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节水50%降碳90%,这居然是水稻做到的!
日期:2022-06-15 作者:未知 来源:中国环境 点击:
 
节水50%!降碳90%!
栽培稻有了新的突破——节水抗旱稻,由上海市农业生物基因中心原创研发,去年荣获国家科技进步一等奖。
那么节水抗旱稻是如何做到节水、降碳的?本报记者专访上海市农业生物基因中心首席科学家罗利军。
为什么研发节水抗旱稻?
水稻是重要的粮食作物,全世界超过100个国家生产水稻,超过半数以上的人口以稻米为主食。我国作为水稻生产大国,发展水稻生产,是保障国家粮食安全的重要措施。
目前,我国已有旱稻、水稻两种生态类型。
为什么还要研发节水抗旱稻?
如今,全球水资源短缺,我国更是缺水大国,水稻生产用水不足已成为继耕地之后,制约农业发展的重要因素。其次,并不是所有稻田都具有灌溉水的条件,加上干旱的频繁发生,会导致抗旱性差的品种严重减产。
旱稻和水稻的优劣势显而易见。罗利军进一步解释道:
旱稻虽然需水量低,但是在植物适应环境的过程中,生产力与抗旱性是很难兼顾的一对矛盾。
当植株感应到干旱胁迫时,其自身会激活许多适应反应,以确保在干旱条件下提高生存率。但是,这些适应反应往往会损害植物的生长、发育和繁殖。另外,为了保持体内较高的水分,关闭气孔往往是植株应对干旱的一种策略,但在关闭气孔的同时,减少了光合作用,降低了碳同化,从而导致产量低、米质差。
反观水稻,通过严格的人工选择,产量高、米质优良,抗病虫害能力强,但是其抗旱性、特别是避旱性(植株在干旱条件下通过减少失水或维持吸水以保持高水势的能力)丧失。
节水抗旱稻就是结合了水稻和旱稻优良特性的新的品种类型,在水稻科技进步的基础上,通过“目标性状交叉选择”,整合旱稻的节水、抗旱和耐直播等优良特性而成。目前在安徽、湖北、浙江、海南等地每年种植面积已超过300万亩。
如何节水?如何抗旱?
提到节水,罗利军表示,与抗旱性和产量能力相关的水分利用效率(水稻消耗单位水分所能产生的籽粒产量)是必须关注的。
据罗利军介绍,我国有4亿多亩的水稻种植面积,其中70%是中低产田(易受环境胁迫影响,特别是遇到干旱大幅度减产甚至绝收),我国育成了大量的超级稻,产量潜力很高,但全国的平均产量多年来一直维持在每亩400多公斤。
环境不好,高产的潜力就发挥不出来。
“平均来看,一般水稻品种生产1公斤稻需要1吨灌溉用水,节水抗旱稻可以做到1吨水生产1.36公斤稻,加上有效利用降水,水分利用效率大幅提高。在水田种植节水抗旱稻,可实现不淹水栽培,在节水50%的情况下,亩产可达到700—750公斤。”罗利军说。
此前也有研究表明,近年来育成的节水抗旱稻品种具有较高的水分利用效率。在同等产量水平下,籼型杂交节水抗旱稻“旱优73”较籼型杂交水稻“H优518”节水20%;粳型常规节水抗旱稻“WDRl29”较同类型水稻品种“扬粳4038”节水40%。
除了节水,耐直播、易栽培的特性也促使其抗旱性得以提升。
“传统的旱稻种在山上,不需要插秧,种子一撒就可以了。但是水稻需要泡在水里。而节水抗旱稻,综合了二者的优势,在旱地,采用‘旱直播旱管’的种植方式,整个生育期不需要淹水,可实现亩产500—550公斤,具备较强的抗旱性。”罗利军说。
旱管种植,兼顾减污降碳
 
种植水稻会破坏环境?
传统水稻种植要经历育秧、转运到大田进行移栽这两个过程,全生育期,除最高分蘖期短时期晒田外,大多数时期都是淹水种稻。
根据2021年3月,生态环境部、农业农村部有关司局负责同志就《农业面源污染治理与监督指导实施方案(试行)》答记者问,农业面源污染物以氮、磷营养物质为主,利用好了对农业生产是一种资源,只有进入受纳水体或在土壤中过量累积,才是污染物。
因此,在长期淹水环境下,随着化肥施用量的增加,种植业面源污染越来越严重。
据罗利军介绍,由于节水抗旱稻不需要淹水种植,且特别在水分敏感期有降雨则完全不需要灌溉的优势,使肥料中的营养物质很大程度上会固定在土壤里,降低了流动性。再加上其根系发达,特别是吸收土壤中的磷元素的能力大幅度增强(例如,与同样旱种的玉米相比,节水抗旱稻旱管种植模式由于施肥量较低,可减少氧化亚氮排放量11%。),既能提高肥料利用率,促进化肥农药减量化,还能减少环境污染。
此外,节水抗旱稻对环境友好还体现在能够降低碳排放。
的确,种植水稻会产生甲烷气体。
可是,这并不代表保证粮食稳产增产和降低碳排放之间存在冲突。
节水抗旱稻,便是鲜活的例证。
“其旱管种植模式,将原来的厌氧环境变成了好氧环境,旱作后土壤透气性好,土壤里面的有机质很少或者基本上就不转换为甲烷了,甲烷菌活性下降。”罗利军解释道。
罗利军告诉记者,根据数据计算,与传统水稻相比,1亩稻田甲烷排放基本降低90%—95%,按照甲烷和二氧化碳当量1:28的比例,能够少排大概400公斤二氧化碳当量的温室气体。
在确保稻谷产量的前提下,该模式为目前已知稻田甲烷减排效果最好的方法。罗利军还向记者提供了两个实例:
2019至2020年,上海市农科院生态研究团队和上海市农业生物基因中心一起,针对安徽省亳州、蚌埠、滁州、淮南、合肥、安庆、铜陵七个地区种植节水抗旱稻进行了二年的碳减排效益评估。
结果表明,稻田主要温室气体成分甲烷的排放量降低达97%。虽然另一种温室气体成分氧化亚氮排放略有增加,但综合温室气体(即包括甲烷和氧化亚氮)减排达92%。
2019年在安徽省现场实测数据的基础上,利用IPCC(联合国政府间气候变化专门委员会)推荐的DNDC生物地球化学过程模型对节水抗旱稻的温室气体减排效果进行了模拟计算,结果表明,可减少51.6万吨二氧化碳当量的温室气体排放。
可见,与常规水稻淹灌相比,节水抗旱稻旱管种植模式不仅节约了水资源,还能为我国稻田生产实现“双碳”目标提供强有力的科技支撑。
积极探索,谋求稻作高质量发展
2021年11月,农业农村部农业生态与资源保护总站首次以减排固碳为主题发布了农业农村减排固碳十大技术模式。
节水抗旱稻便用到了其中的稻田甲烷减排技术,主要采用高产低碳的品种,实现旱耕直播,控水栽培,对于稻田甲烷减排具有重要意义。
在应用前景方面,罗利军表示,节水抗旱稻旱地种植,可优化调整种植结构,实现增值增收。例如,在我国长江、淮河流域以及其它地区,有大量的低洼易涝旱地,传统上以种植玉米和大豆为主。但由于没有排灌设施,遇降雨易形成涝害,而发展“玉改稻”(以节水抗旱稻取代玉米)种植模式,便可实现旱涝保收。此外,山改田种植,还可拓展水稻种植空间,实现高质量占补平衡。
“下一步,节水抗旱稻要朝着拓展水稻种植面积1亿亩、增加稻谷500亿公斤、节水200亿吨、减碳200亿公斤的目标发展。”罗利军说。
另外,记者发现,一些地区也在积极探索新模式,推动水稻绿色生产和污染治理。
江苏省常州市武进区雪堰镇新康村,作为省级生态文明建设示范村与生态循环农业试点村,探索水稻绿色丰产与化肥面源污染管控“双目标”的协同实现,发展了农田氮磷面源污染控源减排,农业废弃物循环利用,稻鸭、稻渔共作示范等农业绿色生产模式,建立了生态护坡、生态湿地等示范工程,打造了“古村新康”生态大米品牌;将化肥氮磷管控“源头减量—过程拦截—养分回用—生态修复”技术融合到水稻生产全程。
浙江省平湖市农开区(广陈镇)因地制宜在龙兴村叶家浜试点推广“漂浮稻田”,即在浮岛上进行水稻种植,是一种新型的水稻种植模式,不仅可以扩大粮食的种植面积,还能起到净化水体水质的作用,助力农业面源污染治理。
关于未来低碳稻作该如何高质量发展,罗利军也提出了他的看法:
在育种上,进一步提高品种的抗旱性、产量潜力和稻米品质,增加对不良环境的抵抗性;在栽培上,建立低碳栽培技术体系,包括不同生态环境的水肥施用技术、机械化种植技术、可降解膜覆盖技术等;在政策支撑上,将稻田降碳纳入碳交易平台,使农民种稻不但有稻谷收成,还能从碳交易中得到收益。
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