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轉Bt基因抗蟲棉生產的經濟效益分析
摘要：轉Bt基因抗蟲棉是現代生物技術在我國農業領域廣泛應用的典型，近幾年有較迅猛的發展，并日益成為農業經濟研究的熱點。本文以實證的研究方法，對轉Bt基因抗蟲棉和作為對照的常規棉品種進行了經濟效益的分析，得出轉Bt基因抗蟲棉在減少農藥施用、降低生產成本、減輕棉農勞動用工以及增加農民收入等方面都起到顯著的作用。
關鍵詞：生物技術；Bt抗蟲棉；經濟效益
一、研究背景
生物技術是70年代新崛起的一門橫跨微生物、遺傳、生化、免疫、發酵技術等的邊緣學科，融合現代新技術，并通過技術手段利用生物質或生物過程，生產有用物的一門綜合性科學體系。國內外科學家紛紛預言，現代生物工程比原子能、電子計算機更加重要，是21世紀發展最迅速的高新朝陽產業和支柱產業，它的發展水平標志著一個國家科學技術水平，是現代高科技的核心技術。
農業是生物技術應用最廣闊的領域之一，隨著分子生物學，分子遺傳學等學科的發展，基因工程正在與常規技術以及其它新興學科相聯結，當前，基因工程在國際上已成為生物技術的前沿學科。在農業中應用現代生物技術可以培育出優質、高產、抗病蟲、抗逆的農作物，以及畜禽、林木、魚類等新品種；可以進行再生能源的利用，解決能源短缺問題；可以擴大食物、飼料、藥品來源，滿足人類日益增長的需要；可以進行無廢物的良性循環，減少環境污染，充分利用各種資源；也可以利用快速繁殖動植物的方法，提高農業生產效率。 在農業中，轉基因植物的研究開發最為突出，1983年轉基因植物問世，1994年耐儲藏番茄最先獲準上市，1996～1999年全世界轉基因作物生產面積由170萬公頃增加到3990萬公頃（張敏恒，2000），四年間增長了23倍。預計到2000年，農業生物技術產品的銷售額將增長到110～150億美元，占傳統農產品市場的10％～15％。在轉基因植物領域，我國已批準轉基因抗蟲棉、轉基因耐儲藏番茄等6件轉基因植物商品化，其中5件是我國自主開發的，現在已成為全球轉基因作物推廣面積最大的國家之一（科技部生物技術產業發展戰略研究組，2000）。
生物病蟲害，尤其是棉鈴蟲等鱗翅目害蟲啃蛀棉桿，蠶食棉葉，鉆蛀棉桃，對棉花危害極大，1991~1994年在北方棉區和長江流域棉區每年造成高達60億元以上的經濟損失(賈士榮，1996)，多年來依靠甚至無節制的濫用化學殺蟲劑已經造成了一系列的負面效應，生態環境遭到威脅，害蟲抗藥性連年激增，人畜中毒現象頻繁發生，這些都使我國植棉業產量大幅度下降，并嚴重影響到紡織業及出口創匯的穩定發展。自從美國的艾格瑞斯特（Agracetus）公司首次成功獲得帶有外源標記基因的基因工程棉花以后，分子水平的棉花育種就快速發展起來，利用現代基因工程技術在棉株中導入抗蟲性毒素而選育成的抗蟲棉，因其所具有抗蟲性的遺傳穩定性和連續性，被認為是害蟲管理最經濟、最有效的防治方法。轉基因棉花是生物技術在農業上應用的典型，美國孟山都（Monsanto）公司、中國農科院生物技術研究所和棉花所等分別成功研制出轉蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis,簡稱Bt）毒素基因棉保鈴新棉33B、GK系列和中棉系列，在中國獲得農業部門的基因安全性檢驗后以商業運作的模式在生產領域得到迅速推廣，在科學研究領域亦突破常規育種所難以超越的目的性轉移目標形狀低成功率等難題，得到政府、科學研究人員及廣大植棉戶的關注和期待。[kycipp1]
美國在生產上應用抗蟲棉最早的國家，1999年，美國孟山都公司的33B棉在中國的主栽省——河北的植棉面積已達10萬公頃左右。國內在轉Bt抗蟲棉方面的研究也已達到世界先進水平（賈士榮，2000），1996年中國農科院生物技術研究所的郭三堆等科研人員，在國際上首次構建成了雙價殺蟲基因：GFM Cry1A和 CPTI，并將抗蟲基因分別導入我國一些主栽品種和一些新品系，篩選、培育出適合當地種植的高抗性的棉花品種（郭恒敏，1998），截止1999年底，雙價棉已在河北、安徽、山東、山西等地進入大面積商品化生產和推廣。
本文試圖通過實證分析相關抗蟲棉品種和常規棉品種的差別，闡明并具體評價轉Bt基因棉品種的經濟效益，分析農戶采用Bt抗蟲棉與非抗蟲棉生產的成本和收益差異，以該項技術采用之后對農民收入所產生的影響。本文是農業政策研究中心“生物技術政策研究項目”系列論文之一。本文分為四個部分，第二部分對樣本選擇和樣本情況做簡要的描述。第三部分分析Bt與非Bt的抗蟲棉生產成本和效益的差異。最后部分對本項研究做總結并提出一些政策意見。
二、調查樣本和品種概況
（一）樣本選擇 對地點選擇和農戶選擇有明確的目的性，主要標準是能夠明確區別在相似的生產條件情況下，Bt基因抗蟲棉與作為對照的常規棉種植情況。在我國棉區分布中，以黃淮海棉區的棉花播種面積為最大，其中又以冀魯豫棉區最大，曾占全國棉花總產的50%左右，是我國棉區種植比較集中且占經濟作物比重較高的植棉大區。河北和山東是傳統的植棉大省，也是棉鈴蟲爆發的重災區，在這兩個省，轉基因抗蟲棉33B和GK系列種植較集中，面積比較大，并且河北是中國最早被允許進行轉基因棉花品種商業化運作和種植的地區。
表1. 棉花種植情況
平均
辛集市
深州市
陵縣
夏津縣
梁山縣
戶均耕地面積(公頃)
0.78
1.17
0.83
0.61
0.74
0.59
戶均棉花種植面積(公頃)
0.42
0.47
0.44
0.25
0.50
0.42
棉花占農作物面積比例(%)
39
26
39
26
51
48
戶均人口（人）
4.0
1.74
1.36
3.89
1.88
2.25
人均收入（元／人）
2086
2446
1644
1951
1877
2322
人均耕地面積（畝／人）
0.2
0.33
0.2
0.16
0.19
0.14
資料來源： 數據來自作者1999年對河北省和山東省5個縣市282戶農戶的調查
作為以上原因的實施，本研究對河北省和山東省等地的10個自然村的282戶植棉農戶，采取隨機抽樣的方式，調查了他們的棉花種植情況。見表1，調查樣本均為植棉大區，棉花種植面積占農作物總面積的比例達到了40％，農戶的種植規模（每戶為0.4公頃）大于全國平均水平。棉農以種植業作為其收入的主要來源，農民全年人均收入為2086元左右，農民家庭生活并不富裕。有的地方如辛集農民收入和耕地面積較大，但棉花面積較小。棉花近幾年的產量和收入波動較大，比較利益下降，農民植棉的積極性受挫，也是棉花收入和面積減少的原因。深州和夏津的棉花面積較大，但農民收入卻較低，也說明了目前棉花種植情況。
（二）品種概述 本文以常規棉中比例較大的9418品種作為對照重點
說明，在我們的調查點，其樣本數占調查總數的10%。9418品種是中國農科院棉花研究所最近幾年培育出的春棉品種，其特點是早熟、豐產、優質，高逆抗性，適應性廣高抗枯萎兼抗黃萎病，是春棉的主打品種。轉Bt基因棉選取了在河北有廣泛種植面積的 33B、SGK321和在山東有代表性的 GK-12，它們所占比例分別為64%，14%和28%。33B于1995年引入河北省，經過點區示范其主要特點是抗蟲性強，據稱整個棉花生育期基本不打藥，在干旱貧瘠含鹽量較高的土壤上，生長健壯，易成早衰，適應冀中南區域種植。SGK321在1999年在河北推廣，是將毒素基因構建、導入主栽品種石遠321中，是我國育成的第一個雙價轉基因棉，屬于抗蟲棉的第二代產品，是唯一的通過農業部安全檢測的雙基因生產的品系，其特點是適合于直播、地膜覆蓋、間作套種等多種種植形式，具有較強的分枝優勢和較大的單株增產潛力，花朵大，毒蛋白基因表達性好，早熟不早衰，適合在黃河流域種植，種植密度比33B每畝可減少55株左右。GK-12將抗蟲的Bt基因加強為高抗蟲的Bt基因后導入陸地棉泗棉三號中，多年選育而成，其特點是抗蟲性特強，抗旱、耐澇、中需肥，生育后期缺鉀，易感紅葉莖枯病，適宜春播或套種。
三、經濟效益分析
（一） 棉花生產的成本分析
抗蟲棉和對照品種成本情況如表2所示。可以看出抗蟲棉品種的總成本低于常規棉品種的總成本，這主要表現在農藥和用工的成本，后者比前者高得多，說明了它具有的省藥、省工的優越性。常規棉9418生產成本略高于其它常規棉品種的平均水平，它比Bt抗蟲棉每公頃成本高3225元（或高29％），比非Bt的抗蟲棉的每公頃成本高726元（或高6％）。三種Bt抗蟲棉成本費用基本接近。
表2. 每公頃棉花生產分品種成本分析
33B
SGK321
GK-12
其它品種的Bt抗蟲棉
非Bt的抗蟲棉
常規棉
9418
常規棉平均
總成本(元/公頃）
10701
10311
10466
8929
13163
14288
13327
1.農藥
數量(公斤/公頃）
10.5
4.4
15.0
20.7
11.6
84.4
74.1
成本(元/公頃）
244
131
337
355
258
1997
1799
2.種子
數量(公斤/公頃)
29
16
48
49
32
102
98
成本(元/公頃)
547
571
359
517
608
306
327
3.用工
天數(工日）
529
371
496
432
561
641
598
其中農藥用工
23
19
33
28
29
172
141
成本(元/公頃)
5433
3698
5391
4424
6169
6912
6418
農藥用工成本
64
51
103
70
84
515
423
4.化肥(折純量）
數量(公斤/公頃)
1306
2134
1089
926
756
1023
1079
成本(元/公頃)
1272
1628
1170
1032
1100
1406
1368
5.其它成本(元/公頃)
4476
5911
4379
3549
5028
5074
4784
注：以上數據是作者在河北、山東5個縣市382個品種的抗蟲棉調查。其它品種的Bt抗蟲棉指其它的轉Bt基因抗蟲棉品種，如GK-12，海2等，非Bt的抗蟲棉指非轉Bt基因抗蟲棉品種，以下同。
1.農藥費用成本差異
抗蟲棉品種比常規品種的最大優勢在于其節藥效用，從表2中可以看出抗蟲棉用藥量和施藥成本遠遠小于常規棉。
常規棉的施藥量是Bt抗蟲棉和非Bt的抗蟲棉的6倍左右，非Bt的抗蟲棉的施藥量比Bt抗蟲棉要高。常規棉品種9418每公頃費用比33B、SGK321和GK-12分別多1753元、1866元和1660元，比Bt抗蟲棉品種農藥費用高7倍！SGK321的每公頃棉花生產農藥數量和成本最低，分別是常規棉品種的1/16和1/14，說明該品種中轉基因蛋白毒素表達效果好，抗性高。研究表明轉基因抗蟲棉除對棉鈴蟲、紅鈴蟲、小地老虎等鱗翅目害蟲有顯著抑制、毒殺作用以外，還通過影響生物群落的演變，間接對其他類害蟲有限制作用。值得一題的是，根據崔金杰等（1998）的研究，抗蟲棉對捕食性昆蟲和害蟲天敵并無多大毒害作用，棉鈴蟲等農田害蟲種類的減少大大降低了它們對棉花的危害，蟲口基數的下降，也為控制來年或更遠時期內蟲害的不利影響打下了良好的基礎，棉農用于農藥費用的支出和施藥數量也會隨之減少，對農民收入持續增長和農業持續發展起到了良好的保障作用。
棉花生長的不同時期，農民的施藥是不同的。為了表明棉花生長的不同時期農藥施用的情況，我們把棉花生長分為四個時期，即拌種期、苗期、中期和后期。由于拌種期的農藥用量很少，與其它三個時期比較很微小，故這里只對其它三個時期進行分析，表3反映了不同品種不同時期的農民施藥情況，常規棉品種在各個時期的用藥遠遠多于抗蟲棉。在不同時期用藥程度上，Bt抗蟲棉在苗期和中期的用藥量普遍多于它們在后期的用量，常規棉表現在中后期的用量比苗期多。
表3. 棉花不同時期農藥施用情況
品種
苗期
中期
后期
藥 量
(公斤/公頃)
成 本
(元/公頃)
藥 量
(公斤/公頃)
成 本
(元/公頃)
藥 量
(公斤/公頃)
成 本
(元/公頃)
平均
4.9
107.8
7.2
180.3
4.0
104.0
1.Bt抗蟲棉
33B
4.9
114.6
3.4
87.8
4.0
35.0
SGK321
2.7
80.8
1.2
36.6
0.2
13.9
GK-12
5.1
102.7
5.6
152.7
1.9
60.6
其它
4.6
74.3
9.1
153.7
3.8
84.5
2.非Bt的抗蟲棉
6.3
132.7
5.7
125.5
0.2
4.7
3.常規棉
7.6
142.0
35.0
927.5
28.7
711.4
9418
8.0
153.0
37.5
960.3
35.8
864.5
其它
7.2
131.0
32.5
894.7
21.6
558.3
資料來源：同表1
期中，SGK321用藥量最少，只有用藥量最多的常規棉品種9418藥量的1/3，常規棉和非Bt的抗蟲棉的用藥量和用藥成本大于Bt抗蟲棉，分別多用藥3.3公斤和2公斤。中期是施藥量和施藥成本最多的時期，Bt抗蟲棉表現出了極大的節藥優勢，常規棉的施藥數量和施藥成本分別是Bt抗蟲棉的7倍和9倍。SGK321仍然是節藥最多的品種，比常規棉品種9418少施藥36公斤，少花費農藥成本924元。說明在病蟲害發生最嚴重的中期，它對害蟲的防治效果好。
后期的農藥施用較少，一方面是病蟲害的危害減少，另一方面是植株的自身抵抗力增強，減少了病蟲害的威脅。但一個值得注意的現象是施藥量減少了，但施藥成本卻沒有多大的降低，可能是因為施用在后期的農藥價格較貴，農民因為對棉花最后的產量寄于厚望，舍得化錢購買質量好，價格高的農藥來保障病蟲害危害的降低和收成的提高。SGK321仍是施藥數量和成本最少的品種，而常規棉仍然是農藥數量和成本用的最多的品種，藥量和成本分別是Bt抗蟲棉的12倍和15倍。
雖然抗蟲棉的種植總體上對農藥起了相當大的替代作用，但各時期的農民施藥仍然偏多，效果不是十分令人滿意，主要是因為苗期抗蟲棉對棉鈴蟲等鱗翅目幼蟲抗性較強，有明顯的致死作用，刺吸性害蟲如紅蜘蛛、蚜蟲等數量加大上升為主要害蟲。但生長緩慢造成后期既要進行營養生長又要進行生殖生長，棉株負擔過重、組織老化，影響了轉基因棉毒蛋白的表達。另一個原因可能是高溫、高濕等生態環境對毒性基因的控制作用的限制也使棉花后期抗性下降( 崔金杰等，1998)。
2.肥料費用成本差異
從表2可以看出，Bt抗蟲棉用肥數量較多，非Bt的抗蟲棉用肥最少，而常規棉介于前兩者之間。Bt抗蟲棉用肥較多說明其植株生長旺盛，本身的后繼營養跟不上生長的需要，需要大量自然界肥源作保證。
3.種子費用差異
抗蟲棉種子用量顯著低于常規棉,僅是常規棉的1/6～1/2（表2），主要是因為種子供應商對實際的產出以及考慮到棉花生長過程中對光線、植株葉片伸展程度的需要，而對棉花生產實行的嚴格數量管理。Bt抗蟲棉種子使用量的節省，可以充分發揮棉花的生長勢，增進了棉花的根系吸收營養，表現生長更強壯。Bt抗蟲棉的種子成本高于常規棉種子成本，前者比后者每公頃高172元，主要的原因是Bt抗蟲棉中的Bt基因包含著IPR（知識產權）的價格。非Bt的抗蟲棉種子成本是常規棉2倍，主要的原因是統稱為抗蟲棉的種子都是較早時期種植的，那時的Bt抗蟲棉還未大面積推廣，其價格偏高。33B的種子成本高的主要原因是種子價格高。孟山都公司的種子在中國成功的進行了5年的商業運作，實現統一銷價、統一供種、統一收購，零售價是42元/公斤，其中IPR價占42％。SGK321的價格與33B相近，欲于爭奪河北種子市場，與外資公司競爭市場。GK-12在山東采取了較低的價格，以便及早占領山東這塊大市場。常規棉的種子價格每公斤只有3元左右，這也是它們競爭種子市場、吸引農民的資本。
4.棉花用工及成本差異
抗蟲棉與常規棉勞動用工每公頃相差120個工日。在農藥用工中，常規棉的用工數量是抗蟲棉的6倍。在所有調查樣本中,SGK321的用工和農藥用工成本最低，一方面說明植株自身的毒蛋白表達強烈，對害蟲有極大殺傷作用，另一方面說明其植株健壯、抽枝齊整。
（二） 單產( 籽棉)的差異
從總體上看，Bt抗蟲棉的單產略低于以9418品種為代表的常規棉，但差異不大。這是棉農忍受著棉鈴蟲的危害，依然不改初衷種植常規棉的主要原因，也是生物技術研究者仍然需艱苦探索的方向和目標，說明轉基因技術遠未成熟，預示著還有更大的潛力和發展空間。SGK321的單位面積產量為僅為2814公斤（表4），據說是由于播種時，種子沒有及時到位，推遲了播種期以及部分棉農使用了種子公司陳年的棉種，苗期遇到了冷空氣的影響以及出現出芽不整齊甚至不出芽的情況，造成部分棉農毀種，毀種平均花費100元/畝，雖采取一定措施但仍未達到滿意效果，造成最后的收獲產量下降。據中國農業科學院生物技術研究所研究人員介紹，該品種一般畝產應達到3750～4500公斤。表4還顯示了作者調查樣本中，抗蟲棉和常規棉品種的單產穩定性狀。其中33B差距較大，最高產量比最低產量高出近3.5倍，栽培差距較大，但標準差相對較低。GK系列產品高、低相差兩倍多，表現出在一定程度上的穩定性。而9418品種高、低相差兩倍，在形狀表現上較穩定，據全國農業技術推廣中心報道，1999年山東、河北是棉鈴蟲中等發生年，也在一定程度上減少了害蟲對常規棉的危害。
表4.品種單位面積( 公頃)產量分析
品種
產量
(公斤/公頃)
標準差
最高產量
(公斤/公頃)
最低產量
(公斤/公頃)
Bt抗蟲棉
33B
3439
530
5063
1530
SGK321
2814
532
4350
2250
GK-12
3495
582
4725
2250
其它
3419
579
4200
2250
非Bt的抗蟲棉
2712
798
3750
1125
常規棉
3389
810
3180
1500
9418
3700
585
4950
2625
其它
3078
1035
1410
375
資料來源：見表1
（三） 價格及銷售渠道的差異
由于國家逐步放開棉花收購市場，棉花銷售正由指令性的計劃方式開始逐步轉向指導性的市場調節。因河北省棉麻公司的改革很微弱，使得其繼續壟斷著皮棉交易，所以皮棉市場銷售份額很小。在山東表現卻不同，皮棉市場結構多樣化。
在皮棉和籽棉收購價上，調查中的各個品種基本一致。抗蟲棉和常規棉的籽棉價和皮棉價都分別在3.3元/公斤左右和8.4元/公斤左右。棉麻公司的收購價格主要是依據棉花的出絨率、色澤等指標確定，棉花價格并沒有表現出在品種上的明顯差異。但是由于一些抗蟲棉的棉籽（33B等）被種子公司回收，所以價格稍高些，這也使得Bt抗蟲棉的籽棉價格稍高于其他棉花品種。
（四） 經濟效益評價差異
主要以
棉花生產純收益、每公斤主產品成本和每公斤物質成本來體現品種經濟效益差別。生產純收益情況是反映農戶經濟狀況的最基本和最直接的量化依據，農民通過選擇所種植的棉種來追求棉花生產的利潤最大化，在品種間不存在價格差異的情況下，主要反映在每公斤棉花產品的總成本上。
單位面積(公頃)主要品種經濟效益如表5所示，從中可以看出Bt抗蟲棉的純收益遠遠大于非Bt的抗蟲棉和常規棉，這主要是因為Bt抗蟲棉的抗性作用，農民的農藥成本和用工成本大大降低，說明種植轉基因品種棉花給棉農帶來經濟上極大利益。值得一提的是SGK321，由于上述提到的原因，客觀的影響造成產量較低，表現純收益較小，但仍比常規棉和非Bt的抗蟲棉高很多。
表5. 分品種的棉花生產經濟效益評價
品 種
純收益
(元/公頃)
每公斤產品成本
(元/公斤)
每公斤物質成本
(元/公斤)
Bt抗蟲棉
33B
560
3.2
1.6
SGK321
-90
3.8
2.4
GK-12
1333
3.1
1.5
其它
2520
2.6
1.3
非Bt的抗蟲棉
-3943
5.1
2.6
常規棉
-2021
4.1
2.1
9418
-1941
4.0
2.1
其它
-2101
4.2
2.1
由于常規棉的用工成本遠遠大于抗蟲棉，實際上對這兩省棉花的勞動力機會成本較高的農戶，種植常規棉已經無利可圖，因為純收益已經是負值。常規棉純收益低的原因主要是農藥費用大用工較多，由此也說明棉農種植抗蟲棉不但省工省藥，更重要的是純收入得到了較大幅度的提高。
常規棉和非Bt的抗蟲棉（除SGK321外）每公斤棉花成本和物質費用成本均高于Bt抗蟲棉，每生產1公斤棉花，常規棉和非Bt的抗蟲棉比Bt抗蟲棉所花費的成本要多出0.84元和1.6元，所花費的物質成本要多出0.5元和0.8元。
四、總結
1、通過對Bt抗蟲棉品種和常規棉品種的實證分析，得出結果是：Bt抗蟲棉品種在節約生產成本和提高收益上，要優于常規棉。種植Bt抗蟲棉有利于增加農民的純收益。農民在Bt抗蟲棉上的農藥用工和農藥成本，都遠遠少于常規棉品種，在棉花的生長季的施藥次數、施藥數量和施藥成本也都遠遠低于常規棉。
2、抗蟲棉在生產上的應用，促進了高科技生產商品化趨勢，降低了農民和政府的投資風險，增強了對抗病蟲害的信心，大大減少了農民生產成本。但目前在全國的種植面積還很小，1999年轉基因抗蟲棉的面積僅占全國棉花面積的8％，發展的潛力還很大，應大力推廣抗蟲棉品種，以便在農業生產上發揮更大的作用。
3、相對于轉基因抗蟲棉高度的節藥效應和較低的勞動強度的優點，其產量并未超出人們的期望，在大田生產中，單位產量并未比當地優良的常規棉品種高。產量是衡量品種優略和能夠在生產上廣泛使用、推廣的最直接、最有利的證據之一，如何增強抗蟲棉產量是一個亟待解決問題。
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