水稻去“水”與“藍色革命”

 Rice farming with no standing water and “Blue Revolution”

作者：徐云碧

      本期導讀

      水稻的起源與遺傳改良在中國

      水稻生產瓶頸和水稻去“水”成“稻”

      稻作的藍色革命之路

      水稻去"水"：理論研究、生產實踐與減排

      未來稻作育種與生產

      水稻去"水"和"藍色革命"相關研究的啟示

      我們在【育種MBA】0004 “稻農一席談：作物生產的規模化和機械化與育種”（//mp.weixin.qq.com/s/j3PnJu8nEltD0nh15eapcA）一文中，討論了改革開放前近乎原始的稻作生產和我本人的稻農經歷，同時提到了我所經歷的美國水稻生產和雜交水稻育種。重點提到了傳統的育秧插秧和淹水栽培兩個重要環節對水稻生產產生的諸多限制。

      歷史上的稻作生產主要是種植在淹水條件下，一般要通過育苗和移栽兩個關鍵步驟。長期以來，兩大問題一直制約著水稻的高效生產。一是長期淹水種植和大量用水導致水稻很難在缺水或干旱的地方進行栽培，限制了水稻的種植區域。二是育苗和移栽兩項栽培技術涉及復雜的農事操作，很難實現高效機械化，導致傳統的水稻生產嚴重依賴繁重的手工勞動。因此，水稻成為最難以實現大規模全程機械化的作物。這里所說的機械化不是指那種在日本和中國臺灣利用小型機械替代部分人工進行的育秧、插秧或直播。

      以全程機械化為主導的高效稻作生產涉及三個方面，反映了美國雜交水稻公司（RiceTec, Inc.）花費二十多年將中國的雜交水稻本地化所經歷的路程。一是全程機械化的水稻生產(從飛機撒播或大型機械直播到干燥加工后裝袋銷售，收獲的稻谷不著地，不經過人手：要求品種能在淹水條件下發芽扎根、抗倒伏、自身調節能力強)。二是全程機械化種子生產(除滿足上述條件外，還要培育適合機械化制種的父母本，包括適合直播、基本不需要調控父母本花期、能夠同時播種的父母本)。三是簡化高效生產技術 (耐除草劑、抗倒伏、養分高效等，以簡化栽培，并降低勞作強度和生產成本)。

      如果水稻的全生育期需水量與小麥一樣，最理想的稻作生產方式就是直播加旱種，像種小麥一樣種稻。這一方面是因為一部分地區水資源的嚴重缺乏已成為這個最耗水農作物的最大制約因素，另一方面是因為淹水灌溉條件下的育苗移栽，是高效機械化生產的大敵。兒時每年一個多月在泥水里彎腰曲背手工插秧的經歷一直讓我懷揣著像小麥一樣種稻的夢想。這個兒時的夢想隨著優質高產節水抗旱稻的育成和推廣已經和正在變成現實。旱種與機械、無人機或飛機直播、撒播相結合，能夠像種小麥一樣種稻是真正意義上的水稻的第二次革命，實現從“水稻”向“稻”的轉變（圖1）。這是最有希望擴大水稻種植面積，簡化栽培技術，實現規模化生產并大幅度提高生產效率的途徑。培育能夠像種小麥一樣種植的節水抗旱稻，是稻作生產全程機械化的需要，是高效規模化稻作生產的需要，也是減少碳排放的需要。能夠節水和減少碳排放的節水抗旱稻也被稱作為稻作生產的“藍色革命”。本期MBA系列文章將介紹上海市農業科學院農業生物基因中心歷經近三十年研發育成的節水抗旱稻及其所引領的稻作“藍色革命”。

圖1 水稻生產從手工或機器插秧向機器和無人機直播到大規模飛機直播的發展（圖片來自網絡）

      1. 稻的起源與遺傳改良在中國

      中文辭海是這樣解釋“稻“的（《辭海》第七版）：稻，植物名。亦稱“禾”“谷”，古稱“稌”“秜”等。世界主要糧食作物之一。禾本科。草本。野生稻多為多年生，栽培稻一年生。一般指栽培稻。按土壤水分的適應性，分水稻、深水稻、陸稻；按米粒內淀粉的性質，分黏稻與糯稻。米粒主要作糧食外，可釀酒、制淀粉。稈和米糠可作飼料和工業原料。

      作為世界上重要的糧食作物，水稻養活了一半以上的世界人口，中國有60%以上的人口以大米為主食。稻屬植物包含兩個極為重要的栽培物種，即亞洲栽培稻和非洲栽培稻，分別獨立起源于亞洲和非洲。目前，亞洲栽培稻已在全球范圍內廣泛種植。中國是亞洲栽培稻的起源地之一。農業考古界在淮河下游江蘇高郵龍虬莊遺址出土了距今5000-7000年以前的5000多粒碳化稻；在淮河上游河南舞陽賈湖遺址發現了數以千計的7000-8000年以前的碳化稻米；在長江中游湖南澧縣八十垱遺址發掘出上萬粒7000-8000前的碳化古稻。考古和考古植物學的發現似乎都表明，水稻種植始于我國長江中游地區，而后傳向世界各地。

      研究顯示，栽培稻是由普通野生稻進化而來。野生稻則起源于干濕交替的沼澤地帶，屬于中生植物，對水生和旱生環境具有雙重適應性。在野生稻通往栽培稻的長久演化過程中，首先進化成旱稻，可以在干旱條件下完成其生長發育過程，然后，隨著水利條件的不斷改善，演化成適應于水生環境的水稻 (Molecular Plant 15 (2022) 1401-1404)。水稻和旱稻兩者在植物學和生物學上沒有顯著區別，但旱稻具有極強的抗旱性。

      近代以來，中國水稻育種技術不斷突破，畝產由不足100公斤提升至800公斤，單產、總產均居世界第一。其中，矮化育種的實現使中國水稻單產提高20%左右，三系雜交水稻的配套使雜交水稻單產比常規稻進一步提升20%左右。近代中國水稻育種大致經歷了六個時期（胡培松 圣忠華 2021 水稻種業的昨天、今天和明天）。（1）水稻第一次“綠色革命”（早于國外綠色革命10余年，黃耀祥先生以 “矮仔占”為材料，選育出“矮仔占 4 號”，培育出 “廣場矮）；（2）核質互作雄性不育系的培育和水稻三系雜種優勢利用（袁隆平先生及其助手李必湖等人發現花粉敗育野生稻并實現三系配套；謝華安育成抗病、高產、廣適雜交水稻）；（3）光溫敏雄性核不育系的培育和水稻兩系雜種優勢利用（以石明松先生發現光敏核不育為契機）；（4）理想株型育種（楊守仁先生等提出高產水稻指標和袁隆平先生提出超高產雜交水稻）；（5）秈粳亞種間雜種優勢的利用（依據日本學者池橋宏提出的廣親和基因的概念）；（6）第二次綠色革命理念及綠色超級稻品種選育（以張啟發先生為首的一批科學家提出第二次綠色革命的 10 字口號，“少投入，多產出，保護環境”）。而正在經歷的一個新的歷史時期，就是可以像小麥一樣種植的節水抗旱稻（圖2）。新的技術革命都是在過去的基礎上添磚加瓦，節水抗旱稻（現代和未來版）也將從歷次育種技術革命中獲取動力和營養。

圖2 近代中國水稻育種成就及其對節水抗旱稻（現代和未來版）的貢獻

      2. 水稻生產瓶頸和水稻去“水”成“稻”

      中國地大物博，自然條件復雜多樣。一方面南方熱帶和多雨地區經常出現洪澇災害，具有充足的水分供水稻生長。另一方面，整體上中國是貧水大國，是世界上13個嚴重缺水的國家之一。而且，水資源時空分布極不均衡，北方一些稻區地下水超采較為嚴重，已難以維系同樣的稻作生產方式；南方稻區局部性、季節性旱災頻發。而水稻生產是用水大戶，消耗了大量的淡水資源。據估計，我國每年農業用水量占總用水量的70.4%，其中水稻生產用水量又占農業用水量的70% (Zhang Q. Strategies for developing green super rice. Proc Natl Acad Sci USA, 2007, 104: 16404-16407)。因此，水稻種植用水量占全國用水總量的50％左右。因為水資源匱乏，中國百分之七十以上的水稻種植地區都是望天落雨的缺水型中低產田，“水”成了一道“緊箍咒”，讓稻作改良舉步維艱。因此，農業水資源緊缺，特別是部分地區水稻生產用水不足已成為繼耕地之后，長期制約中國農業發展的重要因素。另一方面，長期以來的淹水栽培習慣使水稻種植對水分過度依賴，形成了在其生產過程中田間長期保持水層的種植方式，導致大量的甲烷排放。同時，化肥和農藥的施用量不斷增加，利用效率不斷降低，增加了生產成本，造成了嚴重的農業面源污染。可見，提高水稻的水分利用效率，增強水稻品種的抗旱性，發展節水栽培技術，是在很多稻區實現稻作可持續發展的必然需求。

      根據“中華人民共和國氣候變化第二次兩年更新報告”（2018年12月），中國農業溫室氣體排放量占總排放量的8.3%，因此農業減排是農業可持續發展亟待解決的問題。水稻種植離不開水，然而為了淹水種稻而保持的水層在滋養水稻的同時，也把土壤和氧氣隔離開來，被水層覆蓋的土壤中會滋生大量厭氧菌，由此產生甲烷等溫室氣體。水稻單位面積內排放的溫室氣體是小麥、玉米等旱作糧食作物的4倍以上。中國的水稻生產已形成“高產-大水大肥-高碳排放”的惡性循環。稻田排放的主要溫室氣體甲烷，貢獻了大約全球10-12%的甲烷排放量，提供了2.4%的“全球變暖效應”。2022年6月30日，農業農村部與國家發展改革委員會發布了《農業農村減排固碳實施方案》，明確提出實施稻田甲烷減排行動。稻田甲烷主要由甲烷菌在淹水厭氧環境下分解有機質產生。要減少稻田“排氣”，就要減少土壤淹水的時間。因此，減少稻田碳排放最有效的方式，就是改變水稻淹水種植的模式，根據水分供應情況，采用靈活適宜的播種方式，在不必要嚴格平整土地、不必要保留田間水層的情況下，或水直播，或旱直播；或淹水栽培，或靠天雨育。

      上海市農業科學院農業生物基因中心羅利軍團隊經過近30年的研發和完善，將旱稻的“耐渴”基因引入水稻，育成節水抗旱稻。它既非水稻也非旱稻，卻可像水稻一樣在水田栽培，也可像小麥一樣在旱地種植。2016年，“節水抗旱稻” (Water-saving and drought-resistance rice，WDR) 這一術語通過行業認定并對外頒布，從此節水抗旱稻成為一種新的栽培稻類型。節水抗旱稻具有以下三個特性：節水：節水是在整個生育期間，節約灌溉用水的能力，包括兩個方面：一是水分利用效率 (Water use efficiency, WUE)，二是有效利用降水。抗旱：抗旱是指在干旱條件下的生存與生產能力的總和，即在一定的水分脅迫下，節水抗旱稻可維持植株較高的水勢以保持正常的生理代謝活動。抗旱性包括避旱性、耐旱性和復原抗旱性這三個方面，在干旱的早期，避旱性起主要作用，耐旱性被認為是抗旱性的第二道防線。易種：易種是相對于水稻而言，指節水抗旱稻易于種植的特性，主要表現在耐直播、耐不良土壤（如鹽堿)、化肥利用效率高、適應于機械化種植等。其中，適合直播是最重要的特性。早期的傳統旱稻種植方式是刀耕火種，因此品種適合直播，表現為萌發能力強、耐深埋、扎根快。但是，在旱稻向水稻的演變過程中，由于采用育秧移栽，這些性能基本傷失。中胚軸延長反映了品種的耐深埋能力，節水抗旱稻品種 “旱優73”，在深埋8 cm的情況下，依靠中胚軸伸長，依然能夠保證正常出苗。

      鑒于節水抗旱稻在很大程度上不同于水稻的生理特性和栽培方式，以此為主的生產方式可以定義為“稻作生產”，從而取代傳統意義上的“水稻生產”， 淹水和田間持水成為洪澇和低洼條件下的一種特殊的非必需狀態。這也是本文在大多數情形下將“水”字去除，使用“稻”或“稻作”的原因。

      3. 稻作的藍色革命之路

      我國旱稻栽培歷史悠久。在廣西、云南等山區，目前尚有在山坡上種植旱稻的習慣。當地山民一般在3月下旬上山，放火燒山之后，將干種子直接撒播（或點播）于燒過的山坡地，清明雨水一澆便發芽生長。此后不澆水、不施肥、不打農藥，直到11月再上山收割 (圖3)。這一種雨養或望天收的栽培模式，稻谷產量較低，畝產只有100多公斤，但適合直播，具有很強的節水抗旱性，其需水量僅為水稻的1/3—1∕4。據此，早年在中國水稻研究所工作的羅利軍和團隊決定，把旱稻的抗旱和水稻的高產有機結合，培育出既生態又高產的旱稻新品種。

圖3 山坡上的傳統旱稻（云南景洪, 2018 年；羅利軍提供)

      為了篩選節水抗旱的稻種資源，羅利軍團隊開始大規模抗旱資源評價。于1998年底，從1萬個育種資源里篩選出一個可以用于培育雜交稻的旱稻保持系，1999年篩選出129份旱稻核心資源。

      2001年，上海市農業科學院從中國水稻研究所引進羅利軍及其團隊，組建上海市農業生物基因中心。同年，羅利軍有關水稻抗旱性的研究（Towards better understanding and further improvement of drought tolerance in rice) 獲得洛克菲勒基金會水稻生物技術項目的資助。為了水稻抗旱性研究的國際合作，洛克菲勒項目技術官員、著名農藝與生理學家Abraham Blum 博士多次來到中國，幫助建立抗旱評價設施和研究平臺。羅利軍團隊將研究方向聚焦于水稻的節水抗旱研究，在海南利用山坡荒地建立了露天抗旱篩選圃，可在旱季進行大規模抗旱性評價；在上海建立溫室條件下可進行水分有效控制的田間抗旱性鑒定設施。基于科學的抗旱性評價體系，開始進行大規模稻種資源抗旱性鑒定評價，構建了抗旱核心種質資源，并對綜合抗旱性好的資源進行避旱性、耐旱性、水分利用效率的深入研究（圖4）。隨后，相關研究陸續獲得國家 “863” 計劃、國家自然科學基金重點項目、上海市科學技術委員會和農業農村委員會重大重點項目的支持。

圖4 抗旱性表型鑒定 (Molecular Plant 15 (2022) 1401-1404)

      2003年，羅利軍團隊培育出全球第一個優質旱稻不育系“滬旱1A”和首例“雜交節水抗旱稻”，兩個新組合“旱優2號”和“旱優3號”在節水50%的情況下，產量潛力與大面積推廣的雜交水稻持平，分別通過國家與省級審定。2005年正式培育集水稻高產優質、旱稻節水節肥等優點于一身的新型品種類型。2008 年，團隊育成粳型節水抗旱稻不育系“滬旱 2A”。短短幾年間，包括秈型、粳型、雜交和常規四個系列的節水抗旱稻相繼問世。

      2008年，比爾蓋茨先生親自到羅利軍團隊的試驗田考察。隨后，比爾及梅琳達·蓋茨基金會立項，對抗旱育種項目進行了長達10年的支持，為后期的節水抗旱稻品種在亞非多國示范推廣奠定了的基礎。

      2009年，羅利軍團隊在上海召開的第三屆世界干旱大會 (InterDrought III) 上提出了并正式命名了節水抗旱稻。隨后，在世界著名學術期刊Journal of Experimental Botany上發表“Breeding for water-saving and drought-resistance rice (WDR) in China”論文，系統闡述了節水抗旱稻的背景、目標、培育策略與發展前景。節水抗旱稻在灌溉條件下，其產量、米質與水稻基本持平，但可節水50%以上；在沒有灌溉條件的中低產田種植，具有較好的抵抗干旱的能力，可實現旱播旱管，增產穩產。

      2016年，中華人民共和國農業部正式頒布實施《節水抗旱稻術語》和《節水抗旱稻抗旱性鑒定技術規范》兩項行業標準；2018年，啟動國家節水抗旱稻區域試驗，極大推動了節水抗旱稻的研究與發展。目前，已培育出秈型、粳型、雜交和常規4大系列節水抗旱稻品種30余個，其中代表品種“旱優73”根系發達，水肥利用率高，可在海拔1300米以下的地方廣泛種植。

      2022年7月，羅利軍團隊總結了20多年來在節水抗旱稻理論與應用研究中的發現，在植物學國際權威期刊Molecular Plant上發表了觀點文章“Blue revolution for food security under carbon neutrality: A case from the Water-saving and Drought-resistance Rice”，提出水稻“藍色”革命觀點，即通過創新培育節水抗旱稻，實現旱種旱管、不需淹水栽培的稻作生產模式，使水稻生產擺脫對水的過度依賴，大幅減少稻田溫室氣體排放，促進水稻生產向“資源節約、環境友好”的綠色可持續生產方式轉型。

      4.水稻去“水”：理論研究、生產實踐與減排

      在節水抗旱稻基礎研究方面，羅利軍團隊采用大量干旱條件和正常條件對比試驗尋找調控抗旱性的基因，通過精細定位在第四染色體上發現了一個能讓水稻更抗旱的基因OsRINGzf1，研究成果2022年發表于植物學國際知名期刊 Plant Biotechnology Journal。超表達該基因增強了水稻對干旱脅迫及鹽脅迫的抗性。相反，敲除該基因使水稻對干旱更為敏感。該基因通過減少細胞上的水分通道來減少細胞失水，提高植株在干旱條件下的保水能力。在干旱條件下，超表達該基因導致產量比對照組高10%以上，從而減少干旱帶來的產量損失。該基因可以與OsPIP2;1等6個水通道蛋白結合，在OsPIP2;1的降解過程中發揮重要作用。水通道蛋白就是細胞膜上的“水孔”，為水分跨細胞運輸提供通道。水分通過水通道蛋白進入到細胞間隙，再從間隙來到葉表皮下的氣孔處，進而通過蒸騰作用蒸發到空氣中。因此，超表達OsRINGzf1基因， “水孔”減少，水分流失就減少。

      在部分地區，中國的水養不起中國稻，必須解決“稻-水”矛盾。圍繞這一科學問題，羅利軍團隊聚焦陸稻節水抗旱特性，結合水稻優質高產特性，通過雜交育種創新培育節水抗旱稻，解決了產量、品質與抗旱性難以兼具的難題。節水抗旱稻在高產灌溉田，如水稻一般水種旱管，可節水50％、節肥30％以上，畝產750公斤；在中低產田，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600公斤；即便是“望天田”，畝產也能達到400公斤。實現了“資源節約、環境友好、農田增值、農民增收”的綠色農業生產目標。中國現有2億-3億畝沙丘、鹽堿地及南方山區的旱地，如能開發一部分用于種植節水抗旱稻，可年增產稻谷250億公斤以上；在10-15億畝的旱地內，特別是低洼易澇旱地，如能間種或套種一部分節水抗旱稻，可年增產稻谷上百億公斤。

      節水抗旱稻能夠采用水種旱管、旱種旱管，不需要在稻田建立和保持水層，可直接從源頭上解決問題，使甲烷排放量大幅度下降。2019年，上海市農業科學院氣候變化與綠色生產研究室將此品種作為全球農業減排方案，申請獲批歐盟“地平線2020”節能減排科研計劃。2019-2020年，經上海市農業科學院生態所低碳團隊在安徽7個縣進行了稻田溫室氣體排放監測，節水抗旱稻旱種旱管的碳排放相較水田減少90%以上，與玉米等旱作作物持平（圖5）。

圖5 節水抗旱稻實現資源節約與減污降碳（//res.cenews.com.cn/h5/news.html?id=995490 中國環境APP）

      目前，節水抗旱稻年種植面積已超過300萬畝，其中“旱優73”（>200萬畝）已經成為長三角種植面積最大的雜交稻品種。節水抗旱稻已經在中國超過2/3的省市及20多個“一帶一路”國家開展了商業推廣或示范種植（圖6）。目前，在長江中下游及淮河流域，“旱優73”、“滬優2號”、“滬旱1516”等品種的年推廣面積超250萬畝，預計2025年年推廣面積將超1200萬畝；“滬旱106”、“滬旱6220”在東北、新疆及黃淮海地區試種示范成功，2030年預計新增種植面積將超1000萬畝；適合在華南及云貴川地區種植的“旱優73”、“旱優113”、“旱優78”等相繼通過審定，2030年預計種植面積將超1000萬畝。據推算，該目標的實現意味著每年減少稻田甲烷排放15.6萬噸，折合二氧化碳當量約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，可使農民額外增收4400萬美元。

      圖6  節水抗旱稻示范與推廣。左：節水抗旱稻新品種2023年在北方（通遼）示范種植。右：在坡地上完全靠自然降雨生長的節水抗旱稻（浙江建德 2020）。 (羅利軍提供)

      在節水抗旱稻培育和種植過程中，羅利軍帶領團隊推動節水抗旱稻走向“一帶一路”國家，成為講好中國故事、傳播好中國聲音的農業典型案例，為全球農業綠色可持續發展貢獻了中國智慧和力量。節水抗旱稻的科學成就隨之走向世界，在烏干達、肯尼亞、尼日利亞等非洲國家以及印度、印度尼西亞、緬甸、巴基斯坦等亞洲國家生根發芽（圖7）。節水抗旱稻“旱優73”具有很好的廣適性，在東南亞及非洲國家，如越南，巴基斯坦，孟加拉，尼泊爾，贊比亞和烏干達等國都有不俗的表現。該品種在非洲表現十分突出，特別是在抗水稻黃斑病毒方面表現優異，增產效果明顯，大面積種植可達700kg/畝，高出本地常規稻400kg/畝。

      圖7 節水抗旱稻在國外。左：2022年6月27日博茨瓦納代總統措霍瓦內（前中）在哈博羅內收割中國“節水抗旱稻”；新華社發，策基索特巴洛攝。右：在越南，節水抗旱稻長勢良好。

      2022年5月，為推進水稻“藍色革命”，羅利軍提出節水抗旱稻“1522”新發展目標，“5”是在上述拓展的1億畝中，每畝產量達500公斤、總產量達500億公斤，也就是“兩增”。此外還包括“兩減”，即在現有的近1億畝易受干旱影響的水稻田中推廣5000萬畝，可減少200億噸水稻生產用水，減少200億公斤碳排放。

      上大學前我的種稻經歷告訴我，故鄉的稻田在灌漿成熟前大多是一直淹在水里的，每個村都有田間管理員巡視在地頭，隨時加固每塊田的排水口，調整稻田的水位，管理稻田的淹水狀況。灌漿完成后，為了排干田里的積水，還有把稻子移開形成一道一道的排水溝。這是除插秧外另外一種非常辛苦的活兒。在生產實踐上，將節水抗旱稻與直播結合起來，可省去費工費時的育秧和移栽環節。針對不同稻作區域，已開發出水直播旱管、旱直播旱管、覆膜旱直播旱管、 “免耕旱直播＋微噴灌”等新型栽培技術，使長期以來育秧插秧、稻田淹灌的水稻生產方式得到大大簡化。迄今，節水抗旱稻的價值也一再被挖掘，目前已集齊了節水、抗旱、節肥、輕簡、高產、質優、環保這“七顆龍珠”。

      60年前的“綠色革命”致力于提高作物產量，解決了糧食安全問題；近20年來，逐步興起的“藍色”革命則致力與解決農業生產與環境，特別是部分地區農業生產與水資源間的矛盾。節水抗旱稻推動了中國乃至全球水稻生產的“藍色”革命，從種質創新的角度，培育出“資源節約、環境友好”的栽培稻新類型，使水稻生產擺脫了對水的過度依賴，實現旱作生產，大幅減少了稻田溫室氣體排放，有利于促進農業減排和水稻生產綠色轉型。隨著節水抗旱稻國際策源中心的建設和全國節水抗旱稻全產業鏈創新聯盟的發展，節水抗旱稻在適宜地區的推廣正在推動全球水稻“藍色紀元”的來臨，全球水稻種植也將進入高產優質、綠色可持續的新時代。

      節水抗旱稻的理論和實踐逐步獲得了科學界的認可并被給予眾多的榮譽。2010年，羅利軍主持完成的 “節水抗旱稻不育系、雜交組合選育和抗旱基因發掘”獲上海市技術發明一等獎，三年后，“水稻抗旱基因資源和節水抗旱稻的發現與創制”獲國家技術發明二等獎。2021年，“水稻遺傳資源的創制保護和研究利用”獲得國家科學技術進步一等獎。2023年，羅利軍研究員榮獲2022年度何梁何利基金科學與技術進步獎。

      5. 未來稻作育種與生產

      節水抗旱稻及其類似品種將給稻作生產帶來四項革命性變化。(1) 水種改旱種或采用彈性種植方式：改全生育期淹水種植為因地制宜旱種。在洪澇和淹水地區采用淹水種植，在雨水充足地區完全靠雨育，在雨水不足地區靠間歇性灌溉、噴灌或滴灌。(2) 移栽改直播：省去育秧和插秧環節，簡化栽培模式，或旱直播或水直播，便于自動化和機械化操作。(3) 平地改坡地：將水稻種植地從地面平整的平原、碎片式的地塊和梯田轉移到可以連片種植、不需精確平整的平原、丘陵和坡地。一方面可以增加稻作種植面積，另一方面可以實現機械和無人機、飛機等的規模化操作。(4）手工改機械：在適宜的地區，讓依賴手工和繁雜機械作業的稻作生產徹底告別育秧和插秧等傳統生產方式，通過大型機械、無人機和飛機實現全程大規模機械化高效生產，極大地提高勞動生產率和稻作生產效率。

      為此，進一步改良和提高節水抗旱稻需要在理論上搞清楚為什么節水抗旱稻能節水抗旱，涉及到哪些基因、哪些機制？理論上越清晰，才越有利于進一步尋求改良所需的種質資源。要在更大范圍，包括 “一帶一路”國家，去推廣應用節水抗旱稻，就需要培育適應不同生態環境的多樣性、高產、多抗品種。同時，還需要建立與不同地區生產種植條件相適應的栽培技術體系。此外，要圍繞種子、化肥、農業機械、雜草控制、病蟲害防治、可降解膜等農業生產環節，發展節水抗旱稻全產業鏈技術。

      開發適合節水抗旱稻的除草劑，特別是適合播種前和苗期施用的廣譜性除草劑，是大規模直播種植的關鍵。在適合旱種的地區，采用間歇式灌水、噴灌和滴灌技術的直播旱作栽培方式，實行大規模成片種植，可以提升全程機械化種植水平和生產效率。為解決耕地不足，擴大稻作面積，保障食物安全，在一定時期內，需要充分利用坡地、山地、丘陵、實行“旱稻上山”（圖8）。這就需要強化節水抗旱稻的抗旱性和直播適應性，使之完全可以像小麥一樣進行種植和管理。

      圖8 旱稻上山。上圖：山改田中的節水抗旱稻（左：浙江建德 2020；右：浙江磐安 2021)。下圖：山坡上的節水抗旱稻（廣西宜州劉三姐鄉 2021)。引自：羅利軍，節水抗旱稻的概念與發展歷程. 上海農業學報 2022,38(4):1-8。

      6. 水稻去“水”和“藍色革命”相關研究的啟示

      也因為大學同班的關系和我大學前的稻農生涯，很多年來一直關注著羅利軍團隊關于節水抗旱稻的研發及其進展，并在我的微信朋友圈和撰寫的公眾號文章中反復提及。同時為該團隊所取得的每一個進展而感到欣慰和高興（圖9）。以節水抗旱稻為抓手的“藍色革命”之所以取得成功，我個人覺得可以總結為以下三點。一是目標遠大且切合實際。節水抗旱稻及其所引發的水稻生產方式的變革估計是項目一開始時并未料到的。改革開放后城市化和農業現代化對稻作生產全程機械化的迫切要求，讓節水抗旱稻超出了預期的目標；而節水和減碳更是契合了當今世界環境友好和生態文明的總體需求。二是專心致志并持之以恒。節水抗旱稻從早期的抗旱篩選開始到育成品種的大規模推廣，經歷了近三十年的研發。這對很多人來說，相當于窮其一生于一事。這樣既是難能可貴，因為很多時候缺乏如此的耐心；同時也是幸運的，因為很多人苦苦搜尋一輩子也未必能夠找到一個理想的工作目標。三是聚才合作且時勢相濟。羅利軍周圍聚集了一批志同道合、各司其責的研究人員，圍繞一個共同的目標開展工作。節水抗旱稻項目生逢其時，得到了國際國內基金會、國家和地方政府持之以恒的強有力支持。同心同德的一伙人得到穩定而有力的財政支持，這應該是很多研究成功的基礎。當我回到故鄉，看見常規雜交水稻已經完全由撒播代替了手工插秧，小型機器“收割+脫粒”代替了人工割稻、脫粒和晾曬等復雜環節時，我可以完全想象隨著稻作生產方式的逐漸完善，以節水抗旱稻為代表的新一代科技產品將會給故鄉的稻作生產和文化帶來怎樣的影響。于是，我期待著兒時夢想的實現、稻農的徹底解放、高效的稻作生產以及反復提及但在中國終將成為歷史的“糧食安全”問題。

圖9 羅利軍（左）與筆者2017年8月31日在母校華中農業大學獅子山

      致謝 感謝羅利軍、張興平（北京大學現代農業研究院）、胡立勇（華中農業大學）、張集文（湖北省農業科學院）對文章初稿的修改建議。

      【附】羅利軍簡介

      上海市農業生物基因中心首席科學家，研究員，華中農業大學兼職教授、博士生導師，長期從事農業生物基因資源的收集保存、評價創新與利用，重要基因分離、功能研究與種質創新，提出了發展節水抗旱稻理念與培育策略，選育出“旱優73”、“旱優3015”等多個常規和雜交節水抗旱稻，并在生產上大面積推廣。在Journal of Experimental Botany、Molecular Plant、Plant Biotechnology Journal等刊物發表論文20余篇，主持獲得國家科技進步一等獎（1項）、國家技術發明二等獎（1項），何梁何利基金科學與技術進步獎，省級科技進步或技術發明一等獎（4項）。曾獲全國優秀農業科技工作者、上海市優秀專業技術人才、國務院“政府特殊津貼”、國家“百千萬人才工程”第一、二層次人才、全國創新爭先獎狀等多項榮譽。