廣西甘蔗創新與展望

李楊瑞

(廣西農業科學院, 南寧 530007)

1 廣西甘蔗產業發展歷程

我國甘蔗栽培經歷了從華南地區逐步向北推移的過程[6,7]。 漢代以前推進到今湖南、湖北地區。到唐宋時代,甘蔗已分布于今廣東、廣西、福建、四川、浙江、江西、湖南、湖北、安徽等省(區),同時有商人進行運銷。 明、清時期,甘蔗分布北進至今河南省汝南、郾城、許昌一帶,范圍更加廣泛[8]。 1884 年以前,是我國蔗糖業的昌盛時期。 據中國海關貿易報告,我國蔗糖大量出口,暢銷香港地區和英、美等國,到1884 年仍出口白糖49.5 萬擔(每擔50kg)、黃糖102.9 萬擔。 但自鴉片戰爭后,帝國主義對我國進行經濟掠奪,致使我國蔗糖業每況愈下。 英商在香港建了兩間規模較大的制糖廠,低價購入甘蔗,再把機制白糖大量輸入我國。 1895 年中日戰爭后,日本侵占我國臺灣,把盛產甘蔗的臺灣變成日本糖業原料的供應地,對我國進行掠奪。 從此,我國的制糖工業和甘蔗生產遭到嚴重破壞,蔗糖生產迅速衰退,從蔗糖出口國變為外糖傾銷地。 1949 年總產量比1936 年下降53%。 蔗田荒蕪,糖廠倒閉,呈現一片衰敗景況[8]。 這個時期反而內陸省所受影響相對較小。 1919 年,在我國大陸,四川的產糖量(15 萬t)居第一,是第二位廣東省的4 倍,第三至第五名分別為江西、廣西和福建[1]。

廣西的甘蔗糖業歷史悠久[9-11]。 如前所述,南宋時期《方輿勝覽》已有廣西盛產甘蔗和冰糖的記載,至明末清初已形成了著名的糖業商品生產基地,所產的糖遠近聞名。 據覃延歡[12]考證：“明代廣西柳州的柳糖、貴縣蘇灣的蘇糖、邕寧慶良墟的白糖,皆為著名商品,暢銷遠近各地”。 晚清民國時期,隨著種蔗制糖業的發展,廣西城鎮蔗糖運銷網絡已經形成。 和全國一樣,廣西的甘蔗糖業在鴉片戰爭以后全面衰落。 廣西在1936 年曾興辦機制糖廠,但由于受日本帝國主義侵略戰爭的破壞和劫掠而全被摧毀[8]。

總的來說,20 世紀50 年代至80 年代,廣西的甘蔗生產雖然經歷了幾次大的起伏,但總趨勢是向前發展的。 1950 年,廣西甘蔗栽培面積1.5 萬hm2,甘蔗總產42.75 萬t,其中糖料甘蔗面積0.13 萬hm2,單產只有24.23t/hm2,總產糖量0.21 萬t;1977年甘蔗栽培面積11.78 萬hm2,甘蔗總產248.89 萬t,其中糖料甘蔗面積8.23 萬hm2,單產只有18.9t/hm2,總產糖量只有23.4 萬t;1989 年甘蔗栽培面積31.13 萬hm2,甘蔗總產1410.7 萬t,其中糖料甘蔗面積27.43 萬hm2,單產只有43.2t/hm2,總產糖量128 萬t。 可見,在改革開放前,我國的甘蔗發展主要以擴大種植面積獲得發展,而改革開放以后主要是依靠科技進步。 廣西在總結1977 ～1989 年的蔗糖業發展經驗時測算,這一時期科技對廣西蔗糖業發展的貢獻率達到71%[9,13]。 但這一時期因科技水平較低,全國的甘蔗單產都很低,依賴旱地的廣西甘蔗單產更是低于全國平均水平[3]。

改革開放以來,廣東珠江三角洲和福建閩南地區城市化進程加快,甘蔗糖業迅速萎縮,臺灣省的甘蔗糖業也隨著現代化進程的快速發展而迅速轉產。我國政府適時調整糖業區域布局,重點發展廣西、云南、廣東湛江、海南、新疆等產糖地區,成功地實現了東糖西移,北糖南移的糖業結構大調整,形成了新的糖業基地。 廣西依靠科技進步,甘蔗生產發展迅速。從1992/1993 年榨季起,糖蔗種植面積、產量及產糖量躍居全國第一位,成為我國最大的糖業生產基地,在我國的蔗糖生產中舉足輕重,對中國的食糖安全至關重要。 每年調出區外的食糖商品總量占全國80%以上,成為名符其實的蔗糖主導省[14],世界上第二個產糖大省。

廣西甘蔗產業增長迅猛,成為廣西重要的支柱產業,對振興廣西經濟,促進農民增收,加快農民脫貧致富發揮了重要的作用。 目前全區109 個縣(市、區)中有95 個種植糖料蔗,全區直接種蔗農民超過850 萬人,涉及蔗區人口2000 多萬;大部分甘蔗主產縣(市)蔗糖業稅收占當地財政收入40%以上,一些縣(市)達70%;“十二五”期間全區年均種蔗收入近300 億元,發展甘蔗生產對提高農民收入、促進蔗區地方經濟發展極為重要。

2 廣西甘蔗技術創新

廣西甘蔗產業的跨越式大發展是國家產業結構調整及廣西壯族自治區黨委、政府長期重視和支持的結果,是全區人民幾十年艱苦努力的結果,更是廣西甘蔗科技工作者持之以恒地進行科學技術創新,不斷選育和推廣應用優良甘蔗品種、研發和集成應用各種先進適用栽培技術的結果。

輸出方程均為x，其中H=PX (x-BTy+DTu), Rm, Rn, Rp。顯然，這兩個模型都需要m+n+p個決策變量,與提出的神經網絡模型所需變量數一致,但網絡層數不同,模型(13)和(14)的層數分別為2和3，而模型(9)僅為單層。

2.1 甘蔗新品種選育

50 年代初期,廣西主要種植竹蔗和一些已經退化的外來品種,如POJ2878 等,單產很低。 50 年代推廣的良種臺糖134、Co290、Co331、Co419 等品種占甘蔗栽培總面積的90%以上,代替了過去的劣種,使甘蔗單產和蔗糖分分別提高約20% 和10%。1952 年在位于熱帶的海南島建立了甘蔗育種場,為全國各蔗區培育雜交種子。 廣西從事甘蔗育種的機構主要是1956 年成立的廣西甘蔗研究所,所選育的為桂糖系列甘蔗品種,同時也引種鑒定篩選出國外新良種[15]。 因地制宜地推廣甘蔗良種,對提高單產和蔗糖總產效果顯著,一般都能增產甘蔗10% ～20%,而且蔗糖分由原來的8% ～9%提高到10% ～13%。 這些新品種各具優良特性和地方特色,在一定程度上解決了對不同類型蔗區的適應性,早、中、晚熟搭配和豐產、高糖等問題,但從50 年代至80 年代初,臺糖134 連續成為主栽甘蔗品種近30 年。 直到1980 年廣西甘蔗研究所選育出突破性優良新品種桂糖11 號(桂糖73-167),在80 年代中期至90年代中期取代臺糖134 成為廣西的主栽品種,其鼎盛時期在廣西曾占甘蔗栽培面積的53%,在云南、廣東、福建等主要蔗糖生產省均大面積栽培,至今云南蔗區仍有栽培,在全國蔗區累計推廣面積達340萬hm2以上。 其他推廣面積較大的自育甘蔗良種有桂糖1 號、桂糖3 號、桂糖12 號,以及引進的粵蔗7號、粵糖63-237、臺糖172、新臺糖1 號、Triton(選蔗3 號)、Co 997、Co 419 等,一般都能增產蔗糖1 ～2成。

20 世紀90 年代中期以后,桂糖11 號在廣西蔗區明顯退化,近十多年來,我國甘蔗主產區的甘蔗品種主要是新臺糖16 號、新臺糖10 號、新臺糖20 號、新臺糖22 號、新臺糖25 號、臺優、新臺糖28 號等,重新被從臺灣引進的新臺糖系列品種占據主導地位。 特別是新臺糖22 號自1997 ～1999 年間直接從臺灣大量引進,因其早熟高糖高產,中大莖、脫葉性好,抗旱性較強,很快取代新臺糖16 號成為廣西的主栽甘蔗品種,2006 年以后占廣西甘蔗栽培面積60%以上,此后還不斷提高至70%以上,在一些蔗區甚至達98% 以上。 這個時期自育的甘蔗品種桂糖15號、桂糖17 號、桂糖21 號也有一定的栽培面積,尤其是桂糖21 號,因其抗倒伏能力強,高產穩產,成為沿海蔗區的主栽品種。 從廣東引進的粵糖93/159、粵糖79/177、粵糖00-236、粵糖04-395 以及從國外引進的桂引5 號(B1)、農林8 號、CP80/1827 等,也有一定栽培面積。

2002 年以來,隨著廣西的甘蔗糖業不斷發展壯大,廣西加大了甘蔗育種的投入,廣西甘蔗研究所(現為廣西農業科學院甘蔗研究所)成為我國規模最大的甘蔗育種機構,甘蔗實生苗規模由原來的每年30000 株左右擴大到100000 株以上。 2008 年廣西農業科學院在海南三亞建立了甘蔗雜交基地,2009 年正式開展甘蔗雜交工作,目前每年配制的雜交組合達1000 個以上,成為廣西甘蔗種質資源創新利用和新品種選育的重要源頭。 同時廣西大學農學院、柳城縣甘蔗研究中心、柳州市農業科學研究所等單位也相繼開展甘蔗選育種或引進篩選工作。 近年來更有百色市農業科學研究所、河池市農業科學研究所、廣西亞熱帶作物研究所、廣西南亞熱帶農業科學研究所等研究機構也開展了甘蔗選育種工作。 近年來,廣西農業科學院甘蔗研究所已先后選育出桂糖29 號～51 號甘蔗品種,柳城縣甘蔗研究中心選育出桂柳03-182、桂柳03-1137、桂柳05-136 等甘蔗品種,柳州市農業科學研究所選育出柳糖1 號、柳糖2 號等甘蔗品種。 同時,通過建立甘蔗優良新品種繁育基地,研究甘蔗健康種苗生產、良種繁殖技術以及與新品種相配套的高產栽培技術等,促進了優良甘蔗新品種的推廣應用。 目前廣西自育甘蔗新品種正在快速取代已經明顯退化的新臺糖22 號,據統計,自育甘蔗優良新品種已占甘蔗栽培面積40%以上,其中栽培面積較大的有桂糖29 號、桂糖42 號、桂糖43 號、桂糖44 號、桂糖46 號、桂糖47 號、桂糖49 號、桂柳03-1137、桂柳05-136 等。

2.2 甘蔗栽培技術創新與應用

20 世紀50 年代至80 年代,廣西在總結各地先進經驗,開展科學研究和推廣應用國外科學技術新成果等方面均取得了一定成績,采取修水庫、開運河、整治排灌渠道、挖井提水、安裝電動抽水和噴灌、深耕改土、輪間套種豆科作物等措施,研究總結出選用良種、提早植期、培育全苗壯苗、合理密植、肥水促控、多次培土、綜合防治病蟲害、防止倒伏、適時收獲、小鋤低砍等方面的綜合技術,并因地制宜地應用推廣,甘蔗生產的栽培技術水平得到不斷提高。 在高旱地蔗區總結推廣了“深溝種植、封畦筑埂、雨后中耕、少剝枯葉”的一套防旱保水方法。 從20 世紀50 年代初起利用赤眼蜂防治蔗螟,解決了人工繁殖、釋放赤眼蜂的一系列技術問題,在生產上普及應用,建立了大批赤眼蜂繁殖站,將農藝與藥劑防治相結合,使一些蔗田的枯心率降至1%以下,但大面積應用僅限于局部管理水平較高的蔗區。 這個時期,我國蔗區在綜合防治中結合應用呋喃丹治螟并研究試驗蔗田化學除草,成效顯著[3]。

近十多年來,在旱地甘蔗節本高效栽培研究方面取得了較大進展,涌現出一批科研成果。 先后組織實施了“旱地甘蔗高產高糖栽培技術研究”等項目,對蔗糖生產起到極大的促進作用,甘蔗單產不斷提高。 如2007 年由廣西農業科學院主持的國家科技支撐計劃重點課題和廣西科技攻關重點課題“旱地甘蔗高效節本栽培技術集成研究與示范”項目,實施3 年多來,在華南主要蔗區建立旱地大面積甘蔗高產高糖高效節本技術集成應用示范區10 個,面積3340hm2以上,輻射帶動66.7 萬hm2。 示范區甘蔗單位面積產蔗量112.5t/hm2以上,蔗糖分14.5%以上,比非示范區產蔗量增產15t/hm2以上,節約成本10%以上;輻射區甘蔗單位面積產蔗量105t/hm2以上,比非輻射區產蔗量增產7.5 t/hm2以上,蔗糖分提高0.5 個百分點左右,節約成本8%以上。 廣西農墾系統蔗區,通過項目實施,初步配套組裝成抗旱節水、高效低耗的旱地甘蔗生產技術體系,建立了大面積標準化的甘蔗生產示范基地,2007/2008 榨季創造了全系統單產超120t/hm2的好成績,對周邊蔗區起到了很好的示范作用[3,4,16-17]。

同時研發了一批先進適用的栽培技術,多項甘蔗旱地栽培技術已在我國蔗區大面積應用。 其中深耕深松技術每年應用28 萬hm2,地膜覆蓋技術每年應用8 萬hm2,蔗葉還田技術每年應用示范近17 萬hm2,甘蔗智能化施肥技術每年應用15 萬hm2以上。 酒精發酵液定量還田技術體系,在廣西累計推廣達5 萬hm2以上,一般增產10% ～30%,提高蔗糖分0.2 ～1.0 個百分點;甘蔗化學調控增糖增產技術實施面積累計已達6.7 萬hm2以上,增糖增產效果顯著;甘蔗健康種苗技術,可提高甘蔗單產20%左右,減輕病害對甘蔗種性退化的影響,延長品種的使用壽命。 應用寄生峰、性激素迷向法及誘殺防治甘蔗螟蟲,利用綠僵菌防治蔗鋸天牛生,利用燈光誘殺天牛、金龜子及其他趨光性較強的鱗翅目害蟲等,通過非化學防治技術,蟲害危害率可降低50%以上[3,4,16-17]。

2.3 甘蔗技術創新重大成果及對產業發展的支撐作用

廣西的甘蔗技術創新成果及對甘蔗產業發展發揮了重要的支撐作用,這里列出兩個重要的甘蔗技術創新重大成果的應用例子。

2.3.1 甘蔗品種桂糖11 號的育成和推廣應用促進了廣西甘蔗產業騰飛 如前所述,新中國成立以后,我國大陸的主栽甘蔗品種是臺糖134,延續了30年,直到廣西甘蔗研究所育成的桂糖11 號于1980年通過品種審定[8]。 桂糖11 號是廣西甘蔗研究所用CP49/50×Co419 選育而成的品種,中大莖、早中熟、高糖,穩產、高產,抗逆性強、適應性廣,耐瘠、耐寒、耐澇,風折率低,特別是抗旱性強,明顯優于當時的主栽品種臺糖134。 該品種一經審定推廣即受到蔗農和糖廠的歡迎,蔗種供不應求,于是廣西甘蔗研究所應用甘蔗組織培養快繁技術加快該品種的繁殖速度,因此到20 世紀80 年代中期桂糖11 號就成為廣西蔗區的主栽甘蔗品種,為廣西甘蔗產業的騰飛立下了大功。 隨后該品種也先后成為云南、廣東、福建等當時甘蔗主產區的主栽品種之一,特別是在云南蔗區,作為甘蔗主栽品種長達30 年,累計應用面積達340 萬hm2以上,是我國大陸自育甘蔗品種中在生產上應用面積最大、應用時間最長的甘蔗品種。因此可以說,這是一個真正具有突破性的甘蔗品種,在相當長的一個時期支撐了廣西乃至我國的甘蔗產業發展。 優良甘蔗品種的選育和推廣應用,永遠是甘蔗產業發展最重要的技術支撐,一定要持續不斷地給予高度重視和支持。

2.3.2 旱地甘蔗高產高糖高效栽培技術體系創建和應用 1982 年以前我國是蔗糖生產小國,年食糖總產糖量不足300 萬t,每年需要大量進口50%以上。 甘蔗生產主要依賴珠江三角洲和閩南三角洲的水田蔗區,隨著社會經濟的發展,東蔗西移,向桂中南、滇西南、粵西廣大旱地拓展蔗糖產業成為國家戰略。

歷史上,我國旱地蔗區由于立地條件差、季節性干旱嚴重,被視為甘蔗生產發展的非適宜區,突破旱地甘蔗高產高糖栽培技術成為我國蔗糖產業發展的重大關鍵問題。 廣西甘蔗研究所從1982 年起在一系列國家和省部級項目(包括國家科技支撐重點項目)的支持下,集成全國主要甘蔗科研力量開展產學研協作攻關,對旱地甘蔗的生態環境、生長生理、糖分積累進行了系統研究,形成了旱地甘蔗高產高糖栽培理論和關鍵技術,取得重大創新和突破,實現了我國甘蔗產區的戰略性轉移和產業跨越式發展。主要技術創新如下：

(1)揭示了旱地甘蔗需水規律,明確了旱地甘蔗生長特性,建立了以深耕深松、蔗地覆蓋、節水灌溉、乙烯利處理提高甘蔗抗旱力為核心的甘蔗抗旱技術體系,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規律,發現甘蔗生物固氮特性是普遍存在和可在生產上利用的,發明了甘蔗糖蜜酒精發酵液定量還田技術,形成了旱地甘蔗化肥減施技術,提高了生產效益,減輕了面源污染。(3)系統研究了旱地甘蔗糖分形成機理和調控機制,揭示旱地甘蔗以酸性轉化酶、中性轉化酶和蔗糖磷酸合成酶為主導的糖分積累規律,形成了以乙烯利誘導ACC 合成酶和ACC 氧化酶基因表達,促進甘蔗蔗糖分提高的創新技術。

(4)發明了熱水脫毒+莖尖組培脫毒快繁生產甘蔗健康種苗技術,建立了甘蔗宿根矮化病、甘蔗花葉病毒病高效防治技術,研發出古巴蠅+赤眼蜂的螟蟲綜合防治技術,實現甘蔗主要病蟲害的綠色防控。

以上述研究成果為基礎,通過組裝配套,形成了旱地甘蔗高產高糖高效栽培技術體系,為我國旱地甘蔗生產持續穩定發展提供了技術支撐[2,4,5,16,17]。 同時,通過產學研結合,采用“核心試驗區研發、示范區引領帶動”,創新采用“科研院所+企業+農場+基地+農戶”推廣模式,建立了技術集成與應用示范基地,樹立我國旱地甘蔗高產示范樣板,以點帶面,強化技術培訓,加快了新技術推廣應用。 還通過制定相關技術規程,錄制出版發行DVD 光碟,促進甘蔗高產高糖高效生產的規范化進程。 旱地甘蔗高產高糖高效節本栽培體系已被國家農業部列為“2017 年農業主推技術”。 該技術體系的研發和推廣應用,為我國旱地甘蔗單產由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%躍升到90%做出了重要的貢獻[16]。 由不同國家權威甘蔗專家組成的成果評價小組一致認為：旱地甘蔗高產高糖高效栽培技術體系的創建和應用,顯著促進了甘蔗糖業科技進步,打破了中國過去依靠水田、良田種植甘蔗的局面,解決了糖、糧爭地的矛盾,有效保障了中國食糖供給和綠色可持續發展。 過去30 年中國甘蔗糖業的跨越式發展成就是世界罕見的。

3 廣西甘蔗創新發展展望

3.1 當前廣西甘蔗生產存在的突出問題

當前,廣西甘蔗生產存在的突出問題是：主栽品種新臺糖22 號退化嚴重,蔗區品種單一;生態適應性強的甘蔗新品種少,抵御旱、寒、病、蟲、草、鼠害能力低;生產成本高,機械化程度尤其是機械化收獲程度低;甘蔗多種植在干旱、瘠薄的“望天田”,蔗區有效灌溉面積不足甘蔗總面積的20%;肥料、農藥等農資費用上漲,加上過量施用,生產成本提高,蔗農收益差;蔗農普遍科技素質低,栽培管理技術落后,宿根年限短,甘蔗單產水平偏低,人均勞動生產率低。

3.2 廣西的甘蔗種質創新和甘蔗育種展望

目前廣西正在進行500 萬畝糖料蔗“雙高”基地建設,甘蔗種質創新和甘蔗育種應重點抓好以下工作：

3.2.1 加強引進國內外甘蔗品種和種質資源,篩選一批甘蔗優良種質,擴大甘蔗雜交育種親本的遺傳基礎,將一些表現優良的引進甘蔗品種開展區域試驗。

3.2.2 加強野生甘蔗種質資源的收集、研究與利用,重點是廣西割手密、廣西斑茅和廣西河八王與甘蔗品種的雜交與回交選育;繼續深入開展斑割復合體與甘蔗品種雜交、回交后代的分析研究,獲得創新性種質用于雜交育種。

3.2.3 加強甘蔗雜交技術研究,完善海南甘蔗育種基地甘蔗親本開花誘導設施,建立一套有效的甘蔗開花誘導程序;加強對難開花的甘蔗雜交親本的開花誘導研究,提高甘蔗開花誘導效率,為甘蔗種質創新利用和提高育種效率奠定堅實的基礎。

3.2.4 進一步完善甘蔗品種選育的程序,包括組合評價方法,開展雜交后代的抗病性、抗旱性、氮高效利用特性評價等。

3.2.5 繼續開展甘蔗基因克隆和轉基因育種,重點選育抗蟲、抗除草劑、耐寒、耐旱或高糖等轉基因優良甘蔗品系。

3.2.6 注重選育強宿根性甘蔗優良品種,把宿根年限延長到4 年以上,有效降低甘蔗生產成本。

3.3 甘蔗栽培技術創新展望

旱地甘蔗高產高糖高效栽培技術體系創建與應用對廣西乃至我國的甘蔗產業發展發揮了巨大的支撐作用,但由于種種原因,在廣西甘蔗生產中仍存在上述較多問題,主要是甘蔗生產成本居高不下,導致我國蔗糖產業國際競爭力差。

3.3.1 加快建立土地流轉集約經營、土地平整、小塊變大塊等體制,同時加強農機農藝配合研究,推進甘蔗生產全程機械化。 通過技術革新建立適合機械收獲原料蔗的質量標準和壓榨系統。 機械深耕深松可免去大培土環節,降低成本,大力推廣應用160 匹馬力以上的大型拖拉機,配合深松犁,使蔗地深耕深松達50 ～70 厘米,為甘蔗高產穩產、防風抗倒奠定重要基礎。

3.3.2 充分利用甘蔗的生物固氮特性,減少氮肥施用量,提高肥料利用率。 根據甘蔗生物固氮活性前期較低、伸長期強的特性,在生產中氮肥的施用應集中在前期,以促進其早生快發,早伸長拔節;中后期主要是保證正常生長所需的水分和甘蔗生物固氮作用的正常進行,即可實現以水促肥、以水保肥,伸長期后不追氮肥。

3.3.3 要加快甘蔗健康種苗生產技術的應用,加快優良甘蔗新品種的繁殖推廣。 同時在生產上直接推廣應用甘蔗健康種苗的單芽節段,即所謂“健康種子”,通過包衣處理,可以大大提高甘蔗種苗質量,有利于全面實現統一供種和機械化下種,減少下種量和人力物力,為甘蔗高產高糖奠定基礎。

3.3.4 要大力推廣宿根性極強的高產高糖優良甘蔗品種,如桂糖29 號、桂糖32 號、桂糖44 號、桂糖47 號、桂糖49 號等;同時加強宿根蔗管理,延長宿根年限,使廣西甘蔗生長周期達5 年以上,有效降低甘蔗生產成本。

3.3.5 要繼續因地制宜地大力推廣應用旱地甘蔗高產高糖栽培技術體系,更有效地利用廣西自然的光、溫、水資源,實現旱地甘蔗高產穩產。