多年生稻创制及初步应用

【作者】 胡凤益； 张石来； 黄光福； 黄立钰； 张静； 张玉娇； 廉小平；

【机构】 云南大学；

【摘要】 包括原始森林和草原在内的多年生自然生态系统,具备防治水土流失、土壤有机质丰富、土壤养分自我平衡、病虫草害自我防治、物种(动植物和微生物)种群平衡、不依靠石油能源等能自我实现平衡发展的生态系统,但其生产力和生产效率相对较低。而经过近万年来人工选择特别是动植物的遗传改良,人类把野生动植物驯化成了家养动植物,包括稻作、玉米、麦类、豆类、高粱、小米等主要粮食作物,同样是被从其多年生野生近缘种驯化成了一年生栽培种,进而形成了一年生农业生态系统。一年生农业生态系统提高了单位面积的产量和产值,为人类繁衍生息提供了农产品有效供给,但是,其带来了水土流失、土壤有机质降低、病虫害容易发生、土壤养分间接流失、杂草繁多、土壤微生物功能降低以及严重依赖石油能源等一系列的生态和环境问题。以一年生稻作生产方式为例,在稻作生产过程中,每年(季)都需要买种、育秧、犁田、耙田、移栽、田间管理、收获等生产环节,不仅劳动强度大,而且花费大量的劳动力和劳动时间。因此,我们设想发展一种多年生中等的现代多年生农业生态系统来平衡粮食安全和生态安全,这种多年生中等生态系统具备多年生自然生态系统的自然属性,但同时又具有一年生生态系统的优势,能够为人类提供更多更丰富的农产品。多年来,云南大学一直坚持探索利用长雄野生稻(Oryza longistaminata)地下茎(Rhizome)无性繁殖特性培育多年生稻(perennial rice)及配套耕作栽培技术,取得了如下研究进展:发现了两对显性互补基因(Rhz2、Rhz3)控制长雄野生稻地下茎发生的遗传规律;"利用长雄野生稻地下茎无性繁殖特性培育多年生稻方法"获得国家授权发明专利;培育的多年生稻23(PR23)是全球第一个通过审定及商业化的多年生作物品种;配套了以免耕(多年越冬)为核心的多年生稻耕作栽培技术,集成创新了多年生稻技术;多年生稻技术被联合国粮农组织(FAO)列为2018年国际农业创新技术,并作为"南南合作"项目在非洲等加以应用;多年生稻技术在云南已累计推广应用10多万亩;在全国南方稻区的河南、湖北、浙江、福建、江西、湖南、广西、广东、广西、贵州等省进行了试验并开始示范推广;在"一带一路"倡议沿线南亚东南亚的老挝、缅甸、泰国、柬埔寨、越南、孟加拉等国家,以及非洲乌干达、马里、科特迪瓦等国家开始演示试验示范。多年生稻技术从第二年起,在稻作生产过程中不再需要买种、育秧、犁田、耙田、移栽等生产环节,而只需要田间管理和收获两个生产环节,每亩可节约5-6个人工投入(折合500-600元),减少了田间劳动时间和劳动次数、降低了劳动强度、减少了耕地次数和犁耙田用水量、减少了农药和化肥施用量,是一项绿色生态轻简化的稻作生产技术。目前,利用长雄野生稻地下茎无性繁殖特性培育多年生稻的框架已经建成,以免耕技术为核心的多年生稻技术已集成并在生产上开始发挥作用。但是,多年生稻创制还存在许多问题,例如:长雄野生稻地下茎发生及其丰度的分子遗传机制、生理生化机制等基础性科学问题;多年生稻品种的广适应性、米质优、产量高、病虫害抗性、耐冷性、耐旱性的遗传改良;多年生稻技术的免耕、越冬、间套作、杂草防除、病虫害绿色防控等的耕作栽培机理和田间管理技术;多年生稻技术应用对社会、政治、经济、生态、环境影响等。建议加强国类外合作研究和开发应用,突破上述理论和技术的限制,加快多年生稻的创制和应用,使多年生稻生产方式成为稻作生产方式的重要补充,同时对其他多年生作物研究和应用起到促进和范式的作用。更多还原