

紫花苜蓿种子生产区主要是甘肃河西走廊生产带、黄河河套生产带、天山北麓生产带和新疆和田生产带(图6A)。需要指出的是，甘肃省作为最大的紫花苜蓿种子生产省份，单产只有353 kg·hm-2；而宁夏自治区产量相对较高，达到780 kg·hm-2，这与美国的平均水平(715 kg·hm-2)相当[15]。老芒麦种子的主要生产基地有4个，分别为蒙冀种子生产带、甘肃河西走廊种子生产带、青海种子生产带和川西北高原种子生产带，均可获得较高的种子产量[11]；鸭茅主要生产地域为新疆和四川盆地，其中四川鸭茅种子单产为525 kg·hm-2，新疆为300 kg·hm-2，2017年我国鸭茅种子单产为304 kg·hm-2；美国单产则达到了769 kg·hm-2[11,15-16]；披碱草主要种植在北方蒙冀交界、甘肃河西走廊、新疆天山、青海和川西北高原地区[11]。

图6 2017年中美紫花苜蓿种子主要种植区域及产量Fig.6 Main production area and yield of alfalfa seed in China and U.S.A. in 2017注：A,中国；B,美国(中国：中国草业统计；美国：USDA)Note:A,China;B,U.S.A. (China:China Grassland Statistics,U.S.A.:United States Department of Agriculture)

除此之外，我国某些地区仍然片面地认为种植牧草会大量占用农耕地，所以牧草种子田大多是在荒地、退化草地和盐碱地上发展，土壤有机质含量低、土地不平整、盐碱重、灌溉条件差[32]。立地条件的限制造成了牧草出苗难、出苗不齐，在田间管理上漏水漏肥，产量上不去，水肥投入成本高、效果差等。这也是我国牧草种子单产低的重要原因[33]。

美国地处北美大陆南部，幅员辽阔，几乎涵盖了世界上所有的气候类型，年均降雨量500～1 500 mm。在我国牧草种子生产还处于起步、摸索阶段时，美国就对地域性生产有了一定的认识。以紫花苜蓿种子生产田为例，1974年美国全国草种子田种植地域比较分散，单产约为270 kg·hm-2；华盛顿州和内布拉斯加州种子田的面积接近，但是单产差异显著，分别为535 kg·hm-2和85 kg·hm-2[34]。经过几十年的发展，随着专业化牧草育种计划的实施以及专业化种子生产的深入，美国牧草种子的生产向地域性和专业化方向转变。1997年牧草种子生产地域主要集中到美国西北部，基本形成了现在地域性建设的格局，以美国西部加利福尼亚州和俄勒冈州最为典型[35]，其中俄勒冈州是最重要的禾本科牧草种子生产区。

美国紫花苜蓿种子生产基地一般集中在气候适宜，灌溉条件完善的西北地区，如加利福尼亚州、爱达荷州、蒙大拿州、华盛顿州和怀俄明州(图6B)。2017年USDA统计，加利福尼亚州作为最大的紫花苜蓿种子生产区单产达到605 kg·hm-2，爱达荷州单产达到了1 112 kg·hm-2。羊茅种子产区主要有密苏里州、俄勒冈州和华盛顿州，其中华盛顿州的单产达到了2 077 kg·hm-2。多年生黑麦草的主要产区为俄勒冈州、明尼苏达州和宾夕法尼亚州，宾夕法尼亚州的种植面积只有270 hm2，单产能达到1 501 kg·hm-2；俄勒冈州的单产达到了1 823 kg·hm-2[16]。

3 牧草品种选育

我国牧草育种工作主要是以科研单位为主[36]。美国牧草育种工作主要由公立机构、种子公司以及个体进行，特别是种子公司，其科研育种的工作速度快、规模大、投入力度大、科技创新能力强、产业链完善[37-38]，美国2家主要的牧草育种公司为国际牧草遗传公司(Forage Genetics International)和杜邦先锋(Dupont Pioneer)[39]。

截至2019年，我国审定登记的牧草品种共584个，其中育成品种217个，引进品种175个[40]。2020年，我国审定登记的牧草品种增加20个，包括10个育成品种和7个引进品种[41]。美国每年育成的苜蓿品种达到30个以上，2015年单年，美国审定登记了192个苜蓿品种，与我国近30年育成的品种数量接近[11]。我国草品种审定登记数量在持续增加，平均每年审定通过17个，其中育成品种仅为审定登记品种数量的37%，而引进品种则达到31%[13]。我国牧草育种工作主要是针对抗旱、抗寒、耐盐碱和抗病虫害等抗性问题开展的[42]。虽然从美国引入的牧草品种具有较高的质量，但引入我国后仍受当地土壤与气候条件的限制，如从美国匹克公司引进4个苜蓿品种在吉林进行试验，结果表明这4个苜蓿品种的越冬率、适应性均不如我国的‘公农1号’[43]；在黑龙江进行的引种试验发现，来自我国的3个苜蓿品种综合表现最好，而从美国引进的9个品种在各项性能方面表现不一[44]。

所以，我国草种业的发展不能单纯依靠国外进口草种，应加强在品种选育上的技术创新、加大优良遗传性状在牧草上的应用力度、构建现代化选育机制、选育适合我国自然经济条件的新品种，还可以通过引进国外优良品种，提取优良基因，从而缩短育种周期，实现优质种源的稳定发展[45-46]。

4 牧草种子生产的产业化和机械化

美国是世界上最大的牧草种子生产国和出口国，美国种业领先世界的原因是其种业科技实力强，有完备的基础研究—技术开发—商业化育种体系，在应用生物技术育种方面发展十分迅速[47]。企业是产业发展的中坚力量，对整个产业的带动和进步具有重要促进作用，美国牧草种子生产主要是依靠Syngenta,Monsanto,Corteva和Allied Seed LLC等这些大公司的科研投入来研发新产品(表3)。例如，Syngenta是以先进的育种和生物技术创新为基础的，致力于研究出能够在恶劣气候条件下、有挑战性的土壤上茁壮生长的品种；Allied Seed LLC作为一家全方位服务的牧草和草坪草种子公司，在紫花苜蓿、羊茅、一年生黑麦草等的生产和管理上有独到的见解和完善的管理技术。与美国相比，我国牧草种子企业规模相对较小，多为地方性的中小规模公司。而对于具有一定规模的牧草种子企业，其经营多以“进口+销售”或者“生产+销售”模式为主，投资进行品种选育的意愿不足，还未真正形成集育、繁、推、产、加、销于一体的产业化模式，没有充裕的资金、人才、设备从事规模化的种子培育、生产和推广，更缺乏与国际重量型牧草种子公司竞争的实力，而且，我国品种培育大多采用的是育种周期长、培育数量少的传统方法[48-51]。

表3 美国主要的种子公司Table 3 The major seed companies in U.S.A.

美国在牧草种子生产机械方面实力雄厚，拥有几个世界驰名且国际化运营的农业机械生产公司，如John Deere,Case IH和New Holland(表4)；这些公司总资产庞大，拥有强大的研发能力和产品开发能力。John Deere公司的牧草种子联合收割机S系列和X系列，拥有全自动化控制系统，效率高、操作简便；Case IH公司收割机的设计与自动化系统结合，旨在实现高效化收获及最大化田间生产率。我国牧草种子机械研制主要以科研院所为主，比如，“十三五”期间，中国农业科学院草原研究所研制出的9BS-2.4型苜蓿草种籽播种机；中国农业机械化科学研究院呼和浩特分院和内蒙古大博金田机械有限公司，研制出的9BQM-3.0型牧草免耕播种机(草原免耕补播改良机)以及9ZZ-3.0型牧草种子收获机，2020年7月在内蒙古鄂尔多斯市鄂托克旗进行了试验，结果表明该收获机可以按行收获苜蓿种子，但不适用于收获行距不清或不分行种植的苜蓿种子。

表4 美国主要的农业机械公司Table 4 The major agricultural machinery companies in U.S.A.

根据农业部牧草种子质量监督检测中心的检验结果显示，我国牧草种子质量较差，牧草种子质量合格率只有50%，一级品率不超过20%[52]。我国牧草种子生产的产业化和机械化起步晚、发展慢，不能保障品种真实性和种子质量，品种混杂等问题突出，导致我国牧草种子质量参差不齐[53-54]。

5 牧草种子生产技术专业化

提高种子产量的措施主要表现在播种、施肥、灌溉、授粉、杂草控制、病虫防治、外源激素调控、收获机械、收获后田间管理等技术方面[55-61]，中美2国都在相关领域开展了专业研究。

美国在苜蓿和禾本科牧草混播同期开花、联合共生固氮控制、切叶蜂授粉辅助生产、根瘤菌接种及杂草控制等技术上取得重要进展[62-63]；同时，配备先进的灌溉控制系统、田间牧草生长检测系统、配套收割打捆等机械，实现了牧草种子高效、低损、优质标准化的生产。以种子产量低、品质差的百喜草(Paspalumnotatum)为例，美国采用去叶施肥的方法：即在五月份进行去叶处理后施氮60 kg·hm-2，可显著提高种子产量[64]。开发利用化学引诱剂，在田间施用诱食剂，增加苜蓿切叶蜂(Eutricharaearotundata)在种子生产田的停留时间，提高苜蓿授粉率，从而增加苜蓿种子产量[65]。在春季施44 kg·hm-2氮肥并在种子萌发启动阶段分施33 kg·hm-2氮肥，可使种子产量大幅提高；若第1次施肥推迟到返青后4周，则会显著降低种子产量[66]。

我国从20世纪90年代中期开始对牧草种子生产管理技术进行研究。比如，播种行距一般设置为15，30，45，60，90，120 cm等，具体行距要根据草种及环境进行确定。鸭茅最适行距为90 cm，草地早熟禾(Poapratensis)为30 cm，高羊茅(Festucaelata)在30～60 cm能够获得最佳种子产量[67]。在北疆地区生产紫花苜蓿的适宜行距是60 cm，种子产量可达到766 kg·hm-2，行距为100 cm时种子产量达到最低值为578 kg·hm-2[68]；在宁夏灌区，紫花苜蓿的行距为90 cm时可获得最佳产量1 560 kg·hm-2[69]。施肥和灌溉均能提高种子的产量水平[70]，尤其是灌溉[71-72]，灌溉可以使苜蓿种子单产达到1 500 kg·hm-2以上。而最优的处理是施肥和灌溉2因素最佳水平的组合，如草地早熟禾前1年秋季1次性施肥与返青期、拔节孕穗期和抽穗—初花期供水3次相配合，每次供水量为5～8 cm，这种组合情况下小穗数、穗粒数、千粒重、籽粒产量均显著提高[73]。在我国内蒙古进行的苜蓿切叶蜂试验发现，放养切叶蜂的增产效果为对照的5倍[74]。

6 我国牧草种子产业发展建议

(1)针对草种业科技力量薄弱、产业链条不完整等瓶颈问题，我国西部六省区的自然资源具备与美国等草种生产先进国家相似的条件，应积极发挥西部几个省区的资源优势。尽快建设国家草种专业化生产带，加强与现代生物技术的结合，提高牧草种子的商业化程度。

(2)针对不同饲草种类、地域特点的专业化种子扩繁技术体系不完善问题，围绕豆科牧草中紫花苜蓿、白三叶(Trifoliumrepens)、柱花草(Stylosantheshumilis)和白刺花(Sophoraviciifolia)，禾本科牧草中多花黑麦草(Loliummultiflorum)、老芒麦、鸭茅、羊草、无芒雀麦、碱茅(Puccinelliadistans)、垂穗披碱草(Elymusnutans)和狼尾草(Pennisetumalopecuroides)等重要牧草，在生态适宜区设立牧草种子生产集中区，建设若干个良种繁育基地，实现牧草种子产业优质种源稳定发展。

(3)加快新品种选育。建立良种繁育专项基金，引进国内外育种专家，加强多学科的交流学习，解决进口牧草种子无法适应国内气候和环境的难题，加快牧草种子单产提升的步伐。同时，及时将品种优势转化为现实生产力，使新品种尽快应用于生产。

(4)研发推广具有我国地方特色的牧草种子生产配套机械，包括播种、中耕除草、施肥和收获等环节的机械设备。加强机械化耕作的关键装置、机械化收获技术与配套装置智能控制方面的研究。

(5)在大型牧草种子生产龙头企业的培育和扶持方面加大力度，结合牧草种子专业化生产的地域性推广，发展现代化种子领军企业和具有国际竞争力的大型企业，提高牧草种子的商品化程度以及市场竞争力，构建完备的草种生产信息体系。树立牧草种子生产系统观，将地域性、产业化、机械化和技术专业化有机结合，积极吸取先进国家的经验，最终促进牧草种子生产工作的稳步推进。

总之，在牧草种子生产中建立专业化良种繁育基地、输出专业化人才、深化对国内地域性的认识、研究适合我国不同气候条件的种子田建植与养护管理技术、采用专业化田间管理方法、及时掌握我国牧草种子生产动态，这对推动我国草业的健康持续发展具有重要的意义。