中國水稻栽培技術發展與展望

朱德峰 張玉屏 陳惠哲 王亞梁

（中國水稻研究所，杭州310006）

水稻是我國主要的糧食作物，稻米是我國的主要口糧，全國有60%以上的人口以稻米為主食。我國水稻在糧食生產中具有重要地位，是水稻、玉米和小麥三大主要糧食作物中單產最高的作物，統計數據表明，水稻平均單產較玉米和小麥分別高16%和32%。新中國成立后特別是改革開放以來，我國水稻生產取得巨大成就。水稻生產發展主要依靠科技創新、政策支持及生產條件改善。回顧水稻生產發展過程和總產單產的提高，栽培技術創新及應用發揮了重要作用。社會經濟發展、農業結構調整、經營方式轉變及農村勞動力向其他產業轉移等新情況，以及水稻品種的更替對水稻栽培技術都提出了新需求，栽培技術需不斷創新，形成不同種植區域、多個生產環節的單向突破性及集成的栽培技術，以產生更顯著的增產增效效果[1-2]。當前水稻生產遇到全球氣候變化、社會經濟發展等新環境，受到水資源短缺、土壤地力下降、自然災害頻發、生產規模小且分散等要素的制約[3-5]，面臨水稻品種更替加快、生產規模、經營方式和種植制度變化、糧食安全要求提高產量、消費者要求提高品質的新情況[6-7]，以及高產、優質、高效、綠色[8]和數字化、智能化生產技術新要求[9-10]。總結和分析我國水稻栽培技術的發展特點，展望水稻栽培技術的發展方向，可為創建現代水稻生產栽培技術和模式提供參考。

1 水稻生產發展

20 世紀30 年代至40 年代，我國水稻生產主要集中在南方地區，北方地區種植面積小；種植的水稻品種大多為地方品種，產量低；耕作方法落后，稻田灌排設施不完善；采用水育秧，爛種爛秧嚴重；水稻種植采用每叢多本稀植。這一時期已開始重視水稻品種改良工作，但是有關水稻耕作與栽培技術的研究較少，栽培技術落后，水稻單產水平低。

新中國成立后的70 多年來，我國水稻生產取得巨大成就。水稻面積從1949 年2 470 萬hm2擴大到2020年的3 008 萬hm2，提高21.8%，年均增長0.28%。水稻單產從 1949 年 1.89 t/hm2提高到 2020 年的 7.04 t/hm2，提高2.72 倍，年均增長1.99%。水稻總產從1949年 0.49 億 t 增加到 2019 年的 2.12 億 t，提高 3.33 倍，年均增長2.29%。按國內生產的稻谷計算，我國人均稻谷占有量從1949 年的90 kg/人增加到2019 年151.3 kg/人，提高 68.1%。

回顧我國70 余年來水稻生產發展及栽培技術創新發展歷程，可將之分為四個階段（表1）。

表1 中國不同時期水稻總產增減量及其來源

1.1 1949—1961 年為水稻生產波動階段

期間水稻面積、單產和總產緩慢增長，且上下波動較大，水稻總產年均增長1.3%（年均增長41.66 萬t），年度平均變幅為1.46%。在水稻總產增長中，面積增長貢獻22.3%，單產提高貢獻77.7%。生產用水稻品種主要為地方品種和部分改良常規品種，株高較高、經濟系數較低[11]。水稻育秧方式以露地育秧、水育秧為主，多采用長秧齡大苗移栽[12-13]。

1.2 1962—1997 年為水稻生產快速發展階段

期間水稻面積、單產和總產快速增長，水稻總產年均增長3.5%（年均增長408.59 萬t），年度平均變幅為0.83%。在水稻總產增長中，面積增長貢獻14.6%，單產提高貢獻84.4%。水稻品種演替經歷了高稈品種改矮稈常規稻、雜交稻選育成功并大面積應用、超級稻品種起步等幾個階段[14]。品種更新換代加快為產量提高奠定了基礎。同時，隨著社會經濟發展，20 世紀80 年代初農村勞動力開始向其他領域和產業轉移，加快了水稻生產和種植方式轉型，栽培技術創新加快，研發了適應社會經濟發展及品種更替需求的多種栽培技術。在20 世紀60 年代至70 年代，水稻育秧技術發生重大改變，半旱育秧、塑料保溫育秧等技術得到應用[15-16]。塑料保溫育秧等育秧技術及矮稈早熟品種的育成推進了雙季稻面積發展和水稻單產提高。1975 年，我國南方雙季稻面積達到2 547.2 萬hm2，占水稻推廣面積的75.2%。在20 世紀80 年代至90 年代，水稻矮稈品種及雜交稻大面積推廣，栽培技術創新及應用加快，各地創建多種與種植方式、品種類型相適應的栽培技術，拋秧技術逐步發展，水稻“稀-少-平”、葉齡模式等群體調控理論和方法建立[17-18]，稀播育秧、多效唑控高促壯育秧、旱育秧、兩段育秧、大棚育秧等育秧技術得到應用[19-20]，測土配方施肥、平衡施肥、促控施肥等施肥技術快速發展[21-22]，淺濕灌溉、排水控苗、好氣灌溉等節水灌溉方法得到推廣[23-25]。

1.3 1998—2003 年為水稻生產調整下降階段

期間水稻面積、單產和總產下降幅度較大，水稻總產年均下降3.6%（年均下降668.02 萬t），年度平均變幅為1.36%。在水稻總產下降中，面積下降貢獻81.2%，單產下降貢獻18.8%，水稻總產下降主要由面積下降引起。這一時期，雜交稻、矮稈改良品種、超級稻品種大面積應用，栽培技術隨水稻品種更替及生產方式改變不斷完善，機插秧技術逐步發展[26]。

1.4 2004—2020 年為水稻生產恢復提高階段

期間水稻面積、單產和總產恢復增長，水稻總產年均增長1.7%（年均增長288.00 萬t），年度平均變幅為0.36%。水稻總產增長中，面積增長貢獻45.7%，單產提高貢獻54.3%。水稻產業得到政策、科技及裝備等支持。雜交稻、改良矮稈常規稻及超級稻品種大面積推廣。水稻機插秧、水稻疊盤出苗育秧大面積推廣、水稻機械精量直播技術、雜交稻低播量育秧機插技術、水稻精確定量栽培技術開始應用[27-31]。水稻高低溫災害預警與防控、水稻營養無損診斷及定量施肥、病蟲草害信息化監測等智能化數字化技術逐步形成[32-35]。

從20 世紀50 年代到21 世紀10 年代水稻種植面積受到政策和生產效益等因素影響，水稻單產主要受到技術和政策等因素影響，而水稻總產因面積和單產變化而波動。從圖1 可見，20 世紀50 年代到70 年代，水稻單產和總產年均增長率較高，且較穩定，單產和總產年均增長率分別在3.0%和4.0%左右；20 世紀70 年代以來，單產和總產年均增長率呈逐年下降趨勢，到20 世紀10 年代分別為0.70%和0.73%，年均分別下降約0.06 和0.09 百分點。

圖1 中國不同年代水稻單產和總產年均增長率

2 單季稻發展及其栽培技術

20 世紀50 年代單季稻品種以高稈水稻品種為主，產量較低；50 年代末以來，矮稈品種被選育和應用，水稻產量水平逐步提高；70 年代末雜交稻選育成功，80 年代南方稻區雜交稻種植面積逐步擴大，目前雜交稻面積穩定在水稻種植面積的50%左右，雜交稻的推廣改變了傳統的水稻種植和栽培技術模式。近年來，秈粳雜交稻的選育成功進一步提高了水稻產量水平，相應栽培技術發生改變。2000 年以來水稻機插、直播等輕簡栽培技術面積擴大。然而，直播稻存在除草困難、出苗不穩定、抗倒伏能力弱、稻米品質受影響等問題[36]。目前部分省份80%以上水稻面積由種植大戶、糧食生產專業公司經營，水稻規模化生產、機械化作業和社會化服務逐步形成。

單季稻栽培技術發展經歷了有時代特色的技術創新。種植密度從20 世紀50 年代高稈品種相對稀植，到60 年代至70 年代的密植（矮稈品種得到應用），又隨著雜交稻及大穗型品種的應用而逐步降低栽插密度。陳永康等[37]提出“三黃三黑”的肥水管理方法調控水稻群體，提高水稻產量。水稻群體肥水調控的主要目標是為了獲得更高的有效穗數。隨著化肥工業發展，化肥在水稻生產中大量應用，用化學肥料調控群體成為可能。同時，也開始利用灌溉與排水調節水稻群體。

20 世紀70 年代末以來，雜交稻逐步推廣應用，矮稈品種的密植、多本種植、重施基蘗肥的栽培方法已不適用于穗型較大的雜交稻品種。雜交稻要求稀播少本種植，發揮分蘗和大穗優勢[38]，種植密度從矮稈品種的約 3 萬叢/667 m2降至 2 萬叢/667 m2，單叢種植苗數由矮稈常規品種的每叢4~5 苗降為每叢1~2 苗。根據雜交稻及較大穗型矮稈常規稻的生長特性，創新了以“稀-少-平”等為代表的單季稻栽培模式[17]。施肥方式從重施基蘗肥到按照生長時期平衡施肥促進水稻生長轉變。單季稻栽培技術的增產途徑從增加有效穗數到提高每穗粒數轉變。水稻產量水平的提高對群體優化的要求也相應提高，水稻群體調控方法逐步完善。凌啟鴻等[18]提出，按照水稻葉齡生長及器官同伸關系，調控水稻生長的葉齡模式栽培。隨后以葉齡模式為核心，提出水稻精確定量栽培技術。水分管理方面，在“干濕交替”灌溉基礎上，提出“好氣灌溉”技術。隨著超級稻品種、秈粳雜交稻品種種植面積的擴大，“氮肥后移促進大穗形成”的施肥方法逐步形成[39-40]。特別是秈粳雜交稻，其每穗粒數比秈型雜交稻增加了15%~20%，灌漿期比秈型雜交稻長15~25 d，導致花后需肥量大，氮肥更需后移。“精確定量栽培”[31]、“三定栽培”[41]等量化栽培技術得到應用。

2000 年后，水稻機插秧及其相應的栽培技術得到發展。水稻機插的關鍵是育秧，為解決水稻機插育秧的問題，研發形成了水稻疊盤出苗育秧模式，并形成“1+N”的機插育秧模式，在主要稻區逐步推廣。針對日本引進的水稻毯苗機插存在返青慢等問題，2006 年我國創新了水稻缽毯苗機插技術，并于2010 年開始在黑龍江等地大面積推廣應用。近年，針對雜交稻機插存在播種量大、秧苗質量差等問題，創新了雜交稻精準播種機插新技術[30]。

我國北方水稻基本為單季稻，品種以常規粳稻為主。20 世紀80 年代前，北方稻區水稻面積不大，裝備落后、技術滯后，冷害嚴重、產量低且不穩定，總產量較低；80 年代以后，品種改良進展加快，高產優質抗病品種逐步應用，早期旱育秧、稀植栽培技術得到應用[42-43]；90 年代以來，大棚育秧機插大面積應用[44]；2010 年后，水稻缽毯苗機插技術、機插側深施肥、葉齡模式標準化栽培管理技術大面積應用。品種引進與改良、大棚育秧及機插、耕作、收獲等裝備改進，葉齡模式等標準化栽培管理技術創新和應用，以及氣候變暖等因素大幅度提升了東北水稻生產技術水平和生產量[45]。

圖2 為不同年代南方單季稻（秈稻）產量及穗粒結構的變化。從圖2 可以看出，單季稻產量在提高，而單位面積有效穗數隨著產量的提升呈現下降趨勢，每穗粒數呈現上升趨勢。

圖2 不同年代南方單季稻（秈稻）產量及穗粒結構的變化

3 雙季稻發展及其栽培技術

20 世紀50 年代初，南方稻區在研究單季稻及雙季稻間作后，提出“單季改雙季”及“間作改連作”的雙季稻栽培技術及發展思路，水稻產量大幅提高。20 世紀60 年代以來雙季早稻廣陸矮4 號等小穗型矮稈品種大面積應用，這些品種每穗粒數60~80 粒，株高75~85 cm，只能采用密植，通過增加有效穗數實現高產。矮稈品種配套密植技術，高產田塊單產可達400 kg/667 m2。針對珍珠矮等矮稈大穗型品種（每穗粒數110~120粒），則應適當降低種植密度，有效穗數可從小穗型品種的 28~33 萬/667 m2降至 19~24 萬/667 m2，高產田塊單產可實現450~500 kg/667 m2目標。近年來，中嘉早17、中早39 等一批早稻品種在南方雙季稻區大面積推廣，進一步實現了雙季早稻產量的突破。雙季早稻產量的保障經歷了依靠有效穗數到現在有效穗數和穗數并重的改變（圖3）。2000 年以后天優華占、甬優1538 等一批連作晚稻高產品種得到應用。

圖3 不同年代雙季早稻產量及穗粒結構的變化

雙季稻栽培技術隨水稻品種改良及生產需求不斷進步。20 世紀60 年代至70 年代，矮稈抗倒水稻品種選育及應用、尼龍保溫等育秧技術改進、化肥應用等促進了雙季稻面積的發展，70 年代中期雙季稻面積達到高峰。矮稈品種多采用密植及每叢多本種植，栽插密度高達3 萬叢/667 m2，需提高基肥和分蘗肥比例，當時也有采用“一炮轟”的施肥方法。70 年代后期，雜交稻開始生產應用，特別是連作雜交稻晚稻的應用，使栽培技術與矮稈常規稻相比發生重大變化：稀播育壯秧、兩段育秧、利用生長調節劑多效唑控高促蘗等育秧技術提高秧苗質量；降低種植密度、氮肥適當后移、干濕灌溉、好氣灌溉等技術應用控制高分蘗數。20 世紀90 年代以來，針對性提出了“旺壯高”[46]、“早蘗壯稈強源”[47]、“三控栽培”等[48]雙季稻栽培技術，雙季稻群體優化，產量提高。由于雙季早稻以常規稻為主，高有效穗數的實現以保證足夠的基本苗數為主，而雙季雜交稻種植要促早發、促進分蘗發生。

2000 年后雙季稻機械育插秧技術得以發展。水稻機插疊盤出苗育秧模式大幅改善成秧率及秧苗質量，機插效果改善。雙季稻全程機械化發展程度逐步提高，核心技術在于如何延長雙季晚稻的機插秧齡，創新了多效唑等化學調控方式，取得較好效果。隨著機插面積的擴大，延長機插秧齡成為雙季晚稻種植的技術瓶頸[49]。經過多年的研究，創新了定向定位的精準播種技術[50]，并配套定向定位機插，實現了稀播壯秧下的農機農藝融合機插。近年來隨著緩釋肥的應用，出現“雙季稻一次施肥”的技術模式。

4 水稻栽培技術展望

4.1 數字化與智能化

我國水稻種植區域跨度大，種植制度多樣，品種類型多種，種植方式各異，水稻生長時期和生產方式多種多樣。長期以來，各地采用人工方法觀察采集苗情監測、莖蘗動態、葉齡進程等生長和生產信息。社會發展及生產方式的轉變，傳統水稻生產及生長信息采集方法已很難實施，水稻生長和生產信息缺乏將影響決策效果。農業大數據的逐步建立及信息技術的發展為數字化與智能化稻作技術奠定基礎。需要創新和發展水稻生長和生產數字化監測方法，建立水稻生長與生產信息采集與分析、氣象災害預警方法及平臺，建立水稻生長和生產系統服務水稻生長預警和產量評估。完善和利用稻田土壤地力信息，建立水稻群體營養狀況監測系統，為水稻變量施肥、高產施肥及優質施肥提供基礎。創建耕作、種植、收獲、肥水及病蟲草管理及加工、倉儲等環節智能裝備，提高作業效率和效果。建立農機服務、社會化服務信息體系，推進水稻生產社會化服務。

4.2 精準種植及機械化

社會經濟發展、農村勞動力轉移和成本提高及水稻生產規模化的新情況下，迫切需要水稻生產機械化。雖然水稻機械化發展很快，水稻生產耕作和收獲基本實現機械化，但是，水稻種植機械化水平和程度還較低，特別是雜交稻及雙季稻機插秧水平低。還存在機械化種植與耕作和收獲的機械化不配套等問題。雙季稻季節緊，連作晚稻要求長秧齡機插種植，現有高播種量育秧無法實現長秧齡大苗機插。雜交稻要求稀播少本種植，傳統的機械化種植技術很難實現，需要進一步創新精準播種和機插技術，為優質高產高效群體調控提供基礎。創新耕作、收獲與種植機械化種植配套的方法，精準無人機施肥、播種、生長監測作業技術和裝備。發展無人駕駛的耕作、種植、收獲及其他作業。研發智能裝備，創建智能化育秧工廠，實現耕、種、收及施肥、灌溉、加工等裝備的智能化，提高產業鏈的自動化、智能化水平。加快推進水稻規模化生產、機械化作業和社會化服務。

4.3 高效肥水管理

我國水稻生產氮肥施用量較高，與發達國家相比高30%~50%。我國淡水資源存在區域不平衡，降雨量區域間、季節間變異大。水稻是用水量大的作物，北方地區水稻面積的擴張也造成部分地區水資源緊張。需要培育和篩選氮敏感和高效品種，建立高產稻田結構和地力培育方法，研發新型肥料和施肥方法，創新通氣耕作、機插側深施肥、變量施肥、肥水一體化等肥水高效栽培技術。我國水稻的水分管理研究已經取得很好進展，需要創新適應水稻種植方式、品種特性、作業方式的發展和演變，提出鹽堿地、重金屬超標地區的水稻水分排灌方法，制定定量化、指標化的水分管理模式。

4.4 災害預警與防控

全球氣候變化、水稻生產方式轉變及水稻品種更新快，水稻生產的氣象災害風險提高。水稻生產頻發、重發的氣象災害主要為高低溫、干旱和洪澇災害等。氣象災害防控的關鍵是預警及預防，然而，我國缺乏實用、高效的水稻氣象災害預警方法及預防措施。需要創新基于信息技術及水稻生產和生長的氣象災害預警、災損評估及災害防控方法和技術，提高災害防控能力。

4.5 栽培技術融合與集成

我國水稻生產從高稈品種到矮稈品種，從矮稈品種到雜交稻及近年的超級稻品種應用及產量提高均證明，良種良法配套是水稻增產增效的關鍵及法寶。水稻生產發展歷程中，栽培技術針對社會經濟發展、水稻生產模式改變、水稻種植制度轉變和生產方式轉型的要求，形成不同類型的生產技術。水稻良種良法配套已從傳統的先有品種后配套栽培技術的方式，轉變為育種與栽培研究同步進行。栽培技術創新與品種類型、生產模式、種植制度、種植方式融合發展。栽培技術研究以理論為基礎，面向產業需要、應用需求，將栽培技術與產品、裝備結合，與水稻產業鏈的主要環節結合。