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20世紀至今我國作物學發展演進探析

來源:原創論文網 添加時間:2019-06-29

  摘    要: 作物生產維系著人類最基本的生活需求, 由作物栽培學、耕作學和作物遺傳育種組成的作物學是農業科學的核心學科之一。本文梳理和總結了20世紀以來中國作物學發展的研究歷程。其發展大致經過20世紀上半葉的初創、1951~1978年體系的形成、1979年至今的快速全面發展三個階段, 經歷了從無到有, 從不成熟到體系日臻完善, 取得了顯著的成就。

  關鍵詞: 20世紀; 作物學; 發展歷程;

  Abstract: Crop production maintains the basic human needs of life. Crop science, which consists of crop cultivation, farming and crop genetics, is one of the core disciplines of agricultural science. This study reviews and summarizes the researches of crop science development in China since the 20th century. And the development of Chinese crop science has experienced three stages: the preliminary establishment in the first half of the twentieth century, the system formation from 1951 to 1978, and the rapid and comprehensive development period since 1979. Crop science has gone through from nonexistence to existence, from immaturity to perfection in the system, achieving remarkable achievements.

  Keyword: the 20th century; crop science; development course;

  有關作物學的知識可以追溯到遠古, 但作物學作為一門較完整的學科, 從誕生至今, 時間并不長。一般認為, 作物栽培學由英國泰爾 (A.B.Thaer, 1752~1828) 在《合理農業的原理》中首先倡導, 比較接近現代作物栽培學的基本概念[1] (P13) 。耕作學最初是由蘇聯土壤學家B.P.威廉斯 (1863~1939) 從土壤學中分離出來。作物育種學作為一門學科則是在達爾文 (C.Darwin, 1809~1882) 提出進化論、孟德爾 (G.Mendel, 1822~1884) 發現遺傳規律之后, 在遺傳學等學科基礎上形成的。中國的作物學則在其后才逐漸形成。

  一、20世紀上半葉作物學的初創

  中國的古代作物學, 經歷了原始社會的“刀耕火種”到明清時期的“精耕細作”, 從最原始的留種選種到完全憑經驗的農民育種時代, 栽培和培育了很多的農作物, 各方面都達到了很高的水平, 成就驚人, 堪稱世界一流。但由于長期閉關鎖國, 傳統農業和科技開始逐漸落后于西方國家。19世紀60~90年代隨著中國洋務運動和改良主義的興起, 中國開始傳播和引進國外近代農業科學技術, 建立農業科研、推廣體系, 取得一些研究成果, 促進了近代中國農業科學技術的發展[2]。

  中國作物學作為一門系統的科學, 在19世紀后期和20世紀初開始逐步形成。20世紀50年代以前的中國農科只有作物學, 早期的作物學稱為農藝學, 內容綜合了農業各學科, 以作物生產技術和作物育種為主, 也包括土壤、病理、農業機械等, 這些方向后來均逐步發展成為獨立的學科。作物學學科的初期創立階段與我國近代農學發展息息相關。

  孫中山于1895年在廣州首創農學會, 提倡“以農桑新法啟民”。羅振玉等于1896年在上海倡議成立了農學會, 創辦中國第一個農業專業科技期刊《農學報》, 編譯出版“農學叢書”, 內容廣泛, 傳播西方的先進農學知識和技術, 介紹近代農業科學知識, 是當時唯一專門編譯外國農業文章的書報, 代表著中國傳統農學同西方實驗農學的結合, 是中國正式推行近代農業科學技術的標志。陳嶸、王舜成等于1917年在上海發起創立中華農學會, 成立農事試驗場, 聯絡農學留學學子, 促進我國農業改良和科技進步。中國近代作物學伴隨著近代農學逐步成長。1932年1月, 中國近代國家級農業科研機構———中央農業實驗所的成立, 引領著中國近代作物學發展進入一個新階段。它征集優良作物品種, 進行品種分類, 改進作物栽培耕作方法, 選育稻麥等優良品種, 在農業生產上積極推廣, 有力地推進了中國近代作物學的發展。
 

20世紀至今我國作物學發展演進探析
 

  20世紀上半葉中國主要沿用傳統的栽培耕作方式, 同時也開始探索新型作物栽培耕作方法, 作物學家研究作物種植時期、田間株距行距等, 開展栽培耕作方面的科學試驗。運用開溝排水、不開溝排水和開溝灌溉三種方法, 試驗對作物產量的影響。積極推廣兩熟稻與再生稻栽培技術, 論證兩熟稻栽培在西南各省的適應區域。

  20世紀最初十年, 孟德爾遺傳學說開始傳入中國[3], 創造新品種的工作才有了科學的依據, 作物育種技術有了巨大的進步。隨著遺傳研究的深入、育種知識的積累和相關學科的發展, 20世紀20~30年代中國的作物育種開始逐步擺脫主要憑經驗和技巧的初級狀態, 具有了系統理論與科學方法[4], 運用遺傳變異理論指導育種試驗, 采用生物統計學分析試驗結果。選擇育種是最悠久的育種方法, 作物品種主要從地方品種中系統選育而成, 在20世紀上半葉一直發揮著主導作用。中央農業實驗所在全國舉辦稻麥棉等大規模育種試驗, 舉辦品種區域試驗, 培育了大量農作物良種, 中國的稻麥棉等主要作物育種事業獲得了顯著的發展。

  20世紀上半葉作物栽培耕作技術的改進和良種推廣面積的擴大, 增加了作物產量, 緩解了廣大勞動人民的溫飽問題。但在新中國成立前, 由于處在半殖民地半封建社會, 加上連年戰爭, 以及歷屆政府重文輕技, 在高等農業院校開設作物栽培與耕作學、遺傳學課程很少, 僅有少數人做了一些科學研究工作, 技術力量相對薄弱, 水平低, 發展緩慢, 作物學沒有得到廣泛的傳播與深入的研究。

  二、1951~1978年作物學體系的形成

  20世紀50年代以前的作物學學科中, 既有作物學概論或作物生產通論, 又有栽培和育種兼顧的稻作學、麥作學、棉作學等, 栽培和育種僅作為稻作學、麥作學等的一個生產技術部分, 作物栽培學與耕作學、作物遺傳育種僅是作物學的一個分支, 并沒有自身的理論體系。

  (一) 作物栽培學

  隨著科技的發展、生產的需要, 20世紀50年代, 在輪作理論和技術的影響下, 作物的生產技術研究由定性觀察向定量分析方向發展, 逐步形成了中國作物學的栽培耕作方向。在50年代中國農業院校新開設作物栽培學, 并作為一門專業主干課, 出版了第一部《作物栽培學》, 由此誕生了中國作物栽培科學, 中國作物栽培學從此成為了一門獨立的學科。作物栽培學作為一個學科, 是有自己的學科體系的, 既包含論述作物栽培一般原理和技術的總論, 也包含分述各個單項作物栽培特殊原理和技術的各論。作物栽培學圍繞農作物增產的主題, 針對中國各地差異極大的自然條件和生產條件以及復雜的多熟種植制度而開展的各種作物栽培問題研究、推廣和應用[1] (P13) 。

  中國的作物栽培學走過了一條曲折的發展道路, 20世紀50年代中國栽培學家們開始了創建學科自身理論體系的探索, 最早開始側重總結農民群眾的作物生產經驗。廣大農業科技人員深入農村, 對農民生產經驗進行調查, 學習、總結和推廣農民豐產栽培經驗, 尤其是農民勞模的栽培經驗, 改進栽培技術。以黨中央和毛澤東主席總結出的“土、肥、水、種、密、保、工、管”為主要內容的農業生產“八字憲法”為基本依據, 總結和創造栽培技術。如50年代末開展的以江蘇陳永康“三黃三黑”的單季晚粳看苗診斷、河南劉應祥“馬耳朵、驢耳朵、豬耳朵”的小麥葉片診斷為代表的勞模高產經驗的理論總結研究, 開始作物高產栽培理論的研究, 這一研究方法為建立中國特色作物栽培科學理論體系找到了途徑, 推動糧食畝產從不足70kg提高到150kg以上[5]。

  之后在60、70年代, 中國作物栽培學主要圍繞育苗移栽、合理密植、覆蓋栽培、土壤耕作等單項高產栽培技術開展研究[2]。經過國內作物高產栽培規律的探索研究, 同時汲取國外作物產量形成機理的研究成果, 在70年代初步形成了中國特色作物栽培的科學理論體系框架, 明確了作物栽培學是研究作物高產形成規律及其調控的應用科學[6]。

  (二) 作物耕作學

  中國作物耕作學是20世紀50年代初從前蘇聯引入中國農業院校, 從此農學專業就開設了耕作學課程, 為推動我國農業發展做出了巨大貢獻。1952年, 全國高等農業院校進行教學改革, 北京農業大學的孫渠教授引進前蘇聯的《普通耕作學》 (又譯作《普通農作學》) , 并在1953年首先開設了耕作學課程[7] (P8) 。耕作學獨立的學科機構———教研組 (室) , 逐漸在中國農業高等院校和科研院所建立。當時的耕作學是以“農業生產”為研究對象, 以“植物生產、動物生產和土壤管理”三個環節說明農業生產內部關系的基本形態與結構。這一階段的耕作學內容雖不夠成熟, 但引進耕作學在當時符合客觀需要, 把農業技術與土壤肥力聯系起來, 對推動當時耕作學的發展起了一定作用, 十分有益。南方稻田推進單季稻改雙季稻、農田間作改一年內前后相連兩季水稻;種植指數提高, 華北平原改二年三熟為一年二熟, 江淮擴大冬種推廣稻麥兩熟。

  中國作物耕作學由于剛開始從前蘇聯機械搬用, 研究對象也大而空, 產生了一定的“負面”影響。中國耕作學工作者根據數千年的農業傳統經驗, 結合中國國情和農業生產實際, 提出了以提高土壤肥力為中心的用地養地相結合的理論, 實現農作物全面、持續增產。1961年, 孫渠教授等率先提出了“用地養地”的基本觀點, 指出用地是目的, 養地是保證, 將耕作學從單純研究養地措施轉變為用地養地結合的技術體系, 明確了耕作學的研究對象是耕作制度, 拓展了耕作學的研究領域, 推動了全國耕作制度調整改革。多熟種植技術、間混套作等理論和技術有較大進展, 土地利用率提高, 復種面積擴大, 使農作物全面、持續增產。70年代中國進行了大規模的耕作制度改革, 提出“四良”配套理論, 即將良制、良田、良種、良法有機地結合起來, 促進農業全面、持續增產。經過不斷研究和探索, 70年代末期基本形成了具有中國特色的耕作學學科體系[7] (P8) 。到1977年全國雙季稻田面積高達1.9億畝, 南方雙季稻由華南向長江流域推進;由于灌溉面積大幅度增加, 華北平原由原有兩年三熟制基本上改成為一年兩熟制, 作物套作也迅速發展[8] (P254) 。

  (三) 作物遺傳育種

  新中國成立后, 作物遺傳育種的傳播與發展進入了一個新的時期, 全國作物遺傳育種工作取得長足進展。半個多世紀的作物遺傳育種研究勝過以往幾千年, 育成了數以萬計農作物良種[9] (前言) , 主要通過水稻、小麥、玉米、大豆等主要農作物體現。

  20世紀50年代是作物種質資源的搜集、保存和評選利用階段。這個時期聯合攻關, 在全國范圍內收集了大量主要農作物的種質資源, 選出一批優良品種, 改變了生產上品種多、雜、亂的現象。全國共收集水稻品種約4萬份, 經整理、鑒定、篩選出推廣應用的有160余個優良品種[10] (P236) ;搜集玉米種質資源2萬余份, 育成了400多個品種間雜交種, 應用在生產上的有60多個[10] (P254) 。但是這些良種多表現為稈高易倒伏和不抗病, 增產潛力有限。20世紀60年代以前, 作物生產水平低, 幾乎沒有化學防治措施, 主要限制因素是病蟲害, 作物育種的主要目標為抗病蟲。1953年, Watson和Crick發現遺傳物質脫氧核糖核酸的雙螺旋結構, 從此開啟了分子生物學的新時代, 分子育種開始興起。

  20世紀60年代以來, 水稻、小麥等作物的矮化和抗病蟲育種掀起第一次“綠色革命”, 具備了抗倒伏和耐肥特性, 作物產量潛力大幅度增加, 有力地推動了作物育種學的發展。雜交育種成了最主要最有效的育種方法, 中國20世紀六七十年代, 50%以上的水稻品種、70%~80%的小麥品種都是通過雜交育種方法育成的[11]。1964年袁隆平開始水稻雜種優勢利用研究, 利用發現的野敗材料, 育成的水稻CMS不育系, 1973年實現了秈型雜交水稻的“三系”配套, 1976年在南方稻區大面積推廣。中國是世界上第一個將雜種優勢應用于水稻生產的國家。李振聲院士通過遠緣雜交培育的小偃麥系列品種, 對小麥條銹病的持久抗性問題有了較好的解決。糧食品種的選育與推廣利用, 為世界和中國糧食生產做出了重要貢獻, 提高了糧食的產量。

  20世紀70年代開始種質資源的改良和創新工作, 培育出一大批各具特色的種質資源群體。興起組織培養技術, 開展用輪回選擇方法改良群體, 選育出一大批優良的自交系。作物生產條件逐步改善, 灌溉面積擴大, 化肥廣泛使用, 作物育種的首要目標是抗倒、抗病、豐產。20世紀50~70年代, 這一時期作物育種不重視作物品質, 主要追求高產。

  新中國成立后, 中國作物學發展獲得了新機。隨著科技發展、生產的需要, 農業院校陸續開設作物學專業課程, 作物學下的主要學科作物栽培學、作物耕作學和作物遺傳育種逐漸獨立, 成為了一門獨立的學科, 并不斷發展, 到20世紀70年代末初步形成了有中國特色的作物學體系。

  三、1979年至今作物學的快速全面發展

  (一) 作物栽培學

  20世紀70年代后期開始, 中國作物栽培學恢復并加速發展, 從經驗技術型向理論技術型發展, 以作物高產增產為中心任務, 圍繞作物規范化、指標化進行綜合栽培技術研究, 重點研究作物器官發育特點、產量形成、立體多熟、高效抗逆高產, 總結作物個體群體生產發育規律, 建立理想株型和高光效群體, 在作物生產信息采集與優化處理、模式化栽培、立體種植、機械化栽培等方面取得突破性進展, 優化組裝作物高產穩產豐產的栽培技術體系, 在生產上大面積廣泛應用, 出現“小麥精播高產栽培技術”等一批栽培成果, 中國作物栽培學得到空前發展。

  20世紀90年代以來, 我國糧食生產供求基本平衡且豐年有余, 作物栽培學進入鞏固提高階段, 由單一目標向高效、高產、優質、安全、生態多目標發展, 研究作物持續增產和優質高效的栽培技術, 開展系列農作物可持續栽培技術體系研究, 研究內容逐步滲入植物形態、生態、作物生理、生化等現代科學理論, 應用生物統計和電腦模擬等研究方法和手段, 建立作物生產管理的計算機決策系統, 出現優質強筋小麥高產節本增效栽培體系研究、小麥節水高產栽培技術、多元高效立體種植模式等系列成果, 取得顯著成效。

  近年來, 傳統作物栽培學融匯現代新技術, 如生物技術、信息技術和新材料等新內容, 將來會在作物生產上發揮一定作用, 促進作物栽培學的發展, 豐富作物栽培體系。

  (二) 作物耕作學

  改革開放后, 中國耕作學進入大發展的時期, 耕作學引入西方的農業生態學, 研究內容越來越拓展, 擴展到土壤耕作制、農田施肥制、雜草防除制等方面, 研究理論不斷深化, 提出生態適應性理論、光能利用理論、投入產出理論、“五業”結合理論等, 調整不適宜的多熟方式, 改進研究方法。耕作學學科迅速發展, 耕作學教研室不斷增多, 并且相繼獨立。1980年只有10個教研室 (組) , 1986年增加到27個, 增長近2倍。人才隊伍也迅速發展壯大。20世紀80年代中后期, 耕作學已作為獨立學科的地位載入《中國大百科全書·農業卷》和《農業大百科全書·農作物卷》, 標志著我國耕作學學科體系和內容走向成熟[7] (P12) 。

  20世紀90年代耕作學提出了向“高產、優質、高效”模式方向發展, 不僅要有經濟效益和社會效益, 還要有較好的生態效益, 在“四良”配套的基礎上, 增加了良物和優良生態環境, 走可持續發展之路。學科體系和內容得到進一步的調整和充實, 高產、高效、持久同步發展的理論與技術進一步成熟, 研究手段在“硬件”和“軟件”方面更加先進。科研成果廣泛應用在黃淮海開發治理、西北旱地農業、紅黃壤資源等的綜合開發和生態建設, 做出了突出貢獻。在學科重組和調整的大形勢下, 有的單位的耕作學機構被合并, 而一些國家級的科研院所、重點大學, 在大項目的支持下, 耕作學仍得到良好發展[12]。

  進入21世紀, 經過我國耕作學界共同努力, 耕作學繼續向前發展, 提高土地生產力是耕作制度與農業可持續發展的基礎, 建立保護性耕作制, 明確種植制度是耕作學的核心和特色[8] (前言) 。中國耕作學逐步形成了體系更加完整、有中國特色的耕作學學科。

  (三) 作物遺傳育種

  隨著改革開放和國民經濟的發展, 品質改良成為迫在眉睫的任務, 作物的品質不能滿足城鄉居民改善生活的需要。80年代興起分子標記技術和轉基因技術, 圍繞高產、優質、多抗的綜合育種目標, 采用品質育種、抗性育種、誘變育種、花培育種等手段, 育成一批有特色的作物良種, 豐富了人民的生活, 取得了顯著的社會和經濟效益。

  90年代后, 我國作物生產發展進入提高單產、改善品質的新階段。根據市場需求, 進行作物品質育種研究, 提高作物品質, 育成的品種不僅高產, 而且能抗、耐病蟲害或逆境。如“中香1號”“中健2號”等稻米品種, 品質不僅能與泰國名牌大米相媲美, 產量也超過泰國米一倍[10] (P236) 。近年來, 作物遺傳育種工作者加強群體改良工作, 通過多種輪回選擇的方法進行作物改良, 為進一步開展作物育種工作奠定良好的基礎。

  20世紀以來中國作物學研究取得顯著成績, 取得了一大批重大科技成果應用于大面積作物生產。由于農業生產條件的改善, 作物栽培和耕作方法的提高, 優良品種的推廣, 作物生產快速發展。中國作物學緊密結合生產實際, 經過三個時期的發展, 得到了全面充實和提升, 通過學科交叉與創新實踐, 目前形成了具有中國特色的作物學體系, 為我國農業生產的發展做出了貢獻。

  參考文獻

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