我國小麥種業(yè)科技研發(fā)現(xiàn)狀與展望

文丨劉錄祥

小麥?zhǔn)俏覈匾目诩Z作物。黨的十八大以來，以習(xí)近平同志為核心的黨中央把保障糧食安全作為治國理政的頭等大事，提出了“確保谷物基本自給、口糧絕對安全”的新糧食安全觀。目前，我國人均糧食占有量超過470公斤，高于人均400公斤的國際糧食安全標(biāo)準(zhǔn)線，小麥品種的自主率為100%。做好小麥種業(yè)科技研發(fā)對保障我國糧食安全有著重要的意義。

一、小麥產(chǎn)業(yè)基本面

我國小麥的單產(chǎn)水平居世界先進水平。全世界小麥年種植面積在30～33億畝之間，總產(chǎn)達到7.0～7.8億噸。我國作為小麥生產(chǎn)和消費大國，常年種植面積3.5億畝，總產(chǎn)連續(xù)8年超過1.3億噸，2022年總產(chǎn)達到1.38億噸。2022年平均單產(chǎn)水平達到了390.4公斤/畝，10年間增加了22.3%。我國小麥平均單產(chǎn)水平低于英國、法國和德國等單季種植的國家，但比美國、加拿大、澳大利亞、俄羅斯等小麥出口大國高70%；比同屬一年兩熟制的印度高60%。

小麥單產(chǎn)提升對總產(chǎn)發(fā)揮決定性作用。小麥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是以科技支撐為基礎(chǔ)的。過去70多年，小麥總產(chǎn)從1949年的1381萬噸增加到2021年的13695萬噸，增長了8.9倍。小麥平均畝產(chǎn)從1949年的42.8公斤增加到2021年的387.3公斤，增長了8倍。改革開放以來，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)性調(diào)整，小麥種植面積不斷降低，從4.4億畝減少到2021年的3.5億畝，幾乎減少了1億畝，但平均畝產(chǎn)從123公斤增加至387.3公斤，帶動總產(chǎn)從0.54億噸提升到1.37億噸。這表明小麥單產(chǎn)的貢獻對總產(chǎn)持續(xù)提升發(fā)揮了決定性作用。

我國優(yōu)質(zhì)麥進口呈快速增長態(tài)勢。從1978年開始，我國已經(jīng)開始對優(yōu)質(zhì)麥進口作出結(jié)構(gòu)調(diào)整。2020年優(yōu)質(zhì)麥進口量顯著增加，超過800萬噸，2021年進口972萬噸。2022年進口量達到996萬噸，同比增加1.9%，噸價同比增長22.3%，進口小麥噸價逐月增長，從1月份平均噸價365.1美元，增加至10月份的416.7美元。據(jù)不完全統(tǒng)計，2010—2021年，小麥主產(chǎn)區(qū)優(yōu)質(zhì)強筋小麥品種僅占同期本區(qū)域推廣品種總數(shù)的8%。因此，未來需要持續(xù)落實調(diào)優(yōu)結(jié)構(gòu)政策，不斷提升優(yōu)質(zhì)小麥品種占比。這既是滿足國內(nèi)自身消費的需求，也是節(jié)約外匯的重要措施。

黃淮麥區(qū)產(chǎn)量差成因與解決路徑。近些年出現(xiàn)一種現(xiàn)象，農(nóng)作物品種的大面積平均產(chǎn)量與同期報道的高產(chǎn)創(chuàng)建的記錄產(chǎn)量往往存在較大的差距，我們稱其為“產(chǎn)量”差。2022年，從北部冬麥區(qū)到長江中下游麥區(qū)，多地小麥高產(chǎn)創(chuàng)建達到畝產(chǎn)800公斤以上，而黃淮麥區(qū)更是出現(xiàn)了9個實打驗收典型案例畝產(chǎn)達900公斤以上。據(jù)測算，黃淮地區(qū)小麥理論最高畝產(chǎn)可以達到1600公斤。2022年小麥畝產(chǎn)最高紀錄為950公斤，只實現(xiàn)了理論最高產(chǎn)量的59%；近年來國家級區(qū)域試驗平均畝產(chǎn)為515公斤左右，只實現(xiàn)了理論最高產(chǎn)量的32%，部分品種可以達到畝產(chǎn)650公斤，但仍與理論最高產(chǎn)量差距較大；而同期農(nóng)戶畝產(chǎn)量僅有415公斤，為理論最高產(chǎn)量的26%。究其原因，主要是缺乏可重復(fù)的區(qū)域性高產(chǎn)高效配套技術(shù)，加之實用技術(shù)到位率低、共性技術(shù)精準(zhǔn)度不夠等。因此，需要進一步探索高產(chǎn)潛力挖掘和新技術(shù)突破，加強集成區(qū)域性高產(chǎn)高效協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)、推廣并精準(zhǔn)實施新技術(shù)、提高配套農(nóng)藝措施的精準(zhǔn)度，逐漸縮短產(chǎn)量差。

二、小麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展重大需求

保障國家口糧絕對安全。小麥在保障國家口糧絕對安全中占據(jù)重要戰(zhàn)略地位，因此小麥生產(chǎn)舉足輕重，其豐產(chǎn)對全年糧食的增產(chǎn)和豐收起到帶動和鼓舞作用。俗話說，夏糧豐收，全年主動，我國利用不足10%的耕地面積生產(chǎn)了世界20%的糧食總量，小麥生產(chǎn)起到了積極的帶動作用。

推進小麥綠色可持續(xù)發(fā)展。我國水資源嚴重短缺，淡水資源總量占全球水資源的6%，人均水資源僅占世界的1/4，其中農(nóng)業(yè)用水占用水總量的62%。小麥?zhǔn)切杷髴簦急狈睫r(nóng)業(yè)用水的70%，水資源的短缺導(dǎo)致小麥常年受旱面積約1億畝，減產(chǎn)50億公斤以上。未來小麥品種和生產(chǎn)的節(jié)水化是實現(xiàn)小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、大幅度提高中低產(chǎn)田產(chǎn)量、保障糧食安全，推進綠色可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

促進小麥品質(zhì)多元化與國民營養(yǎng)健康。目前，我國優(yōu)質(zhì)專用小麥的需求仍依賴進口，主要用于制作高檔面包和糕點，配粉用麥連年增加，因此需要逐步以技術(shù)創(chuàng)新來彌補優(yōu)質(zhì)麥需求的缺口。同時，兼具營養(yǎng)特色的功能性產(chǎn)品開發(fā)對改善國民營養(yǎng)健康十分重要，如富鋅、富鐵、高抗性淀粉、高膳食纖維等小麥可以滿足不同消費人群的差異化需求。此外，從品種端到加工產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈，對功能專用型產(chǎn)品的實際需求增長較快，迫切需要優(yōu)化農(nóng)產(chǎn)品供給結(jié)構(gòu)。

掌握小麥產(chǎn)業(yè)國際競爭主動權(quán)。隨著氣候變化和國際地緣政治沖突加劇，國際小麥?zhǔn)袌霾淮_定性增加，必須加大小麥自主產(chǎn)能，降低對外依賴。國際種業(yè)競爭核心主要依靠原創(chuàng)科技，針對面臨的技術(shù)創(chuàng)新挑戰(zhàn)，必須做好小麥源頭科技創(chuàng)新，突破小麥種業(yè)科技關(guān)鍵核心技術(shù)。我國小麥產(chǎn)業(yè)市場相對較小，小麥種業(yè)市值常年在160億元左右，種業(yè)企業(yè)自育和科企合作育成品種合計占比約25%，需要加快培育具有國際競爭力的小麥種業(yè)企業(yè)。

三、我國小麥產(chǎn)業(yè)體系科技研發(fā)新進展

育成小麥新品種大面積推廣應(yīng)用，支撐種源自主可控。2022年，國家小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系遺傳改良研究室收集評價小麥種質(zhì)資源9380份，引進包括東方小麥、阿拉拉特小麥、提莫菲維小麥等261份，從中篩選出產(chǎn)業(yè)急需的強抗旱種質(zhì)、高抗穗發(fā)芽和強筋高抗莖基腐病等資源。不斷優(yōu)化和改良小麥育種技術(shù)與方法，如小孢子離體誘變技術(shù)、高通量突變基因篩選TILLING技術(shù)等。組裝了超強筋小麥品種濟麥44的基因組，開發(fā)出的多種不同用途的小麥液相芯片，分別用于小麥基礎(chǔ)研究和育種應(yīng)用?？寺『徒馕龆鄠€重要農(nóng)藝性狀基因，如矮稈抗倒伏基因Rht8、干旱應(yīng)答信號通路TaSnRK2.10等。闡明了河南省小麥遺傳改良過程中品種的氮素吸收利用和籽粒生產(chǎn)效率遺傳改良進展。通過遠緣雜交，將外緣冰草有益基因?qū)氲皆耘嗥贩N中，為小麥產(chǎn)量和抗性改良提供了創(chuàng)新種源。構(gòu)建了以小麥骨干親本“京411”為背景的全外顯子大容量突變體庫，為小麥功能基因挖掘與新品種培育提供了重要材料基礎(chǔ)，并在國內(nèi)外公開發(fā)放。

國家小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系年均育成小麥新品種130個左右。其中2022年育成國審品種54個、省審品種70個。15個品種入選2022年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部主導(dǎo)品種，占全國小麥生產(chǎn)主導(dǎo)品種的60%；所育成冬小麥品種年推廣面積占全國總面積的36%以上，超過1.05億畝。一些冬小麥品種如“濟麥22”“煙農(nóng)19”“魯原502”“鄭麥9023”“鄭麥1860”等，已經(jīng)在生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用。

水肥耕種土全環(huán)節(jié)集成技術(shù)促進小麥產(chǎn)量和效益提升。國家小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系栽培與土肥研究室研發(fā)的冬小麥節(jié)水省肥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)技術(shù)等8項技術(shù)入選2022年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部糧油生產(chǎn)主推技術(shù)。稻茬小麥滅茬免耕帶旋播種技術(shù)等13項技術(shù)入選2022年度省級農(nóng)業(yè)主推技術(shù)。水肥耕種土全環(huán)節(jié)集成技術(shù)的推廣應(yīng)用，可使小麥產(chǎn)量實現(xiàn)3.1%～11.8%的增產(chǎn)，水分利用效率提高6.0%～22.7%，土壤主要肥力指標(biāo)提高6.5%以上，溫室氣體減排25%以上，每畝節(jié)本增收可達120～200元。

對麥田水氮協(xié)同增效機理的研究，為小麥綠色生產(chǎn)提供了理論支撐。在測墑補灌節(jié)水34.4%條件下，施氮顯著調(diào)節(jié)了各生育階段的耗水量。相比傳統(tǒng)方式減氮22.2%，可顯著降低硝態(tài)氮淋溶的風(fēng)險。開發(fā)了豐產(chǎn)綠色節(jié)水增效關(guān)鍵技術(shù)及裝備，實現(xiàn)小麥農(nóng)田精準(zhǔn)高效用水，支撐了黃淮海平原糧食安全與水安全。創(chuàng)新“實時監(jiān)測—快速診斷—智能決策—精準(zhǔn)實施”水肥一體化精準(zhǔn)施用控制裝置，集成了黃淮海平原控水、提質(zhì)、增效技術(shù)模式。

秸稈還田有利于土壤培肥，其關(guān)鍵技術(shù)在于將秸稈的有效生物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橥寥赖挠袡C質(zhì)。目前研究表明，秸稈來源生物炭引起的作物產(chǎn)量變化與土壤關(guān)鍵物種的豐富度和多樣性密切相關(guān)，可為生物炭在不同土壤上的高效利用提供新策略。

小麥主要病蟲害監(jiān)測防控與致病機制解析獲重大突破。國家小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系病蟲草害防控研究室從感病基因入手來解析致病機制、培育抗病品種，是一種全新的病蟲害防控策略。研究鑒定到首個小麥條銹菌感病基因-細胞質(zhì)激酶類受體基因TaPsIPK1，為作物抗病育種開辟了新路徑和新材料。陳劍平院士、許為鋼院士評論該研究工作兼具理論突破性和生產(chǎn)應(yīng)用價值，是植物病理學(xué)與作物抗病育種領(lǐng)域的標(biāo)志性成果；實現(xiàn)了抗病與農(nóng)藝性狀的協(xié)同，是實現(xiàn)種源自主可控，提升種業(yè)原始自主創(chuàng)新能力的跨越性突破。

針對赤霉病菌，國際上已經(jīng)明確了草歐菌素與真菌麥角甾醇的互作機制，篩選獲得了能顯著抑制赤霉菌子囊殼形成的生防菌ZJU23。該研究不但加深了對赤霉病機制的了解，也為后續(xù)防治藥物的開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。此外，詳細報道了赤霉病菌侵染小麥的過程，降低病菌對硝化脅迫的抵抗能力可有效提高寄主抗性，為抗性小麥材料的創(chuàng)制提供新思路。

持續(xù)改良機械效能，高質(zhì)量服務(wù)小麥全程機械化生產(chǎn)。小麥?zhǔn)侵饕r(nóng)作物中機械化程度最高的，耕種收綜合機械化程度達到97%以上。國家小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系機械化研究室在一些特殊區(qū)域，特別是生態(tài)脆弱區(qū)，推廣免少耕播種技術(shù)和復(fù)式耕播技術(shù)取得了很好的效果。實施小麥免少耕播種技術(shù)，在玉米秸稈覆蓋地實現(xiàn)高效小麥免少耕播種，播種深度合格率大于80%。利用復(fù)式耕播技術(shù)，可一次完成深松、旋耕整地、分層施肥、碎土鎮(zhèn)壓、開溝播種、覆土等多項作業(yè)；作業(yè)后地表平整、松土深度穩(wěn)定性系數(shù)大于87%、地表平整度標(biāo)準(zhǔn)差0.663。在此帶動下，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部設(shè)立了“保護性耕作（黃河流域）機械化科研基地”。

提升種業(yè)創(chuàng)新條件能力、轉(zhuǎn)型升級數(shù)字化小麥產(chǎn)業(yè)，用科技支撐小麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

利用小麥播種機器人技術(shù)，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)小麥無人化智能播種，克服了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)受農(nóng)時、駕駛經(jīng)驗、人工疲勞等影響，提高小麥播種精度和作業(yè)效率，實現(xiàn)以“機器換人”?；诖笮蛧姽鄼C的移動滴灌及精準(zhǔn)變量灌溉技術(shù)取得新突破，基于地下滴灌及水肥一體化技術(shù)應(yīng)用得以穩(wěn)步推進。創(chuàng)建了小麥地下滴灌水肥一體化技術(shù)模式，相比地面灌節(jié)水10%～25%；利用移動滴灌系統(tǒng)，實現(xiàn)自動化灌溉，解決噴灌水分蒸發(fā)漂移和冠層截留損失的難題；利用精準(zhǔn)變量灌溉技術(shù)，開發(fā)了基于冠層溫度的土壤含水率反演與變量灌溉決策系統(tǒng)，實現(xiàn)大型噴灌機變量灌溉精準(zhǔn)控制。

四、小麥種業(yè)科技研發(fā)展望

近年來，我國小麥種業(yè)科技創(chuàng)新為促進小麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了重要科技支撐。邁向小麥產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展新征程，我們?nèi)匀幻媾R多方面的挑戰(zhàn)，例如，缺少優(yōu)質(zhì)專用品種、缺乏節(jié)水抗旱品種、缺少雙減綠色品種、病蟲危害逐年加重、消費量連年增長導(dǎo)致的需求增加等。因此，需要通過科技創(chuàng)新，發(fā)掘優(yōu)異資源、培育重大自主品種并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；創(chuàng)新高效精準(zhǔn)栽培科技、提升新一代育種技術(shù)、集成綠色生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)，并加強技術(shù)的應(yīng)用與示范；提升種業(yè)創(chuàng)新條件能力、轉(zhuǎn)型升級數(shù)字化小麥產(chǎn)業(yè)，用科技支撐小麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2020年，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程啟動實施了小麥“藏糧于技”增糧行動重大科研任務(wù)，提出到2025年全國小麥平均單產(chǎn)達到400公斤、2030年達430公斤的行動目標(biāo)，用以帶動實現(xiàn)2025年小麥總產(chǎn)達到1.4億噸、2030年達1.52億噸的產(chǎn)能。小麥增糧行動實施三年已經(jīng)取得顯著成效。在此基礎(chǔ)上，2022年，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院成立了小麥產(chǎn)業(yè)專家團，面向黃淮海、長江中下游、西南西北三個小麥生產(chǎn)功能區(qū)，全方位開展小麥產(chǎn)業(yè)科技支撐工作，構(gòu)建“集團軍式”大聯(lián)合、大協(xié)作的科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)體系，成為一支小麥穩(wěn)產(chǎn)保供的科技小分隊。