我国水稻生产正面临着重大转型^[11]。其转型的推动力主要是: (1)农村劳动力短缺, 劳动力结构发生了改变; (2)农业生产成本增长过快, 表现在主要的农业生产资料如种子、化肥、农药的价格不断上涨, 水稻生产的收益低微, 从而严重影响农民种粮的积极性; (3)2013年中央一号文件鼓励发展新型经营主体之后, 各级政府采取种种奖励措施和扶持政策促进了种植规模的扩大; (4)随着中国经济的快速发展, 消费者环境保护和食品安全意识逐步加强, 通过大肥、大水和大量农药投入的水稻生产方式已经开始转变。同时, 消费者对稻米的食味品质要求也越来越高。杂交稻目前面临困境的主要原因是其品种选育策略和种子生产方式没有根据以上这些变化做出有效的调整^[10]。

相反, 农民则通过改变种植方式和更换品种来快速应对外部环境和政策的变化, 以达到水稻生产收益的最大化。首先, 由于种稻的效益低, 农民要尽量降低生产资料如种子、化肥、农药的投入成本。特别是在种植规模扩大的情况下, 种植大户对降低投入成本更加注重。同时, 为了减少劳动力的投入, 农民不得不放弃精耕细作的种植方式, 而采用轻简化和机械化的种植方式。轻简化和机械化的作物种植方式如直播往往伴随着用种量的大幅增加^[10]。在这种情况下, 农民自然要选择价格较低的常规稻品种。另外, 追求超高产的高投入水稻种植方式面临着病虫危害、倒伏和减产的风险, 农民会选择产量潜力不高但稳产的常规稻品种, 以降低水稻生产风险并获得稳定的收入。最后, 常规稻的食味品质总体仍然优于杂交稻, 常规稻还可以在一定的年限内自行留种, 这些都有利于农民节本增收。

国家统计局^[12]发布的数据显示(图1), 2015年全国早稻种植面积571.5万公顷, 相比1985年的957.5万公顷, 我国早稻种植面积30年下降了40%。1985年早稻种植面积占水稻种植总面积的30%左右, 2015年这个比例下降到了20%左右。早稻种植面积大幅度减少主要是由于早稻种植比较效益低、劳动强度大, 很大一部分农民改双季稻为单季稻。为了进一步降低劳动强度和劳动力投入成本, 农民利用常规稻品种采用直播方式种植单季稻。这些变化导致杂交稻的种植面积显著下降。

图1

Fig. 1

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	图1 1985-2015中国早稻播种面积(数据来源于国家统计局[12])Fig. 1 Planting area of early-season rice in China from 1985 to 2015 (The data are from National Bureau of Statistics of China[12])

杂交稻种子价格过高是导致目前农民种植杂交稻积极性降低的最主要原因。我国杂交稻种子的价格同国际价格相比并不便宜(表1)。国际市场上一般的杂交种30元 kg^-1 (按1美元 = 6.2元人民币换算), 好的60元 kg^-1, 最好的可达90元 kg^-1。美国RiceTec公司出售给当地稻农最好的杂交种56元 kg^-1, 如果是加入了抗除草剂性状的杂交种每千克增加14元^[13]。我国一般的杂交种40元 kg^-1, 好的60元 kg^-1, 最好的可达100元 kg^-1, 基本上与国际市场价格持平, 但是比美国的价格高。另外, 美国杂交稻公司提供给稻农的售后技术服务和保险服务是我们无法可比的。所以, 我们必须通过提高制种产量、降低制种成本和风险、减少种子的流通环节来降低杂交稻种子的价格。总之, 杂交稻目前所面临的问题是制种成本过高的问题, 是种子经营管理的问题, 是杂交稻育种目标不适应当前水稻生产转型的问题^[10], 而不是杂交稻技术本身的问题。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 杂交稻种子价格比较 Table 1 Price comparison of hybrid rice seeds (Yuan kg-1) 种子等级 Seed grade 国际市场 International market 美国 USA 中国 China 一般 General 30 - 40 优良 Good 60 56 60 最好 Superior 90 70a 100 a: With Clearfield trait; International price was provided by Dr. Weijun Xu of SL Agritech Corporation, Philippines; Price of USA was provided by Dr. Fangming Xie of International Rice Research Institute; Price of China was provided by Mr. Hongzhi Song of Agricultural Technology Extension and Service Station, Dajing Township, Wuxue City, Hubei Province. a: 带有Clearfield性状; 国际市场价格由菲律宾SL Agritech Corporation许为军博士提供; 美国市场价格由国际水稻研究所杂交水稻首席专家谢放鸣博士提供; 中国市场价格由湖北省武穴市大金镇农技站宋红志提供。

表1 杂交稻种子价格比较 Table 1 Price comparison of hybrid rice seeds (Yuan kg-1)

尽管杂种优势的生理机理还不是十分清楚, 但杂交稻的产量优势是不容置疑的。国内大量的试验证明杂交稻的产量比常规稻有高15%~20%的潜力^[14]; 在国际水稻研究所这一常规稻育种实力很强, 而杂交稻育种规模相对较小的科研单位, 其育成的杂交稻组合的产量潜力也比常规稻高近10%^[15]。

同常规稻相比, 杂交稻苗期早生快发、分蘖力强、生长旺盛。我们的试验结果表明^[16]: 杂交稻品种(丰两优香1号、扬两优6号、Y两优1号)在旱直播用种量从每平方米150粒降低到60粒时, 其产量没有下降。而常规稻品种黄华占在同样的情况下产量下降了8.2%, 达到显著水平(表2)。对于千粒重为25 g (含水量14%)的水稻品种, 每平方米60粒的播种量只相当于每公顷15 kg的用种量, 这是非常低的直播用种量, 甚至低于移栽稻的正常用种量。在这么低的播种量下, 杂交稻依靠前期的营养生长优势、高分蘖力, 保证了单位面积的穗数不减少, 从而确保了产量不降低。而常规稻黄华占在这么低的播种量下, 单位面积的穗数明显降低, 导致产量显著降低。人们一般认为杂交稻不适合直播种植方式, 这是出于种子成本上的考虑, 我们的试验结果表明由于杂交稻营养生长期的生长优势, 在生物学意义上杂交稻比常规稻更适合于直播这种轻简化栽培技术^[16]。

我们的另一个试验比较了杂交稻和常规稻对降低氮肥和移栽密度的响应。结果表明: 杂交稻品种扬两优6号在施氮量从180 kg hm^-2减到90 kg hm^-2时, 其稻谷产量从10.49 t hm^-2下降到10.24 t hm^-2, 减产2.4%; 常规稻品种黄华占在同样的情况下, 稻谷产量从8.88 t hm^-2下降到8.19 t hm^-2, 减产7.8% (表3)。同时, 我们将移栽的株行距从0.13 m × 0.30 m增加到0.20 m × 0.30 m时(移栽密度从25.0蔸 m^-2减到16.7蔸 m^-2), 扬两优6号的稻谷产量从10.49 t hm^-2下降到10.46 t hm^-2, 减产仅0.3%; 黄华占的稻谷产量从8.88 t hm^-2下降到8.42 t hm^-2, 减产5.2% (表4)。这些试验结果说明杂交稻比常规稻更适合于减氮降密的种植方式。人们普遍认为杂交稻需要加大投入才能发挥其产量优势, 但这并不表明杂交稻比常规稻需要消耗更多的资源。我们的试验结果证明杂交稻产量对投入减少的敏感性并没有常规稻高, 更重要的是在两个不同的氮肥和劳动力投入水平下, 杂交稻的产出显著高于常规稻。这也说明杂交稻的资源利用效率要比常规稻高。此外, 国外的研究表明, 杂交稻前期的营养生长优势有利于限制杂草生长^[17]。也有研究报道在干旱和极端温度等非生物逆境条件下, 杂交稻的表现优于常规稻^[18]。另外, 杂交稻的食味品质欠缺是由于亲本的米质不好造成的, 不是杂交稻技术本身的问题, 两系杂交稻的米质普遍优于三系杂交稻就证明了这一点^[19]。

表2

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表2(Table 2)

表2 播种量对杂交稻和常规稻产量的影响 Table 2 Effect of seeding rate on the grain yield of hybrid and inbred varieties (t hm-2) 品种 Variety 播种量 Seeding rate 150 grains m-2 90 grains m-2 60 grains m-2 黄华占 Huanghuazhan 9.22 a 9.29 a 8.46 b 丰两优香1号 Fengliangyouxiang 1 9.05 a 8.98 a 8.79 a 扬两优6号 Yangliangyou 6 10.60 a 10.71 a 10.83 a Y-两优1号 Y-liangyou 1 11.13 a 11.36 a 11.34 a The data are from Sun et al., 2015[16 ]. Values within the same row followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level. 数据来源于Sun et al., 2015[16]。同一行内标以不同字母的值在0.05水平上差异显著。

表2 播种量对杂交稻和常规稻产量的影响 Table 2 Effect of seeding rate on the grain yield of hybrid and inbred varieties (t hm-2)

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 降低施氮量对杂交稻和常规稻产量的影响 Table 3 Effect of N reduction on the grain yield of hybrid and inbred varieties (t hm-2) 品种 Variety 施氮量Nitrogen rate 低氮下减产比率 Reduction under low nitrogen(%) 180 kg hm-2 90 kg hm-2 黄华占 Huanghuazhan 8.88 8.19 7.8 扬两优6号 Yangliangyou 6 10.49 10.24 2.4 Field experiment was conducted in 2014 in Dajin Township, Wuxue County, Hubei Province (unpublished data). 2014年湖北武穴大金(未发表数据)。

表3 降低施氮量对杂交稻和常规稻产量的影响 Table 3 Effect of N reduction on the grain yield of hybrid and inbred varieties (t hm-2)

表4

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表4(Table 4)

表4 降低密度对杂交稻和常规稻产量的影响 Table 4 Effect of low planting density on the grain yield of hybrid and inbred varieties (t hm-2) 品种 Variety 种植密度Planting density 低密下减产比率 Reduction under low density (%) 25.0 hill m-2 16.7 hill m-2 黄华占 Huanghuazhan 8.88 8.42 5.2 扬两优6号 Yangliangyou 6 10.49 10.46 0.3 Field experiment was conducted in 2014 in Dajin Township, Wuxue County, Hubei Province (unpublished data). 2014年湖北武穴大金(未发表数据)。

表4 降低密度对杂交稻和常规稻产量的影响 Table 4 Effect of low planting density on the grain yield of hybrid and inbred varieties (t hm-2)

以上的事实充分说明杂交稻仍然代表先进的水稻生产技术, 正是因为这个原因, 杂交稻的推广面积近几年在美国快速增长。自从美国RiceTec公司2000年在美国推出第一个杂交稻组合以来, 美国杂交稻的种植面积每年以40%的速度增长^[20]。以美国水稻种植面积最大的阿肯色州为例, 2002年杂交稻的种植面积只占长粒水稻种植总面积的2.0%, 2012年这个比例增加到近50.0%^[21]。国际水稻研究所杂交水稻首席专家谢放鸣博士提供的最新数据表明, 美国杂交稻的种植面积已达46万公顷左右, 占水稻种植总面积的46.1%。毫无疑问, 美国是中国之外杂交稻的种植比例最高的国家。美国稻农选择杂交稻有以下原因: (1)杂交稻比最高产的常规稻增产稻谷1.0~1.7 t hm^{-2 [22]}; (2)杂交稻抗病性比常规稻更强, 特别是对穗颈稻瘟病和细菌性谷枯病的抗性^[20]; (3)杂交稻的生育期比常规稻短, 有利于减少管理和投入成本^[22]。这些都有助于稻农增加水稻生产的收入, 稻农种植杂交稻每公顷增加成本约209美元^[13], 成本的净增加包括了种子成本的增加、氮肥成本的增加和农药成本的降低。按美国稻谷价格每吨282美元、每公顷增产稻谷1.0~1.7 t计算, 种植杂交稻每公顷净增收入73~270美元。当然, 杂交稻的食味品质和碾磨品质总体上低于常规稻, 美国有的州会因为杂交稻的品质降低收购价, 如得克萨斯州每吨降低22美元, 而有的州如阿肯色州就没有降低杂交稻的收购价^[22]。在阿肯色州, 稻谷的糙米率和整精米率分别低于70%和55%, 其收购价就会降低, 而阿肯色州生产的大多数杂交稻都能达到这个标准。此外, 有研究表明, 杂交稻比常规稻抗杂草稻^[17]。同常规稻相比, 杂交稻节水33.5%、温室气体排放减少23.2%, 这些都是由于杂交稻生育期缩短实现的^[21]。美国的另一个研究表明杂交稻的吸氮能力比常规稻强^[23], 杂交稻比常规稻能吸收更多的土壤氮素, 同时, 在土壤背景氮低的情况下, 杂交稻吸收氮肥的效率比常规稻高。

美国的杂交稻种子基本上全部由RiceTec公司生产, 其杂交稻种子约80%是两系法生产的, 只有20.0%是三系杂交种。全国农业技术推广服务中心的数据表明, 我国2013年两系杂交稻的种植面积达到杂交稻种植总面积的34.0%^[24], 相比之下美国两系杂交稻的比例高于我国。一般认为两系杂交稻的产量和稻米品质优于三系杂交稻^[19], 所以两系杂交稻代表更先进的杂交稻技术。美国杂交稻的母本主要是由中国的不育系改良而成, 父本是本土常用的热带粳稻。美国杂交稻的种子生产主要采用旱直播条播, 先直播4行父本, 然后直播32行母本。制种产量一般为2~3 t hm^-2, 与我国相当, 杂交稻制种的劳动力投入成本要比我国小很多。美国的杂交稻生产也主要采用旱直播条播, 行距多为17.8 cm, 播种量大约是每平方米110粒种子(约30 kg hm^-2), 略比我国移栽杂交稻用种量高30%左右, 而比我国常规稻直播用种量少很多。旱直播后于五叶期或分蘖初期开始建立水层, 在建立水层之前施氮肥每公顷100.8~ 134.4 kg纯氮, 在幼穗分化期追施氮肥每公顷33.6 kg纯氮。每公顷134.4~168.0 kg的纯氮投入比我国水稻生产的施氮量低了很多^{[25, 26]}。在美国推广面积最大的杂交稻组合XL745, 产量潜力高, 比对照增产1.8 t hm^-2; 全生育期111 d, 株高109~114 cm; 抗稻瘟病, 中抗细菌性谷枯病; 生态适应性广, 再生力强; 碾磨品质好, 稻谷的糙米率和整精米率分别为72%和59%^[26]。不过, 美国RiceTec公司现在还没有完全解决杂交稻食味品质不理想的问题, 导致50位美国稻农在2012年10月对RiceTec公司进行民事侵权行为诉讼, 谴责RiceTec公司杂交稻的食味品质有损美国长粒稻米优良品质的声誉^[22]。

两系杂交稻在我国的推广应用也面临一些问题。由于两系杂交稻的不育系是光温敏核不育类型, 在不同的生态条件下表现出不同的育性^[27], 因此在制种中常因不育系的育性波动而导致制种失败。1999年8月下旬, 湖南出现连续阴雨, 日均温低于24℃, 部分两系杂交稻不育系育性敏感期与低温期吻合, 使制种失败^[28]。同样地, 因极端气候影响, 2013年和2014年江苏省两系杂交稻制种严重减产, 给制种企业和制种农户造成巨大经济损失, 并且严重影响杂交稻用种安全和国家粮食安全^[29]。光温敏不育系是两系杂交水稻的基础, 而不育系育性转换的光温反应特性是光温敏不育系生产应用的关键。因此深入研究两系杂交稻对光温响应的机制与调控技术, 选育产量与品质优势突出且适应性广的组合, 是促进我国两系杂交水稻持续发展的关键。

人们普遍认为, 中国的杂交稻的研究与生产一直领先世界已经50年^[3]。在杂交稻品种资源和遗传育种研究方面, 我们仍然保持着领先优势, 但是在杂交稻种子生产、杂交稻种子经营与管理和杂交稻的大面积生产方面, 与美国比较已经无优势可言, 在某些方面甚至已经落后于美国。如果我国的杂交稻不尽快走出目前的困境, 就有可能丢掉杂交稻种植面积占水稻种植总面积比例世界第一的位置。