中国再生稻种植的影响因素及可持续性研究进展*

宋开付，张广斌，徐 华 ，马 静†

（1. 土壤与农业可持续发展国家重点实验室（中国科学院南京土壤研究所），南京 210008；2. 中国科学院大学，北京 100049）

再生稻是在单季稻的基础上发展起来的，利用头季稻收割后稻桩上存活的休眠芽，在适宜的水、温度、光照和养分等条件下重新发苗，萌发再生蘖，进而抽穗成熟，再收一季[1]。再生稻作为晚秋作物，具有生育期短、日产量高、米质优、省种、省工、节水、调节劳力、生产成本低和经济效益高等优点，对于我国南方种植一季稻热量有余而种植双季稻热量又不足的稻麦两熟区，或双季稻区仅种一季中稻的稻田，是提高复种指数、增加单位面积稻谷产量和经济收入的主要措施之一[1]。发展再生稻对适应农业结构调整、增加粮食产量、提高农民收入和保障我国粮食安全具有重要意义。

1 中国再生稻的发展趋势

我国最早有关再生稻的记载可以追溯到1 700多年前西晋·郭义恭著《广志》一书：“南方有盖下白稻，正月种，五月收，获讫，其茎根复生，九月熟。”此后，史书对再生稻的记载一直未间断，东晋·张湛《养生要集》、北宋·乐史《太平寰宇记》、明·徐光启《农政全书》均有对再生稻的相关记载。这表明在古代农民已经开始利用再生稻，且对其种植收割方式、生长规律等方面有了粗浅的认识，当时农民称之为“秧孙谷”或“抱孙谷”。到了宋代，再生稻在长江流域的江苏、浙江、安徽、江西、四川等地均有所种植，明清时期再生稻的种植面积继续扩大，发展到了云贵高原[2]。早在20世纪30年代，杨开渠就开始了再生稻的研究，是中国乃至世界上最早对再生稻进行全面和深入研究的科学家，他利用高杆籼稻品种水白条和小南粘为材料，研究了休眠芽的生长与幼穗分化进程、头季稻播种量、每穴栽插苗数、成熟期、留桩高度等方面及其与再生稻产量和再生稻品种间重要性状的相关性等，为我国近代再生稻的研究奠定了基础[1，3]。

历史上我国南方的再生稻受水稻品种和栽培技术的限制，多以小面积种植、零星分布为主，主要作为头季稻欠收的补救措施，未能形成再生稻集中产区和稳定的稻田耕作制度，生产发展缓慢。1980年以后，杂交水稻的培育成功与利用，特别是以汕优63和汕优2号等穗数型为代表的一批具有强再生力品种的育成，促进了再生稻的进步与发展，川东南地区再生稻面积达3.3×105hm2，超过了美国墨西哥湾沿岸1.1×105hm2再生稻区，成为当时世界上面积最大的再生稻集中产区[4]。在国家的鼓励与支持下，1990—1993年，我国再生稻累计收获面积达到2.0×106hm2，两季总产达3.2×106t[4]。21世纪以来，我国南方单季稻作区适宜种植再生稻的面积约为3.3×106hm2，主要分布于四川、重庆和福建等地[5]。其中，四川省再生稻种植面积最大，约为2.5×105hm2，两季总产量约为10.5 t·hm-2（头季8.4 t·hm-2、再生季2.1 t·hm-2）；重庆每年再生稻收获面积7.0×104hm2，再生季产量略低于四川；福建省的再生稻面积不算大（约为4.6×104hm2），但是产量水平居全国最高，两季总产可高达17.3 t·hm-2（头季9.8 t·hm-2、再生季7.5 t·hm-2）[5-6]。近几年，湖北、湖南、江西、广西、云南等地的部分地区也相继恢复和发展了再生稻，湖北省再生稻发展迅猛，推广种植面积约为4.7×104hm2，机收头季和人工收割再生季的平均产量分别达5.2和6.6 t·hm-2[7-8]。

2 再生稻种植的关键因子

2.1 生育期积温与光热条件

热量是决定再生稻能否种植的主要气候因素。据方文等[9]研究，从头季稻播种到再生稻齐穗的积温需达到4 015～4 270℃。李实贲等[10]研究表明：在海拔350 m以下，9月上旬均温大于等于25℃、中旬大于等于22℃、下旬大于等于21℃才能保证再生稻安全生长。不同地区和不同的水稻品种对光热条件的要求各异，适宜再生稻种植的气候区划也不同（表1）。以四川省为例，研究发现，海拔高度与头季稻收割后30 d积温呈显著负相关；当海拔高度在230～350 m且头季稻收割后30 d积温在740～780℃之间时，再生稻单产最高[9]。影响再生稻生长发育的最重要指标是≥10℃年积温[11]，从表1中可以看出，云南省适宜种植再生稻区域的≥10℃年积温最高，最高积温为6 500℃，江西省早熟再生稻区域≥10℃年积温较低。

再生稻齐穗、扬花和结实对气温变化十分敏感，开花期的日均温仅有在22℃以上才能顺利完成受精过程，保证再生稻高产稳产[10]。巴西陆稻再生稻安全齐穗期的日均温要求大于等于20℃，温度大于等于10℃初日到大于等于20℃终日之间持续的天数和大于10℃的活动积温是衡量当地能否种植巴西陆稻的重要热量指标之一[12]。

影响再生稻生长发育和产量形成的主要生态因素为：日均温、日照时间、降水量、生长期积温和海拔高度等。熊洪和方文[19]研究表明：再生稻产量与日均温、日照时数、日射呈显著相关，通过通径分析得出它们对再生稻产量的直接效应由大到小依次为日均温、日照时数、日降水量和日射量，间接效应由大到小依次为日射量、日照时数、日降水量和日均温；水稻抽穗灌浆期日均温高、日射强、日照时间长，促进干物质积累、提高结实率；日降水量与产量呈微弱负相关（r=-0.247），而降水日数与产量呈显著负相关（r=-0.823），降水量大小代表降水日数的多少，降水日数较多，则光照减少、温度降低、光合作用减弱，进而影响再生稻产量。

再生稻千粒重受温光条件的影响。水稻产量三分之二来源于抽穗开花后的光合产物，而光合产物量取决于水稻后期绿叶面积与气象条件。方文等[20]分析再生稻抽穗扬花期到成熟期温光条件与千粒重的关系得出，日照时数和日均温与千粒重的相关系数分别为r=0.826和r=0.894，呈显著正相关。再生稻千粒重仅为头季稻的85%～90%，这与其齐穗期的绿叶面积为头季稻的50%～60%、灌浆期气温下降快、雨水多和日照少关系密切[20]。将再生稻抽穗灌浆期安排在日照时间长、降水量少和气温较高的天气条件下，有利于提高光合作用、促进干物质积累、增加千粒重，从而提高再生稻产量。

2.2 再生能力强的品种选育

选育出优良的再生稻品种是再生稻培植的基础。不同水稻品种再生力差异很大，生产上应选用丰产性好、再生力强、抗逆性强、生育期适宜、抗病虫害能力较强的再生稻品种。早在20世纪70年代就有科研工作者对再生稻品种进行鉴定选育，发现在近千个再生稻品种中，矮杆品种的10%具有中等再生力，1%左右具有较强的再生力[21]。胡慧英和赵式英[22]对400多个品种进行研究，结果表明：再生稻株高、穗长、每穗实粒数、千粒重分别与头季稻株高、穗长、每穗实粒数、千粒重显著相关，水稻的茎秆粗细及茎壁厚度与再生力无关。徐富贤和熊洪[23-24]研究了品种间着粒数和粒叶比与再生力的关系，结果表明：二者均与再生力呈显著负相关，原因在于粒叶比与单位颖花绿叶面积呈负相关，即粒叶比小，单位颖花绿叶面积占有量大，使头季稻收割时母茎鞘中积累更多的干物质，为再生芽的生长创造了有利的条件。将头季稻品种间着粒数作为评价再生力的重要指标，可操作性强。

据报道[1，25]，再生稻的产量在1.5～8.4 t·hm-2之间。Turner和Jund[26]研究指出，再生稻产量与头季稻收割后茎、叶中的总非结构性碳水化合物呈正相关。当前我国水稻生产的新形势下，除了需选育出头季再生力强、产量高的水稻品种，抗逆、抗病和优质特性也成为育种专家不断追求的目标。再生稻头季移栽后的返青期易受到坐蔸低温的影响，7月下旬抽穗扬花期常遭遇高温热害，影响千粒重和结实率，再生季的齐穗期（9月中下旬）较迟，寒露风也会影响空壳率，从而影响再生季水稻产量。稻瘟病、纹枯病和稻飞虱等水稻易发病虫害问题尚未解决。

再生稻再生季的米质好于头季稻[27-29]。郑苹立等[27]及杜登科和刘会桃[28]研究表明：再生稻再生季精米率、直链淀粉含量和垩白度等指标优于头季稻。调整育种思路，以优质稻谷国家三级标准为准则，通过加强品种再生力的基因测定和标记，对分子育种和再生力的遗传规律进行深入研究，加快再生稻育种进程，在提高产量的同时，筛选出再生力强、特定生育期的耐热性和耐寒性强、抗病虫害、米质优的再生稻品种，更加有利于促进再生稻的进一步发展。

3 再生稻高产栽培技术

3.1 种好头季稻

种好头季稻是再生稻获得高产的前提。适时早播、早栽头季稻不但可以延长头季稻和再生稻的营养生长期，积累更多的干物质，进而大幅提高再生稻产量，还能使再生稻抽穗灌浆期免受低温冷害的影响[30-32]。头季稻最佳栽插密度应保持在每公顷21.84万～26.76万穴[33]。根据品种生育特性和当地所处的气候条件，协调N、P、K比例，合理施肥，原则上重施底肥，早施蘖肥，巧施穗肥，底肥约占总肥料用量的60%～70%；中期适度烤田，控制无效分蘖，改善光照条件和群体结构，后期湿润灌溉，增强根系活力。整个生育期均要注意病虫害的防治，特别注重防治纹枯病、稻瘟病和稻飞虱等[34]。

头季稻收割的早迟不仅与头季稻产量高低直接相关，还影响再生稻的发苗率及能否安全抽穗开花[35]。有关头季稻收割期的研究较多 ，但结果不一。白宗绪[36]认为九成黄熟时收割最佳。黄世聪等[37]主张全田成熟度达九成至九五成黄熟收割较为合适。苗昌泽[38]认为过早收割，头季稻因籽粒成熟不足影响高产，过迟收割影响再生稻安全齐穗，以九五成黄熟为标准。吕泽林等[33]、罗文质[39]及熊洪等[40]提出头季稻十成黄收割，再生稻发苗数和有效穗多，两季总产量高。蒋彭炎[41]认为收割时的成熟度越高，茎鞘中积累的碳水化合物含量越多，再生力越强。熊洪等[42]研究表明：休眠芽开始破鞘现青时收割头季稻是最适宜收割期，较之以籽粒成熟度确定头季稻收割期更为方便和准确，还可以缓解高温伏旱对再生稻发苗的影响，以实现多穗高产。作者认为在田间观测到再生芽伸出叶鞘时为头季稻的最佳收割期，利用再生芽长度与再生芽破鞘的数量关系可知此时再生芽已达6～9 cm[43]，绝大部分可发苗成穗。

3.2 适高留桩

头季稻留桩高度是关系再生稻能否培植成功的一项关键措施，也是影响再生稻高产的重要因素。不同的杂交组合水稻品种、生态或海拔地区、头季稻高低及节位离地面的高度决定了头季稻的留桩高度[44]。在一定范围内适当高留桩，可缩短再生稻生育期，增加再生苗和有效穗，提高再生稻产量[45-50]。也有研究表明，低留桩处理更有利于再生稻的高产，这是因为随着留桩高度的降低，再生稻比叶重和粒叶比提高，进而增加产量[51-53]。张桂莲和屠乃美[54]提出，现使用的再生稻品种多属于上位芽再生型，总体表现趋势是再生稻产量随留桩高度的增加而提高。生产上，一般早、中熟品种留桩高度不低于20 cm，中、迟中熟品种应不低于30 cm。

多数研究认为，留桩高度对再生稻生育期有显著的影响。随着留桩高度的降低，再生稻生育期逐渐延长[55-57]。与留桩30 cm相比，留桩15 cm再生稻生育期延长4～6 d；留桩10 cm较40 cm处理再生稻生育期延长8～14 d[58]。如果后期积温不够，低留桩再生稻的安全齐穗可能会受影响，因此，不建议在生产实践中采取低留桩[59]。再生稻休眠芽发生率受留桩高度的影响。研究[48]发现，在一定范围内，随着留桩高度的增加，留茬节位的增多，低节位休眠芽发生率逐渐减小，高节位休眠芽发生率逐渐增多，品种间趋势一致，可能原因是茎秆上部休眠芽对下部休眠芽的营养抑制作用。综上，在适当的范围内增加留桩高度有利于缩短再生稻的生育期，增加再生稻产量，具有更普适性的意义。

3.3 土壤养分管理

化学肥料的施用是耕作土壤养分的重要来源，也是再生稻高产的关键措施。人们通常通过提高施肥量的方法来加强土壤养分管理。与磷、钾肥相比，施用氮肥对促进再生稻高产的效果更加显著，因此，对再生稻促芽肥和发苗肥的施用时间和施用量的研究较多（表2）。

表2 再生稻促芽肥和发苗肥的施用时间、施用量及再生季产量Table 2 Timing and rate of application of sprouting and seedling promoting fertilizer for ratoon rice and yield of the ratoon rice season

续表

促芽肥施用的目的是促进再生稻休眠芽的萌发。吕泽林等[33]认为，头季稻齐穗后5～10 d施用促芽肥再生季产量最高，较孙晓辉等[60]研究的施用时间提前12～17 d。凌启鸿和苏祖芳[61]指出头季收割前7 d施用促芽肥再生季产量较高。头季稻齐穗后10～15 d是促芽肥的最佳施用期[33-34，62，64，66]，水稻品种和地区气候因子的差异是造成促芽肥施用时间不同的主要原因。熊洪等[1]认为要获得再生稻的高产，每公顷应施尿素300 kg。促芽肥的施用量与头季稻着粒数有关，头季稻着粒数高（大于160粒）的大穗型品种要增加促芽肥施用量并提前施用，一般用量为每公顷施用尿素150 kg[62]。利用头季稻齐 穗 期 剑 叶SPAD（Soil and Plant Analyzer Development，土壤作物分析仪器开发，表示叶绿素含量）值预测再生稻促芽肥的需求量也是一种重要的确定施氮量的方法[68]。

发苗肥施用的目的是改善再生稻株碳氮代谢，提高结实率和穗实粒数[69]。大多数研究[63-67]认为发苗肥的施用时间应在头季稻收割后3 d内，一般施用量为150 kg·hm-2尿素，可获得再生季高产（表2）。徐思忠[70]研究指出，在再生季施氮总量（150 kg·hm-2，以N计）不变的前提下，促芽肥与发苗肥的比例为5︰5时，氮素吸收利用率和产量最高。根据各地土壤肥力状况及生态气候条件制定出适宜的促芽肥和发苗肥施用时期及施用量方案有助于进一步提高再生稻产量。

然而，在大量施氮促进再生稻高产的同时却忽略了磷钾肥的施用，导致土壤养分失调，土壤磷钾含量相对短缺，氮含量相对盈余[71]。应平衡施用氮磷钾肥提高再生稻产量和加强土壤养分管理。

3.4 科学用水

科学的水分管理对再生稻的再生芽萌发和幼穗分化具有重要意义。头季稻收割前结合促芽肥的施用灌一次水，自然落干后保持田间湿润状态至头季收割[25]。在头季稻收割后及时进行浅水灌溉，有助于促进再生芽的萌发和再生苗的生长，齐穗后湿润灌溉至再生稻成熟[37，49]。

4 问题及展望

随着人口数量的日益增长，对粮食的需求也将不断增加。再生稻作为一种提高粮食产量和增加农民收入的重要耕作方式，在政府的鼓励和支持下，必将具有广阔的发展前景。农业农村部出台的《全国种植业调整规划（2016—2020年）》中提出，应在我国西南地区发展再生稻，长江中下游地区、华南地区因地制宜发展再生稻。可是，再生稻种植的大面积推广也将引发一系列土壤、环境等科学问题。比如，为保证再生季有足够的水热资源以获得较高产量，头季插秧时间通常较单季中稻提前约两个月，且再生季氮肥施用量与头季或麦季的相当[72]。这意味着，蓄留再生稻将使得：（1）整个稻季延长，水稻品种也可能异于常规，势必影响温室气体排放；（2）部分稻田冬季无法种植小麦或油菜，但可以播种绿肥或休闲，让土地有足够的休耕时间，从而可能改善土壤结构、提高土壤肥力；（3）大量氮肥集中在生育期较短的再生季施用，可能引起氮素流失、造成水体污染。此外，再生季生育期相对较短且根系老化，植株吸收、富集重金属离子的效率较头季很可能明显减弱，这或许将大大降低稻米受污染的风险；再生季水稻灌浆期间昼夜温差大且基本不施农药，其稻米品质很可能与头季稻的不同。因此，深入研究再生稻种植的经济和环境效益对响应农业结构调整、确保国家粮食安全以及农业可持续发展具有重大战略意义。针对上述科学问题，未来的重点研究方向主要有：

4.1 农田耕作制度与再生稻发展产业化

我国农田的耕作制度在逐渐发生改变。由于农民工资上涨，农业生产成本（种子、化肥、农药）增长过快，水稻种植效益有限，农村青壮年劳动力大量外出务工，导致部分双季稻地区改为种植再生稻；稻麦轮作地区受降水和气候等条件的限制，小麦产量难以达到较高水平，有可能改为种植再生稻。这些改变引起的经济效益也需要进行重新评估，进而科学地引导农业生产方式的变革。稻农种植再生稻获得较高的经济效益也会对乡村振兴战略的实施和农业农村现代化的推进起到积极的促进作用。

保证再生稻持续、稳定、健康的发展需要各方共同的努力。政府层面上[73]，首先要重视再生稻产业的发展，明确再生稻产业是粮食持续稳定增长、国家粮食安全、农民持续增收的重要保障，是国家利益与农民利益的有机结合；其次，在政策上给予一定的扶持，目前针对水稻的各类补贴中，再生稻仅能获得头季的惠农补贴，再生季不享有补贴。企业层面上，加大宣传力度，再生稻米质优、口感好、绿色、健康的特性让广大消费者所熟知并认可；树立品牌意识，加强品牌建设；建立健全再生稻质量认证体系。科研机构层面，农业科研院所及高校加强合作，协同开展再生稻研究工作，尽快形成再生稻高产及普适性品种的遗传理论和方法体系。合作社层面，提高种植全程机械化、再生稻产业化程度，加强农技人才队伍培训，建设科技服务网络，探索出一条适宜再生稻产业健康稳定发展的先进科学的道路。

4.2 再生稻养分管理与头季稻收割

氮肥对于提高作物产量起到关键作用。有关再生稻的氮肥运筹机理方面的研究相对缺乏，亟需更加深入的研究来指导促芽肥和发苗肥的施用技术，提高再生稻氮肥吸收利用率，在现有产量的基础上进一步提高再生稻产量。与单季稻相比，再生稻施用促芽肥和发苗肥增加了施肥用工，使种植再生稻的成本增加，这必然要求减少施肥次数。根据再生稻对氮肥的需求特性，一次性精准施用缓控释肥为减少劳动成本提供了可能。

由于传统的再生稻头季需人工收割，随着劳动力老龄化和劳动成本增加，人工收割头季再生稻的模式不为农民所接受。常规机械收割头季稻碾压严重、难以形成良好的再生模式。再生稻机械化程度低已成为再生稻进一步推广种植的薄弱环节，限制了再生稻面积的进一步扩大。机械收割再生稻是今后发展再生稻的必然趋势。研制出割幅宽且履带窄，对头季稻桩碾压少并可大规模推广应用的收割机是目前亟需解决的重大课题。

4.3 再生稻米质与土壤健康状况

随着人民生活水平的不断提高，稻米品质的优劣也越来越受到重视，它直接影响到人体健康。然而对再生稻头季与再生季稻米加工品质、外观品质、营养品质和蒸煮品质的影响因素及其机理研究不足。稻米中重金属含量同样影响稻米品质的好坏，前人对单季稻和双季稻稻米中重金属含量已有大量研究[74-75]，再生稻稻米中重金属含量方面的研究鲜有报道。因此，有必要对再生稻稻米品质进行深入研究。

良好的土壤条件是作物健康生长的基础，再生稻种植过程中的土壤环境问题也是限制再生稻谷品质与产量的重要因素，主要包括再生季土壤免耕导致的土壤板结、容重增加，长期淹水稻田还原性物质的累积和单一的种植制度使土壤生物多样性降低，抗逆性、缓冲性减弱和重金属污染问题[71]。重点从秸秆还田、种植绿肥、施用有机肥和加深耕作层等方面来改善土壤团粒结构，增加土壤孔隙度，提高土壤肥力，增加生物多样性，并开展水稻种植区重金属污染土壤调查、防治和修复。

4.4 再生稻田的气体排放与水体质量

CH4和N2O是引起全球气候变暖的两种重要温室气体，稻田土壤是大气CH4和N2O的重要排放源，种植制度的改变势必会引起温室气体排放量的变化。目前，有关单季稻和双季稻的温室气体排放规律研究已有大量文献报道[76-78]，而关于再生稻CH4和N2O排放通量观测还严重缺乏，仅有零星报道[79-81]。再生稻的生育期、肥料施用量及施用时间等均不同于传统的单季稻和双季稻[64，82]，其CH4和N2O排放规律也随之发生改变。开展再生稻田土壤温室气体排放研究可为准确评估我国稻田生态系统温室气体排放量提供参考数据。

农田氮磷流失导致的水体富营养化现象备受关注。我国水稻生产中氮、磷肥施用量高、利用率低，防控稻田氮磷流失对于治理农业面源污染至关重要。以往仅关注单双季稻田的氨挥发、氮磷径流、渗漏损失[83-86]，而再生稻田的氮磷流失主要途径及流失量尚不清楚。研究再生稻田肥料施用对稻田水体环境质量的影响可为指导合理施肥、提高肥料利用率、加强氮磷损失防控、防治面源污染提供数据支撑和科学依据。