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摘要：民以食为天，粮食安全事关国家的稳定与发展。良种选育是农业生产发展的首要条件，也是作物种子工程的最终目标。本文作者从玉米的战略地位和人民不断提高的生活水平需求出发，阐述了我国粮食安全的重要性及粮食生产中存在的问题，系统比较了我国与欧美国家在种子工程方面存在的差距及优势，并为进一步促进我国玉米种子工程发展指明了方向。通过转基因技术，减肥、减药，改善农业生产环境，以蔬菜为主的农作物生产才能做到“有机、环保、绿色”。
关键词：粮食安全；种子工程；玉米；籽粒机收；生物技术
民以食为天，保障粮食充足是发展的基础。中国是人口大国，随着人民生活水平的不断提高，对赖以生存的粮食的需求日渐增加，因此就产生了“谁来养活中国”的布朗之问[1]和未来“谁控制了粮食，就控制了人类”的基辛格之论。尽管近年来我国粮食产量不断增加，但进口量也大幅提升，粮食安全问题日趋严峻。种子工程事关我国农业发展和粮食安全。2021年7月中央全面深化改革委员会高瞻远瞩审议通过了“种业振兴行动方案”等提案，认识到实现农业现代化，种子是基础，必须把民族种业搞上去，把种源安全提升到关系国家安全的战略高度，集中力量破难题、补短板、强优势、控风险，实现种业科技自立自强、种源自主可控。本文作者系统分析了世界粮食生产现状、中外在种子工程方面存在的差距及我国的优势，以期进一步促进我国种子工程的发展。
1中国粮食“十七连丰”与“紧平衡”
2004-2020年，中国粮食实现了“十七连丰”，增长幅度约3.1%。但潜在的问题仍不少：粮价年度间波动大，生产成本上升；种粮比较效益下降，农民种田积极性不高；有些地方出现撂荒地；农村劳动力老龄化；旱、涝、虫、病、风等自然灾害频繁。粮食生产加工消费处于紧平衡状态。我国粮食生产各省份间极不均衡，50%的省份粮食不能实现自给。中国粮食需求的增长实际上源于对饮食结构升级的需求。改革开放初期的饮食结构为粮、菜、肉的比例为8∶1∶1，现在则为4∶3∶3。1985-2015年猪肉产量增加了3倍，占肉类的57%，家禽产量增加了18倍，牛肉产量增加了15倍，羊肉产量增加了7倍。据原农业部统计，2014年中国人均肉类消费量33.6kg；人均植物油消耗从1996年的小于8kg，上升到2014年的大于24kg。中国食用油总消费从1000万t上升到3300万t。中国人民大学仇焕广教授提醒人们关注产品供需结构、农业水土资源和国内农业技术补贴政策等问题[1]。2008年国家发改委“国家粮食安全中长期规划纲要（2008-2020年）”出台，指出我国粮食的供需将长期处于紧平衡状态，保障粮食安全面临严峻挑战。2019年“中共中央国务院关于坚持农业农村优先发展做好‘三农’工作的若干意见”要求[2]：立足国内，保障粮食等安全农产品供给，统筹用好国际国内2个市场、2种资源，健全保障体系。2020年“中央经济工作会议”明确提出：解决好种子和耕地问题。
2保护粮食安全面临的挑战与对策
中国14亿人，18亿亩耕地，人均1.3亩，低于世界平均水平。中国土壤有机质含量仅是发达国家的1/4。中国淡水资源仅占世界的6%。中国淡水资源77962.6亿m2，人均2039.2m2。风、涝、旱、病、虫等灾害年度差异大，对农业影响甚大。据中国农业大学数据统计，我国平均每年受旱灾农田面积有2000万hm2，是最严重的自然灾害。中国农业生产基本上还是一家一户的小农经济。联产承包责任制极大地调动了农民积极性，改变了农村面貌，彻底解决了温饱问题。随着工业化、城镇化深入推进，农村劳动力快速流转，我国农业经营格局正在发生重大变化。但“谁来种地，怎么种地，种什么地”仍没有从实质上得到解决。受粮价补贴“天花板”、资源环境“紧箍咒”等挤压，粮食产业链不具备向上延伸的基础，当前我国粮食生产规模、经营主体仍没有突破。同时，农业进入高成本、微利时代。每年61%的淡水用于农业，化肥用量是世界平均的3.7倍，农药用量占世界的50%，但生产效率低下。一些地区出现了“粮财倒挂”现象，粮食产量越高，地方财政收入越少。土地高速运转，不堪重负。年轻农民不愿种地，农村优质劳动力缺乏。专家指出，解决国家粮食安全问题需在以下方面努力。①藏粮于技，推动第二次绿色革命。②藏粮于地，开展土地整治。③藏粮于海，进一步发挥300万km2蓝色粮食的作用。④藏粮于山，充分发挥40亿亩草山草坡的作用。⑤藏粮于“改”，深化粮食生产对流通体制改革，推进粮食生产、加工、销售、进出口“四位一体”。⑥藏粮于友，建立海外10亿亩耕地或1.5亿t粮食的多元化长期海外供应链。⑦藏粮于用，在储存加工、消费等方面节约粮食。⑧稳粮于共同体，联合有关国际组织、国家、地区，共同建立人类粮食安全的命运共同体。
3种子工程与关键技术
种子是农业科技的载体，生物技术、基因工程、分子技术、大数据都在种子中得到体现。种子是系统工程，与种子相关的学科包括土壤学、气象学、栽培学、植保学等。IeeHickey认为[3]，通过基因分型、标记辅助筛选、高通量表型分析、基因编辑、基因组选择等，加快育种步伐，选育出产量更高，更有营养，更抗虫抗病的农作物品种，满足不断增长的人口对粮食产量及农作物多样化的需求。朱启臻教授认为[4]，农业安全很大程度上表现为种子安全，一些重要的种子如果过分依赖进口，一旦发生“断种”，就会威胁国家粮食安全。玉米是全球种植最广、种植面积最大、最高单产和总产都排名第一的作物。美国率先绘出了玉米全基因组图谱。2015年孟山都科研投入为14亿美元，中国最大的玉米种子公司———登海种业年研发投入3337万人民币。孟山都垄断了全球90%以上的玉米及大豆转基因专利。我国玉米品种经历过6次大的更新换代：中单2号—丹玉13号—掖单2号—掖单13号—农大108—郑单958—先玉335。每次玉米品种的更新都是对美国种质资源引进、消化、利用成功的结果。有研究表明，美国种质利用率每增加1个百分点，我国玉米平均增益约10kg/hm2。种子是农业中的最上游企业，种子贡献率在粮食增长中占50%，一旦控制了一国种子，就控制了该国农业。目前，受WTO条款限制，美国不能在中国独资注册种业公司，股份不能超过50%，一旦全面放开，中国小而全的种业公司将面临冲击。
4中国种子工程如何发力
粮食需求的刚性增长与耕地资源的矛盾是对粮食生产的重大挑战，也是良种需求最根本的推动力。随着社会的发展，从需求端看，人口总量增长，消费升级（肉类、蛋白质替代传统主粮），深加工、能源多样化需求造成了粮食需求的快速增长。而在供给端，耕地面积不可逆地减少，耕地质量下降，农村劳动力的减少，都限制了粮食总供给的增长。依靠生物技术，发展种子工程，配套技术跟进，是保证粮食生产的关键。提高粮食产量，降低费用，只能依靠科技进步，依靠优良品种。“中国人的饭碗必须牢牢端在自己手中”。中国的种业必须掌握在自己手中，一旦种业陷落，外国将掌握中国农业命脉。我国的优势在于不可替代的种质资源、先进的育种思路、生物技术。在西北玉米种植区有5000万亩玉米，包括甘肃、新疆、宁夏、内蒙西部、陕西榆林，前期红蜘蛛危害和后期倒伏是生产中常遇到的主要问题。只要导入抗红蜘蛛基因，再提高种植密度，可以与孟山都公司角逐西北市场。黄淮海玉米区有2.3亿亩夏玉米，生育期短，雨热同季，气候环境复杂，自然灾害重。在黄淮海，谁拥有了机收籽粒品种，谁就掌握了玉米种子的未来，在机收籽粒方面该区域占有绝对优势。在华北春玉米区有2.5亿亩玉米，采用转基因技术及机收籽粒是玉米的发展方向。在东北前旱后涝，会发生倒伏、青枯病、灰斑病和虫害灾害。转入抗旱基因，促进前期生长，以最快的速度完成营养生长，为灌浆争取时间，提高产量。后期雨水大，有时早霜来得早，不利于玉米脱水。导入耐寒或抗冻基因，推迟收获，直收干籽粒玉米。中国要建设创新型国家，知识产权保护力度会越来越大。坚持二群论，常规技术与分子技术相结合，机收籽粒，全程机械化，不断提高综合抗性，增加广适性，通过转基因技术提高抗性、改良品质，是未来玉米育种的发展方向。
5大农业与农业工程
有经济学家预言，下一个经济增长点在农业。厉以宁教授的“木桶理论”是补短板，农业就是短板。中国农业对GDP的贡献率在8%～9%。如果农业全面实现现代化，GDP会提升5万亿美元。农业是个大的系统工程，包括种子、农化、农机、饲料、燃料、配套技术、信息服务、交通运输、加工、储存、包装、销售、纺织等，囊括了一、二、三产业，涉及到高新技术的多个方面。GPS定位、云计算已在农业上得到了广泛应用。国家提出“内循环”或“双循环”，农业这个大的系统工程一旦全面启动，不仅可以提升农业地位，而且可以带动许多行业兴起。大农业应在十大板块上发力：①生物技术;②种子工程；③粮食安全；④土壤改良；⑤环境保护；⑥绿色农业；⑦产品加工；⑧设施园艺；⑨智慧农业；⑩乡村振兴。农业农村部提出“有机、环保、绿色”发展理念，“藏粮于地，藏粮于技”这是极具战略眼光的观念。目前有机肥使用率日本为76%、美国为70%、中国为5%。减肥减药，增施有机肥，种养加一体，搞有机循环农业，让土地休闲，不断提高土壤有机质及有益生物含量，藏粮于地。通过生物技术、智慧农业、种子工程、配套技术，大大提高单位面积产量，藏粮于技。改善土壤环境，通过转基因技术，减肥减药，以蔬菜为主的农作物才能做到“有机环保绿色”。
作者：郭庆辰 欧阳竹 王春晶 何欢 郝敬爽 王士通 张凤路 单位：中国科学院地理科学与资源研究所 东营市思田汇农业科技有限公司 石家庄世堃农业有限公司 河北农业大学农学院/河北省作物生长调控实验室