鹽堿地上的奇跡：“海水稻”

策劃 本刊編輯部

撰文 供圖 羅越華 康海岐

三亞市G98 環(huán)島高速路旁種植的耐鹽堿水稻

有一首歌唱道：“都說那海水又苦又咸……”海水為什么會又苦又咸？因為海是鹽的“故鄉(xiāng)”。起伏的海水潮汐永無休止地沖刷著海灘，那富含鹽的海水不斷地浸潤著海邊的土地，土地已被鹽堿化，完全無法耕種莊稼。

在遼東灣、渤海灣、萊州灣、江蘇和浙江沿海地區(qū)，甚至在西北內(nèi)陸盆地、沿黃河經(jīng)濟帶、黃淮海平原、松遼平原和三江平原，這樣的鹽堿化土地很多。

這是大地之殤。據(jù)統(tǒng)計，世界范圍內(nèi)不同類型的鹽堿化土地，幾乎占陸地總面積的10%。在我國，海岸線長達3.24 萬千米，現(xiàn)有灘涂總面積3500多萬畝（1 萬畝≈6.67 平方千米）。此外，我國內(nèi)陸鹽堿地總面積近15 億畝（其中，鹽堿荒地約5.19 億畝，包括耕地鹽堿化的1.14 億畝，約占耕地面積的6%）覆蓋全國17 個省份，且耕地鹽堿化問題日益嚴重，鹽堿地80%處于荒蕪狀態(tài)。

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人口的增多，我們對糧食的需求量越來越大，如何培育出能夠適應在鹽堿化土地上生長的農(nóng)作物——耐鹽堿作物？如果這些灘涂和鹽堿地能夠種上耐鹽堿的水稻——“海水稻”，那么，土地鹽堿化的大地之殤將被“海水稻”的碧綠和金黃所取代，耕地匱乏的現(xiàn)象將得到緩解，我國的糧食安全將得到有力的保障。這是我國農(nóng)業(yè)科學家們孜孜以求的夙愿。

新疆阿圖什市的鹽堿地。我國內(nèi)陸鹽堿地近15 億畝。80%處于荒蕪狀態(tài)

“海水稻”的由來和袁隆平院士的設(shè)想

1986 年11 月，剛從湛江農(nóng)專（廣東海洋大學的前身）畢業(yè)分配到雷州林業(yè)局工作的陳日勝，偶然在海邊灘涂地里發(fā)現(xiàn)了一株野生稻，這個發(fā)現(xiàn)讓他喜出望外。

海邊土壤的鹽分含量那么高，這株野生稻能在這種地方正常生長，就有可能在更多的海邊灘涂地正常生長。如果能在灘涂地大量種植水稻，就可以為國家增加糧食產(chǎn)量。于是，陳日勝小心翼翼地收集了這株野生稻的500 多粒種子。第二年，陳日勝在虎頭坡村租下了13.3 公頃的臨海灘涂，開始了漫長的“海水稻”育種工作。

1987 年，他種植了400 株這種水稻，選擇優(yōu)良單株51 個；1988 年種植51 個株系，經(jīng)過淘汰后選擇了15 個株系，從中選擇了株高、熟期一致的單株80 個。之后，陳日勝年復一年地種植和優(yōu)選，到1991 年，最終選定了一個比較理想的株系，定名為“海稻86”，在最后選定的10 個株系中收獲種子3.8 千克。而之所以取名“海稻86”，是為了紀念1986 年的那次“發(fā)現(xiàn)”。

雖然之前的科學家在水稻耐鹽堿研究方面已經(jīng)做了不少工作，但多半“關(guān)在深閨”，影響不大。而“海水稻”這個名字形象生動、通俗易懂，便開始在國內(nèi)廣泛傳播，也引起了相關(guān)各方的高度重視。

2014 年，中國工程院院士、“雜交水稻之父”袁隆平獲悉“海水稻”情況后，致信時任國家科技部部長萬鋼，認為“海水稻是一種非常寶貴的水稻種質(zhì)資源，具有極高的科學研究和利用價值”。

2016 年5 月，袁隆平院士了解到海南大學有從事耐鹽水稻研究基礎(chǔ)，邀請筆者（羅越華）和他們的專家組一起到越南進行了一周的考察。我們回國后向袁隆平院士進行了匯報。

我國內(nèi)陸尚有15 億畝鹽堿地，其中有2 億畝具備種植水稻潛力。若按照每畝產(chǎn)值200～300 千克計算，可增產(chǎn)糧食500 億千克，多養(yǎng)活約2 億人。袁隆平院士設(shè)想，若能在超級稻之外，再大面積推廣高產(chǎn)耐鹽堿水稻，中國的糧食安全保障就有了兩座長城，以共筑中國糧食安全的堡壘。

斯人已仙去一年多，我們對這位戰(zhàn)略科學家懷著深深的敬意和思念。

光照培養(yǎng)箱“海稻86”鹽處理15 天的結(jié)果，從左到右鹽濃度依次為0、0.6%、0.75%、0.9%

2016 年，作者（羅越華）在袁隆平院士辦公室，給袁隆平院士匯報耐鹽水稻工作時的合影

“海水稻”的硬核本領(lǐng)——耐鹽堿性

“海水稻”，顧名思義，是能在又苦又咸的海水中生長的水稻。但是從科學的角度來看，目前的“海水稻”并不能直接在海水里種植。“海水稻”只是對耐鹽堿水稻的一種通俗表述。

據(jù)科學家研究，“海水稻”的耐鹽能力一般可以達到耐鹽濃度0.4%～0.5%，“海稻86”可以達到0.8%。迄今為止，科學家發(fā)現(xiàn)的耐鹽水稻最高耐鹽濃度不超過1.2%，而海水的平均鹽分濃度是3.5%，即每千克海水中的含鹽量為35 克。顯而易見，直接在海水中種植水稻是不可行的。

水稻屬于中等鹽敏感植物?！昂Ｋ尽钡挠埠吮绢I(lǐng)就是具有較高的耐鹽堿性,這使它可以在海邊鹽濃度較低的海水中生長。目前的“海水稻”，一般是指能夠在鹽分濃度為0.3%以上的土壤中正常生長且畝產(chǎn)量可達到300 千克以上的一類水稻品種。那么，“海水稻”為什么能夠耐鹽堿呢？

鹽堿地土壤中含有高濃度的鈉離子，這就會引發(fā)滲透脅迫、離子毒害和離子不平衡等鹽脅迫，會引起植物的各種生理、生化變化，如光合作用降低、能耗增加、營養(yǎng)物質(zhì)攝取受阻、活性氧增多和代謝毒物積累等，這些變化導致植物生長發(fā)育受抑制，植株最終因碳饑餓而死亡。但是，“海水稻”對鹽分有較高的耐受能力，它具有對鈉離子毒害作用的適應能力和保持自身鉀營養(yǎng)的能力，能夠“想方設(shè)法”地減少細胞內(nèi)的鈉離子濃度并提高鉀離子濃度。在鹽堿土壤里，大量的鈉離子從根部進入水稻植株體內(nèi)，使鈉離子濃度增高而鉀離子的吸收受到抑制，但“海水稻”在整體水平和細胞水平上，能夠盡量維持高鉀離子、低鈉離子的狀態(tài)，從而在鹽堿地上得以生存。

在近海水域，海水鹽分濃度因降雨、洋流、海水混合等因素而變化較大，特別是在河流的入?？诨虮缓Ｋ櫟难睾┩康鹊?，土壤中所含的鹽分濃度，會遠遠小于海水的鹽分濃度。因此，“海水稻”就可以在沿海地區(qū)和其他鹽堿地種植并收獲。例如，對于四面環(huán)海的海南，臺風季節(jié)常發(fā)生海水倒灌情況，造成大量農(nóng)田鹽分過高，不能種植農(nóng)作物。如果種植的是普通水稻就可能顆粒無收，而在這些灘涂地，“海水稻”就會一展身手。

不同品種、不同鹽濃度的試驗對比

耐鹽堿品種（左）和普通水稻品種（右）在鹽濃度為0.3%的試驗田里的生長情況。“海水稻”明顯優(yōu)于普通水稻

“海水稻”的耐鹽堿本領(lǐng)，不僅使自己得以立身和發(fā)展，而且還可以對立身之地的鹽堿地有改善作用。栽種“海水稻”的水環(huán)境，可以對可溶性鹽堿起到淋洗降鹽作用；“海水稻”生長期間，自身也具備降低鹽分的生物作用；海水稻的秸稈還田又可增加土壤的有機質(zhì)。因此在灘涂和鹽堿地栽種海水稻，是培肥土壤、改良鹽堿地的一項有效措施。

鉀是植物中含量最豐富的營養(yǎng)元素，占干物重的0.3%～0.5%，它在細胞內(nèi)的濃度非常高，細胞質(zhì)中鉀濃度較低且十分穩(wěn)定，為100～200 毫摩爾。當鉀的數(shù)量超出最適水平后，過量的鉀幾乎全部轉(zhuǎn)移到液泡中。液泡是鉀的儲藏場所，它是細胞質(zhì)中鉀的補給者。成熟細胞的液泡體積占細胞總體積的80%～90%，所以液泡內(nèi)儲藏著植物體中大部分的鉀。植物之所以儲存這么多鉀，與它的生長和生理代謝有著重要的關(guān)系。鉀在植物細胞的伸長、葉片運動、向性運動、保持代謝的動態(tài)平衡、萌發(fā)、滲透調(diào)節(jié)、氣孔運動和耐受鹽脅迫的過程中都起著重要作用。鉀離子還是細胞質(zhì)中許多酶的激活劑，但鈉離子卻是許多酶的抑制劑。水稻受鹽堿脅迫時就是過多的鈉離子進入了水稻植株內(nèi)部，與鉀離子競爭，從而使水稻受到傷害。

“海水稻”的發(fā)展歷史

如果從1939 年斯里蘭卡育成世界第一個抗鹽水稻品種“Pokkali”算起，耐鹽堿水稻品種培育已有80 多年的歷史?！癙okkali”的耐鹽性可達0.3%以上，于1945 年獲得推廣，畝產(chǎn)可達300 千克以上。隨后，印度、菲律賓也先后育成“Kalarata 1-24”等耐鹽水稻品種，孟加拉育成了“Sail”等耐鹽水稻品種。國際水稻研究所育成的“CSR23”可在pH 值2～10 的條件下生長，畝產(chǎn)300千克。日本、韓國、俄羅斯等國家也紛紛育成了耐鹽堿水稻品種。國際水稻研究所于1975 年實施了“國際水稻耐鹽觀察圃計劃”，一些耐鹽水稻品系在輕鹽漬化土壤上種植，畝產(chǎn)量可以比不耐鹽品系增加100 千克。

早在20 世紀50 年代，我國的水稻耐鹽性研究就已經(jīng)起步。遼寧鹽堿地利用研究所采用在人工鹽池對優(yōu)良品系進行抗鹽鑒定等方法，培育出多個耐鹽堿水稻品種，并在生產(chǎn)上利用。江蘇省農(nóng)業(yè)科學研究院在20 世紀70 年代，先后對2000 多份國內(nèi)外水稻種質(zhì)資源進行耐鹽性鑒定與評價，鑒定篩選出了一批有應用價值的耐鹽水稻種質(zhì)。江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學研究所1987 年育成耐鹽種“秈稻鹽城156”，此后又育成“鹽稻12”等耐鹽種粳稻品種。

“七五”期間（1986～1990），國家啟動了水稻種質(zhì)資源的耐鹽性鑒定，開展了全國范圍內(nèi)的大協(xié)作，篩選出了一批耐鹽性水稻資源。然而，由于農(nóng)藝性狀較差等原因，這些篩選出來的耐鹽資源大多沒能在耐鹽水稻育種實踐中得以有效利用，更沒有進入鹽堿地區(qū)進行生產(chǎn)應用推廣。

隨后，海南大學經(jīng)歷十多年培育出了具有強耐鹽特性的水稻新種質(zhì)。2012 年海南大學、江蘇省農(nóng)業(yè)科學研究院與江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學研究所合作，在江蘇鹽城沿海灘涂（鹽分濃度0.3%）試種的“海湘030”，畝產(chǎn)達400 千克，受到廣泛關(guān)注，并引起國家科技部的重視。2015 年國家科技部啟動了國家科技支撐計劃“耐鹽水稻新品種選育及配套栽培技術(shù)研究”，篩選出耐鹽分濃度0.3%以上的各類材料534 份，鑒定出“南粳9108”“鹽稻12”等14 個在0.3%鹽分濃度下表現(xiàn)較好的品種。近年來，江蘇省農(nóng)業(yè)科學研究院等單位育成適宜沿海灘涂種植的耐鹽水稻品種“南粳9108”，核心區(qū)和示范區(qū)平均畝產(chǎn)均超過500 千克。

耐鹽水稻選育

由袁隆平院士領(lǐng)銜的青島海水稻研究發(fā)展中心于2016 年試驗種植材料，其畝產(chǎn)突破500 千克，2017 年小面積測產(chǎn)最高畝產(chǎn)已經(jīng)達到621 千克。2018年篩選出176 份優(yōu)良材料在全國五大典型鹽堿地試種。

“海水稻”的用武之地——鹽堿地

在我國，內(nèi)陸鹽堿地總面積近15 億畝，比3500 多萬畝海邊灘涂地大得多。

土壤是一個包含固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)物質(zhì)的復雜系統(tǒng)，除了其本身的固體顆粒外，還包含可溶性鹽類，如氯、鈉、鉀、鈣、鎂等離子，通常情況下它們在土壤溶液中作為營養(yǎng)成分。但是，當這些離子的濃度達到足以對土壤性狀和植物生長產(chǎn)生不良影響時，這些營養(yǎng)成分就變成了有害物質(zhì)，使得土壤失去了生產(chǎn)能力，形成鹽堿地。

鹽堿地在全球分布廣泛，從寒帶、溫帶到熱帶，從美洲、歐洲、亞洲到大洋洲，到處都有大量含鹽、干燥、板結(jié)、荒蕪的鹽堿地。我國內(nèi)陸鹽堿地主要分布在地勢低平的盆地和干旱平原地區(qū)，如西北內(nèi)陸盆地、沿黃河經(jīng)濟帶等地區(qū)。土壤中的鹽分主要來自巖石的風化、溶解、風蝕，以及含鹽巖土層中的鹽分在地表水及風力作用下轉(zhuǎn)移到土壤中形成鹽堿土。沖積平原鹽堿地主要分布在黃淮海沖積平原、松遼平原以及三江平原上，主要是由于河床淤積或興修水利等因素使得地下水位升高，致使局部地區(qū)土壤鹽堿化。濱海鹽堿地主要分布在華北平原東北沿海地區(qū)，如遼東灣、渤海灣、萊州灣和江蘇及浙江沿海地區(qū)。

新疆阿圖什市的鹽堿地

新疆阿圖什市紅旗農(nóng)場（背景為戈壁）稻田種植的耐鹽堿水稻，平均鹽濃度為0.5%，pH 值9.5

我國鹽堿稻作區(qū)面積約占水稻栽培總面積20%。種植“海水稻”，開發(fā)利用好沿海灘涂以及現(xiàn)有內(nèi)陸的鹽堿地資源，是保障耕地面積、增加糧食產(chǎn)量的有效途徑。袁隆平院士生前在很多場合描繪過我國“海水稻”的推廣前景，即種植海水稻一億畝，按照最低畝產(chǎn)300 千克計算，每年可增產(chǎn)糧食300 億千克，能養(yǎng)活8000 萬人。

這一億畝“海水稻”種在哪里？顯然，除了灘涂，主要是在廣袤的內(nèi)陸鹽堿地。

鹽堿地是包含鹽土和堿土的土壤總稱。鹽堿地在世界各大陸中均有大量的分布，我國的鹽堿地面積位居世界第三，面積將近100 萬平方千米。

那么，鹽堿地是如何形成的呢？這里說的鹽是一種酸和堿中和而成的化合物。所謂的鹽堿地，是指土壤表層聚集過多的鹽堿成分。鹽堿會影響到作物的正常生長。典型的鹽堿地一般以白色為主。

在我國東北、西北和華北的干旱或半干旱地區(qū)，由于降水量小、蒸發(fā)量大，溶解在水中的鹽分很容易在土壤表面聚集。在夏季雨水多的時候，鹽分可以隨雨水滲透到土壤底下，或者直接流走；而在春冬季節(jié)，降雨稀少、地表水分蒸發(fā)強烈，地下水中的鹽分就會上升，并且聚集在土壤的表層。

鹽堿地除了跟氣候相關(guān)以外，跟地形條件也有關(guān)聯(lián)。由于水往低處流，所以在一些低洼的地方，如果長時間不排水，水中的鹽分就會越積越多，形成鹽堿化的土地。西北地區(qū)的盆地以及東北低洼的平原的鹽堿地，很多都是這樣的地形原因造成的；此外，河流兩旁的土地，因河水常年滲透，致使地下水位逐漸抬高，促使地表蒸發(fā)形成積鹽；而沿海地區(qū)則是因為海水浸漬或者海水倒灌形成了濱海土地鹽堿化。

“海水稻”的美好前景

我國耐鹽堿植物有白蠟、月季、枸杞、沙棗、白柳、紫穗槐、黑松、木麻黃、梭梭、珠美海棠、楊樹等。在青海鹽湖的鹽蓋上常有蘆葦生長；南海之濱的海邊有紅樹林生長。我國許多農(nóng)作物具有耐鹽性，比如玉米、茄子、西紅柿、甜菜、油葵等，棉花的耐鹽性也較高。

這些耐鹽性強的植物，也為“海水稻”育種的未來勾畫了一幅美好的前景：克隆鑒定植物的耐鹽堿基因，解析植物耐鹽堿的分子機制，并利用生物技術(shù)將這些耐鹽基因?qū)搿昂Ｋ尽?，不斷提高“海水稻”的耐鹽水平。將這幅前景變?yōu)楝F(xiàn)實，是科學家們今后長期奮斗的目標。

在我國土地資源極度緊張，全球氣候變暖，極端異常氣候頻發(fā)，生態(tài)環(huán)境急需改善的背景下，“海水稻”作為沿海灘涂和鹽堿地改良的首選糧食作物，凸顯了其重要性。通過遺傳改良來提高“海水稻”耐鹽堿能力，培育耐鹽堿新品種并推廣應用，是培育新的經(jīng)濟增長極、保障國家糧食安全的重要舉措。

如今，我國“海水稻”育種成就蔚為壯觀，這展現(xiàn)出我國“海水稻”實際應用的廣闊前景。

2017 年，湖南雜交水稻研究中心牽頭組建了耐鹽堿水稻國家區(qū)域試驗聯(lián)合體。2021 年，國家批準以湖南雜交水稻研究中心牽頭，聯(lián)合海南大學、青島海水稻研究發(fā)展中心有限公司等單位在海南省三亞市共同組建掛牌成立了國家耐鹽堿水稻技術(shù)創(chuàng)新中心。2020～2021 年，8 個耐鹽堿水稻品種通過國家審定。迄今為止，耐鹽濃度達0.6%、畝產(chǎn)量達400 千克的雜交水稻新品種已經(jīng)選育成功。而且，這些耐鹽品種在淡水條件下產(chǎn)量也很高，有些組合還通過了品種審定（非耐鹽）。

廣西欽州種植的耐鹽堿水稻品種“赤禾”，長勢良好

廣西欽州“海水稻”種植試驗。如今，我國“海水稻”育種成就蔚為壯觀，展現(xiàn)出“海水稻”實際應用的廣闊前景

近年來，科學家借助分子生物學的方法和技術(shù)，使耐鹽水稻轉(zhuǎn)基因研究取得了較大的發(fā)展。在國家科技支撐計劃的資助下，江蘇省農(nóng)業(yè)科學研究院等單位通過分子標記輔助選擇與常規(guī)育種技術(shù)相結(jié)合，建立耐鹽、優(yōu)質(zhì)、抗病、高產(chǎn)多基因聚合育種技術(shù)體系，將優(yōu)質(zhì)、抗病、高產(chǎn)、耐鹽基因聚合到優(yōu)良水稻品種中。海南大學與湖南省水稻研究所合作，通過外源基因組DNA導入和耐鹽作物篩選的技術(shù)，采用高耐鹽野生植物蘆葦DNA 作為基因供體，通過花粉管通道導入普通水稻，培育出具有強耐鹽特性的水稻新種質(zhì)。

隨著科技進步和科學家的不斷努力，我國“海水稻”育種和科研將為將來鹽堿化土地的大面積開發(fā)利用奠定堅實的基礎(chǔ)?？茖W家們不僅能為我國的鹽堿化土地利用發(fā)揮作用，還可以為其他國家的鹽堿化土地利用提供重要幫助。

三亞種植的耐鹽堿水稻，一派豐收的景象

羅越華老師在“海水稻”試驗田間

康海岐老師在田間觀察野生稻的生長情況