節(jié)水抗旱稻引領水稻藍色革命推動綠色發(fā)展取得重大進展

■ 張莉俠

節(jié)水抗旱稻是上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心首席科學家、“節(jié)水抗旱稻之父”羅利軍和團隊研發(fā)的創(chuàng)新科研成果，該品種既具有水稻的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)特性，又具有旱稻的節(jié)水抗旱特性，是一種新的水稻品種類型，具有省工、省時、節(jié)水抗旱等突出優(yōu)點，改變了傳統(tǒng)的以移栽為主的水稻種植方式。選育節(jié)水抗旱稻新品種31個，在生產(chǎn)上可節(jié)水30%、節(jié)肥30%、減少甲烷排放80%以上。羅利軍帶領團隊主持完成的“水稻抗旱基因資源挖掘與節(jié)水抗旱稻創(chuàng)制”項目獲2013年度國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。八年后，羅利軍團隊又牽頭完成的“水稻遺傳資源的創(chuàng)制保護與研究利用”項目獲得2020年度國家科技進步獎一等獎，這是自國家科技獎設立以來上海首次獲得農(nóng)業(yè)領域的一等獎。以節(jié)水抗旱稻品種為核心的稻田綠色生產(chǎn)技術(shù)，是上海原創(chuàng)、面向全國乃至國際市場的新型可持續(xù)發(fā)展稻作模式。作為“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”水稻新品種，節(jié)水抗旱稻的大面積推廣種植將有望緩解我國糧食供給與資源節(jié)約的矛盾，不僅將為國家的糧食安全提供重要保障，還將有助于提高我國資源的利用效率，對我國農(nóng)業(yè)面源污染的控制和生態(tài)環(huán)境的改善具有重要意義。

一、品種創(chuàng)新和傳統(tǒng)水稻種植方式的顛覆

（一）種質(zhì)的創(chuàng)新與突破

上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心在理論與品種選育兩方面進行了長期的研究，已取得了重要的進展。育種以當前水稻生產(chǎn)上大面積推廣應用的品種為基礎，導入陸（旱）稻的節(jié)水抗旱特性，培育出既高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)又節(jié)水抗旱的節(jié)水抗旱稻，至今共計審定17個相關品種，包括秈型常規(guī)節(jié)水抗旱稻、粳型常規(guī)節(jié)水抗旱稻、秈型雜交節(jié)水抗旱稻和粳型雜交節(jié)水抗旱稻4個系列，避免了所謂高產(chǎn)水稻口感差的“通病”?！昂祪?yōu)73”米質(zhì)達到國家二級優(yōu)質(zhì)米標準，在2019年第二屆全國優(yōu)質(zhì)稻品種食味品質(zhì)鑒評（秈稻）中獲得金獎。全國各地的節(jié)水抗旱稻在水田、旱地、丘陵坡地都獲得了較好的畝產(chǎn)和品質(zhì)，節(jié)水節(jié)肥降本增效的效果顯著。

（二）傳統(tǒng)種植模式的顛覆

當下農(nóng)業(yè)發(fā)展目標已從傳統(tǒng)的單純追求產(chǎn)量向追求品質(zhì)方向轉(zhuǎn)變和發(fā)展，傳統(tǒng)水稻育種無論是在節(jié)水、抗旱、優(yōu)質(zhì)等方面都無法滿足現(xiàn)有需求。另外，因傳統(tǒng)水稻需要大量的化肥投入方能實現(xiàn)高產(chǎn)，但大肥大水的灌溉方式也會導致病蟲害增加趨勢明顯，農(nóng)藥使用次數(shù)和總量都在不斷增加，直接導致了土壤重金屬殘留增多、水體富營養(yǎng)化以及水質(zhì)變差的惡性循環(huán)。早在20多年前，作為淡水資源匱乏的國家，中國的水養(yǎng)不起中國的稻，“高產(chǎn)-大水大肥-高碳排放”的傳統(tǒng)水稻生產(chǎn)方式不可持續(xù)。圍繞這一矛盾，上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心羅利軍研究員帶領科研團隊聚焦陸稻節(jié)水抗旱特性，結(jié)合水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)特性，通過雜交育種創(chuàng)新，培育出了節(jié)水抗旱稻。節(jié)水抗旱稻以節(jié)水、抗旱、優(yōu)質(zhì)、高效的特點為基礎,引領輕簡化栽培發(fā)展方向。在播種上，提供了旱直播(機條播和撒播)、水直播和機插秧等多種播種方式，水稻直播旱管的栽培方式具有節(jié)約成本、管理簡單、生態(tài)環(huán)保的特點，不僅在生產(chǎn)流程上減少大量田間管理的人工成本，而且相對于水田，半干旱管理的節(jié)水抗旱稻各個生產(chǎn)流程更適宜機械化推廣。

二、節(jié)水抗旱稻——發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)的典范

（一）促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整

節(jié)水抗旱稻具有省工節(jié)水耐高溫干旱等突出優(yōu)點，可以減少對水分的過度需求，改變了傳統(tǒng)的以移栽為主的水稻種植方式。安徽蚌埠市旱地面積大，過去種植的旱稻生育期長、產(chǎn)量低、米質(zhì)差，但以“旱優(yōu)3015”為代表的節(jié)水抗旱稻品種，普遍表現(xiàn)優(yōu)異，株高偏矮、生育期短、抗倒、抗病、產(chǎn)量高，成了目前沿淮地區(qū)的理想選擇。近幾年，浙江在山區(qū)和半山區(qū)的新墾耕地、山坡旱地、朝天地、旱地改水田等類型地塊積極引進種植節(jié)水抗旱稻，提升了浙江口糧自給率，未來還會繼續(xù)擴大種植面積。產(chǎn)糧大省黑龍江常年種植水稻面積超過2300萬畝，水資源緊缺是黑龍江水稻產(chǎn)業(yè)發(fā)展最需要解決的瓶頸之一，地下水消耗嚴重。另外，黑龍江還有上億畝玉米和6000萬畝大豆，但輪作作物的選擇少，節(jié)水抗旱稻的推廣有助于調(diào)整當?shù)氐姆N植結(jié)構(gòu)。自2010年以來，節(jié)水抗旱稻從上海走向全國，在多個省份的種植面積已經(jīng)超過300萬畝，同時已經(jīng)走出國門，并已推廣到“一帶一路”國家，在東南亞、非洲等10多個國家開始試種。

（二）改變傳統(tǒng)水稻種植方式

當下農(nóng)業(yè)發(fā)展目標已從傳統(tǒng)的單純追求產(chǎn)量轉(zhuǎn)變?yōu)樽非笮б?。?jié)水抗旱稻可以減少對水分的過度需求，可實現(xiàn)旱直播，整個生長周期不需淹水，不僅減少化肥農(nóng)藥的施用，大幅減少碳排放和農(nóng)業(yè)面源污染，而且有利于機械化種植，解決了農(nóng)村用工荒的難題。安徽省蚌埠市郊曹集鎮(zhèn)雨荷農(nóng)場，通過機械化種植節(jié)水抗旱稻，每臺機器可同時完成整地、播種、施肥、覆土、噴藥所有耕種農(nóng)事環(huán)節(jié)工作，一千多畝的農(nóng)場，通過3臺改裝后的播種機器三天就可完成全部播種任務。傳統(tǒng)水稻育苗移栽方式，人工需求量大，僅僅移栽環(huán)節(jié)，按一百人計算也要10天方能完成，另外耕地、施肥、噴藥還需要大量的人工。通過新型栽培類型的節(jié)水抗旱稻與播種機械的結(jié)合，解決了用工難、宜播期用工緊張的突出矛盾，能夠適應土地流轉(zhuǎn)發(fā)展和適度規(guī)模經(jīng)營的需要。

（三）助力脫貧攻堅

節(jié)水抗旱稻不僅具有水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)特性，又具有節(jié)水、抗旱、節(jié)肥、輕簡、高產(chǎn)、質(zhì)優(yōu)、環(huán)保等優(yōu)點為一體的特點。針對不同稻作區(qū)域，已開發(fā)出水直播旱管、旱直播旱管、覆膜旱直播旱管、麥套稻免耕直播模式、“免耕旱直播＋微噴灌”等新型栽培技術(shù)，長期以來育秧插秧、稻田淹灌的水稻生產(chǎn)方式有望得到大大簡化。目前節(jié)水抗旱稻已選育出秈型、粳型、雜交和常規(guī)4大系列17個品種，在我國超過2/3的省市種植。節(jié)水抗旱稻中“旱優(yōu)73”這個主栽品種，推廣面積已超過200萬畝，成為長三角種植面積最大的雜交稻品種。該品種根系發(fā)達，水肥利用率高，東至上海、西到四川，南到海南、北到山東，海拔不超過1300米均可種植。具有很強的適用性，在各地脫貧攻堅中發(fā)揮了較大的作用。

（四）促進農(nóng)民增收

節(jié)水抗旱稻的種植在一定程度上能減少人工成本的投入和化肥農(nóng)藥的使用，并且產(chǎn)量有保障，可以有效節(jié)約農(nóng)戶種植成本，促進農(nóng)民增收。如果湖南40萬公頃的缺水、受干旱威脅的耕地都種植節(jié)水抗旱稻，按單產(chǎn)7500 kg/hm2、每公頃增收600元計算，可增加農(nóng)民收入2.4億元，增產(chǎn)稻谷300萬噸，還能大幅度地減少面源污染和碳排放，經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益顯著。節(jié)水抗旱稻不僅可像小麥一樣“旱直播旱管”，也可“水直播旱管”，所以在低洼易澇地、山坡地、灘涂地等灌溉條件、土地條件復雜的地區(qū)，種植節(jié)水抗旱稻也能為農(nóng)民帶來增收。正常年景，節(jié)水抗旱稻在節(jié)水50%的情況下，畝產(chǎn)達到700-750公斤，極大地激發(fā)了我國超級稻的高產(chǎn)潛力。安徽、河南、湖北、江西4省20多個縣市296個節(jié)水抗旱稻示范點多年來監(jiān)測顯示，與傳統(tǒng)水稻相比，節(jié)水抗旱稻每畝凈收入增加151元以上。

（五）實現(xiàn)環(huán)境友好資源節(jié)約

當前，保障糧食安全與實現(xiàn)碳中和，是全球關注的熱點。而千百年來按照傳統(tǒng)模式耕種的水稻，單位面積內(nèi)排放的溫室氣體是小麥、玉米等旱作糧食作物的4倍以上，水稻生產(chǎn)難免形成“高產(chǎn)－大水大肥－高碳排放”的惡性循環(huán)。節(jié)水抗旱稻與傳統(tǒng)水稻相比，淹水時間顯著減少，因此能夠大幅降低稻田甲烷排放量。旱管種植節(jié)水抗旱稻的減排效果更加明顯，經(jīng)過對安徽大規(guī)模推廣現(xiàn)場的實測和模型計算，旱管種植節(jié)水抗旱稻在保障產(chǎn)量穩(wěn)定的同時，比常規(guī)淹水稻田減少甲烷排放95%以上，同時氮素流失減少60%，大幅降低了稻田的溫室氣體排放強度和面源污染負荷，具有顯著的生態(tài)環(huán)境效益。調(diào)查顯示，節(jié)水抗旱稻在高產(chǎn)田，如水稻一般水種旱管，可節(jié)水50%、節(jié)肥30%以上，畝產(chǎn)750公斤；在中低產(chǎn)田，可像小麥一樣旱種旱管，只要保證在出苗、分蘗、孕穗灌漿三個階段灌溉三次“跑馬水”，畝產(chǎn)600公斤；即便是“望天田”，畝產(chǎn)也能達到400公斤。

三、節(jié)水抗旱稻發(fā)展未來可期

（一）政產(chǎn)學研一體化推進

過去20年，特別是近10年來，包括上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心科研團隊在內(nèi)的政產(chǎn)學研在國內(nèi)發(fā)起了水稻“藍色革命”。在政府工作層面，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部把“旱優(yōu)73”納入2022年糧油生產(chǎn)主導品種，并主推節(jié)水抗旱稻旱直播節(jié)水栽培技術(shù)；在品種研發(fā)層面，已經(jīng)向市場推廣了60多個成熟品種，形成了500多個節(jié)水抗旱品系；在應用推廣層面，有上海天谷生物科技有限公司、安徽豐大種業(yè)股份有限公司這樣專營節(jié)水抗旱稻種子的種業(yè)企業(yè)。在長江中下游地區(qū)、西南華南等地種植面積接近300萬畝，孟加拉國等東南亞國家以及博茨瓦納等非洲國家也積極種植中國的節(jié)水抗旱稻。自2016年以來，節(jié)水抗旱稻的種植面積始終保持著兩位數(shù)增長。目前，節(jié)水抗旱稻年種植面積已超過300萬畝，其中“旱優(yōu)73”已成為長三角地區(qū)種植面積最大的雜交稻品種。節(jié)水抗旱稻已經(jīng)在我國超過2/3的省市及20多個“一帶一路”沿線國家有了商業(yè)推廣或示范種植。

為了進一步縮短新品種的市場轉(zhuǎn)化進程，近幾年，上海市農(nóng)業(yè)生物基因中心與安徽豐大集團聯(lián)合成立節(jié)水抗旱稻研究院，建立商業(yè)化育種體系，探索解決種業(yè)科研和市場需求“兩張皮”問題，共同推進節(jié)水抗旱稻事業(yè)發(fā)展。上海已建立了節(jié)水抗旱稻科技成果的轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化平臺，并聯(lián)合全國18家種業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、銷售單位和配套企業(yè)組建“節(jié)水抗旱稻產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”，加強技術(shù)集成配套和節(jié)水抗旱稻示范推廣網(wǎng)絡建設，建立和不斷完善節(jié)水抗旱稻技術(shù)服務體系，探索形成了節(jié)水抗旱稻旱種旱管、水種旱管、機械旱條播等多種輕簡化種植模式和“果樹+稻”“蔬菜+稻”等復合種植模式。

（二）未來發(fā)展前景廣闊

節(jié)水抗旱稻推動了我國水稻生產(chǎn)的“藍色”變革，從種質(zhì)創(chuàng)新的角度，培育出“資源節(jié)約、環(huán)境友好”的栽培稻新類型，使水稻生產(chǎn)擺脫了對水的過度依賴，實現(xiàn)旱作生產(chǎn)，大幅減少了稻田溫室氣體排放，是一次在農(nóng)業(yè)“碳中和”目標下保障糧食產(chǎn)量的成功嘗試，在實際生產(chǎn)中開拓出一條既能保障糧食安全，又能實現(xiàn)水稻生產(chǎn)“碳中和”的“兩全道路”。2022年5月，羅利軍提出節(jié)水抗旱稻“1522”新發(fā)展目標，即新增節(jié)水抗旱稻種植面積1億畝，增產(chǎn)稻谷500億公斤，減少200億噸水稻生產(chǎn)用水，減少200億公斤碳排放的目標。“十四五”期末，節(jié)水抗旱稻年種植面積有望突破1000萬畝，這意味著每年可減少稻田甲烷排放15.6萬噸，折合二氧化碳當量約為440萬噸，如果能將這部分減少的稻田碳排放納入國際碳交易市場，可使農(nóng)民額外增收4400萬美元。我國現(xiàn)有2億－3億畝沙丘、鹽堿地及南方山區(qū)的旱地，如能開發(fā)一定面積種植節(jié)水抗旱稻，可年增產(chǎn)250億公斤以上；在10億－15億畝的旱地內(nèi)，特別是低洼易澇旱地，如能間種或套種一部分節(jié)水抗旱稻，可年增產(chǎn)上百億公斤。而對于正在開展農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、大力推進“旱改水”的地區(qū)，節(jié)水抗旱稻更是較為理想的選擇。