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[科技] 走入非洲的节水抗旱稻为啥能打?节水40%、减少甲烷排放70%|地球呼叫

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天汉 发表于 2023-12-21 16:00:00 | 显示全部楼层
 
焦点要点


走入非洲的节水抗旱稻为啥能打?节水40%、削减甲烷排放70%|地球呼唤 第1张图片


面临急剧变化的全球天气,食粮平安题目遭到普遍关注。在刚刚竣事的COP28上,134个国家便签订了《关于韧性食粮系统、可延续农业及天气行动的阿联酋宣言》,在应对天气变化的同时支持食粮平安。
其中,供给了全球近50%生齿食品来历的水稻,作为我国甚至天下上最重要的食粮作物之一,其在天气变化布景下面临的危机不容轻忽。
而应对天气变化首要触及两方面工作,一方面是减缓,一方面是顺应。刘灶长和他的团队一向努力于研发与推行节水抗旱稻,以应对天气变化的应战,以下是刘灶长的分享。
报告人:刘灶长丨上海市农业基因中心研讨员
一、千年水稻的品种创新史:减产是关键

1.水稻若何更新换代?

水稻作为人类赖以保存的首要食粮作物,赡养了全球一半以上生齿,是成长中国家,出格是比力贫困落后国家的首要食粮。
水稻起源中心位于中国、缅甸、印度等交界地区,最早从野生稻演变成长的是籼稻亚种,后来人们在高纬度或低纬度高海拔山区生产活动,籼稻进一步演酿成短圆粒型的粳稻亚种。
天下上90%的水稻产区在东北亚、东亚、东南亚、大概南亚等地区。这些年来非洲经济逐步成长,炊事习惯和食粮消耗结构发生了变化,表示为大米消耗量逐步增加,非洲大陆的水稻种植地区也有扩大趋向。
种植稻分为亚洲种植稻、非洲种植稻两个种植种。非洲种植稻在商品水稻品种中份额很是小,几近可以疏忽不计。亚洲种植稻产区很多,而且别的水稻产区的水稻根基也是来自于亚洲种植稻种,来自非洲种植稻的量少少。亚洲种植稻有籼稻和粳稻两个亚种,进一步分化出了水稻和陆稻变种或称为生态型。
水稻生活在沼泽低洼地域,今朝东南亚首要水稻产区都是这一范例。陆稻在东南亚山间旱地丘陵散布,包括梯田,有很是好的顺应性,耐旱性,可是产量低,而且稻米品格比力差。
曩昔70年来,水稻品种发生了很大变化,出格是出现了4个明显的品种成长阶段。
走入非洲的节水抗旱稻为啥能打?节水40%、削减甲烷排放70%|地球呼唤 第2张图片


1950年月是高秆品种,随着水稻绿色反动的成长,60年月矮秆品种出现并取代了高秆品种,80年月杂交稻品种出现,1990年以后提出了超级稻品种的概念。
从高秆到矮秆,到杂交稻,超级稻,随着每一次品种的更替,水稻产量水平大幅度进步。现代稻作产业傍边的物资消耗,出格是水资本和肥料的消耗比力高,但肥料操纵结果却仍然很是低。
2. 品种创新面临的窘境

水稻品种创新进程傍边有两个特点:高度机械化和高化学品投入。
各类除草剂、农药等的投入,使得水稻生产本钱增加的同时对情况形成影响,最明显的是面源净化题目。
超高产物种的推行需要大量浇灌和肥料投入。施肥少,水稻长不起来,就很难表现这个品种的高产性能。可是肥料三要素氮磷钾的操纵效力却比力低,均匀有2/3的营养没法获得操纵。
情况好的话,这些营养能保存在土壤傍边;欠好的话就随着降雨或土壤渗透等流失到情况里,这就是施肥过量及操纵率低致使四周的水体富营养化。氮磷的排放致使蓝藻众多,水质下降,这就是农业生产中轻易酿成的一种净化现象,所谓面源净化。
还有一个题目是温室气体的排放,出格是甲烷。土壤傍边有机质陪伴着稻草、秸秆的还田,在高温厌氧的条件下发生甲烷并排放到大气中。甲烷发生的温室效应,比二氧化碳高25倍以上。IPCC 1996的报告,说稻田甲烷排放占人类活动甲烷排放的5-20%之间,因地因天气等身分而变化。
同时,由于天气变化,水稻生产进程中也常遭受干旱缺水的风险,像播种期间以及分蘖期、成熟期,假如遭受干旱,城市使水稻减产。
面临这样的题目,我们一方面要生产充足的食粮,增加食粮产出、满足不竭增加的社会需要;另一方面要应对天气变化,庇护情况,让水稻生产可以持久、有用、持久成长,这简直是个应战。
2003年我们中心的首席科学家罗利军研讨员率领团队起头培育节水抗旱稻。简单来说,节水抗旱稻是属于水稻和旱稻的中心范例,左侧是水稻,右侧是旱稻,山坡旱地上生产,靠降雨来满足水份需要。
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二、扬长避短的节水抗旱稻:更低碳、散布范围更广

1. 节水抗旱稻优良在那里?

在土壤湿润的状态下,节水抗旱稻产量和普通杂交水稻水平相当。别的由于其耐旱性的特点,在旱地大概在土壤略有升沉、不服整的旱地也能种植。
耐旱性的特点让这一品格具有普遍的顺应性,种植进程傍边这类范例的水稻品种对于营养出格是肥料的耐受性不那末强,它不需要那末多营养,氮肥、尿素等化学施肥量只要普通水稻2/3的水平,也就说省肥近3成。
从上世纪80年月提高杂交水稻今后,产量较长一段时候增加不明显,根基障碍,后来提出要更高产的育种方针,逐步提出并培育出超级稻这一品品种型。可是超级稻现实上是高产比赛的成果,在雨水不充实的天气条件下难以实现超高产的方针。
绿色超级稻是那时中国农科院黎志康教员及华中农大张启发院士结合我们团队等各方配合介入培育并提出的概念。它与超级稻的产量水平相当,但削减了对水份的需求和依靠,削减对化学肥料的用量,进步水肥的操纵效力,同时抗病、抗虫,对氮磷等的操纵效力获得增强。
今朝,国内节水抗旱稻的推行比力成功,每年种植面积差不多200到300万亩。经过近20年的育种尽力,今朝培育的节水抗旱稻,有籼型、粳型的节水抗旱稻。也有常规品种和杂交品种;粳稻型节水抗旱稻也有常规品种和杂交品种,为种植供给了便当,实现了更高产的方针。
总结来看,节水抗旱稻和普通的水稻种植特征相比,可以从四个方面来考量。
一、水份操纵。种植节水抗旱稻,即使田间没有水的情况下也不需要经常额外注水,只要连结土壤湿润即可。常规水稻生产用水占农业总用水量的70%,农业用水占总用水的70%,水稻生产消耗百姓经济用水量的近50%。经过我们树模以及研讨成果来看,节水抗旱稻可到达节水40%以上,甲烷排放削减70%以上。土壤中过剩营养没有被当季水稻吸收的话,不会轻易排放到周边水体傍边,削减面源净化。
二、肥料操纵效力。节水抗旱稻今朝对肥料不是很敏感,施肥量与普通水稻相比节省约30%,和日本的水稻生产傍边的氮肥大概别的化学肥料利用水平相当。
三、种植方式灵活。除了移栽之外,可以用省工省力省本钱的直播方式来种植。
四、低碳排放。它不但可以应对天气变化带来的降雨不法则大概降雨削减等晦气于农业生产的天气条件,在生产进程傍边,这一品种的种植,使得田间的温室气体出格是甲烷的排放大大削减,对减排有重要进献,而别的像二氧化碳、氧化亚氮的排放量和普通水稻的水平相当。
除此之外,相信大师还很关心水稻口感。传统概念上旱稻口感欠好,米饭比力坚固、比力分离,没有嚼劲。口感作为育种方针停止改良今后,这些题目都可以获得很好的处理。
比如说WDR 73这个节水抗旱稻品种的大米,经过杂比武段把耐旱基因经过导入水稻傍边以后,口感和大大都市道上的水稻相比来说更好,有一定黏性,支链淀粉多,大米就比力松软。对于大大都稻米消耗者来说,偏向于有点嚼劲,有点黏性,水煮久了不会烂的米质。
走入非洲的节水抗旱稻为啥能打?节水40%、削减甲烷排放70%|地球呼唤 第4张图片


我们在育种进程傍边要作为方针来停止改良,假如不改良的话能够会口感不太好。非洲的大米饮食习惯不太一样,他们首要做炒饭,吃硬质大米更合适他们的饮食习惯,可是我们底子吃不下去,米质还是靠育种方针。
2.节水抗旱稻散布在那里?

今朝节水抗旱稻已经遍及水稻生产的三个首要地理地区,华东华中水稻产区,包括长江中下流和淮河流域盆地,西南稻区以及北方稻区。粳稻的种植地区,在北方包括新疆,也起头树模种植粳稻范例的节水抗旱稻。
走入非洲的节水抗旱稻为啥能打?节水40%、削减甲烷排放70%|地球呼唤 第5张图片


国内利用归纳起来,一般水稻种植地区可以停止水田直播节水抗旱稻,直播后20天今后幼苗群体已经起来了,有些地方能够发展比力稀疏,可是经过施肥治理、前期群体自我调理,可以实现较高产量。
安徽淮河流域可以停止旱直播,小麦收以后复种节水抗旱稻,麦稻一年两熟、多熟种植,进步食粮产量,既有夏粮也有秋粮。这是在东北的稻区,操纵旱直播的方式种植节水抗旱稻比力典型的方式。
还有个重要利用处景是南方的山改田大概叫新改田。南方有些地方耕地占比很是低,出格是随着经济成长,随着产业扶植用地的增加,希望可以将山坡地和低丘陵停止转化,开垦成类似梯田式的耕地,这类现象在浙江、湖南、广西这些地方比力多。像浙江义乌、金华等地开垦的标准梯田,革新本钱也比力高,1亩本钱得十几万,甚至要20万,在经济比力发财的地方,简直可以停止这样的理论。虽然短期的投入高,从久远好处来看是可行的,这样的山改地首选的先锋作物就是节水抗旱稻。在坡地停止直播种植,产量也很好,根基每亩可达400千克,好的话有600千克。图片就是节水抗旱稻在新改田的普遍利用。这是节水抗旱稻在山区陡坡地的利用情况,比如贵州,从照片中可以看到坡度都很陡。
走入非洲的节水抗旱稻为啥能打?节水40%、削减甲烷排放70%|地球呼唤 第6张图片


三、中国稻走入非洲:助力非洲实现食粮自力更生

1. 节水抗旱稻为何进入非洲?

为了贯彻落实“一带一路”,我们还带着节水抗旱稻走入非洲。非洲大大都地方海拔在1000米以上,我们在高海拔的地方也停止了模拟种植试种,在贵州的种植情况是,有得天独厚的天气条件与土壤条件,产量会增高。
农业成长是国家“一带一路”倡议的重要组成部分,从上世纪70年月起头,各个地方都有展开援非的工作。之前的援非主如果“输血”,把中国的水稻推行到非洲去。70年月一向到现在,中非农业合作范畴越来越重视农业高科技的投入,比如说农业树模区的扶植,包括种植业、养殖业在内的树模区扶植。
农业树模区扶植,简单来说就是划拨一定的地盘,比如100亩的范围扶植树模园区大概是扶植类似农业研讨所这样性质的机构,中国派专家到现场,帮非洲培训农业专业技术人材。但在理论进程中,树模区的扶植感化仍有限,对于非洲国家来说他们更轻易感遭到产业项目、根本设备扶植等项目带来的直观影响,可是对于广大农民来说感受不到树模区给他们带来的感化。2016年陪伴中国企业走进非洲的科技活动,我们起头摸索并保举推行节水抗旱稻这项工作,想看看节水抗旱稻能不能帮助处理非洲的食粮题目。
非洲食粮生产和供给的重要特点是是根基靠进口。非洲稻米消耗虽然在增加,但很多地方没有稻米生产,比如说南非博茨瓦纳的稻米消耗在增加,但都是从东南亚、美洲进口大米,给经济带来负担。很多成长中国家都在担忧自己的食粮平安题目,一旦国际上货源遭到影响大概卡断的话,食粮进口就会遭到影响。
在这些应战下,很多非洲小的国家也提出要食粮自力更生,希望操纵自己的地盘资本来生产食粮。
第二个特点是水田很少,但后备耕地资本很是充实。虽然在很多人印象傍边,非洲大地是很是干旱、酷热的地方,但这实在主如果在北非的地区,中东非还是有大片很是好的地盘资本,有一定的坡度,阳光充沛、雨水充分,食粮生产潜力很是大。
面临这些情况,能够的处理计划一是进修亚洲水稻种植经历,开辟高产稻田。可是本钱投入很是高,浙江现在山改田的本钱是10万-20万/亩。假如在非洲,哪怕本钱减半,对非洲国家今朝也是很是大的经济负担,而且支出也比力慢。
二是短期内扩大食粮种植面积,在地步不服整的情况下,在自然降雨的条件下种植水稻,这是加倍现实、加倍可行的路子,但这类处理计划的题目是缺少合适这类条件的良好品种。
肯尼亚在水稻种植上比力好,欧洲以及印度殖民贩子把亚洲水稻带曩昔,开辟了一部分水田,可是面积很是少,现在只要2万公顷。未来为了满足食粮生产的方针,实现食粮自力更生,需要扩大到100-200万公顷的水稻种植面积。
假如要扩大到这么大的面积,最好的方式是雨养条件下种植,在今朝有自然坡地的情况下,在旱地上展开水稻种植。肯尼亚、中东非这类地方加入了湿地庇护公约,低洼地方也要连结湿地,淹水种植蚊虫出格多;旱种处理了蚊虫的题目,削减了对当地居民的健康威胁。
2.中国经历若何在非洲生根发芽?

下图是我们在乌干达芦苇罗节水抗旱稻的种植农场。这个水稻农场有个特点是土壤很是好,地盘比力平展,可是土壤铝毒出格利害,淹水的情况下迫害感化更强,致使水稻生产进程傍边秧苗插下去今后不分蘖,会坐蔸。
在这类情况下,最好是让它四周的水排掉,所以在旱作的状态下,可以处理水稻的健康题目,让产量有更大的提升。该农场自2019年起头一向在种植节水抗旱稻,有育秧,也有直播种植,每年有很多的稻谷产出,一年可以种2季。除了芦苇罗的农场之外,在非洲最大的淡水湖泊维多利亚湖边上也有大面积种植。
走入非洲的节水抗旱稻为啥能打?节水40%、削减甲烷排放70%|地球呼唤 第7张图片


这里我分享一个小农户种植节水抗旱稻的故事案例,乌干达北部Arua地域的农户Dalili从2019年起头种植了10英亩的节水抗旱稻,现在整体投入很是少,我把施肥量零丁拎出来说,氮磷钾的施肥量每亩只要1点多千克,大如果中国稻田施肥量1/10的水平,可是产量可以到达300多千克,种植面积已经扩大到60英亩。
走入非洲的节水抗旱稻为啥能打?节水40%、削减甲烷排放70%|地球呼唤 第8张图片


在非洲的其他地方,像博茨瓦纳,天气上比力干旱,发展季节比力短。南半球的水稻发展季节根基在11月份到4月份,可是经过了两年的尽力,也种植成功了。
走入非洲的节水抗旱稻为啥能打?节水40%、削减甲烷排放70%|地球呼唤 第9张图片


整体来说,节水抗旱稻是很是有远景的水稻品品种型,有助于非洲在当前条件下实现食粮自力更生。此外,节水抗旱稻还可以应对天气变化,意义是既可顺应变化的天气,又能经过田间土壤的减排,下降未来天气变化的风险。
(以上整理自盖茨基金会全球健康与成长媒体钻研班的分享)
整理人:王嘉欣


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