如何让水稻在少耗资源的同时持续增产？

作为全球近一半人口的主食，水稻的稳定增产对保障粮食安全至关重要。我国作为世界上最大的水稻生产国和消费国，近年来通过品种改良和化肥、水资源投入，将单产从1950年的2.1吨/公顷提升至2020年的6.8吨/公顷。然而，传统“高投入高产出”模式不仅导致水资源利用率比全球平均水平低40%–50%，氮肥利用率仅为34%，还引发了土壤退化、温室气体排放等环境问题。那么，如何在减少资源消耗的同时持续提高产量呢？

近日，扬州大学杨建昌教授等的一篇综述论文指出，通过优化“收获指数”（即经济产量与总生物量的比值），可实现水稻产量与资源利用效率的协同提升。研究发现，现代水稻品种的收获指数普遍在0.5左右，但通过调控生理特性，这一指标仍有提升空间。关键策略包括三个方面：一是提高“粒叶比”，即单位叶面积的穗粒数，平衡光合产物（源）与籽粒需求（库）的关系；二是增加“糖穗比”，即开花前茎秆中非结构性碳水化合物储备与穗粒数的比值，为籽粒灌浆提供更多能量；三是优化“有效分蘖比例”，减少无效分蘖对水分和养分的消耗，改善群体结构和光能利用。相关文章发表已发表于《农业科学与工程前沿》（英文）（DOI: 10.15302/J–FASE–2025610）。

基于这些生理机制，科学家们开发了三项核心绿色技术。首先是“适度干湿交替灌溉”（AWMD），通过PVC管监测地下水位，在不同生长阶段和土壤类型中设置灌溉阈值。例如，砂质土壤在分蘖中期水位降至8–10厘米时灌溉，而黏土在孕穗期可容忍25–30厘米的水位下降。这项技术不仅比传统淹水灌溉节水35%，还能减少48.3%–57.9%的甲烷排放，其原理是通过间歇性干旱抑制产甲烷菌活性，同时促进根系发育和光合产物向籽粒转运。

其次是“三标准氮肥施用技术”，综合土壤肥力、叶色和品种特性动态调整施肥量。例如，通过比较水稻顶部第三叶与第一叶的SPAD叶绿素值（相对叶色值），在分蘖期和孕穗期精准追肥；对大穗型品种侧重“保花肥”，小穗型品种则增加“促花肥”比例。该方法使氮肥利用率从34%提升至51%，接近全球平均水平。

第三项是“水氮耦合调控技术”，通过数学模型量化土壤水分与氮素的协同效应。例如，在分蘖中期，当土壤水势为 –10 kPa时，最佳植株氮含量应为2.94%，此时水分和养分利用效率最高。这种精准管理模式在江苏、黑龙江等地的试验中，使水稻产量提高9.3%，水分利用效率提升27%。

这些技术已在2021–2022年间在我国安徽、湖北、四川等七大稻区推广应用，覆盖面积达1030万公顷，创造直接经济效益约22亿美元。研究强调，未来需进一步结合智能农业技术简化管理措施，并探索减少温室气体排放的新途径，以推动水稻生产的可持续发展。