庞 泽,田国奎,王海艳,李凤云,潘 阳,丁凯鑫,李明雪,王立春
(黑龙江省农业科学院克山分院·农业农村部马铃薯生物学与遗传育种重点实验室·国家马铃薯改良中心 黑龙江齐齐哈尔 161000)
马铃薯(Solanum tuberosumL.)属茄科一年生草本块茎植物[1],别名洋芋、土豆、山药蛋等[2]。联合国粮食及农业组织(FAO)报告显示,现阶段马铃薯已经超越玉米,是继水稻、小麦之后的世界第三大粮食作物[3]。马铃薯具有用途的多样性,能够兼做粮食、蔬菜以及饲料[4];马铃薯具有营养价值的丰富性,可以改善和丰富我国人民的营养膳食结构[5];马铃薯具有加工方式的多维性[6],有着淀粉加工、全粉加工、薯片薯条加工等多种加工方式,具有较长的加工产业链和较大的增产增收潜力。中国是全球马铃薯消费第一大国,马铃薯种植及加工产业在我国国民经济发展中占有极其重要的地位[7]。因此,因地制宜做好马铃薯产业开发,实施马铃薯主粮化战略,有助于优化我国的种植业结构,助力农业全面转型升级,实现可持续发展,保障我国粮食战略性安全,带动群众持续增收、脱贫致富。
目前,我国马铃薯种植区可分成四个区域,分别为北方一季作区、西南一二季混作区、中原二季作区和南方冬作区[8]。根据2019 年农业农村部《全国马铃薯生产指导意见》,北方一季作区的面积最大,约为42%左右,一般是国内重要的种薯产地,并且加工原料薯和鲜食薯占有很大比例;西南一二季混作区的种植面积仅次于北方一季作区,面积约占40%左右,是我国加工原料薯的重要产地;中原二季作区面积约占14%左右,马铃薯在6 月底前就可以收获,是早熟菜用马铃薯;南方冬作区面积最小,约占4%,同样也作为早熟菜用。近年来,马铃薯的主产区的总产量稳定,但是重心逐渐由北方向西南转移,出现北减西南增的趋势[9-10]。
东北一季作区包括黑龙江、吉林、内蒙古东部和辽宁北部,华北一季作区包括内蒙古中西部、山西和河北北部,一直以来是马铃薯生产面积较大的地区[11]。根据2016 年农业部《全国马铃薯生产指导意见》,东北地区以种植中薯3 号、中薯5 号、克新系列、东农系列、春薯4 号、延薯4 号、尤金等马铃薯品种为主。华北地区以荷兰薯系列、中薯系列、冀张薯系列、青薯等马铃薯品种为主。这两个地区马铃薯种植具有得天独厚的优势。首先这部分地区的地势平坦,地块较大,因此机械化水平较高,在基础农业设施建设方面,如喷灌、膜下滴灌等设施具有很大的优势。在企业化的种植方面,发展也比较迅速。缺点就是气候干旱,缺水。所以在马铃薯整个生长发育阶段,保证植物的需水量是关键。后期加工环节,马铃薯可以经过全粉加工,并且可以与小麦粉、莜面粉等混合,进行特色主食加工,产品种类丰富多样。
西北一季作区包括甘肃、青海、宁夏、新疆和陕西北部。根据2022 年各省份农业农村厅下发的文件,以种植克新1 号、陇薯系列、中薯系列、早大白、大西洋等品种为主。与东北和华北地区相比,西北一季作区域的马铃薯具有很大的局限性。首先种植机械化程度不高[12],一般以中小型机械为主,主要原因是该地区耕地以山坡地为主,地块较小,基础设施较差。其次是种植模式多样,耕地方式相对粗放。并且由于自然环境的问题,地域缺水严重,地膜覆盖面积较大。这个地区一般以种植加工用途的马铃薯为主,主要加工产品为淀粉、薯条和全粉等,并且具有独特的马铃薯饮食习惯,常常将马铃薯与小麦、杂粮等进行搭配食用,主食产品丰富。
西南一二季混作区包括云南、贵州、四川、重庆、西藏等省(区、市),以及湖北西部、湖南西部、陕西南部地区。据2022 年各省份农业农村厅统计,这个地区主要种植青薯9 号、丽薯6 号、云薯系列、威芋系列等马铃薯品种。由于地理位置的因素,西南一二季混作区以山区居多,大部分是小地块、但也有部分较大坝区。该地区机械化水平低,以小型机械为主,但是种植模式丰富,一般以间套作的栽培方式进行耕作。由于气候的因素,这个地区可以在秋冬季节增加一季的种植,但是病害十分严重,所以在田间管理方面需要着重注意病害和虫害的发生,及时防治。此产区的种薯生产量基本自足,少部分从外部调入。以薯片、淀粉和薯干为主要加工产物。
中原二季作区包括山东、河南、江苏、浙江、安徽、江西,以及辽宁、河北、山西和陕西的南部,湖北、湖南的东部等区域。2016 年《全国马铃薯生产指导意见》指出,该地区以种植早熟马铃薯品种为主,包括费乌瑞它、中薯3 号、中薯8 号、早大白、中薯5 号等。这个区域内马铃薯一年两季种植,以春季为主,秋季为辅。由于地理特性等因素,中原二季作区的地理跨度较大,会出现地块大小不等的情况,造成了种植模式多样,保护地、设施种植发展快等特点,同时也影响了机械化水平,田间耕作方式通常以中小型机械为主。这个地区以种植早熟、鲜食菜用的马铃薯品种为主,种薯基本来源于其他产区,由外部调入。这个地区的马铃薯一般收获较早,并且产量也比较高,收获后以鲜食菜薯的方式流入市场,填补6 月份马铃薯鲜食市场的空缺。
南方冬作区包括广东、福建和广西等无霜期在300 d 以上的省区及其他相关地区。这些地区所在的纬度相对较低,温度也相对适宜,一般可以在冬季进行马铃薯的种植。闽薯1 号、桂农薯1 号都是这个地区的主推品种。在水稻收获后,闲置的稻田就可以进行马铃薯的冬季种植。但由于是稻田,也带来了一些问题,例如地块虽平整却小,且土壤黏重等。因此适宜该地的耕作方法是垄作或洼作。机械化水平较低,以小型机械为主。但是该地区种植马铃薯也同样具有产量高、上市早等优点,一般用作鲜食菜薯使用,这个地区基本不自己生产种薯,一般需要从其他生产区调入[13]。
马铃薯的抗逆能力很强,对环境具有很强的适应性,所以被广泛地在世界范围内种植[14]。中国马铃薯的种植历史最早可追溯到400 多年前的明朝万历年间[15],直到现在依旧是我国重要的粮食作物之一[7]。现阶段国家非常重视粮食问题,尤其俄乌战争的爆发,更体现出粮食自给自足的重要性。而马铃薯具有单产高的特性,无疑在保障粮食安全方面扮演着重要的角色。据国家统计局数据(图1),2017—2021 年我国马铃薯种植面积和产量都有所增加,这与国家针对“中国人的饭碗任何时候都要牢牢端在自己手上”的要旨和“马铃薯主粮化战略”的推进工作密不可分。这5 年来马铃薯产量增长了8.75%、面积增长了2.23%。在耕地面积无法扩增的条件下,产量与面积都实现增长,更加证明了马铃薯重要的地位。
图1 2017—2021 年马铃薯种植面积及产量
综合国家统计局2017—2021 年数据来看,四川省的马铃薯产量与种植面积均居全国首位,占总产量的18.75%和总面积的17.58%;其次为贵州省和重庆市,分别占总产量和总面积的10.17%,12.78%和9.79%、9.27%(图2、图3)。大部分马铃薯都种植在干旱和半干旱地区,属于雨养地块,其中西南一二季混作区的马铃薯产量最高、其次是北方一季作区,这2 个是我国马铃薯的主产区。
图3 2017—2021 年各省、自治区、直辖市马铃薯面积
分子技术的快速发展及其在马铃薯常规育种上的广泛应用,使马铃薯育种技术更综合,选择效率也进一步提升[16]。目前,国内的育种单位超过70余家,其中包括科研院所、大学和企业等单位,其中科研院所和大学是马铃薯育种的主体。黑龙江省农业科学院克山分院马铃薯育种研究所一直以来进行马铃薯的培育工作,育成的马铃薯系列品种“克新系列”在全国范围内被广泛种植,克新1 号更是作为陕西、四川[17]等省份的主栽品种进行种植。常见的马铃薯育种工作通常以常规的杂交育种为主,倍性育种和分子标记辅助育种为辅[18-19]。目前马铃薯品种的创新是以公益性为主,更新换代速度快。
马铃薯的生物特性,导致马铃薯不能像常规作物一样用种子进行保存,只能通过试管苗进行活体储存。组培苗种植会获得马铃薯原原种,随着种植年限的增加种薯等级会降低为原种和一级种。由于无性繁殖的特殊性,随着种植年限的增加,马铃薯品质会产生退化,例如常见的马铃薯花叶病、马铃薯卷叶病等病毒会逐年的进行累计,进而会影响马铃薯的产量与品质。所以马铃薯种薯生产尤为重要。
3.2.1 种薯生产技术问题 目前,种薯产业主要采用基质和雾培微型薯繁育、试管薯繁育、露地繁育等方法进行种薯的繁育工作[20]。种薯繁育多种手段并存,各有优点。但是针对马铃薯试管苗活体储存的情况,以及需要频繁的继代处理,造成了高成本、高能耗的局面,并且劳动力不足的问题就凸显出来。现阶段青年劳动力不足、劳动力老龄化、培养操作规范的成熟工时间较长等问题亟待解决。随着产业的发展,新问题也不断出现,例如种薯的价格略贵、市面认可度较低等现象,这同样也是限制马铃薯种薯产业发展的主要因素之一。
3.2.2 脱毒种薯质量问题 现阶段对脱毒种薯的质量把控是一大难关,标准规定的病害均会对种薯的质量产生影响。针对马铃薯病毒病的检测主要还是以ELISA 法为主[21],现阶段采用ELISA 法对马铃薯病毒检测的技术比较成熟,检测结果准确。缺点就是实验周期长,并需要一定的试验条件。所以大多数种薯生产厂家在脱毒种薯生产过程中对病毒检测就有所弱化,结果造成种薯质量参差不齐[22]。由于种薯繁育技术简单,因此会凸显出很多亟待解决的问题,例如繁育体系众多,生产经营不规范、有标准却难实施,更难形成规模化、种薯级别混乱,品种侵权严重,来源不清,真假难辨等现象。这些问题的发生加大了种薯生产的质量风险。从种植条件上看,种植基地条件差、布局不合理、连作严重、商品薯和种薯生产基地不隔离、病害传播严重等不规范管理措施也都严重影响种薯质量。由此可见,多方面问题的发生导致了脱毒种薯质量得不到保障[23-24]。
马铃薯无性繁殖的生物特性,造成了马铃薯在多代繁殖过程中会有各种各样的病毒发生[25]。在连作的情况下,土传病害严重,并且种传、气传、人传和机械传等都有可能造成病毒的传播,这都是马铃薯病毒传播的主要途径。所以马铃薯田间管理措施在马铃薯产业发展中是非常关键的环节。
3.3.1 病虫害防治 现阶段我国马铃薯在病虫害防治方面进展缓慢,常见的如黑茎病、环腐病等马铃薯病害还没有解决[26],马铃薯疮痂病等新的病害又逐年加重[27-28]。马铃薯病虫害的综合防治措施包括农业防治、物理防治、化学防治、生物防治等。其中农业防治是最主要的防治措施。农业防治首先要选择具有高抗病虫能力的品种,并实施轮作;其次要加强种薯的选择;最后要加强田间的管理工作。要坚持“预防为主、综合防治”的植保方针,综合应用农业、物理、生物防治措施,辅助使用化学防治措施,提高马铃薯病虫害防治效率。
3.3.2 生理性病害种类繁多 马铃薯的生长发育与外界环境是密切相关的。它在生长发育期,除受病菌侵染而发生一些病害外,还与生产者的管理水平和自然环境条件的影响有很大的关系。当其在生长发育过程中遇到不良环境条件影响,或遭受环境中有害物质侵害时,其代谢作用就会受到干扰,生理机能受到破坏,从而表现出一些不良的症状,严重的可影响马铃薯的产量和质量。这种不是由于病毒病原物而是由非生物因素直接引起的病害,称其为生理性病害。
马铃薯在田间收获时,常常会表现为开裂、黑心、空心等情况,主要是马铃薯品种缺陷造成的[29]。例如加工型马铃薯品种大西洋,在实际生产过程中,薯块极易快速膨大,进而导致薯块空心,影响加工品质。所以在实际生产过程中,就需要通过田间水肥管理来控制马铃薯的生长。但是,改善马铃薯的品质是解决生理性病害的基本要求。
中国一直以来都具有自己的饮食传统,自从引种以来,马铃薯一直充当着边缘性粮食的角色,多数情况下被当作鲜蔬或配餐食用。但实际上,马铃薯也可以通过加工,作为主粮食用[30-31]。一般马铃薯可以进行全粉加工,掺混小麦面粉后可做成馒头[32-35]、饼干[36]等食物,还可以通过加工制作成薯片、薯条等食品[30,37-38]。
现阶段中国马铃薯产业发展畸形化。马铃薯淀粉一直是由鲜食马铃薯等筛选后的“淘汰薯”加工制成的[39],这些马铃薯的淀粉含量不是很高,还混有颜色薯、空心薯等多种类马铃薯。这导致马铃薯淀粉加工的转化率偏低,并且产品质量也不是很高。随着技术的不断改进,马铃薯全粉加工产量与质量方面也越来越好。但是针对全粉加工的后续的产业链还不够完善,这就导致马铃薯全粉出现“过剩”的假象。马铃薯全粉可以加工成馒头、面条等食品,研究表明添加马铃薯全粉后的食品营养价值更高[40],证明了全粉食品的可行性,但是后续产业加工生产力不足、消费者认可程度不高等都是亟待解决的问题。
我国是马铃薯的生产大国和消费大国[41],据统计我国马铃薯及制品的国际贸易总额占世界的2%左右,因此我国马铃薯的国际贸易地位举足轻重。根据国家海关统计局数据(图4),除了2012 年和2013 年我国的进口额高于出口额、贸易差额为负值外,其他年份我国的出口额比进口额高得多,且近几年尤为显著。以2021 年为例,如图5 所示,中国出口的鲜薯销售额占总出口额的80%以上,但是进口的90%以上都是加工制品。这凸显出我国马铃薯加工能力不足、加工制品薄弱等情况,所以我国加工产业链的发展是急需解决的问题。
图4 2011—2021 年中国马铃薯进出口金额
图5 2021 年马铃薯相关制品进出口额
我国马铃薯产业现阶段凸显出很多问题[42],最根本的原因还是自身品种质量不过关,尤其是在加工品种选育方面。一直以来都将“淘汰薯”用作加工[43],更限制了马铃薯产业的发展。因此加强马铃薯优质品种的选育工作是解决该现状的根本途径。国内应积极进行国外优良品种引进工作,构建更优秀的亲本背景,科研工作者应开展适合国内各地区及行情的优质马铃薯品种选育工作。
马铃薯产业的发展与生产设备效率的提升和生产技术优化创新息息相关。生产设备的落后以及食品卫生问题等一直以来都是限制我国马铃薯产业发展的主要因素[44]。目前国内的马铃薯加工主要还是以小作坊为主,专做马铃薯加工的国际化大公司少之又少。针对这种情况,国家对于马铃薯加工产业的扶持工作应加大力度,而且对于新设备的研发也是国内科研工作者需要攻克的难关。现阶段设备的设计标准皆是以马铃薯品种大西洋进行设计的,该品种1978 年引进我国,但是经过我国近50 年的育种工作,有很多马铃薯品种的加工品质已经超越大西洋,例如黑龙江省农业科学院克山分院育成的马铃薯加工品种克新27、克新30 等克新系列品种[45]和东北农业大学育成的东农310,以及其他单位育成的很多品种更适合加工利用。但是由于高端的马铃薯加工设备调试等问题,很多优良的马铃薯品种都无法发挥更好的作用。生产技术的更新也十分重要,生产技术的不断更新一直以来都是产业发展的活力源泉。总的来说对马铃薯产业生产设备的投入创新工作和生产技术的优化更新,都是提高我国马铃薯产业生产力水平的关键点。
任何行业的发展都离不开政府的支持,马铃薯产业的发展同样如此。现阶段我国针对马铃薯产业扶持力度、马铃薯品种的保护程度以及政策倾斜力度等方面都需要进一步加大。针对国家提出的“马铃薯主粮化战略”应落到实处[46]。只有国家大力支持、科研人员努力改进、农户种植热情高,全国上下共同协力,才能更好地促进马铃薯产业的健康可持续发展。
马铃薯涉及的加工产业众多,大力发展马铃薯产业将有利于农民脱贫、有利于提升国内加工水平、有利于改善国家贸易现状、有利于保证粮食安全。我国马铃薯产业发展还有很多弊端,针对这些问题,首先应该进行马铃薯抗病、抗逆、优质种质资源发掘、创新与利用工作;其次要进行现代育种技术研究及专用品种选育工作;还要进行适宜我国消费习惯和国情的耐贮藏产品、加工技术及适宜我国小农户使用的小型机械等技术研究。所以马铃薯增收、优良品种的选育以及改善马铃薯产业环境等都是未来研究的主要方向。