日本的农业有两千多年的历史。如以一代人为20年来计算，就有100世代，即使以40年来计算，也经历了50世代的岁月。在最后的一个世代中，今人论述了日本农业存在的理由。这一世代农业生产力的显著发展，是否足以使人们如此感到自豪呢？本文打算以地球范围作为基点来论述自然环境和农业技术的有关问题，特别是重点地论述作物和品种的作用。

日本农业的生产力

首先谈谈日本农业的生产力在世界1处于什么地位。这里，所谓土地的生产力是以作物的“每单位面积的产量”（下文简称为“产量”，如非特别注明，是表示每公顷的吨数）作为指标。关于世界上广泛栽种的五种作物，根据不同地区和从普遍栽种这五种作物的国家中选出21个国家，求出最近11年的平均产量。各个地区的数量和日本的数量如表1所示。此外，从日本栽种的主要作物中选出包括上述五种作物在内的17种作物的起源地、主要产地以及向日本的传播等如表2所示，若干特性如表3所示。

首先，对五种作物的平均产量（干物）进行比较，可知：

（1）在邻近地区的三种类型国家之间，发达国家的产量为3吨，计划经济国家为1.7吨（占发达国家的60%），发展中国家则为1.2吨（占发达国家的40%）。

（2）在三种类型之中，各种作物的产量也因地域和国家而有相当差异。

（3）日本虽处于发达国家之列，但产量仍是低的。

（4）由于作物产量不同而显示出来的生产力差别，其原因在于下列两点的交叉作用：发达国家与发展中国家之间存在着技术水平的差别、地区和国家不同而引起的自然环境的差别。

比较各种作物产量的结果，归纳如次：

（5）除大豆外的四种作物产量，都依次是发达国家、计划经济国家和发展中国家。

（6）地区和国家的差别因作物而不同。

（7）日本的作物产量，在世界上处于最高水平的是小麦、马铃薯和稻，而大豆和玉米则处于中等水平。

（8）由于作物种类不同，干物产量显然不同（数字从略）。产量从多到少的顺序是：马铃薯、玉米、稻、小麦、大豆。

再次，就表1和表2来看作物产量与作物的起源地及主要产地的关系。

（9）起源地与目前的产量水平无关，因为起源地几乎位于发展中国家。

（10）主要产地也不一定与目前的产量水平有关。

以上是目前农业的生产力。即使目前，世界农业也遍及各种类型：从几乎接近原始阶段的农业到传统的普通农业，再到大量投进人力、物力和财力的现代农业。如果发达国家也能回到传统的普通农业的阶段来与其他国家进行比较，那么，由于目前它的遥遥领先的技术而引起的产量差别也就不复存在了。

传统农业的生产力

这里所谓传统农业，包括原始农业和现代表业之间时期的农业（原始农业指的是农业兴起初期，现代表业指的是进入20世纪以后以设备、机械、肥料及农药等方式投入大量能量的时期）。由于时代的变迁和地区的差别，各种传统农业的生产力，虽然发展较缓，但却渐渐地增长起来。图1表示的是能够与现在的产量作比较的农产物的产量记录。其次，根据若干国家一些作物的统计资料，将发达国家传统农业的终结时期、即20世纪初的产量与目前的产量作一比较。

（1）传统农业的谷类产量，由于时代和地区不同，由0.3吨到2吨不等。传统农业阶段的最高产量约为2吨（这里指的是明治前期，19世纪末的日本水稻）。

（2）在技术发达的农业先进国（英国和日本），19世纪末产量缓慢上升。进入20世纪以后开始急剧增加，超出了传统农业的范围。在大多数发达国家中，这个时期则是第二次世界大战后开始的。

（3）在发展中国家，目前产量的增加也是缓慢的，还未脱离传统农业的范围。此外，在墨西哥、印度和巴基斯坦等国，60年代后谷类产量有所增加，这应归功于“绿色革命”。

（4）在传统农业阶段，各国产量的差距并不很大。如与目前比较，那时的产量是相当平均的。但是，即使同属于一个地区的国家，发达国家的农业产量水平比周围不发达国家要高得多。此外，可以看到这种倾向：低纬度地带比中纬度地带的产量要低些。

（5）薯类产量最高，谷类次之，豆类最少。这个顺序在传统农业中也是同样的，谷类作物的顺序也一样。

（6）日本传统农业的作物产量，无论哪种作物，在世界上或者在中纬度的各国中都是名列前茅的。目前处于发达国家中等水平的玉米也没有例外。大豆的数据尚付阙如。

由此可知：即使在传统农业的阶段，（1）产量因作物而异，（2）因自然环境不同而产生的差别较小，（3）因技术水平而产生的差别较大，（4）日本的生产力处于最高水平。下面论述作物本身具有的生产力的差别。

作物本身的生产力

如就作物类别对世界平均产量作一比较（1964—1974年平均数字），可知：薯类（马铃薯、红薯、木薯、薯蓣等）最高，干物约2.9吨，谷类（小麦、稻、大麦、高粱、玉米等）为薯类的一半左右，约1.4吨，豆类（蚕豆、咖啡豆、大豆、花生等）为谷类的一半左右，约0.8吨。谷类中玉米产量最高，稻类次之。在作物之中，除饲料草外，最高的作物产量是甘蔗。

这样，各种各样的作物存在着生产力的差别，迄今为止，它的理由还未获得定论，表3所示的若干特性大概与此有关。首先简单地说明这些作物的特性。

由于光合作用的途径，不同，所有的绿色植物，可分成C₃、C₄和CAM等三个类型。C₄型植物很少，约占全部植物种类的1%。除表3所示以外，还包括热带饲料草等重要作物。这种作物大多分布在热带比较干燥的地带。这种光合作用的最佳温度较C₃型植物高，水的利用率也高。此外，Na（钠）为C₄型植物的不可缺少的养分元素，显然，它最适应高温和干燥。型植物的光合成能力可达C₃型植物的1倍至2倍。CAM型植物的光合作用异常奇特，可以说是C₄型植物的变种。属于CAM型植物的作物，只有波罗和西沙尔麻两种，CAM型植物是耐旱性较强的多肉植物，分布在比C₄型植物更加恶劣的环境中——沙漠地带。

呼吸的温度反应是表示植物温度反应的一个指标。植物的呼吸如果超过某一基本温度，呼吸就会急剧增加，这个基本温度在5°C~10°C范围内。日长感应性是根据植物开花所需的日长（白昼长度）来区别的，可分为：（1）短日性——白昼长度变短时开花，（2）长日性——白昼变长时开花。居于中间的，即与白昼长度无关的统称为中间性。水的利用率是用1公斤水及干物的克重表示（这种干物是由于水分的蒸发而形成的）。根据Shantz和Piemeise（1927年）的表35，是这样分类的：高为2.5以上，中为1.6~2.4，低为1.5以下。水的利用率在这里并不表示植物对供水不足的耐性（耐旱性），而是表示：为了生产而能有效地使用所给的水的程度到底是多少？其他特性见表3中的附注。

从光、温度、水和季节等的生态特性来看，作物分为下列4种类型：

（1）C₃型适应长日、低温、半干燥的冬季作物：小麦、大麦、豌豆、马铃薯、甜菜、油菜等。

（2）C₃型适应短日、高温、潮湿的夏季作物：稻、大豆、虹豆、花生、甘薯、芝麻等。

（3）C₄型适应短日、高温、干燥的夏季作物：高粱、玉米、苞米、甘蔗等。

（4）CAM型适应短日、高温、极干燥的夏季作

物：波罗、西沙尔麻。

其中，就干燥和潮湿适应性来说，Ⅰ类和Ⅱ类的差异不太明确，其他特性则比较明确。这些作物的起源地：Ⅰ类位于中纬度的A1或低纬度高地的C2（马铃薯），Ⅱ类位于低纬度的B2或C1（或C2中高地），Ⅲ类和Ⅳ类位于低纬度的A2、B2或C1（或C2中高地）。但是，Ⅱ类的大豆和Ⅲ类的玉米属于例外，这两种作物的起源地在中纬度B1的中央。关于这些作物的起源地和B1中心的特性，也许需要进一步研究。

这里所区分的4类作物的特性，是从这些作物和它的起源地的关系推测出来，看来是相当保守的。尽管如此，这些作物目前正在世界上广泛地分布。以后再讨论它的原因，现在回到本题，谈谈作物产量的差异。

（1）薯类的生产力很高的最大原因，也许由于它和生产力高的甘薯一样，收获部位属于营养器官的根茎等贮藏组织。与生产属于生殖器官的果实的作物相比：（a）没有形成生殖器官时所需的能量损失，（b）向光合成生产物质的贮藏组织的转换是直接的，而且时间较长，（C）薯类作物的贮藏营养部分向地下伸展没有限制。薯类作物的这些性质，不仅提高产量，而且提高它的稳定性。

（2）在这些作物中，产量高的甘蔗和玉米等属于光合能力强的C₄型植物。

（3）甘蔗、甜菜、薯类、玉米等是营养繁殖或其他方式繁殖的植物，遗传学上所谓异质性较高。这就是说，它们具有杂交优势，这一点可增加产量和提高产量的稳定性。

（4）豆类产量最低，原因是：除了这些作物不进行育种以外，籽实中含有较多的蛋白质和脂肪，合成_时能量消耗大，聚集氮的根瘤菌等的共生生物也消耗很多能量，尽管这是一个很大的科目，包含的种类较多，但完全缺乏C₄型植物。

这种作物具有遗传特性的固有的生产力。如上所述，这种生产力绝不是一成不变的，它是作物通过进化和生态型的分化以及通过育种而形成的。下面深入论述这一点。

作物的适应变化和生产力

作物的祖先（predessor）是由野生种或半野生种的状态，经过人的栽培才变成“家用”作物的。它的各种特性随栽培环境而发生变化，实验也证明这一点。例如，许多作物都有相同的现象：草长得高，叶子扩展，果实长大，薯类结块，芒刺消失，色泽消退等形态的变化，以及种子的休眠性消失，脱粒性消失，裂荚迟缓，分枝变少，成熟期相同，日长感应性变小等生理的变化。有趣的是，由于有人的培育，光合的速度却没有发生变化或者变化很小，这和叶子面积的扩大有关。

这样的变化在原始农业中开始萌芽，在传统农业中得到继承，在现代表业中由于育种而加速起来。尽管有例外，但作物特性的变化具有共同性，意味着它超越时代和地区而朝向某一方向进行选择。这时，在作物培育初期，首先最有可能被追求的是与收获有关的特性。从图1看来，对产量的追求，在原始农业阶段固不待言，在传统农业阶段无疑也是存在的。

这样的适应变化，可以看作从野生植物向庄稼的进化。因而，各种作物被置于不同的环境时，作物种子内也会发生适应变化。这一点是各种作物内在的生态型或品种分化的特征。关于品种分化，具体地论述如下。

作物对环境的适应与技术的开发

光合作用是绿色植物物质生产的基本过程，也是维持着植物的生长因素。对植物的生长产生特别重要影响的环境是：水、温度、阳光、养料和共生。“共生”一词原来是生态学的用语，意思是“异种生物共同生活的现象”（岩波书店《生物学辞典》第2版），耕地上的作物、杂草、害虫、病原微生物和根瘤菌等都是共生者，植物与共生物双方或某一方在生活上获益或受损。

环境与生活作用的关系可分为两种情况来考虑：一是个体或极小的结合体范围，一是组成较大的规模的地区，本文主要论述后者。

（1）水：实际上，水是决定作物产量的最重要的因素。以地球水平来看，除去气温这个限定因素以外，假定年降雨量固定，那么，随着年降雨量增加，年作物的产量（因光合作用而产生的物质总量）直线地增加。年降雨量有一个饱和状态，超过这个水平，作物产量就几乎不增加。饱和的水平是年降雨量1,500—2,000毫米。年降雨量在1,500毫米以上的陆地面积仅占全部陆地面积的14%，包含干燥农业地区在内的750毫米以下的陆地面积则达到全部陆地面积的65多。年降雨量在1,500毫米以上的陆地大部分处在低纬度地带，构成熟带多雨林。在中纬度地带，山岳较多，除日本西南部外，各大陆上的耕地不过是零星地点缀着。在日本，除了北海道和东日本的一部分以及濑户内以外，年降雨量都超过1,600毫米，几乎全部地区都达到或超过饱和水平。降水量随年份和季节而异，因此，在日本虽然不能说由于降水量不足而经常发生干旱，但偶尔也有干旱的。

作物对干燥地区的反应，首先应举出C₃、C₄和CAM型植物之间的差异。从表3所示的水的利用率来看，C₄型植物超过C₃型植物的1倍。CAM型植物比C₄型植物更耐旱，其中，波罗是植物界中罕见的真正的干生植物。大家知道，由于育种而得到的高产品种和早生品种，水的利用率也是较高的，但是我还缺少这种情报：水利用率的值怎样随着作物的适应变化而发生变化。但是，下列一点是清楚的：作为对水及其他的适应变化，植物的形态和生理随着由干燥到潮湿或由潮湿到干燥而发生适应变化。试举简单的例子，如分布在潮湿的日本的麦类植物因雨水多的关系，麦穗难以发芽的特性，棉花成熟期果实易下垂等。总之，包含干生植物在内的来自干燥地区的作物可以在像日本这样潮湿的地方栽培，由此看来，从干燥地带转到潮湿地带，植物的适应性，与从潮湿地带转到干燥地带的情况相比，也许不太困难。对广泛地分布在地球上的干燥地带来说，正在积极地引进CAM型和C₄型植物。

就农业技术的类型来说，干燥地带和潮湿地带显然是不同的。干燥地带的技术问题是：如何得到水，怎样有效地利用雨水或从别处抽来的水为农业生产服务，如何防止盐的危害等。潮湿地带的技术问题是：如何防止水灾，防止土壤和养分的流失，怎样将共生生物带来的危害限制在最小范围内。饭沼（1971年）注意到干燥度，把世界的农业技术体系划分为农闲保水、中耕保水、农闲除草、中耕除草等4种。日本农业属于最潮湿型的中耕除草农业。主要作物生长季节是夏季，在靠近多雨热带的日本，农业技术的一个特征是解决杂草和病害等的共生障害，另一特征是解决多雨问题的水利技术。

（2）温度：温度也与水同样对作物的栽培产生重要的影响。在地球的范围内，如不考虑降雨量这一限定因素，年平均气温和年作物产量大致有直接关系，但没有降雨量那样的饱和状态。但是，就个体来讲，在作物的发芽、生长、吸收养分、呼吸和光合作用等植物的各种生理作用中，植物对温度的适应性因作物和品种而异，如超过低温和高温的界限，植物的生活作用实际上就停止或受到危害。表3所示的呼吸基准温度是低温界限的一个例子。

Lieth把年降雨量和年平均气温两者作为因素，用计算机制作了表示世界一次生产的地图，然后又求出年蒸发量和年生物产量的关系，绘制了相同的图。两张地图显示了非常相同的图案线条，但由于地区不同，与实际的一次产量之间存在差别。无论如何，这样的地图显示了被气候所左右的生产力、即所谓气候生产力。由图可知，地球上生产力高的地带几乎集中在潮湿的热带，在温带中，生产力高的地方是：日本、中国东部、印度次大陆北部、南欧的大部分、美国的东部和中部以及太平洋沿岸、新西兰和澳大利亚的东部、非洲东南部、南美东部等。

这种气候生产力的分布，如与上述的作物产量的地区分布相比较，存在显著的差异。在温带的发达国家中，把气候生产力和技术所引起的生产力合理地结合起来，就取得高产，而在热带的发展中国家中，即使是潮湿的和气候生产力丰富的地区，但生产力却显著地低落，还没有获得运用这种生产力的技术，或者不能发挥这种生产力的作用。

大面积地控制气温是困难的，因此，对农业上成为问题的低温和低温危害的技术措施，几乎都取决于作物的适应变化。日本的夏季有亚热带地区那样的酷暑，冬季也是严寒的。由于夏季的潮湿和高温，产生了对付共生危害的技术，由于春季和秋季的低温，又使应付低温危害的技术获得发展。这是大家知道的例子：水稻的栽培界限有北进的趋势，其中，除了对付低温危害的耐性（耐寒性）以外，就作物的生活作用所需的适应温度来说，日本稻具有比热带稻更低的适应变化。

（3）日光：日长（白昼长度）和日射量对作物的生长和产量产生直接的影响。因为日长和日射量都不可能大面积地加以控制，所以，作物的适应变化成为专门的问题。日长是通过决定开花期而控制作物的生长方式的。·以稻为例，热带中分布着从日长感应性大的品种到没有感应性的品种，随着纬度变高，感应性就变小，而没有感应性的品种就增加。日本国内的情况也是如此。

日射量是通过光合作用而成为与产量直接有关的因素。在个体或少数的群落方面，日本特别收集了许多有关日射量和光合作用及干物生物等资料。根据这些资料，由于群落的构造，可见到饱和和不饱和两种情况，此外，也有C₃型植物饱和而C₄型植物不饱和等情况。从全球范围来看，这种关系并不明确，倒不如说上述的水和温度是广泛地使用的。

（4）养分：直接给作物提供养分的是土壤。在整个地球上，耕地土壤是各种各样的，各种土壤具有不同的生产力。但是，正如作物不断地适应自然环境和栽培环境而起变化一样，土壤也适应这些条件而起变化，因此，即使对特定的土壤来说，要直接地估价这种生产力的数量是困难的。目前我们还没有这方面的资料。与世界的大农业地带大同小异的土壤种类相比、日本耕地土壤的种类是颇为复杂而且种类繁多的。由于土壤受火山的影响和降雨较多，耕地土壤有盐类溶脱而变为酸性的倾向，这种生产力，特别是旱地土壤的生产力不能说很高。尽管如此，日本农作物的产量在传统农业时期也达到世界上非常高的水平，吉田（1975年）认为这是由于多肥集中的农业的缘故。这与其说是作物适应大量施肥条件而作出的反应，倒不如说是提高了作物的耐肥性（这种耐多肥特性是维持和增加了作物产量），这可以看作日本农业的特征。

以国家为单位的施肥量与谷类的经济产量（共生物^①产量中，成为收获对象的部分稻谷等产量）的关系，类似于年降水量和年生物产量的关系。在1956~1958年用N · P₂O₅· K₂O的累加总量达到饱和，约为300公斤/公顷。这个标准因作物育种、水的供给和施肥技术等的发展而有所提高，1966~1973年，即使是400公斤，也不能认为是饱和。但是，大约在100公斤水平上，产量就迅速增加，超过这个数字，产量的增加就减缓。目前，超过100公斤水平的国家，除日本和南朝鲜外，还有西欧各国。发达国家、计划经济国家和发展中国家之间生产力的差别，一部分是供水不足所致，但大部分则是由于技术引起生产力的差别，主要原因是育种引起的作物的适应变化、随之而来的施肥量增加和施肥技术的发展。

（5）共生：过去在农业中，共生的主要问题是以杂草害和病虫害为典型的对作物的有害作用。估计由此引起的被害量在整个世界上达到35%。在这种估计中，稻的被害率最高（46.4%），1974年世界的实际产量为3.23亿万吨，如果没有被害，产量可能达到6.03亿万吨。

对传统农业来说，排除共生生物引起的危害，特别在高温潮湿地带的农业中是最重要的课题。杂草可用间作和轮作等种植方式，转换耕、中耕、秋耕等耕作方式，田间轮换等栽培方法来控制，这些方法对病虫害也可控制。在传统农业的耕地生态体系中，在通过这些方法、包括作物在内的共生生物中，长期以来形成一个均衡的关系。而且这种均衡是依靠投入可观的物力来维持的。现代表业用农药来解决这个问题是有充分理由的，并获得了效果。日本是农药使用量最高的国家之一，最近主要作物中已没有出现过去的大灾害。但是，农药使用量的增加，对世界生态系将带来不利的后果，并且引起环境污染。

有人认为，现代农业已完全控制了由这些共生生物引起的危害，这种观点是不正确的。一般地说，随着产量的增加，收割年份的变动就迅速减小，但也能看到这种情况：当产量再增加时，收割年度的变动反而增加（玉米就是一例）。下列一点已得到证实：从作物方面来看，耕地中的作物群和品种群中遗传多样性的减少是一个重要原因。在传统农业中，耕地上多样的作物群和品种群与多样的共生生物群之间保持均衡，作物方面的单纯性增加，例如种一季或单一品种的种植法也将给共生生物带来了单纯化，这就逐渐猛烈地破坏均衡。1970年美国玉米歉收就是一个显著的例子。

最近控制技术的目标是把灾害控制在经济上可以容许的水平上，并朝向采用多样性控制手段的综合防除措施，这应该说是向传统农业的一种回复。

结语——日本的作物与农业技术

世界全部作物数，除树木和供观赏用的植物外，有1,279种，日本有401种。在经历2,000多年的日本农业中，这些作物几乎全部或至少是所有的主要作物是从国外引进的。从地理位置和生态条件来看，日本可说是这些作物的终点站。到达日本的作物是从目前大家知道的一切起源地引进的。有的是从干燥地带来的，有的是从潮湿地带来的，有的来自热带或温带，有的来自低地或高地，通过各种途径来到日本。在夏季的高温和潮湿中，在冬季的低温和干燥或积雪中，在狭窄的山间、海边的洼地、覆盖火山灰的土壤、隐藏着地力的湿地等的条件的、在严峻的考验之下，它们长年累月地适应环境和发生变化，与杂草竞争，与病原菌和害虫共存，接受投入大量劳力和肥料的栽培管理，产量不断提高。在发达国家临近现代农业的本世纪初期，日本传统农业的产量水平在世界上名列前茅。以战后的1960年为界，发生了急剧的变化。首先是玉米歉收，麦类产量也与西欧各国有很大的差距，稻类虽然勉勉强强超过西欧的产量水平，但历史较短的澳大利亚的大规模热带稻类产量，却使日本望尘莫及。即使在温带，邻近的南朝鲜产量也终于超过日本。如制止病害方面获得成功，这种高产量一定可以持续。

作物中也有类似神话或传说的情况。“稻类原来产于热带，在寒冷的地方不会活”，“麦子起源于干燥地带，不适应于潮湿的日本”，等等。

这些并不是无稽之谈。在起源地环境不同的四种类型作物中，每一类豆作物对温度的反应、日长反应和对水的反应等基本生理特性并不是那么容易改变的。我们还不知道它的原因。但是，C₃型植物变为型植物，短日性变为长日性，低温性作物变为高温性作物等变化，更通俗地说，正如种麦那样在冬季种稻，好像在沙漠上种植一样没有充分浇水，又好像在日本的暖地夏季种麦、秋季插秧种稻一样。到了这个程度，作物就有足够的适应性7。在我们的时代，农业生产力从产量水平来看，无论哪种作物都是显著地增加的。即使在农业方面，也不是足以使人们感到自豪吗？

[本文选自《科学》（日本）1978年48卷10期。蔡振扬、吴晓枫译李永强校]

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① 即连同稻谷和稻草等。——校者注。