我国粮食作物超高产研究与实践.pdf

我国粮食作物超高产研究与实践作物生产过程中, 大致经历了三个产量变化阶段即:低产阶段 , 通过改变生产条件, 增加肥水投入 ,适当增加密度, 对增产起到了主导作用;中产到高产阶段,栽培管理水平的提高和高产、稳产作物品种的育成与推广应用上升为主导因素;目前发展为高产再到超高产的阶段, 主要是向大面积高产、稳产和小面积超高产的方向发展那么,作物产量潜力到底有多大? 什么是超高产 ? 超高产育种和栽培的产量、形态和生理指标及群体结构如何? 实现作物超高产的途径有哪些? 因各地生态条件、栽培水平、作物种类以及适宜品种类型等因素的不同 , 存在着不同的看法本文对此作了详细概述1 作物超高产概念的提出超高产 (Super-high yield)通常指具有超高产潜力的作物品种在一定生态区域和栽培条件下诸多综合因素和谐互作的结果超高产是一个相对概念,这一述语一般用于粮食作物栽培或育种中 , 栽培上一般是指作物单产在800kg/667m 2 以上 “十五”期间国家863 计划对超高产作物品种提出的指标是在现有水平上增产15 %～ 20%以上正式使用超高产一词的是日本为解决未来人口粮食危机,1981 年日本政府开始实施“超高产作物开发与栽培技术”计划, 即“逆753 计划”,首次提出超高产概念, 率先进行水稻超高产育种(Ricebreeding for super-high yield),目标是利用15 年时间,育成比原有品种秋光增产50%的超高产品种。

通过实施, 先后育成了奥羽326、明之星、北陆125 号等水稻高产品种,小面积产量已接近10t/hm 2 , 但因适应性、结实率、品质等问题, 而未能大面积应用[ 1] 国际水稻研究所(IRRI)[ 2,3]1989 年启动超级稻计划,根据水稻形态、 生理、物质生产等与产量关系的研究,提出了培育超级稻(Super rice)后又称为新株型(New plant type, 即 NPT)超高产育种计划,最终要达到的产量指标是增产20 %～ 25%1994 年向世界宣称其超级稻育种已获成功, 但所育成的新株型品系在田间试验中结实率低, 饱满度差 , 不抗褐飞虱,产量潜力低于我国的汕优63、 桂朝2 号等品种 ,长期以来也没有突破矮秆高产品种 IR8 的产量水平 因此 ,这些超级稻未能大面积推广自此以后 , 超级稻作为NPT 稻或水稻超高产育种的代名词,广泛出现在各种新闻媒体中,并逐渐被人们所接受和认同[ 4,5]将“超级稻”界定为:产量潜力比现有高产品种或杂交稻提高15%～ 20%,绝对产量800 ～1000kg/667m2 在国内多家单位的共同努力下, 中国超级稻在南、北方同时试种示范成功,无论超级常规粳稻还是超级杂交籼稻, 都取得历史性的重大突破,已形成南方籼稻、北方粳稻、 中部杂交稻的研究中心格局, 为世界范围内的粮食安全作出了积极的重要贡献, 并有着广阔的发展前景[ 6～ 9] 。

2 水稻超高产研究与实践我国农业部于1996 年启动“中国超级稻选育及栽培体系”计划[ 9～ 11]目标是通过各 种途 径的 品种 改良 及配 套栽 培技 术体 系,到2000 年 百亩 连片 实现单产600 ～700kg/667m2, 2005 年突破800kg/667m2, 到 2015 年跃上900kg/667m 2 台阶 , 并形成超级稻良种配套栽培技术体系超级稻试验示范最高单产2000 年要达到800kg/667m 2 ,2005 年达 900kg/667m2, 2015 年达1000kg/667m2, 并在特殊生态地区创造1150kg/667m 2 的世界记录通过超级稻的推广应用, 推动水稻平均单产到2010 年达到 460kg/667m 2 , 为2030 年跃上500kg/667m 2 的新台阶作好技术准备除了上述绝对产量指标外,相对产量指标是比当时生产上的对照品种增产15%以上 , 对米质和抗性也有相应的要求可以看出, 中国超级稻研究除了育种目标外, 还包括超高产栽培目标经10 多年来的研究与实践,由中国水稻研究所和国家杂交水稻工程技术研究中心等国内多家单位协作攻关, 已育成了一批单产潜力800kg/667m 2 、 有较广泛适应性的品种,如以两优培九、 协优9308 和沈农 265 等为代表的超级稻;创造了一些在特殊生态区域达1133.3kg/667m 2 单产潜力的超级杂交稻,提前实现了中国超级稻研究预定目标[ 8,12] 。

至“九五”期末,实现了较大面积上单产超过 700kg/667m 2 , 比大面积当家杂交稻增产15%以上 “十五”期间也顺利实现了第二期目标谢华安等[ 13] 2001 年在云南永胜县涛源乡种植740.0m2 的特优175, 产量达1185.5kg/667m 2 ;746.7m2 的Ⅱ优明86, 产量达 1196.5kg/667m2, 双双突破由印度马哈施特拉邦 1974 年创造的1184.8kg/667m 2 的世界单产最高纪录2005 年国家主推的19 个籼型超级杂交稻中有9 个印水型杂交水稻, 又连续创造了世界水稻最高产量纪录,达到1231 .17kg/667hm级稻第三期超高产攻关目标是用3～5 年时间,实现超级稻一季产量900kg/667m2, 早稻产量650kg/667m 2 , 晚稻产量700kg/667m2 据 SRI( 强化栽培法 )发明人曾测算 , 水稻产量潜力可达2000kg/667m 2 ; 有专家按 2.5%光能利用率计算, 早稻产量潜力 1000kg/667m2, 晚稻1200kg/667m2, 中稻1500kg/667m2 袁隆平院士则认为,由于自然环境限制,特别是温度等因素影响, 按常规方法, 要实现大面积产量目标900kg/667m2 已不太可能 , 若应用生物技术和分子育种, 则有望跨越这道坎[ 14,15] 。

预计在不久的将来,中国超级稻研究将以其杰出的成就,为保障中乃至全世界的粮食安全做出更大贡献杂交水稻超高产栽培”的提出[ 16],首次出现于1986 年颜振德在杂交水稻长沙国际学术会议上宣读的论文中其认为“水稻超高产栽培所研究的产量水平 ,因种植制度、 品种 (组合 )类型以及当地温光资源的不同而不同,但一般来说,超高产栽培的产量指标应比当地大面积产量水平高出1 倍左右” 这个超高产指标是以若干品种大面积的平均水平作参照,具有超前性和模糊性该文又指出 : “超高产育种与超高产栽培都是取得最高产量指标的途径, 前者侧重基因型改良, 后者侧重环境改善, 没有品种 (组合 )生理活性的改善, 即使栽培技术环境条件很好,也不能达到理想的产量, 没有良好的栽培技术,品种、组合的内在增产潜力也不能得到发挥,两者关系紧密, 缺一不可”可见,谈超高产育种不能脱离超高产栽培,谈超高产栽培也必然涉及超高产育种但由于开展超高产研究的历史还不长 , 关于水稻超高产的具体指标, 尚无统一的意见, 大致认为:比对照品种增产15 %以上者为超高产品种;比现有产量增产100 ～ 200kg/667m2的为超高产 ;在目前生产水平下产量达10t/hm 2 (666.7kg/667m 2 )以上者 ;日产量超5kg/667m 2 以上者。

习惯认为“超高产”就是“高产再高产”, 或“产量有较大幅度的突破”目前比较权威和可作量化操作指标的 , 则为上述提及到的 “中国超级稻选育及栽培体系”研究计划所制定的产量目标,它包含的既是育种、也是栽培的共同目标如同超高产育种指标一样, 凡是达到该计划所制定的某档产量指标或增产幅度的栽培技术便为超高产栽培超高产栽培首先受到品种生态适应性(含感温或感光性、抗逆性等)的制约因此 ,超高产栽培的指标是相对的, 因地区、品种类型和栽培季别的不同而不同,并应根据基础条件分不同档次去逐步实现邹应斌[ 17] 指出 , 水稻超高产栽培 , 是指在现有高产栽培产量水平的基础上再增产20% 我国南方双季稻区要在现有吨粮田基础上, 实现双季稻1200kg/667m2的超高产目标, 首先应在栽培技术上有创造性的改进, 在栽培理论上形成具有超高产栽培特色的理论体系;宏观上利用电子计算机模拟技术,定性研究与定量研究相结合,微观上利用分子生物学关于植物激素与基因调节的技术以及传统的精耕细作与化学调控相结合3 小麦超高产研究与实践翟凤林 [ 18]指出 ,小麦超高产是指比当地平均单产提高50%左右 , 大面积节省用地和提高肥、水及光能利用率。

如北京地区小麦产量约350～400kg/667m2, 选育大面积产量525～600kg/667m2 左右的小麦品种便是超高产山东省农业良种产业化工程项目提出[ 19] , 小麦大面积示范单产达500kg/667m2, 小面积高产攻关达600kg/667m2 以上 , 是目前小麦超高产育种和栽培的产量指标1997 年山东有8 个县市出现超高产地块, 达到超高产的品种有2 个,龙口有1.16hm2 单产达707.31kg/667m 2,福山有0.194hm 2 单产高达 725.07kg/667m 2 九五”国家攻关课题 “超高产小麦栽培模式研究”中, 山东桓台县2.6 万 hm2 小麦连续3 年突破500kg/667m2, 成为大面积高产先进典型[ 20]自20 世纪80 年代以来,以提高作物光合生产率和提高经济系数为目标的小麦超高产栽培和生理研究十分活跃国内小麦栽培学家根据时间序列法和FAO 生态区划法对我国一些生态条件下主栽品种的小麦生产潜力进行了估算, 认为一般产量在600kg/667m 2 以上但同时指出, 要使这种产量潜力转变为现实生产力,除了不断克服限制因素外, 还必须有目的地调控小麦的生育轨道,协调群体和个体的发展进程, 使小麦生育沿着合理的轨道进行[ 21]。

经多年小麦超高产理论和技术体系的探索,通过选用超高产品种和优化的栽培技术体系, 各地不断出现小面积规模的超高产典型,说明我国小麦单产600kg/667m2以上的超高产栽培是可能的扬州大学等有关单位协作进行超高产栽培的攻关研究[ 22,23], 河南省武陟县连片0.68hm2 的徐州9233、陕农354 实产超过600kg/667m 2 , 达到超高产水平江苏省徐州、连云港两地的徐州24 号和徐州9233 ,不仅出现了百亩连片超550kg/667m 2 , 其中小面积也突破了600kg/667m2 据单玉珊 [ 24]报道,其于 1981～ 1995 年在山东龙口用烟农15 号进行小麦高产栽培研究期间, 先后有2 次试验结果达到超高产水平1982 年乡城南王767 .05m2 早茬半精播小麦,验收实产694 .5kg/667m 2 ;1992 年中村龙化 2254.46m2 晚播独秆栽培小麦, 验收实产达648.61kg/667m 2 自 1996 年起 ,转入超高产研究阶段1997 年在龙口市前诸留村高产攻关田里,平均单产707.3kg/667m 2 ,其中 1940 .97m 2 获单产731 .73kg/667m2,首创国内平原区冬小麦单产最高纪录。

1999 年莱州市金海作物研究所的莱州137 高产攻关田 , 实打验收1554.11m 2 , 获单产773 .86kg/667m2, 再次刷新上述纪录 为期8 年的小麦超高产研究,先后完成13 处试验 , 均达到或接近超高产水平因此 ,把当地小麦超高产的产量大致确定为641kg/667m 2 ( 晚茬麦超高产下限)至 871kg/667m 2 (早茬麦光温生产潜力)近年来 , 我国已在小麦超高产栽培技术以及超高产栽培生理研究领域 , 特别是关于小麦超高产栽培生物学和遗传学基础、产量构成理论及小麦超高产突破点等方面 , 均取得了显著成效[ 21～ 25]4 玉米超高产研究与实践陈举林[ 26] 指出 , 玉米超高产栽培 , 目前较公认的指标是:黄淮区夏玉米在肥力较好的条件下, 中。