水稻去“水”与“蓝色革命”
Rice farming with no standing water and “Blue Revolution”
作者：徐云碧
本期导读
水稻的起源与遗传改良在中国
水稻生产瓶颈和水稻去“水”成“稻”
稻作的蓝色革命之路
水稻去"水"：理论研究、生产实践与减排
未来稻作育种与生产
水稻去"水"和"蓝色革命"相关研究的启示
我们在【育种MBA】0004 “稻农一席谈：作物生产的规模化和机械化与育种”（https://mp.weixin.qq.com/s/j3PnJu8nEltD0nh15eapcA）一文中，讨论了改革开放前近乎原始的稻作生产和我本人的稻农经历，同时提到了我所经历的美国水稻生产和杂交水稻育种。重点提到了传统的育秧插秧和淹水栽培两个重要环节对水稻生产产生的诸多限制。
历史上的稻作生产主要是种植在淹水条件下，一般要通过育苗和移栽两个关键步骤。长期以来，两大问题一直制约着水稻的高效生产。一是长期淹水种植和大量用水导致水稻很难在缺水或干旱的地方进行栽培，限制了水稻的种植区域。二是育苗和移栽两项栽培技术涉及复杂的农事操作，很难实现高效机械化，导致传统的水稻生产严重依赖繁重的手工劳动。因此，水稻成为最难以实现大规模全程机械化的作物。这里所说的机械化不是指那种在日本和中国台湾利用小型机械替代部分人工进行的育秧、插秧或直播。
以全程机械化为主导的高效稻作生产涉及三个方面，反映了美国杂交水稻公司（RiceTec, Inc.）花费二十多年将中国的杂交水稻本地化所经历的路程。一是全程机械化的水稻生产(从飞机撒播或大型机械直播到干燥加工后装袋销售，收获的稻谷不着地，不经过人手：要求品种能在淹水条件下发芽扎根、抗倒伏、自身调节能力强)。二是全程机械化种子生产(除满足上述条件外，还要培育适合机械化制种的父母本，包括适合直播、基本不需要调控父母本花期、能够同时播种的父母本)。三是简化高效生产技术 (耐除草剂、抗倒伏、养分高效等，以简化栽培，并降低劳作强度和生产成本)。
如果水稻的全生育期需水量与小麦一样，最理想的稻作生产方式就是直播加旱种，像种小麦一样种稻。这一方面是因为一部分地区水资源的严重缺乏已成为这个最耗水农作物的最大制约因素，另一方面是因为淹水灌溉条件下的育苗移栽，是高效机械化生产的大敌。儿时每年一个多月在泥水里弯腰曲背手工插秧的经历一直让我怀揣着像小麦一样种稻的梦想。这个儿时的梦想随着优质高产节水抗旱稻的育成和推广已经和正在变成现实。旱种与机械、无人机或飞机直播、撒播相结合，能够像种小麦一样种稻是真正意义上的水稻的第二次革命，实现从“水稻”向“稻”的转变（图1）。这是最有希望扩大水稻种植面积，简化栽培技术，实现规模化生产并大幅度提高生产效率的途径。培育能够像种小麦一样种植的节水抗旱稻，是稻作生产全程机械化的需要，是高效规模化稻作生产的需要，也是减少碳排放的需要。能够节水和减少碳排放的节水抗旱稻也被称作为稻作生产的“蓝色革命”。本期MBA系列文章将介绍上海市农业科学院农业生物基因中心历经近三十年研发育成的节水抗旱稻及其所引领的稻作“蓝色革命”。
图1 水稻生产从手工或机器插秧向机器和无人机直播到大规模飞机直播的发展（图片来自网络）
1. 稻的起源与遗传改良在中国
中文辞海是这样解释“稻“的（《辞海》第七版）：稻，植物名。亦称“禾”“谷”，古称“稌”“秜”等。世界主要粮食作物之一。禾本科。草本。野生稻多为多年生，栽培稻一年生。一般指栽培稻。按土壤水分的适应性，分水稻、深水稻、陆稻；按米粒内淀粉的性质，分黏稻与糯稻。米粒主要作粮食外，可酿酒、制淀粉。秆和米糠可作饲料和工业原料。
作为世界上重要的粮食作物，水稻养活了一半以上的世界人口，中国有60%以上的人口以大米为主食。稻属植物包含两个极为重要的栽培物种，即亚洲栽培稻和非洲栽培稻，分别独立起源于亚洲和非洲。目前，亚洲栽培稻已在全球范围内广泛种植。中国是亚洲栽培稻的起源地之一。农业考古界在淮河下游江苏高邮龙虬庄遗址出土了距今5000-7000年以前的5000多粒碳化稻；在淮河上游河南舞阳贾湖遗址发现了数以千计的7000-8000年以前的碳化稻米；在长江中游湖南澧县八十垱遗址发掘出上万粒7000-8000前的碳化古稻。考古和考古植物学的发现似乎都表明，水稻种植始于我国长江中游地区，而后传向世界各地。
研究显示，栽培稻是由普通野生稻进化而来。野生稻则起源于干湿交替的沼泽地带，属于中生植物，对水生和旱生环境具有双重适应性。在野生稻通往栽培稻的长久演化过程中，首先进化成旱稻，可以在干旱条件下完成其生长发育过程，然后，随着水利条件的不断改善，演化成适应于水生环境的水稻 (Molecular Plant 15 (2022) 1401-1404)。水稻和旱稻两者在植物学和生物学上没有显著区别，但旱稻具有极强的抗旱性。
近代以来，中国水稻育种技术不断突破，亩产由不足100公斤提升至800公斤，单产、总产均居世界第一。其中，矮化育种的实现使中国水稻单产提高20%左右，三系杂交水稻的配套使杂交水稻单产比常规稻进一步提升20%左右。近代中国水稻育种大致经历了六个时期（胡培松 圣忠华 2021 水稻种业的昨天、今天和明天）。（1）水稻第一次“绿色革命”（早于国外绿色革命10余年，黄耀祥先生以 “矮仔占”为材料，选育出“矮仔占 4 号”，培育出 “广场矮）；（2）核质互作雄性不育系的培育和水稻三系杂种优势利用（袁隆平先生及其助手李必湖等人发现花粉败育野生稻并实现三系配套；谢华安育成抗病、高产、广适杂交水稻）；（3）光温敏雄性核不育系的培育和水稻两系杂种优势利用（以石明松先生发现光敏核不育为契机）；（4）理想株型育种（杨守仁先生等提出高产水稻指标和袁隆平先生提出超高产杂交水稻）；（5）籼粳亚种间杂种优势的利用（依据日本学者池桥宏提出的广亲和基因的概念）；（6）第二次绿色革命理念及绿色超级稻品种选育（以张启发先生为首的一批科学家提出第二次绿色革命的 10 字口号，“少投入，多产出，保护环境”）。而正在经历的一个新的历史时期，就是可以像小麦一样种植的节水抗旱稻（图2）。新的技术革命都是在过去的基础上添砖加瓦，节水抗旱稻（现代和未来版）也将从历次育种技术革命中获取动力和营养。
图2 近代中国水稻育种成就及其对节水抗旱稻（现代和未来版）的贡献
2. 水稻生产瓶颈和水稻去“水”成“稻”
中国地大物博，自然条件复杂多样。一方面南方热带和多雨地区经常出现洪涝灾害，具有充足的水分供水稻生长。另一方面，整体上中国是贫水大国，是世界上13个严重缺水的国家之一。而且，水资源时空分布极不均衡，北方一些稻区地下水超采较为严重，已难以维系同样的稻作生产方式；南方稻区局部性、季节性旱灾频发。而水稻生产是用水大户，消耗了大量的淡水资源。据估计，我国每年农业用水量占总用水量的70.4%，其中水稻生产用水量又占农业用水量的70% (Zhang Q. Strategies for developing green super rice. Proc Natl Acad Sci USA, 2007, 104: 16404-16407)。因此，水稻种植用水量占全国用水总量的50％左右。因为水资源匮乏，中国百分之七十以上的水稻种植地区都是望天落雨的缺水型中低产田，“水”成了一道“紧箍咒”，让稻作改良举步维艰。因此，农业水资源紧缺，特别是部分地区水稻生产用水不足已成为继耕地之后，长期制约中国农业发展的重要因素。另一方面，长期以来的淹水栽培习惯使水稻种植对水分过度依赖，形成了在其生产过程中田间长期保持水层的种植方式，导致大量的甲烷排放。同时，化肥和农药的施用量不断增加，利用效率不断降低，增加了生产成本，造成了严重的农业面源污染。可见，提高水稻的水分利用效率，增强水稻品种的抗旱性，发展节水栽培技术，是在很多稻区实现稻作可持续发展的必然需求。
根据“中华人民共和国气候变化第二次两年更新报告”（2018年12月），中国农业温室气体排放量占总排放量的8.3%，因此农业减排是农业可持续发展亟待解决的问题。水稻种植离不开水，然而为了淹水种稻而保持的水层在滋养水稻的同时，也把土壤和氧气隔离开来，被水层覆盖的土壤中会滋生大量厌氧菌，由此产生甲烷等温室气体。水稻单位面积内排放的温室气体是小麦、玉米等旱作粮食作物的4倍以上。中国的水稻生产已形成“高产-大水大肥-高碳排放”的恶性循环。稻田排放的主要温室气体甲烷，贡献了大约全球10-12%的甲烷排放量，提供了2.4%的“全球变暖效应”。2022年6月30日，农业农村部与国家发展改革委员会发布了《农业农村减排固碳实施方案》，明确提出实施稻田甲烷减排行动。稻田甲烷主要由甲烷菌在淹水厌氧环境下分解有机质产生。要减少稻田“排气”，就要减少土壤淹水的时间。因此，减少稻田碳排放最有效的方式，就是改变水稻淹水种植的模式，根据水分供应情况，采用灵活适宜的播种方式，在不必要严格平整土地、不必要保留田间水层的情况下，或水直播，或旱直播；或淹水栽培，或靠天雨育。
上海市农业科学院农业生物基因中心罗利军团队经过近30年的研发和完善，将旱稻的“耐渴”基因引入水稻，育成节水抗旱稻。它既非水稻也非旱稻，却可像水稻一样在水田栽培，也可像小麦一样在旱地种植。2016年，“节水抗旱稻” (Water-saving and drought-resistance rice，WDR) 这一术语通过行业认定并对外颁布，从此节水抗旱稻成为一种新的栽培稻类型。节水抗旱稻具有以下三个特性：节水：节水是在整个生育期间，节约灌溉用水的能力，包括两个方面：一是水分利用效率 (Water use efficiency, WUE)，二是有效利用降水。抗旱：抗旱是指在干旱条件下的生存与生产能力的总和，即在一定的水分胁迫下，节水抗旱稻可维持植株较高的水势以保持正常的生理代谢活动。抗旱性包括避旱性、耐旱性和复原抗旱性这三个方面，在干旱的早期，避旱性起主要作用，耐旱性被认为是抗旱性的第二道防线。易种：易种是相对于水稻而言，指节水抗旱稻易于种植的特性，主要表现在耐直播、耐不良土壤（如盐碱)、化肥利用效率高、适应于机械化种植等。其中，适合直播是最重要的特性。早期的传统旱稻种植方式是刀耕火种，因此品种适合直播，表现为萌发能力强、耐深埋、扎根快。但是，在旱稻向水稻的演变过程中，由于采用育秧移栽，这些性能基本伤失。中胚轴延长反映了品种的耐深埋能力，节水抗旱稻品种 “旱优73”，在深埋8 cm的情况下，依靠中胚轴伸长，依然能够保证正常出苗。
鉴于节水抗旱稻在很大程度上不同于水稻的生理特性和栽培方式，以此为主的生产方式可以定义为“稻作生产”，从而取代传统意义上的“水稻生产”， 淹水和田间持水成为洪涝和低洼条件下的一种特殊的非必需状态。这也是本文在大多数情形下将“水”字去除，使用“稻”或“稻作”的原因。
3. 稻作的蓝色革命之路
我国旱稻栽培历史悠久。在广西、云南等山区，目前尚有在山坡上种植旱稻的习惯。当地山民一般在3月下旬上山，放火烧山之后，将干种子直接撒播（或点播）于烧过的山坡地，清明雨水一浇便发芽生长。此后不浇水、不施肥、不打农药，直到11月再上山收割 (图3)。这一种雨养或望天收的栽培模式，稻谷产量较低，亩产只有100多公斤，但适合直播，具有很强的节水抗旱性，其需水量仅为水稻的1/3—1∕4。据此，早年在中国水稻研究所工作的罗利军和团队决定，把旱稻的抗旱和水稻的高产有机结合，培育出既生态又高产的旱稻新品种。
图3 山坡上的传统旱稻（云南景洪, 2018 年；罗利军提供)
为了筛选节水抗旱的稻种资源，罗利军团队开始大规模抗旱资源评价。于1998年底，从1万个育种资源里筛选出一个可以用于培育杂交稻的旱稻保持系，1999年筛选出129份旱稻核心资源。
2001年，上海市农业科学院从中国水稻研究所引进罗利军及其团队，组建上海市农业生物基因中心。同年，罗利军有关水稻抗旱性的研究（Towards better understanding and further improvement of drought tolerance in rice) 获得洛克菲勒基金会水稻生物技术项目的资助。为了水稻抗旱性研究的国际合作，洛克菲勒项目技术官员、著名农艺与生理学家Abraham Blum 博士多次来到中国，帮助建立抗旱评价设施和研究平台。罗利军团队将研究方向聚焦于水稻的节水抗旱研究，在海南利用山坡荒地建立了露天抗旱筛选圃，可在旱季进行大规模抗旱性评价；在上海建立温室条件下可进行水分有效控制的田间抗旱性鉴定设施。基于科学的抗旱性评价体系，开始进行大规模稻种资源抗旱性鉴定评价，构建了抗旱核心种质资源，并对综合抗旱性好的资源进行避旱性、耐旱性、水分利用效率的深入研究（图4）。随后，相关研究陆续获得国家 “863” 计划、国家自然科学基金重点项目、上海市科学技术委员会和农业农村委员会重大重点项目的支持。
图4 抗旱性表型鉴定 (Molecular Plant 15 (2022) 1401-1404)
2003年，罗利军团队培育出全球第一个优质旱稻不育系“沪旱1A”和首例“杂交节水抗旱稻”，两个新组合“旱优2号”和“旱优3号”在节水50%的情况下，产量潜力与大面积推广的杂交水稻持平，分别通过国家与省级审定。2005年正式培育集水稻高产优质、旱稻节水节肥等优点于一身的新型品种类型。2008 年，团队育成粳型节水抗旱稻不育系“沪旱 2A”。短短几年间，包括籼型、粳型、杂交和常规四个系列的节水抗旱稻相继问世。
2008年，比尔盖茨先生亲自到罗利军团队的试验田考察。随后，比尔及梅琳达·盖茨基金会立项，对抗旱育种项目进行了长达10年的支持，为后期的节水抗旱稻品种在亚非多国示范推广奠定了的基础。
2009年，罗利军团队在上海召开的第三届世界干旱大会 (InterDrought III) 上提出了并正式命名了节水抗旱稻。随后，在世界著名学术期刊Journal of Experimental Botany上发表“Breeding for water-saving and drought-resistance rice (WDR) in China”论文，系统阐述了节水抗旱稻的背景、目标、培育策略与发展前景。节水抗旱稻在灌溉条件下，其产量、米质与水稻基本持平，但可节水50%以上；在没有灌溉条件的中低产田种植，具有较好的抵抗干旱的能力，可实现旱播旱管，增产稳产。
2016年，中华人民共和国农业部正式颁布实施《节水抗旱稻术语》和《节水抗旱稻抗旱性鉴定技术规范》两项行业标准；2018年，启动国家节水抗旱稻区域试验，极大推动了节水抗旱稻的研究与发展。目前，已培育出籼型、粳型、杂交和常规4大系列节水抗旱稻品种30余个，其中代表品种“旱优73”根系发达，水肥利用率高，可在海拔1300米以下的地方广泛种植。
2022年7月，罗利军团队总结了20多年来在节水抗旱稻理论与应用研究中的发现，在植物学国际权威期刊Molecular Plant上发表了观点文章“Blue revolution for food security under carbon neutrality: A case from the Water-saving and Drought-resistance Rice”，提出水稻“蓝色”革命观点，即通过创新培育节水抗旱稻，实现旱种旱管、不需淹水栽培的稻作生产模式，使水稻生产摆脱对水的过度依赖，大幅减少稻田温室气体排放，促进水稻生产向“资源节约、环境友好”的绿色可持续生产方式转型。
4.水稻去“水”：理论研究、生产实践与减排
在节水抗旱稻基础研究方面，罗利军团队采用大量干旱条件和正常条件对比试验寻找调控抗旱性的基因，通过精细定位在第四染色体上发现了一个能让水稻更抗旱的基因OsRINGzf1，研究成果2022年发表于植物学国际知名期刊 Plant Biotechnology Journal。超表达该基因增强了水稻对干旱胁迫及盐胁迫的抗性。相反，敲除该基因使水稻对干旱更为敏感。该基因通过减少细胞上的水分通道来减少细胞失水，提高植株在干旱条件下的保水能力。在干旱条件下，超表达该基因导致产量比对照组高10%以上，从而减少干旱带来的产量损失。该基因可以与OsPIP2;1等6个水通道蛋白结合，在OsPIP2;1的降解过程中发挥重要作用。水通道蛋白就是细胞膜上的“水孔”，为水分跨细胞运输提供通道。水分通过水通道蛋白进入到细胞间隙，再从间隙来到叶表皮下的气孔处，进而通过蒸腾作用蒸发到空气中。因此，超表达OsRINGzf1基因， “水孔”减少，水分流失就减少。
在部分地区，中国的水养不起中国稻，必须解决“稻-水”矛盾。围绕这一科学问题，罗利军团队聚焦陆稻节水抗旱特性，结合水稻优质高产特性，通过杂交育种创新培育节水抗旱稻，解决了产量、品质与抗旱性难以兼具的难题。节水抗旱稻在高产灌溉田，如水稻一般水种旱管，可节水50％、节肥30％以上，亩产750公斤；在中低产田，可像小麦一样旱种旱管，只要保证在出苗、分蘖、孕穗灌浆三个阶段灌溉三次“跑马水”，亩产600公斤；即便是“望天田”，亩产也能达到400公斤。实现了“资源节约、环境友好、农田增值、农民增收”的绿色农业生产目标。中国现有2亿-3亿亩沙丘、盐碱地及南方山区的旱地，如能开发一部分用于种植节水抗旱稻，可年增产稻谷250亿公斤以上；在10-15亿亩的旱地内，特别是低洼易涝旱地，如能间种或套种一部分节水抗旱稻，可年增产稻谷上百亿公斤。
节水抗旱稻能够采用水种旱管、旱种旱管，不需要在稻田建立和保持水层，可直接从源头上解决问题，使甲烷排放量大幅度下降。2019年，上海市农业科学院气候变化与绿色生产研究室将此品种作为全球农业减排方案，申请获批欧盟“地平线2020”节能减排科研计划。2019-2020年，经上海市农业科学院生态所低碳团队在安徽7个县进行了稻田温室气体排放监测，节水抗旱稻旱种旱管的碳排放相较水田减少90%以上，与玉米等旱作作物持平（图5）。
图5 节水抗旱稻实现资源节约与减污降碳（https://res.cenews.com.cn/h5/news.html?id=995490 中国环境APP）
目前，节水抗旱稻年种植面积已超过300万亩，其中“旱优73”（>200万亩）已经成为长三角种植面积最大的杂交稻品种。节水抗旱稻已经在中国超过2/3的省市及20多个“一带一路”国家开展了商业推广或示范种植（图6）。目前，在长江中下游及淮河流域，“旱优73”、“沪优2号”、“沪旱1516”等品种的年推广面积超250万亩，预计2025年年推广面积将超1200万亩；“沪旱106”、“沪旱6220”在东北、新疆及黄淮海地区试种示范成功，2030年预计新增种植面积将超1000万亩；适合在华南及云贵川地区种植的“旱优73”、“旱优113”、“旱优78”等相继通过审定，2030年预计种植面积将超1000万亩。据推算，该目标的实现意味着每年减少稻田甲烷排放15.6万吨，折合二氧化碳当量约440万吨。如果能将这部分减少的稻田碳排放纳入国际碳交易市场，可使农民额外增收4400万美元。
图6 节水抗旱稻示范与推广。左：节水抗旱稻新品种2023年在北方（通辽）示范种植。右：在坡地上完全靠自然降雨生长的节水抗旱稻（浙江建德 2020）。 (罗利军提供)
在节水抗旱稻培育和种植过程中，罗利军带领团队推动节水抗旱稻走向“一带一路”国家，成为讲好中国故事、传播好中国声音的农业典型案例，为全球农业绿色可持续发展贡献了中国智慧和力量。节水抗旱稻的科学成就随之走向世界，在乌干达、肯尼亚、尼日利亚等非洲国家以及印度、印度尼西亚、缅甸、巴基斯坦等亚洲国家生根发芽（图7）。节水抗旱稻“旱优73”具有很好的广适性，在东南亚及非洲国家，如越南，巴基斯坦，孟加拉，尼泊尔，赞比亚和乌干达等国都有不俗的表现。该品种在非洲表现十分突出，特别是在抗水稻黄斑病毒方面表现优异，增产效果明显，大面积种植可达700kg/亩，高出本地常规稻400kg/亩。
图7 节水抗旱稻在国外。左：2022年6月27日博茨瓦纳代总统措霍瓦内（前中）在哈博罗内收割中国“节水抗旱稻”；新华社发，策基索特巴洛摄。右：在越南，节水抗旱稻长势良好。
2022年5月，为推进水稻“蓝色革命”，罗利军提出节水抗旱稻“1522”新发展目标，“5”是在上述拓展的1亿亩中，每亩产量达500公斤、总产量达500亿公斤，也就是“两增”。此外还包括“两减”，即在现有的近1亿亩易受干旱影响的水稻田中推广5000万亩，可减少200亿吨水稻生产用水，减少200亿公斤碳排放。
上大学前我的种稻经历告诉我，故乡的稻田在灌浆成熟前大多是一直淹在水里的，每个村都有田间管理员巡视在地头，随时加固每块田的排水口，调整稻田的水位，管理稻田的淹水状况。灌浆完成后，为了排干田里的积水，还有把稻子移开形成一道一道的排水沟。这是除插秧外另外一种非常辛苦的活儿。在生产实践上，将节水抗旱稻与直播结合起来，可省去费工费时的育秧和移栽环节。针对不同稻作区域，已开发出水直播旱管、旱直播旱管、覆膜旱直播旱管、 “免耕旱直播＋微喷灌”等新型栽培技术，使长期以来育秧插秧、稻田淹灌的水稻生产方式得到大大简化。迄今，节水抗旱稻的价值也一再被挖掘，目前已集齐了节水、抗旱、节肥、轻简、高产、质优、环保这“七颗龙珠”。
60年前的“绿色革命”致力于提高作物产量，解决了粮食安全问题；近20年来，逐步兴起的“蓝色”革命则致力与解决农业生产与环境，特别是部分地区农业生产与水资源间的矛盾。节水抗旱稻推动了中国乃至全球水稻生产的“蓝色”革命，从种质创新的角度，培育出“资源节约、环境友好”的栽培稻新类型，使水稻生产摆脱了对水的过度依赖，实现旱作生产，大幅减少了稻田温室气体排放，有利于促进农业减排和水稻生产绿色转型。随着节水抗旱稻国际策源中心的建设和全国节水抗旱稻全产业链创新联盟的发展，节水抗旱稻在适宜地区的推广正在推动全球水稻“蓝色纪元”的来临，全球水稻种植也将进入高产优质、绿色可持续的新时代。
节水抗旱稻的理论和实践逐步获得了科学界的认可并被给予众多的荣誉。2010年，罗利军主持完成的 “节水抗旱稻不育系、杂交组合选育和抗旱基因发掘”获上海市技术发明一等奖，三年后，“水稻抗旱基因资源和节水抗旱稻的发现与创制”获国家技术发明二等奖。2021年，“水稻遗传资源的创制保护和研究利用”获得国家科学技术进步一等奖。2023年，罗利军研究员荣获2022年度何梁何利基金科学与技术进步奖。
5. 未来稻作育种与生产
节水抗旱稻及其类似品种将给稻作生产带来四项革命性变化。(1) 水种改旱种或采用弹性种植方式：改全生育期淹水种植为因地制宜旱种。在洪涝和淹水地区采用淹水种植，在雨水充足地区完全靠雨育，在雨水不足地区靠间歇性灌溉、喷灌或滴灌。(2) 移栽改直播：省去育秧和插秧环节，简化栽培模式，或旱直播或水直播，便于自动化和机械化操作。(3) 平地改坡地：将水稻种植地从地面平整的平原、碎片式的地块和梯田转移到可以连片种植、不需精确平整的平原、丘陵和坡地。一方面可以增加稻作种植面积，另一方面可以实现机械和无人机、飞机等的规模化操作。(4）手工改机械：在适宜的地区，让依赖手工和繁杂机械作业的稻作生产彻底告别育秧和插秧等传统生产方式，通过大型机械、无人机和飞机实现全程大规模机械化高效生产，极大地提高劳动生产率和稻作生产效率。
为此，进一步改良和提高节水抗旱稻需要在理论上搞清楚为什么节水抗旱稻能节水抗旱，涉及到哪些基因、哪些机制？理论上越清晰，才越有利于进一步寻求改良所需的种质资源。要在更大范围，包括 “一带一路”国家，去推广应用节水抗旱稻，就需要培育适应不同生态环境的多样性、高产、多抗品种。同时，还需要建立与不同地区生产种植条件相适应的栽培技术体系。此外，要围绕种子、化肥、农业机械、杂草控制、病虫害防治、可降解膜等农业生产环节，发展节水抗旱稻全产业链技术。
开发适合节水抗旱稻的除草剂，特别是适合播种前和苗期施用的广谱性除草剂，是大规模直播种植的关键。在适合旱种的地区，采用间歇式灌水、喷灌和滴灌技术的直播旱作栽培方式，实行大规模成片种植，可以提升全程机械化种植水平和生产效率。为解决耕地不足，扩大稻作面积，保障食物安全，在一定时期内，需要充分利用坡地、山地、丘陵、实行“旱稻上山”（图8）。这就需要强化节水抗旱稻的抗旱性和直播适应性，使之完全可以像小麦一样进行种植和管理。
图8 旱稻上山。上图：山改田中的节水抗旱稻（左：浙江建德 2020；右：浙江磐安 2021)。下图：山坡上的节水抗旱稻（广西宜州刘三姐乡 2021)。引自：罗利军，节水抗旱稻的概念与发展历程. 上海农业学报 2022,38(4):1-8。
6. 水稻去“水”和“蓝色革命”相关研究的启示
也因为大学同班的关系和我大学前的稻农生涯，很多年来一直关注着罗利军团队关于节水抗旱稻的研发及其进展，并在我的微信朋友圈和撰写的公众号文章中反复提及。同时为该团队所取得的每一个进展而感到欣慰和高兴（图9）。以节水抗旱稻为抓手的“蓝色革命”之所以取得成功，我个人觉得可以总结为以下三点。一是目标远大且切合实际。节水抗旱稻及其所引发的水稻生产方式的变革估计是项目一开始时并未料到的。改革开放后城市化和农业现代化对稻作生产全程机械化的迫切要求，让节水抗旱稻超出了预期的目标；而节水和减碳更是契合了当今世界环境友好和生态文明的总体需求。二是专心致志并持之以恒。节水抗旱稻从早期的抗旱筛选开始到育成品种的大规模推广，经历了近三十年的研发。这对很多人来说，相当于穷其一生于一事。这样既是难能可贵，因为很多时候缺乏如此的耐心；同时也是幸运的，因为很多人苦苦搜寻一辈子也未必能够找到一个理想的工作目标。三是聚才合作且时势相济。罗利军周围聚集了一批志同道合、各司其责的研究人员，围绕一个共同的目标开展工作。节水抗旱稻项目生逢其时，得到了国际国内基金会、国家和地方政府持之以恒的强有力支持。同心同德的一伙人得到稳定而有力的财政支持，这应该是很多研究成功的基础。当我回到故乡，看见常规杂交水稻已经完全由撒播代替了手工插秧，小型机器“收割+脱粒”代替了人工割稻、脱粒和晾晒等复杂环节时，我可以完全想象随着稻作生产方式的逐渐完善，以节水抗旱稻为代表的新一代科技产品将会给故乡的稻作生产和文化带来怎样的影响。于是，我期待着儿时梦想的实现、稻农的彻底解放、高效的稻作生产以及反复提及但在中国终将成为历史的“粮食安全”问题。
图9 罗利军（左）与笔者2017年8月31日在母校华中农业大学狮子山
致谢 感谢罗利军、张兴平（北京大学现代农业研究院）、胡立勇（华中农业大学）、张集文（湖北省农业科学院）对文章初稿的修改建议。
【附】罗利军简介
上海市农业生物基因中心首席科学家，研究员，华中农业大学兼职教授、博士生导师，长期从事农业生物基因资源的收集保存、评价创新与利用，重要基因分离、功能研究与种质创新，提出了发展节水抗旱稻理念与培育策略，选育出“旱优73”、“旱优3015”等多个常规和杂交节水抗旱稻，并在生产上大面积推广。在Journal of Experimental Botany、Molecular Plant、Plant Biotechnology Journal等刊物发表论文20余篇，主持获得国家科技进步一等奖（1项）、国家技术发明二等奖（1项），何梁何利基金科学与技术进步奖，省级科技进步或技术发明一等奖（4项）。曾获全国优秀农业科技工作者、上海市优秀专业技术人才、国务院“政府特殊津贴”、国家“百千万人才工程”第一、二层次人才、全国创新争先奖状等多项荣誉。
