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牢記科技強國使命 勇攀稻作科技高峰
文｜中國工程院院士、瀋陽農業大學教授 陳溫福
瀋陽農業大學教授、原副校長 鍾文田
陳溫福院士：
中國工程院院士、瀋陽農業大學教授、水稻研究所所長、遼寧省生物炭工程技術研究中心主任。主要從事北方粳稻高產育種及種質創新研究，創建了基於秈粳稻亞種間雜交育種方法與理想株型創制技術的北方粳型超級稻育種理論與技術體系，設計出獨具特色的直立大穗新株型模式併成功地應用於育種實踐，使我國成為通過秈粳稻亞種間雜交進行種質創新、株型改良和高產育種最成功的國家。育成水稻新品種15個。
習近平總書記在兩院院士大會上指出，中國要強盛、要復興，就一定要大力發展科學技術，努力成為世界主要科學中心和創新高地。廣大科技工作者一定要把握大勢、搶佔先機，直面問題，迎難而上，肩負起歷史賦予的重任，爭做新時代科技創新的排頭兵。
縱觀世界農業發展史，農業生產活動大體上經歷了原始農業、傳統農業和現代農業三個發展階段。傳統農業以實踐經驗為基礎，現代農業則是以科學技術為基礎。科學在理論上的突破，帶來技術上的進步，推動了生產的飛躍。
科技創新推動農業生產
世界種植業跨上三個臺階，都與農業科學技術突破相關聯。第一個臺階是18世紀的英國農業革命，泰伊爾將豆科牧草加入到草田輪作體系，既提高了地力，又促使了農牧業結合，使歐洲糧食單產翻了一番，由50公斤提高到100公斤。第二個臺階來源於1840年德國化學家李比希的礦質營養歸還學說，導致化肥工業的興起，為農業系統增加了物質流，糧食單產又翻了一番，平均畝產由100公斤提高到200公斤。第三個臺階歸功於孟德爾的“豌豆試驗”和摩爾根的“果蠅試驗”，揭示了生物的遺傳規律，催生了農作物雜交育種技術，使得美國玉米單產達到450公斤。
在我國稻作界，不僅有黃耀祥院士的水稻矮化育種技術的突破、袁隆平院士雜交水稻育種的成功，更有瀋陽農業大學以楊守仁教授為代表的幾代稻作人幾十年的努力，創新了水稻育種理論與方法，探索出一條前人沒有走過的育種科學新路：秈粳稻雜交—理想株型—超高產育種，引起國際水稻界廣泛關注，觸發了“中國超級稻育種”重大科技計劃的啟動（農業部，1996），組織全國聯合攻關，並確定了單產超過12噸/公頃的中國超級稻育種目標。
東北稻區率先迎難而上，攻克了粳型超級稻育種難關。先是瀋陽農業大學於1997年率先育成了直立大穗型中國超級稻新品種“沈農265”， 實現了一季單產12噸/公頃的目標。嗣後又先後育成了“沈農606”“遼星1號”“龍粳31”“吉粳88”和“遼粳4號”等。江淮粳稻區和西南粳稻區也育成了“南粳44”“寧粳3號”“楚粳28”等。截至2016年，粳型超級稻累積推廣面積超過3億畝。其中，東北粳稻區超過2.2億畝，覆蓋了東北粳稻種植面積的60%以上，創造了顯著的經濟、社會和生態效益。具有國際領先水平的中國超級稻育種成果，支撐了粳稻生產發展，充分證明了習近平總書記關於創新是第一動力的論斷。
伴隨我國工業化、城鎮化的推進，城鎮人口不斷增加以及人們對美好生活的追求，人們對優質粳米的需求逐年增加。據近15年統計，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，並呈持續增長趨勢。我國糧食安全的核心是口糧，口糧自給的重點是稻米，稻米供給的關鍵是粳稻。我們在努力守住18億畝耕地紅線的時候，耕地質量紅線卻早已失守。由此可見，我國確保口糧絕對安全，發展粳稻生產的重任自然就落到東北這片黑土地上。
歷史上的東北地區是我國一個比較完整且相對獨立的自然經濟區域，東、北、西三面環山，構成了東北生態系統的天然屏障。中部由三江平原、松嫩平原和遼河平原構成的東北大平原，面積位居我國三大平原之首。大陸性季風氣候，雨熱同季，是我國農業資源稟賦最好、糧食增產潛力最大的地區。現已成為我國重要的商品糧基地和牧業生產基地，外調到主銷區的商品糧佔全國商品糧總量的60%，已成為確保國家糧食安全的“糧倉”和糧食市場的“穩定器”。尤其是其中103萬平方公里的黑土地，土壤肥沃，農田、水資源基本沒有重金屬汙染，且冬季寒冷，病蟲越冬基數低，單位面積化肥、農藥施用量較其他粳稻區減少近一半，利於優質綠色粳稻生產。東北平原地勢平坦，土地集中連片，便於機械作業，機械化水平和優質粳稻種植技術水平高，規模化優質粳稻生產技術優勢已經形成，並已成為我國最大的優質粳米主產區。2017年種植面積已達8280多萬畝，總產量4120多萬噸，種植面積和總產量均佔全國60%以上。現今東北粳米已成為對東北亞國傢俱有價格優勢，對東南亞、南亞國家稻米具有品質優勢，在國際糧食市場上唯一具有競爭力的大宗農產品。
科技創新助力可持續發展
習近平總書記在兩院院士大會上的講話強調：“科技創新要以提高發展質量與效益為中心，以支撐供給側結構性改革為主線。” 同時要把滿足人民對美好生活的嚮往作為科技創新的落腳點，把惠民、利民、富民、改善民生作為科技創新的重要方向。實行農業供給側結構性改革以來，東北地區大幅調減了玉米麵積。
由於農民種植粳稻的經濟收入遠高於種植玉米和大豆的收入，顯露出擴大種植粳稻的意願。民之所盼，政之所向、市之所需。在種植業結構調整時，要充分考慮農民要養家餬口，增加收入的期盼，在調減玉米種植，恢復大豆生產的同時，創造條件適度擴大粳稻生產，在未來10—15年內，將粳稻種植面積由現今的8000多萬畝逐步擴大到1.2億畝左右，藉以確保我國“口糧絕對安全”，滿足農民對美好生活嚮往的意願。目前發展東北粳稻生產迫切需要解決的關鍵問題有三個。
一是進一步明確育種方向。粳稻品種選育，要從滿足市場對優質粳米的需求和提高農民收益的角度，著重解決高產與優質相結合的問題。首先是針對稻米市場對優質粳米的需求旺盛，持續選育優質高產粳稻品種，以滿足廣大消費者對優質米的日益增長的需求；其次是針對農村勞動力持續轉移、短缺，選育適應機械化作業的抗倒性、抗病性和抗蟲性相結合的多抗品種，以適應未來發展輕簡化栽培的需求；第三是選育適合“減肥、減藥”栽培的水肥高效利用粳稻品種，以適應發展綠色、安全水稻生產的要求。
二是注意黑土地保護與溼地恢復。東北黑土區地處北溫帶大陸性季風氣候區，由於大面積黑土墾植成農田後，夏季雨量集中，地表徑流沖刷，春、秋強烈季風吹去表土，以及人為不適當的農事活動影響，造成水力侵蝕、風力侵蝕、凍融侵蝕和重力侵蝕相互交織發生，導致黑土區農田年平均流失表層黑土0.1—1釐米。黑土層變薄，面積、體量縮小，土壤有機質下降，土地退化，已成為本區域頭號的生態問題。為了保護和恢復黑土地，各地進行了大量積極的探索，取得了一定成效。其中，發展水田生產是最有效的途徑。夏季稻田裡有水層覆蓋，土壤有機質分解緩慢，利於土壤有機質積累；冬季寒冷而漫長，凍土層厚達1米，稻田地表土層堅實，有稻茬覆蓋，抗風蝕能力強。
水稻適宜連作，根量大，有利於有機質還田。據實測，在風乾條件下水稻的籽粒、莖稈與根系的重量之比大致為1:1:0.75，畝產稻穀500公斤，大約有375公斤的根茬留在土壤裡。東北地區較高產的稻田一般畝產約650公斤，稻草650公斤，另有約480公斤根茬留在地裡，優質稻草還可經牛羊過腹還田。研究表明，一般每畝稻田每年還田350公斤生物質，即可維持土壤有機質的平衡，如果再增加稻草還田數量或增施有機肥，就可以逐年提高稻田土壤的有機質含量。在淹水缺氧的環境下，有機質分解緩慢，腐殖質得到積累，黑土地即可得到保護、恢復和可持續發展。
此外，水田屬人工溼地，在固碳、涵養水源、淨化水質和調節氣候等方面，發揮的生態服務功能所創造的生態價值遠遠高於稻穀本身。
三是合理開發利用水資源，確保可持續發展。東北地區地處松遼流域，西、北、東三面環山，南臨黃、渤海。流域內江河縱橫，自成體系。但流域內降水普遍偏少，呈現“北豐南欠，東多西少”“邊緣多，腹地少”的特點。目前水資源開發利用存在的主要問題是開發過度與開發不足並存。由於大型調度工程缺位，控水能力差，致使遼河、渾河、太子河水資源開發利用超過80%；黑龍江干流、烏蘇里江、鴨綠江等界河水資源開發利用僅為10%左右；額爾古納河少至3.6%，造成出境水總量78.91億立方米，遠高於入境水量17.50億立方米。
東北地區粳稻主要分佈在江河流域、低窪地和濱海鹽鹼地。建國以來粳稻種植由遼河下游鹽鹼地逐步向北延伸。由於水利工程不配套，打井種稻成為主要技術支撐，從而造成地下水開採過度。現今井灌面積65%分佈於黑龍江稻區，主要集中在三江平原，對溼地構成威脅。
此外，由於排灌設施標準低、不配套、工程老化，使得灌溉水有效利用係數僅為0.47，遠低於全國平均水平。
通過水利工程建設，提高東北地區尤其是黑龍江地區的控水能力，是保證東北優質粳稻擴大種植需水的關鍵。目前國家在《松遼流域水資源綜合規劃》的基礎上，又陸續規劃建設了遼寧大夥房輸水工程、遼西北調水工程，吉林省東水西調、引嫩（嫩江）入白（白城）工程，以及黑龍江省“兩江一湖”等河湖水系連通工程。預計比原《規劃》新增調水量100億—122億立方米。這樣到2030年可實現供水總量839億—961億立方米，比2015年松遼流域供水量新增134億—163億立方米。
若未來松遼流域（含內蒙古東四盟）水田面積達到1.2億畝。則比《松遼流域水資源綜合規劃》新增水田面積3200萬畝。按水田灌溉定額約650立方米/畝計，則需要新增灌溉水量約210億立方米，這與目前開展和前期已建成發揮作用的新增工程供水規劃相比，尚存在供水缺口約80億立方米，可通過發展節水種稻技術加以解決。
為了確保口糧絕對安全，國家應採取積極措施，除繼續擴大水利工程建設、開發水資源外，還要在中、小型配套工程建設方面下功夫，切實解決“最後一公里”問題，克服松遼流域灌溉水利用率低的問題，同時，要加強節水種稻技術創新，通過提高利用率來彌補供水缺口，以確保可持續發展目標的實現。
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