广西甘蔗创新与展望

李杨瑞

(广西农业科学院, 南宁 530007)

1 广西甘蔗产业发展历程

我国甘蔗栽培经历了从华南地区逐步向北推移的过程[6,7]。 汉代以前推进到今湖南、湖北地区。到唐宋时代,甘蔗已分布于今广东、广西、福建、四川、浙江、江西、湖南、湖北、安徽等省(区),同时有商人进行运销。 明、清时期,甘蔗分布北进至今河南省汝南、郾城、许昌一带,范围更加广泛[8]。 1884 年以前,是我国蔗糖业的昌盛时期。 据中国海关贸易报告,我国蔗糖大量出口,畅销香港地区和英、美等国,到1884 年仍出口白糖49.5 万担(每担50kg)、黄糖102.9 万担。 但自鸦片战争后,帝国主义对我国进行经济掠夺,致使我国蔗糖业每况愈下。 英商在香港建了两间规模较大的制糖厂,低价购入甘蔗,再把机制白糖大量输入我国。 1895 年中日战争后,日本侵占我国台湾,把盛产甘蔗的台湾变成日本糖业原料的供应地,对我国进行掠夺。 从此,我国的制糖工业和甘蔗生产遭到严重破坏,蔗糖生产迅速衰退,从蔗糖出口国变为外糖倾销地。 1949 年总产量比1936 年下降53%。 蔗田荒芜,糖厂倒闭,呈现一片衰败景况[8]。 这个时期反而内陆省所受影响相对较小。 1919 年,在我国大陆,四川的产糖量(15 万t)居第一,是第二位广东省的4 倍,第三至第五名分别为江西、广西和福建[1]。

广西的甘蔗糖业历史悠久[9-11]。 如前所述,南宋时期《方舆胜览》已有广西盛产甘蔗和冰糖的记载,至明末清初已形成了著名的糖业商品生产基地,所产的糖远近闻名。 据覃延欢[12]考证：“明代广西柳州的柳糖、贵县苏湾的苏糖、邕宁庆良墟的白糖,皆为著名商品,畅销远近各地”。 晚清民国时期,随着种蔗制糖业的发展,广西城镇蔗糖运销网络已经形成。 和全国一样,广西的甘蔗糖业在鸦片战争以后全面衰落。 广西在1936 年曾兴办机制糖厂,但由于受日本帝国主义侵略战争的破坏和劫掠而全被摧毁[8]。

总的来说,20 世纪50 年代至80 年代,广西的甘蔗生产虽然经历了几次大的起伏,但总趋势是向前发展的。 1950 年,广西甘蔗栽培面积1.5 万hm2,甘蔗总产42.75 万t,其中糖料甘蔗面积0.13 万hm2,单产只有24.23t/hm2,总产糖量0.21 万t;1977年甘蔗栽培面积11.78 万hm2,甘蔗总产248.89 万t,其中糖料甘蔗面积8.23 万hm2,单产只有18.9t/hm2,总产糖量只有23.4 万t;1989 年甘蔗栽培面积31.13 万hm2,甘蔗总产1410.7 万t,其中糖料甘蔗面积27.43 万hm2,单产只有43.2t/hm2,总产糖量128 万t。 可见,在改革开放前,我国的甘蔗发展主要以扩大种植面积获得发展,而改革开放以后主要是依靠科技进步。 广西在总结1977 ～1989 年的蔗糖业发展经验时测算,这一时期科技对广西蔗糖业发展的贡献率达到71%[9,13]。 但这一时期因科技水平较低,全国的甘蔗单产都很低,依赖旱地的广西甘蔗单产更是低于全国平均水平[3]。

改革开放以来,广东珠江三角洲和福建闽南地区城市化进程加快,甘蔗糖业迅速萎缩,台湾省的甘蔗糖业也随着现代化进程的快速发展而迅速转产。我国政府适时调整糖业区域布局,重点发展广西、云南、广东湛江、海南、新疆等产糖地区,成功地实现了东糖西移,北糖南移的糖业结构大调整,形成了新的糖业基地。 广西依靠科技进步,甘蔗生产发展迅速。从1992/1993 年榨季起,糖蔗种植面积、产量及产糖量跃居全国第一位,成为我国最大的糖业生产基地,在我国的蔗糖生产中举足轻重,对中国的食糖安全至关重要。 每年调出区外的食糖商品总量占全国80%以上,成为名符其实的蔗糖主导省[14],世界上第二个产糖大省。

广西甘蔗产业增长迅猛,成为广西重要的支柱产业,对振兴广西经济,促进农民增收,加快农民脱贫致富发挥了重要的作用。 目前全区109 个县(市、区)中有95 个种植糖料蔗,全区直接种蔗农民超过850 万人,涉及蔗区人口2000 多万;大部分甘蔗主产县(市)蔗糖业税收占当地财政收入40%以上,一些县(市)达70%;“十二五”期间全区年均种蔗收入近300 亿元,发展甘蔗生产对提高农民收入、促进蔗区地方经济发展极为重要。

2 广西甘蔗技术创新

广西甘蔗产业的跨越式大发展是国家产业结构调整及广西壮族自治区党委、政府长期重视和支持的结果,是全区人民几十年艰苦努力的结果,更是广西甘蔗科技工作者持之以恒地进行科学技术创新,不断选育和推广应用优良甘蔗品种、研发和集成应用各种先进适用栽培技术的结果。

输出方程均为x，其中H=PX (x-BTy+DTu), Rm, Rn, Rp。显然，这两个模型都需要m+n+p个决策变量,与提出的神经网络模型所需变量数一致,但网络层数不同,模型(13)和(14)的层数分别为2和3，而模型(9)仅为单层。

2.1 甘蔗新品种选育

50 年代初期,广西主要种植竹蔗和一些已经退化的外来品种,如POJ2878 等,单产很低。 50 年代推广的良种台糖134、Co290、Co331、Co419 等品种占甘蔗栽培总面积的90%以上,代替了过去的劣种,使甘蔗单产和蔗糖分分别提高约20% 和10%。1952 年在位于热带的海南岛建立了甘蔗育种场,为全国各蔗区培育杂交种子。 广西从事甘蔗育种的机构主要是1956 年成立的广西甘蔗研究所,所选育的为桂糖系列甘蔗品种,同时也引种鉴定筛选出国外新良种[15]。 因地制宜地推广甘蔗良种,对提高单产和蔗糖总产效果显著,一般都能增产甘蔗10% ～20%,而且蔗糖分由原来的8% ～9%提高到10% ～13%。 这些新品种各具优良特性和地方特色,在一定程度上解决了对不同类型蔗区的适应性,早、中、晚熟搭配和丰产、高糖等问题,但从50 年代至80 年代初,台糖134 连续成为主栽甘蔗品种近30 年。 直到1980 年广西甘蔗研究所选育出突破性优良新品种桂糖11 号(桂糖73-167),在80 年代中期至90年代中期取代台糖134 成为广西的主栽品种,其鼎盛时期在广西曾占甘蔗栽培面积的53%,在云南、广东、福建等主要蔗糖生产省均大面积栽培,至今云南蔗区仍有栽培,在全国蔗区累计推广面积达340万hm2以上。 其他推广面积较大的自育甘蔗良种有桂糖1 号、桂糖3 号、桂糖12 号,以及引进的粤蔗7号、粤糖63-237、台糖172、新台糖1 号、Triton(选蔗3 号)、Co 997、Co 419 等,一般都能增产蔗糖1 ～2成。

20 世纪90 年代中期以后,桂糖11 号在广西蔗区明显退化,近十多年来,我国甘蔗主产区的甘蔗品种主要是新台糖16 号、新台糖10 号、新台糖20 号、新台糖22 号、新台糖25 号、台优、新台糖28 号等,重新被从台湾引进的新台糖系列品种占据主导地位。 特别是新台糖22 号自1997 ～1999 年间直接从台湾大量引进,因其早熟高糖高产,中大茎、脱叶性好,抗旱性较强,很快取代新台糖16 号成为广西的主栽甘蔗品种,2006 年以后占广西甘蔗栽培面积60%以上,此后还不断提高至70%以上,在一些蔗区甚至达98% 以上。 这个时期自育的甘蔗品种桂糖15号、桂糖17 号、桂糖21 号也有一定的栽培面积,尤其是桂糖21 号,因其抗倒伏能力强,高产稳产,成为沿海蔗区的主栽品种。 从广东引进的粤糖93/159、粤糖79/177、粤糖00-236、粤糖04-395 以及从国外引进的桂引5 号(B1)、农林8 号、CP80/1827 等,也有一定栽培面积。

2002 年以来,随着广西的甘蔗糖业不断发展壮大,广西加大了甘蔗育种的投入,广西甘蔗研究所(现为广西农业科学院甘蔗研究所)成为我国规模最大的甘蔗育种机构,甘蔗实生苗规模由原来的每年30000 株左右扩大到100000 株以上。 2008 年广西农业科学院在海南三亚建立了甘蔗杂交基地,2009 年正式开展甘蔗杂交工作,目前每年配制的杂交组合达1000 个以上,成为广西甘蔗种质资源创新利用和新品种选育的重要源头。 同时广西大学农学院、柳城县甘蔗研究中心、柳州市农业科学研究所等单位也相继开展甘蔗选育种或引进筛选工作。 近年来更有百色市农业科学研究所、河池市农业科学研究所、广西亚热带作物研究所、广西南亚热带农业科学研究所等研究机构也开展了甘蔗选育种工作。 近年来,广西农业科学院甘蔗研究所已先后选育出桂糖29 号～51 号甘蔗品种,柳城县甘蔗研究中心选育出桂柳03-182、桂柳03-1137、桂柳05-136 等甘蔗品种,柳州市农业科学研究所选育出柳糖1 号、柳糖2 号等甘蔗品种。 同时,通过建立甘蔗优良新品种繁育基地,研究甘蔗健康种苗生产、良种繁殖技术以及与新品种相配套的高产栽培技术等,促进了优良甘蔗新品种的推广应用。 目前广西自育甘蔗新品种正在快速取代已经明显退化的新台糖22 号,据统计,自育甘蔗优良新品种已占甘蔗栽培面积40%以上,其中栽培面积较大的有桂糖29 号、桂糖42 号、桂糖43 号、桂糖44 号、桂糖46 号、桂糖47 号、桂糖49 号、桂柳03-1137、桂柳05-136 等。

2.2 甘蔗栽培技术创新与应用

20 世纪50 年代至80 年代,广西在总结各地先进经验,开展科学研究和推广应用国外科学技术新成果等方面均取得了一定成绩,采取修水库、开运河、整治排灌渠道、挖井提水、安装电动抽水和喷灌、深耕改土、轮间套种豆科作物等措施,研究总结出选用良种、提早植期、培育全苗壮苗、合理密植、肥水促控、多次培土、综合防治病虫害、防止倒伏、适时收获、小锄低砍等方面的综合技术,并因地制宜地应用推广,甘蔗生产的栽培技术水平得到不断提高。 在高旱地蔗区总结推广了“深沟种植、封畦筑埂、雨后中耕、少剥枯叶”的一套防旱保水方法。 从20 世纪50 年代初起利用赤眼蜂防治蔗螟,解决了人工繁殖、释放赤眼蜂的一系列技术问题,在生产上普及应用,建立了大批赤眼蜂繁殖站,将农艺与药剂防治相结合,使一些蔗田的枯心率降至1%以下,但大面积应用仅限于局部管理水平较高的蔗区。 这个时期,我国蔗区在综合防治中结合应用呋喃丹治螟并研究试验蔗田化学除草,成效显著[3]。

近十多年来,在旱地甘蔗节本高效栽培研究方面取得了较大进展,涌现出一批科研成果。 先后组织实施了“旱地甘蔗高产高糖栽培技术研究”等项目,对蔗糖生产起到极大的促进作用,甘蔗单产不断提高。 如2007 年由广西农业科学院主持的国家科技支撑计划重点课题和广西科技攻关重点课题“旱地甘蔗高效节本栽培技术集成研究与示范”项目,实施3 年多来,在华南主要蔗区建立旱地大面积甘蔗高产高糖高效节本技术集成应用示范区10 个,面积3340hm2以上,辐射带动66.7 万hm2。 示范区甘蔗单位面积产蔗量112.5t/hm2以上,蔗糖分14.5%以上,比非示范区产蔗量增产15t/hm2以上,节约成本10%以上;辐射区甘蔗单位面积产蔗量105t/hm2以上,比非辐射区产蔗量增产7.5 t/hm2以上,蔗糖分提高0.5 个百分点左右,节约成本8%以上。 广西农垦系统蔗区,通过项目实施,初步配套组装成抗旱节水、高效低耗的旱地甘蔗生产技术体系,建立了大面积标准化的甘蔗生产示范基地,2007/2008 榨季创造了全系统单产超120t/hm2的好成绩,对周边蔗区起到了很好的示范作用[3,4,16-17]。

同时研发了一批先进适用的栽培技术,多项甘蔗旱地栽培技术已在我国蔗区大面积应用。 其中深耕深松技术每年应用28 万hm2,地膜覆盖技术每年应用8 万hm2,蔗叶还田技术每年应用示范近17 万hm2,甘蔗智能化施肥技术每年应用15 万hm2以上。 酒精发酵液定量还田技术体系,在广西累计推广达5 万hm2以上,一般增产10% ～30%,提高蔗糖分0.2 ～1.0 个百分点;甘蔗化学调控增糖增产技术实施面积累计已达6.7 万hm2以上,增糖增产效果显著;甘蔗健康种苗技术,可提高甘蔗单产20%左右,减轻病害对甘蔗种性退化的影响,延长品种的使用寿命。 应用寄生峰、性激素迷向法及诱杀防治甘蔗螟虫,利用绿僵菌防治蔗锯天牛生,利用灯光诱杀天牛、金龟子及其他趋光性较强的鳞翅目害虫等,通过非化学防治技术,虫害危害率可降低50%以上[3,4,16-17]。

2.3 甘蔗技术创新重大成果及对产业发展的支撑作用

广西的甘蔗技术创新成果及对甘蔗产业发展发挥了重要的支撑作用,这里列出两个重要的甘蔗技术创新重大成果的应用例子。

2.3.1 甘蔗品种桂糖11 号的育成和推广应用促进了广西甘蔗产业腾飞 如前所述,新中国成立以后,我国大陆的主栽甘蔗品种是台糖134,延续了30年,直到广西甘蔗研究所育成的桂糖11 号于1980年通过品种审定[8]。 桂糖11 号是广西甘蔗研究所用CP49/50×Co419 选育而成的品种,中大茎、早中熟、高糖,稳产、高产,抗逆性强、适应性广,耐瘠、耐寒、耐涝,风折率低,特别是抗旱性强,明显优于当时的主栽品种台糖134。 该品种一经审定推广即受到蔗农和糖厂的欢迎,蔗种供不应求,于是广西甘蔗研究所应用甘蔗组织培养快繁技术加快该品种的繁殖速度,因此到20 世纪80 年代中期桂糖11 号就成为广西蔗区的主栽甘蔗品种,为广西甘蔗产业的腾飞立下了大功。 随后该品种也先后成为云南、广东、福建等当时甘蔗主产区的主栽品种之一,特别是在云南蔗区,作为甘蔗主栽品种长达30 年,累计应用面积达340 万hm2以上,是我国大陆自育甘蔗品种中在生产上应用面积最大、应用时间最长的甘蔗品种。因此可以说,这是一个真正具有突破性的甘蔗品种,在相当长的一个时期支撑了广西乃至我国的甘蔗产业发展。 优良甘蔗品种的选育和推广应用,永远是甘蔗产业发展最重要的技术支撑,一定要持续不断地给予高度重视和支持。

2.3.2 旱地甘蔗高产高糖高效栽培技术体系创建和应用 1982 年以前我国是蔗糖生产小国,年食糖总产糖量不足300 万t,每年需要大量进口50%以上。 甘蔗生产主要依赖珠江三角洲和闽南三角洲的水田蔗区,随着社会经济的发展,东蔗西移,向桂中南、滇西南、粤西广大旱地拓展蔗糖产业成为国家战略。

历史上,我国旱地蔗区由于立地条件差、季节性干旱严重,被视为甘蔗生产发展的非适宜区,突破旱地甘蔗高产高糖栽培技术成为我国蔗糖产业发展的重大关键问题。 广西甘蔗研究所从1982 年起在一系列国家和省部级项目(包括国家科技支撑重点项目)的支持下,集成全国主要甘蔗科研力量开展产学研协作攻关,对旱地甘蔗的生态环境、生长生理、糖分积累进行了系统研究,形成了旱地甘蔗高产高糖栽培理论和关键技术,取得重大创新和突破,实现了我国甘蔗产区的战略性转移和产业跨越式发展。主要技术创新如下：

(1)揭示了旱地甘蔗需水规律,明确了旱地甘蔗生长特性,建立了以深耕深松、蔗地覆盖、节水灌溉、乙烯利处理提高甘蔗抗旱力为核心的甘蔗抗旱技术体系,有效提高了甘蔗的抗旱能力和旱坡蔗地的保水供水能力。

(2)探明了旱地甘蔗的需肥规律,发现甘蔗生物固氮特性是普遍存在和可在生产上利用的,发明了甘蔗糖蜜酒精发酵液定量还田技术,形成了旱地甘蔗化肥减施技术,提高了生产效益,减轻了面源污染。(3)系统研究了旱地甘蔗糖分形成机理和调控机制,揭示旱地甘蔗以酸性转化酶、中性转化酶和蔗糖磷酸合成酶为主导的糖分积累规律,形成了以乙烯利诱导ACC 合成酶和ACC 氧化酶基因表达,促进甘蔗蔗糖分提高的创新技术。

(4)发明了热水脱毒+茎尖组培脱毒快繁生产甘蔗健康种苗技术,建立了甘蔗宿根矮化病、甘蔗花叶病毒病高效防治技术,研发出古巴蝇+赤眼蜂的螟虫综合防治技术,实现甘蔗主要病虫害的绿色防控。

以上述研究成果为基础,通过组装配套,形成了旱地甘蔗高产高糖高效栽培技术体系,为我国旱地甘蔗生产持续稳定发展提供了技术支撑[2,4,5,16,17]。 同时,通过产学研结合,采用“核心试验区研发、示范区引领带动”,创新采用“科研院所+企业+农场+基地+农户”推广模式,建立了技术集成与应用示范基地,树立我国旱地甘蔗高产示范样板,以点带面,强化技术培训,加快了新技术推广应用。 还通过制定相关技术规程,录制出版发行DVD 光碟,促进甘蔗高产高糖高效生产的规范化进程。 旱地甘蔗高产高糖高效节本栽培体系已被国家农业部列为“2017 年农业主推技术”。 该技术体系的研发和推广应用,为我国旱地甘蔗单产由30.6t/hm2提升到75t/hm2左右、蔗糖分由12.5%提高到14.5%、占比由20%跃升到90%做出了重要的贡献[16]。 由不同国家权威甘蔗专家组成的成果评价小组一致认为：旱地甘蔗高产高糖高效栽培技术体系的创建和应用,显著促进了甘蔗糖业科技进步,打破了中国过去依靠水田、良田种植甘蔗的局面,解决了糖、粮争地的矛盾,有效保障了中国食糖供给和绿色可持续发展。 过去30 年中国甘蔗糖业的跨越式发展成就是世界罕见的。

3 广西甘蔗创新发展展望

3.1 当前广西甘蔗生产存在的突出问题

当前,广西甘蔗生产存在的突出问题是：主栽品种新台糖22 号退化严重,蔗区品种单一;生态适应性强的甘蔗新品种少,抵御旱、寒、病、虫、草、鼠害能力低;生产成本高,机械化程度尤其是机械化收获程度低;甘蔗多种植在干旱、瘠薄的“望天田”,蔗区有效灌溉面积不足甘蔗总面积的20%;肥料、农药等农资费用上涨,加上过量施用,生产成本提高,蔗农收益差;蔗农普遍科技素质低,栽培管理技术落后,宿根年限短,甘蔗单产水平偏低,人均劳动生产率低。

3.2 广西的甘蔗种质创新和甘蔗育种展望

目前广西正在进行500 万亩糖料蔗“双高”基地建设,甘蔗种质创新和甘蔗育种应重点抓好以下工作：

3.2.1 加强引进国内外甘蔗品种和种质资源,筛选一批甘蔗优良种质,扩大甘蔗杂交育种亲本的遗传基础,将一些表现优良的引进甘蔗品种开展区域试验。

3.2.2 加强野生甘蔗种质资源的收集、研究与利用,重点是广西割手密、广西斑茅和广西河八王与甘蔗品种的杂交与回交选育;继续深入开展斑割复合体与甘蔗品种杂交、回交后代的分析研究,获得创新性种质用于杂交育种。

3.2.3 加强甘蔗杂交技术研究,完善海南甘蔗育种基地甘蔗亲本开花诱导设施,建立一套有效的甘蔗开花诱导程序;加强对难开花的甘蔗杂交亲本的开花诱导研究,提高甘蔗开花诱导效率,为甘蔗种质创新利用和提高育种效率奠定坚实的基础。

3.2.4 进一步完善甘蔗品种选育的程序,包括组合评价方法,开展杂交后代的抗病性、抗旱性、氮高效利用特性评价等。

3.2.5 继续开展甘蔗基因克隆和转基因育种,重点选育抗虫、抗除草剂、耐寒、耐旱或高糖等转基因优良甘蔗品系。

3.2.6 注重选育强宿根性甘蔗优良品种,把宿根年限延长到4 年以上,有效降低甘蔗生产成本。

3.3 甘蔗栽培技术创新展望

旱地甘蔗高产高糖高效栽培技术体系创建与应用对广西乃至我国的甘蔗产业发展发挥了巨大的支撑作用,但由于种种原因,在广西甘蔗生产中仍存在上述较多问题,主要是甘蔗生产成本居高不下,导致我国蔗糖产业国际竞争力差。

3.3.1 加快建立土地流转集约经营、土地平整、小块变大块等体制,同时加强农机农艺配合研究,推进甘蔗生产全程机械化。 通过技术革新建立适合机械收获原料蔗的质量标准和压榨系统。 机械深耕深松可免去大培土环节,降低成本,大力推广应用160 匹马力以上的大型拖拉机,配合深松犁,使蔗地深耕深松达50 ～70 厘米,为甘蔗高产稳产、防风抗倒奠定重要基础。

3.3.2 充分利用甘蔗的生物固氮特性,减少氮肥施用量,提高肥料利用率。 根据甘蔗生物固氮活性前期较低、伸长期强的特性,在生产中氮肥的施用应集中在前期,以促进其早生快发,早伸长拔节;中后期主要是保证正常生长所需的水分和甘蔗生物固氮作用的正常进行,即可实现以水促肥、以水保肥,伸长期后不追氮肥。

3.3.3 要加快甘蔗健康种苗生产技术的应用,加快优良甘蔗新品种的繁殖推广。 同时在生产上直接推广应用甘蔗健康种苗的单芽节段,即所谓“健康种子”,通过包衣处理,可以大大提高甘蔗种苗质量,有利于全面实现统一供种和机械化下种,减少下种量和人力物力,为甘蔗高产高糖奠定基础。

3.3.4 要大力推广宿根性极强的高产高糖优良甘蔗品种,如桂糖29 号、桂糖32 号、桂糖44 号、桂糖47 号、桂糖49 号等;同时加强宿根蔗管理,延长宿根年限,使广西甘蔗生长周期达5 年以上,有效降低甘蔗生产成本。

3.3.5 要继续因地制宜地大力推广应用旱地甘蔗高产高糖栽培技术体系,更有效地利用广西自然的光、温、水资源,实现旱地甘蔗高产稳产。