蔗糖主產(chǎn)國甘蔗單產(chǎn)及產(chǎn)糖率改良進(jìn)展

胡朝暉，潘永保，WERAPON Ponragdee

（1.廣東省科學(xué)院南繁種業(yè)研究所，廣州 510316；2.全國甘蔗糖業(yè)信息中心，廣州 510316；3.美國農(nóng)業(yè)部甘蔗研究所，美國路易斯安那州；4.泰國農(nóng)業(yè)部大田與可再生能源作物研究所，泰國曼谷）

0 引言

根據(jù)美國農(nóng)業(yè)部（USDA）統(tǒng)計(jì)資料，1959—2021 年，全球食糖產(chǎn)量由5 721.2 萬t 增加至18 553.7 萬t，其中，甘蔗糖由3 857.9萬t增加至14 678.8萬t，甜菜糖由1 848.6萬t增加至3 874.9萬t，全球食糖產(chǎn)量變化與甘蔗糖產(chǎn)量變化趨勢一致（圖1）；在食糖占比方面，1959—2021 年，甘蔗糖占比一直高于甜菜糖，近5個(gè)榨季即2016/2017 至2020/2021 年榨季，甘蔗糖平均占比為78.01%，甜菜糖占比為21.99%，2020/2021 年榨季甘蔗糖占79.12%，甜菜糖占20.88%（圖2），總體而言甘蔗糖占比呈增加趨勢，而甜菜糖占比呈降低趨勢。

圖1 全球甘蔗糖、甜菜糖和食糖產(chǎn)量變化趨勢Fig.1 Global cane sugar,beet sugar and sugar production trends

根據(jù)2018 年聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）全球甘蔗種植面積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，排名前五的國家依次為巴西、印度、中國、泰國和巴基斯坦，甘蔗種植面積依次為1 004.22萬hm2、473.00萬hm2、140.56 萬hm2、137.22萬hm2和110.19萬hm2；其次，墨西哥、古巴、澳大利亞、菲律賓、阿根廷、印度尼西亞、哥倫比亞、美國、危地馬拉和南非10個(gè)國家甘蔗種植面積均在28.58萬hm2～78.59萬hm2（圖3），其他國家甘蔗面積低于28萬hm2[1]。以上國家中，僅澳大利亞和美國蔗區(qū)具備優(yōu)越的灌溉條件，危地馬拉等部分國家蔗區(qū)雨量極為豐富。巴西、印度、中國、泰國、巴基斯坦、墨西哥、古巴、菲律賓和南非9個(gè)甘蔗主產(chǎn)國甘蔗生產(chǎn)以雨養(yǎng)型旱地為主。

本文以5 個(gè)榨季為一階段，將2011/2012 榨季至2020/2021 年榨季的10 個(gè)榨季劃分為2011/2012—2015/2016 年榨季的5 個(gè)榨季和2016/2017—2020/2021 年榨季的5 個(gè)榨季，分析了甘蔗種植面積排名全球前15 位中，巴西、印度、中國、泰國、巴基斯坦、墨西哥、古巴、菲律賓和南非9 個(gè)國家的甘蔗單產(chǎn)和產(chǎn)糖率及其增幅與年遺傳增益，以期為相關(guān)行業(yè)提供參考信息。

1 全球主要甘蔗育種技術(shù)及其成效

1.1 全球主要甘蔗育種技術(shù)

據(jù)國際甘蔗技師協(xié)會(huì)（International Society of Sugar Cane Technologists,ISSCT）統(tǒng)計(jì)，甘蔗品種改良的科技貢獻(xiàn)率高達(dá)60%[2]。甘蔗新品種選育和應(yīng)用，是促進(jìn)糖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)措施。雜交育種是甘蔗育種上成效最顯著，育成品種最多的方法。各蔗糖生產(chǎn)國均高度重視甘蔗新品種的選育。在甘蔗新品種選育方面，從種質(zhì)資源收集、評價(jià)、雜交利用，到雜交后代的選擇，蔗糖主產(chǎn)國通過相關(guān)應(yīng)用研究，均已形成了成熟的技術(shù)體系。一是在親本信息方面，澳大利亞、巴西、美國等具有完善的親本數(shù)據(jù)信息；二是在雜交花穗生產(chǎn)方面，注重殺雄避免自交在大多育種程序中應(yīng)用，光周期誘導(dǎo)技術(shù)在美國、澳大利亞等國家應(yīng)用；三是在選擇技術(shù)方面，多采用家系評價(jià)結(jié)合單株選擇的技術(shù)方法，并在此通過家系評價(jià)或經(jīng)濟(jì)遺傳值估算親本育種潛力；四是在育種策略方面，以巴西、澳大利亞為典型的分區(qū)育種，從實(shí)生苗開始在不同區(qū)域選育新品種，印度、泰國和美國針對不同區(qū)域開展品種選育；五是在分子輔助育種方面，法國國際農(nóng)業(yè)研究中心開發(fā)的Bru1褐銹病抗性分子標(biāo)記在巴西、美國等國家甘蔗育種程序中大量應(yīng)用，用于評價(jià)親本及后代褐銹病抗性。

1.2 全球主要甘蔗育種成效

據(jù)ISSCT甘蔗品種志（Sugarcane Variety Notes）分析，全球設(shè)有甘蔗育種機(jī)構(gòu)的國家共有56 個(gè)。巴西、印度、中國、泰國等蔗糖生產(chǎn)大國均具備完善的甘蔗育種技術(shù)體系。巴西育成‘RB’、‘SP’和‘CTC’系列主栽品種，泰國育成‘KK’、‘K’、‘LK’和‘UT’等系列主栽品種，印度育成‘Co’系列主栽品種。然而，部分國家地區(qū)甘蔗育種起步較晚，目前仍然以引進(jìn)品種為主。通過新品種的選育和推廣應(yīng)用，有力地推動(dòng)了全球甘蔗平均單產(chǎn)的提升。根據(jù)FAO 統(tǒng)計(jì)資料分析，從1961 年至2018 年，全球甘蔗公頃產(chǎn)量由51.15 t 增加至70.65 t，增加19.50 t/hm2，增幅38.12%。按照60%的品種貢獻(xiàn)率，育種貢獻(xiàn)增幅11.7 t/hm2。在1961/1962 年榨季至2017/2018年榨季的57個(gè)榨季內(nèi)，年育種貢獻(xiàn)為205 kg/hm2。

2 近10個(gè)榨季全球甘蔗主產(chǎn)國單產(chǎn)、產(chǎn)糖率改良進(jìn)展

2.1 單產(chǎn)及其增幅對比

根據(jù)布瑞克農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)、USDA和FAO統(tǒng)計(jì)資料，將2011/2012年榨季至2020/2021年榨季的10個(gè)榨季分為2011/2012年榨季至2015/2016年榨季的5個(gè)榨季和2016/2017年榨季至2020/2021年榨季的5個(gè)榨季，并取5個(gè)榨季內(nèi)每個(gè)國家的甘蔗單產(chǎn)均值進(jìn)行對比。如表1所示，2011/2012年榨季至2015/2016年榨季的5個(gè)榨季，9個(gè)國家甘蔗平均單產(chǎn)為38.53～70.61 t/hm2，平均62.10 t/hm2，甘蔗單產(chǎn)由高至低依次為印度（70.61 t/hm2）、墨西哥（69.87 t/hm2）、中國（69.51 t/hm2）、南非（66.92 t/hm2）、泰國（66.17 t/hm2）、巴西（61.67 t/hm2）、菲律賓（58.81 t/hm2）、巴基斯坦（56.76 t/hm2）和古巴（38.53 t/hm2）。2016/2017年榨季至2020/2021年榨季的5個(gè)榨季期間，9個(gè)國家甘蔗平均單產(chǎn)為41.31～76.81 t/hm2，整體平均單產(chǎn)達(dá)64.68 t/hm2。甘蔗單產(chǎn)由高至低依次為中國（76.81 t/hm2）、印度（76.72 t/hm2）、南非（69.82 t/hm2）、墨西哥（69.14 t/hm2）、泰國（64.09 t/hm2）、巴西（63.50 t/hm2）、巴基斯坦（62.42 t/hm2）、菲律賓（58.32 t/hm2）和古巴（41.31 t/hm2）；中國甘蔗單產(chǎn)高于印度，顯著（P＜0.05）高于其他7個(gè)國家。與上一個(gè)5個(gè)榨季平均甘蔗單產(chǎn)相比較，全球甘蔗單產(chǎn)平均提高了2.58 t/hm2，增幅由高至低依次為中國（7.30 t/hm2）、印度（6.11 t/hm2）、巴基斯坦（5.66 t/hm2）、南非（2.90 t/hm2）、古巴（2.78 t/hm2）和巴西（1.83 t/hm2）。另外3個(gè)國家，菲律賓、墨西哥和泰國甘蔗單產(chǎn)較上5個(gè)榨季呈降低趨勢。與上5個(gè)榨季相比較，中國甘蔗單產(chǎn)由第三上升至第一，是9個(gè)國家中單產(chǎn)增幅最大的。

表1 2011/2012—2015/2016 及2016/2017—2021/2021 年榨季蔗糖主產(chǎn)國甘蔗平均單產(chǎn)和產(chǎn)糖率及其增幅Table 1 Average cane yield and sugar recovery in main cane sugar production country from 2011/2012-2015/2016 and 2016/2017-2021/2021 crushing season

2.2 產(chǎn)糖率及其增幅對比

根據(jù)布瑞克農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)提供的9 個(gè)國家甘蔗產(chǎn)糖率數(shù)據(jù)，將2011/2012 年榨季至2020/2021年榨季的10 個(gè)榨季分為2011/2012 年榨季至2015/2016年榨季的5個(gè)榨季和2016/2017 年榨季至2020/2021 年榨季的5 個(gè)榨季，并取各國5個(gè)榨季產(chǎn)糖率的平均值進(jìn)行對比。結(jié)果如表1所示，2011/2012年榨季至2015/2016年榨季的5個(gè)榨季，9 個(gè)國家甘蔗平均產(chǎn)糖率為9.50%～12.13%，甘蔗產(chǎn)糖率由高至低依次為巴西（12.13%）、墨西哥（11.83%）、中國（11.83%）、南非（11.37%）、泰國（10.43%）、古巴（10.01%）、巴基斯坦（9.97%）、菲律賓（9.75%）和印度（9.50%）。2016/2017 年榨季至2020/2021 年榨季的5 個(gè)榨季期間，9 個(gè)國家甘蔗產(chǎn)糖率為7.76%～12.59%，甘蔗產(chǎn)糖率由高至低依次為中國（12.59%）、巴西（12.44%）、墨西哥（11.69%）、南非（11.55%）、泰國（11.01%）、巴基斯坦（10.06%）、菲律賓（10.00%）、印度（9.80%）和古巴（7.76%），中國甘蔗產(chǎn)糖率高于巴西、墨西哥和南非，顯著（P＜0.05）高于印度等其他5個(gè)國家。與前5個(gè)榨季平均甘蔗產(chǎn)糖率相比較，全球甘蔗產(chǎn)糖率無增加。產(chǎn)糖率增幅（百分點(diǎn)）由高至低依次為中國（0.76）、泰國（0.58）、巴西（0.31）、印度（0.30）、菲律賓（0.25）、南非（0.18）和巴基斯坦（0.09），墨西哥和古巴產(chǎn)糖率呈降低趨勢。與上5 個(gè)榨季相比較，中國甘蔗產(chǎn)糖率由并列第二上升至第一，在9個(gè)國家中甘蔗產(chǎn)糖率最高，增幅最大。此外，泰國甘蔗產(chǎn)糖率增幅也較高，達(dá)到了0.58%（絕對值）。

2.3 單產(chǎn)遺傳增益對比

根據(jù)表1單產(chǎn)增幅數(shù)據(jù)，按照甘蔗品種改良貢獻(xiàn)率60%計(jì)算，獲得9 個(gè)國家甘蔗單產(chǎn)的年遺傳增益如圖4A 所示。從2011/2012—2015/2016 年榨季至2016/2017—2020/2021 年榨季，中國、印度、巴基斯坦、南非、古巴和巴西6 個(gè)甘蔗主產(chǎn)國單產(chǎn)年遺傳增益呈正效應(yīng)，單產(chǎn)年遺傳增益分別為876.00、732.96、678.48、346.92、333.36、220.08 kg/hm2，其他3 個(gè)國家的單產(chǎn)年遺傳增益呈現(xiàn)負(fù)效應(yīng)。9 個(gè)國家中，中國的甘蔗單產(chǎn)年遺傳增益最高。

2.4 產(chǎn)糖率遺傳增益對比

根據(jù)表1甘蔗產(chǎn)糖率增幅數(shù)據(jù)，按照甘蔗品種改良貢獻(xiàn)率60%計(jì)算，獲得9個(gè)國家甘蔗產(chǎn)糖率的年遺傳增益如圖4B 所示。從2011/2012—2015/2016 年榨季至2016/2017—2020/2021 年榨季，中國、泰國、巴西、印度、菲律賓、南非和巴基斯坦7個(gè)甘蔗主產(chǎn)國產(chǎn)糖率年遺傳增益呈正效應(yīng)，產(chǎn)糖率年遺傳增益百分點(diǎn)數(shù)（絕對值）分別為0.091、0.069、0.036、0.036、0.030、0.021 和0.011。古巴和墨西哥甘蔗產(chǎn)糖率年遺傳增益呈現(xiàn)負(fù)效應(yīng)。9個(gè)國家中，中國甘蔗產(chǎn)糖率年遺傳增益最高。

3 中國甘蔗主產(chǎn)區(qū)成功實(shí)現(xiàn)新一代良種更新

高產(chǎn)高糖是甘蔗育種品種改良的主要目標(biāo)。臺灣甘蔗研究所選育的‘新臺糖’系列品種曾經(jīng)長期作為中國甘蔗產(chǎn)區(qū)的主栽品種。如‘新臺糖22 號’在1998年至2007 年的10年時(shí)間內(nèi)，在廣西區(qū)種植面積占比已高達(dá)62%以上[3]，2011 年已接近70%[4]；在廣東省湛江[5]、海南[6]均表現(xiàn)出較好的適應(yīng)性；在生態(tài)環(huán)境復(fù)雜的云南蔗區(qū)，據(jù)2012 年云南省甘蔗生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，‘新臺糖22 號’單個(gè)品種種植面積占比高達(dá)26.41%[7]。作為無性繁殖作物，隨著栽種年限的延長，近年來，病原的積累已導(dǎo)致‘新臺糖22號’種性退化[4,8-10]。2007—2010 年廣西全區(qū)糖料蔗單產(chǎn)分別為77.10、72.75、69.90、69.30 t/hm2，累計(jì)降低了10.12%[8]，且‘新臺糖22號’抗寒性弱[11-12]，易感黑穗病[13-14]及蔗糖分較低等缺點(diǎn)需要改良[7]。

2010年以來，中國大陸甘蔗育種機(jī)構(gòu)先后育成并推廣了一批‘桂糖’、‘桂柳’、‘粵糖’和‘云蔗’系列高產(chǎn)高糖品種。如‘桂糖42 號’[14]、‘柳城05136’、‘云蔗05-51’等高產(chǎn)高糖品種在全國主產(chǎn)蔗區(qū)作為主栽品種快速推廣應(yīng)用，占比逐年增加，在較短時(shí)間內(nèi)大面積替換了‘新臺糖’系列品種。從2014/2015年至2020/2021年榨季，‘新臺糖’品種種植面積占比由70.69%下降到2020/2021年榨季的23.30%，大陸自育品種種植面積占比由29.31%上升至76.70%（圖5）。根據(jù)FAO 統(tǒng)計(jì)資料，自1961年以來，我國甘蔗單產(chǎn)僅有2006—2007 年單產(chǎn)略高于全球平均水平。近年來，通過新一代良種的推廣應(yīng)用，中國甘蔗單產(chǎn)穩(wěn)步增加，自2014/2015年榨季起已連續(xù)5個(gè)榨季高于全球平均單產(chǎn)（圖6），是全球同類蔗區(qū)中甘蔗單產(chǎn)最高的國家（表1）。同時(shí)，高產(chǎn)高糖品種的推廣應(yīng)用，有效提升了中國甘蔗產(chǎn)糖率，大陸自育品種大規(guī)模替換‘新臺糖’系列品種以來，2016/2017年榨季至2020/2021年榨季，中國甘蔗產(chǎn)糖率較上一個(gè)五年增加了0.76%（絕對值），在9個(gè)同類甘蔗生產(chǎn)國中增幅最大，平均產(chǎn)糖率最高，產(chǎn)糖率年遺傳增益最大（圖4B）。

圖5 近年新臺糖品種和大陸自育品種占比變化趨勢Fig.5 Changing trend of“ROC”cultivars and cultivars developed in China's Mailand

圖6 2010/2011—2018/2019年榨季中國和全球平均甘蔗單產(chǎn)Fig.6 Average sugarcane yield in China and world during the 2010/2011-2018/2019 crushing season

4 結(jié)語

甘蔗是全球最主要的糖料作物，甘蔗糖約占全球食糖產(chǎn)量的八成，甘蔗單產(chǎn)和產(chǎn)糖率是甘蔗生產(chǎn)2個(gè)最重要的指標(biāo)。2016/2017—2020/2021年榨季這最近的5個(gè)榨季與2011/2012—2015/2016年榨季的5個(gè)榨季相比較，9個(gè)甘蔗生產(chǎn)大國中，中國、印度、巴基斯坦、南非、古巴和巴西單產(chǎn)增幅、單產(chǎn)年遺傳增益呈正效應(yīng)；中國、泰國、巴西、印度、菲律賓、南非和巴基斯坦的產(chǎn)糖率增幅、產(chǎn)糖率年遺傳增益呈現(xiàn)正效應(yīng)。

2016/2017 年榨季至2020/2021 年榨季的5 個(gè)榨季，中國甘蔗主產(chǎn)區(qū)選育的‘桂糖’、‘桂柳’、‘粵糖’、‘云蔗’系列高產(chǎn)高糖品種種植面積占比由29.31%上升至76.70%，‘新臺糖’系列品種種植面積占比由70.69%下降至23.30%，中國甘蔗單產(chǎn)由2011/2012—2015/2016 年榨季5 個(gè)榨季平均的69.51 t/hm2增加至2016/2017—2020/2021 年榨季5 個(gè)榨季平均的76.81 t/hm2，增加7.30 t/hm2，增幅10.5%，年遺傳增益為876.00 kg/hm2，在類似的9 個(gè)甘蔗生產(chǎn)國中，單產(chǎn)、單產(chǎn)增幅和年遺傳增益均位列第一；同時(shí)，中國甘蔗產(chǎn)糖率由2011/2012—2015/2016 年榨季5個(gè)榨季平均的11.83%增加至2016/2017—2020/2021 年榨季5 個(gè)榨季平均的12.59%，增漲0.76%（絕對值），年遺傳增益為0.091 個(gè)百分點(diǎn)，在9 個(gè)甘蔗生產(chǎn)大國中，甘蔗產(chǎn)糖率及其增幅和年遺傳增益均位列第一。