杂交水稻与传统水稻生产的综合效益比较*——以云南省师宗县黑尔壮族社区为例

桂子昌, 陈 祯, 李红梅, 丁 丽

(1. 云南省玉溪第一中学 玉溪 653100; 2. 玉溪师范学院资源环境学院 玉溪 653100)

在我国, 长期以来水稻产量占粮食总产的 40%以上, 水稻种植对解决我国的温饱问题和粮食安全问题至关重要[1]。云南省稻种资源相当丰富, 是亚洲栽培稻(Oryza sativaL.)遗传分化中心和多样性中心地区之一, 拥有我国仅有的 3种野生稻, 即普通野生稻(O. rufipogonGriff.)、疣粒野生稻(O. meyerianaBaill.)和药用野生稻(O. officinalisWall.), 并且稻种资源分布广, 品种多样, 从海拔76.4 m的河口县至海拔2 695 m的宁蒗县永宁坝(我国水稻垂直分布的上界)均有分布, 收集和编目入库的地方稻种资源就达 5 128份, 被学者们誉为“稻之王国”[2-3]。云南稻种资源如此丰富与其多样性极其相关, 即地貌多样性、生物多样性、气候多样性、民族多样性及文化多样性。

然而, 近 30年来随着水稻选育品种, 尤其是杂交稻的推广和利用, 选育品种的大面积单一化种植现象趋于严重, 从而导致了种植的稻作品种遗传基础狭窄, 多样性下降, 病虫害频发。有报道指出, 当前种植的作物——水稻、玉米(Zea maysL.)和甜菜(Beta vulgarisL.)等, 其杂交种的遗传因子日趋狭窄, 存在遗传脆弱性和突发毁灭性病害的隐患[4-5]。由于高产杂交稻新品种的大力推广和大面积单一化种植, 云南省大量传统稻种(又称“地方品种”或俗称“老品种”)已在生产中被淘汰, 但一些少数民族地区因地方品种具有品质优、用途特殊、适应性广、抗逆性强、抗病虫害等特点, 以及与少数民族的节日庆典、宗教祭祀等民族传统文化息息相关等原因被保留下来。无疑, 云南省稻作生产中仍种植利用的每个传统品种作为重要的遗传种质资源均具有突出的特点, 具有现代杂交稻新品种难以替代的特征特性, 它们不仅为水稻优异基因的发掘与利用提供了重要的基因源, 也为未来水稻育种工作提供了前瞻性思路, 是稻种遗传资源多样性保护与稻作传统文化保护研究的宝贵材料。尽管如此, 由于环境气候变化、生境丧失、农业机械化以及少数高产水稻品种(尤其是杂交稻)的大面积集约化种植等原因,目前保留下来的传统稻种遗传资源也面临着快速流失和灭绝的风险。

目前, 国内外对某个地区种植的杂交水稻与传统水稻在生产投入、经济产出、生态影响以及稻作文化等方面较为系统全面的比较研究鲜见报道, 国内主要见对其产量、产量性状、农艺性状、水肥需求、病虫害及其谷物品质等方面的比较研究[6-14]。然而, 这些研究都是从单个层面对杂交水稻和传统水稻进行比较, 其研究结果具有一定的局限性和片面性, 且杂交水稻与传统水稻种植的生态效应及其稻作文化等重要要素的比较研究往往不受重视或被忽略。单方面的比较研究显然不能全面反映和评价某个区域种植的杂交水稻与传统水稻的效益和影响,这对于指导稻种资源的保护与推广利用以及水稻生产的可持续发展是不利的。本文以云南省师宗县龙庆乡黑尔壮族社区为例, 从多个层面对民族地区种植的杂交水稻与传统水稻进行比较, 旨在通过对两种不同水稻品种在生产投入、经济产出、生态影响以及稻作文化等方面的比较研究, 全面客观地反映和评价种植 2个水稻品种的综合效益。该研究对水稻生产的可持续发展具有一定的指导意义, 同时也对传统遗传种质资源的保护与可持续利用具有一定的参考价值。

1 研究方法

1.1 研究区概况

研究区黑尔位于曲靖市、红河州、文山州三地州交界处, 隶属云南省师宗县龙庆彝族壮族乡黑尔壮族村委会, 全村辖有 14个村民小组, 现有农户1 022户, 耕地面积223.06 hm2, 是纯壮族的村委会。年平均气温 18 ℃, 海拔 1 100 m, 属于低热河谷槽区。水资源丰富, 土壤肥沃, 适宜种植水稻等农作物。当地种植水稻有近2 000年的历史, 至今仍种植的传统水稻品种为‘黑尔糯稻’(俗称‘万里香’)[15]。黑尔村自 20多年前开始引种杂交水稻, 自 2005年以来, 该村种植的杂交水稻品种有‘内香’、‘丰优 290号’、‘红香软十号’、‘宜香725’, 而近3年来主要种植后两种, 其中‘宜香725’的种植面积占全村杂交水稻种植总面积的 63%。全村各户均种植水稻, 主要用于自家食用和销售。调查选取稻田面积较多的大寨村、发蒙村、观花村为主, 雨灯寨、田心村、石头寨、甘田村等为辅, 收集农户2016年种植传统水稻(‘黑尔糯稻’)和杂交水稻‘宜香 725’两个品种的相关信息。

1.2 调查方法

采用问卷调查和无结构式访谈相结合的方法[16]对黑尔壮族社区农户种植传统水稻与杂交水稻(均为单季稻)的情况进行调查, 问卷和访谈内容涉及2016年种植的两个品种在生产资料投入、经济产出、生态影响以及稻作文化等方面的信息, 走访农户共计204户, 收回有效问卷共计200份。

1.3 数据分析

调查数据的处理、均值、方差分析和独立事件T检验采用SPSS(Statistics 19.0)统计软件完成。通过换算, 将调查获得的水稻单产、肥料投入、农药投入、成本、利润等数据均以公顷(hm2)为单位进行比较。

2 结果与分析

2.1 两个水稻品种的生产投入

当地种植杂交水稻和传统水稻的稻种用量如表 1所示。方差分析表明, 当地种植的传统水稻‘黑尔糯稻’与杂交水稻‘宜香725’在稻种用量上存在显著性差异(P=0.002), 传统水稻平均每公顷所需稻种用量是杂交水稻的1.88倍。

表1 杂交水稻与传统水稻的生产投入比较Table 1 Comparison of inputs between hybrid rice and traditional rice

当地种植传统水稻在农药使用次数上也显著低于杂交水稻(P=0.007), 杂交水稻在农药的使用次数上是传统水稻的1.42倍(表1)。

种植两种水稻均需施用一定量的农家肥(主要是牛粪、羊粪、猪粪、马粪等与水稻等作物秸秆搅拌混合物)和化肥(包括氮、磷、钾等化学肥料)。在化肥的施用方面, 无论是施用量还是施用次数, 杂交水稻均显著高于传统水稻(P＜0.001)。种植杂交水稻所需的化肥用量为729.15 kg·hm-2, 施肥次数平均为3.44次; 种植传统水稻所需的化肥用量为319.20 kg·hm-2, 施肥次数平均为2.69次。在农家肥施用方面, 种植杂交水稻施用的农家肥用量显著高于传统水稻(P＜0.001), 施用次数两者之间不存在显著差异(表1)。总体来看, 无论是在化肥和农家肥的施用量和施用次数上, 杂交水稻均显著高于传统水稻。

当地种植传统水稻在种子、农药、化肥、农家肥等方面的成本投入显著低于杂交水稻(P＜0.001)。在稻种成本投入方面, 种植杂交水稻和传统水稻的种子成本投入分别为 1 096.95 ¥·hm-2和 691.05 ¥·hm-2,杂交水稻的种子投入成本是传统水稻的1.59倍; 在农药成本投入方面, 种植杂交水稻和传统水稻的农药成本投入分别为 3 038.85 ¥·hm-2和 1 769.10 ¥·hm-2, 杂交水稻的农药投入成本是传统水稻的1.72倍; 在化肥成本投入方面, 种植杂交水稻和传统水稻的化肥成本投入分别为 3 001.50 ¥·hm-2和 1 664.55 ¥·hm-2,杂交水稻的化肥投入成本是传统水稻的 1.80倍; 在农家肥成本投入方面, 种植杂交水稻和传统水稻的农家肥成本投入分别为 822.75 ¥·hm-2和 340.20 ¥·hm-2, 杂交水稻的农家肥投入成本是传统水稻的2.42倍。种植1季杂交水稻和传统水稻的成本总投入分别为7 960.35 ¥·hm-2和 4 464.90 ¥·hm-2, 杂交水稻总的投入成本是传统水稻的1.78倍。

2.2 两个水稻品种的经济产出

当地种植杂交水稻和传统水稻的产量情况如表2所示。杂交水稻的产量显著高于传统水稻(P＜0.001),杂交水稻的产量是传统水稻的1.93倍。传统水稻的销售价格为 11.62 ¥·kg-1, 而杂交水稻的销售价格仅为 4.67 ¥·kg-1, 传统水稻的销售价格是杂交水稻的2.49倍(表2)。传统水稻的经济效益显著高于杂交水稻(P＜0.05)。在产值方面, 传统水稻的总产值是杂交水稻的 1.28倍; 在利润方面, 传统水稻的净利润和利润率分别为 47 622.90 ¥·hm-2和91.42%, 杂交水稻的净利润和利润率分别为32 588.55 ¥·hm-2和 80.36%。种植传统水稻所获的净利润是杂交水稻的 1.46倍, 利润率比杂交水稻高11.06%。

表2 杂交水稻与传统水稻的经济产出比较Table 2 Comparison of economic output between hybrid rice and traditional rice

2.3 生态影响

2.3.1 环境风险

为防治水稻作物病虫害保证作物的正常生长和产量, 在作物种植过程中需施用一定量的农药和化肥, 由此也带来一系列的环境问题, 比如污染水体、土壤, 降低生物多样性等。当地农户在整个种植周期中, 杂交水稻施用的农药和化肥量及次数显著高于传统水稻(表1), 杂交水稻生长较传统水稻更依赖化肥和农药。因此, 种植杂交水稻使用农药和化肥所带来的环境压力和风险要高于传统水稻, 而传统水稻的种植在环境和气候方面更加友好。

2.3.2 稻田生物多样性

以稻田为生境的物种种类及数量的丰富度(尤其是以稻田害虫等为食的天敌种类和数量的丰富度)也是衡量稻作生态效益的重要方面和内容。调查发现,传统水稻稻田的生物多样性明显高于杂交水稻。这主要表现在以下几个方面: 1)传统水稻稻田中, 与水稻伴生的植物种类和数量明显高于杂交水稻稻田, 为小型动物(如蜘蛛、天敌昆虫、青蛙)等提供了有效的庇护场所和充足的食物来源; 2)传统水稻稻田中, 以稻田为栖息环境的小型动物(如蜘蛛、天敌昆虫、青蛙)等的种类和数量也明显高于杂交水稻稻田。以稻田的蜘蛛数量为例, 经初步调查发现, 传统水稻田的蜘蛛数量平均为32.60头·m-2, 杂交水稻田的蜘蛛数量仅为11.42 头·m-2, 两者存在显著差异(P＜0.001)。

2.4 稻作文化

通过查阅历史资料和农户访谈可知, 从壮族祖先2000多年前在黑尔定居以来, 至今仍延续着传统水稻‘黑尔糯稻’的种植。当地的壮族居民一年中有10个月都需要使用‘黑尔糯米’(表3)。传统水稻‘黑尔糯稻’的种质资源是先辈留下来的, 其稻米用在习俗、节庆、信仰和崇拜中, 经岁月的洗礼已渗入到了民族文化中, 形成了独特的稻米文化。相比而言,杂交水稻在当地的种植历史仅有20多年, 与当地少数民族的饮食文化、节日庆典、宗教祭祀等民族传统文化等方面没有任何的相关性。

3 讨论

杂交水稻因具有远缘杂种优势, 产量普遍高于传统水稻[6-9], 本研究结果也证实了这一点。然而,有研究报道称杂交水稻较传统水稻更嗜水肥。例如,李全衡[11]的研究结果表明由于杂交水稻根系发达、茎叶繁茂、新陈代谢作用旺盛, 需要的水分供给量远大于传统水稻。胡泓[12]研究了杂交水稻与传统水稻对钾肥的需求和利用效率, 结果表明杂交稻对化肥和农家肥的需求量显著高于传统水稻, 但二者对钾肥的利用效率无显著性差异。可见, 杂交水稻产量普遍较传统水稻高除了其自身的杂种优势以外,还与其更嗜水肥的生物学特性有关系。因此, 杂交水稻虽然在产量方面具有明显的优势, 但需要更高的水肥条件才能保障其产量, 加大了目前水资源匮乏的压力和环境污染的风险。此外, 有研究显示, 与杂交稻相比, 地方稻种还具有制种安全高效、制种成本低、生长周期较短、抗病虫害、生态适应性强、稳产性好、品质优等优势[9]。例如, 在抗病虫方面,钱希[13]研究了稻纵卷叶螟(Cnaphalocrocis medinalis)对杂交水稻和传统水稻的生态反应, 结果显示, 稻纵卷叶螟在杂交水稻上的产卵量显著高于传统水稻, 百穴卵量高于传统水稻达 41.9%, 在杂交水稻上的发生和为害都较重。陈仕高等[14]研究发现白背飞虱(Sogatella furcifera)在传统水稻上的种群数量和危害程度低于杂交水稻。在农艺性状与生态适应方面, He等[10]对3个元阳县哈尼族人持续种植了上百年的传统水稻品种和 3个现代品种分别种植在元阳梯田 6个不同海拔梯度进行农艺性状比较研究, 结果表明:传统品种在不同海拔的株高、穗长、有效穗等农艺性状差异不显著; 而现代品种在不同海拔的农艺性状波动较大, 这可能是元阳地方水稻品种长期种植与环境相适应的结果。

表3 ‘黑尔糯稻’食用稻米文化Table 3 Rice culture of traditional rice variety ‘Hei’er Sticky’ in the study area

在本研究中, ‘黑尔糯稻’作为当地壮族优良的传统遗传种质资源, 其稻米用在习俗、节庆、信仰和崇拜中, 经岁月的洗礼已渗入到了民族文化中, 形成了独特的稻米文化。杂交水稻在当地的种植历史仅有20多年, 与当地少数民族的饮食文化、节日庆典、宗教祭祀等民族传统文化等无任何的相关性。尽管如此, 随着时间的流逝, 许多稻作文化也渐渐在人们心中淡化, 相关学者提出传统遗传种质资源及其相关的稻作文化正面临消失的风险, 发出了农家保护与传承的号召[17-19]。保护一种传统的稻种资源, 不仅是保存了一份珍贵的遗传种质资源, 而且更是保留了蕴藏在其中的传统民俗文化。对于传统水稻遗传种质资源的保护, 最佳的保护方式不是迁地保护, 建立种质资源库, 而是因地制宜, 正确引导, 推动社区农户积极种植, 就地保护, 这样的保护方式才具有真正的可持续性和“生命力”。

4 结论

通过对云南省师宗县黑尔壮族社区种植的杂交水稻和传统水稻的综合效益比较得出: 当地种植的杂交水稻的产量显著高于传统水稻。然而, 从生产资料投入、经济产出和生态影响等方面来看, 当地种植的传统水稻的综合效益显著高于杂交水稻, 且传统水稻‘黑尔糯稻’品种与当地少数民族的饮食、节日庆典、宗教祭祀等民族传统文化息息相关, 而杂交水稻品种不具有这方面的相关性。实践证明, 在水稻品种布局中传统稻与杂交稻相辅相成、缺一不可。目前, 在我国主要的水稻产区广泛种植高产的杂交稻对于保障国内粮食安全具有重要意义。然而传统稻种遗传资源又是杂交稻育种取得突破的重要遗传基础。因此, 结合本研究的结果, 从稻种遗传资源多样性与稻作文化保护的角度出发, 在传统稻种较为丰富的少数民族地区应重视传统水稻与杂交水稻的合理布局, 有意识地引导和重点加强对具有品质优、经济效益高且与当地民俗文化相关等属性的传统稻种遗传资源的保护与可持续利用。

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