20世纪至今我国作物学发展演进探析
作者：admin 来源：未知 日期：2020-05-22 08:16人气：
摘 要： 作物生产维系着人类最基本的生活需求, 由作物栽培学、耕作学和作物遗传育种组成的作物学是农业科学的核心学科之一。本文梳理和总结了20世纪以来中国作物学发展的研究历程。其发展大致经过20世纪上半叶的初创、1951～1978年体系的形成、1979年至今的快速全面发展三个阶段, 经历了从无到有, 从不成熟到体系日臻完善, 取得了显着的成就。
关键词： 20世纪; 作物学; 发展历程;
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;
有关作物学的知识可以追溯到远古, 但作物学作为一门较完整的学科, 从诞生至今, 时间并不长。一般认为, 作物栽培学由英国泰尔 (A.B.Thaer, 1752～1828) 在《合理农业的原理》中首先倡导, 比较接近现代作物栽培学的基本概念[1] (P13) 。耕作学最初是由苏联土壤学家B.P.威廉斯 (1863～1939) 从土壤学中分离出来。作物育种学作为一门学科则是在达尔文 (C.Darwin, 1809～1882) 提出进化论、孟德尔 (G.Mendel, 1822～1884) 发现遗传规律之后, 在遗传学等学科基础上形成的。中国的作物学则在其后才逐渐形成。
一、20世纪上半叶作物学的初创
中国的古代作物学, 经历了原始社会的“刀耕火种”到明清时期的“精耕细作”, 从最原始的留种选种到完全凭经验的农民育种时代, 栽培和培育了很多的农作物, 各方面都达到了很高的水平, 成就惊人, 堪称世界一流。但由于长期闭关锁国, 传统农业和科技开始逐渐落后于西方国家。19世纪60～90年代随着中国洋务运动和改良主义的兴起, 中国开始传播和引进国外近代农业科学技术, 建立农业科研、推广体系, 取得一些研究成果, 促进了近代中国农业科学技术的发展[2]。
中国作物学作为一门系统的科学, 在19世纪后期和20世纪初开始逐步形成。20世纪50年代以前的中国农科只有作物学, 早期的作物学称为农艺学, 内容综合了农业各学科, 以作物生产技术和作物育种为主, 也包括土壤、病理、农业机械等, 这些方向后来均逐步发展成为独立的学科。作物学学科的初期创立阶段与我国近代农学发展息息相关。
孙中山于1895年在广州首创农学会, 提倡“以农桑新法启民”。罗振玉等于1896年在上海倡议成立了农学会, 创办中国第一个农业专业科技期刊《农学报》, 编译出版“农学丛书”, 内容广泛, 传播西方的先进农学知识和技术, 介绍近代农业科学知识, 是当时唯一专门编译外国农业文章的书报, 代表着中国传统农学同西方实验农学的结合, 是中国正式推行近代农业科学技术的标志。陈嵘、王舜成等于1917年在上海发起创立中华农学会, 成立农事试验场, 联络农学留学学子, 促进我国农业改良和科技进步。中国近代作物学伴随着近代农学逐步成长。1932年1月, 中国近代国家级农业科研机构———中央农业实验所的成立, 引领着中国近代作物学发展进入一个新阶段。它征集优良作物品种, 进行品种分类, 改进作物栽培耕作方法, 选育稻麦等优良品种, 在农业生产上积极推广, 有力地推进了中国近代作物学的发展。
20世纪上半叶中国主要沿用传统的栽培耕作方式, 同时也开始探索新型作物栽培耕作方法, 作物学家研究作物种植时期、田间株距行距等, 开展栽培耕作方面的科学试验。运用开沟排水、不开沟排水和开沟灌溉三种方法, 试验对作物产量的影响。积极推广两熟稻与再生稻栽培技术, 论证两熟稻栽培在西南各省的适应区域。
20世纪最初十年, 孟德尔遗传学说开始传入中国[3], 创造新品种的工作才有了科学的依据, 作物育种技术有了巨大的进步。随着遗传研究的深入、育种知识的积累和相关学科的发展, 20世纪20～30年代中国的作物育种开始逐步摆脱主要凭经验和技巧的初级状态, 具有了系统理论与科学方法[4], 运用遗传变异理论指导育种试验, 采用生物统计学分析试验结果。选择育种是最悠久的育种方法, 作物品种主要从地方品种中系统选育而成, 在20世纪上半叶一直发挥着主导作用。中央农业实验所在全国举办稻麦棉等大规模育种试验, 举办品种区域试验, 培育了大量农作物良种, 中国的稻麦棉等主要作物育种事业获得了显着的发展。
20世纪上半叶作物栽培耕作技术的改进和良种推广面积的扩大, 增加了作物产量, 缓解了广大劳动人民的温饱问题。但在新中国成立前, 由于处在半殖民地半封建社会, 加上连年战争, 以及历届政府重文轻技, 在高等农业院校开设作物栽培与耕作学、遗传学课程很少, 仅有少数人做了一些科学研究工作, 技术力量相对薄弱, 水平低, 发展缓慢, 作物学没有得到广泛的传播与深入的研究。
二、1951～1978年作物学体系的形成
20世纪50年代以前的作物学学科中, 既有作物学概论或作物生产通论, 又有栽培和育种兼顾的稻作学、麦作学、棉作学等, 栽培和育种仅作为稻作学、麦作学等的一个生产技术部分, 作物栽培学与耕作学、作物遗传育种仅是作物学的一个分支, 并没有自身的理论体系。
(一) 作物栽培学
随着科技的发展、生产的需要, 20世纪50年代, 在轮作理论和技术的影响下, 作物的生产技术研究由定性观察向定量分析方向发展, 逐步形成了中国作物学的栽培耕作方向。在50年代中国农业院校新开设作物栽培学, 并作为一门专业主干课, 出版了第一部《作物栽培学》, 由此诞生了中国作物栽培科学, 中国作物栽培学从此成为了一门独立的学科。作物栽培学作为一个学科, 是有自己的学科体系的, 既包含论述作物栽培一般原理和技术的总论, 也包含分述各个单项作物栽培特殊原理和技术的各论。作物栽培学围绕农作物增产的主题, 针对中国各地差异极大的自然条件和生产条件以及复杂的多熟种植制度而开展的各种作物栽培问题研究、推广和应用[1] (P13) 。
中国的作物栽培学走过了一条曲折的发展道路, 20世纪50年代中国栽培学家们开始了创建学科自身理论体系的探索, 最早开始侧重总结农民群众的作物生产经验。广大农业科技人员深入农村, 对农民生产经验进行调查, 学习、总结和推广农民丰产栽培经验, 尤其是农民劳模的栽培经验, 改进栽培技术。以党中央和毛泽东主席总结出的“土、肥、水、种、密、保、工、管”为主要内容的农业生产“八字宪法”为基本依据, 总结和创造栽培技术。如50年代末开展的以江苏陈永康“三黄三黑”的单季晚粳看苗诊断、河南刘应祥“马耳朵、驴耳朵、猪耳朵”的小麦叶片诊断为代表的劳模高产经验的理论总结研究, 开始作物高产栽培理论的研究, 这一研究方法为建立中国特色作物栽培科学理论体系找到了途径, 推动粮食亩产从不足70kg提高到150kg以上[5]。
之后在60、70年代, 中国作物栽培学主要围绕育苗移栽、合理密植、覆盖栽培、土壤耕作等单项高产栽培技术开展研究[2]。经过国内作物高产栽培规律的探索研究, 同时汲取国外作物产量形成机理的研究成果, 在70年代初步形成了中国特色作物栽培的科学理论体系框架, 明确了作物栽培学是研究作物高产形成规律及其调控的应用科学[6]。
(二) 作物耕作学
中国作物耕作学是20世纪50年代初从前苏联引入中国农业院校, 从此农学专业就开设了耕作学课程, 为推动我国农业发展做出了巨大贡献。1952年, 全国高等农业院校进行教学改革, 北京农业大学的孙渠教授引进前苏联的《普通耕作学》 (又译作《普通农作学》) , 并在1953年首先开设了耕作学课程[7] (P8) 。耕作学独立的学科机构———教研组 (室) , 逐渐在中国农业高等院校和科研院所建立。当时的耕作学是以“农业生产”为研究对象, 以“植物生产、动物生产和土壤管理”三个环节说明农业生产内部关系的基本形态与结构。这一阶段的耕作学内容虽不够成熟, 但引进耕作学在当时符合客观需要, 把农业技术与土壤肥力联系起来, 对推动当时耕作学的发展起了一定作用, 十分有益。南方稻田推进单季稻改双季稻、农田间作改一年内前后相连两季水稻;种植指数提高, 华北平原改二年三熟为一年二熟, 江淮扩大冬种推广稻麦两熟。
中国作物耕作学由于刚开始从前苏联机械搬用, 研究对象也大而空, 产生了一定的“负面”影响。中国耕作学工作者根据数千年的农业传统经验, 结合中国国情和农业生产实际, 提出了以提高土壤肥力为中心的用地养地相结合的理论, 实现农作物全面、持续增产。1961年, 孙渠教授等率先提出了“用地养地”的基本观点, 指出用地是目的, 养地是保证, 将耕作学从单纯研究养地措施转变为用地养地结合的技术体系, 明确了耕作学的研究对象是耕作制度, 拓展了耕作学的研究领域, 推动了全国耕作制度调整改革。多熟种植技术、间混套作等理论和技术有较大进展, 土地利用率提高, 复种面积扩大, 使农作物全面、持续增产。70年代中国进行了大规模的耕作制度改革, 提出“四良”配套理论, 即将良制、良田、良种、良法有机地结合起来, 促进农业全面、持续增产。经过不断研究和探索, 70年代末期基本形成了具有中国特色的耕作学学科体系[7] (P8) 。到1977年全国双季稻田面积高达1.9亿亩, 南方双季稻由华南向长江流域推进;由于灌溉面积大幅度增加, 华北平原由原有两年三熟制基本上改成为一年两熟制, 作物套作也迅速发展[8] (P254) 。
(三) 作物遗传育种
新中国成立后, 作物遗传育种的传播与发展进入了一个新的时期, 全国作物遗传育种工作取得长足进展。半个多世纪的作物遗传育种研究胜过以往几千年, 育成了数以万计农作物良种[9] (前言) , 主要通过水稻、小麦、玉米、大豆等主要农作物体现。
20世纪50年代是作物种质资源的搜集、保存和评选利用阶段。这个时期联合攻关, 在全国范围内收集了大量主要农作物的种质资源, 选出一批优良品种, 改变了生产上品种多、杂、乱的现象。全国共收集水稻品种约4万份, 经整理、鉴定、筛选出推广应用的有160余个优良品种[10] (P236) ;搜集玉米种质资源2万余份, 育成了400多个品种间杂交种, 应用在生产上的有60多个[10] (P254) 。但是这些良种多表现为秆高易倒伏和不抗病, 增产潜力有限。20世纪60年代以前, 作物生产水平低, 几乎没有化学防治措施, 主要限制因素是病虫害, 作物育种的主要目标为抗病虫。1953年, Watson和Crick发现遗传物质脱氧核糖核酸的双螺旋结构, 从此开启了分子生物学的新时代, 分子育种开始兴起。
20世纪60年代以来, 水稻、小麦等作物的矮化和抗病虫育种掀起第一次“绿色革命”, 具备了抗倒伏和耐肥特性, 作物产量潜力大幅度增加, 有力地推动了作物育种学的发展。杂交育种成了最主要最有效的育种方法, 中国20世纪六七十年代, 50%以上的水稻品种、70%～80%的小麦品种都是通过杂交育种方法育成的[11]。1964年袁隆平开始水稻杂种优势利用研究, 利用发现的野败材料, 育成的水稻CMS不育系, 1973年实现了籼型杂交水稻的“三系”配套, 1976年在南方稻区大面积推广。中国是世界上第一个将杂种优势应用于水稻生产的国家。李振声院士通过远缘杂交培育的小偃麦系列品种, 对小麦条锈病的持久抗性问题有了较好的解决。粮食品种的选育与推广利用, 为世界和中国粮食生产做出了重要贡献, 提高了粮食的产量。
20世纪70年代开始种质资源的改良和创新工作, 培育出一大批各具特色的种质资源群体。兴起组织培养技术, 开展用轮回选择方法改良群体, 选育出一大批优良的自交系。作物生产条件逐步改善, 灌溉面积扩大, 化肥广泛使用, 作物育种的首要目标是抗倒、抗病、丰产。20世纪50～70年代, 这一时期作物育种不重视作物品质, 主要追求高产。
新中国成立后, 中国作物学发展获得了新机。随着科技发展、生产的需要, 农业院校陆续开设作物学专业课程, 作物学下的主要学科作物栽培学、作物耕作学和作物遗传育种逐渐独立, 成为了一门独立的学科, 并不断发展, 到20世纪70年代末初步形成了有中国特色的作物学体系。
三、1979年至今作物学的快速全面发展
(一) 作物栽培学
20世纪70年代后期开始, 中国作物栽培学恢复并加速发展, 从经验技术型向理论技术型发展, 以作物高产增产为中心任务, 围绕作物规范化、指标化进行综合栽培技术研究, 重点研究作物器官发育特点、产量形成、立体多熟、高效抗逆高产, 总结作物个体群体生产发育规律, 建立理想株型和高光效群体, 在作物生产信息采集与优化处理、模式化栽培、立体种植、机械化栽培等方面取得突破性进展, 优化组装作物高产稳产丰产的栽培技术体系, 在生产上大面积广泛应用, 出现“小麦精播高产栽培技术”等一批栽培成果, 中国作物栽培学得到空前发展。
20世纪90年代以来, 我国粮食生产供求基本平衡且丰年有余, 作物栽培学进入巩固提高阶段, 由单一目标向高效、高产、优质、安全、生态多目标发展, 研究作物持续增产和优质高效的栽培技术, 开展系列农作物可持续栽培技术体系研究, 研究内容逐步渗入植物形态、生态、作物生理、生化等现代科学理论, 应用生物统计和电脑模拟等研究方法和手段, 建立作物生产管理的计算机决策系统, 出现优质强筋小麦高产节本增效栽培体系研究、小麦节水高产栽培技术、多元高效立体种植模式等系列成果, 取得显着成效。
近年来, 传统作物栽培学融汇现代新技术, 如生物技术、信息技术和新材料等新内容, 将来会在作物生产上发挥一定作用, 促进作物栽培学的发展, 丰富作物栽培体系。
(二) 作物耕作学
改革开放后, 中国耕作学进入大发展的时期, 耕作学引入西方的农业生态学, 研究内容越来越拓展, 扩展到土壤耕作制、农田施肥制、杂草防除制等方面, 研究理论不断深化, 提出生态适应性理论、光能利用理论、投入产出理论、“五业”结合理论等, 调整不适宜的多熟方式, 改进研究方法。耕作学学科迅速发展, 耕作学教研室不断增多, 并且相继独立。1980年只有10个教研室 (组) , 1986年增加到27个, 增长近2倍。人才队伍也迅速发展壮大。20世纪80年代中后期, 耕作学已作为独立学科的地位载入《中国大百科全书·农业卷》和《农业大百科全书·农作物卷》, 标志着我国耕作学学科体系和内容走向成熟[7] (P12) 。
20世纪90年代耕作学提出了向“高产、优质、高效”模式方向发展, 不仅要有经济效益和社会效益, 还要有较好的生态效益, 在“四良”配套的基础上, 增加了良物和优良生态环境, 走可持续发展之路。学科体系和内容得到进一步的调整和充实, 高产、高效、持久同步发展的理论与技术进一步成熟, 研究手段在“硬件”和“软件”方面更加先进。科研成果广泛应用在黄淮海开发治理、西北旱地农业、红黄壤资源等的综合开发和生态建设, 做出了突出贡献。在学科重组和调整的大形势下, 有的单位的耕作学机构被合并, 而一些国家级的科研院所、重点大学, 在大项目的支持下, 耕作学仍得到良好发展[12]。
进入21世纪, 经过我国耕作学界共同努力, 耕作学继续向前发展, 提高土地生产力是耕作制度与农业可持续发展的基础, 建立保护性耕作制, 明确种植制度是耕作学的核心和特色[8] (前言) 。中国耕作学逐步形成了体系更加完整、有中国特色的耕作学学科。
(三) 作物遗传育种
随着改革开放和国民经济的发展, 品质改良成为迫在眉睫的任务, 作物的品质不能满足城乡居民改善生活的需要。80年代兴起分子标记技术和转基因技术, 围绕高产、优质、多抗的综合育种目标, 采用品质育种、抗性育种、诱变育种、花培育种等手段, 育成一批有特色的作物良种, 丰富了人民的生活, 取得了显着的社会和经济效益。
90年代后, 我国作物生产发展进入提高单产、改善品质的新阶段。根据市场需求, 进行作物品质育种研究, 提高作物品质, 育成的品种不仅高产, 而且能抗、耐病虫害或逆境。如“中香1号”“中健2号”等稻米品种, 品质不仅能与泰国名牌大米相媲美, 产量也超过泰国米一倍[10] (P236) 。近年来, 作物遗传育种工作者加强群体改良工作, 通过多种轮回选择的方法进行作物改良, 为进一步开展作物育种工作奠定良好的基础。
20世纪以来中国作物学研究取得显着成绩, 取得了一大批重大科技成果应用于大面积作物生产。由于农业生产条件的改善, 作物栽培和耕作方法的提高, 优良品种的推广, 作物生产快速发展。中国作物学紧密结合生产实际, 经过三个时期的发展, 得到了全面充实和提升, 通过学科交叉与创新实践, 目前形成了具有中国特色的作物学体系, 为我国农业生产的发展做出了贡献。
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