作物学各论

上篇粮食作物篇 **章水稻 【内容提要】水稻是我国也是全球的重要粮食作物。本章首先介绍了发展水稻生产的重要意义、水稻生产概况、水稻的分布与分区，以及水稻科技发展历程；其次介绍了稻种的起源与分类、水稻的发育特性与应用、水稻的生育过程与器官建成、水稻产量和品质的形成及调控等栽培生物学基础与理论知识；再次介绍了水稻的育种目标及主要性状的遗传、水稻选择育种、水稻诱变育种、水稻杂交育种、水稻的杂种优势利用、加速育种进程的途径、水稻良种繁育等内容；*后介绍了水稻的土壤要求与耕整，水稻的育秧与移栽，水稻的水肥需求与管理，稻谷的收获、贮藏与初加工及水稻特色栽培技术等内容。 **节概述 一、发展水稻生产的重要意义 水稻是全球的重要粮食作物，其主产品一稻米为全球一半以上人口的主要食物来源，是亚洲、非洲、拉丁美洲人口的重要营养来源。水稻也是我国能自给自足的主要粮食作物，我国约2/3人口以稻米为主食。因此，发展水稻生产对保障全球包括我国的粮食安全具有重要意义。 水稻的抗逆性好、适应性广。虽起源于高温、湿润的热带地区，但长期演变和分化的耐寒、早熟稻种可在位于北纬53°29'的我国黑龙江省漠河市和地处海拔3000m的尼泊尔、不丹高原等冷凉地区种植，并具有适于各种水分、土壤条件的类型（如深水稻、水稻、陆稻、耐盐碱稻）。在酸性红壤、轻盐碱土壤、重黏土、低洼沼泽地及其他作物不完全适应的土壤中，一般均可栽培水稻，故其广泛适应性是其他作物所不及的。 水稻具有稳产、高产、经济系数较高等特点。在灌溉水源充足的条件下，水稻的产量潜力主要受光、温条件的限制，而旱地作物无灌溉条件时，产量潜力同时受光、温、水三重制约，水稻的稳产性明显优于旱地作物。水稻的单产是三大禾本科作物中*高的，我国2016～2018年水稻平均单产为6.936t/hm2，高于小麦的5.432t/hm2和玉米的6.061t/hm2，分别是小麦和玉米单产的1.28倍和1.14倍。水稻的经济系数在禾本科作物中是*高的，如在我国2004～2010年的大田试验中，水稻主产区的经济系数平均值为0.50，小麦、大麦和玉米主产区的经济系数平均值分别为0.49、0.49、0.46，其他禾本科作物主产区的经济系数平均值均低于0.40。 此外，水稻还具有稻米营养价值高、稻米口感好、产品用途多等特点。人类食用水稻的部分为其颖果，俗称大米。稻米的主要成分为淀粉，其次是蛋白质，此外还含有脂肪、粗纤维和矿质元素等营养物质。稻米是禾谷类作物籽粒中营养价值*高的，它的蛋白质生物价值比小麦、玉米、粟（小米）高，各种氨基酸的比例更合理，并含有营养价值高的赖氨酸和苏氨酸。稻米淀粉粒特小、粗纤维含量少，故容易消化，食用口感好。稻谷用途广，既可食用，也可饲用，还可以作酿造、食品等工业原料。稻谷加工的副产物有米糠、谷壳、碎米等也有较多用途，如米糠可作牲畜、家禽的精饲料，可酿酒、制造高强度材料的原料，从中提取糠油、脑磷脂、维生素等；谷壳可提供能源，可用来加工饲料，制作装饰板和隔音板建筑材料等；碎米根据大小可作粥米，或用来制作醋、酒、年糕、米线、米粉等。稻草还田可作很好的硅酸肥、有机肥，还可用于造纸，编织草袋、绳索等。 二、水稻生产概况 （一）全球水稻生产概况 根据联合国粮食及农业组织（FAO）提供的统计资料，近年全球有148个国家和地区种植水稻，常年栽培面积为1.60亿～1.66亿hm2，全球稻谷年总产量6.4亿t左右，有70多个国家和地区稻谷年产量超过10万t。世界十大水稻生产国是中国、印度、孟加拉国、印度尼西亚、越南、泰国、缅甸、菲律宾、巴基斯坦和巴西。 2021年全球稻作面积为1.653亿hm2，稻谷产量为7.873亿t，平均单产为4.764t/hm2；全球水稻单产较高的国家为埃及（10.20t/hm2）、乌拉圭（9.40t/hm2）、澳大利亚（9.38t/hm2）、美国（8.64t/hm2）、秘鲁（8.32t/hm2）、土耳其（7.72t/hm2）、日本（8.50t/hm2）、西班牙（7.29t/hm2）、肯尼亚（7.28t/hm2），阿根廷和萨尔瓦多均为7.27t/hm2，韩国和中国均为7.11t/hm2。大米的主要出口国是印度、泰国、越南、巴基斯坦、美国和缅甸。 全球水稻以灌溉稻为主，灌溉稻面积占全球水稻收获总面积的1/2左右，占总产量的3/4，多分布在亚热带潮湿、亚潮湿和热带潮湿生态区。陆稻面积约占全球水稻面积的11%，但仅占全球稻谷总产量的4%。雨灌稻约占全球水稻面积的34%。深水稻约占全球水稻面积的4%，产量很低，平均单产仅1.5t/hm2。我国96%的水稻为灌溉稻，其余为陆稻和雨灌稻。 （二）我国水稻生产概况 我国是全球*大的稻米生产国和消费国，超过一半的种植者从事水稻生产，水稻种植面积位居全球第二，总产量位居全球之首。我国约有65%的人口以大米为主食。 1949年以来，我国水稻种植面积出现“三增二减”现象。1949～1956年我国水稻种植面积增加，1956～1961年下降，自1961年以来，我国水稻种植面积呈现“先增后减又增”的态势，1976年种植面积达到历史*高，为3696.9万hm2，之后呈波动下降趋势，直至2003年跌至2678.0万hm2，2004年起又开始增长，2009年后我国水稻种植面积基本维持在3000万hm2左右，2021年水稻种植面积为30145.5万hm2，约占我国粮食种植面积的29.0%，约占全球水稻种植面积的18.2%。 1949年以来，我国稻谷产量总体为增加趋势，徘徊上升且有较大幅度的增长。1949年我国水稻总产为0.49亿t，1961年总产为0.56亿t，1970年首次突破1.0亿t。1997年首次突破2.0亿t后，2001～2003年因水稻种植面积的缩小，年总产下降到1.62亿t。2003年之后我国水稻总产呈现恢复性增长，2011年以后的年总产维持在2.11亿t左右，至2021年我国稻谷总产达到2.14亿t，但占我国当年粮食总产的比例（31.4%）为1949年以来的*低值，占全球稻谷当年总产量的比例（27.2%）为1961年以来的*低值。 1949年以来，我国水稻单产增长经历了两个波动徘徊期、两个快速提高期和三个缓慢增长期。**个波动徘徊期为1949～1961年，水稻单产处于波动和徘徊中；**个快速提高期为1962～1966年，此期得益于绿色革命，单产从1961年的2.1t/hm2，快速提高到1966年的3.1t/hm2；此后至1976年单产处于缓慢上升中，为**个缓慢增长期；第二个快速提高期为1977～1984年，由于杂交水稻的大面积快速推广应用，单产从1976年的3.5t/hm2提高到1984年的5.4t/hm2;此后单产经数年缓慢提高，达到1998年的6.3t/hm2，此为第二个缓慢增长期；1999～2006年为单产第二个波动徘徊期，单产经数年缓慢下降，2003年跌至6.1t/hm2后又波动上升；从2007年起，随着良种良法的综合运用，单产进入第三个缓慢增长期，单产稳步缓慢增长，至2021年达7.1t/hm2，已居全球稻谷主产国前列，这是我国近年稻谷总产量在种植面积有所减少的情况下还能明显增长的主要原因。 三、水稻的分布与分区 （一）全球水稻分布 除南极洲外，世界其他洲均有水稻分布。据2021年全球水稻生产数据分析，水稻种植*多的是亚洲，占全球水稻面积的86.6%，主要分布在东亚、东南亚及南亚，这些是全球水稻种植的主要地区；其次是非洲和美洲，分别占全球水稻面积的9.6%和3.4%，欧洲和大洋洲的占比不足0.5%。 （二）我国水稻的分布与分区 水稻在我国广泛种植。北自黑龙江省的漠河（全球稻作的*北点），南至海南省，东起台湾省，西抵新疆维吾尔自治区的塔里木盆地西缘，低自东南沿海的潮田，高至西南云贵高原海拔2700m左右的山区，凡是有灌溉条件的地方，均有水稻栽培。除青海省外，我国其他省（自治区、直辖市）均有大面积水稻种植，但90%以上的水稻种植面积分布在秦岭、淮河以南地区，并形成了东北平原、长江流域、东南沿海等3个优势区域。东北平原水稻优势区主要位于三江平原、松嫩平原、辽河平原，主要包括黑龙江、吉林、辽宁3个省的82个重点县，着力发展优质粳稻；长江流域水稻优势区主要位于四川盆地、云贵高原丘陵平顼地区、洞庭湖平原、江汉平原、河南南部地区、鄱阳湖平原、沿淮和沿江平原与丘陵地区，主要包括四川、重庆、云南、贵州、湖南、湖北、河南、安徽、江西、江苏10个省（直辖市）的449个重点县，着力稳定双季稻面积，逐步扩大江淮粳稻生产，提高单季稻产量水平；东南沿海水稻优势区主要位于杭嘉湖平原、闽江流域、珠江三角洲、潮汕平原、广西及海南的平原地区，主要包括上海、浙江、福建、广东、广西、海南6个省（自治区、直辖市）的208个重点县，稳定水稻面积，着力发展高档优质籼稻。其中，东北的三江平原、长江中下游平原、成都平原、珠江流域的河谷平原及三角洲是我国的水稻主产区，长江中下游的湖南、湖北、江西、安徽、江苏，西南的四川，华南的广东、广西和台湾及东北的黑龙江是我国的水稻生产大省或自治区。 我国水稻区划工作开始于1957年，丁颖将全国水稻产区划分为6个稻作区。划分的首要依据是种植制度，而种植制度主要根据热量资源状况来确定。一般热量资源（>10°C积温）为2000～4500C的地区适于种一季稻；4500～7000C的地区适于种双季稻，5300C是双季稻的安全界限；7000C以上的地区可以种三季稻。1988年中国水稻研究所根据各地自然生态条件、社会经济技术条件、耕作制度和品种类型等综合分析结果，在保留丁颖（1957）将全国水稻产区划分为6个稻作区的基础上，将我国水稻种植区划分为I、II、III、1V、V、讥等6个稻作区，每个稻作区又分成2～3个亚区，6个稻作区共分为16个亚区（周立山，1993）。 I.华南双季稻稻作区　该区位于南岭以南地区，包括闽、粤、桂、滇的南部及台湾和海南全部，是我国*南部的水稻生产区，占全国水稻面积的18%，彡10°C积温5800～9300°C，稻作生长期260～365天，年降水量1200～2500mm，品种多为籼稻，山区有粳稻分布。该区分为闽粤桂台平原丘陵双季稻亚区、滇南河谷盆地单季稻亚区和琼雷台地平原双季稻多熟亚区等3个亚区。 II.华中双单季稻稻作区　该区东起东海之滨，西至成都平原西缘，南达南岭，北抵秦岭、淮河，包括苏、沪、浙、皖、赣、湘、鄂、川、渝九省（直辖市）的全部或大部和陕、豫两省南部，是我国*大的稻作区，约占全国水稻面积的68%，彡10°C积温4500～6500°C，稻作生长期210～260天，年降水量800～2000mm。该区分为长江中下游平原双单季稻亚区、川陕盆地单季稻两熟亚区和江南丘陵平原双季稻亚区等3个亚区。 Ⅲ.西南高原单双季稻稻作区　该区地处云贵高原和青藏高原，约占全国水稻面积的8%，彡10°C积温2900～8000°C，稻作生长期180～260天，年降水量800～1400mm，该区分为黔东湘西高原山地单双季稻亚区、滇川高原岭谷单季稻两熟亚区和青藏高寒河谷单季稻亚区。 Ⅳ.华北单季稻稻作区　该区位于秦岭、淮河以北，长城以南，关中平原以东，包括京、津、冀、鲁、豫和晋、陕、苏、皖的部分地区，约占全国水稻面积的3%，彡10°C积温3500～4500°C，稻作生长期170～210天，年降水量580～1000mm。该区分为华北北部平原中早熟亚区和黄淮平原丘陵中晚熟亚区等2个亚区。北部海河、京津稻区多为一季中熟粳稻，黄淮区多为麦稻两熟，且多为籼稻。 V.东北早熟单季稻稻作区　该区位于辽东半岛和长城以北，大兴安岭以东，包括黑龙江、吉林全部和辽宁大部及内蒙古东北部，约占全国水稻面积的10%，彡10°C