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牢记科技强国使命 勇攀稻作科技高峰
文｜中国工程院院士、沈阳农业大学教授 陈温福
沈阳农业大学教授、原副校长 钟文田
陈温福院士：
中国工程院院士、沈阳农业大学教授、水稻研究所所长、辽宁省生物炭工程技术研究中心主任。主要从事北方粳稻高产育种及种质创新研究，创建了基于籼粳稻亚种间杂交育种方法与理想株型创制技术的北方粳型超级稻育种理论与技术体系，设计出独具特色的直立大穗新株型模式并成功地应用于育种实践，使我国成为通过籼粳稻亚种间杂交进行种质创新、株型改良和高产育种最成功的国家。育成水稻新品种15个。
习近平总书记在两院院士大会上指出，中国要强盛、要复兴，就一定要大力发展科学技术，努力成为世界主要科学中心和创新高地。广大科技工作者一定要把握大势、抢占先机，直面问题，迎难而上，肩负起历史赋予的重任，争做新时代科技创新的排头兵。
纵观世界农业发展史，农业生产活动大体上经历了原始农业、传统农业和现代农业三个发展阶段。传统农业以实践经验为基础，现代农业则是以科学技术为基础。科学在理论上的突破，带来技术上的进步，推动了生产的飞跃。
科技创新推动农业生产
世界种植业跨上三个台阶，都与农业科学技术突破相关联。第一个台阶是18世纪的英国农业革命，泰伊尔将豆科牧草加入到草田轮作体系，既提高了地力，又促使了农牧业结合，使欧洲粮食单产翻了一番，由50公斤提高到100公斤。第二个台阶来源于1840年德国化学家李比希的矿质营养归还学说，导致化肥工业的兴起，为农业系统增加了物质流，粮食单产又翻了一番，平均亩产由100公斤提高到200公斤。第三个台阶归功于孟德尔的“豌豆试验”和摩尔根的“果蝇试验”，揭示了生物的遗传规律，催生了农作物杂交育种技术，使得美国玉米单产达到450公斤。
在我国稻作界，不仅有黄耀祥院士的水稻矮化育种技术的突破、袁隆平院士杂交水稻育种的成功，更有沈阳农业大学以杨守仁教授为代表的几代稻作人几十年的努力，创新了水稻育种理论与方法，探索出一条前人没有走过的育种科学新路：籼粳稻杂交—理想株型—超高产育种，引起国际水稻界广泛关注，触发了“中国超级稻育种”重大科技计划的启动（农业部，1996），组织全国联合攻关，并确定了单产超过12吨/公顷的中国超级稻育种目标。
东北稻区率先迎难而上，攻克了粳型超级稻育种难关。先是沈阳农业大学于1997年率先育成了直立大穗型中国超级稻新品种“沈农265”， 实现了一季单产12吨/公顷的目标。嗣后又先后育成了“沈农606”“辽星1号”“龙粳31”“吉粳88”和“辽粳4号”等。江淮粳稻区和西南粳稻区也育成了“南粳44”“宁粳3号”“楚粳28”等。截至2016年，粳型超级稻累积推广面积超过3亿亩。其中，东北粳稻区超过2.2亿亩，覆盖了东北粳稻种植面积的60%以上，创造了显著的经济、社会和生态效益。具有国际领先水平的中国超级稻育种成果，支撑了粳稻生产发展，充分证明了习近平总书记关于创新是第一动力的论断。
伴随我国工业化、城镇化的推进，城镇人口不断增加以及人们对美好生活的追求，人们对优质粳米的需求逐年增加。据近15年统计，人均粳米年消耗量已由25公斤增加到35公斤，年均增加0.65公斤，并呈持续增长趋势。我国粮食安全的核心是口粮，口粮自给的重点是稻米，稻米供给的关键是粳稻。我们在努力守住18亿亩耕地红线的时候，耕地质量红线却早已失守。由此可见，我国确保口粮绝对安全，发展粳稻生产的重任自然就落到东北这片黑土地上。
历史上的东北地区是我国一个比较完整且相对独立的自然经济区域，东、北、西三面环山，构成了东北生态系统的天然屏障。中部由三江平原、松嫩平原和辽河平原构成的东北大平原，面积位居我国三大平原之首。大陆性季风气候，雨热同季，是我国农业资源禀赋最好、粮食增产潜力最大的地区。现已成为我国重要的商品粮基地和牧业生产基地，外调到主销区的商品粮占全国商品粮总量的60%，已成为确保国家粮食安全的“粮仓”和粮食市场的“稳定器”。尤其是其中103万平方公里的黑土地，土壤肥沃，农田、水资源基本没有重金属污染，且冬季寒冷，病虫越冬基数低，单位面积化肥、农药施用量较其他粳稻区减少近一半，利于优质绿色粳稻生产。东北平原地势平坦，土地集中连片，便于机械作业，机械化水平和优质粳稻种植技术水平高，规模化优质粳稻生产技术优势已经形成，并已成为我国最大的优质粳米主产区。2017年种植面积已达8280多万亩，总产量4120多万吨，种植面积和总产量均占全国60%以上。现今东北粳米已成为对东北亚国家具有价格优势，对东南亚、南亚国家稻米具有品质优势，在国际粮食市场上唯一具有竞争力的大宗农产品。
科技创新助力可持续发展
习近平总书记在两院院士大会上的讲话强调：“科技创新要以提高发展质量与效益为中心，以支撑供给侧结构性改革为主线。” 同时要把满足人民对美好生活的向往作为科技创新的落脚点，把惠民、利民、富民、改善民生作为科技创新的重要方向。实行农业供给侧结构性改革以来，东北地区大幅调减了玉米面积。
由于农民种植粳稻的经济收入远高于种植玉米和大豆的收入，显露出扩大种植粳稻的意愿。民之所盼，政之所向、市之所需。在种植业结构调整时，要充分考虑农民要养家糊口，增加收入的期盼，在调减玉米种植，恢复大豆生产的同时，创造条件适度扩大粳稻生产，在未来10—15年内，将粳稻种植面积由现今的8000多万亩逐步扩大到1.2亿亩左右，借以确保我国“口粮绝对安全”，满足农民对美好生活向往的意愿。目前发展东北粳稻生产迫切需要解决的关键问题有三个。
一是进一步明确育种方向。粳稻品种选育，要从满足市场对优质粳米的需求和提高农民收益的角度，着重解决高产与优质相结合的问题。首先是针对稻米市场对优质粳米的需求旺盛，持续选育优质高产粳稻品种，以满足广大消费者对优质米的日益增长的需求；其次是针对农村劳动力持续转移、短缺，选育适应机械化作业的抗倒性、抗病性和抗虫性相结合的多抗品种，以适应未来发展轻简化栽培的需求；第三是选育适合“减肥、减药”栽培的水肥高效利用粳稻品种，以适应发展绿色、安全水稻生产的要求。
二是注意黑土地保护与湿地恢复。东北黑土区地处北温带大陆性季风气候区，由于大面积黑土垦植成农田后，夏季雨量集中，地表径流冲刷，春、秋强烈季风吹去表土，以及人为不适当的农事活动影响，造成水力侵蚀、风力侵蚀、冻融侵蚀和重力侵蚀相互交织发生，导致黑土区农田年平均流失表层黑土0.1—1厘米。黑土层变薄，面积、体量缩小，土壤有机质下降，土地退化，已成为本区域头号的生态问题。为了保护和恢复黑土地，各地进行了大量积极的探索，取得了一定成效。其中，发展水田生产是最有效的途径。夏季稻田里有水层覆盖，土壤有机质分解缓慢，利于土壤有机质积累；冬季寒冷而漫长，冻土层厚达1米，稻田地表土层坚实，有稻茬覆盖，抗风蚀能力强。
水稻适宜连作，根量大，有利于有机质还田。据实测，在风干条件下水稻的籽粒、茎秆与根系的重量之比大致为1:1:0.75，亩产稻谷500公斤，大约有375公斤的根茬留在土壤里。东北地区较高产的稻田一般亩产约650公斤，稻草650公斤，另有约480公斤根茬留在地里，优质稻草还可经牛羊过腹还田。研究表明，一般每亩稻田每年还田350公斤生物质，即可维持土壤有机质的平衡，如果再增加稻草还田数量或增施有机肥，就可以逐年提高稻田土壤的有机质含量。在淹水缺氧的环境下，有机质分解缓慢，腐殖质得到积累，黑土地即可得到保护、恢复和可持续发展。
此外，水田属人工湿地，在固碳、涵养水源、净化水质和调节气候等方面，发挥的生态服务功能所创造的生态价值远远高于稻谷本身。
三是合理开发利用水资源，确保可持续发展。东北地区地处松辽流域，西、北、东三面环山，南临黄、渤海。流域内江河纵横，自成体系。但流域内降水普遍偏少，呈现“北丰南欠，东多西少”“边缘多，腹地少”的特点。目前水资源开发利用存在的主要问题是开发过度与开发不足并存。由于大型调度工程缺位，控水能力差，致使辽河、浑河、太子河水资源开发利用超过80%；黑龙江干流、乌苏里江、鸭绿江等界河水资源开发利用仅为10%左右；额尔古纳河少至3.6%，造成出境水总量78.91亿立方米，远高于入境水量17.50亿立方米。
东北地区粳稻主要分布在江河流域、低洼地和滨海盐碱地。建国以来粳稻种植由辽河下游盐碱地逐步向北延伸。由于水利工程不配套，打井种稻成为主要技术支撑，从而造成地下水开采过度。现今井灌面积65%分布于黑龙江稻区，主要集中在三江平原，对湿地构成威胁。
此外，由于排灌设施标准低、不配套、工程老化，使得灌溉水有效利用系数仅为0.47，远低于全国平均水平。
通过水利工程建设，提高东北地区尤其是黑龙江地区的控水能力，是保证东北优质粳稻扩大种植需水的关键。目前国家在《松辽流域水资源综合规划》的基础上，又陆续规划建设了辽宁大伙房输水工程、辽西北调水工程，吉林省东水西调、引嫩（嫩江）入白（白城）工程，以及黑龙江省“两江一湖”等河湖水系连通工程。预计比原《规划》新增调水量100亿—122亿立方米。这样到2030年可实现供水总量839亿—961亿立方米，比2015年松辽流域供水量新增134亿—163亿立方米。
若未来松辽流域（含内蒙古东四盟）水田面积达到1.2亿亩。则比《松辽流域水资源综合规划》新增水田面积3200万亩。按水田灌溉定额约650立方米/亩计，则需要新增灌溉水量约210亿立方米，这与目前开展和前期已建成发挥作用的新增工程供水规划相比，尚存在供水缺口约80亿立方米，可通过发展节水种稻技术加以解决。
为了确保口粮绝对安全，国家应采取积极措施，除继续扩大水利工程建设、开发水资源外，还要在中、小型配套工程建设方面下功夫，切实解决“最后一公里”问题，克服松辽流域灌溉水利用率低的问题，同时，要加强节水种稻技术创新，通过提高利用率来弥补供水缺口，以确保可持续发展目标的实现。
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