建议国家重点支持长期定位试验

2013.11.25 来源： 中国科学报     作者： 张正斌

　　近年来，气候变化成为世界研究的热点问题，长时间序列的样品和资料分析是研究气候变化的关键。建议国家重点支持长期定位试验，这将对我国在全球气候变化谈判中争取话语权、生物进化、生态环境变化、保障粮食安全研究发挥重要作用。

　　中国缺乏长期定位试验 难以在许多学科有领先优势

　　气候变化、生态环境变化、生物进化、农业可持续发展、经济学等科学研究都需长期定位试验，但中国在这方面重视不够。大多数农业和生态的中长期定位试验，是始于20世纪80年代前后。

　　例如，1978年我国知名的土壤肥料专家姚源喜教授在青岛农业大学莱阳校区试验田中创立了我国持续时间最长的肥料长期定位试验。中国科学院在一些野外台站的基础上，于1988年开始组建成立了中国生态系统观测研究网络。

　　因缺乏长时间序列试验数据，我们难在气候变化、生物进化、生态环境变化方面有研究优势。

　　国外长期定位试验的优势

　　英国洛桑试验站有关于肥料、耕作、品种和生态环境演变方面的长期定位试验，至今已有近170年历史，试验样品的保留为验证新的科学假设提供了宝贵材料，对探索现代农业可持续性仍有重要指导意义。

　　基于洛桑试验站的长期试验及其保存的土壤样品，科学家建立了世界上第一个土壤碳循环模型，该模型被广泛应用于预测不同耕作系统土壤碳量的变化以及全球气候变化中土壤碳的作用。

　　在作物遗传育种长期选择试验方面，美国伊利诺伊州农业试验站1896年开展了玉米高低含油量长期选择实验，到现在已有117年，说明了人工定向选择育种在作物品种改良中的重要作用。

　　以上长期定位试验为研究气候变化背景下农学、土壤学、植物营养学、生态学和环境科学的发展作出了贡献，被称为“经典实验”。为加强应对气候变化研究，美国国家科学基金会于2000年提出建立了美国国家生态观测站网络，是一个以研究区域至大陆尺度重要环境问题的国家网络。

　　基于以上和其他长期定位试验的研究优势，英国等发达国家在全球气候变化中占有重要话语权，主导了全球气候变化路线和策略制定。

　　长期定位试验是气候和环境变化研究等方面的关键

　　地质、化石、考古、极地和高山冰川、黄土高原各种理化性状等长时间序列研究，成为国内外气候和环境变化研究的主要阵地。但以上长时间序列的研究基地对农业应对气候变化提供的信息有限。为了应对气候变化和保障粮食安全，需加强农业和生态等方面的长期定位试验。

　　长期定位试验难以在短期内有明确研究结果，需要长期公益性重点支持，在我国建立50～100年的中长期试验，应成为国家科技规划中一项重要内容，根据已有试验基础和科学发展需要，在不同的阶段逐步建立不同类型的长期定位试验，这样才能为我国科学领先发展奠定坚实基础。例如，许多诺贝尔奖的获得，都是在长期坚持围绕一个问题深入研究的结果，需要长期的支持。

　　作物品种区域试验应该成为气候变化研究的重点领域之一

　　我们在中国农业科学发表论文研究表明，2000～2009年中国北部冬麦区水地组小麦对照品种出苗日期和成熟日期逐渐推迟，生育期逐渐缩短；生殖生长阶段随着≥0℃积温的增加而延长；随着气候变暖，千粒重和每公顷产量呈增加趋势。2002～2009年国家东北春玉米品种区域试验中，随着活动积温的增加，对照品种生育期和花粒期均有延长的趋势，随着年平均气温的增加，对照品种产量有进一步提高的趋势。说明气候变暖对我国北方粮食安全有一定的正效应，并非许多人怀疑的气候变化对中国粮食安全有不利影响。

　　因此，作物品种区域试验中对照品种在一定时期保持不变，同时连续多年在多个区域试验点种植，研究对照品种多年多点农艺性状演变规律，就能说明作物品种进化适应气候变化的结果。作物品种区域试验资料是研究农业适应气候变化的活化石，是品种审定和推广的基础和依据，对促进种植业结构调整、实施农产品优势区域布局有重要意义。因此，作物品种区域试验应成为气候变化研究的重点领域之一。

　　我国作物品种区域试验存在问题

　　1.加强我国作物品种区域试验历史记载资料数据库建设。农作物品种区域试验是鉴定农作物新品种丰产性、稳产性、适应性及利用价值的重要手段。我国自1950年开始相继开展了小麦、水稻、棉花等作物的区域试验，为推动我国种业健康发展发挥了重要作用。但利用作物区域试验资料进行作物品种适应气候变化的研究还不多见。

　　我国作物品种区域试验大概有60年的资料，但我国以前对作物区域试验资料整理出版和保留重视不够，以前多是油印的简单总结材料，没有详细的性状和环境因子变化等资料记载。在2000年以后才有相对完整的作物品种区域试验汇总报告正式出版，例如，由全国农业技术推广服务中心组织，部分种子公司资助，中国农业科学技术出版社出版，2000年到现在的《中国冬小麦新品种动态：年度国家冬小麦品种区域试验汇总报告》《中国玉米新品种动态：年国家级玉米品种试验报告》等，为近十余年作物品种适应气候变化提供了大量有价值的资料。

　　但目前存在许多问题，希望受到国家有关部门的高度重视，不但要重视实物种质资源库建设，而且要重视作物品种区域试验汇总报告数据库建设。例如，我国黄淮地区是世界最大冬小麦种植区，也是世界最大冬小麦主产区，黄淮小麦遗传育种和适应气候变化等方面的研究在世界上应该具有头等重要地位。

　　2.需要建立作物品种区域试验长期定位试验基地。要确立一些多年不变、具有典型生产水平和生态环境代表的区域试验点，进行长期定位试验。例如，东北寒温带地区对气候变化影响反应敏感，近年来气候变暖对东北地区粮食新增效应显著，由于气候变暖导致作物种植界限北移，种植面积扩大，作物生育期有延长的趋势，玉米和水稻种植面积和单位面积产量都有增加趋势。由于近十年来气候变化明显，造成东北春玉米区域试验点变化较大，没有一个国家级的区域试验点有完整的十年区域试验资料，有几个区域试验点只有2000~2005年的区域试验资料，因此，为东北春玉米适应气候变化研究带来一定的不利影响。

　　3.根据生产水平和生态环境变化确立新的作物品种区域试验点。黄淮旱地冬小麦区域试验以前把旱薄地和旱肥地包括在一起，不符合当时不同生态地区的农业生产条件和环境变化及育种方向，在我们的建议下，2005年以后逐渐分别确立了国家黄淮旱薄地和旱肥地区域试验。另外，由于气候变暖，我国冬小麦和冬油菜种植北界不同程度北移西扩，许多地区由种植春小麦变为种植冬小麦，因此，需根据气候变化和生产栽培条件变化来扩大新的冬小麦作物品种区域试验点。

　　4.加强作物品种区域试验记载标准的统一和细化。例如，在国家黄淮冬小麦和东北春玉米区域试验汇总报告中，没有播种日期记载，实际上，在黄淮地区，近十年来已经形成了小麦晚种和玉米晚收的双晚栽培制度。黄淮小麦播种日期已经推迟了7～15天即1～2个节气，说明播种日期是作物品种适应气候变化的重要物候期。但没有播种日期的记载，就导致了播种日期到出苗日期5～10天的积温和全生育期等资料的无法精确计算，对作物品种适应气候变化研究造成一定的缺憾。

　　5.给国家级作物品种区域试验配套气候和土壤环境变化研究装备和人才体系。目前许多国家级作物区域试验点并没有配套完善的气象观测站和土壤、生物等样品长期保存和分析装备，在进行作物品种农艺性状和气候、环境等影响因子互作时，气象资料只能选择就近市县级气象站资料，但同一县区不同地貌不同海拔的地点，气候变化可能有一定的差异。因此，需要加强国家级典型代表作物区域试验站气象观测设备的配置。

　　建议国家重点支持将作物品种区域试验作为长期定位试验

　　现在有的地方已经不再收取作物品种区域试验费，这是很大进步。但还有一些省份收取作物品种区域试验费，说明作物品种区域试验没有受到国家和地方政府的高度重视和公益性经费支持。因此，建议国家和各级政府将作物品种区域试验作为长期定位试验，作为百年大计，给予战略性和前瞻性重点支持。

　　国家要重点支持国家级在不同农业生态类型地区的作物品种区域试验作为长期定位试验，在气象观测、环境演变分析、作物品种遗传育种进化、固碳等方面开展学科交叉和综合研究；同时，各省要加强将省级作物区域试验作为长期定位试验的布局，以及省级作物品种区域试验样品长期保存及试验汇总资料的数据库建设。这样才能为中国应对气候变化和农业可持续发展提供大量理论依据和技术支撑。

　　竺可桢院士长期进行物候期和气候变化的研究，结合地质、地理、气象、灾害等资料，开展了中国近5000年气候变化的研究，说明物候期研究对气候变化研究非常重要。作物品种区域试验中对照品种多年多点长期不变，或者随着气候变化和生产水平及环境的变化而进行更替和演变，其物候期和农艺性状演变成为研究农业适应气候变化的活化石。

　　中国科学院最近几年建立了许多国家级生态网络试验站，具有各种高端的气象和环境及生物技术研究的设备和技术及人才，是研究气候变化的宝贵阵地，但这些国家级生态网络试验站更重视生态方面的应用基础研究，和国家级作物品种区域试验结合不紧密，对国家农业适应气候变化决策方面提供的资料有限。因此，建议国家将中国科学院国家生态网络试验站和农业部主管的作物品种区域试验站，在一些典型农业生态区进行紧密结合，将作物品种区域试验作为长期定位试验的一个重要项目，给予公益性的长期研究经费，实现试验条件、气象资料、遗传育种、固碳等方面的信息共享和相互效应分析，为国家应对气候变化、生态安全、粮食安全和农业可持续发展提供决策依据和技术支撑。

　　（作者：中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心研究员）