中国特色水稻栽培学发展与展望

张洪程，胡雅杰，杨建昌，戴其根，霍中洋，许轲，魏海燕，高辉，郭保卫，邢志鹏，胡群

扬州大学/江苏省作物栽培生理重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心/江苏省优质粳稻产业工程研究中心，江苏扬州 225009

我国稻谷产量约占粮食产量的1/3，全国有2/3人口以稻米为主食，水稻稳定生产对保障国家粮食安全具有举足轻重的作用。新中国成立以来，水稻总产量从1949年的4 864.8万t增加至2019年的20 961.0万t，增加了3.3倍；水稻单产从1949年的1 892.29 kg·hm-2提高至2019年的7 059.95 kg·hm-2，单产水平提高了2.7倍。70年来，我国水稻总产和单产水平的快速提高，得益于品种产量潜力挖掘和栽培科技的跨越式发展，水稻栽培研究从薄弱到强大、从零散到系统、从经验到理论、从传统到现代，已发展成为具有中国特色的水稻栽培学[1-2]，为我国水稻产业发展提供了最直接的科技支持，保障我国粮食安全。当前，我国水稻生产正面临由传统小规模生产向机械化、智能化、标准化和集约化的现代规模化生产方式转变，在此重要历史节点，回顾总结中国水稻栽培科技70年发展历程和取得的成就，对探索未来水稻栽培科技发展方向具有重要意义。

1 水稻栽培科技70年发展回顾

新中国成立以来，我国水稻栽培科学取得了举世瞩目的成就。特别是改革开放后，我国水稻栽培科技界紧贴国情，抓住生产上关键技术瓶颈，深入开展水稻生长发育和产量、品质形成规律及其与环境条件、栽培措施等方面关系的研究，探索水稻生育调控、栽培优化决策和栽培管理等新途径与新方法，不断创新，与时俱进，取得了一大批在生产上大面积应用的重要栽培技术和理论，形成了一批重大栽培科技成果（表1），被农业部或省（市、区）列为全国或区域水稻生产主推技术，在水稻产业现代化建设、国家粮食安全体系建设、农民增产增收和区域经济发展等方面发挥了重大作用。

表1 水稻栽培科技发展历程及若干标志性成果Table 1 The development course of rice cultivation and some landmark achievements

续表1 Continued table 1

续表1 Continued table 1

1.1 第一阶段（20世纪50—60年代）

20世纪50年代开始，水稻栽培研究重点是进行群众高产栽培经验总结，形成了“南陈（陈永康）北崔（崔竹松）”为代表的水稻高产经验。研究总结出“好种壮秧、小株密植、合理施肥、浅水勤灌”等栽培技术，对水稻生产发挥了积极作用。50年代末，陈永康提出的单季晚粳“三黄三黑”看苗诊断及千斤高产经验，形成了作物、环境、措施三位一体、理论与实际密切联系的水稻栽培基本研究方法，既揭示了高产规律，又提出了栽培理论研究的新思路，对指导大面积增产发挥了主要作用[3]。崔竹松在引进、改良品种，精耕细作的同时，研究总结出“旱育秧，育壮苗，适时早栽，精细整地，合理密植，看苗施肥，合理灌溉，前期促进生长，中期适当控制，后期促进成熟”等一整套水稻增产的经验，在我国北方稻区推广。1961年，丁颖主编出版《中国水稻栽培学》。该书从稻种的起源演变、品种分类、水稻生长发育特性等方面进行系统阐述，总结了群众种稻的生产经验[4]。

1.2 第二阶段（20世纪70年代）

20世纪70年代，第一次绿色革命使得矮秆品种在水稻生产上广泛应用，以矮脚南特、广陆矮4号和二九青等为代表的矮秆水稻品种得到大面积推广应用，株高由原来高秆品种的140 cm左右矮化到75—85 cm，收获指数提高到0.5以上，促进了水稻增产增收。栽培技术上，采取了增加栽插密度和增施肥料的高产栽培技术，以增加穗数、扩大库容量和光合叶面积为中心获得高产，形成了第一代“穗数型”高产栽培技术[5]。

1.3 第三阶段（20世纪80年代）

20世纪80年代，杂交稻品种选育成功并在大面积推广应用，大幅增加了水稻每穗粒数和千粒重。栽培上，稀播壮秧、少本匀植等措施，通过兼顾穗数和每穗粒数，形成了以协调扩大库源为核心的第二代“穗粒兼顾型”高产栽培技术。同时，研究和推广了水稻综合配套的高产模式与栽培技术。如江苏的叶龄模式栽培、“小群体、壮个体、高积累”栽培；浙江的“稀少平”“三高一稳”栽培；湖南的“双两大”栽培；湖北的“省种省苗”栽培；广东、江苏的“纸筒育苗抛秧”栽培；四川的“多蘖壮秧少本”栽培、起垄栽培；东北稻区的旱育稀植高产栽培与节水灌溉栽培等。这些栽培技术的发展从不同方面促进了我国水稻栽培科技水平的提升。

1.4 第四阶段（20世纪90年代）

进入20世纪90年代，栽培上采取了旱育秧、宽窄行浅栽、稳前攻中促后施肥、间歇灌溉、施用烯效唑等化控剂，形成了以改善群体质量、提高成穗率、促进大穗发育、增加结实率和千粒重为核心的第三代“穗重型”高产栽培技术，提出了不同生态区水稻高产栽培理论与技术。如江苏农学院（扬州大学）提出的群体质量理论及调控、源库理论与技术、少免耕与抛秧轻简化高产栽培；湖南农业大学邹应斌提出的水稻“三定”栽培技术、“旺壮重”栽培技术。

1.5 第五阶段（21世纪以来）

在国家粮食丰产科技工程、农业部水稻高产创建等项目的推动下，此阶段研究成功的一大批新技术在水稻生产中发挥了重要作用，如水稻精确定量栽培理论与技术、水稻实地养分管理栽培法、水稻“三因”栽培技术、双季稻“三高一保”栽培、超级稻超高产栽培技术、水稻三角强化栽培等。2007年以来，扬州大学提出的“精确定量栽培”“机械化丰产栽培”等技术被农业部列为全国水稻主推技术，在水稻主产区推广获得显著的经济、社会、生态效益。另外，此阶段信息技术、生物技术等在水稻栽培上也得到了开发应用，形成了诸多成果。

2 改革开放以来水稻栽培领域取得的若干科技成就

2.1 水稻叶龄模式栽培理论及技术

20世纪70年代，各地水稻生产上形成的各自配套、多式多样的高产栽培技术经验，广大农民群众反映水稻生产“品种经常换，经验处处学，依样画葫芦、缺乏主动性；条件有变化，措施缺乏应变性”。凌启鸿等广泛搜集国内外不同类型和不同年代水稻品种在江苏种植与观察，历经20年大量试验资料的深入分析，抓住叶龄这一最直观的指标，阐明了水稻出叶、出蘖、发根、茎秆分化与生长以及穗分化进程间存在十分显著的同伸与同步关系，形成了三方面创新成果[6]：（1）按主茎总叶龄（N）和伸长节间数（n）将品种归类，建立了有效分蘖临界叶龄期（N-n）、拔节叶龄期（倒数n-2叶龄期）和穗分化叶龄期（叶龄余数3.5至破口）等3个关键叶龄期的通式；（2）将穗分化归并为5期，与穗分化同步的4.5个出叶周期相对应，每期对应1个叶龄；（3）构建水稻品种不同生育类型的叶龄模式，建立高产群体叶色“黑黄”变化的叶龄模式及促控叶龄模式，使群体动态变化与措施促控首次在叶龄期上进行定量，形成了水稻叶龄模式栽培理论。1985年，“水稻品种不同生育类型叶龄模式”获国家科技进步三等奖。1987年，被国务院农村发展研究中心和中国农业科学院列为全国农业十项重大推广技术之一。1988—1990年在苏、黔、赣、鄂、皖、豫、湘、桂等地累计推广1.05亿亩[7]。

2.2 水稻群体质量及其调控

20世纪80年代初，传统的水稻栽培存在着偏向于追求群体构成因素上的数量增长，走增苗增穗取胜的途径，采用大播量、大密度、大肥水，形成大群体，但带来诸多不利于稳产高产的弊端。凌启鸿及其团队探索与研究水稻群体质量及其优化途径，确立了“优化群体质量，提高经济产量”这个主题，率先把与经济产量形成关系最密切的群体形态结构、生理功能的要素作为作物群体质量研究的主要内涵，形成了群体质量理论[8]：（1）抽穗至成熟期高光合效率和物质生产能力是群体质量的本质特征，灌浆结实期的光合物质生产量是群体质量最核心的指标，抽穗期适宜的干物质量是提高抽穗后光合生产力的必要群体物质基础；（2）抽穗期具有最适宜LAI，单茎具有与节间相同的绿叶数；（3）在适宜 LAI基础上尽可能提高群体颖花量；（4）提高粒叶比；（5）提高有效和高效叶面积率；（6）提高单茎茎鞘重；（7）提高群体颖花根活量；（8）在获得适宜穗数的同时，也提高群体茎蘖成穗率。根据水稻群体质量理论，提出“小壮高”水稻高产栽培途径，重点主攻培育抽穗结实期的高光效群体。通过适度压缩群体起点，充分发挥个体分蘖壮株作用，既保证穗数又提高群体成穗率，从而构建抽穗期适宜群体，形成生育后期高光效群体。

2.3 水稻精确定量栽培

20世纪末，随着经济社会的快速发展，大量农村优质劳力不断向二、三产业转移，水稻大面积生产管理趋向粗放，为追求高产，农民盲目加大肥水药投入，导致生产成本高、污染重和效益低。特别是20世纪末至21世纪初，我国水稻生产出现了面积、单产、总产和效益严重的“四下降”现象，江苏水稻亩产从1998年588 kg下滑至2003年的503 kg。针对上述严峻挑战，凌启鸿和张洪程等针对性地开展了水稻精确定量栽培技术研究，探索“以最适宜（最少）的作业次数、在最适宜的生育时期、用最适宜的投入量”进行水稻的全程栽培，即“三适宜”精确定量栽培技术，以最经济的投入实现水稻“高产、优质、高效、生态、安全”[9-10]。建立了水稻生育进程、群体动态指标、栽培技术措施“三定量”与作业次数、调控时期、投入数量“三适宜”为核心的水稻丰产精确定量栽培技术体系，使水稻生产管理“生育依模式、诊断有指标、调控按规范、措施能定量”。该技术被农业部列为全国水稻高产主推技术，获2011年国家科技进步二等奖。

2.4 水稻轻简化栽培

水稻轻简栽培是指比传统手栽稻有显著的省工省力和节本增效的水稻栽培方式，主要包括少免耕栽培、抛秧、直播和再生稻等，通过免除或简化育秧、移栽、耕耙田等技术环节，并采用高效除草剂和节水灌溉，达到省工、省力、节本、增效和增产的目标[11]。

2.4.1 少免耕栽培与抛秧 20世纪80年代，农村劳力大量转移，作物耕作栽培趋向粗放甚至抛荒，直接威胁粮食安全。为解决这些重大问题，江苏农学院（扬州大学）张洪程等组织了跨区域、跨学科、跨单位的大协作组，抓住稻田多熟制作业最繁琐、最艰辛的土壤耕作与播栽环节进行改革创新。经江苏六大农区 5—11年的连续定位研究，揭示了少免深不同耕法和不同播栽方式对土根系统和作物立苗与生育的效应，明确了少免耕等轻简耕作栽培方式下水稻前期早发而中后期早衰的特点，揭示了土根系统中养分与根系向土表富集、中后期土壤养分供应减弱与根系活力下降，导致水稻植株光合生产能力趋弱的早衰机理。创立了江苏不同农区以少耕为主、少免交替、定期深耕的轮耕新体制与“减少基蘖肥、增施拔节孕穗肥”水稻轻简化高效栽培技术[12]，彻底改革了传统精耕细作，克服了少免耕栽培出现的早衰问题，实现了水稻轻简化栽培与稳产增产的统一。截至1992年，该技术在苏、沪、皖、浙、赣推广6 655.5万亩，节工、增产、增效显著。同时，该团队开展了水稻抛秧轻简高产栽培攻关研究[13-14]，系统阐明抛秧水稻产量形成的生理生态特征，揭示了立苗形态生理变化与物理立苗、生理立苗及完全立苗的机理；提出了提高物理立苗率，调控前、中、后期协调生长，防止群体“大起大落”的高产栽培理论。以有序化抛摆与水肥耦合提高植株固持力等关键技术创新，解决了抛秧稻早衰与根倒难题，创立了切合南方多熟制的水稻抛秧高产栽培技术，不仅大幅降低了水稻生产中的劳动力投入，而且实现了水稻高产增效。以上述研究为基础，创建南方多熟制稻区轻简化耕作栽培技术体系，有效推动了传统耕作栽培向现代轻简化栽培的变革，使少免耕栽培与水稻抛秧成为我国南方广泛应用的持续增产技术。该技术成果1993年获国家科技进步二等奖。

2.4.2 直播栽培 水稻直播栽培是将浸种催芽后的稻种或拌种衣剂干种，通过机械或人工直接撒（条或穴）播到本田，免去育秧、起秧、运秧和插秧等过程的一种轻简水稻栽培方式。2000年以来，由于无序撒直播稻存在出苗不齐不足、群体起点质量差、产量不高不稳等问题，机械直播逐步代替撒播成为主要直播栽培方式。如近年来华南农业大学罗锡文团队创新提出了“精播全苗”“基蘖肥一次深施”“播喷同步杂草防除”的水稻精量穴直播技术，采用同步开沟起垄的方式，将破胸露白的芽种按照水稻种植农艺要求准确均匀、成行成穴地播于田间，实现了有序种植，有利于减少病虫害，可促进水稻稳产高产，并成功研制与该技术配套的水稻精量穴播机[15-16]，已在广东、上海、浙江、新疆等地区进行了推广应用。诸多应用表明，精量穴播利于促进水稻根系生长，提高抗倒伏能力，低节位分蘖强，有效穗数多，有较高的产量。

在缺水地区与多熟制地区，往往采用具有省工、节水、易机械化种植等优点的水稻机械旱直播方式，目前以长江中下游等多熟制稻区种植面积最大。这些稻区前后茬接茬农耗时间短，稻季热量条件紧张，使得机械旱直播稻更有鲜明的自身特点。如在江苏稻麦两熟制下，秸秆全量还田加大了水直播耕整地难度，因而采用秸秆切碎、精细旋整耕、条播、施肥、镇压作业一次性完成的水稻机械旱直播，实现机械旱整旱播与秸秆还田，减少农耗时间，在天气和机械等允许条件下，机械旱直播可实现上午割麦下午种稻。特别是 2017年扬州大学张洪程团队协同研制出稻麦耕种管整体智能机，整合施基肥、双轴旋耕秸秆全量还田、条施种肥、镇压开种行、控深播种、浅旋覆土、二次镇压、开排水沟等工序一次性作业，经连片规模化试验，可实现水稻单产10.5 t·hm-2以上。

2.4.3 再生稻栽培 再生稻是利用头季收割后稻桩上存活的休眠芽，采取合理栽培管理措施，使之萌发生长成穗而再收割一季的水稻种植制度，主要在“一季热量有余、两季不足”稻区种植。再生稻已在我国南方湖北、重庆、四川、福建、江西、安徽、湖南等15个省（市）种植，且近年来种植区域、面积不断扩大。华中农业大学彭少兵团队针对再生稻头季人工收割劳动力投入大，农民种植再生稻的积极性并不高，而头季稻机械收割对稻桩碾压破坏面积过大，降低了再生季的产量等问题，创建了“机收再生稻丰产增效栽培技术”，并在湖北等地大面积推广应用[17]。福建农林大学林文雄团队研究提出采用人工收割高留桩栽培再生稻时，选择头季分蘖力较弱、再生季再生力强的重穗型杂交籼稻品种（组合）易获高产；采用机械化收割低留桩栽培再生稻时，选择具强低位芽再生力的杂交籼稻品种或感光性弱的重穗型杂交粳稻品种（组合）、籼粳杂交稻品种（组合）易获高产。同时，提出适时早播、畦栽沟灌、二次烤田、重施促芽肥、适高留桩的人工收割高留桩再生稻栽培技术[18]。

2.5 水稻机械化栽培

20世纪80年代，我国引进日本插秧机及其工厂化育秧技术，并加以本土化而发展形成盘育毯状小苗机插。21世纪以来，农机和农艺等部门进一步联合攻关，研究提出“中小苗移栽、宽行窄株、定苗定穴”，实现栽插“浅、匀、直、稳”，基本形成了毯苗（包括钵形毯苗）机插稻标准秧苗培育、高质量栽插、肥水精确管理和病虫草害综合防治的整套高产栽培技术体系，并集成了多种本土化栽培模式[19]。扬州大学张洪程等针对我国南方多熟制地区机插水稻普遍存在“苗小质弱与大田早发不协调、个体与群体共生关系不协调、前中后生育不协调”，水稻产量、品质不高不稳与多熟季节矛盾加剧的突出问题，经10多年攻关取得突出性重要创新[20-22]：（1）创立了机插毯苗、钵苗两套“三控”（控种、控水、化控）延长秧龄的育秧新技术，不仅秧龄增大了3—10 d，栽后早发增产，并且缓解了多熟季节矛盾；（2）阐明了毯苗、钵苗机插水稻生长发育与高产优质形成规律，创立了“三协调”高产优质栽培途径与生育诊断指标体系。创制了秸秆全量还田整地新机具与新型钵苗高速插秧机，创建了毯苗与钵苗少本精准机插、肥水耦合调控生育动态技术；（3）以上述关键技术的突破性创新为主体，创建了毯苗、钵苗机插水稻“三协调”高产优质栽培新模式，集成应用了适应不同稻区的机插水稻栽培技术。技术成果先后被农业部与江苏、安徽、湖北、江西等地列为主推技术，引领了我国水稻机械化栽培技术发展。该成果2018年获国家科技进步二等奖。中国水稻研究所朱德峰团队针对南方双季稻地区毯状秧苗机插存在机插取秧不稳定、漏秧率高、伤秧严重、秧苗返青慢等问题，通过研制钵形毯状秧盘，培育上毯下钵的钵形毯状秧苗，利用普通插秧机按钵精确取秧，较好地解决取秧不稳定、漏秧率高、伤秧严重的问题，提高了双季稻机插产量[23]。湖南农业大学邹应斌团队针对转型期规模化、机械化生产条件下杂交稻种植面积下滑的挑战，研究形成了杂交稻单本密植大苗机插栽培技术，解决了传统机插杂交稻用种量大、秧龄期短、秧苗素质差等技术难题。采用单本密植大苗机插栽培，有利于充分发挥杂交稻分蘖大穗的增产优势，减少了用种量，节本增收效果显著[24]。

2.6 水稻超高产栽培

追求高产超高产一直是水稻栽培研究热点[25-26]。20世纪80年代初日本首先提出水稻超高产概念，并实施“超高产水稻开发及栽培技术的确定”的研究项目。1987年，杨守仁[27]首先提出理想株型与优势利用相结合的水稻超高产技术路线。1996年中国农业部启动“超级稻选育及栽培技术”研究项目，推动了我国水稻超高产研究与应用。1997年袁隆平院士提出了超级杂交稻攻关计划，1998年被列入总理基金项目，同年“863”计划启动了超级杂交稻研究计划[28]。21世纪以来，广大科研人员协作攻关，利用超级稻与超级杂交稻品种开展了我国水稻超高产栽培攻关，超高产栽培纪录不断被刷新（表 2），有效挖掘了中国水稻产量潜力。

表2 中国水稻主产区部分超高产纪录Table 2 Record of super high yield in some main rice producing areas in China

与此同时，我国水稻主产区集成创新了适应本地的超高产栽培模式。如1997年，湖南农业大学邹应斌等[34]提出了“旺壮重”（旺根、壮秆、重穗）超高产栽培法，其关键栽培技术是营养剂培育壮秧、宽窄行移栽、一次性配方施肥、间歇灌溉等。1998年，针对东北寒地提出了水稻“三超”超高产栽培技术模式，即采用优质超级稻品种，培育多蘖壮秧，宽行超稀植，深施肥控灌水，持续实现超高产，黑龙江采用三超栽培进行了18 hm2的大面积产量攻关，单产达到12.10 t·hm-2[26]。2000年后，扬州大学张洪程团队根据10多年的攻关实践，系统阐明了水稻超高产形成规律，提出了“精苗稳前、控蘖优中、大穗强后”超高产栽培模式，即依靠带蘖壮秧建立合理群体起点，促进个体分蘖早生快发，以足量大分蘖提高够苗时的群体质量；及时断水够苗搁田，及早控制无效分蘖，合理施用促花肥和保花肥，促壮秆攻大穗；以大穗构成大库容的群体来增强后期的物质生产力[35]。2012年，又提出了水稻钵苗机插超高产栽培技术[33]。

2.7 水稻优质栽培

优质是水稻栽培的重要目标，栽培学家不仅研究了品质形成的生理生态基础，更从耕作方式、栽培方式、播期、移栽密度、氮肥用量与运筹等栽培措施方面研究阐明了其对品质的效应与调控。一般研究认为，水稻免耕或少耕栽培可明显改善稻米的加工品质和外观品质，提高出糙率、精米率和整精米率，降低垩白率和垩白度[36]。关于不同种植方式或栽培方式对稻米品质影响的研究认为，稻米加工品质在手栽或钵苗机插下优于毯苗机插，而毯苗机插好于直播[37-38]。稻米蒸煮食味品质为手栽优于机插，机插好于直播[39]。适宜的播种期，使得水稻灌浆结实期具有较好的温光资源条件，利于稻米品质的改善。研究认为水稻推迟播期，全生育期缩短，积温和总光照时数减少，影响稻米品质形成[40-41]，但早熟和中熟水稻品种，适当推迟播期利于改善稻米外观品质和提高蒸煮食味品质，晚熟水稻品种推迟播期不利于提高稻米品质，往往造成直链淀粉含量降低，蛋白质含量升高[42]。适宜的栽插密度有利于提高稻米品质，多数研究认为水稻栽插密度增大，田间植株生长郁蔽，透光通气差，青米率增加，稻米加工和外观品质下降[43-44]。也有研究认为稀植栽培下水稻次生分蘖比例增加，抽穗整齐度差，收获时过熟和未熟籽粒比例增加，造成稻米垩白粒率和垩白度增加[45]。氮肥是稻米品质调控最重要的元素。氮肥用量与运筹是调控稻米品质的重要栽培措施。研究认为，在一定氮量施用范围内，稻米的加工品质、外观品质和营养品质随施氮量的增加得到改善或提高，但稻米直链淀粉含量、胶稠度和食味值降低[46-47]。氮肥后移或穗肥施用量增加，往往造成稻米食味品质下降[48]。在长江下游地区，单季粳稻氮肥运筹为基蘖肥∶穗肥 6∶4时，能降低垩白粒率，提高加工品质和营养品质，利于产量和品质协同提高[49]。而针对香稻优质栽培，华南农业大学唐湘如团队研究了营养元素（N、P、K、Si、Fe、Mo、Zn等）、水分管理、移栽密度、收获时期、生物农药和植物生长调节剂喷施等农艺措施对香稻香气和产量形成的影响，提出了香稻的增香、提质、增产、无公害标准化栽培技术[50]。总体而言，已形成了因播栽方式、因水稻类型与品种类型适时播种，精准机插适宜密度，减少中后期氮肥用量的优质栽培基本技术。

2.8 水稻绿色栽培

绿色栽培，从狭义上来讲，是通过选择抗病品种，采用非化学种子处理，培育壮苗，利用灯光、色彩、天敌诱杀害虫，进行机械和人工除草等措施，在特殊情况下，需要农药时也应选用生物农药的一种栽培方式[51]。从广义上来说，绿色栽培，是通过减少化肥农药等投入品用量，显著提高稻米安全质量，实现节本提质的一种栽培方式，如稻田综合种养、稻油轮作、稻肥轮作等。中国农业科学院农业资源与农业区划研究所曹卫东团队针对南方稻田冬闲田大量存在的现状，以绿肥为技术手段，以冬闲田削减、化肥减施、耕地质量提升、稻米清洁生产为主要目标，组织南方八省（区）开展了大规模联合试验示范，建立了适应现代农业需要的绿肥-水稻高产高效清洁生产的完整技术体系，获2012—2013年度中华农业科技奖[52]。湖北潜江、江苏盱眙率先开展了稻田养殖，探索出了“稻-虾”“稻-鱼”“稻-鳖”“稻-蟹”“稻-鳅”等多种稻田种养模式。据统计，2019年全国有27个省（市）有稻田综合种养，面积达3 400多万亩[53]。稻田综合种养利用生物共生互促原理，水稻实施绿色健康栽培，不但减肥减药，而且提高稻米品质，提升稻田综合效益。浙江大学陈欣团队研究表明，鱼虾粪便等营养物质被水稻利用，使得稻田综合种养氮肥平均投入比水稻单作模式减少 33.63%[54]。据上海海洋大学成永旭团队研究，鱼类能捕食水稻害虫，稻田综合种养较单纯种稻可减少农药成本3.2%—83.6%[55]。华中农业大学张启发团队在稻田综合种养技术的基础上提出了“双水双绿”理念，旨在要充分利用稻田和水资源的优势实行稻田种养，使“绿色水稻”和“绿色水产”协同发展[17]。

2.9 水稻逆境栽培

2.9.1 温度胁迫 当环境温度超过或低于水稻生长范围临界值，就会影响或危害水稻生长发育，一般表现为高温热害和低温冷害2类。按照NY/T 2915-2016《水稻高温热害鉴定与分级》标准，早稻抽穗开花期和灌浆期高温热害的温度指标均为日平均温度≥30℃或日最高温度≥35℃连续3 d及以上，且每天高温持续时间≥5 h；中稻（一季稻）孕穗—开花期和灌浆期高温热害的指标均为日平均温度≥33℃或日最高温度≥38℃连续3 d及以上，且每天高温持续时间≥5 h。水稻孕穗—开花期高温热害造成花粉发育不良，开花授粉受精不良和空粒增加；灌浆期高温热害造成灌浆期缩短，成熟期提前，千粒重下降，秕谷率增加，产量降低和品质变差[56]。水稻低温冷害可分为芽期、苗期、孕穗期、抽穗扬花期、灌浆期 5种冷害类型[57]。我国东北寒地水稻往往受到苗期冷害、抽穗扬花期冷害与灌浆期冷害，而长江中下游地区和华南稻区遭遇早春“倒春寒”和后期“寒露风”危害，影响早稻发芽和苗期生长以及中、晚稻后期灌浆结实。

针对高温热害和低温冷害，在栽培上研究提出了筛选耐热与耐低温品种、合理调整播期、肥水调控、喷施外源物质等减轻危害应对措施。选用耐高温、耐低温品种可减轻水稻高温热害和低温冷害。长江流域双季早稻一般可选用生育期较短的中熟或偏中熟早籼耐热品种，适期早播，使开花结实期在6月下旬至7月上旬完成；中稻可选用中晚熟品种，适当晚播，使籼稻开花结实期在8月中下旬，粳稻开花结实期在8月下旬至9月上旬，以躲避7月中旬至8月上旬的高温危害。对于水稻中后期高温胁迫，增施氮素穗肥和粒肥能提高植株氮代谢水平、抗氧化酶活性和叶片氨基酸含量，增加水稻的穗粒数、结实率、千粒重和产量[58-59]。采用轻干湿交替灌溉方式能降低水稻冠层相对湿度，提高内源细胞分裂素浓度及籽粒亚精胺和精胺浓度，减轻水稻高温危害[60]。当水稻遭遇高温时，喷施外源物质可减轻高温热害，如喷施外源硅、硼肥以及油菜素内酯、亚精胺、茉莉酸甲酯等植物生长调节剂。当遇到低温时，提前建立水层，以水调温，改善稻田小气候，可减轻低温危害。在我国北方寒带稻作区，秧苗遇到10—12℃低温时，只要灌薄水就可防御冷害[61]。喷施ABA、香豆素、丙酮、壳寡糖等外源物质能增强水稻幼苗耐冷性，有效减缓冷胁迫下的受害率，提高结实率。

2.9.2 水分胁迫 水稻整个生育期对水分胁迫都有不良反应。干旱影响水稻种子萌发，抑制分蘖生长，根系生长受阻，减少生物量。水稻不同生育时期干旱胁迫，产量减幅程度最大为孕穗期或穗分化期，此阶段干旱显著减少水稻穗粒数、结实率，使得产量显著降低[62-63]。水稻抽穗开花期的干旱胁迫主要影响结实率，灌浆结实期干旱主要降低千粒重[64]。水稻分蘖期遇到暴雨，田间积水来不及排出，容易形成洪涝灾害影响生长发育，导致叶片死亡，分蘖停止或消亡，影响水稻生长发育，最终导致有效穗数和每穗粒数减少，产量下降14.76%—26.58%[65]。研究发现开花期对洪涝胁迫最敏感，减产最大，其次是灌浆期和幼穗分化期，而分蘖期淹水对产量的影响相对较小[66]。当水稻处于半淹水涝害胁迫下，分蘖数显著减少，而株高、茎秆伸长率、根系生物量、出叶速率、非结构性碳水化合物含量显著增加，产量急剧下降，淹水越深则降幅越大[67]。

针对水稻干旱与涝害胁迫逆境，栽培应对措施主要有：一是筛选水稻抗旱或耐淹涝的品种。分蘖期受淹涝胁迫，杂交稻耐淹涝能力好于常规稻，表现为淹涝后的杂交稻活苗率明显高，更快地恢复生长，产量减少幅度小[68]。二是适量施用氮肥、钾肥等肥料，促进水稻生长。水稻分蘖期受淹没后及时排水，缩短水淹时间，施用尿素等肥料，可促进水稻恢复生长，增强根系活力和干物质积累，减轻淹水所造成的产量损失[65]。三是喷施生长调节剂等外源物质，改善和促进水稻生长。喷施脱落酸（ABA），短期内降低了水稻净光合速率与干物质积累量，但进一步提高了水稻干旱胁迫时叶片超氧化物歧化酶（SOD）活性、降低丙二醛（MDA）含量，诱导干旱胁迫时气孔关闭和降低蒸腾速率，减少水分过度消耗，提高水分利用率，能有效缓解孕穗期干旱胁迫对水稻生理代谢功能的损伤，减轻干旱对产量的影响[69]。

2.9.3 O3胁迫 大气组分中 O3浓度升高是影响水稻生长发育的重要非生物胁迫因子。工业革命前地球对流层大气中平均O3浓度为38 nL·L-1，到2100年近地层O3浓度将上升到80 nL·L-1[70]。研究表明高O3浓度明显伤害水稻叶片，且主要伤害叶片的叶肉部分，降低气孔导度和叶片光合速率，抑制光合物质生产，导致水稻植株生物量和产量减少[71]。同时，高 O3浓度影响稻米品质，降低了水稻糙米率、精米率和整精米率，增加了垩白度，降低胶稠度[72]。

关于O3胁迫下水稻应对的栽培措施，邵在胜等[73]研究分析发现 O3胁迫下生育中后期分蘖数和最终成穗数、每穗颖花数以及群体总颖花量的变化与水稻敏感品种类型关系密切，可筛选利用抗O3水稻品种。适当增加移栽密度可能会减少 O3胁迫下水稻产量的损失[74]，在分蘖期和抽穗期增施氮肥对 O3胁迫导致的水稻光合损伤有缓解作用，且在水稻生长前期增施效果更好[75]。

2.9.4 盐分胁迫 我国现有沿海滩涂面积234万hm2，内陆盐碱面积近 1亿 hm2。水稻属于中度盐敏感作物，生产上耐盐碱水稻是指能在盐（碱）浓度0.3%以上的盐碱地生长且单产可达4.5 t·hm-2上的水稻品种。在盐胁迫条件下，水稻生长受到抑制，幼苗生长缓慢，分蘖减少，降低有效穗数；生殖生长期受到盐胁迫，影响颖花分化，减少每穗粒数，降低结实率和千粒重[76]。稻米出糙率、精米率、整精米率降低，垩白率和垩白度增加，蛋白质含量提高，胶稠度降低，食味变差[77]。

新中国成立以来，我国已在耐盐碱水稻品种筛选及其配套栽培技术上做了大量研究工作[78-79]。从 20世纪80年代初开始，江苏沿海地区农业科学研究所采用“人工模拟盐池（盆钵）+沿海滩涂盐土实地”的方法进行耐盐水稻种质资源的鉴定、筛选和利用。同时，栽培学家一直探索耕作农艺、生物治理和土壤管理等措施改良盐碱地，先后进行了盐碱地土壤改良、水分管理、耐盐碱水稻高产形成特性与生长发育规律的研究[80]。扬州大学戴其根团队针对沿海滩涂盐碱地存在的土壤肥力低、盐分变化大、易返盐，水稻前期盐害易僵苗难活棵，中期盐害慢长不长易死株，后期盐害易早衰早枯死等突出问题，重点研究盐碱地稻田降盐控盐脱盐与地力培育提升技术、盐水稻高产优质形成定量化诊断指标与方法、壮秧培育与栽后高成活率立苗早发壮株技术、定量化降盐控盐灌排技术、水肥耦合控盐的精确施肥技术[76,81]。张振华[82]研究提出施用氮肥能提高水稻叶片内叶绿素a含量和叶绿素a/b比值，提高水稻耐盐能力；水稻带土移栽根系植伤少，减少根系对盐分离子的被动吸收；适当提高水稻生长环境中可利用营养元素Ca2+和Mg2+的浓度，可以明显增强植株耐盐胁迫能力。

2.10 水稻区域化栽培

2.10.1 东北寒地粳稻栽培 东北寒地水稻产区包括黑龙江、吉林、辽宁和内蒙古东北部，因特殊的地理位置和气候环境，每3—4年就会发生一次冷害，低温冷害是制约寒地水稻生产重要因素。针对该地区生产特点，栽培学家在育苗方式、栽插方式、移栽密度、施肥和灌溉等方面研究与探索适合寒地水稻高产栽培技术，取得了重要技术成果。在育苗方式上，20世纪70年代，采用旱地育苗、湿润育苗、塑料薄膜保温湿润育苗、塑料薄膜保温旱育苗，其中以薄膜保温旱育苗效果最好[83]。21世纪以来，寒地水稻地区逐渐采用大棚旱育秧方式，以适时早播、降低播种量为核心，培育壮秧。大面积采用钢骨架大棚旱育秧，保暖性显著好于中小棚，大棚育苗中棚内扣小棚，有效增加育秧期积温，增强防御早春霜冻能力，利于早播，培育壮苗[84]。在栽插方式上，主要有旱育手栽、钵育摆栽、盘育毯苗机插、钵育苗机插、机械直播等，目前盘育毯苗机插秧是寒地水稻主体栽插方式，特别是黑龙江农垦基本采用盘育毯苗机插方式。近几年，黑龙江省开始推广钵体盘育机插秧技术，避免了盘育毯苗机插植伤重、缓苗慢、低位分蘖少等问题，钵体盘育机插秧技术保持秧苗根系完整性，秧苗素质高，栽插后无缓苗期，利于利用低位分蘖，增产效果显著，解决了以往钵盘育苗只能人工移栽的技术难题[85]。黑龙江农垦科学院解保胜等[86]经长期研发，以“叶龄模式”“群体质量”理论为指导，结合寒地稻区气候特点，通过选择适宜熟期的优质高产品种，调整氮肥施用量及时期，增施磷钾镁肥，间歇灌溉等栽培措施，创新构建了适应黑龙江农垦大规模机械化规范化生产的寒地水稻调优丰产技术。2005年以来，黑龙江农业科学院来永才等[87]针对寒地水稻井灌种稻、苗床取土等引起的生态问题，探索并提出了寒地水稻直播栽培技术。

2.10.2 长三角地区粳稻栽培 长三角地区是我国重要的粳稻生产优势区域，包括上海、江苏、浙江和安徽等省（市），以稻麦周年两熟制为主，该区对粳稻高产优质高效栽培技术进行了大量系统深入的研究。张洪程等[88]阐明了南方粳稻生产优势形成的生理生态机制，认为粳稻全生育期较籼稻明显延长，灌浆后期粳稻更能适应温凉天气，增加对温光资源的利用，能安全成熟；粳稻生育后期具有较高的光合生产能力，同时能维持强壮根系和较高的茎鞘强度，增强群体抗倒伏能力，有利于机械化轻简化栽培。与超级杂交籼稻相比，常规粳型超级稻抽穗后根系生长优势不断加大，特别是群体生长优势、成熟期粳稻所有根系形态生理特征指标均优于籼稻，是粳稻高产形成的重要原因[89]。在粳稻栽培机械化方面，长三角地区水稻机械种植方式以毯苗机插和机械直播栽培为主，其生产机械化水平处于全国前列[90-91]。

2.10.3 南方双季稻栽培 我国南方双季稻生产主要集中在湖南、江西、湖北、广东、广西、福建等省（区）。稻作制度为肥稻稻和闲稻稻，栽培上形成一批高产栽培技术成果。如广东省农业科学院钟旭华[92]提出以控肥、控苗、控病（三控）为主的高效安全施肥及其配套技术，通过控制总施氮量和基蘖氮肥量，提高氮肥利用效率；通过控制无效分蘖和高峰苗数，提高成穗率和群体质量；通过优化群体结构，控制病虫害和倒伏的发生，减少农药用量。湖北省农业科学院程建平[93]提出“早籼晚粳”双季稻机械插秧高产高效栽培技术，能较好地解决双季稻茬口衔接紧张、籼型晚稻抗寒性弱和易受寒露风危害、籼稻株型披散易徒长与不利于机插等问题，已在湖北、江西等地大面积推广应用。江西省农业科学院彭春瑞[94]提出了双季稻“三高一保”栽培技术，通过培育壮秧促早发，采用化控（喷施水稻复合控蘖剂）、水控（提早晒田）、肥控（减少前期养分供应）“三控”结合，控制无效分蘖发生，构建高光效群体，生育后期加强肥水管理，改善田间通风透光条件，防治水稻早衰，促进籽粒灌浆结实。湖南农业大学邹应斌[95]提出了以适量播种、宽行匀植、平衡施肥、湿润灌溉等配套技术为核心的双季稻高产“三定”栽培技术，技术原理是因地定产、依产定苗、测苗定氮，即定产、定苗、定氮。

2.10.4 西南高湿寡照稻区杂交稻栽培 西南高湿寡照稻区包括四川、重庆、贵州等省（市），该区域地形地貌复杂，立体气候明显，降雨多湿度高，日照时间短，形成了具有特殊气候条件的西南高湿寡照稻作区。经长期研发，西南稻区创新建成了诸多栽培新模式或技术。如重庆市农业科学院李经勇等[96]创新集成了长江上游杂交中稻-再生稻高产高效栽培技术模式，提出了根据头季稻品种穗粒数和齐穗期剑叶SPAD值确定粒芽肥高产高效施用新方法，建立了中稻-再生稻两季平衡施肥技术。四川农业大学马均等[97]创新集成了杂交中稻超高产强化栽培技术体系，创建了中小苗和大苗2套强化栽培技术体系。针对四川盆地水稻高温、高湿、低光辐射值的生态特点，发明了本田秧苗三角形栽培法，改善了植株群体通风透光条件，协调了穗足、穗大和籽粒充实的矛盾，并揭示了强化栽培条件下杂交稻个体生长优势明显、群体质量优良、穗粒结构合理、后期根系活力旺盛、群体光合力强、光合物质转运率高、籽粒充实度好的高产机理。云南省农业科学院杨从党等[98]创新集成了云南高原水稻高产高效栽培技术，以“水稻精确定量栽培技术”为基础，实现了水稻叶龄模式本土化，研究了精量播种培育壮秧、基本苗定量、氮肥精准施用等关键技术，构建了不同产量水平的群体结构指标和动态诊断指标，集成了不同生态区水稻高产高效栽培模式，在云南 4个生态亚区创造了亩产950 kg以上的高产典型。贵州省农业科学院周维佳等[99]创新集成了贵州杂交水稻超高产精确栽培技术体系，形成了具有高原山区多雨寡日照条件下杂交水稻超高产栽培理论，确定了水稻超高产群体起点（基本苗）定量参数和氮肥调控技术的定量调控技术参数，提出了贵州杂交水稻“五五”精确定量栽培技术模式。

3 未来水稻栽培领域的创新方向

3.1 绿色优质丰产协调规律与广适性栽培

稻米产品的消费需求结构已经发生了显著变化，已不满足于吃饱的问题，而是要吃得好，讲品质、讲安全、讲健康。水稻栽培必须坚持理论与实践相结合的研究方法，在主攻稻米品质改善的同时，稳定或提高稻米产量。水稻品质和产量既有一致性，又有矛盾性，是一个十分复杂的科学问题。既要丰产、更要改善品质，就要深入搞清楚两者的协同规律与机理，在绿色优质丰产协同规律与广适性调控栽培技术上取得突破：（1）根据市场需求的品质标准，深入研究气候、土壤、水质和营养元素等对稻米品质的影响及其机理，揭示稻米品质形成生理生态规律；（2）研究优质和高产形成影响因素的同一性和矛盾性，为水稻优质高产栽培提供协调途径；（3）根据当地生态条件，研创本地优质高产协同的栽培技术体系，制定品牌稻米生产技术标准；（4）研究提高稻米加工和外观品质的收获与贮藏技术。

同时，必须高度重视绿色健康栽培研究与应用，使水稻栽培向物质投入资源消耗节约型绿色生产方式转变，建设绿色健康稻田生态系统，保障水稻绿色优质丰产协同。

3.2 多元专用稻优质栽培

随着人们生活水平的日益提高，人们对稻米提出多样化需求。因此，要加大水稻的专用、特种、多用“多元化”优质栽培研究与开发。一是优质特种食用作物栽培技术研究。比如，五彩米，香米，保健的富硒米、富锌米，功能性的高直链淀粉米、低醇溶蛋白米等。二是工业用、饲用作物栽培技术研究。比如，作工业原料如制粉条、淀粉、味精、米酒、糕点等对稻米品质的要求与食用大米不同，一般要求直链淀粉含量较高。饲用标准，以蛋白质和维生素的含量高低作为主要的衡量依据。三是净化环境美化乡村的水稻栽培技术研究。如彩色稻、净化镉污染稻栽培。

3.3 超高产提质协同规律及实用栽培

水稻超高产研究是永恒的方向，要从优化群体生育动态、防止后期早衰、非叶器官光合耐逆高效机制、生态因素（光、温、水、肥）调控机理等角度，揭示水稻超高产与提质协同的生育特性，探明其形成规律；在品种选用、生育诊断、适宜播栽期、合理密植、肥水高效耦合与精准诊断调控等栽培措施上加强攻关，进一步创新并挖掘水稻超高产潜力，并建立协同提质的实用栽培技术。

3.4 直播稻、再生稻稳定丰产优质机械化栽培

随着水稻生产和劳动力成本增加，凭借生产工序少、用工少、农耗短等优势，我国不同稻区水稻直播推广应用面积进一步扩大。因此，需要对现代直播稻作精心筹划，加大研发投入，组织相关力量，融合农艺农机，从适用早熟优质品种筛选、机械秸秆还田精耕细作与精确播种、节种节肥节水节药绿色栽培、规模化高效生产等方面进行攻关，特别是对适种地区必须针对性地加强研究，阐明所在区域适时安全成熟、优质稳产、高效绿色生产的协同规律，创新“早全齐匀壮”出苗技术、节肥省水节约的精确管理技术，集成适用不同生态区直播稻丰产优质增效的全程机械化栽培技术体系。

为适应再生稻加快发展，必须加强头季稻与再生稻协同优质丰产规律的研究，重点加强全程机械化栽培，特别是头季稻少碾压损失机械化收获的攻关研究，建立适合不同适宜地区的再生稻优质丰产栽培技术。

3.5 智能化、无人化栽培

未来，我国社会经济的高速发展和城镇化的不断推进，人们对优质便捷的城镇生活更为向往，农村优质劳动力锐减，水稻生产面临“老龄化”“高龄化”挑战；同时，水稻生产走向不断扩大的规模化。因此，水稻生产以机械化、智能化为核心支撑，逐步走向“无人化”，特别是田间作业的“无人化”是未来发展的基本方向。水稻生产全面实现高水平现代化，必须以现代机械装备与现代农艺的高水平融合构建的现代水稻生产新技术为支撑，即在现代装备条件下水稻耕作、播栽、施肥、灌溉、植保以及收储，实现全程机械化、智能化。因此，需要加大水稻生产“无人化”农艺农机融合攻关：一是加强秸秆全量还田下高质量无人化耕整地攻关研究；二是加强高质量无人化播种攻关研究；三是加强工厂化智能化育秧攻关研究；四是加强高质量无人化机插攻关研究；五是加强高质量无人化施肥攻关研究；六是加强高质量无人化植保攻关研究；七是加强高质量无人化收获攻关研究；八是加强配套无人化、精简化生产工序的栽培农艺体系攻关研究；九是加强水稻大田生产无人化的信息化智能化服务攻关研究。