文献类型： 获奖成果

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获奖名称： 科技进步奖

获奖等级： 二等奖

关键词： 综合配套;超级杂交稻;技术;示范;综合配套技术;杂交;节;稻;技术研究;抗逆;高效;节氮;氮;配套技术;稳产;杂交稻;氮高效;综合;研究;配套

第一完成单位： 长江大学

获奖时间： 2014

摘要： 　　长江流域是我国最大的稻作带，其稻作面积占全国的70%，产量占全国的80%以上，在我国粮食生产和安全上具有举足轻重的地位。长江流域稻作区以平湖地区面积广大、土地肥沃、水资源丰富、水热同季、生产优势明显。 水稻是我国第一大粮食作物，继杂交水稻的成功和走向世界，我国超级稻育种在世界上又处于领先地位，目前已育成一批在生产上推广应用的超级稻品种或杂交组合。这些品种在小面积试验或特定栽培气候条件下产量可达到12-17 t.hm-2，展示了超级杂交稻品种的巨大增产潜力，在世界上引起了很大的反响，为我国粮食增产上新台阶奠定了基础。但是，绝大多数超级稻品种的高产记录的重演性差，在地区间或不同年度间产量表现出严重的不稳定性；科学家的小面积试验示范产量与农民田里实际产量存在巨大差异(Yield gap)。与丘陵地区相比，平原地区的超级杂交稻较难产生高产典型，一些两系杂交稻组合的产量表现出极不稳定性，即生态适应性问题。被湖南省认定的超级杂交稻两优0293便是极端的一例：2007年湖北公安县种植时，因遭遇高温，其平均结实率降至50.62%,较当地同期种植的两优培九低28个百分点，农民的利益严重受损，其调查报告甚至以“机密”文件呈报湖北省人民政府。我们在研究中还发现在江汉平原地区两系超级杂交稻在生育期间常因高温、干旱，以及每隔2-3年的连绵阴雨的低光天气造成严重减产；一些两系超级稻品种生育前期分蘖能力差、生长缓慢，而后期则营养生长势头过猛，甚至造成大面积倒伏的现象；另外一些超级杂交稻品种则于一些年份和地区在生育后期出现严重的青枯死亡现象。使长江流域的水稻产量并未随超级杂交稻品种的进步而增长，而步入了一个相对徘徊的局面。 大多数农户仍然沿用普通杂交水稻的技术方法栽培超级杂交水稻，栽培的方法和手段也鲜有革新。水稻的氮肥吸收利用率为35%左右，水稻氮肥农学利用率已从50年代的15～20kg/kg N下降到90年代的7.5kg/kg N。氮肥的大量施入不仅加大了种植成本，养分流失还造成了农业面源的污染，主要是水稻生产中施肥策略上往往对肥料品种和施肥方法重视不够：一方面是肥料科学的发展，使得生产中品种的更替越来越频繁；另一方面，是目前对不同肥料品种供肥与作物需肥特性的同步性研究滞后，特别是对新型肥料品种供肥特性研究不够，具体应用时还有较大的困难。充分发挥良种增产潜力，加速新品种、新技术、新成果的转化，促进水稻生产向安全、高效发展，实现高产与高效、资源与环境和谐统一，是我国水稻栽培必须解决的重大问题之一。 随着超级稻产量的不断递增，当水稻产量达到一定程度之后，为获得超高产，增加生物学产量应成为主要途径，而提高株高是实现生物学产量突破的最快捷方式，但株高过高又会增加水稻茎秆倒伏的风险，倒伏则导致光合作用和籽粒灌浆停止，显著影响水稻产量，而且随着农业机械化的推广，已成为稻田机械化作业的主要障碍。所以倒伏问题不妥善解决，仅靠增加株高只能是徒劳无益的，“抗倒伏”是“超高产”的前提和保障。当前水稻超高产栽培中倒伏问题日益突出，如何有效预防倒伏是实现水稻高产高效生产中亟待解决的重大问题。 对超级杂交稻而言，与山丘区相比，平湖地区的生产条件优势主要表现在土壤肥沃、水分充足等方面，但水稻生长后期平均温度高、昼夜温差小、照度整体偏低、病虫害严重等的负面效应较大。此外，随着全国社会和经济发展格局的急剧变化，长江流域整个稻作环境和条件已经和正在发生变化，出现了一些前所未见的严峻形势：1）劳动力数量和质量急剧下滑；2）稻作比较效益下降；3）农区和农田环境污染加重；4）技术普及体系处于重组和重建之中。种种这些，既成为催生超级杂交稻栽培新技术的动因，也是新技术发展的依据。要进一步提高产量，就必须改进栽培技术（包括品种选择），使之更好地适应和利用环境条件。总之，现有生产实践对改进、创新栽培技术提出了迫切的要求。 在具体技术研究上，首先是品种的选定，超级稻品种很多，哪些更适合平原湖区这种相对“特殊”的气候环境，值得探讨；其次我们研究了一般产量生态区和超高产生态区的产量形成的特征，探讨超级杂交稻超高产的生理原因，寻找缩小产量差距的栽培思路。同时针对长江中下游地区水稻遭遇花期高温危害的特点，利用筛选的化学诱导剂探讨在大田条件下提高结实率的可能性。施肥一直是水稻栽培技术的核心问题，如何协调与环境有好的关系？探明超级杂交稻氮素基因型之间的差异，探讨新型缓/控释肥料养分释放与超级杂交稻需肥同步性的原理，能实现作物一次性施肥满足整个生育期需求，从而减少施肥成本，提高肥料利用率，并能减轻养分流失造成的环境污染。平原湖区优异土壤和水分条件，常导致水稻前期过度繁茂而直接导致后期倒伏，防止倒伏一直没有有效的对策。明晰超级杂交稻植株形态-生理-氮素营养-产量-抗倒力的关系，探讨新型抗倒伏调节剂“立丰灵”、液体硅钾等物化技术在超级杂交稻上能否可行。最后将将这些技术完成后，经过技术组装，有望有效改变目前平原湖区超级杂交稻“产量差异”问题。 两湖平原包括湖北省的江汉平原和湖南省的洞庭湖平原，这两大平原具有十分相似的成因、地貌、气候、稻作制度和栽培技术等，也是我国超级杂交稻发展最快、最好的地区，在该地区开展超级杂交稻高产栽培新技术研究，具有良好的代表意义。 2006年开始，国家杂交水稻工程技术研究中心水稻栽培生理研究组马国辉研究员（兼长江大学“楚天学者”特聘教授）所带领的团队联合长江大学作物栽培生理田小海教授研究组，在国家科技支撑计划（编号:2006BAD02A01、2006BAD02A13、2007BAD77B05、 2011BAD16B01）和国家粮食丰产科技工程等项目（编号:2006BAD02A02-3）国家科技成果转化基金项目（Y两优1号）（2006GB2D200200、SQ2011ECD200080、 2011NK2014）以及国家自然基金项目（编号: 30671218、30971736、30771269、31271659、31371579和湖北省自然科学基金（2008CDA084）的支持下，就长江中游平原和两湖平原的超级杂交稻栽培新技术及其集成示范进行了长达8年的研究。 此外，项目的执行还联合了国内外多家企业，力图借力于企业较好的物化技术产品基础，从根本上提高超级杂交稻栽培技术水平。这些企业包括上海汉枫缓释肥料有限公司、荆州市先禾种业股份有限公司、湖北移栽灵农业科技股份有限公司、袁隆平农业高科技股份有限公司、史丹利化肥股份有限公司、山东金正大生态工程股份有限公司和北京华龙肥料技术有限公司等。 1、从基于高温伤害的生态差异、水稻光辐射利用差异创立了以“液体硅、钾肥”的超级杂交稻结实调控技术模式，针对性地提出了超级杂交稻节氮抗逆缩小产量差距的栽培思路。 2、明晰了超级杂交稻“生理弹性抗倒伏”规律，创新建立了“抗倒伏品种选择、宽窄行栽培、全程节水管理、缓控释肥稳健生长、抑制性调控与促进性调控结合”的超级杂交稻高产抗倒栽培技术模式。 3、揭示了超级杂交稻对氮素吸收的“次峰现象”及氮高效品种氮营养吸收规律，集成创新了以“品种氮高效、抗倒伏，增苗减氮、氮肥速缓结合稳健生长，宽窄行栽培优化群体辐射利用，抑制性调控与促进性调控抗倒”的超级杂交稻节氮抗逆稳产节氮高效栽培技术体系。1.超高产机理研究 国内目前是空白；国外仅日本在常规稻方面有研究，系统性不够；本项目明确了超级杂交稻产量潜力、差异及高氮不高产的主因均是群体辐射截获量与效率的差异所致。 2.节氮栽培技术 国内精确定量栽培、三定栽培等专业性强，可操作性较差；国外SSNM等技术需配合测定仪器，难度高、成本大。 本项目创新建立氮高效指标体系；突出“增苗一成，减氮二成”，将技术物化、量化、简单易行。 3.抗倒伏栽培技术 国内已抑制性调控抗倒，降低生物产量，存在环境污染；国外一般产量过低，没有形成调控技术体系；本项目发现了“生物弹性抗倒”规律；创新建立了抑制性和促进性调控抗倒技术模式。该技术成果将超级杂交稻抗倒伏理论研究与抗倒伏物化技术研制相结合，创建了以“新型调控剂立丰灵”为基础的超级杂交稻高产抗倒栽培模式，通过技术培训、点面结合等方式，该技术已在南方稻区大面积推广应用，表现出抗倒高产、节氮高效和减少氮素面源污染的显著效果。2006年来该技术在南方稻区试验、示范效果明显，一般较对照平均增产4.5%，为南方稻区超级杂交稻的从超高产适宜生态区向一般生态区发展发挥了积极作用。连续4年在南方稻区累计推广应用面积达1690万亩，累计新增稻谷34221万公斤，新增产值约6.45亿元，生产过程中减少氮磷等营养排放20%以上，氮肥利用率提高10%以上，且节氮能节约生产能源10%以上，经济、社会、生态效益显著，该技术的应用和推广，有力地促进了超级杂交稻的健康发展和水稻总产的稳步增加。 本成果适宜在长江中下游稻作带和具有类似气候条件的地区，进行推广应用。优新超级稻品种的应用为高产提供基础；缓释肥为主的施肥技术稳定节省氮肥1/4以上并略有增产，减少投入的同时降低环境污染；立丰灵、液态硅钾肥的安全应用能有效的防止水稻倒伏；通过综合技术提高结实率可以很好稳定超级杂交稻的产量。因此，成果在提高效益、省力和节肥降污等多方面成效显著，适应当前农村对简化、优化种稻技术、节省劳力、节本增效的新要求，成果的推广和应用能提高稻区农民的收入，利于国家粮食稳产、高产、优质发展。可以预见，成果的大面积推广应用具有很强的可行性和良好的前景。 连续多年在南方不同生态稻区试验、示范表明该技术增产效果明显。据统计，一季稻：一般亩产600.0kg～880.0kg，最高产达到926.6kg/亩(2011年，湖南隆回)，较常规技术平均增产幅度2.5%～9.7%之间；双季稻：早稻一般亩产500.0kg～595.0kg，晚稻一般亩产550.0kg～670.0kg，较常规技术平均增产幅度2.8%～8.5%之间；2010年在临澧县九澧镇连片示范181.0亩超级杂交一季稻双两优109，产量701.7～734.5kg/亩，较对照增产5.8%～8.0%； 2012年在在相对低产区的永州市祁阳县下马渡镇连片示范181.0亩超级杂交一季稻Y两优1号，在节氮20%的情况下，产量547.6～631.6kg/亩，较对照增产8.1%～9.7%；2012年在衡东县霞流乡连片124.0亩氮高效型杂交晚稻丰源优358，在低氮(9.0kg/亩纯氮)条件下结合抗倒技术，平均单产高达668.7kg/亩；2012年在醴陵市泗汾镇连片示范178.5亩超级杂交晚稻丰源优299，产量489.7～518.4kg/亩，较对照增产2.8%～8.9%。 研究成果叶引起了媒体的广泛关注：1) 科技日报报道：于2010年2月5日以“杂交水稻何以节氮又高产!”专题形式整版报道了杂交水稻节氮栽培的研究进展；2）科技日报报道：于2010年12月20日以“栽培创新促超级稻稳产高产”在头版头条报道了课题组研究超级杂交稻抗倒伏的进展；3）中宣部传真文件通知：由国家科技部推荐，中宣部于2012年1月15日以传真文件通知形式，对人民日报、新华社、光明日报、中央人民广播电台、中央电视台和科技日报等下达了“关于加强重大创新成果报道”的通知。该通知将本课题组的研究成果列入10项报道内容中的第7项。传真要求“报道国家杂交水稻工程技术研究中心创新情况，介绍其运用超级杂交稻品种和高产抗倒、节氮等技术不断提高水稻亩产量。4）人民日报报道：2012年1月15日中宣部传真文件通知后，2012年1月31日，多家媒体如人民日报以“为了水稻单产的新‘高度’” 为题，科技日报在头版以“亩产900公斤的攻坚战——中国杂交水稻工程自主创新进展纪实”为题，中国人民广播电台于以“自主创新让中国杂交水稻单产屡创新高”为题，报道了节氮抗倒的研究进展。5）湖南日报报道：2013年5月3日连续两篇报道：“节氮抗倒栽培助力第四期超级稻攻关”、“节氮抗倒高产高效栽培技术力促超级杂交稻推广”；6）湖南科技报报道：2013年4月23日报道：“我省超级杂交稻抗倒研究国际领先”。