水稻均衡增產(chǎn)的育種策略

何 強，邢俊杰，張武漢，舒 服，鄧華鳳

(雜交水稻國家重點實驗室/湖南雜交水稻研究中心，湖南長沙410125)

我國成功用占世界7%左右的耕地，養(yǎng)活了占世界22%的人口。特別是自2004年以來，全國糧食生產(chǎn)已實現(xiàn)了“九連豐”，2012年糧食總產(chǎn)量達(dá)到5.90億噸，其中，水稻總產(chǎn)由1.79億噸連年增加到2012年的2.04億噸，約占糧食總產(chǎn)的35%，有效保障了國家糧食安全。然而，我國耕地減少的趨勢不可逆轉(zhuǎn)，中低產(chǎn)田比重日益上升，加之生態(tài)環(huán)境惡化加劇、水資源日益匱乏，我國糧食安全的形勢依然嚴(yán)峻。因而，如何實現(xiàn)糧食的大面積均衡增產(chǎn)是保障我國糧食安全的重要舉措。

1 中國中低產(chǎn)田的現(xiàn)狀

1.1 耕地現(xiàn)狀

中國耕地面積近20年來呈持續(xù)減少的態(tài)勢，從1997年的12 993萬公頃降至2010年的12 173萬公頃，人均擁有耕地0.092 hm2，不及世界人均耕地面積的40%［1］，是美國人均的12.9%，印度人均的73.5%。耕地總面積已接近國家糧食安全1.2億公頃(18億畝)的耕地紅線(這是一個具有法律效力的約束性指標(biāo)，是2006年《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》提出的)。

中國耕地面積減少的原因是多方面的，主要是非農(nóng)建設(shè)占用、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、災(zāi)害和污染損毀、退耕還林、利用不當(dāng)?shù)?。耕地利用不?dāng)主要存在兩方面:一方面，大量使用無機肥料、有機農(nóng)藥及不合理的灌溉等使得土壤板結(jié)、有機質(zhì)含量減少、鹽漬化等，高產(chǎn)田變?yōu)橹挟a(chǎn)田、低產(chǎn)田及至荒地;另一方面，粗放耕作和掠奪性開發(fā)。利用不當(dāng)使得中國耕地肥力呈持續(xù)下降態(tài)勢，全國耕地有機質(zhì)含量平均已降到1%，明顯低于歐美國家2.5% ～4%的水平［2］。雖然國家加大了中低產(chǎn)田改造的力度，但由于耕地的持續(xù)退化和在城市化進(jìn)程中優(yōu)質(zhì)耕地的不斷被占用，補充耕地的質(zhì)量得不到保證，再加上氣候變化和掠奪式的過度利用所致原有耕地地力明顯下降，中國中低產(chǎn)田在整個耕地中所占的比重進(jìn)一步上升，由“十一五”以前的65%上升到了2009年的70%，約 8 373 萬公頃［3，4］。

1.2 中國水稻種植面積變化狀況

自新中國成立以來，水稻種植面積呈現(xiàn)戲劇性的波動。第一個時期是水稻種植面積穩(wěn)步增長期。這一時期，由于開荒、圍湖造田和復(fù)種指數(shù)的提高，中國水稻種植面積從1949年的2 571萬公頃逐步擴大到1976年的頂峰3 622萬公頃;第二個時期是全國水稻種植面積逐步下降期。這一時期，由于我國居民用地和城市化建設(shè)用地增加、種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等因素，使得水稻種植面積逐年下降，直降到了1994年的3 016.6萬公頃。該時期中國糧食安全問題引起了政府高度重視;第三個時期是水稻種植面積起伏時期，這一時期是1994年至2003年。前3年，全國水稻種植面積出現(xiàn)了輕微的恢復(fù)性上升，1997年達(dá)到3 176.6萬公頃;隨后，水稻種植面積再次呈現(xiàn)持續(xù)、快速減少的態(tài)勢，到2003年，水稻種植面積只有2 650.6萬公頃，使得中國的糧食安全問題再度引起了世界性的關(guān)注;第四個時期是水稻種植面積緩慢恢復(fù)增長期。2011年逐年增加到3 006萬公頃，恢復(fù)到接近1994年的水平(數(shù)據(jù)來源于中國種植業(yè)信息網(wǎng)－農(nóng)作物數(shù)據(jù)庫)。

中國水稻種植面積經(jīng)過幾個時期的起伏變化，其耕地質(zhì)量并未因此而提高，反而在后兩個時期，因城市化占用大量優(yōu)質(zhì)農(nóng)田、工業(yè)“三廢”污染、有機肥施用量減少、過度施用化肥農(nóng)藥、掠奪性的種植等，再加之干旱、洪澇、鹽堿等自然災(zāi)害因素導(dǎo)致土壤污染、退化等，使得中低產(chǎn)田的份額占目前水稻常年總種植面積的70%［5］。

2 中國水稻生產(chǎn)現(xiàn)狀

中國水稻單產(chǎn)從新中國成立至今總體趨勢是持續(xù)上升的。平均產(chǎn)量的變化可以劃為兩個階段:第一階段，從1949年1 891.95 kg/hm2提高到1978年的3 798.0 kg/hm2。該時期單產(chǎn)的提高主要受益于水稻矮化育種的成功;第二階段，從1978年的3 798.0 kg/hm2提高到2011年的6 687.3 kg/hm2。這一階段單產(chǎn)的提高主要歸功于雜交水稻的大面積推廣和超級稻的成功應(yīng)用。2008年，農(nóng)業(yè)部在全國建立500個萬畝高產(chǎn)創(chuàng)建示范片，單季稻萬畝高產(chǎn)示范單產(chǎn)達(dá)到了10 500 kg/hm2，早晚雙季稻萬畝高產(chǎn)示范單產(chǎn)也達(dá)到了13 500 kg/hm2。湖南“種三產(chǎn)四”豐產(chǎn)工程中，示范區(qū)大面積單產(chǎn)早稻達(dá)到7 500 kg/hm2，中稻單產(chǎn)達(dá)到9 200 kg/hm2，晚稻單產(chǎn)達(dá)到8 000 kg/hm2(數(shù)據(jù)來源于中國種植業(yè)信息網(wǎng)－農(nóng)作物數(shù)據(jù)庫)。

有學(xué)者認(rèn)為，按單位面積糧食產(chǎn)量可以將耕地劃分為高產(chǎn)田、中產(chǎn)田和低產(chǎn)田，以低產(chǎn)田單位面積糧食產(chǎn)量為1，則高中低產(chǎn)田的糧食單產(chǎn)比為3.68∶2.61∶1，按照我國耕地面積中低產(chǎn)田占71.1%的比重計算，則高產(chǎn)田糧食單產(chǎn)比糧食平均單產(chǎn)高36.4%［6］。以這一研究為測算依據(jù)，2006年至2011年全國早、中、晚稻平均單產(chǎn)和高產(chǎn)田單產(chǎn)的差距分別為2 008.8、2 606.4、2 040.9 kg/hm2(表 1)。從這一差距可以看到中低產(chǎn)田的水稻產(chǎn)量潛力巨大。

表1 全國2006～2011年水稻平均單產(chǎn)與高產(chǎn)田單產(chǎn)情況(kg/hm2)

3 水稻均衡增產(chǎn)的育種策略

中國水稻均衡增產(chǎn)主要是要提高中低產(chǎn)田的水稻產(chǎn)量。中國水稻耕地面積中有70%以上的中低產(chǎn)田，而這些田因旱、酸、堿、粘、瘦等諸多障礙因子使得單產(chǎn)又比高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)田減產(chǎn)36.4%［7］，嚴(yán)重制約中國糧食均衡增產(chǎn)。提高中低產(chǎn)田的水稻產(chǎn)量，可以采取以下措施:(1)改善和提高耕地質(zhì)量，降低中低產(chǎn)田的比重;(2)加強水稻栽培技術(shù)創(chuàng)新，推廣水稻高產(chǎn)高效生產(chǎn)技術(shù);(3)加大中低產(chǎn)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入，降低中低產(chǎn)田靠天吃飯的風(fēng)險;(4)加強種質(zhì)創(chuàng)新，推廣廣適型超級稻。

廣適型超級稻品種能適應(yīng)較大范圍的生態(tài)區(qū)域種植，選育廣適型超級稻新品種是解決大面積均衡增產(chǎn)的育種策略之一。然而，目前我國培育的廣適型超級稻重大突破性材料非常稀缺、超級稻育種的效率低、大面積主推的廣適型超級稻品種少。2007年國家科技部雖然啟動了“廣適型超級雜交稻新組合選育與示范”項目的研究，該項目研究期限為3年，但因缺少長期的支持而未有實質(zhì)性的突破。有學(xué)者首次在長江流域開展廣適型超級雜交稻研究。目前在不同生態(tài)稻作區(qū)都具有很好的產(chǎn)量適應(yīng)性且經(jīng)過農(nóng)業(yè)部認(rèn)定的超級雜交稻組合有Y兩優(yōu)1號和準(zhǔn)兩優(yōu)527，經(jīng)過省級認(rèn)定的超級雜交稻組合有C兩優(yōu)87和紅蓮優(yōu)6號［8］。與至2011年止全國認(rèn)定的92個超級稻品種數(shù)相比，生態(tài)適應(yīng)性廣泛的超級稻組合很稀缺，究其原因:其一，大多數(shù)育成的超級稻屬于高肥型品種，不適宜于在中低產(chǎn)田種植，適應(yīng)的生態(tài)區(qū)域較窄;其二，開展廣適型超級稻的育種還沒有系統(tǒng)的研究方法和評價體系;其三，缺少適應(yīng)大眾化的超級稻輕簡栽培技術(shù)。

選育廣適型超級稻新品種是水稻均衡增產(chǎn)的一個重要研究內(nèi)容，可以從以下幾個方面著手:

(1)挖掘水稻種質(zhì)資源中的耐肥、耐鹽堿、耐旱、耐瘠、抗高溫、耐低溫等耐逆境的基因;

(2)通過遠(yuǎn)緣雜交、生物技術(shù)等手段，利用遠(yuǎn)緣物種的耐逆境的基因創(chuàng)造水稻新種質(zhì)，包括存在的促進(jìn)水肥高效利用的遺傳基因;

(3)根據(jù)不同稻作生態(tài)區(qū)域內(nèi)的中低產(chǎn)田的障礙因子，通過高效育種技術(shù)創(chuàng)制聚相關(guān)基因于一體的優(yōu)良材料;

(4)根據(jù)各稻作區(qū)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境，培育適應(yīng)稻作區(qū)具體生態(tài)條件的水稻株型，包括利用高光效基因、提高群體光能利用率的株型等;

(5)研究廣泛適應(yīng)不同稻作區(qū)之間共性的育種技術(shù)、新材料和新株型。

［1］ 黃應(yīng)來.城市化不斷侵襲城郊土地，耕地比1997年再減少1.23億畝18.26億畝:耕地紅線岌岌可危［N］.南方日報，2011－02－25.

［2］ 封志明.耕地與糧食安全戰(zhàn)略:藏糧于土，提高中國土地資源的綜合生產(chǎn)能力［J］.地理學(xué)與國土研究，2000，16(3):1 －5.

［3］ 韓樂悟.中低產(chǎn)田占70%區(qū)域性退化嚴(yán)重耕地質(zhì)量管理或?qū)懭敕煞ㄒ?guī)［N］.法制日報，2012－04－14.

［4］ 林鵬生.我國中低產(chǎn)田分布及增產(chǎn)潛力研究［D］.北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2008.

［5］ 王玉琪，曹 茸.畝產(chǎn)突破900公斤中國超級稻的光榮與夢想［N］.農(nóng)民日報，2011－11－24.

［6］ 傅澤強，蔡運龍，楊友笑，等.中國糧食安全與耕地資源變化的相關(guān)分析［J］.自然資源學(xué)報，2001，16(4):313－319.

［7］ 方福平，程式華.論中國水稻生產(chǎn)能力［J］.中國水稻科學(xué)，2009，23(6):559 －566.

［8］ 鄧華鳳，何 強，陳立云，等.長江流域超級雜交稻產(chǎn)量穩(wěn)定性研究［J］.雜交水稻，2009，24(5):56－60.