機收再生稻高產優質栽培技術研究進展

楊德生 黃見良 彭少兵

（作物遺傳改良全國重點實驗室/湖北洪山實驗室/農業農村部長江中游作物生理生態與耕作重點實驗室/華中農業大學植物科學技術學院，武漢 430070；*通信作者：speng@mail.hzau.edu.cn）

再生稻是指在頭季水稻收獲后采取一定的栽培管理措施，使稻樁莖節上存活的休眠芽萌發成蘗，進而抽穗結實再收獲一季水稻的種植模式[1]。這種“一種兩收”模式在節本增效上具有較大優勢，是符合我國水稻生產轉型時期發展需求的重要創新[2]。一方面，種植再生稻能緩解農村勞動力短缺的問題。再生稻周年生產中僅需進行一次整地、育秧和移栽，而能收獲兩季稻谷，大幅降低了單位稻谷產量的勞動力投入和生產成本[3]。另一方面，種植再生稻避免了追求單季超高產所帶來的壓力與風險。在適宜的栽培管理條件下，再生稻頭季和再生季產量能分別達到9~10 t/hm2和5~6 t/hm2，實現了從單季高產到系統高產的轉變[4]。

相比于傳統的一季中稻和雙季稻模式，再生稻生產具有更高的經濟和生態效益[3,5-8]。主要原因在于，再生稻相比于一季中稻具有更高的年產量，而相比于雙季稻盡管產量略有降低，但大幅降低了生產成本和溫室氣體排放（表1）。由于再生季生育期較短，再生稻尤其適合在溫光資源種植一季稻有余而兩季稻不足的地區種植[9]。基于機器學習和地理信息系統（GIS）的研究表明，我國約有560 萬hm2的稻田適合種植再生稻但不適于雙季稻[10]。另外，再生季稻米具有品質優、口感好的特點，其品質甚至優于同時期抽穗的晚季稻米[11]。由于再生季施肥量少且基本不打農藥，再生季稻米符合廣大消費者對食品綠色優質的需求，因而也具有更高的市場價值。總體而言，再生稻具有高產、高效、綠色、優質的特點，有利于緩解糧食安全與環境保護、國家需求與農民生產實際，以及糧食高產與綠色優質之間的矛盾，是水稻可持續生產的重要方式[2,12]。在廣大科技工作者和農技推廣人員的推動下，近年來再生稻在我國南方稻區得到快速發展，全國再生稻種植面積達130 萬hm2左右[13]，為保障國家糧食安全做出了重大貢獻。如果將適宜種植再生稻的地區充分利用，還可增加水稻產量1 690 萬t，約占我國水稻年產量的8%[4]。

表1 不同水稻種植模式下的產量、凈利潤和溫室氣體排放強度（GHGI）比較

1 機收再生稻的發展

我國是利用水稻再生技術最早的國家，至今已有1 700 余年的悠久歷史[14]。但由于受到水稻品種和栽培技術的限制，再生稻通常作為一項補欠增收的措施，一直是小面積種植[15]。20 世紀30—50 年代，四川農業大學楊開渠教授最早對再生稻的生物學特性和栽培技術進行了系統研究，為我國再生稻發展奠定了基礎[16]。之后，我國再生稻種植面積出現了2 次發展高峰。在20世紀70 年代后期，三系雜交水稻的推廣應用促進了再生稻的第一次快速發展[13,17]。1977 年原四川省江津縣（今重慶市江津區）利用雜交稻作再生稻種植，再生季單產達到2.9 t/hm2[9]。隨著汕優63 等頭季產量高、再生力強的雜交稻組合的育成，南方稻區逐漸形成了雜交中稻蓄留再生稻的稻作制度，全國再生稻種植面積和產量均大幅增加[18]。1986 年四川省利用雜交中稻品種蓄留再生稻，當年再生季有收面積達4.6 萬hm2，1989 年增長至45.0 萬hm2，成為全球最大的再生稻種植區[15]。同時期再生稻種植面積較大的省份（自治區）還包括湖北、福建、安徽、廣西和云南[19]。1990 年國家科委把再生稻列為一項糧食增產措施在全國推廣[9]。湖北省屬于歷年來蓄留再生稻面積較大且產量較高的省份，1994 年全省再生稻蓄留面積達7.3 萬hm2，再生季平均產量達3.0 t/hm2[19]。1997 年全國再生稻種植面積達75.0 萬hm2，再生季平均產量為2.0 t/hm2[20]。福建省尤溪縣于1998—2002 年建立再生稻超高產示范片，通過采用選育良種、適時早播、畦式栽培、合理施肥、高留稻樁等栽培技術，頭季和再生季平均產量分別達到10.7 和6.5 t/hm2，年產量高達17.2 t/hm2[21]。然而，在21 世紀初，由于農村勞動力不足、生產成本增加、再生季產量低且不穩定，以及糧食結構性過剩等因素，全國再生稻種植面積急劇下降至33.3 萬hm2以下[13]。采用頭季人工收割的傳統再生稻種植方式不再適用于現代農業生產，發展機收再生稻成為唯一出路。

為解決頭季機收環節造成再生季減產的關鍵技術難題，扭轉再生稻種植面積持續走低的生產困境。自2010 年起，華中農業大學作物生理生態與栽培研究中心（CPPC）研究人員聯合湖北省洪湖市和蘄春縣的農技推廣人員開展了再生稻高產栽培技術研究，研究重點是通過品種選擇和栽培技術優化提高機收再生稻模式下的再生季產量和品質[4]。湖北省于2013 年成立了現代農業產業技術體系水稻“一種兩收”創新團隊，以彭少兵教授為首席科學家，通過多年研究、示范與推廣，集成了“機收再生稻豐產高效栽培技術”，該技術于2017年和2018 年被列為農業農村部主推技術[22]。2013 年湖北省蘄春縣再生稻高產示范片經專家測產驗收，頭季平均產量9.8 t/hm2，頭季機收和人工收割的再生季平均產量分別為5.2 和6.6 t/hm2，周年產量在15.0 t/hm2左右[2]。2013 年至2020 年，湖北省機收再生稻種植面積從2.7 萬hm2增加到21.3 萬hm2[22]。同時，福建農林大學林文雄教授團隊圍繞機收低留樁再生稻開展了長期研究，集成了機插機收再生稻“三保兩促一攻”高產高效栽培技術體系，大面積示范片再生季產量達4.5 t/hm2[1]。該技術使福建省再生稻種植面積從2012 年的0.5 萬hm2增長至當前的3.3 萬hm2[23]，并積極推動了華南地區機收再生稻的發展。目前，四川和湖南地區的再生稻種植面積分別達到38.0 萬和26.7 萬hm2，位居全國前列[24-25]。江西、安徽和重慶等地區的再生稻種植面積在10.0 萬hm2左右[26-28]。近10 年來，機收再生稻使全國再生稻種植面積增長了近3 倍，再生稻迎來了第二次發展高峰。

再生稻的快速發展對于穩定水稻種植面積，保障國家口糧安全具有重要意義。為此，政府相關部門也大力給予政策支持。例如，2016 年原農業部文件《全國種植業結構調整規劃（2016—2020 年）》指出，在長江中下游地區、華南地區和西南地區均可因地制宜發展再生稻[29]；2022 年農業農村部文件《農業農村部關于大力發展再生稻，促進水稻生產能力提升的指導意見》中強調“南方省份要把發展再生稻作為保障國家糧食安全的一項重要任務來抓”[30]；2023 年“中央一號文件”中首次提到“鼓勵有條件的地方發展再生稻”[31]。

2 機收再生稻的產量和品質形成特點

2.1 機收再生稻的產量形成特點

在華中地區，本團隊（CPPC）多年田間試驗結果表明，再生稻頭季與一季中稻產量相當（圖1）。例如，常規秈稻黃華占的再生稻頭季和一季中稻平均產量分別為9.3 和9.0 t/hm2，秈粳雜交稻甬優4949 的再生稻頭季和一季中稻平均產量分別為10.3 和10.5 t/hm2。在頭季人工收割方式下，再生季產量可高達頭季產量的72.0%（表2）。與頭季相比，再生季的單位面積有效穗當前，我國水稻生產中常規履帶式收割機的碾壓率（履帶碾壓面積與收割面積之比）為40%~50%[40]。例如沃德銳龍4LZ-4.0E 聯合收割機的割幅為200 cm，兩條履帶寬度均為45.0 cm，碾壓率為45.0%。在頭季機收過程中，當水稻種植行距為30.0 cm 左右時，如果將履帶碾壓嚴格限制在兩行植株上，可將碾壓率降低至33.3%[41]。由于碾壓區能收獲一定的再生季產量，加上非碾壓區邊行能產生邊際效應，機收碾壓導致的產量損失率一般低于碾壓率。

圖1 華中地區黃華占和甬優4949 作再生稻頭季和一季中稻的產量表現

表2 豐兩優香1 號作再生稻種植時頭季與再生季的產量表現

頭季機收過后，再生季碾壓區與非碾壓區的水稻長勢存在較大差異。碾壓區稻樁由于遭受到收割機履帶的碾壓損壞，再生芽萌發數量減少且再生芽主要生長自基部節間，生育期較非碾壓區延長7~20 d[1]。馬曉春[34]調查發現，機收后再生季碾壓區和非碾壓區的理論產量分別為1.2 和3.5 t/hm2，主要原因在于碾壓區的有效穗數和總穎花數僅為非碾壓區的1/3。肖森[36]試驗表明，機收后再生季碾壓區的有效穗數、總穎花數和生物量均顯著降低，由碾壓區造成的再生季減產效應為7.2%~27.1%。而非碾壓區邊行存在明顯的邊際效應，最高可達到54.2%，由邊際效應帶來的再生季增產效應為6.8%~11.0%。ZHOU 等[39]研究發現，與頭季人工收割方式相比，機收后再生季碾壓區減產66.1%~70.3%，非碾壓區增產2.7%~10.8%，整體上減產17.6%。ZHENG 等[42]進一步研究發現，同一水稻邊行在頭季與再生季的邊際效應分別為98.3%和60.9%，而再生季非數增加了57.9%，但每穗穎花數和葉面積指數僅為頭季的一半。在頭季機收方式下，由于收割機在收獲過程中會碾壓部分稻樁，使碾壓區再生芽發育延遲、生長受阻，最終造成再生季減產，產量損失率（與人工收割相比頭季機收的再生季產量損失率）平均為23.6%（表3）。碾壓區邊行的邊際效應為27.6%。這說明頭季邊行的邊際效應可以延續到再生季，如果在再生季充分利用非碾壓區邊行的邊際效應，可以在較大程度上補償機收碾壓帶來的產量損失，這為預留機收行種植方式（在頭季移栽時預留出收割機走道）的再生季增產提供了理論基礎[43]。

表3 不同頭季收獲方式下的再生季產量表現

2.2 機收再生稻的品質形成特點

本團隊前期調查了湖北省12 個不同地點的機收再生稻頭季和再生季的稻米品質（所有測定均在去除秕粒和雜質后進行），結果表明，頭季相比于再生季具有更低的整精米率（58.2% vs 65.7%）、直鏈淀粉含量（15.1% vs 19.0%）和堿消值（4.35 vs 5.69），但具有更高的堊白粒率（36.6% vs 10.1%）和堊白度（14.2% vs 2.8%）[44]。整體而言，再生季的加工、外觀和蒸煮食味品質均優于頭季。這是由于頭季和再生季的灌漿期分別處在7—8 月和9—10 月，灌漿期適宜的氣候環境決定了再生季更優的稻米品質[45]。DENG 等[46]、KUANG 等[47]和ZHANG 等[48]從淀粉結構和功能特性上比較了頭季和再生季稻米蒸煮食味品質的差異，認為再生季稻米的淀粉大小、結構和熱性能均優于頭季，從而具有更優的糊化特性和口感。莫文偉等[49]比較發現，頭季人工收割方式下再生季的稻米品質優于雙季晚稻，并接近于一季晚稻。然而，在實際生產中，機收再生稻再生季收獲時由于碾壓區成熟度不足，存在較多青癟粒，造成整精米率下降。鄭常[50]研究發現，與頭季人工收割方式相比，頭季機收造成再生季的整精米率降低2.4 個百分點，整精米產量降低11.4%。ZHENG 等[43]通過在頭季設置預留機收行處理，結果發現，該處理下再生季的加工品質與頭季人工收割處理無明顯差異。以上結果說明了碾壓區較差的稻米品質是造成機收再生稻再生季稻米品質降低的根本原因。

3 機收再生稻的增產途徑

3.1 研發專用收割機降低碾壓率

研發再生稻專用收割機是降低機收碾壓率、提高再生季產量最直接的有效途徑。在目前常規水稻收割機的基礎上，通過降低履帶寬度和增大割幅在理論上均可降低碾壓率。同時，專用收割機的設計也需滿足頭季收割時的特殊要求，例如留樁高度不同要求收割機的割臺高度具有可調節性；頭季收獲時莖稈粗壯、含水量大要求收割機具有良好的莖稈切割和脫粒清選能力；為減少秸稈覆蓋稻樁的不利影響要求收割機具有良好的秸稈粉碎能力；在濕軟田塊收獲時要求收割機機動性強等等[51]。華中農業大學工學院從農機農藝結合的角度設計并改良了再生稻專用收割機。張國忠等[51]最初利用插秧機的底盤裝置和窄型水田行走輪設計了一種再生稻割穗機，田間碾壓率低于25.0%，但不具備脫粒清選等功能。盧康等[52]通過增大割幅和減輕機器重量設計了一種雙割臺雙滾筒全履帶式再生稻收割機，割幅達255.0 cm，履帶寬35.0 cm，直行碾壓率為28.0%。為進一步提高田間作業效率，付建偉等[40]設計了一種雙通道喂入式再生稻收割機，割幅為300.0 cm，履帶寬度40.0 cm，直行碾壓率為27.0%。田間測產結果表明，該收割機相比常規收割機使碾壓率降低16.2%，再生季增產23.9%。華南農業大學工程學院針對再生稻專用收割機的特殊要求設計了剛柔耦合桿齒脫粒裝置[53]和三角履帶式收割機底盤[54]，有效降低了頭季收獲過程中的籽粒破碎率和碾壓率。重慶市農業科學院根據西南丘陵山區地形特點設計了一種小型再生稻專用收割機，該收割機作業時不受稻田水分條件制約，碾壓率低于10.0%[55]。

3.2 優化農藝措施提高碾壓區產量

當前盡管有多家單位開展了再生稻專用收割機的研究，但仍處于理論和試驗階段，離商業化應用還有較遠距離。因此，通過優化農藝措施提高碾壓區產量是當前提高再生季產量的主要途徑。

3.2.1 篩選耐碾壓品種

由于缺乏再生稻專用品種，適用于不同生態區的再生稻品種主要從已審定品種中篩選得到，基本要求包括再生能力強、綜合抗性好、生育期適宜、高產、優質等等，這些品種在頭季人工收割方式下能獲得較高的再生季產量[22]。但在品種篩選過程中，由于機收后再生季碾壓區的產量貢獻相對較小，對于碾壓區再生芽的生長發育關注不足。為篩選出耐碾壓能力強的再生稻品種，本團隊近期開展了相關田間試驗。即在頭季機收完成后用收割機將稻樁全部壓倒，隨后觀察到部分品種的稻樁被壓倒后出現回彈，再生芽成活率高，最終獲得了更高的再生季產量[4]。前人研究表明，莖稈性狀如基部伸長節間、形態特征、解剖結構以及化學成分與莖稈強度和彈性特征有關[56]。在后續研究中可進一步探究這些莖稈性狀與耐碾壓能力之間的關系，從而為耐碾壓品種的篩選和培育提供理論基礎。

3.2.2 降低留樁高度

降低留樁高度不僅能減輕收割機對稻樁的碾壓損壞程度，還能縮小碾壓區與非碾壓區再生季生育期的差異，進一步發揮低節位再生芽的大穗優勢，從而達到再生季高產的目的。俞道標等[57]研究表明，低樁（8.0 cm）機收相比于高樁（40.0 cm）人工收割使再生季增產24.0%。由于低留樁主要保留了基部節位，因此選擇低節位芽再生能力強的水稻品種有利于再生季高產。俞道標等[58]認為，促進低節位芽早發多發和提高結實率是低樁機收再生稻再生季高產的關鍵，并建議在頭季機收后早施提苗肥，并于中后期追施穗肥和粒肥。胡香玉等[59]研究結果也表明，低樁（5.0 cm）機收后施用提苗肥和穗肥均能顯著提高再生季產量。廣東省于2017—2022 年連續開展了低樁機收再生稻技術的生產示范，再生季產量達到6.9 t/hm2[60]。然而，再生季生育期隨著留樁高度的降低而延長[33]。因此，低樁機收再生稻適宜在光溫資源充足的華南地區（福建、廣東和廣西等省份）推廣，而對于光溫資源有限的地區，需采用提高留樁高度、種植早熟品種、適時早播等措施以保證再生季安全齊穗。例如，安徽地區采用了短生育期品種機直播低樁（15.0 cm）機收再生稻技術，大面積生產示范區測產結果表明，17A318（生育期為75~95 d）頭季和再生季的平均產量分別達到8.9 和6.1 t/hm2[27]。

3.2.3 優化頭季水分管理

在機收方式下，頭季收獲時的土壤水分狀況顯著影響收割機對稻樁的碾壓損傷程度[61]。當土壤含水量過高時，收割機在頭季收獲過程中容易發生打滑增加碾壓面積，同時會將稻樁碾入泥土，嚴重時碾壓行基本沒有再生季產量；土壤含水量過低則會加重收割機履帶對稻樁的物理損傷程度。因而保證土壤含水量適中，即曬田至收割機行走時履帶不下陷，稻樁被碾壓后會出現回彈，再生芽萌發率高[61]。在再生稻生產中，受降雨因素影響或未及時排水曬田，頭季機收時因土壤含水量過高導致再生季減產的情況更為常見。ZHENG 等[41]利用土壤硬度指標界定頭季輕、重曬田處理，結果發現，重曬田將頭季機收時的表層土壤硬度提高了42.8%~84.7%（5.0 cm 和10.0 cm 土壤深度的土壤硬度值分別達到4.05 和7.07 kg/cm2），進而顯著提高了再生季碾壓區的有效穗數和生物量，最終使再生季增產9.4%。

3.2.4 碾壓區稻樁扶正

在頭季機收過后，將被碾倒的稻樁人工或機械地進行扶正有利于碾壓區再生芽的生長[62]。江西農業大學工學院進行了相關研究，CHEN 等[63]試驗證明，相比于機收后常規管理，人工將碾壓區稻樁扶正顯著提高了再生季的有效穗數和生物量，使再生季平均增產38.0%。該團隊初步設計出一種再生稻機收碾壓稻樁扶正裝置，但還未結合田間試驗進行效果驗證[64]。另外，江蘇大學農業工程學院設計了一種機械收割扶正一體化作業的再生稻碾壓稻樁扶正裝置，同時具備離地高度自動控制系統[65]。田間試驗結果表明，對照處理下碾壓區相比非碾壓區的產量損失率為70.2%，使用該裝置后碾壓區的產量損失率降為38.4%。

3.3 利用邊際效應提高非碾壓區產量

頭季機收后由于碾壓區的存在，非碾壓區邊行因為邊際效應表現出一定的產量優勢[36]。在頭季機收過后，非碾壓區由單行和3 行兩部分組成（圖2）。ZHOU等[39]研究表明，與對照（人工收割后再生季的中間行）相比，非碾壓區單行和3 行中的邊行分別增產22.9%和8.5%，但3 行中的中間行減產10.1%。ZHENG 等[42]研究發現，頭季邊行的邊際效應能延續到再生季，使其發揮更大的邊際優勢。預留機收行的應用則是將再生季邊際效應的增產優勢最大化，即在頭季移栽時預留出收割機走道，充分發揮再生季的邊際效應以補償降低種植密度帶來的產量損失。本團隊前期試驗結果表明，預留機收行種植方式下再生季產量的邊際效應為43.9%~74.0%，相比普通機收方式增產4.6%[43]。

圖2 再生稻頭季機收后的稻樁群體

4 機收再生稻的提質途徑

4.1 篩選耐高溫品種提高頭季稻米品質

頭季由于灌漿期較高的環境溫度，其加工、外觀和蒸煮食味品質均有所下降[44,46,66-67]。主要原因在于，水稻灌漿結實期高溫會加速灌漿速率，造成淀粉顆粒排列不緊密，堊白增加[68]，同時也會導致直鏈淀粉含量下降[69]和蛋白質含量增加[70]。由于全球氣候變化的影響，極端溫度出現頻率的增加會進一步威脅到優質稻米的生產[71]，而通過品種改良培育耐高溫水稻品種可以從根本上解決這個問題。本團隊近期開展了針對性的再生稻優質品種比較試驗，初步篩選了一批頭季稻米品質在高溫條件下表現較好且穩定的再生稻品種[4]。另外，通過調控播期、優化水肥管理也有利于改善頭季稻米品質[22]。

4.2 優化農藝措施提高再生季稻米品質

再生季灌漿期適宜的溫光條件有利于其形成較優的稻米品質[49,72]。但由于頭季機收后再生季碾壓區的再生芽發育緩慢，在收獲時還未完全成熟，導致再生季整體的加工和外觀品質降低。肖森[36]研究結果表明，與頭季人工收割方式相比，機收后再生季非碾壓區稻米的加工和外觀品質無顯著差異，但碾壓區的整精米率降低了5.0 個百分點，堊白粒率增加了3.0 個百分點。鄭常[50]研究發現，在機收方式下，預留機收行種植相比常規種植使再生季整精米率提高2.8 個百分點，整精米產量提高9.2%。這些結果說明改善碾壓區的稻米品質是提高再生季稻米品質的關鍵，通過降低碾壓率和改善碾壓區再生季的生長發育情況有利于提升其稻米品質。因此，在上文中（第3 部分）所提到的相關再生季增產途徑同樣也適用于提高再生季稻米品質。相關研究表明，頭季機收前重曬田相比輕曬田使再生季整精米率提高2.4 個百分點[50]；將碾壓區稻樁扶正相比不扶正顯著提高再生季的整精米產量[73]。

5 總結與展望

再生稻是一種資源高效和環境友好的種植模式，對于提高農民種糧效益、穩定水稻種植面積、推動農業綠色發展具有積極作用，是可持續的水稻生產方式。由于再生季的產量表現建立在頭季管理的基礎之上，再生稻的栽培技術相比于一季中稻和雙季稻更為復雜。近10 年來，科研人員圍繞機收再生稻的品種篩選和栽培技術開展研究，基本解決了頭季機收造成再生季產量低而不穩的卡脖子難題，使機收再生稻模式得到快速發展。本文根據本團隊近年來開展的機收再生稻研究工作，結合其他單位已發表的科研成果，重點介紹了機收再生稻的產量和品質形成特點，并總結了機收再生稻增產提質栽培技術的研究進展。另外，提高機收再生稻的穩產性同樣十分重要，但本文未作相關介紹。例如，頭季病害（稻瘟病和紋枯病）、蟲害（褐飛虱和二化螟）和倒伏的發生均會造成再生季大幅減產。因此，再生稻生產中需重視頭季病蟲害防控工作和優化水肥管理以減少倒伏發生，從而提高再生季的穩產性。目前新選育的水稻品種一般具有更強的抗病、抗蟲和抗倒伏能力，因而也應加強再生稻品種的篩選工作。

為推進再生稻持續發展，充分釋放再生稻的發展潛力，未來在再生稻育種、農技推廣和政策支持上應有所加強。在再生稻育種方面，當前所種植的再生稻品種均來自品種篩選，機收再生稻專用品種的選育工作十分滯后。育種家應把握時代機遇，加強再生稻育種工作，為滿足機收再生稻的生產需求，重點培育頭季耐高溫、再生季耐碾壓的高產優質品種。在農技推廣方面，一是根據當地的資源條件，科學確定再生稻發展優勢區域，整合相應的技術規程；二是加大再生稻宣傳力度，開展技術培訓和生產示范，推動再生稻的進一步推廣；三是創新基于再生稻的輪作制度和綜合種養制度，進一步提高農民的種植效益。在政策支持方面，一是加大機收再生稻技術研發與推廣、再生稻育種和再生稻專用收割機研發的資金支持力度；二是完善對再生季水稻的惠農補貼，提高農民種植再生稻的積極性；三是加強再生稻米的品牌建設，提升其市場占有率和市場價值；四是鼓勵新型經營主體種植再生稻，開展集中育秧、整地、插秧、施肥、打藥和收獲等專業化服務，帶動周邊農戶發展再生稻。如果這些措施能穩步推進，我國機收再生稻的面積有望再增加2 倍。