张姝等：带状复合种植对玉米大豆生产的影响研究

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张姝 王晓君 吕开宇 胡向东（中国农业科学院农业经济与发展研究所）

part   1

引言

我国大豆产业长期面临对外依存度极高、进口集中度极高的“双高”局面。大豆大量进口是我国加入WTO后优先保障口粮安全、有效缓解国内日益紧缺的土地和水资源的重要策略；进口大豆在解决油脂消费和饲料消费的同时也保障了我国整体的大粮食安全。然而，近年来大豆进口的国际环境正在发生重大变化，在贸易结构“双高”的情况下，我国大豆进口面临的风险和不确定性骤然增加。一是近年来受新冠肺炎疫情、气候变化、自然灾害频发等影响，大豆国际价格被不断推高。二是国际突发重大事件加剧了包括大豆在内的全球粮食供求的紧张关系。由此可见，高度依赖国际进口市场将导致国内大豆供应面临不确定性和不可控因素；一旦出现极端局面，国内市场将面临进口环境中的诸多风险，大豆将成为我国粮食安全中重大的风险点，可能成为制约我国粮食安全的“卡脖子”商品。提升大豆产能、确保大豆一定自给率是我国新时期新阶段全面保障粮食安全的战略需求，也是防范国际极端事件与环境下粮食不确定风险的战略举措。然而，受到我国耕地资源硬性约束，大范围新增扩种的措施基本无法实现；同时玉米和大豆属于同季作物，扩大种植玉米规模会造成大豆减产，反之亦然。玉米大豆“争地”问题亟待破解。从现有试验研究和区域性推广实践结果来看，玉米大豆带状复合种植能够在玉米产量相对稳定的情况下实现大豆一定程度的增收。但是，目前关于带状复合种植对大豆增产增收的影响分析主要集中在微观或局部层面；对于该技术在大范围推广的可能性、所面临的困难挑战，及其在未来一段时间内对全国范围内的增产潜力、消费、贸易、玉米生产的影响却鲜有论述。虽然有新闻报道对于玉米大豆带状复合种植推广后可能的产量增加进行了简单的算术计算，但由于其缺乏对农业内各产业部门相互作用及影响的考虑，所得到的结果较为主观和片面；同时更缺少市场供求关系联动下的生产、消费、贸易等多方面的变化情况和时序变化预测分析。因此，本研究拟在现有玉米大豆带状复合种植试验及区域推广结果的基础上，分析玉米大豆带状复合种植技术的试验效果和推广面临的困难挑战，并运用中国农业产业模型（CASM），充分考虑农业多部门供求平衡关系及生产、消费、贸易之间的联动机制，分别模拟预测在玉米大豆带状复合种植模式及采用生物育种模式等不同情景下，2020—2035年全国范围内玉米大豆增产潜力、消费量、净进口及自给率等的变化情况，系统分析新型技术模式影响下玉米大豆产业可能受到的影响，为玉米大豆带状复合种植及相关产业政策提供依据和参考。二part  2当前玉米大豆带状复合种植技术效果分析
（一）玉米大豆带状复合种植技术简介玉米大豆带状复合种植是针对我国旱地多熟制间套种植习惯，采用玉米和大豆带状间作或套作的一种种植方式。我国一直都保持着玉米大豆间作套作的种植传统和习惯，但传统玉米大豆间套作长期存在田间配置不合理，难以机械化作业，不能轮作倒茬，施肥和病虫草害防控技术匮乏等问题，效益增加不明显。为了解决上述问题，农业技术专家提出适应现代农业模式的玉米大豆带状复合种植技术体系，基于传统间套作方式，采用玉米带与大豆带复合种植，通过适宜品种选配、规范生产流程、研发改造专用机械等环节构建从种到收的标准化技术体系，实现“玉米不减产、多收一季豆”（即在复合种植地块，玉米单产与清种相当，同时多收100公斤大豆）的目标。
（二）玉米大豆带状复合种植试验效果分析通过梳理已有文献，本文整理了各产区采用玉米大豆带状复合种植的试验结果。从已有文献来看，大豆带状复合种植主要在黄淮海、西南、西北地区开展（简称“三大产区”）。由于各生产地具有不同的自然条件与环境，各地区的大豆带状复合种植结果也存在一定差异，因此本部分将根据不同地区、不同试验条件等角度，对现有文献报道进行梳理，为模型参数拟定提供合理依据。分区域的技术试验结果显示，各地区在实施玉米大豆带状复合种植时呈现出不同特点。总体来看，采用玉米大豆带状复合种植技术后，玉米亩产均呈现不同程度的增长，大豆产量基本能够达到清种时50%以上的水平。黄淮海产区的研究试验结果表明，相比传统清种方式而言，采用玉米大豆带状复合种植后，复种玉米较清种时增产20％～30%，复种大豆能够达到清种亩均产量的60％～75%。黄淮海地区的玉米大豆带状复合种植主要采用“两行玉米+四行大豆”种植模式。在品种方面，主要选用株型紧凑、高产抗倒、耐密型以及宜机收品种。种植过程中主要采用专用施肥播种机进行种植，再通过联合收割机进行收割。在产量方面，河北石家庄、山东肥城，以及河南新郑、漯河、永城等地在开展玉米大豆带状复合种植试验后，大豆产量达到95～124公斤/亩，玉米产量达到451～600公斤/亩。 西北产区的研究试验结果显示，复种玉米和大豆的增产效果明显优于西南和黄淮海产区。在采用玉米大豆带状复合种植后，复种玉米较清种时平均增产接近50%；复种大豆能够达到清种亩均产量的80％～85%。西北产区主要采用“四行玉米+四行大豆”种植模式。在品种方面，大豆采用耐阴耐密、抗倒高产良种，玉米采用紧凑半紧凑、抗逆高产良种。种植方式上主要采用玉米大豆带状播种机、玉米联合收获机和自走式大豆收割机进行机械化作业。在产量方面，甘肃兰州、宁夏固原、内蒙古包头、山西运城等地在开展玉米大豆带状复合种植试验后，大豆亩产量到82～114公斤/亩；玉米产量达到700～820公斤/亩。西南地区玉米大豆带状复合种植模式较为多样，在进行玉米大豆带状复合种植时往往套作和间作兼存，因此不同地区的大豆产量变化相对较大。主要有“两行玉米+三行大豆”“两行玉米+两行大豆”“一行玉米+两行大豆”等种植模式。在品种方面，玉米主要选择株型紧凑或半紧凑的矮秆品种；大豆主要选择产量高、分枝多、抗倒伏品种。种植方式上大多采用机械化、智能化设备进行种植。在产量方面，四川成都、遂宁和湖南等地在试验实施玉米大豆带状复合种植后，大豆产量达到65～130公斤/亩，能够达到本产区清种大豆亩产水平的75％～80%；玉米产量达到450～530公斤/亩。对比改变各项技术条件后得到的试验结果发现，各生产环节科学规范的操作将对产量结果产生显著影响。除不同地域的产量区别外，有学者对生产技术条件进行调整，尝试通过改变种植模式、农艺流程、品种选配、药肥施用等条件，从其中寻找到最适合当地玉米大豆带状复合种植的品种、生产参数和流程等。从已有研究结果来看，玉米大豆带状复合种植模式在干物质积累、产量、经济效益方面要高于大豆小麦套作、亚麻大豆套作、大豆清种等模式；同时，行数模式、种植密度、农药选配、减量施氮等都会对产量和效益产生不同影响，具体结果会因地域、品种的不同有所差异。
（三）玉米大豆带状复合种植技术推广面临挑战通过对比已有文献关于试验地区作物产量的综述发现，在已有试验研究和区域性推广中，玉米大豆带状复合种植在提高大豆产量方面取得了较好成效；同时各生产环节的实施方式也直接关系到最终产量和效果，品种选育、除草剂施用、机械匹配等关键环节都需要进行科学规范的操作，而这些环节能否实现科学规范操作也将成为未来玉米大豆带状复合种植在全国范围内推广过程中新的困难和挑战。可选配的适宜品种相对缺乏。品种选配问题是实现玉米大豆带状复合种植技术的核心关键之一。从种植模式来看，该技术要得到顺利实施，玉米品种必须选用适应当地、株型紧凑、株高适中、宜密植和机械化收割的高产品种；大豆品种需选用耐阴抗倒高产品种。同时，不同地域选择套作、间作模式不同，播种时间不同，都将对玉米大豆带状复合种植的品种提出特殊要求。目前来看，适宜该项技术的品种及供种不足，生产中适宜带状间作模式的春大豆品种不多，适宜带状套作模式的夏大豆品种较少。在国家大力推广该技术的背景下，适宜的大豆品种需求量大，短时间内难以满足市场需求，未来需加强适宜该技术的大豆品种选育及筛选，提高大豆原种繁育支持力度，加速大豆产业化发展。除草技术实施难度较大。玉米大豆分属禾本科和豆科、单子叶与双子叶植物。由于植物自身的特性，除草剂品种选择、施用时间、施药方式等在玉米大豆带状复合种植模式中面临更高要求，成为玉米大豆带状复合种植的难点。为了最大程度避免除草剂在单双子叶之间的影响，该技术在生产中要求除草要以苗前封闭为主，时间必须在播种后2天内完成，同时在气候上要求雨后无风，土壤湿润。这些要求对于作业时间、当期天气、当地水土环境都提出严格要求。此外，还要通盘考虑下茬作物，避免所选用的除草剂对下茬作物的残留危害。现有种收机械无法充分匹配技术要求。一是在播种施肥环节，为实现“玉米不减产、多收一季豆”的技术目标，玉米大豆带状复合种植技术要求玉米小株距密植、单株施肥量与清种玉米相同、播种深度更深。因此，能够实现密植分控播种是落实带状间作核心技术机械化的关键。然而，由于复合种植大豆、玉米的带宽与目前生产中推广的主流播种、收获机械不匹配，给机械化播种、机械化收获造成困难。二是在收割环节，复合种植要求播种机不宜行进过快，行进速度要在每小时4公里左右，这可能造成收割作业效率的下降。三是不同的套作间作模式导致种收机械化过程复杂、难度加大，都需要因地制宜，操作流程无法统一化标准化。对前茬后茬作物可能产生影响。由于玉米大豆带状复合种植特殊的生产模式，其前茬和后茬作物在农艺生产方面都需要进行或多或少的调整，以适应该技术的特殊要求。一是玉米大豆定向除草剂的选用可能会对后茬作物造成残留影响；二是轮作作物是小麦时，播种小麦的畦宽和梗宽之和要与带状复合种植的单元宽度相匹配；三是对前茬后茬作物在产量和经济效益上产生影响。对人力资本要求较高。一是对生产者的农艺技能要求较高。纵观玉米大豆带状复合种植全部流程可以发现，无论是从品种选配、田间配置管理、协同施肥技术、大豆倒伏问题处理、病虫草防控技术，还是种收机械的使用和操作，都需要在传统模式基础上进行调整，环环相扣，且精准性、准确度要求都较高，需要操作者在对技术的理解能力和实际农艺水平上都具有较高的水平。二是对用工需求较大。如果有的地区由于地势等原因无法全程使用机械、或后期有难防杂草等，都需要依赖人工的话，那么生产成本将大大增加。来自经济可行性方面的挑战。从已有研究来看，玉米大豆带状复合种植在试验研究和区域性推广实践层面基本能够实现每亩200～400元的纯利润增长。然而需要看到的是，虽然从试验片区数据来看，玉米大豆带状复合种植能够“有利可图”，但其对生产者素质要求较高，相应地，其机会成本也相对较高。三part  3研究方法与模拟方案
（一）基本经济理论分析农业技术进步是促进农业生产发展和农业增长的主要源泉和动力。农业技术进步既包括以最终产品为产出形式所体现出来的直接效果，也反应了过程中各类生产要素关系与结构的变化。 当技术进步保持不变时，要素投入绝对量和相对量的变动导致农业产出的变动。根据边际报酬递减规律，投入要素数量的增加在一定范围内能够增加农业产出；当投入要素超过最优水平时，那么继续增加投入要素则会导致产出的减少。 技术进步与产量的数量关系表达上可以采用柯布道格拉斯（C-D）生产函数。C-D函数通常用于测算农业技术进步率，同时也能够表示技术进步、要素投入与产出之间的数量关系。其中，产出指标多为实际农业总产值，投入指标多为农业物质费用、土地、农业劳动力等。本文所讨论的玉米大豆带状复合种植技术通过适宜品种选配等技术，实现了在现有土地面积上的产量提升，节约了相对稀缺且缺乏弹性的土地资源，属于生物化学技术进步。生物化学性技术进步主要是对生产中使用的种子、化肥、农药等一些流动性的生产要素进行开发改良，从而改变了土地、资本、劳动等生产要素的相对密集度，降低了土地要素的相对价格，提高了土地生产率，从而提升了单位面积的作物产量。
（二）中国农业产业模型为了更好的模拟预测玉米大豆带状复合种植技术下未来发展趋势，本文采用中国农业科学院农业经济与发展研究所与国际食物政策研究所（IFPRI）共同开发的中国农业产业模型（China Agriculture Sector Model，CASM），利用已有文献数据设定参数，模拟分析2022—2035年玉米大豆在不同政策情景下的产量、消费量、净进口量及自给率，进而分析带状复合种植技术对玉米大豆协同发展所产生的影响。1.供给模块。此模块包含农作物种植面积、农作物单产和产量。2.需求模块。在该模型中，主要包括食用需求、饲料需求、加工需求、种用需求、其他需求和损耗。
（三）情景设置为了更好地评估玉米大豆带状复合种植技术对我国玉米大豆产业生产、消费、贸易和自给率的影响，本文拟采用中国农业产业模型（CASM模型），将技术效果转换为模型参数，进而模拟评估2020—2035年该技术对产业可能产生的影响。本文将按照基准方案和2个模拟方案进行设计。基准方案：模拟传统种植方式、不实施带状复合种植技术。假设在2020—2035年，玉米大豆播种面积保持不变；单产依照历史年均增长速度递增。在此情景下，设定2035年大豆单产达到151公斤/亩，玉米单产达到504公斤/亩，单产较2020年分别提高14.4%和19.6%；年均增速分别达到1.2%和0.9%。模拟情景1：在三大产区0.8亿亩的面积上实施玉米大豆带状复合种植技术。该情景下，参数设定如下：在面积方面，通过与玉米大豆产业专家访谈了解到，根据当地地形地势、气候环境等可种植条件测算，在西南、西北、黄淮海产区能够开展玉米大豆带状复合种植的面积上限约为0.4亿亩、0.2亿亩和0.2亿亩，合计约为0.8亿亩。因此假设2020—2035年，在0.8亿亩的玉米种植区域（即三大产区20%的玉米种植面积）上实施带状复合种植模式。大豆清种面积不变；玉米清种面积是2020年播种面积减去0.8亿亩的复种面积。单产方面，玉米大豆清种部分单产与基准方案单产保持一致。复合种植单产部分，考虑到已有文献中的试验面积、地域范围、报道数据的渠道、规模与权威性等，本文将参照四川农业大学研发团队报道的试验区带状复合种植试验数据，同时参考产业专家意见，考虑玉米大豆在水肥条件的竞争性，设定大豆单产为四川农业大学试验报道数据112公斤/亩，玉米单产为354公斤/亩（即2020年三大产区玉米单产平均数的90%）。模拟情景2：在三大产区0.8亿亩的面积上实施玉米大豆带状复合种植技术并采用生物育种技术。该情景下，参数设定如下：在面积方面，与情景1相同，由于三大产区能够实施玉米大豆带状复合种植的面积上限是0.8亿亩，因此假设在2020—2035年，在0.8亿亩的玉米种植区域（即三大产区20%的玉米种植面积）上实施带状复合种植模式。大豆清种面积不变；玉米清种面积是2020年播种面积减去0.8亿亩的复种面积。在单产方面，考虑到耕地资源硬约束、复合种植时除草施药等相关技术瓶颈，即使实施玉米大豆带状复合种植技术，其提升产量潜力的能力依然有限，未来极有可能需要采用生物育种技术，在带状复合种植的基础上进一步提升玉米大豆产量。因此，情景2是在情景1的基础上，假设生物育种产业化在复合种植区域进行推广采用。在此情况下，玉米大豆清种部分单产与基准方案单产保持一致；复合种植单产参照生物育种产业化试点结果，同时假设在2035年实现两次品种迭代，即大豆亩产在当前基础上增加25%（166公斤/亩）、玉米亩产在当前基础上增加23%（516公斤/亩）。同时参考产业专家意见，考虑玉米大豆在水肥条件的竞争性、复合种植大豆与清种大豆亩产间的比例关系等，设定复种下大豆单产为133公斤/亩，玉米单产为464公斤/亩。
四part  4模拟结果分析
（一）模拟情景1:在三大产区0.8亿亩的面积上实施玉米大豆带状复合种植技术玉米大豆带状复合种植技术通过生物化学层面的技术进步实现了对土地资源的节约和高效利用，进而改变了土地、资本和劳动力要素在生产投入中的相对密集度和相对价格，从而实现了作物单产效率的提升和单位成本的下降。根据中国农业产业模型（CASM）模拟结果，在模拟情景1的情况下，预计到2035年，我国大豆表观消费量将达到13672.7万吨；届时大豆产量将达到3112万吨，较基准方案的2202.4万吨增长41.3%；净进口量由基准方案的11407.6万吨下降到10560.7万吨，自给率由基准方案的16.2%上升到22.8%。此情景下，2035年我国玉米表观消费量将达到32526.3万吨；届时玉米产量达到30136.3万吨，较基准方案的31417.8万吨下降4.1%；净进口量由基准方案的1159.7万吨增长到2390万吨，自给率由基准方案的96.4%下降到92.7%。在此情景下，由于采用了带状复合种植模式，复合种植模式下玉米单产会略受影响，因此总产量较基准方案设定的2035年水平有所下降，但自给率依然可以保持在90%以上，能够实现玉米基本自给的战略目标。
（二）模拟情景2:0.8亿亩的面积上实施玉米大豆带状复合种植技术并叠加采用生物育种技术生物育种技术的采用进一步增加了土地资源的利用效率，从而再次提升了土地要素的相对密集度，在改变要素投入结构的情况下再次提高了生产效率。根据中国农业产业模型（CASM）模拟结果，在模拟情景2下，预计到2035年，我国大豆表观消费量将达到13684万吨；届时大豆产量将达到3275.8万吨，较基准方案的2202.4万吨增长48.7%；净进口量由基准方案的11407.6万吨下降到10408.2万吨，大豆自给率由基准方案的16.2%上升到23.9%。此情景下，2035年我国玉米表观消费量将达到32560.3万吨；届时玉米产量达到30985.1万吨，较基准方案的31417.8万吨下降1.4%；净进口量由基准方案的1159.7万吨增长到1575.1万吨，自给率由基准方案的96.4%下降到95.2%。在此情景下，由于采用了带状复合种植和生物育种技术叠加的模式，玉米自给率较模拟情景1有进一步的提升，同样能够实现玉米基本自给的战略目标。五part  5结论与政策建议
加强包括大豆在内的初级农产品国内供给保障，既是我国重大长远战略问题，也是现实需要，事关国家持续稳定发展。但由于受耕地资源硬约束，我国无法通过新增土地扩大种植面积。近年来有科学家提出采取玉米大豆带状复合种植技术，在原有玉米地块上带状复合种植大豆，以实现“玉米不减产、多收一季豆”的目标。本文在现有实验数据基础上，运用中国农业产业模型（CASM），模拟预测玉米大豆带状复合种植模式下2020—2035年玉米大豆增产潜力及自给率变化情况，从定量角度为玉米大豆带状复合种植及相关产业政策提供依据和参考。
（一）主要结论1.玉米大豆带状复合种植能够在一定程度上提高大豆产量和自给水平。模拟结果显示，到2035年，当带状复合种植面积达到0.8亿亩时，大豆产量预计达到3112万吨，较2020年增产58.8%；自给率由基准方案的16.2%上升到22.8%。当带状复种面积达到0.8亿亩并在复种面积上叠加生物育种技术时，到2035年大豆产量预计达到3275.8万吨，较2020年增产67.1%，自给率将达到23.9%。同时，该技术对于玉米总产量、自给率的影响相对较小。到2035年，推广玉米大豆带状复合种植面积达到0.8亿亩，玉米产量将达到30136.3万吨；当带状复种面积达到0.8亿亩并在复种面积上叠加生物育种技术时，玉米产量将达到30985.1万吨；两种模式下玉米自给率分别达到92.7%和95.2%。 2.大范围技术推广玉米大豆带状复合种植依然面临多重挑战。虽然玉米大豆带状复合种植在试验研究和区域推广中取得了一定的效果，但如果放眼全国，其在适宜品种选配、田间管理、施肥施药、机械化水平、生产者能力等方面依然面临诸多挑战，离全程机械化、生产标准化还有一定差距，进而导致经济可行性相对较弱。从已有数据来看，在该技术模式下，虽然由于大豆产量的额外收益能够获得300元/亩左右的新增纯收入，但是该项技术对生产技术的实施要求更加复杂，对于生产者的技术水平、人力资本水平要求较高；如果单纯依靠劳动力作业，则人工成本较清种模式增加较多。因此，无论是对比其他更高利润的农业特色种植养殖产业，还是跨部门的工资性的非农就业收入，玉米大豆带状复合种植所产生的经济收益并不具有更加突出的吸引力，在小农户范围内的技术推广将面临一定困难。
（二）政策建议基于上述研究结论，本文提出以下政策建议。第一，尽快实现包括生物育种、全程机械化在内的更高水平的技术突破和创新。围绕转基因抗逆耐密、水土协同提效、适宜农机具等核心关键技术，聚焦玉米大豆生产薄弱环节，在转基因品种产业化、耕地资源管控、农机装备推广、信息化等方面培育基层人才队伍，建立以企业为主导的产学研合作模式，构建“科研单位研发+企业制种”的任务型创新联合体，开展转基因玉米大豆全产业链技术攻关，加快转基因大豆、玉米产业化试点与推广应用。第二，充分考虑推广过程中技术环节与经济可行性方面的困难和挑战。建议优先选择具有一定规模的生产者或新型农业经营主体进行推广试用；对于规模较小的农户，考虑采用合作社带动或社会化服务等模式进行尝试；同时构建支持补贴政策体系，形成生产者自愿采用技术的激励机制。第三，加强生产数据的收集和监测，更加准确地估算玉米大豆带状复合种植在大规模生产过程中的实际亩产效果。目前玉米大豆带状复合种植的亩产数据主要来自于实验研究，与大规模生产情况将存在一定的误差。建议同步加强实际地块单位面积生产要素投入、生产环节监测、田间管理、收获产量、作物质量等生产成本收益数据的收集与监测工作，为未来中长期内我国玉米大豆带状复合种植技术的评价提供更加精准的数据支持和定量分析依据。（来源：中国农业经济公众号2022-10-28）