王丹英 徐春梅 褚光 陳松 劉元輝 陳里鵬 章秀福*

（1中國水稻研究所/水稻生物學(xué)國家重點實驗室，杭州310006；2 杭州市富陽區(qū)鹿山街道南山村，杭州310006；第一作者：wangdanying@caas.cn；*通訊作者：zhangxiufu@caas.cn）

水稻是我國主要的糧食作物之一，我國三分之二的人口以稻米為主糧。近年來，國內(nèi)稻谷年總消費量1.93 億t 左右，其中口糧消費約1.58 億t，占國內(nèi)總消費量的81.7% 左右（2019 年數(shù)據(jù)）。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對稻米的需求逐漸從“吃得飽”向“吃得好”轉(zhuǎn)變，迫切需要在穩(wěn)定產(chǎn)量的同時提高稻米品質(zhì)，尤其是食味品質(zhì)，以滿足供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的需求。然而，水稻的稻米品質(zhì)是多基因控制的復(fù)雜農(nóng)藝性狀，品質(zhì)與產(chǎn)量之間存在著沖突和矛盾，水稻生產(chǎn)實現(xiàn)量質(zhì)齊升并不容易。

1 我國優(yōu)質(zhì)水稻生產(chǎn)的發(fā)展起伏及其與高產(chǎn)的關(guān)系

我國稻作在漫長的過程中一直都是以增產(chǎn)滿足溫飽為目的，水稻生產(chǎn)的首要目的是確保國家糧食安全。1960 年后由于品種改良、栽培技術(shù)創(chuàng)新、農(nóng)資如化肥、農(nóng)藥等的發(fā)展，以及農(nóng)業(yè)政策的支撐，水稻單產(chǎn)和總產(chǎn)大幅提高。然而，長期以來注重數(shù)量，忽視質(zhì)量和效益，存在水稻生產(chǎn)布局和技術(shù)發(fā)展不合理，高產(chǎn)品種多、優(yōu)質(zhì)品種少，高產(chǎn)栽培理論技術(shù)多，優(yōu)質(zhì)機(jī)理研究薄弱等問題。

1984 年，在糧食總產(chǎn)量連續(xù)4 年大幅度提高后，出現(xiàn)了第一次“賣糧難”[1]，全國露天存放的糧食有幾百億公斤，在水稻上主要表現(xiàn)為南方品質(zhì)較差的稻米如雙季稻區(qū)的早秈米銷售困難。針對1984 年出現(xiàn)的以品質(zhì)較差稻米為主的“賣糧難”，原農(nóng)牧漁業(yè)部于1985 年召開“優(yōu)質(zhì)稻米座談會”，指出發(fā)展優(yōu)質(zhì)稻米的重要性，提出發(fā)展對策，并于同年舉辦了首次優(yōu)質(zhì)稻米評選，評選出雙竹粘、汕優(yōu)64 等46 個優(yōu)質(zhì)水稻品種；在此后的“七五”全國水稻育種攻關(guān)中，“優(yōu)質(zhì)”成為水稻育種的首要目標(biāo)；農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY20-1986《優(yōu)質(zhì)食用稻米》和NY83-1988《米質(zhì)測定方法》于1986 年和1988 年先后發(fā)布[2]。上述措施和行動極大地推動了我國優(yōu)質(zhì)水稻的生產(chǎn)與研究。然而，短短幾年后的20 世紀(jì)80 年代末，稻谷總產(chǎn)量出現(xiàn)負(fù)增長，糧食由“供過于求”轉(zhuǎn)為“供不應(yīng)求”，高產(chǎn)和提高糧食自給率重新成為水稻生產(chǎn)的主題。這是我國優(yōu)質(zhì)稻生產(chǎn)發(fā)展的第一次起伏[3]。

1990—1991 年，糧食生產(chǎn)在經(jīng)歷了幾年徘徊之后，產(chǎn)量出現(xiàn)了爆發(fā)式的增加，但與此同時，由于糧食收購資金緊張導(dǎo)致的市場疲軟，供給與消費需求不平衡再次導(dǎo)致了以南方早秈稻為代表的“賣糧難”[1]，水稻優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)再次引起重視。1992 年，國務(wù)院在廣東省召開了“全國發(fā)展高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效農(nóng)業(yè)經(jīng)驗交流會”，提出要走高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的路子；同年，原農(nóng)業(yè)部組織的“首屆中國農(nóng)業(yè)博覽會”，評出了包括響水大米等6 個大米金獎產(chǎn)品[2]。優(yōu)質(zhì)稻米試種示范工作在各地開展。1993年，全國糧價放開，隨著糧食流通和糧食生產(chǎn)的市場化、產(chǎn)業(yè)化，為了尋找糧食銷路和提高種糧效益，各地政府都很重視改善稻米品質(zhì)。然而，1998—2003 年期間我國水稻面積、單產(chǎn)和和總產(chǎn)都出現(xiàn)了下降，之后各地又大打糧食“翻身仗”，水稻優(yōu)質(zhì)問題再次被擱置。這是我國優(yōu)質(zhì)稻生產(chǎn)發(fā)展的第二次起伏[3]。

2004 年以來，特別是近10 年我國水稻的持續(xù)增產(chǎn)，水稻優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)日益被重視。2017 年，“中央一號文件”中明確指出要“重點發(fā)展優(yōu)質(zhì)稻米”等產(chǎn)業(yè)，著力推進(jìn)農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效。隨著各地不斷加大優(yōu)質(zhì)品種的選育、評選和推廣力度，國審水稻品種的優(yōu)質(zhì)率穩(wěn)步提升。2017 年，國審水稻稻米品質(zhì)達(dá)到優(yōu)質(zhì)3 級及以上級別的主要品種（年推廣應(yīng)用面積0.67 萬hm2及以上的品種）個數(shù)82 個，推廣應(yīng)用總面積408 萬hm2，占當(dāng)年國審水稻主要品種推廣面積的54.80%。2018 年通過國家審定的268 個水稻品種中，達(dá)到優(yōu)質(zhì)米部頒標(biāo)準(zhǔn)的有134 個，占比 50.00%[4]。2018—2020 年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部連續(xù)3 年召開“國家優(yōu)質(zhì)稻品種攻關(guān)推進(jìn)暨鑒評推介會”，先后評選出70 個金獎品種（表1）。

表1 優(yōu)質(zhì)稻品種食味品質(zhì)鑒評金獎品種

可見，我國優(yōu)質(zhì)水稻生產(chǎn)的發(fā)展并不是持續(xù)的，而是在起伏中前進(jìn)。根本原因是水稻的高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)存在沖突，現(xiàn)有的水稻品種不能兼顧高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)?；谒旧a(chǎn)在確保國家糧食安全中的重要作用，高產(chǎn)是水稻生產(chǎn)永恒的主題，優(yōu)質(zhì)會成為產(chǎn)量到達(dá)一定水平后的階段性目標(biāo)。高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)是相互促進(jìn)的螺旋式發(fā)展關(guān)系，我國的水稻生產(chǎn)在“在保持高產(chǎn)的前提下提高品質(zhì)”和“在保持優(yōu)質(zhì)的前提下提高產(chǎn)量”間不停轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的共同提升。

2 優(yōu)質(zhì)稻的評價與優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的主攻目標(biāo)

優(yōu)質(zhì)稻品種是稻米品質(zhì)達(dá)到國家或省頒優(yōu)質(zhì)稻品種標(biāo)準(zhǔn)，通過農(nóng)作物品種審定委員會審定或認(rèn)定的水稻品種（組合）。優(yōu)質(zhì)稻米是外觀漂亮、米飯松軟、適口性好、達(dá)到國家或省頒優(yōu)質(zhì)大米標(biāo)準(zhǔn)的大米。優(yōu)質(zhì)稻品種是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)稻米的基礎(chǔ)，優(yōu)質(zhì)稻米可以是某個優(yōu)質(zhì)稻品種生產(chǎn)的大米，也可以是科學(xué)混配的配方米[5]。

現(xiàn)有的優(yōu)質(zhì)稻/稻米相關(guān)的國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有GB/T17891-2017《優(yōu)質(zhì)稻谷》、GB/T1354-2018、NY/T593-2013《食用稻品種品質(zhì)》、LS/T3108-2017《中國好糧油：稻谷》和LS/T3247-2017《中國好糧油：大米》。對前3 個標(biāo)準(zhǔn)比較（表 2），可見：1）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) NY/T593-2013《食用稻品種品質(zhì)》適用于評價食用稻品種的選育、審定和推廣，指標(biāo)包括出糙率、整精米率、透明度、堿消值、膠稠度、堊白度、食味評分和直鏈淀粉含量等，品種品質(zhì)等級按以上述指標(biāo)全部符合相應(yīng)等級要求的最低等級判定，三等以上（含三等）為優(yōu)質(zhì)食用稻品種。2）國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17891-2017《優(yōu)質(zhì)稻谷》適用于評價收購、儲存、運輸、加工、銷售的優(yōu)質(zhì)商品稻谷，指標(biāo)包括整精米率、堊白度、食味評分和直鏈淀粉含量等，只有整精米率、堊白度、食味評分均達(dá)到規(guī)定等級指標(biāo)且直鏈淀粉含量在規(guī)定范圍內(nèi)，才為該等級優(yōu)質(zhì)稻谷。3）國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1354-2018《大米》適用于評價經(jīng)稻米、糙米或半成品大米為原料的食用商品大米，定等指標(biāo)包括碎米總量、小碎米、加工精度、堊白度、食味評分和直鏈淀粉含量等。

由表2 可見，整精米率、堊白度、食味評分、直鏈淀粉含量是決定水稻優(yōu)質(zhì)性的關(guān)鍵指標(biāo)。楊遠(yuǎn)柱等[4]對2001—2018 年通過國家品種審定的971 個（次）南方稻區(qū)雜交秈稻品種的品質(zhì)性狀進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)雜交秈稻的直鏈淀粉含量平均為16.52%，因此，根據(jù)目前水稻育種實際，直鏈淀粉含量不是優(yōu)質(zhì)的制約因素（秈稻13%~22%，粳稻13%~20%）。因此，水稻優(yōu)質(zhì)育種和栽培的主攻指標(biāo)是：高整精米率、高食味評分、低堊白度[5]。

表2 優(yōu)質(zhì)稻米相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

3 水稻高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)栽培的沖突

稻米品質(zhì)受遺傳、環(huán)境和栽培因素的影響。如前所述，優(yōu)質(zhì)品種是水稻優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的前提，品種自身遺傳特性是影響蒸煮品質(zhì)中的直鏈淀粉含量、膠稠度指標(biāo)的主要因素[6]。同時，品種生育期的差異會導(dǎo)致其在不同的氣象條件下灌漿結(jié)實，對稻米的堊白和蛋白質(zhì)含量有較大的影響。在前面指出的決定優(yōu)質(zhì)稻/稻米等級的3 個關(guān)鍵指標(biāo)整精米率、堊白度和食味品質(zhì)中，整精米率與水稻粒型、干燥和加工工藝有關(guān)，一般長粒、谷粒長寬比小的品種整精米率較低[7-9]。堊白性狀是典型的數(shù)量性狀遺傳，與外界因素相關(guān)性強，籽粒充實不良或籽粒灌漿速率過快均會增加稻米堊白，堊白受灌漿時的氣溫、光照、水分和植株營養(yǎng)狀況的影響[10]。稻米食味品質(zhì)是指對米飯的硬度、黏度、適口性、外觀、氣味等的綜合感官評價，與直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)[11-13]，直鏈淀粉含量主要由品種遺傳特性決定，而蛋白質(zhì)含量與組分受栽培因素特別是N 肥用量與方法影響[14]。

當(dāng)水稻處于不利生長環(huán)境時，產(chǎn)量以及品質(zhì)都會有所下降。研究表明，土壤環(huán)境對稻米蒸煮品質(zhì)及碾米品質(zhì)具有直接的影響，一般排水性能較好的砂質(zhì)土生產(chǎn)的稻米蒸煮品質(zhì)遠(yuǎn)高于黏重土。在氣象因子中，溫度尤其是結(jié)實期日平均氣溫是影響米質(zhì)最重要的氣象因子，灌漿期高溫增加堊白和蛋白質(zhì)含量[10，14]；研究表明，花后 6～20 d 溫度變化對堊白粒率影響較大，在 25℃～40℃內(nèi)隨溫度升高，堊白度和堊白粒率增加[10]。氣象因子中結(jié)實期光照對米質(zhì)的影響居于其次，水稻灌漿期如果光照不足，會導(dǎo)致籽粒灌漿充實不良，稻米堊白發(fā)生率增加，而光照過強，溫度相應(yīng)升高，促使灌漿過程縮短，也導(dǎo)致稻米堊白的形成[10]。

優(yōu)質(zhì)栽培的目的就是通過耕作、播栽期、水分灌溉、肥料施用、栽培密度等措施創(chuàng)造有利于水稻生長和品質(zhì)形成的良好環(huán)境。1）耕作措施通過采用不同的輪作、翻耕等方法改良土壤結(jié)構(gòu)，營造有利于水稻生長的土壤環(huán)境。2）播栽期調(diào)控通過調(diào)整水稻的生育期，使水稻在最佳的光溫條件下抽穗結(jié)實。播栽期過早或過遲均不能使水稻在最佳的溫度和光照下灌漿結(jié)實，從而影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的形成。3）合理的種植密度通過優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)群體和個體關(guān)系實現(xiàn)水稻的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。插秧過密會降低單株資源獲得量，如降低單株的光照輻射，導(dǎo)致灌漿充實不良，從而對產(chǎn)量和米質(zhì)產(chǎn)生不利影響。4）水稻對肥料的反應(yīng)存在品種間差異，在氮素營養(yǎng)不足時，多數(shù)品種會出現(xiàn)葉片早衰現(xiàn)象，光合同化物生產(chǎn)能力迅速下降，籽粒灌漿充實不良、稻米堊白度增加、整精米率下降；但氮素穗肥施用過大，則會引起稻米蛋白質(zhì)含量偏高、米飯色澤和透明度變差、食味口感下降；而增施鉀肥、硅肥和有機(jī)肥，會降低堊白粒率和堊白度，提高稻米品質(zhì)。5）灌溉對水稻的影響主要表現(xiàn)在長期深水淹灌或后期撤水過早會導(dǎo)致水稻根系早衰，養(yǎng)分運輸受阻，不僅影響產(chǎn)量，還會導(dǎo)致堊白率增加。

綜上可知，水稻高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)栽培對播栽期、種植密度和水分管理的要求是一致的，良好的水分管理措施、合理的種植密度和恰當(dāng)?shù)牟ピ云诩扔欣谒靖弋a(chǎn)又可以提升稻米品質(zhì)。水稻高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)栽培的沖突主要是高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)食味之間的矛盾，兩者對氮肥管理要求不一致。長期以來，水稻高產(chǎn)依靠高肥的觀點深入人心。水稻的氮肥增產(chǎn)效應(yīng)[即（施氮處理平均產(chǎn)量-不施氮肥處理產(chǎn)量）/不施氮肥處理產(chǎn)量]約43.0%，顯著高于玉米和小麥N 肥的25.8%和28.2%[15]。我國多數(shù)省區(qū)水稻施氮量為170~250 kg/hm2[16]，顯著高于世界范圍水稻平均施氮量115 kg /hm2[17]。同時，由于水稻對穗肥的吸收效率遠(yuǎn)高于基肥和蘗肥，為了提高水稻的氮肥利用效率，水稻高產(chǎn)栽培推行“前氮后移”的施肥技術(shù)，通過提高穗肥所占比例（最高至50%~60%），分次施用穗肥（促花肥、飽粒肥）等方式實現(xiàn)氮肥增產(chǎn)作用[18-19]。然而，大量研究表明，后期氮肥水平的增加顯著提高稻米蛋白質(zhì)及其組分含量。蛋白質(zhì)以蛋白體形式填充在淀粉粒間，對淀粉粒的糊化和膨脹起抑制作用。稻米蒸煮和食味品質(zhì)與稻米蛋白質(zhì)含量具有非常密切的關(guān)系，蛋白質(zhì)含量高的稻米，其米飯黏性小、硬度大[20]。通常糙米的蛋白質(zhì)含量為5.1%~15.4%，精米為4.5%~14.3%，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)含量超過9.0%時食味往往較差[21]。研究發(fā)現(xiàn)，精米中的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白等4 種組分均隨氮肥水平的提高而顯著增加，當(dāng)穗肥N 從0 增至120 kg/hm2時，醇溶蛋白增加82%~91%，谷蛋白增加41%~77%；而食味值均與球蛋白、醇溶、谷蛋白呈顯著負(fù)相關(guān)，且秈稻食味值與谷蛋白的負(fù)相關(guān)系數(shù)要遠(yuǎn)大于粳稻[22]。因此，優(yōu)質(zhì)水稻的保優(yōu)栽培技術(shù)應(yīng)控制稻米蛋白質(zhì)含量來提高食味品質(zhì)，而如何降低穗肥N 卻不影響水稻產(chǎn)量，成為高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培協(xié)同的難點。

4 水稻高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)栽培的協(xié)調(diào)

水稻幼穗形成期前后所吸收的N 素對產(chǎn)量形成和對稻米品質(zhì)的作用不同。水稻幼穗形成期前期（1 周）吸收的氮素主要用于鞏固穗數(shù)和增加每穗粒數(shù)，對米粒中的蛋白質(zhì)含量影響小，N 農(nóng)學(xué)效率高，而抽穗后吸收的氮素增產(chǎn)作用較低，N 農(nóng)學(xué)效率低，且會增加稻米的含氮量[23-24]。因此，水稻高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)栽培協(xié)同關(guān)鍵在于通過適當(dāng)?shù)牡是耙坪退敕试缡?，減數(shù)分裂期之后少用或不用氮肥，控制結(jié)實期植株氮素水平，協(xié)調(diào)好蛋白質(zhì)與淀粉合成兩者之間的平衡。

日本非常重視水稻的食味品質(zhì)，在水稻優(yōu)質(zhì)栽培方面做了很多工作。不同于我國的稻米品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，日本優(yōu)質(zhì)米有明確的蛋白質(zhì)含量指標(biāo)，要求粗蛋白含量＜6.9%[25]。降低稻米蛋白質(zhì)含量曾一度成為日本北海道優(yōu)質(zhì)米栽培要解決的主要問題。日本水稻優(yōu)質(zhì)栽培的技術(shù)包括：1）選擇稻田，要求土壤氮素地力在生育前期充足而到后期表現(xiàn)缺少為好，稻田滲水性良好。2）合理施肥。精確計算氮肥總量，根據(jù)幼穗形成期土壤NH4+-N 濃度判斷幼穗形成期是否追施氮肥。3）慎重選擇有機(jī)肥和秸稈還田。可適量施用魚粕、油粕等早期供氮類型有機(jī)肥，因秸稈還田可以提高地力，增加保肥性，氮素肥力高的水田或排水不良的水田以清除稻秸為宜，透、排水良好的水田，可以秋翻稻秸；此外還包括施用硅肥、適度密植等措施[23-27]。

在我國長江中下游稻區(qū)，水稻生殖生長期的干物質(zhì)積累量，特別是抽穗后的干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量密切正相關(guān)。在水稻高產(chǎn)栽培中，通過N 肥后移、穗肥多次施用等提高孕穗抽穗期的光合能力，延緩灌漿期的植株早衰，被普遍認(rèn)為是一種高產(chǎn)施肥策略。但根據(jù)目前的水稻食味與氮的關(guān)系的研究結(jié)果，通過增施氮肥，特別是增加生育后期的氮肥用量促高產(chǎn)的栽培措施必然導(dǎo)致食味品質(zhì)的下降。借鑒日本在水稻優(yōu)質(zhì)栽培上的做法，我國水稻高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)相協(xié)調(diào)的栽培策略應(yīng)該是：1）通過增加幼穗形成前期之前的N 素吸收，適當(dāng)減少生殖生長后期及灌漿結(jié)實期的N 素供應(yīng)來降低稻米的蛋白質(zhì)含量，提高食味品質(zhì)；2）通過促進(jìn)前期生長發(fā)育，建立良好群體，提高營養(yǎng)生長期的干物質(zhì)積累量來實現(xiàn)高產(chǎn)。其中，增加前期干物質(zhì)積累量以彌補生育后期減N 導(dǎo)致的生物量減少，精準(zhǔn)判斷和把握穗肥施用時間、用量是高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)相協(xié)調(diào)的關(guān)鍵。