作者:张正斌 来源:科学时报 发布时间:2009-6-24 8:55:36
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张正斌:应加强水旱兼用型作物品种的选育和利用

 
编者按:
 
北京市水务局局长程静日前透露,南水北调引长江水进京将推迟到2014年,未来6年北京等华北地区的水资源紧缺形势将更加严峻。因此,在华北平原如何高效利用有限的水资源已成为一个重要课题。中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心研究员张正斌建议,加强水旱兼用型品种的选育和利用,发挥生物节水高产的潜力。这一建议对华北平原地区粮食安全和现代农业的可持续发展有一定的指导意义,本报全文发表,以飨读者。
 
中国干旱问题
 
长期存在 挑战粮食安全
 
我国耕地面积50%以上是旱地。干旱地区十年九旱,半干旱地区三年一小旱、十年一大旱;近年来南方也出现严重干旱。我国近10年已经有30多个省份出现过严重干旱,例如,2001年湖北发生百年一遇的大旱,2003年广东发生50年一遇的大旱;2004年除西北地区东北部发生严重春旱,东北西部、内蒙古东部发生百年一遇的春夏连旱;2005年海南发生50年一遇的大旱;2006年重庆发生百年一遇的大旱;2007年江西发生50年不遇的秋冬大旱;2009年我国北方和云南省都出现了50年一遇的干旱。
 
国务院2008年发布的《中国应对气候变化的政策与行动》白皮书指出,气候变化已经引起了中国水资源分布的变化,气候变暖可能将增加中国北方地区干旱化趋势。水资源短缺日趋加剧已经成为我国农业和国民经济的发展瓶颈。
 
目前,全国每年农作物受旱面积4亿亩左右,成灾面积1.8亿亩,因干旱损失粮食约300亿公斤,经济损失超过1000亿元,直接挑战粮食安全。
 
由于气候干旱,降雨量逐渐减少,北方水资源有明显的严重短缺并难以恢复的趋向。
 
例如,华北平原产粮大省之一的河北省,年降雨量从上世纪50年代的600毫米,到现在减少到500毫米左右。外来客水锐减,已经由上世纪50年代的99亿立方米以上减少到现在的不足30亿立方米。但全省的总用水量却在急剧增加,由上世纪80年代的100多亿立方米,增加到2002年的229亿立方米。
 
在地表水资源不能满足的情况下,只能靠超采地下水维持。到2005年,河北省地下水超采量已经达到1200亿立方米,每年超采地下水50亿立方米,预计到2010年,全省平水年将超采70亿立方米。由于地下水长期超采,河北省地下水漏斗区有18个,总面积达到77970平方公里。冀枣衡漏斗已经成为华北地区最大的地下水漏斗,地下水位埋深已经接近100米。这些漏斗区地下水位以年均1米左右的速度在快速下降(图1)。
 
另外,近年来,河北省还向北京多次调水。去年,北京从河北引水2.25亿立方米,使用水紧缺得以暂时缓解,今年年中,这批“河北水”将饮用完毕。由于南水北调引长江水进京推迟到2014年,使未来6年北京等华北平原地区的水资源紧缺形势更加严峻。
 
在今后几年里,从河北等省再给北京调水势所难免。再加上部分水资源污染等问题,更加剧了水资源的短缺。如果没有大量外来引水资源补给,河北省靠地下水发展的局面在未来20年估计难以改变。华北地区已成为全国人均水资源最少和严重缺水的地区。
 
目前,黄土高原和华北平原的粮食安全是建立在多变低水的自然降雨和超采地下水的基础之上。随着气候干旱和地下水资源短缺,粮食安全无疑成为我国政府长期担心的问题。
 
选育和推广
 
水旱兼用型作物品种的重要意义
 
减少抗旱损失不外乎两个途径:一是发展水利,增加节水灌溉面积,进行工程节水,这方面投资大,区域效益大,但难以在短期内实现。二是种植抗旱节水高产品种,进行生物节水,投资少,可以更大面积推广。小麦是我国夏粮首要作物,生育期间一般普遍干旱少雨,夏粮丰收对确保我国粮食安全有重要作用。一般夏粮受旱严重的地区,基本是在黄土高原和黄淮流域小麦主产区。今年我国北方麦区春季受旱,水地小麦品种明显表现抗旱性较差,受旱后叶片发黄容易死苗,减产幅度大;而耐旱和水旱兼用型品种抗旱性较好,受一定程度的干旱后,叶片青干而不发黄和不容易死苗,对产量影响比较小。因此,加大水旱兼用型小麦品种的选育和推广利用,可以减少干旱损失,对我国夏粮安全保障有重要意义。
 
华北平原是我国最大的优质小麦生产和出口基地,也是我国小麦食品加工的最大基地;同时是我国灌溉小麦面积最大、产量水平较高的地区;又是农业机械化跨区联合作业最大的地区。由于长期依靠地下水灌溉增产,因此也是我国干旱缺水比较严重的地区,以及水资源和粮食安全矛盾最突出的地区。因此,该地区急需选育和推广水旱兼用型优质小麦品种。
 
华北平原地区是我国第一大小麦—玉米带,由于小麦生育期一般都干旱缺雨,为了获得中高产,应该扩大种植水旱兼用型高产小麦品种和对小麦进行节水灌溉。玉米生育期一般雨热同步,应该扩大水旱兼用型高产玉米品种种植,可以不灌溉和少灌溉,实施玉米旱地节水种植。玉米生产对我国饲料安全、畜牧业健康稳定发展,对生物能源、生物制药和化工产品的快速发展都有重要意义。黄淮海地区应该是现代节水农业和优质农产品发展的重点地区,加大水旱兼用型优质小麦和玉米品种的培育和利用,进行小麦—玉米抗旱节水一体化简化技术配套措施研究,对我国应对金融危机和粮食危机,拉动内需,保持经济平衡加快发展有重要意义。
 
华北地区应该做到抗旱节水并重,其共同目标是实现水资源的高效利用,提高水分(自然降水和地下水)利用效率,让每一滴水生产出更多的粮食。针对我国北方干旱缺水日趋严重的问题,我们提出了旱地农业研究中应该有三大观念的转变:一是从缺水到缺肥;二是从缺水到提高水资源利用效率;三是从抗旱到高水分利用效率育种的观念转变。从被动的耐旱性研究到主动的抗旱性研究再到节水研究,在未来必将转向水分高效利用研究。
 
在旱地农业方面,要提倡雨水集流和高效利用,发展有限灌溉,扩大旱肥型和水旱兼用型品种种植,获得中高产。在节水农业方面,要改大水漫灌为节水灌溉,减少高水肥品种种植面积,扩大水旱兼用型高产品种推广,减少倒伏、减少病虫害、提高收获质量和品质;获得节水高产优质高效多赢。因此,无论在旱地和节水灌溉地区,都大量需要水旱兼用高产型品种。
 
目前,旱地小麦等其他作物育种经历了从抗旱耐瘠低中型→旱肥型→水旱兼用型育种方向的转变。许多水地高产育种单位也开始注重节水高产和水旱兼用型作物品种的选育,在许多水地高产新品种介绍里也包含了节水高产的特性和适宜节水灌溉的情况,这是我国近年来在生物节水方面取得的重要成果。
 
关于水旱兼用型品种的选育和栽培方法,在我国大致形成于上世纪70年代。国际小麦玉米改良中心和国际水稻中心近年来也利用水旱地品种杂交,水旱地交替栽培和选择的方法来进行小麦、水稻育种栽培研究。选择优良旱地品种作为亲本提供抗旱节水基因,选择水地品种作为亲本提供高产基因,通过杂交育种和转基因工程,可以将抗旱节水基因和高产基因组合到一个品种里。在旱地条件下筛选抗旱性,在水地筛选丰产性,通过水旱地交替选择,选育出来的品种,就兼具抗旱节水性和高产性。
 
在小麦方面,李振声院士通过大量调查,也肯定了小麦一水(灌溉一次)千斤的节水高产经验。在华北平原,我们通过10年的节水高产研究表明,有些水旱兼用型小麦和玉米品种在节水条件下可以实现吨粮田。对大量抗旱节水品种的筛选结果表明,小麦品种石家庄8号、衡7228、衡95观26、临丰615、晋麦79、长6878等在华北平原是水旱兼用型高产品种,旱地每亩稳产400公斤,灌溉一水亩产500公斤。例如,2008年,长6878在山西省千亩方中5亩实收测产,创旱地亩产618.4公斤的高产纪录。在玉米方面,在不灌溉条件下,浚单20、冀玉9号、农大108和农大84等都可以亩产500公斤,这些都是水旱兼用型玉米优良品种。
 
小麦高产要走出多灌溉就高产的误区。小麦是耐旱作物,农谚道:“麦收八(8月份,播种雨)、十(10月份,分蘖雨)、三(3月份,拔节雨)场雨。”这是在旱地条件下的基本要求。在小麦—玉米灌溉地区,因为前茬玉米耗水较多,在这三场雨的基础上,一般应该加上播种水和拔节期有限灌溉就可以稳产高产。近年来气候变暖,应该减少冬灌,防止小麦旺长,后期要进行联合收割机跨区作业,要减少麦黄水灌溉,防止倒伏发生,提高收获质量。小麦高产并非灌溉次数和灌溉量越多越好,小麦大部分品种灌溉一水明显增产,灌溉二水增产幅度不大,部分品种灌溉三至四水,还导致病虫害和倒伏严重发生。小麦在低洼易涝地和多雨年份反而减产,供水并非多多益善。风调雨顺是关键,降雨和灌溉水并不是越多越好,关键时候降雨或者灌溉最重要。
 
水稻目前是我国第一大作物,南方许多地区季节性干旱缺水问题对我国水稻生产影响很大。国内外对旱稻都很重视,巴西政府曾经将巴西旱稻作为国宝赠送给李鹏总理,在中国推广种植。在水稻节水灌溉种植方面,通过大量研究表明,水稻旱种和节水灌溉,照样可以获得中高产。水稻并不是要充分灌溉,要一水到底,可以采用旱地育秧、浅薄水灌溉、干湿交替等节水技术高产优质。在水稻节水育种方面,近年来也受到了很大的重视。例如,上海市农科院罗利军研究员课题组培育出了杂交旱稻,在抗旱节水、产量和品质方面表现优异,值得扩大推广。近年来张启发院士大力提倡培育兼具抗病、抗旱、营养高效利用、优质高产的“绿色超级稻”。在我国南方和东南亚地区就有大量的旱稻资源,在南方望天田抗旱增产中发挥着重要作用。另外南方许多地区存在季节性干旱,也应该改水生植物水稻等为旱稻、玉米等其他需水量较少但产量比较高的作物,要利用生物节水来抵御干旱。
 
我国目前的灌溉面积是50%左右,随着水资源的短缺,非充分灌溉面积将逐步增多。因此,扩大水旱兼用型品种种植,节水同时高产,利多弊少,是科学发展观在现代农业中的必然选择和体现。
 
目前存在的问题与展望
 
目前,作物抗旱节水育种基本都是在地市级农科院基层单位进行,力量和技术明显薄弱,国家和省农科院都主要抓水地高产育种和超高产育种。旱地育种侧重于耐旱中高产育种,适宜范围有限。水地育种侧重高水肥高产潜力育种,在灌溉地区遇到干旱年份容易遭受到严重损失。少数地处非充分灌溉地区的单位进行水旱兼用型品种选育。因此目前水旱兼用并不多,水旱兼用型育种还没有成为主流育种方向。
 
目前我国还没有将抗旱节水高产育种列为育种攻关项目,或者产业化项目,进行统一组织,协作攻关。许多小的作物都得到了很大的经费支持,但抗旱节水小麦等作物育种和产业化并没有单独列项,也没有得到大力支持,都归高产育种专家和单位管理。另外,抗旱节水品种的推广效果并不理想,而这主要来源于认识上的误区,许多干部群众以为抗旱品种即低产品种,种植效益不高。其实,旱地品种在水地不一定低产,而水地品种在旱地通常不高产,甚至还不如旱地品种;而水旱兼用型品种可以在旱地和少量灌溉地区进行种植,抗旱节水高产。目前,国家对于种植优质小麦的农户给予一定补贴,对抗旱节水品种的推广种植没有政策鼓励和补贴,因此建议政府列出专项经费,加强水旱兼用型品种的选育和推广,在长期干旱的条件下,保障我国粮食持续稳产高产。建议国家像重视水利建设和水地高产优质育种那样,加大水旱兼用型优质品种的培育与推广:
 
⒈设立水旱兼用型优质高产作物品种选育和推广专项课题或产业化项目,在黄淮海不同生态地区分别建立水旱兼用型优质高产小麦、玉米示范基地,加大培育、推广力度。
 
⒉采用抗旱节水生理、生化等现代化手段和抗旱节水基因快速鉴定技术,对已有的水旱兼用型优质高产小麦、玉米品种进行鉴定,筛选出适宜黄淮海不同生态地区的品种,提供给有关部门尽快推广。
 
⒊组织黄淮海不同地区的育种单位,采用分子标记辅助选择育种、转基因等生物新技术和常规育种相结合,培育新的水旱兼用型优质高产小麦、玉米品种,并在不同生态区进行示范推广。
 
⒋为把水旱兼用型优质高产品种尽快推向市场,建议以冀鲁豫为重点,建立水旱兼用型优质高产小麦加工和出口产业化基地;玉米深加工、生物制药和能源产业化基地。
 
《科学时报》 (2009-6-24 A3 观察)
 
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