吉林省玉米单产发展历程与提升路径分析

马文慧, 郑淑波, 李岩, 路明*

(1.全国农业技术推广服务中心，北京 100125；2.吉林省农业科学院，长春 130033)

吉林省地处世界黄金玉米带腹地，是世界三大黄金玉米带之一，丰沛的降水、充足的日照和肥沃的黑土让吉林成为中国产粮大省。玉米是吉林省农业生产的重中之重，2020年玉米播种面积428.72万hm2，分别占全省粮食播种面积和全国玉米播种面积的75.45%和10.39%；产量达2 973.44×107kg，分别占全省粮食总产量和全国玉米总产量的78.18%和11.41%；单产6 935.55 kg·hm-2，比全国玉米平均水平高9.79%[1]。吉林省委省政府提出“十四五”粮食产量要迈上400亿kg新台阶[2]，玉米是保障粮食增产的重要支撑，但增加种植面积已基本没有可能，唯有提升单产水平。本研究依托《中国统计年鉴》数据[3]，系统梳理了建国以来吉林省玉米单产的变化趋势，提出吉林省玉米发展的策略和建议，为率先实现农业现代化、确保国家粮食安全提供参考。

1 吉林省玉米品种单产阶段划分及科技贡献

1.1 建国以来吉林省玉米产量变化特点

自1949年新中国成立以来，吉林省玉米种植面积、单产和总产量呈明显上升趋势(图1)，至2020年，总产量从119.5×107增至2 973.44×107kg，增加了2 853.94×107kg，增幅达24.9倍；种植面积由96.53万增至428.72万hm2，增加了332.19万hm2，增幅达4.5倍；单产由1 237.96增至6 935.62 kg·hm-2，提高了5 697.67 kg，增幅达5.6倍，年平均增长率2.46%。单产的增加和种植面积的扩大对总产增加均发挥了重要作用，其中，单产的贡献率为47.38%，种植面积的贡献率52.62%。

图1 1949—2020吉林省玉米的种植面积与产量

1.2 吉林省玉米品种单产发展阶段划分

分析吉林省玉米单产的变化特征，结果(表1)表明，吉林省玉米平均单产呈逐步上升趋势。20世纪70—80年代单产的变异系数较大，其中以80年代最大，变异系数为23.28%；80年代后玉米单产的变异系数逐步缩小，到21世纪10年代单产变异系数为7.17%，由此表明，吉林省玉米单产稳定提高。吉林省玉米单产的增幅以20世纪70—80年代最大，70年代玉米平均单产较60年代增加82.2%；80年代较70年代增加92%。20世纪80年代的单产年均增长速度最高，为193.5 kg·hm-2；其次为21世纪初，年均增长速度为143.6 kg·hm-2。

表1 吉林省玉米单产变化特征

依据玉米单产的变化特征可将吉林省玉米发展历程划分为四个阶段：20世纪50—60年代为增长徘徊期；20世纪70—90年代为快速增长期；21世纪初为下降期；21世纪10年代至今为恢复增长期。

1.3 良种对不同时期吉林省玉米品种单产提升的贡献

1.3.1增长徘徊期：20世纪50—60年代 建国初期，由于整体生产水平和科技水平较低，种植品种以低产的农家品种为主，耕作栽培管理粗放，化肥施用量甚少、病虫害防治不力，再加上自然灾害等因素，玉米单产增加缓慢，由1 237.96增至1 367.9 kg·hm-2，仅增加了129.94 kg·hm-2，增幅为10.5%；平均单产1 426.98 kg·hm-2，变幅为1 009.38～1 887.5 kg·hm-2，年平均增长率仅为0.50%。此阶段，玉米生产以农家品种为主，主要有英粒子、白头霜、红骨子、金顶子等。为进行玉米品种改良和利用，1954—1956年对19个县的地方品种进行了调查、收集和整理，推广种植了公主岭82、公主岭83等杂交种；50年代末至60年初选育出了吉双2号、吉双4号等双交种，吉双2号是吉林省第一个双交种，比当地农家种增产15%～20%，实现了从农家种到杂交种的第一次飞跃，成为吉林省玉米品种演变、更新换代的里程碑。1966年开始推广种植吉双83，其是吉林省累积种植面积最大且种植时间最长的双交种。1966年吉林省玉米单产较1965年提高了17.4%。虽然选育了一批双交种，但因当时生产条件所限，未能全面推广，60年代杂交种应用面积仅占玉米总播种面积的15.48%[4]。

1.3.2快速增长期：20世纪70—90年代 20世纪70—90年代是吉林省玉米快速发展的阶段，玉米杂交种，特别是单交种快速发展。该阶段玉米单产迅速提高，由1 949.58增至7 125.21 kg·hm-2，增加了5 175.62 kg·hm-2，增幅为265.47%；平均单产4 651.12 kg·hm-2，变幅为1 673.11～7 949.04 kg·hm-2，年平均增长率达5.65%。70年代是吉林省玉米育种的黄金时代，实现了双交种向单交种的转变，杂交种的大量应用是该阶段玉米单产跃上新台阶的关键因素。到70年代末，玉米杂交种的应用面积占全省的80%；80年代，全省玉米杂交种应用面积达到95%～98%，基本实现杂交化。此阶段代表品种不仅有吉林省自育的吉单101、四单8号、吉单159、四单19、白单9号、吉单131等，还包括外引的丹玉13、中单2号、本育9号、铁单4号等。其中，吉单101是吉林省由双交种向单交种转变的里程碑代表品种，较其他推广杂交种增产约15%，累计推广面积超过450万hm2[4-5]。此外，十一届三中全会以后，党的工作重心转移到经济建设上，实行了联产承包责任制，粮食收购价格的提高极大地激发了科技人员和农民的积极性。

1.3.3下降期：21世纪初 20世纪90年代末到21世纪初，玉米生产进入低谷，玉米单产、总产出现下滑。2000年玉米单产为4 520.09 kg·hm-2，较1999年下降了36.6%，平均单产6 077.97 kg·hm-2，变幅为4 520.09～7 127.47 kg·hm-2，最高单产仅比1999年增加2.27 kg·hm-2，年平均增长率1.78%。一方面粮价持续低迷，种粮效益较低，因此，农民积极性不高；另一方面随着社会经济的发展，农业劳动力大量转移，玉米生产中劳动力投入严重不足、管理水平明显下降。此阶段代表品种主要包括郑单958、吉单180、吉单209、豫玉22、四密21、四密25、四单19等。其中，郑单958自2005年起一跃成为第一大品种，连续5年种植面积居第一位，年推广面积最高达到57.7万hm2，极大推动了玉米单产的回升。

1.3.4恢复增长期：21世纪10年代至今 2006年后，国家在东北地区实行玉米临时收储政策，玉米单价持续增长，极大地提高了农民种粮积极性，使玉米生产呈现恢复性增长，单产由6 204.36增至6 935.62 kg·hm-2，增加731.26 kg·hm-2，增幅为11.79%，平均单产7 270.82 kg·hm-2，变幅为6 204.36～7 827.68 kg·hm-2，年平均增长率1.39%。这一时期推广了先玉335、翔玉998、农华101等中熟品种及京科968、郑单958、良玉99、天农九等晚熟品种，这些杂交种耐密植、抗病性强、适应性广，为增密种植、简化栽培和机械化作业奠定了基础。其中，美国先锋公司选育的先玉335自2010年起连续7年种植面积居第一位，2012年种植面积占全省玉米面积的25.8%[6]。2016年以后，以京科968、翔玉998等品种改变了一家品种独大的局面(图2)[7]。“十三五”期间，机械化籽粒收获成为发展方向，吉单66、泽玉8911等适合籽粒机收获的新品种被选育和推广[8]，其中吉单66入选2019年中国农业农村重大科技成果十大新产品。

图2 2010—2019年吉林省主推玉米品种更替

2 吉林省玉米单产的国内外比较

2.1 吉林省玉米单产与我国玉米单产的比较

对1949—2020年吉林省玉米单产与全国玉米平均单产进行比较，结果(图3)表明，吉林省玉米平均单产(4 309.15 kg·hm-2)较全国玉米平均单产(3 520.52 kg·hm-2)高22.4%；年平均增长率(2.46%)略低于全国平均增长率(2.69%)；年遗传增益(107.9 kg·hm-2)高于全国平均水平(82.9 kg·hm-2)。

图3 1949—2020年吉林省与全国玉米单产对比

根据比较结果可划分为三个阶段：1949—1982年保持同步发展，吉林省玉米平均单产为1 918.76 kg·hm-2，仅比全国玉米大田平均单产高4.4%(1 837.17 kg·hm-2)，年平均增长率(3.35%)略低于全国平均水平(3.77%)；1983—1999年快速增长阶段，吉林省玉米单产(6 133.07 kg·hm-2)显著高于全国玉米单产(4 391.91 kg·hm-2)，年平均增长率(1.76%)略低于全国平均水平(2.09%)；2000年至今，吉林省玉米单产增速减缓，与全国玉米单产差距缩小，平均单产为6 702.8 kg·hm-2，比全国玉米平均单产(5 540.54 kg·hm-2)高21.0%，年平均增长率(2.16%)高于全国平均水平(1.60%)。

2.2 吉林省玉米单产与美国玉米单产的比较

对1961—2020年吉林省玉米单产与美国玉米单产进行比较，结果(图4)表明，美国玉米平均单产为7 439.46 kg·hm-2，较吉林省玉米平均单产(4 885.09 kg·hm-2)高52.3%；年平均增长率(1.73%)低于吉林省(2.77%)；年遗传增益(117.33 kg·hm-2)与吉林省(117.47 kg·hm-2)相近。

图4 1961—2020年吉林省与美国玉米单产对比

根据比较结果可划分为三个阶段：1961—1982年，美国玉米单产显著高于吉林省，较吉林省玉米平均单产高142.8%，但年平均增长率(2.88%)低于吉林省(4.76%)；1983—1999年，吉林省玉米单产快速提升，与美国差距逐渐缩小，此阶段美国玉米平均单产较吉林省高19.16%，但年平均增长率(3.39%)高于吉林省(1.76%)；2000年至今，吉林省玉米单产与美国玉米单产差距再次增大，此阶段美国玉米平均单产为9 780.02 kg·hm-2，较上一阶段每公顷提高2 472.06 kg，而吉林省玉米平均单产为6 702.8 kg·hm-2，较上一阶段每公顷提高569.73 kg，但美国玉米的年平均增长率(1.14%)低于吉林省(2.16%)。

分析吉林省玉米单产与美国玉米单产存在差距的原因主要来源于品种。美国于20世纪50年代就开始推广应用单交种，时间要早于吉林省[9]；而吉林省则是在20世纪70年代。随着生物技术的应用，首个耐系统性广谱除草剂草甘膦的转基因玉米于1996年获准在美国上市；第一个含有抗玉米螟蛋白(Bt Cry蛋白)的转基因玉米于1996年获准上市。尤其是转基因抗虫玉米可以有效抵抗害虫的危害，极大地减少了杀虫剂的使用[10]。而我国目前玉米品种对除草剂和虫害抗性较低，极易遭受虫害和杂草的影响。造成吉林省玉米单产与美国玉米单产存在差距的另一个原因是育种技术和育种方向。美国玉米品种改良由生物技术和全程机械化生产技术驱动，育成的品种表现为抗虫、耐除草剂、早熟、中矮杆、耐密植、茎秆坚韧、抗倒伏、耐旱、耐逆、籽粒脱水快、中型果穗、群体产量高，目前平均种植密度为80 000株·hm-2。而吉林省玉米品种是由传统杂交育种技术、生态区育种和农民追求“高杆大穗”驱动的品种改良，育成的品种表现为果穗大、单穗产量高、中晚熟、收获期籽粒含水量高、抗病、适应性好，但种植密度显著低于美国，目前平均种植密度为60 000株·hm-2。

2.3 吉林省玉米品种区试单产的比较

1995年我国开展了农作物新品种区域试验示范展示工作，到1999年基本调整、完善了玉米等七类主要粮油作物的品种区域试验，品种审定工作走向正规化、标准化。2000—2019年吉林省共审定玉米品种795个(中国种业大数据平台数据)。2019年审定玉米品种的平均单产为11 935.5 kg·hm-2，较2000年审定玉米品种的平均单产(9 469.35 kg·hm-2)提高了26.04%；较同期的吉林省玉米大田单产高63.6%，年遗传增益提高84.77 kg·hm-2(图5)。回归分析表明，玉米品种区域试验单产每增加1 kg·hm-2，吉林省大田玉米生产实际单产增加0.53 kg·hm-2。对吉林省玉米品种区试单产与美国玉米生产大田单产进行比较(图5)，吉林省玉米区域试验单产较美国玉米大田生产单产高12.5%，年遗传增益高76.25 kg·hm-2。

图5 2000—2019年吉林省玉米区域试验单产与大田单产及美国单产对比

3 当前制约吉林省玉米单产提升的主要问题

吉林省玉米种植面积已经超过70%以上，继续依靠增加种植面积来提高总产已经不太可能，唯有提高单产是增产的必然途径，但目前提升玉米单产面临一系列问题。

3.1 玉米单产不稳，总体增益不高

近十年来(2011—2020年)，吉林省玉米单产处于增长徘徊期，年平均增长率为-3.58%。其中，2011—2017年为增长期，年平均增长率1.44%；而2018—2020年为下降期，年平均增长率为-3.87%，干旱、台风频发等恶劣气候严重影响玉米生产，2018年单产(6 616.5 kg·hm-2)下降严重，为近十年来历史最低。

3.2 品种竞争力不强，不能满足高质量发展需求

从历史上看，吉林省曾是东北地区和全国农作物种业发展的“领头羊”。现阶段，吉林省虽然每年审定品种数量较多，仅2020年吉林省国审、省审玉米品种就分别有87和162个，但仍以常规育种为主，因此，品种同质化较为严重，自主突破性品种缺乏，与吉林省玉米主产区的地位严重不符。随着玉米产业的不断发展，对品种提出了新要求，目前选育的品种已经无法满足高质量发展和市场多元化消费的需求，特别是长期以来一直以“高产”为目标，导致适宜机收的资源和品种较少，资源高效型品种、优质功能营养型品种和专特用品种缺乏。

3.3 推动玉米良种创新的基础研究薄弱

对标发达国家，吉林省玉米种业科技原始创新面临巨大挑战，主要表现在以下几方面:①突破性创新种质缺乏。种质资源是种业的“芯片”，是品种选育的物质基础。我国不是玉米原产国，种质资源多依赖国外引进，遗传基础日趋狭窄，同质化问题突出。②重大前沿育种技术研发和应用不足。近年来，玉米遗传改良跨入革命性新阶段，以全基因组选择和基因编辑等为代表的“革命性”前沿关键技术的突破推动育种技术进入新一轮技术革命。目前，国际玉米育种正向育种4.0阶段发展，核心目标是建立“基因组智能设计育种”的多技术交叉跨学科体系，推动育种技术从“艺术”到“科学”到“智能”的革命性转变[11-12]。而吉林省玉米育种技术仍处于2.0～3.0阶段，单倍体育种技术已经得到应用，但最新的全基因组选择育种、基因编辑育种等尚处于蹒跚起步阶段，造成品种培育效率和水平较低[13]。

3.4 支撑玉米生产的资源和技术基础不牢

吉林省拥有发展玉米生产良好的土壤条件和光温资源，是世界三大黄金玉米带之一，可与美国玉米带相比，但因追求高产导致了化肥、农药等过量施用，肥沃的黑土地正“变少、变薄、变瘦”[14]。据调查，吉林省耕地的耕层厚度已从20世纪80年代初的25～30 cm减为20 cm左右，耕层逐渐变浅、变硬，土壤蓄水能力和生产能力明显下降[15]。吉林省农田基础设施建设滞后，尽管至2020年累计建成高标准农田3 530万亩(235.33 hm2)，但也仅占全省耕地面积的三分之一。与美国等发达国家相比[16]，吉林省玉米生产以农户耕作为主，生产及组织方式规模小，生产机械化程度低。

4 提升吉林省玉米单产的科技发展建议

面向未来玉米产业发展重大需求，以提升玉米综合生产能力为主要目标，吉林省玉米产业应着力攻克一批关键核心技术，培育重大突破性新品种，推进产业化，支撑吉林省玉米单产年增长率达到2%，保障我国玉米安全生产和有效供给。

4.1 扎实开展玉米种质资源保护、鉴定、评价基础性工作

实施种质资源普查与收集、系统调查和抢救性收集任务，加大力度引进国外玉米种质资源，构建种质资源保护、鉴定技术体系，实施种质资源基因型和表型精准鉴定，建立种质资源共享分发和成果权益分享机制。

4.2 强化玉米种质扩增、遗传改良

高度认识种质创新的重大意义，强化原创种质创新，实施前育种研究计划，以适应机械化、优质化、绿色化为选育目标，聚合创制综合性状优良、育种利用价值高的突破性新种质，奠定优良品种选育基础。

4.3 开展区域性玉米应用基础研究

针对新时期吉林玉米产业发展战略需求，强化基础研究与应用研究协同创新，挖掘制约春玉米生产的重要性状基因，解析重要性状的遗传基础和遗传机制，研究吉林玉米种质资源形成与演化规律，大力提升生物育种的水平和能力。

4.4 突破玉米关键核心育种技术

突破基因编辑、全基因组选择、基因组智能设计等前沿育种技术，优化完善单倍体育种、分子标记等关键技术，集成构建玉米精准设计育种技术体系，持续推动传统育种技术的改造升级，实现育种精准化、高效化和规模化。

4.5 加快重大自主玉米新品种智能化精准选育

面向新时期玉米生产发展需求，集成应用现代育种技术，开展规模化、数字化、精准化测试，培育高产稳产、优质安全、多抗广适、绿色高效、适宜机械化生产的重大新品种，有序推进利用生物技术选育新品种。

4.6 创新黑土地玉米绿色丰产生产技术

以“保护好黑土地这一‘耕地中的大熊猫’”与绿色丰产为主线，研发玉米持续增产能力的土壤培肥技术，加快全程机械化高效栽培技术研究，加强病虫害预测预报与绿色防控技术研发，集成土壤耕作与耕层构建、适宜品种、密植精播、肥水高效利用、病虫害绿色防控和机械化收获技术，形成区域玉米丰产高效生产技术模式，支撑玉米综合生产能力提升。