節水抗旱稻研究進展及其在水稻綠色生產的作用

高 歡，趙洪陽，聶元元，張劍鋒，周佩雯，黎佳佳，龔麗英**

（1上海市農業生物基因中心，上海 201106；2上海天谷生物科技股份有限公司，上海 201203；3江西省超級稻研究發展中心，南昌 330200）

節水抗旱稻研究進展及其在水稻綠色生產的作用

高 歡1，趙洪陽2*，聶元元3，張劍鋒1，周佩雯1，黎佳佳1，龔麗英1**

（1上海市農業生物基因中心，上海 201106；2上海天谷生物科技股份有限公司，上海 201203；3江西省超級稻研究發展中心，南昌 330200）

傳統水稻生產消耗大量的淡水資源，過量使用農藥化肥帶來嚴重的面源污染。通過梳理節水抗旱稻研究進展及近幾年多年多點示范數據，指出節水抗旱稻在高產稻田種植可大幅度減少灌溉用水和化肥及農藥施用，降低面源污染；在中低產田表現高產穩產。近幾年，節水抗旱稻在“玉米改稻”和“棉改稻”上的成功應用，也為當今農業種植結構調整提供了可行的參考方向。推進節水抗旱稻的選育和開發，將有利于糧食安全、生態安全、生產安全。建立標準的審定體系和完善配套栽培技術是節水抗旱稻今后發展中需重點解決的問題。

節水抗旱稻；綠色生產；糧食安全；生態安全

我國資源總量和人均資源相對短缺，農業近幾十年的粗放式生產，造成資源消耗過高、過快，資源利用率低，導致農業發展和資源環境之間的矛盾日趨尖銳，重要資源難以為繼，生態環境不堪重負［1-2］。中共十八大明確提出要加快轉變農業生產方式，到2020年要基本形成資源節約型，環境友好型農業生產體系（簡稱“兩型農業”）［3］。十九大提出推進農業綠色展，實施國家節水行動；著力解決突出環境問題，加強農業面源污染防治［4］。“兩型農業”就是圍繞轉變農業發展方式，以提高資源利用效率和生態環境保護為核心，以節地、節水、節肥、節藥、節種、節能、資源綜合循環利用和農業生態環境建設保護為重點，推廣應用節約型的耕作、播種、施肥、施藥、灌溉與旱作農業、集約生態養殖、秸稈綜合利用等節約型技術，推廣應用減少農業面源污染、減少農業廢棄物生成，注重水土保持和保護環境等環保型技術，大力培養農民和農業企業的資源節約和環境保護觀念，大力發展循環農業、生態農業、集約農業等有利于節約資源和保護環境的農業形態，促進農業實現可持續發展。

2005 年我國有學者提出培育綠色超級稻的設想和基本策略［5］，即在不斷提高產量、改良品質的基礎上，實現節水抗旱，基本不打農藥，少施化肥，在國內外引起巨大反響。開展節水抗旱研究，通過少灌水及精細施肥用藥，可以避免灌溉水和化肥農藥的過量使用，不僅可以節約農業用水，節省農業生產成本，而且可以最大限度的降低農業面源污染，在緩解水資源供需矛盾的同時實現生態安全，實現農業及區域社會經濟的可持續發展和環境友好型社會的形成。2017年，農業部先后發文，提出 “加快現代種業創新”“大力發展節水農業”“大力推進化肥農藥減量增效”；還明確指出，解決我國農作物品種方面存在著“高產品種多、優質專用品種少，糧食作物品種多、經濟作物品種少，資源消耗型品種多、資源節約型品種少”的“三多三少”問題，急需一批綠色生態、優質安全、特色專用、高產高效的新品種［6-7］。節水抗旱稻低碳、環保的綠色生產種植模式不僅契合“兩型農業”發展理念，還能有效提升中低產田的產量潛力，對于我國糧食安全具有重要意義。

1 常規水稻生產面臨的挑戰

水稻是我國主要的糧食作物之一，優良水稻品種的選育與推廣對保障我國糧食安全發揮了重大的作用，但目前水稻生產面臨著嚴峻挑戰。

一是我國水稻生產發展過度依賴資源消耗［8］。過去半個世紀，矮桿、耐肥品種的大面積推廣，使得水稻生產中化肥、農藥、水及勞動力投入激增，產量增長與環境污染和資源消耗不成比例，而這種以高投入換取高產出，同時帶來高消耗、高污染的粗放式增產方式在中國表現得尤其突出；

二是水稻生產追求的高產往往需要“良田、良種、良法”的多良綜合配套，具有極強的區域性和時效性。我國水稻總種植面積中有70%是中低產田，中產田的理論增產潛力為63 505萬t，約占全國的46.61%，相當于其現實產出能力的2.34倍；低產田的理論增產潛力為32 787萬t，約占全國的24.06%，但相當于其現實產出能力的6.26倍［9］。中低產田主要限制因素是水資源，過度依賴資源消耗的高產品種無法在中低產田發揮高產的作用。

三是新一輪農作物種植結構調整的一個重要方面是提高農作物產品的品質以滿足市場需求。我國多年來對新品種的評價審定主要以產量為主要指標，輕視品種的營養、加工、口感等品質性狀，加上大肥大水，導致農作物產品產量高但品質劣。另外，隨著種子、肥料、農藥和人工成本的不斷上漲，棉花、玉米等作物種植效益不斷降低，已給傳統水稻種植區以及部分玉米、棉花種植區的農民造成了極大的增收困擾，迫切需要改變傳統生產方式，調整農作物種植結構［10］。

2 節水抗旱稻的提出及其研究進展

我國水稻品種抗旱性改良可追溯到20世紀30年代，農民自主對傳統旱稻品種進行改良、引種［11］。真正系統的研究起源于1992年，李鵬總理從巴西帶回了巴西陸稻‘IAPAR 9’，在我國引進、試種成功后，引起了有關部門和專家對早稻的高度重視［12］。2000年農業部組織全國旱稻區試，并建立了全國旱稻的區域網絡。同時，一些農業科研院所加強傳統旱稻品種的改良、早稻種質資收集，開展水稻抗旱性研究等育種工作，相繼育成了一些適合不同地區的不同類型的旱稻品種，如中國農業大學育成的‘秦愛’及‘旱稻2號’等系列品種［13-14］；云南省農科院選育的云陸、陸引等系列［15］；中國水稻所育成的‘中旱3號’等系列［16］；遼寧省農科院育成的‘旱72’等品種［17］；丹東農業科學院育成的‘丹粳 5號’‘丹粳6號’等品種［18-19］，然而這些品種的選育依然參照的是傳統旱稻的選育模式，單一注重抗旱性的提升，忽略了水肥利用效率、抗病蟲能力和品質等性狀，在高產田塊沒有競爭優勢。節水抗旱稻里程碑事件是上海市農業生物中心于2003年育成的世界上第一個節水抗旱不育系‘滬旱1A’［20］，其改良培育的‘旱優73’［21］在安徽、湖南、湖北、江西展示出良好的適應性，尤其在近兩年極端天氣頻發的惡劣氣候下，在抗旱、產量和品質等方面表現優異，極大地推動了我國節水事業的發展。

20世紀初，國內外科學家已經對水稻抗旱機理方面的系統研究。1996年，Ray等［22］首次利用RIL群體對作物根系在土壤中的穿透能力定位后，人們對作物抗旱機制的研究不斷深入。截止到目前，作物的大部分抗旱相關性狀均有 QTL報道，如根粗，根長［23-25］；株高、分蘗［26-27］；葉片性狀［24，28］；生育期［28］；產量性狀［27-33］等。近兩年，利用生物信息學、轉錄組學、表觀遺傳等多組學研究手段，發現品種抗旱性的提高不是來源少數幾個基因的表達，而是多個基因網絡互做的結果［34-37］，也在一定程度上印證了抗旱機理的復雜性。

我國科學家在2009年第三屆國際干旱大會上首次正式提出“節水抗旱稻”［38］，明確定義是指既具有水稻的高產優質特性，又具有旱稻節水抗旱特性的一種新的水稻品種類型，它是在水稻科技進步的基礎上，引進旱稻的節水抗旱特性而育成的新品種［39］。在有水灌溉的高產田，節水抗旱稻的產量、米質與水稻基本持平，但可節省50%以上的灌溉水，大量地減少面源污染和溫室氣體排放，對比‘中浙優1號’，節水抗旱稻‘旱優3號’在節水50%以上情況下，產量仍可達7.5 t/hm2，同時還表現出明顯的節肥節農藥，有效減少徑流帶來的面源污染［40］；在灌溉條件不足的中低產田，節水抗旱稻可表現出明顯的抗旱優勢，在缺水條件下可實現穩產保收，江西通稱是“六山一水二分田、二分道路和莊園”，由于江西地處丘陵地區，坡地較多，水利設施不完善，使得大田的坡耕地只能依靠自然降雨成為“望天田”“高臺田”，耕地利用率低，引進適宜的節水抗旱稻，加上合理的種植模式就能最大限度的擴大耕地面積，可以較大幅度的提高農業生產，也能保證江西省“旱地改水田”項目的順利實施［41］；在生產上，簡單易行，可適宜水種水管、水種旱管、旱種旱管等多種種植方式，適應性廣，投入低，節能環保，在國家取消棉花儲備政策后，棉花生產效益下降，農民改種意向強烈，湖南省有超過20萬hm2的棉地需尋求改種生產出路，山丘區和部分湖坪區水源困難和水利設施不配套的農田，正常年景下也有20萬hm2以上水稻生產面積受旱情威脅，節水抗旱稻以較強的耐旱性、豐產性，對輕簡栽培和機械化生產的適應性，成為棉田改種和水資源不足稻田高效種植的選擇［42］。

3 節水抗旱稻在水稻綠色生產中的作用

3.1 節水抗旱稻可推進高產田節水節肥減排

種植節水抗旱稻的一大特點是田間不需要一直保留淹水層，這一改變一方面直接減少農田灌溉用水，另一方面減少了水稻淹水種植所產生的溫室氣體，同時降低了紋枯病等病害發生的幾率，減少了農藥的施用量，再一方面節水抗旱稻比一般水稻根系更加發達，扎根深，吸水吸肥能力比較強，提高了肥料的利用效率。2016年，常規粳型節水抗旱稻‘滬旱61’在上海金山和奉賢示范面積約13.3 hm2。其中在上海金山廊下鎮進行高產節水節肥示范試驗中，對照‘秀水134’，在少53.0%灌溉用水、少76.0%尿素、少23.3%復合肥條件下，‘滬旱61’增產5.4%，米質達國標2級。同時，‘滬旱61’在旱種旱管栽培模式下能大幅度地減少農業面源污染，其中，總氮和總磷的排放對比分別減少69.0%和36.6%，茚蟲威和烯啶蟲胺排放量對比分別減少88.9%和86.1%，而滅草松、2-甲-4-氯二甲酰胺和阿維菌素三種農藥在旱作模式下幾乎零排放（表1）。

3.2 節水抗旱稻可有效挖掘中低產田產量潛力

節水抗旱稻一方面具有水稻高產、優質的特點，另一方面具有耐高溫干旱的突出特點，在大田生產上體現了一個“穩”字，降低了水稻生產中干旱缺水帶來的減產風險，尤其在灌溉條件不足的中低產田可表現出顯著的產量優勢。例如：由于季節性集中降水或季節性干旱，安徽省阜南縣部門區域旱澇災害頻繁，濛洪洼地區域性欠收或絕收經常發生，易澇易旱是當地農業生產的重要限制因素。2012年，該縣洪河橋鎮試種節水抗旱稻‘旱優73’6.67 hm2，10月13日現場實地收割0.18 hm2，收濕谷1.86 t，按13.5%標準水份折算后實際產量9.29 t/hm2（表2）。

節水抗旱稻種植輕簡，栽培上可采用旱種旱管、旱種水管、水種水管、機械旱條播等多種輕簡化種植模式。在目前農村勞動力缺乏，土地流轉后集約化種植要求有比較輕簡的栽培技術來適應規模發展的需要，節水抗旱稻通過多年的推廣，在直播方面形成比較成熟的配套技術，以‘旱優73’‘滬優2號’［43］為代表的節水抗旱稻品種推廣面積迅速增長。以公頃為單位計算，節水抗旱稻的旱直播和后期旱管，可以節省30—45個人工的投入，另外減少灌溉用水次數，減少了水資源的使用和水運輸的動力投入，人工和資源的投入可以減少3 750—4 500元（人民幣，下同）/hm2。以‘旱優73’為例，其在江淮流域的生育期為125 d，平均產量約為9.00 t/hm2，日產量為72.00 kg/hm2［44］。而近幾年安徽區域推廣面積較大的中稻品種，如‘豐兩優1號’［44］，生育期為135 d，平均產量在9.75 t/hm2左右，日產量也為72.00 kg/hm2，可見兩者的日常量相仿，而生育期短的品種可以減少水費和人工的投入，更加符合“兩型農業”實際需求。

表1 節水抗旱稻‘滬旱61’上海示范Table 1 The demonstration of WDR‘Huhan 61’in Shanghai

表2 節水抗旱稻‘旱優73’示范匯總Table 2 The summary of demonstration by WDR‘Hanyou 73’

3.3 節水抗旱稻可為種植結構調整提供可行的方向

節水抗旱稻的推廣，契合現今綠色農業改革發展方向，輕簡的栽培方式使得原先拋荒的田塊具備開發價值，旱種旱管的種植模式使得因灌溉系統破壞的傳統旱作田塊得到持續利用和改良，農民也可通過規模種植增加收入。

2016 年，在安徽省利辛縣永興鎮原來種植玉米的旱地試種‘旱優73’6.67 hm2，機械旱直播，整個生長期間僅灌水3次，最終實測產量為8.34 t/hm2；同年，在江西省永修縣三角鄉原來的棉花地里，試種24 hm2節水抗旱稻‘旱優73’，8月26日經現場實地收割測產，平均產量達9.54 t/hm2（表2）。節水抗旱稻在玉米地和棉花地等傳統旱作田塊的成功試種，為當地農戶增收提供了一種新的生產種植發展模式，為當今農業種植結構“玉米改稻”“棉改稻”提供了有力支撐，也為種植結構調整提供了一個可行的改革方向。

隨著工業化進程的加快，大量農村勞動力向城市轉移，傳統需要耗費大量人工育秧移栽、搶收搶種的雙季稻種植方式已不再適宜當前水稻生產實際，水稻種植逐步朝著省工省時的輕簡栽培方式發展。目前，在湖北南部、湖南、江西、福建等地“雙季改單季，一季加再生”的水稻種植模式正在成上升趨勢。在湖南省常德市澧縣節水抗旱稻‘滬優2號’做再生稻種植，頭季2016年4月8日播種，8月16日田間現場收割，平均產量9.90 t/hm2；第二季再生稻谷11月2日收割，平均產量達4.99 t/hm2（表2）。此外，第二季再生稻通過米質檢測，多項指標達到國標一級優質米標準。由此表明，節水抗旱稻在再生稻生產模式中也具有廣闊的發展前景。

4 展望

過去幾十年，為滿足快速工業化、城市化發展需要，各產業過度地依賴和消耗水土資源，但也付出了極大的代價，農業資源利用強度過大，耕地、水資源約束日益趨緊。推進我國水稻生產向“兩型農業”轉型已迫在眉睫。節水抗旱稻是我國科學家歷經數十年潛心鉆研出的重大發明，其“少施化肥、少打農藥、節水抗旱、優質高產”的選育和生產理念完全契合當今農作物品種“優、新、綠”的發展模式，同時其“資源節約、環境友好”的綠色生產種植模式也為現今農業種植結構調整提供一條新的思路。

4.1 建立符合節水抗旱稻品種的審定、示范和推廣體系

在我國，水稻新品種必須先通過省級以上審定才能推廣。目前，節水抗旱稻的審定只能參加水稻區域試驗，而現行的水稻品種審定主要以產量作為新品種的評價指標，忽視了抗逆境影響、肥料利用效率、節水抗旱等特殊性狀，導致許多通過申報的新品種高產不優質、高產不高效或高產不抗逆，非常不利于節水抗旱稻品種的選育和推廣工作，限制了節水抗旱稻新品種的可持續發展。基于此，應努力推進多元化品種審定制度。在主要農作物新品種審定制度上，應著力完善品種區域適應性試驗制度，從過去的“嚴格”產量標準逐步轉向綜合控制，建立專門的抗病蟲、抗逆、水分養分高效利用性狀的綜合評價體系。

4.2 建立節水抗旱稻的配套栽培技術體系

節水抗旱稻是個新生事物，在典型推廣區域，應加強推廣和服務力度，應對各種栽培模式建立配套技術體系，利用多媒體信息服務平臺，及時發布天氣、品種和栽培信息，讓農戶真正獲益，才能逐步擴大節水抗旱稻的影響力，樹立良好的品牌形象，增強農戶對節水抗旱稻的信心。

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Research progress and application of water-saving and drought-resistant rice（WDR）on rice green production

GAO Huan1，ZHAO Hong-yang2*，NIE Yuan-yuan3，ZHANG Jian-feng1，ZHOU Pei-wen1，LIJia-jia1，GONG Li-ying1**

（1Shanghai Agrobiological Gene Center，Shanghai201106，China；2Shanghai Tiangu Biotechnology Co，Ltd，Shanghai201203，China；3Jiangxi Provincial Super Rice Research and Development Center，Nanchang 330200，China）

Rice production consumed a large amount of water resources，pesticides and fertilizers，caused serious non-point source agricultural pollution.Based on the recent research process ofWDR and itsmulti-years demonstration data acrossmultiple sites，this study illustrated thatWDR could greatly reduce the consumption of irrigation water，chemical fertilizer and pesticide which caused non-point source pollution in high-yield paddy field.Meanwhile，it could produce high and stable yield in middle-and low-yield field.In recent years，the successful implementations of“rice replace corn”and“rice replace cotton”on WDR cultivation provided a feasible direction for the adjustment of agricultural planting structure.Propelling breeding and development of WDR will be beneficial for food security，ecological security and production safety.The key problems now to be solved for WDR development were corresponding systematic cultivation techniques and normative certification system.

Water-Saving and drought-resistant rice（WDR）；Green production；Food safety；Ecological safety

2017-06-12

上海市農委重點攻關項目（2017-02-08-00-08-F00071）；國家高技術研究發展計劃（863計劃）項目（2014AA10A604，2014AA10A601-2）；上海市科技興農種業發展項目［滬農科種字（2016）第1-6號］

高歡（1987—），男，碩士，主要從事節水抗旱稻研究及推廣。E-mail：gh08＠sagc.org.cn

*并列第一作者：趙洪陽（1987—），男，碩士，主要從事節水抗旱稻推廣。E-mail：tgkjzhy＠126.com

**通信作者，E-mail：gly＠sagc.org.cn

S511

A

1000-3924（2017）06-123-06

張睿）