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中国水稻高产栽培技术创新与实践

花匠小妙招
2025-10-11 21:20

0 引言

水稻是中国主要粮食作物,2004年以来的10年中,水稻种植面积和总产量分别占粮食作物面积和总产的27.4%和36.1%。水稻、玉米和小麦是中国的三大粮食作物,其中水稻是单产最高的作物,统计表明全国水稻平均单产较玉米和小麦分别提高39%和19%。稻米作为中国主要口粮,全国有60%的人口食用。全国除西藏和青海的水稻种植面积较小,其他各省均种植一定面积的水稻,其种植区域广泛、种植制度多种、品种类型多样,对中国粮食安全、生态安全和稻农增收具有重要作用。中国也是全球主要的水稻生产国,近年其水稻面积占全球18.5%,仅次于印度,水稻总产占全球27.7%,居全球首位,水稻单产高于全球平均单产50%。中国的稻作技术进步和发展对全球水稻生产发展做出了重要贡献。

中国水稻面积自1949年到2013年从2 571×104 hm2提高到3 031×104 hm2,增长460×104 hm2,增幅18%;单产从1.89 t·hm-2提高到6.72 t·hm-2,提高4.83 t·hm-2,增幅255%;总产从4 860×104 t提高2 0340×104 t,增长15 440×104 t,增幅319%。良种良法配套及栽培技术创新对水稻单产提高和总产增长作出重要贡献。近几十年来,中国社会经济发展、农业结构调整及农村劳动力向其他产业转移,水稻生产面临稻田面积和双季稻面积下降、水资源短缺、土壤结构变差及肥力下降、自然灾害频发、生产规模小且分散,制约了水稻生产高产高效发展。稻作技术需要转型升级,适应水稻品种更替、生产规模、经营方式和种植制度变化,适应提高肥料、农药和水资源利用效率的要求及应对自然灾害的发生。分析中国水稻高产栽培技术创新与实践的成功经验、存在问题及发展趋势,探讨水稻高产栽培技术的发展历程,为创新现代水稻生产经营方式,高产高效和生态安全的稻作技术提供借鉴。

1 高产栽培技术的贡献

1.1 中国水稻生产发展

根据中国农业统计年鉴数据分析[1],中国水稻生产经历4个阶段（

表1

）,1949—1961年为水稻面积、单产和总产缓慢增长阶段,也是水稻生产波动较大的时期,这一期间水稻面积、单产和总产年增长分别为4.73×104 hm2,12.5 kg·hm-2和41.7×104 t。1961—1997年为水稻面积、单产和总产快速增长阶段,这一期间水稻面积、单产和总产年增长分别为15.25×104 hm2,118.9 kg·hm-2和408.6×104 t。1997—2003年为水稻面积、单产和总产下降阶段,这一期间水稻面积、单产和总产年下降分别为87.63×104 hm2,53.1 kg·hm-2和668.0×104 t。从2003—2013年为水稻面积、单产和总产恢复增长阶段,水稻面积、单产和总产年增长分别为38.04×104 hm2,65.7 kg·hm-2和429.6×104 t。从1997—2003年的6年中,水稻面积下降548.7×104 hm2,其中双季稻面积下降548.5×104 hm2,单季稻增长22.7×104 hm2,种植季节上主要是双季稻面积下降。进一步分析稻田面积变化和双季稻面积下降表明,65%水稻面积减少来自稻田面积下降,35%来自双季稻改种单季稻引起双季稻面积下降。从2004—2013年,水稻种植面积由2 837.88×104 hm2增加到3 031.17×104 hm2,增长6.8%;稻谷单产从6 310.5 kg·hm-2增加到6 717 kg·hm-2,增长6.4%;稻谷总产量从17 908.8×104 t增加到20 361.2×104 t,增长13.7%。从水稻单产提高贡献因素看,一是水稻品种改良贡献。品种株型、抗病虫性、耐肥抗倒性、农艺性状及适应性改良,单产潜力提高。二是水稻栽培技术创新贡献。包括育秧技术、种植方式、群体调控、肥水管理、病虫草害及灾害防控及机械化装备等改进。三是水稻生产农资保障共享。化肥、农药、调节剂、农膜及机械装备等的进步,应用效果和效率提高。四是农业政策的支撑,大幅提高种粮积极性和生产效益。近10年来,随着种植结构的调整、区域性灾害的频发、种稻农民的变化,水稻种植面临巨大的挑战,栽培技术的创新对水稻面积和单产的稳定作用尤为突出。

表1 中国不同阶段水稻面积、单产和总产年均增减量

Table 1 Rice planting area, yield and product in different periods in China

阶段 Period 年数 Years 面积 Area（×104 hm2）单产 Yield（kg·hm-2）总产 Production（×104 t） 1949-1961 12 4.73 12.5 41.7 1961-1997 36 15.25 118.9 408.6 1997-2003 6 -87.63 -43.1 -668.0 2003-2013 10 38.04 65.7 429.6

1.2 水稻栽培技术的稳定和提高水稻产量的作用

中国水稻单位面积产量从1949年的不足2 t·hm-2提高到2013年6.72 t·hm-2,单产提高接近3.5倍。随科学技术的进步,良种是增产的内因,水稻产量的提高需要产量潜力更大的品种,但品种增产潜力的发挥需要栽培技术的配套才能实现。

中国20世纪50年代末育成和推广矮秆水稻品种,与传统高秆品种比较,表现为株高变矮、耐肥抗倒性提高、增穗增产潜力提高,如果采用传统高秆品种的栽培方法,其增产潜力不显著。通过良种良法配套,增加种植密度及增施化肥,大幅提高水稻产量。分析表明矮秆品种的生物产量与高秆品种相似,而收获指数从0.35提高到0.50左右,提高产量主要依靠收获指数的提高。同时,矮秆水稻品种由于生育期较短,适宜于双季稻等多熟制的创新,提高双季稻面积比例。20世纪70年代末,中国成功实现籼型杂交稻的三系配套及生产应用,采用矮秆常规稻品种的高产栽培方法,杂交稻的增产优势不大。研究表明与改良矮秆常规稻品种相比,杂交稻表现为分蘖力强、根系发达、叶面积大、生物量高及大穗优势,而收获指数几乎与矮秆品种相近,杂交稻增产主要依靠生物产量的提高（

表2

）。根据杂交稻的生长特性,栽培技术上创新了二段育秧,稀播育壮秧,稀植促大穗,大幅提高杂交稻群体生长量和产量。20世纪90年代后期以来,中国开展超级稻计划,选用了一批生长量大、穗大粒多、产量潜力大的超级稻品种,这些品种在新品种区域试验中有的增产不那么显著,但是与相应栽培技术配套,比当地主栽的普通品种相比增产达10%,甚至更高。栽培学家研究明确了超级稻的中后期营养吸收量和物质生长量大等生长特性,研发了相应的高产栽培技术,实现了超级稻品种高产,推进超级稻品种认定和生产应用,并结合水稻机械化生产,促进超级稻高产高效[2-3]。

表2 中国水稻品种更替中生物学产量与收获指数贡献率

Table 2 Contribution of biomass and harvest index to yield increase during variety evolution in China

品种更替
Variety evolution 单产提高
Yield increase (t·hm-2) 生物学产量贡献率
Contribution of biomass (%) 收获指数贡献率
Contributing of harvest index (%) 高矮品种-矮秆品种 Tall variety-dwarf variety
矮秆品种-杂交稻 Dwarf variety-hybrid 2.187
1.751 16.4
100.0 83.6
0.0

目前品种的产量潜力（品种产量）和良种良法配套的高产示范产量达到了较高的水平（高产示范产量）,而农民的实际水稻产量（实际产量）还较低,实际单产与品种单产和高产示范单产还有较大差距（

图1

）。究其原因主要是水稻优良品种和高产栽培技术的不配套。实际中水稻生产者仍然较多的延用传统的栽培技术。这表明中国水稻生产通过良种与良法相配套还存在较大的增产潜力[2]。

图1 中国南方稻区早稻、中稻和晚稻产量差异及增产潜力

Fig. 1 Yield gap and potential of early-season rice, mid-season rice and late-season rice in the south area of China

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水稻栽培技术的创新和应用在实现水稻品种增产的同时,优化不同种植制度下茬口品种搭配,确定不同种植方式的品种特点和选用,增强水稻生产抗灾减灾能力,提高肥水利用效率,推进生产规模、种植方式和种植制度发展,带动相关学科的发展和稻农水稻生产技术水平的提升,促进水稻增产增效和环境改善。

2 国外水稻高产栽培技术特点与发展

2.1 水稻高产栽培

全球水稻育种家采用株型改良与杂交优势结合的方法提高水稻产量[4-7],国际水稻研究所分析20世纪60年代以来的水稻品种产量途径,及90年代育成的新品种产量潜力徘徊现象,试图根据高产栽培的株型要求改良水稻株型进一步提高水稻品种产量潜力。研究表明理想株型与杂交优势结合可以进一步提高水稻品种产量潜力,利用热带粳稻的新株型材料作为杂交稻亲本,获得的杂交稻比普通杂交稻增产8%— 15%[4-5]。中国在总结长期高产品种选育和栽培研究基础上,总结出不同稻区和类型理想株型,并采用理想株型与杂交优势结合,育成一批高产水稻新品种[6-9]。农艺学家研究品种对环境的适应性,采用肥水等调控建立合理群体和理想株型[10-12],并实现水稻高产[13-16]。

针对非洲及东南亚水稻生产中秧龄过长、密度过高及淹水灌溉等问题,在马达加斯加首先创新了水稻强化栽培技术[17]。其高产基本原理通过干湿灌溉,在节水的同时改善土壤理化特性,根据水稻品种生长特性,采用增施有机肥料和通气除草等措施,中小苗移栽和适当降低密度,发挥品种分蘖和大穗优势[18-21]。虽然该技术在不同地区和技术出现不一致的结果[22-23],但是,这些高产基本原理和技术与全球的水稻高产栽培技术一致,在中国水稻高产示范中的应用也取得增产效果。

2.2 水稻肥水高效利用

施肥是水稻增产的重要措施,增施肥料提高产量的同时,提高肥料的利用效率引起全球关注。国际水稻研究所研究建立了水稻实地氮肥管理技术（SSNM）,根据水稻生产氮肥需求量和土壤供氮能力,并利用SPAD等方法建立叶片氮含量诊断指标,指导水稻氮肥施用量和时期,提高产量和氮肥效率。

水稻是用水量最大的粮食作物,全球水稻生产受到水资源的制约突出,研究水稻节水栽培技术实现高产节水是各国研究方向。研发灌溉稻干湿交替（AWD）水分管理技术,以减少水稻水分用量,提高水分利用效率,该技术在亚洲主要产稻国广泛应用。在东南亚及南美等地区旱稻和雨灌稻面积较大,传统的旱稻和雨灌稻产量低,生产方式比较落后。巴西等国采用保护性耕作方法,种植旱稻取得很好的增产节水效果,在不需灌溉稻的灌溉设施和消耗大量灌溉用水的情况下解决稻米需求[24]。国际水稻研究所针对传统旱稻产量低,而灌溉稻虽然产量高但用水量大的问题,研发通气水稻品种,并采用水稻通气栽培,大幅减少水稻生产的用水量[25-26]。通气水稻具有旱稻的耐旱性及灌溉稻的产量潜力,与灌溉稻比较可节水50%。由于水稻资源的制约,东南亚灌溉稻生产受到限制,稻农选择通气水稻和通气水稻栽培,提高水资源生产效率[24-28]。科学家也发现通气水稻栽培管理不当也会出现连作障碍,导致产量下降。这主要由于土壤大量和微量元素,如N、P、K、Fe和Zn缺乏及土壤根结线虫病等引起,只要管理得当可以消除连作障碍[28-29]。

2.3 水稻抗逆栽培

东南亚水稻生产的主要灾害之一是洪涝灾害[30],为解决这个难题,科学家在印度耐淹水品种FR13A中发现SUB1基因,并将其转到热带主导水稻品种[31]。这些带有SUB1基因的水稻品种能耐两周的淹水,并正常生长,而淹水敏感品种在淹水一周后生长受抑制并死亡。在没有淹水情况下,带有SUB1基因的水稻与没有SUB1基因的对照品种产量相当,但在淹水条件下,带有SUB1基因的品种产量比没有SUB1基因的品种高出1 t·hm-2或更高[30, 32]。耐淹水稻及其生产应用有效解决了易涝地区的水稻生产。在防御水稻洪涝灾害栽培中,除选择耐淹及高产的水稻品种外,还提出水稻受淹后采用清水洗苗,补施肥料,湿润灌溉等栽培技术,加快水稻恢复生长。

欧美及南美主要产稻国的水稻种植方式为直播,直播稻多年种植后往往会出现红稻,也叫杂草稻,严重困扰水稻生产。由于红稻和栽培品种具有亲缘关系,具有水稻属性,普通除草剂对红稻没有灭杀效果。红稻造成水稻减产,还影响品质,生产上只能采用机械方法和灭生性除草剂控制红稻。栽培技术上控制杂草稻的主要方法是在水稻播种前通过耕作和灌溉促使杂草稻种子萌发出苗,再采用耕作和除草剂灭杀,或采用移栽方法减少杂草稻发生。美国研究人员发现非转基因抗咪唑啉酮（imidazoline）等除草剂水稻,利用该材料选育了抗咪唑啉除草剂水稻品种,这些品种称为Clearfield水稻。种植Clearfield水稻的稻田中,当发现红稻时,可施用咪唑啉酮（imidazoline）等除草剂将红稻灭杀,而Clearfield水稻不受影响[33-34]。这类除草剂在控制红稻的同时,能有效防除稗草、杂草稻及其他大多数阔叶杂草与莎草科杂草,从而降低除草剂用量。该技术的发明有效解决红稻对水稻产量和品质的影响[33]。

在非洲水稻生产中主要问题是干旱、土壤地力低、杂草严重,育种和栽培科学家通过亚洲栽培稻与非洲栽培稻杂交育成非洲新水稻（NERICA）,非洲新水稻保留非洲栽培的抗旱、耐低营养和与较强的杂草竞争能力等特性,且表现亚洲栽培稻的高产性状,该类型品种及其栽培技术应用提高了西非和中非的水稻产量[35-37]。

2.4 水稻生产机械化

社会经济发展及农村劳动力向城镇转移,发达国家及部分发展中国家推进水稻生产机械化,提高劳动效率和节约成本。水稻生产的耕作和收获环节,很多国家基本实现了机械化,但水稻种植环节,不同国家的机械化水平和方式存在很多差异[38]。欧美、澳大利亚、日本、韩国等基本实现了从播种到收割各环节的信息技术和机械化生产相结合的现代水稻生产。目前欧洲、美国、澳大利亚等国家和地区以机械化直播为主,其特点是稻田田块面积较大,为防止鸟类等危害种子、控制杂草和防止土壤返盐对出苗影响,采用水直播方式,播种量高,一般用种量为150—225 kg·hm-2,也有旱直播。而日本、韩国及中国台湾水稻种植机械化以机插秧为主,近年来逐步发展多功能插秧机,如带平田装置插秧机,深施肥机插一次完成的插秧机[39]。近年,这些国家和地区与水稻机插配套,发展水稻机插集中育秧模式和技术,开展机插育供社会化服务,提高水稻生产的专业化、规模化和机械化水平。虽然,机插秧已经应用多年,且技术配套完善,但由于水稻机械育插秧作业环节多、成本相对较高,一直在研究发展直播稻的可能性。当前,日本和韩国的直播稻占水稻面积分别在1.5%和4%—6%左右,且存在较大的减产风险。

3 中国水稻高产栽培技术发展回顾

3.1 矮秆品种配套高产栽培

中国水稻高产栽培理论与技术体系,初步形成于20世纪50—60年代陈永康等针对矮秆晚粳稻老来青等品种“三黄三黑”高产栽培经验的总结分析[40-41],所谓水稻“三黄三黑”是指运用肥水管理措施实现水稻生长过程中叶色三次浓黑、淡黄交替变化,从而构建合理的高产群体结构。“三黄三黑”高产栽培的核心是在分蘖期、节间开始形成到幼穗分化期、穗发育期等三个时期,通过肥水等栽培措施,实现水稻生长发育的三次黑黄交替变化,分别促进“发棵”、“壮秆”、“长穗”,从而达到高产。南方的早稻和双季晚稻以及北方的中早熟品种,因其生育期短,穗分化和节间形成同时开始,甚至与分蘖末期相重叠,所以一般只出现“两黑两黄”,即没有圆秆拔节期的一次黄黑变化。“三黄三黑”高产栽培技术针对当时矮秆水稻品种生产一般240—255 万穗/hm2,每穗结实50—60粒,穗数和穗粒数均不足,限制高产取得的状况,提出控制合理苗数,蘖数和穗数的稳定发展,从而培育高产群体。利用“三黄三黑”高产栽培技术,矮秆老来青的穗数达到306—336万穗/hm2,每穗结实粒数76—104粒,百亩示范方高产达6 840 kg·hm-2,比同期的全国水稻平均单产增产超过157.0%,并首次将肥水技术与水稻生育进程联系起来,对指导水稻大面积增产发挥了重要作用。

随着中国矮秆品种的选育与推广,相配套的高产栽培技术以增密、增肥、增穗为主导。为保障粮食安全,扩大水稻种植面积,中国南方稻区大力发展双季稻生产,提高稻田单位面积的产量,针对长江中下游双季稻生长季节紧张等问题,创新了薄膜育秧等技术,利用薄膜覆盖育秧,增温保湿、防止烂秧、提高成秧率,实现早稻提早播种,缓解了双季稻生产的季节紧张和品种搭配问题。同时,采用壮秧密植、增施化肥等技术,解决了双季稻高产形成过程的穗数及粒数不足等问题,为促进双季稻在中国南方稻区的推广应用及高产打下了基础。

3.2 杂交稻品种配套高产栽培

矮秆品种高产主要通过增大群体的办法,来增加穗数,但群体搞得很大,成穗率不高、结实率较低、千粒重偏小、病害重、易倒伏,水稻不一定能增产,却更耗费种子、肥料及农药。蒋彭炎在20世纪70年代提出了“稀少平”高产栽培技术,通过稀播、少本插和平稳促进的肥水管理技术,在一定群体基础上主攻大穗,避免在一个生育时期猛促猛长,另一个生育时期又狠控受抑,使群体得到平稳的发展,个体能够良好的生长生育,实现协调高产[14,42-43]。“稀少平”高产栽培的核心：（1）大幅度降低秧田播种量,培育分蘖壮秧;（2）大幅度降低本田用种量,减少抽秧本数;（3）减少基面肥用量,增加中后期肥料比重;（4）提早搁田,多次轻搁,干干湿湿灌溉,以水调气。随着中国杂交水稻品种的选育及推广应用,杂交稻需要通过少本稀植,充分扩大水稻地上部和地下部的生长与生存空间,达到壮个体、促大穗、得高产的目的,与“稀少平”栽培不谋而合,该技术研发实现了品种与技术的配套,对杂交稻品种推广起到了重要作用。针对双季稻生产晚稻育秧时间长,秧龄过大,不利于高产,研发创新了二段育秧方法,这是减少专用秧田,培育矮壮秧的好办法。同时两段育秧秧龄弹性大,有利于提早播种,早栽夺高产。二段育秧技术在双季晚稻上应用,对促进双季稻高产栽培起到了重要作用。

中国种植水稻的地域辽阔、生态条件复杂,各地水稻种植的方法不同,产量表现也不同。邹应斌[44]研究指出中国东北稻区因低温、四川盆地因高湿和多雾,水稻栽培上适宜稀植;云贵高原等高海拔稻区由于气候干燥和光照较强, 水稻栽培上适宜密植;而长江中下游稻区高温多湿且昼夜温差小, 水稻栽培上适宜合理密植或适度稀植。

水稻高产栽培强调群体与个体,穗数与粒数、粒重等因素的协调发展,杂交稻稀植大穗高产,需要适当控制群体数量、提高群体的质量,因此,需建立水稻群体质量指标体系,通过高产群体空间结构的指标合理诊断,优化群体结构。凌启鸿等[50]结合对中国水稻叶龄模式的研究,建立了水稻不同品种类型的生育进程的叶龄模式,使高产栽培研究由定性向定量并向模式化、指标化、规范化方向发展。并提出了在适当压缩群体的前提下,充分发挥水稻个体分蘖能力来确保群体适宜的穗数,使群体内个体数量和质量达到高度的协调统一,逐步建立起后期具有高光合生产率和高物质积累能力的高光效群体,在适宜穗数的基础上形成大穗,进而提高结实率、粒重和经济系数而获得高产,并提出了与之相关的高产群体质量指标,如抽穗期适宜的叶面积指数和与伸长节间数相等的绿色叶片数,总颖花量,粒叶比,有效叶面积率及高效叶面积率,抽穗期单茎茎鞘重,抽穗至成熟期颖花根活量、分藥成穗率等,围绕群体质量的优化,提出了相应的调控途径与技术,对中国水稻高产栽培起到了很好的指导作用[45]。

3.3 超级稻品种配套高产栽培

水稻矮秆品种和杂交稻选育及栽培技术配套应用实现了中国水稻产量的二次飞跃,对水稻生产发展做出了重要贡献。为进一步提高水稻产量,实现第三次突破,20世纪末中国实施了超级稻研究与推广计划,超级稻品种推广对中国水稻增产做出了重要贡献。研究超级稻品种特性,发挥其增产潜力,及近年来中国农村劳动力转移和老龄化,促使水稻种植方式由传统手插秧向机械化、省工节本种植方式转变,要求水稻品种与先进的现代种植方式配套。针对稻作技术转型,种植方式变化,结合中国超级稻不同区域的生态和生产条件,提出了不同稻区超级稻品种的种植方式适应性和区域布局。

与普通稻相比,超级稻生长量大、穗大粒多、产量潜力大。通过不同稻区、季别和类型的超级稻与普通水稻品种生长特性及产量形成比较研究,表明二者收获指数差异不大,而总物质生产量差异大,与普通稻相比,超级稻总生物产量平均提高10.6%。其中,拔节前提高1.3%,拔节-抽穗和抽穗-成熟期分别提高8.6%和19.9%。根据超级稻中后期物质生产优势对提高总生物量有重要贡献（

表3

）,提出了稳定收获指数,提高总物质生产量的超级稻高产栽培途径。明确了超级稻物质生产量高的重要生理基础,其中后期叶面积指数大,下降缓慢,光合势大。明确超级稻通过大穗实现高产,提出了在稳定单位面积适量穗数的同时,通过增加每穗二次枝梗数及着粒数,增加穗粒数形成大穗是超级稻群体扩库增产的基本途径。根据超级稻高产形成规律,创立的超级稻“前期早发够穗苗、中期壮秆扩库容、后期保源促充实”的高产栽培关键技术,为超级稻区域化高产栽培技术体系建立提供了支撑。

表3 超级稻品种与普通水稻品种各生育阶段干物质生产量(kg·hm-2)比较

Table 3 Comparison between super rice and normal rice in dry matter accumulation at different growth stages

品种类型
Variety type 拔节
Elongation 拔节-抽穗期 Elongation-booting 抽穗-成熟期 Elongation-maturity 总生产量
Total biomass 超级稻 Super rice（n=13） 4039.5 7659.0 6517.5 18216.0 普通水稻 Normal rice（n=3） 3987.0 7050.0 5434.5 16471.5 超级稻/普通水稻 Super rice/normal rice 1.01 1.09 1.20 1.11

长期以来,水稻栽培粗放化管理,肥水等盲目投入,水稻生产污染加重,制约了水稻增产增效与可持续发展。张洪程等[46]在群体质量栽培等研究基础上,创立了以生育进程、群体动态指标、栽培技术措施“三定量”和作业次数、调控时期、投入数量“三适宜”为核心的水稻精确定量栽培技术,创立了水稻高产共性生育模式与形态生理精确定量指标及其实用诊断方法,实现了栽培方案优化设计与生产过程实时实地准确诊断;邹应斌等[16]针对超级稻特点,提出了一种定目标产量、定群体指标、定技术规程的三定栽培法,提出了超级稻“因地定产、依产定苗、测苗定氮”栽培技术,有利于充分发挥超级稻的大穗优势。从而促进了超级稻栽培技术由定性为主向精确定量的跨越,为统筹实现水稻“高产、优质、高效、生态、安全”提供了重大技术支撑。

随着社会的发展,技术的更新,水稻机插秧技术快速发展。针对中国传统的毯状秧苗机插存在的播种量大机插本数不均匀,漏秧率高;机插对秧苗损伤大,缓苗期长,返青起发慢等问题,中国水稻研究所朱德峰等首创了水稻钵形毯状秧苗机插技术,结合机插毯苗和抛秧钵苗的优势,采用钵形毯状秧盘, 精量定位播种,培育具有上毯下钵壮苗,及定位定量按钵取秧机插,有效解决了传统毯状秧苗机插存在的机插定量定位性差、漏秧率高、伤秧伤根严重、每丛苗数不均匀,及返青慢等问题,实现水稻钵苗机插,大幅提高水稻机插产量和效益[47-48]。

4 水稻高产栽培存在的问题

4.1 水稻种植机械化水平低,农机与农艺措施不配套

中国社会经济发展、农村劳动力转移和成本提高及水稻生产规模化的新情况下,迫切需要水稻生产机械化。近年来,中国水稻机械化发展很快[49],主产区水稻生产耕作和收获基本实现机械化,但是,存在种植机械化水平和程度还较低,区域间及季节间差异大,水稻施肥和植保机械化水平还较低,及耕作和收获的机械化与种植机械化不配套等问题[50-51]。近年来,在国家政策的支持下,中国的水稻生产机械化发展迅速,其中整地和水稻收获环节机械化水平较高,种植环节机械化水平还很低,2014年全国水稻机械化种植水平只达到38%左右。“十二五”期间,农业部要求水稻机械化种植水平每年提高4—5个百分点[52]。水稻种植环节机械化主要是机械化移栽和机直播,水稻钵形毯状机插技术作为水稻机插新技术,其年推广面积超过4.5×108 hm2。机直播和机械化摆栽约占水稻种植面积2%左右。

目前中国水稻种植逐渐向机械化、规模化和社会化服务方向发展。水稻种植机械化存在农机与农艺不配套的问题。机械化种植和耕作技术结合的不够紧密,水稻田机械平地质量较差,从而造成机插效果不佳。由于生长季节比较紧张,双季稻机插主要存在早晚稻品种搭配问题,需选择生育期适宜的品种,减少早稻苗期倒春寒和晚稻中后期寒露风的危害。单季稻中杂交稻品种面积大,发展杂交稻机插秧技术必须解决好目前育秧用种量过多的问题,降低育秧用种量,实现杂交稻双本精量机插。

4.2 水稻肥水利用效率低

化肥的施用是农业发展史上一次重大变革,它极大地提高了农作物的产量,缓解了全球的粮食紧张局面。水稻生产中肥水是高产栽培的主要手段,但是,过量的肥水不仅会造成减产、减低品质,增加成本,还污染环境。中国氮肥消费量占世界氮肥总量的30%,水稻生产所消耗的氮肥占世界水稻氮肥总消耗量的 37%。中国水稻生产氮肥施用量较生产水平相当的产稻国高30%—50%,造成其利用率较低[53]。中国水稻生产氮肥用量大及利用较低,与水稻品种耐肥性较强、土壤地力、肥料类型、施肥及水分管理等多方面有关[53-54]。研究表明,在中国稻田碳酸氢铵氮肥的吸收利用率低于30%,尿素为30%—40%[55],中国稻田氮肥吸收利用率为30%—35%[56],部分省份如江苏水稻的氮肥吸收利用率仅19.9%,远低于全国平均水平[57]。南方六省农田氮素盈余高达50%—190%,且有继续增大的趋向[58]。中国肥料利用效率不高的主要原因在于长时间以高产为导向,大部分品种高产性能只有在高肥水条件下才能表现出来,另外肥料类型比较单一,大部分属于速效肥,肥料损失很大。

中国淡水资源整体上是南多北少,水资源南北分布差异很大。北方地区土地面积占全国的63.7%,耕地面积为全国的62.2%,而水资源总量却只占全国的20.11%。近年来,北方水稻面积在不断增加,限制北方水稻发展的关键问题是水资源短缺,因此如何合理有效利用淡水资源是北方水稻稳产的关键问题。

4.3 水稻灾害防控能力差

中国水稻种植区域跨度大,种植制度多样,易遭受多种灾害天气的影响,主要包括高低温、干旱和洪涝灾害。长江中下游稻区水稻开花结实期间经常遇到异常高温,易造成早稻高温逼熟,单季稻结实率大幅度下降。2003年长江流域的高温灾害导致稻谷损失就达5.18×107 t。南方地区水稻遭遇低温灾害主要是早稻苗期的倒春寒和中晚稻后期的寒露风。2007年,浙江、福建、江苏等东南沿海地区中晚稻灌浆结实期间受台风低温影响,水稻结实率大幅度下降,造成严重减产。北方稻区低温伤害主要分两种,即抑制性低温和障碍性低温,如2009年,黑龙江水稻移栽后遭受较长时间的低温导致水稻生育期推迟,而开花结实期又受低温影响,导致水稻结实率大幅度下降。干旱也是制约水稻生产的重要因素之一,中国南方尤其是西南地区干旱发生频率较高,华中和华南地区水稻因干旱导致的单产损失达143—250 kg·hm-2。南方稻区雨热同季,水稻生长季也易遭受洪涝灾害,仅2010年全国水稻因洪涝灾害造成的直接产量损失达50×108 kg。高低温、干旱和洪涝等自然灾害严重威胁到了中国水稻生产,但是目前针对水稻灾害的预警措施较少,抗性品种少,针对性的防御措施也较少[59]。增强水稻对灾害气候防御能力是进一步提高水稻产量的重要措施之一。

5 水稻高产栽培技术发展展望

5.1 水稻良种良法配套栽培

中国水稻生产从高秆品种到矮秆品种,从矮秆品种到杂交稻及近年的超级稻对产量提高和稳定的贡献均得益于良种良法配套。育种技术的进步加快水稻品种类型和品种的选育及应用[60-61],不同类型品种生育特性差异较大,且中国稻作技术和生产方式转型,更加需要良种良法的配套,使品种适用于适宜生态区、种植制度和种植方式[12,62]。水稻良种良法配套已从传统的先有品种,后配套栽培技术的方式,转变为育种与栽培研究互动,按需求目标选育品种。近几十年来,随着水稻规模化生产和机械化作业的发展,全球气候变化引起的自然灾害频发,土壤结构和肥力衰退,水资源短缺,肥药用量大及利用效率不高等新状态,更加需要加强育种与栽培学科联合来解决问题。水稻栽培技术研究也正在从传统的高产高效优质为主要目标,发展到高产高效优质生态安全的综合生产目标。

5.2 水稻生产机械化

水稻机械化重点解决水稻育插秧模式、装备和技术,双季稻和杂交稻的机插技术,杂交稻制种技术,机械化施肥施药技术,及主要环节机械化作业的配套。特别是创新精量播种、取秧和机插,深施肥与机插一次作业,机插集中育供秧模式和技术,及选育适宜机插品种,探索适宜地区的机械直播技术,加快推进水稻规模化生产、机械化作业和社会化服务。

5.3 水稻肥水高效管理

水稻生产降低氮肥用量,提高氮肥效率,实现增产高效,需要选育氮敏感和高效品种,改善和培育稻田结构和地力,研发新型肥料和施肥方法,创新通气耕作、肥水一体化管理和合理密植等栽培技术。中国的水稻水分管理研究已经取得很好进展,但是,水稻种植方式、品种特性、作业方式的发展和演变,还有盐碱地、重金属地区的水稻生产,需要创新配套的新型水分管理模式和技术,提出定量化、指标化的水分管理模式。

5.4 水稻灾害防控体系

中国水稻种植区域广阔,全球气候变化及水稻种植制度的演变,及新类型品种育成和推广,呈现水稻生产灾害频发重发。中国水稻生产自然灾害主要有高低温、干旱和洪涝。重点建立水稻高低温、干旱和洪涝灾害品种耐性鉴定方法、评价标准和灾害损失评估方法,选育抗灾品种,创新避灾抗灾水稻种植制度,研究水稻高低温、干旱和洪涝等灾害的预警和抗灾减灾技术,建立品种、环境和技术结合的灾害防控技术体系。

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