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现场直击青岛试验田 智慧农业4.0:中国“海水稻”产业化提速

发布人:互联网            发布时间:2018-7-12

目前,海水稻中心研发的耐盐碱水稻正在国内6个基地进行区域测试,再经过1年的生产性实验后,预计最快2019年我国第一批海水稻品种就将获批,稻种可在2020年上市销售。

6月22日,青岛市李沧区白泥地公园内,一块占地面积12亩的土地被分割成多块小实验田,不同的水稻在不同环境的试验田内生长,有的刚育种埋在土壤里,有的已经冒出青芽,还有的稻苗已长到20公分左右。

“7号试验田里种植的是YC0045的耐盐碱水稻材料。”在中国工程院院士袁隆平牵头成立的青岛海水稻研究中心(以下简称“海水稻中心”)实验基地,技术人员王晶对21世纪经济报道记者介绍,这一材料在2017年的试种中创下了亩产620.95公斤的记录,而其他材料的试种亩产也基本都达到了400公斤以上。七号试验田土壤的含盐量为2.36‰,今年,实验基地已加大含盐量,进一步测试该材料的性状。

实际上,海水稻并非长在海水里,“它是耐盐碱水稻的俗称,传统的水稻在含有一定盐、碱成分的耕地上是无法正常生长和结实的,育种专家通过杂交育种技术、常规育种方法,结合分子标记辅助选择,对耐盐、耐碱、抗病、优质、高产等多种优质性状进行聚合,选育出新型耐盐碱水稻,这些耐盐碱水稻可以广泛地种植到沿海滩涂、内陆盐碱地和咸水湖周边,在缓解耕地压力的同时,增加了粮食产量,在一定程度上也保证了国家的粮食安全。”在青岛海水稻研究中心的办公室里,海水稻中心执行主任刘佳音介绍。

据悉,全世界有150亿亩盐碱地,中国约有15亿亩。其中,约2.8亿亩盐碱地经过简单处理可用于开发种植海水稻,海水稻中心的目标是为中国新增1亿亩良田,解决8千万人的粮食问题。目前,海水稻中心研发的耐盐碱水稻正在国内6个基地进行区域测试,再经过1年的生产性实验后,预计最快2019年我国第一批海水稻品种就将获批,稻种可在2020年上市销售。

而在迪拜,一种可生长在沙漠化土壤中的抗逆性水稻也已试种成功。“包括杂交水稻、海水稻的研发和育种,中国已经走在世界的前列。”

初遇“海水稻”

在农业的育种过程中,农作物品种在没有被审定之前被称为材料,从材料转化成品种必须经过育种、杂交配组、区试、审定等过程,一般需要5到8年才能出一个品种。

这个过程中最少要进行八代的杂交和繁育,刘佳音解释,具体来看,科学家发现一种材料后,需要先通过对材料的抗性、产量等指标进行田间试验筛选,随后再进行2年的区域种植试验,再进行1年的生产性试验后才能向国家农业部申请品种审定;通过审定,才能进行量化生产。

实际上,海水稻应被称为耐盐碱水稻。这是一个自然存在的水稻材料,有一定的耐盐碱性,主要生长在海边滩涂及盐碱地。早在1939年,斯里兰卡曾选育出抗盐的水稻品种进行推广。1975年,国际水稻所(IRRI)曾实施“国际水稻耐盐碱观察圃计划”。而在80年代,全球已有上百份耐盐碱材料,中国也有类似的耐盐碱水稻材料被发现。

在担任海水稻中心执行主任前,刘佳音是一位资深的投行人士,在2008年的时候,刘佳音结识了中国工程院院士袁隆平,并于2012年开展合作,成立袁策公司。2014年,袁策集团在山东省东营市成立北方超级稻产业化中心,中心成立的方向为杂交水稻在北纬35度以上区域的优质稻品种推广,而因东营市大部分是盐碱地,北方超级稻产业化中心将另一个方向确定为研究耐盐碱水稻。

“起初我们只是想着把土地利用起来。”刘佳音回忆,与其他科研人员育种不同,袁隆平团队的海水稻是在多种材料中,结合杂交水稻技术进行育种的,它的父本就是国际水稻所的一个抗盐性材料,母本是杂交水稻。耐盐碱水稻选育从技术方法上跟其他水稻选育没有太大区别,只是在材料的选择上不同,别的水稻选育过程中需要的性状是高产,而耐盐碱水稻需要的性状是耐盐,但其配组方式等基本一样的。

但在2012年到2014年期间,北方超级稻产业化中心并没有获得性状很好的耐盐碱材料。刘佳音说,“在2015年底,我们发现配组的水稻有较强的耐盐性,就此向袁隆平院士作了汇报认可其价值后,中心开始进行全面的选育工作,并于2016年取得阶段性进展,即初步配组筛选出一批具有较高耐盐碱特性的水稻种植品系。”

在此基础上,2016年10月,青岛市人民政府和袁隆平团队在青岛国际院士港共同建立青岛海水稻研究发展中心,袁隆平院士任研发中心主任。该中心成立的目的是,整合国内外在水稻遗传育种研究领域顶尖科技人才,打造世界领先的科研和产业化应用平台。

产业化提速

事实上,耐盐碱水稻的品种繁多,每位科学家选择的材料各不相同,而在海水稻中心成立前,已有不少农业科学家对耐盐碱水稻进行长期的研究。

2016年,青岛海水稻研发中心举办第一届海水稻国际论坛,并成立了国家海水稻产业联盟,牵头制定国家耐盐碱水稻区试标准。而国内的海水稻材料也进一步丰富,科学界对海水稻的研究也逐步重视。

2017年3月,青岛海水稻研发中心联合国家杂交水稻工程技术中心,与国内18家研究机构或企业联合成立耐盐碱水稻区试联合体,建立区试工作组,确定中早粳晚熟组、黄淮粳稻组和南方沿海籼稻组三大区试试验组别,开展耐盐碱水稻品种审定试验工作。“今年,海水稻中心在全国五大类型盐碱地和南泥湾次生盐碱和退化耕地6个地区进行试种试验。如果一切顺利,到2019年完成生产性试验后,通过国家审定就可以大面积生产推广,2020年就可以在全国范围内推广。”刘佳音认为这一计划顺利实施难度并不大。这对中国耐盐碱水稻产业来说将是巨大的突破。

这是耐盐碱水稻产业化质变的突破,但对科学家们来说却并不容易。

“育种很艰难,材料成功育种的概率并不大。”刘佳音坦言,2017年,海水稻中心一共种了174份耐盐碱水稻材料,但最终只有4份材料表现优异,产量达到400公斤以上。也有很多科学家一辈子也没有培育出一个品种。

刘佳音进一步解释,育种过程需要3到5年经过最少8代选育,“我们也通过三年才选育出来174份材料,但最后有价值进行区试只有34份材料。”

即便是被誉为“杂交水稻之父”的袁隆平,在研究杂交水稻的第一年也曾将材料的性状转移到叶子上。当时有人嘲笑称,“可惜人不吃草,人若吃草的话,那么杂交水稻就很成功”。刘佳音微笑的背后,道出了科学家选育的困难。她表示,其实用杂交的方式选育品种是最科学、最安全、天然的方式,但它有很高不确定性和随机性、运气成分也很大。

为何如此难将材料转化为品种?刘佳音表示,“此前,农业部并没有关于耐盐碱水稻的鉴定标准。”刘佳音回忆,常用的主粮作物会有产量的要求、抗性要求,比如说抗虫性抗病性等,当时的耕地足以养活所有中国人,不需要额外开发其他类型的土地。且为了让农民便于种植,我们只能确定常规水稻、杂交稻的鉴定标准。对科学家来说,若没有审定标准,研究出来品种就无法审定,也无法进行该品种的商业推广,因此科学家就对包括海水稻在内的非常规水稻投入的精力比较少。

此外,若水稻具有特殊的性状,比如耐盐、抗旱,可能会损失产量或其他特性,也无法通过普通水稻的审定标准。耐盐碱水稻种植在内陆盐碱地,但盐碱地一般都比较贫瘠、土地缺水。而水稻本身是水生的植物,若要大田种植必须改造土壤,这涉及到植物学、土壤学等领域,是个系统工程,在推广过程中相对比较复杂。“若没有国家层面推动力,行业难以迅速发展。”刘佳音总结,“因此过去我国耐盐碱水稻产业化推进较慢,但如今,随着更多的科学家介入到耐盐碱水稻的研究,和诸多的资本介入到这个领域,未来耐盐碱水稻的产业化发展将会提速。”

智慧农业助力

育种的成功并非大面积推广的开始,还需要与种植技术结合起来,而海水稻繁育是一项系统工程,需要结合土壤、水、气候等因素。刘佳音说,我国盐碱地有五大类型,包括东北的苏打冻土盐碱地、新疆干旱半干旱地区盐碱地、小流域的滨海盐碱地、黄河三角洲的盐碱地和南泥湾的次生化的盐碱地。

经过2017年的区域测试,目前海水稻中心研发的品种稳定,测产结果显示4个品种的亩产都在400公斤以上,其中一个已达到620.95公斤(理论产量),后期采用大田生产时,辅之一些植保措施后,亩产基本能控制在500公斤左右(预估产量),具备极强的推广价值。

袁隆平团队则将耐盐碱水稻与盐碱地工程改良技术相结合,建立了用于盐碱地稻作改良的“四维改良法”,即整合要素物联网系统、土壤定向调节剂、植物生长调节素及抗逆性水稻四大农业生产要素,分别针对淡水资源少、土地盐碱度高、肥力低、土壤结构差及品种缺乏等问题,根据不同类型盐碱地,四大要素技术因地制宜,自由搭配,量身定做最优解决方案。这一技术应用于沿海、内陆盐碱地、重金属及农残污染土地的改良。

刘佳音介绍,该技术以海水稻为核心,并以综合排灌系统、物联网传感器系统、大数据农业信息服务系统为基础,建立起一套全新的盐碱地稻作改良技术,可实现全要素、全链条、全产业和全区域的智能化农业,可归类为世界上最先进的智慧农业4.0技术。

海水稻及四维改良技术所带动的我国万亿级盐碱地改良土地数字化项目,是我国利用农业数字化转型,实现智慧农业弯道超车的重大系统工程,能有效地对盐碱地、未利用地、闲置中低产田进行全面升级改造与利用,建设成数字化高标准农田。

2018年,青岛海水稻研发中心在新疆干旱半干旱盐碱地、东北苏打冻土盐碱地、东营黄河三角洲盐碱地、青岛城阳区滨海盐碱地、温州东南沿海新生盐碱地等5个盐碱地类型,以及延安次生盐碱地与退化耕地、迪拜沙漠绿洲等开始5+1试验示范。“5月28日起各盐碱地改良示范基地同时开始插秧,目前已基本完成插秧工作。”

与海水稻结合的四维改良法对中国农业来说,将是一次革新。刘佳音表示,此前,我国盐碱地里荒无人烟,缺乏劳动力和大型机械设备,四维改良法结合信息化手段、AI手段改造成高标准农田,实现自动供给调测。它利用智慧农业中搜集的气象数据、风数据、病虫数据反复抓取提供最合理、经济效益最大的措施,为后期农业生产应用方面提供更方便、更准确、更科学的种植指引。“此前,中国农业一直落后于全球农业,希望通过此次产业革命,让中国农业弯道超车。”

不过,这种新型农业的成本投入在外界看来并不低。“做这么高标准的建设,每亩地成本约1万元左右。”刘佳音说,但经过改造后的土地可使用30年到40年,按此折算下来,每亩地的投入平均其实只有两三百元。如今农民租一亩好用的地一般成本也需要600-1000元,两相对比,四维改良法的投入成本并不高。

更值得注意的是,经过四维改良法改造后的土地除种植水稻外,还可种植瓜果蔬菜、中药等作物。“除了水稻自身的经济价值,土壤改良也可成为袁策集团的一项业务。”刘佳音说,当前海水稻中心在推进4个品种的生产试验同时已将四维改良法进行技术输出,“我们刚跟潍坊签了1000亩的盐碱地改造业务,改造每亩地的收入可过万元。”

从育种到种植,海水稻项目进展总体顺利,但也引发一些争议。有质疑的声音将海水稻归为转基因食品,还有声音认为海水稻的推广会占用盐碱地实改造湿地的指标,另有声音怀疑海水稻大米会有比普通大米营养差。

从育种到种植,海水稻项目进展总体顺利,但也引发一些争议。有质疑的声音认为海水稻的推广会占用盐碱地改造湿地的指标,另有声音怀疑海水稻大米会有比普通大米营养差。

“这些质疑都没有必要。”刘佳音表示,从大米方面来看,我们对水稻品种的鉴定必须符合几大标准:包括抗盐性(耐盐碱水稻独特)、产量、抗稻瘟病、抗倒伏性、稻曲病等。当前选育出来的4个品种从产量、抗性、性状等指标上看,我们认为在推广的过程中没有任何问题,老百姓可安全种植且有经济产能。此外,耐盐碱水稻抗虫性强,“生产出来的大米是绿色、无污染、健康的优质大米。”刘佳音说,而在土地方面,海水稻中心的改造良田的范围是针对内陆地区的盐碱地,不会占用待改造为湿地保护区的盐碱地的范围,二者之间也并不冲突。

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