中國再生稻種植的影響因素及可持續性研究進展*

宋開付，張廣斌，徐 華 ，馬 靜?

（1. 土壤與農業可持續發展國家重點實驗室（中國科學院南京土壤研究所），南京 210008；2. 中國科學院大學，北京 100049）

再生稻是在單季稻的基礎上發展起來的，利用頭季稻收割后稻樁上存活的休眠芽，在適宜的水、溫度、光照和養分等條件下重新發苗，萌發再生蘗，進而抽穗成熟，再收一季[1]。再生稻作為晚秋作物，具有生育期短、日產量高、米質優、省種、省工、節水、調節勞力、生產成本低和經濟效益高等優點，對于我國南方種植一季稻熱量有余而種植雙季稻熱量又不足的稻麥兩熟區，或雙季稻區僅種一季中稻的稻田，是提高復種指數、增加單位面積稻谷產量和經濟收入的主要措施之一[1]。發展再生稻對適應農業結構調整、增加糧食產量、提高農民收入和保障我國糧食安全具有重要意義。

1 中國再生稻的發展趨勢

我國最早有關再生稻的記載可以追溯到1 700多年前西晉·郭義恭著《廣志》一書：“南方有蓋下白稻，正月種，五月收，獲訖，其莖根復生，九月熟。”此后，史書對再生稻的記載一直未間斷，東晉·張湛《養生要集》、北宋·樂史《太平寰宇記》、明·徐光啟《農政全書》均有對再生稻的相關記載。這表明在古代農民已經開始利用再生稻，且對其種植收割方式、生長規律等方面有了粗淺的認識，當時農民稱之為“秧孫谷”或“抱孫谷”。到了宋代，再生稻在長江流域的江蘇、浙江、安徽、江西、四川等地均有所種植，明清時期再生稻的種植面積繼續擴大，發展到了云貴高原[2]。早在20世紀30年代，楊開渠就開始了再生稻的研究，是中國乃至世界上最早對再生稻進行全面和深入研究的科學家，他利用高桿秈稻品種水白條和小南粘為材料，研究了休眠芽的生長與幼穗分化進程、頭季稻播種量、每穴栽插苗數、成熟期、留樁高度等方面及其與再生稻產量和再生稻品種間重要性狀的相關性等，為我國近代再生稻的研究奠定了基礎[1，3]。

歷史上我國南方的再生稻受水稻品種和栽培技術的限制，多以小面積種植、零星分布為主，主要作為頭季稻欠收的補救措施，未能形成再生稻集中產區和穩定的稻田耕作制度，生產發展緩慢。1980年以后，雜交水稻的培育成功與利用，特別是以汕優63和汕優2號等穗數型為代表的一批具有強再生力品種的育成，促進了再生稻的進步與發展，川東南地區再生稻面積達3.3×105hm2，超過了美國墨西哥灣沿岸1.1×105hm2再生稻區，成為當時世界上面積最大的再生稻集中產區[4]。在國家的鼓勵與支持下，1990—1993年，我國再生稻累計收獲面積達到2.0×106hm2，兩季總產達3.2×106t[4]。21世紀以來，我國南方單季稻作區適宜種植再生稻的面積約為3.3×106hm2，主要分布于四川、重慶和福建等地[5]。其中，四川省再生稻種植面積最大，約為2.5×105hm2，兩季總產量約為10.5 t·hm-2（頭季8.4 t·hm-2、再生季2.1 t·hm-2）；重慶每年再生稻收獲面積7.0×104hm2，再生季產量略低于四川；福建省的再生稻面積不算大（約為4.6×104hm2），但是產量水平居全國最高，兩季總產可高達17.3 t·hm-2（頭季9.8 t·hm-2、再生季7.5 t·hm-2）[5-6]。近幾年，湖北、湖南、江西、廣西、云南等地的部分地區也相繼恢復和發展了再生稻，湖北省再生稻發展迅猛，推廣種植面積約為4.7×104hm2，機收頭季和人工收割再生季的平均產量分別達5.2和6.6 t·hm-2[7-8]。

2 再生稻種植的關鍵因子

2.1 生育期積溫與光熱條件

熱量是決定再生稻能否種植的主要氣候因素。據方文等[9]研究，從頭季稻播種到再生稻齊穗的積溫需達到4 015～4 270℃。李實賁等[10]研究表明：在海拔350 m以下，9月上旬均溫大于等于25℃、中旬大于等于22℃、下旬大于等于21℃才能保證再生稻安全生長。不同地區和不同的水稻品種對光熱條件的要求各異，適宜再生稻種植的氣候區劃也不同（表1）。以四川省為例，研究發現，海拔高度與頭季稻收割后30 d積溫呈顯著負相關；當海拔高度在230～350 m且頭季稻收割后30 d積溫在740～780℃之間時，再生稻單產最高[9]。影響再生稻生長發育的最重要指標是≥10℃年積溫[11]，從表1中可以看出，云南省適宜種植再生稻區域的≥10℃年積溫最高，最高積溫為6 500℃，江西省早熟再生稻區域≥10℃年積溫較低。

再生稻齊穗、揚花和結實對氣溫變化十分敏感，開花期的日均溫僅有在22℃以上才能順利完成受精過程，保證再生稻高產穩產[10]。巴西陸稻再生稻安全齊穗期的日均溫要求大于等于20℃，溫度大于等于10℃初日到大于等于20℃終日之間持續的天數和大于10℃的活動積溫是衡量當地能否種植巴西陸稻的重要熱量指標之一[12]。

影響再生稻生長發育和產量形成的主要生態因素為：日均溫、日照時間、降水量、生長期積溫和海拔高度等。熊洪和方文[19]研究表明：再生稻產量與日均溫、日照時數、日射呈顯著相關，通過通徑分析得出它們對再生稻產量的直接效應由大到小依次為日均溫、日照時數、日降水量和日射量，間接效應由大到小依次為日射量、日照時數、日降水量和日均溫；水稻抽穗灌漿期日均溫高、日射強、日照時間長，促進干物質積累、提高結實率；日降水量與產量呈微弱負相關（r=-0.247），而降水日數與產量呈顯著負相關（r=-0.823），降水量大小代表降水日數的多少，降水日數較多，則光照減少、溫度降低、光合作用減弱，進而影響再生稻產量。

再生稻千粒重受溫光條件的影響。水稻產量三分之二來源于抽穗開花后的光合產物，而光合產物量取決于水稻后期綠葉面積與氣象條件。方文等[20]分析再生稻抽穗揚花期到成熟期溫光條件與千粒重的關系得出，日照時數和日均溫與千粒重的相關系數分別為r=0.826和r=0.894，呈顯著正相關。再生稻千粒重僅為頭季稻的85%～90%，這與其齊穗期的綠葉面積為頭季稻的50%～60%、灌漿期氣溫下降快、雨水多和日照少關系密切[20]。將再生稻抽穗灌漿期安排在日照時間長、降水量少和氣溫較高的天氣條件下，有利于提高光合作用、促進干物質積累、增加千粒重，從而提高再生稻產量。

2.2 再生能力強的品種選育

選育出優良的再生稻品種是再生稻培植的基礎。不同水稻品種再生力差異很大，生產上應選用豐產性好、再生力強、抗逆性強、生育期適宜、抗病蟲害能力較強的再生稻品種。早在20世紀70年代就有科研工作者對再生稻品種進行鑒定選育，發現在近千個再生稻品種中，矮桿品種的10%具有中等再生力，1%左右具有較強的再生力[21]。胡慧英和趙式英[22]對400多個品種進行研究，結果表明：再生稻株高、穗長、每穗實粒數、千粒重分別與頭季稻株高、穗長、每穗實粒數、千粒重顯著相關，水稻的莖稈粗細及莖壁厚度與再生力無關。徐富賢和熊洪[23-24]研究了品種間著粒數和粒葉比與再生力的關系，結果表明：二者均與再生力呈顯著負相關，原因在于粒葉比與單位穎花綠葉面積呈負相關，即粒葉比小，單位穎花綠葉面積占有量大，使頭季稻收割時母莖鞘中積累更多的干物質，為再生芽的生長創造了有利的條件。將頭季稻品種間著粒數作為評價再生力的重要指標，可操作性強。

據報道[1，25]，再生稻的產量在1.5～8.4 t·hm-2之間。Turner和Jund[26]研究指出，再生稻產量與頭季稻收割后莖、葉中的總非結構性碳水化合物呈正相關。當前我國水稻生產的新形勢下，除了需選育出頭季再生力強、產量高的水稻品種，抗逆、抗病和優質特性也成為育種專家不斷追求的目標。再生稻頭季移栽后的返青期易受到坐蔸低溫的影響，7月下旬抽穗揚花期常遭遇高溫熱害，影響千粒重和結實率，再生季的齊穗期（9月中下旬）較遲，寒露風也會影響空殼率，從而影響再生季水稻產量。稻瘟病、紋枯病和稻飛虱等水稻易發病蟲害問題尚未解決。

再生稻再生季的米質好于頭季稻[27-29]。鄭蘋立等[27]及杜登科和劉會桃[28]研究表明：再生稻再生季精米率、直鏈淀粉含量和堊白度等指標優于頭季稻。調整育種思路，以優質稻谷國家三級標準為準則，通過加強品種再生力的基因測定和標記，對分子育種和再生力的遺傳規律進行深入研究，加快再生稻育種進程，在提高產量的同時，篩選出再生力強、特定生育期的耐熱性和耐寒性強、抗病蟲害、米質優的再生稻品種，更加有利于促進再生稻的進一步發展。

3 再生稻高產栽培技術

3.1 種好頭季稻

種好頭季稻是再生稻獲得高產的前提。適時早播、早栽頭季稻不但可以延長頭季稻和再生稻的營養生長期，積累更多的干物質，進而大幅提高再生稻產量，還能使再生稻抽穗灌漿期免受低溫冷害的影響[30-32]。頭季稻最佳栽插密度應保持在每公頃21.84萬～26.76萬穴[33]。根據品種生育特性和當地所處的氣候條件，協調N、P、K比例，合理施肥，原則上重施底肥，早施蘗肥，巧施穗肥，底肥約占總肥料用量的60%～70%；中期適度烤田，控制無效分蘗，改善光照條件和群體結構，后期濕潤灌溉，增強根系活力。整個生育期均要注意病蟲害的防治，特別注重防治紋枯病、稻瘟病和稻飛虱等[34]。

頭季稻收割的早遲不僅與頭季稻產量高低直接相關，還影響再生稻的發苗率及能否安全抽穗開花[35]。有關頭季稻收割期的研究較多 ，但結果不一。白宗緒[36]認為九成黃熟時收割最佳。黃世聰等[37]主張全田成熟度達九成至九五成黃熟收割較為合適。苗昌澤[38]認為過早收割，頭季稻因籽粒成熟不足影響高產，過遲收割影響再生稻安全齊穗，以九五成黃熟為標準。呂澤林等[33]、羅文質[39]及熊洪等[40]提出頭季稻十成黃收割，再生稻發苗數和有效穗多，兩季總產量高。蔣彭炎[41]認為收割時的成熟度越高，莖鞘中積累的碳水化合物含量越多，再生力越強。熊洪等[42]研究表明：休眠芽開始破鞘現青時收割頭季稻是最適宜收割期，較之以籽粒成熟度確定頭季稻收割期更為方便和準確，還可以緩解高溫伏旱對再生稻發苗的影響，以實現多穗高產。作者認為在田間觀測到再生芽伸出葉鞘時為頭季稻的最佳收割期，利用再生芽長度與再生芽破鞘的數量關系可知此時再生芽已達6～9 cm[43]，絕大部分可發苗成穗。

3.2 適高留樁

頭季稻留樁高度是關系再生稻能否培植成功的一項關鍵措施，也是影響再生稻高產的重要因素。不同的雜交組合水稻品種、生態或海拔地區、頭季稻高低及節位離地面的高度決定了頭季稻的留樁高度[44]。在一定范圍內適當高留樁，可縮短再生稻生育期，增加再生苗和有效穗，提高再生稻產量[45-50]。也有研究表明，低留樁處理更有利于再生稻的高產，這是因為隨著留樁高度的降低，再生稻比葉重和粒葉比提高，進而增加產量[51-53]。張桂蓮和屠乃美[54]提出，現使用的再生稻品種多屬于上位芽再生型，總體表現趨勢是再生稻產量隨留樁高度的增加而提高。生產上，一般早、中熟品種留樁高度不低于20 cm，中、遲中熟品種應不低于30 cm。

多數研究認為，留樁高度對再生稻生育期有顯著的影響。隨著留樁高度的降低，再生稻生育期逐漸延長[55-57]。與留樁30 cm相比，留樁15 cm再生稻生育期延長4～6 d；留樁10 cm較40 cm處理再生稻生育期延長8～14 d[58]。如果后期積溫不夠，低留樁再生稻的安全齊穗可能會受影響，因此，不建議在生產實踐中采取低留樁[59]。再生稻休眠芽發生率受留樁高度的影響。研究[48]發現，在一定范圍內，隨著留樁高度的增加，留茬節位的增多，低節位休眠芽發生率逐漸減小，高節位休眠芽發生率逐漸增多，品種間趨勢一致，可能原因是莖稈上部休眠芽對下部休眠芽的營養抑制作用。綜上，在適當的范圍內增加留樁高度有利于縮短再生稻的生育期，增加再生稻產量，具有更普適性的意義。

3.3 土壤養分管理

化學肥料的施用是耕作土壤養分的重要來源，也是再生稻高產的關鍵措施。人們通常通過提高施肥量的方法來加強土壤養分管理。與磷、鉀肥相比，施用氮肥對促進再生稻高產的效果更加顯著，因此，對再生稻促芽肥和發苗肥的施用時間和施用量的研究較多（表2）。

表2 再生稻促芽肥和發苗肥的施用時間、施用量及再生季產量Table 2 Timing and rate of application of sprouting and seedling promoting fertilizer for ratoon rice and yield of the ratoon rice season

續表

促芽肥施用的目的是促進再生稻休眠芽的萌發。呂澤林等[33]認為，頭季稻齊穗后5～10 d施用促芽肥再生季產量最高，較孫曉輝等[60]研究的施用時間提前12～17 d。凌啟鴻和蘇祖芳[61]指出頭季收割前7 d施用促芽肥再生季產量較高。頭季稻齊穗后10～15 d是促芽肥的最佳施用期[33-34，62，64，66]，水稻品種和地區氣候因子的差異是造成促芽肥施用時間不同的主要原因。熊洪等[1]認為要獲得再生稻的高產，每公頃應施尿素300 kg。促芽肥的施用量與頭季稻著粒數有關，頭季稻著粒數高（大于160粒）的大穗型品種要增加促芽肥施用量并提前施用，一般用量為每公頃施用尿素150 kg[62]。利用頭季稻齊 穗 期 劍 葉SPAD（Soil and Plant Analyzer Development，土壤作物分析儀器開發，表示葉綠素含量）值預測再生稻促芽肥的需求量也是一種重要的確定施氮量的方法[68]。

發苗肥施用的目的是改善再生稻株碳氮代謝，提高結實率和穗實粒數[69]。大多數研究[63-67]認為發苗肥的施用時間應在頭季稻收割后3 d內，一般施用量為150 kg·hm-2尿素，可獲得再生季高產（表2）。徐思忠[70]研究指出，在再生季施氮總量（150 kg·hm-2，以N計）不變的前提下，促芽肥與發苗肥的比例為5︰5時，氮素吸收利用率和產量最高。根據各地土壤肥力狀況及生態氣候條件制定出適宜的促芽肥和發苗肥施用時期及施用量方案有助于進一步提高再生稻產量。

然而，在大量施氮促進再生稻高產的同時卻忽略了磷鉀肥的施用，導致土壤養分失調，土壤磷鉀含量相對短缺，氮含量相對盈余[71]。應平衡施用氮磷鉀肥提高再生稻產量和加強土壤養分管理。

3.4 科學用水

科學的水分管理對再生稻的再生芽萌發和幼穗分化具有重要意義。頭季稻收割前結合促芽肥的施用灌一次水，自然落干后保持田間濕潤狀態至頭季收割[25]。在頭季稻收割后及時進行淺水灌溉，有助于促進再生芽的萌發和再生苗的生長，齊穗后濕潤灌溉至再生稻成熟[37，49]。

4 問題及展望

隨著人口數量的日益增長，對糧食的需求也將不斷增加。再生稻作為一種提高糧食產量和增加農民收入的重要耕作方式，在政府的鼓勵和支持下，必將具有廣闊的發展前景。農業農村部出臺的《全國種植業調整規劃（2016—2020年）》中提出，應在我國西南地區發展再生稻，長江中下游地區、華南地區因地制宜發展再生稻。可是，再生稻種植的大面積推廣也將引發一系列土壤、環境等科學問題。比如，為保證再生季有足夠的水熱資源以獲得較高產量，頭季插秧時間通常較單季中稻提前約兩個月，且再生季氮肥施用量與頭季或麥季的相當[72]。這意味著，蓄留再生稻將使得：（1）整個稻季延長，水稻品種也可能異于常規，勢必影響溫室氣體排放；（2）部分稻田冬季無法種植小麥或油菜，但可以播種綠肥或休閑，讓土地有足夠的休耕時間，從而可能改善土壤結構、提高土壤肥力；（3）大量氮肥集中在生育期較短的再生季施用，可能引起氮素流失、造成水體污染。此外，再生季生育期相對較短且根系老化，植株吸收、富集重金屬離子的效率較頭季很可能明顯減弱，這或許將大大降低稻米受污染的風險；再生季水稻灌漿期間晝夜溫差大且基本不施農藥，其稻米品質很可能與頭季稻的不同。因此，深入研究再生稻種植的經濟和環境效益對響應農業結構調整、確保國家糧食安全以及農業可持續發展具有重大戰略意義。針對上述科學問題，未來的重點研究方向主要有：

4.1 農田耕作制度與再生稻發展產業化

我國農田的耕作制度在逐漸發生改變。由于農民工資上漲，農業生產成本（種子、化肥、農藥）增長過快，水稻種植效益有限，農村青壯年勞動力大量外出務工，導致部分雙季稻地區改為種植再生稻；稻麥輪作地區受降水和氣候等條件的限制，小麥產量難以達到較高水平，有可能改為種植再生稻。這些改變引起的經濟效益也需要進行重新評估，進而科學地引導農業生產方式的變革。稻農種植再生稻獲得較高的經濟效益也會對鄉村振興戰略的實施和農業農村現代化的推進起到積極的促進作用。

保證再生稻持續、穩定、健康的發展需要各方共同的努力。政府層面上[73]，首先要重視再生稻產業的發展，明確再生稻產業是糧食持續穩定增長、國家糧食安全、農民持續增收的重要保障，是國家利益與農民利益的有機結合；其次，在政策上給予一定的扶持，目前針對水稻的各類補貼中，再生稻僅能獲得頭季的惠農補貼，再生季不享有補貼。企業層面上，加大宣傳力度，再生稻米質優、口感好、綠色、健康的特性讓廣大消費者所熟知并認可；樹立品牌意識，加強品牌建設；建立健全再生稻質量認證體系。科研機構層面，農業科研院所及高校加強合作，協同開展再生稻研究工作，盡快形成再生稻高產及普適性品種的遺傳理論和方法體系。合作社層面，提高種植全程機械化、再生稻產業化程度，加強農技人才隊伍培訓，建設科技服務網絡，探索出一條適宜再生稻產業健康穩定發展的先進科學的道路。

4.2 再生稻養分管理與頭季稻收割

氮肥對于提高作物產量起到關鍵作用。有關再生稻的氮肥運籌機理方面的研究相對缺乏，亟需更加深入的研究來指導促芽肥和發苗肥的施用技術，提高再生稻氮肥吸收利用率，在現有產量的基礎上進一步提高再生稻產量。與單季稻相比，再生稻施用促芽肥和發苗肥增加了施肥用工，使種植再生稻的成本增加，這必然要求減少施肥次數。根據再生稻對氮肥的需求特性，一次性精準施用緩控釋肥為減少勞動成本提供了可能。

由于傳統的再生稻頭季需人工收割，隨著勞動力老齡化和勞動成本增加，人工收割頭季再生稻的模式不為農民所接受。常規機械收割頭季稻碾壓嚴重、難以形成良好的再生模式。再生稻機械化程度低已成為再生稻進一步推廣種植的薄弱環節，限制了再生稻面積的進一步擴大。機械收割再生稻是今后發展再生稻的必然趨勢。研制出割幅寬且履帶窄，對頭季稻樁碾壓少并可大規模推廣應用的收割機是目前亟需解決的重大課題。

4.3 再生稻米質與土壤健康狀況

隨著人民生活水平的不斷提高，稻米品質的優劣也越來越受到重視，它直接影響到人體健康。然而對再生稻頭季與再生季稻米加工品質、外觀品質、營養品質和蒸煮品質的影響因素及其機理研究不足。稻米中重金屬含量同樣影響稻米品質的好壞，前人對單季稻和雙季稻稻米中重金屬含量已有大量研究[74-75]，再生稻稻米中重金屬含量方面的研究鮮有報道。因此，有必要對再生稻稻米品質進行深入研究。

良好的土壤條件是作物健康生長的基礎，再生稻種植過程中的土壤環境問題也是限制再生稻谷品質與產量的重要因素，主要包括再生季土壤免耕導致的土壤板結、容重增加，長期淹水稻田還原性物質的累積和單一的種植制度使土壤生物多樣性降低，抗逆性、緩沖性減弱和重金屬污染問題[71]。重點從秸稈還田、種植綠肥、施用有機肥和加深耕作層等方面來改善土壤團粒結構，增加土壤孔隙度，提高土壤肥力，增加生物多樣性，并開展水稻種植區重金屬污染土壤調查、防治和修復。

4.4 再生稻田的氣體排放與水體質量

CH4和N2O是引起全球氣候變暖的兩種重要溫室氣體，稻田土壤是大氣CH4和N2O的重要排放源，種植制度的改變勢必會引起溫室氣體排放量的變化。目前，有關單季稻和雙季稻的溫室氣體排放規律研究已有大量文獻報道[76-78]，而關于再生稻CH4和N2O排放通量觀測還嚴重缺乏，僅有零星報道[79-81]。再生稻的生育期、肥料施用量及施用時間等均不同于傳統的單季稻和雙季稻[64，82]，其CH4和N2O排放規律也隨之發生改變。開展再生稻田土壤溫室氣體排放研究可為準確評估我國稻田生態系統溫室氣體排放量提供參考數據。

農田氮磷流失導致的水體富營養化現象備受關注。我國水稻生產中氮、磷肥施用量高、利用率低，防控稻田氮磷流失對于治理農業面源污染至關重要。以往僅關注單雙季稻田的氨揮發、氮磷徑流、滲漏損失[83-86]，而再生稻田的氮磷流失主要途徑及流失量尚不清楚。研究再生稻田肥料施用對稻田水體環境質量的影響可為指導合理施肥、提高肥料利用率、加強氮磷損失防控、防治面源污染提供數據支撐和科學依據。