美國的水稻生產(chǎn)特點及對我國的啟示
——以路易斯安那州為例

潘英華 梁天鋒 梁云濤 閻勇 秦鋼

（1 廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所/廣西水稻遺傳育種重點實驗室，南寧530007；2 廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，南寧530007；第一作者：panyinghua2008@163.com；*通訊作者：68578721@qq.com）

應(yīng)美國路易斯安那州立大學(xué)農(nóng)業(yè)中心H·勞斯·卡菲水稻研究所邀請，廣西農(nóng)科院水稻所一行5 人于2019 年5 月12-17 日對美國路易斯安那州立大學(xué)進(jìn)行訪問。考察團(tuán)深入水稻研究機(jī)構(gòu)、農(nóng)場、田間地頭，與研究人員進(jìn)行交流。通過考察和交流，對美國路易斯安那州（路州）的水稻科研與種植情況有了深入的了解。本文將此行所見所感進(jìn)行總結(jié)，以期為廣西水稻科研與生產(chǎn)提供參考和借鑒。

1 美國的水稻生產(chǎn)和科研情況

1.1 美國水稻的分布概況

美國的水稻栽培已有300 多年歷史。美國有4 個水稻主產(chǎn)區(qū)，分布在6 個州，面積僅占世界水稻種植面積的9%[1]。一是墨西哥灣沿岸，包括得克薩斯州上、下墨西哥灣沿岸地區(qū)，以及路易斯安那州西南部，主產(chǎn)秈稻。二是阿肯色三角洲，包括東北部的水稻種植區(qū)和中南部的大草原。三是密西西比三角洲，包括阿肯色州東南部、密西西比州和東北部地區(qū)，主要生產(chǎn)秈稻和少量粳稻。四是位于加利福尼亞州薩克拉曼多河谷，生產(chǎn)類似于日本月光品質(zhì)的粳稻產(chǎn)區(qū)。其中，路易斯安那州水稻面積約占美國水稻種植面積的15%。美國水稻類型比較復(fù)雜，基本可以分為長粒米、中粒米、短圓粒米以及特殊米，50%的水稻出口到11 個國家，主要出口到墨西哥、中美洲、東北亞和中東[2-4]。

1.2 美國路易斯安那州水稻種植概況

路易斯安那州位于密西西比河以東、彭恰爾特恩湖以北的地區(qū)，隸屬于東灣區(qū)平原區(qū)。密西西比河流貫東部，最后注入墨西哥灣，河兩岸為寬廣的沖積平原，巴吞魯日以南為河口三角洲，約占全州面積的1/3。地勢低平，平均海拔30 m，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，年平均降水量1 400 mm，甘蔗和水稻產(chǎn)量居全國前列。2018 年美國路易斯安那州水稻種植面積為17.56 萬hm2，其中5 個縣的種植面積最多，分別是Acadia（種植面積為 3.39 萬 hm2）、Jeff Davis（3.35 萬 hm2）、Vermilion（1.99 萬 hm2）、Evangeline（1.83 萬 hm2）、Morehouse（1.18萬hm2）。在29 個縣，生產(chǎn)水稻的農(nóng)業(yè)總值5.15 億美元。

長粒型水稻是路州的主栽水稻品種類型。據(jù)美國農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計2019 年路州的水稻播種面積為17.20 萬hm2，收獲面積 16.75 萬 hm2，單產(chǎn)為 7.15 t/hm2，總產(chǎn)量達(dá)到119.78 萬t，水稻單價為 257.94 美元/t，總售價3.09 億美元。92%的種植品種為長粒型稻，7%的品種為中粒型稻，1%的品種為特種稻。2018 年路州長粒型水稻種植面積達(dá)到15.72 萬hm2，占總種植面積的89%。其中，CL153 種植面積約為 20%，CL111 約為 14%，Cheniere 約為 12%，Mermentau 約為 11%，CLXL745 約為 10%，XP753 約為 5%。中粒型的水稻種植面積為1.76 萬 hm2，其中，58%為 Jupiter，20%為 Caffey，14%為Titan，8%為CL272。常規(guī)稻面積為78%，雜交稻為22%。2020 年路州水稻總播種面積達(dá)到17.40 萬hm2，長粒型水稻種植面積為15.78 萬hm2，中粒型水稻種植面積1.62 萬hm2。路易斯安那州水稻單產(chǎn)從2006 年的5.88 t/hm2增長到 2018 年的 7.25 t/hm2。總產(chǎn)從 2006 年的 9 207 萬 t 增長到 2018 年的 1.43 億 t。

路州有10.39 萬hm2水稻田使用潔田技術(shù)，面積從以往的61%下降到59%。潔田技術(shù)一般是使用誘變技術(shù)，利用除草劑對大量水稻種子進(jìn)行高壓選擇，獲得含耐除草劑突變基因的植株。使用分子標(biāo)記輔助選擇將耐除草劑基因?qū)氲礁髌贩N水稻中，配合特定的除草劑進(jìn)行雜草的管理。耐除草劑的基因和特定除草劑作為專利被保護(hù)，兩者配套使用，實現(xiàn)了除草劑與基因的壟斷經(jīng)營。這項技術(shù)在美國大面積推廣，是實現(xiàn)降低人工成本和提高產(chǎn)量的有效手段。實現(xiàn)一站式雜草防控的簡單化、低成本、低風(fēng)險，促進(jìn)糧油作物高效生產(chǎn)，提升產(chǎn)品品質(zhì)，實現(xiàn)輕簡管理、效益不減。

2019 年，路州部分稻田使用潔田技術(shù)后，新的雜草對潔田技術(shù)產(chǎn)生了抗性，因此潔田技術(shù)在某些地區(qū)受到使用的限制。新的潔田技術(shù)的管理措施包括使用新除草劑輪作、作物輪作等方法。巴斯夫公司推出耐除草劑水稻系統(tǒng)ProvisiaTM，提供了新的除草劑MOA 與Clearfield ?生產(chǎn)系統(tǒng)形成互補(bǔ)。由具備耐除草劑性狀的ProvisiaTM種子構(gòu)成一種非轉(zhuǎn)基因耐除草劑水稻，通過莖葉處理防治多種雜草，包括抗乙酰乳酸合酶（ALS）雜草、雜草稻以及紅稻。ProvisiaTM與Clearfield ?水稻和其他作物輪作，從而使生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到可持續(xù)發(fā)展。

2016 年美國就業(yè)總?cè)丝跒?.58 億，農(nóng)業(yè)人口僅占1.55%[5-6]。農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)有完整的銷售服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，能夠為農(nóng)場提供個性化服務(wù)，農(nóng)牧結(jié)合密切，形成良性循環(huán)[7]。高度發(fā)達(dá)的機(jī)械化提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。路州的農(nóng)場規(guī)模大，土地平整，作物連片，能夠高效利用飛機(jī)、植保機(jī)械、播種收割機(jī)械對水稻進(jìn)行管理。農(nóng)業(yè)機(jī)械化的新科研成果和新技術(shù)能夠迅速應(yīng)用于整個系統(tǒng)。20%的水稻種植使用飛機(jī)“水直播”，每天可播種266.7 hm2左右；80%的水稻生產(chǎn)采用機(jī)械旱直播，播種機(jī)寬度在7 m 左右，生產(chǎn)者可以通過GPS 定點位置或觀測地圖、資料等，每天可標(biāo)準(zhǔn)播種66.7 hm2左右。水稻灌溉方面，生產(chǎn)者采用農(nóng)場自行儲水灌溉，管道輸水灌溉，可以用手機(jī)遙控灌溉水泵等設(shè)施。在防治病蟲害方面，采用植保無人機(jī)或有人小飛機(jī)噴藥。有研究表明，農(nóng)機(jī)總動力對農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值有顯著的正向影響[8]。互聯(lián)網(wǎng)的運用促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化。在路州，2019 年有70%的農(nóng)戶使用互聯(lián)網(wǎng)，比2017 年增加了4%。65%的農(nóng)戶使用智能設(shè)備[2]。

2 美國路易斯安那州水稻種植模式

路易斯安那州西南部和德克薩斯州海灣屬于海洋性氣候，每年的3 月10 日至4 月15 日是路州西南部水稻播種時間，4 月1 日至5 月5 日是路州東北部播種時間，播種的最適宜土壤溫度為18℃以上。播種的方法包括直播、干播、水田育秧。給水方式包括畦溝灌溉、延遲灌溉、精準(zhǔn)灌溉和持續(xù)灌溉。

栽培管理：分別在播種期、苗期進(jìn)行除草，根據(jù)不同的雜草類型選擇除草劑，并對土壤做一個基礎(chǔ)測試，檢測土壤中氮、磷、鉀、鋅、硫的含量，在3 葉期前進(jìn)行施肥。氮肥建議施用NH4+基團(tuán)氮肥，避開雨季和旱季，第一階段需要施當(dāng)季全部氮肥的2/3，第2 次在當(dāng)季中期，即在分蘗和幼穗分化時期施剩下的1/3 肥料。在1/2 或2/3 的穗子成熟時進(jìn)行排水。收獲時最佳的稻谷含水量為18%～22%。

再生稻的種植也頗有市場，其產(chǎn)量是第一季的1/3左右，但由于更低的灌溉、人工、干燥等投入，使得再生稻的利潤更高。

小龍蝦也稱克氏原螯蝦，在路州，多數(shù)稻田可以和小龍蝦實行輪作。稻田與小龍蝦輪作，使土地得以休耕，并提高了“水稻-小龍蝦”模式的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出。小龍蝦養(yǎng)殖僅蓄水30 cm 左右，放置蝦籠進(jìn)行養(yǎng)殖。收獲時使用自走式行走船在泥潭中行進(jìn)進(jìn)行收獲。次年在養(yǎng)殖小龍蝦的田塊種植水稻，將小龍蝦轉(zhuǎn)移至其他田塊進(jìn)行養(yǎng)殖。

3 美國路易斯安那州水稻研究現(xiàn)狀

美國路易斯安那州州立大學(xué)農(nóng)業(yè)中心H·勞斯·卡菲水稻研究站是路州研究水稻的主要機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)在育種過程中的投入除了普通的肥料成本外，還包括種子成本、潔田成本、除草劑成本。2018 年，長粒型水稻和中粒型水稻的種子投入為100 美元/hm2。在種子處理劑的投入上，殺真菌劑為0.08 美元/kg，赤霉素約為0.06 美元/kg，鋅劑約為 0.09 美元/kg，驅(qū)鳥劑為 0.65 美元/kg，殺蟲劑包含了 nipsit 約為 0.44 美元/kg，種子處理劑CruiserMax 約為0.67 美元/kg。在潔田技術(shù)上的投入，長粒型水稻（CL111，CL153，CL151，CL172）和中粒型水稻（CL271）為3.78 美元/hm2。此外，除草劑約3.62美元/hm2。經(jīng)過統(tǒng)計，選育雜交稻 XP753、XP723、XP760的過程中，潔田技術(shù)投入為61.46～99.7 美元/hm2，而選育 CLXL745、CLXL729、CLXP756、CLXP756、Gemini214 CL、RT 7311CL 在潔田技術(shù)上的投入為 64.96～84.46 美元/hm2。

路易斯安那州水稻研究使用了大規(guī)模及高通量的分子標(biāo)記輔助選擇育種技術(shù)。使用96 孔自動移液工作站、自動化核酸純化液體處理工作中站、熱封板機(jī)、水浴PCR 儀、SNP 分型檢測儀，進(jìn)行快速高效SNP 分析。一個流程可達(dá)到6144 份樣品的檢測。育種流程中根據(jù)需要多數(shù)選擇分析稻瘟病基因Pi-ta、Pi-2，粒型基因GS3 等基因的檢測，與田間常規(guī)育種相結(jié)合，快速高效進(jìn)行品種的選育。

4 小結(jié)與討論

路州是一個水稻種植高度專業(yè)化的區(qū)域，病蟲害及雜草的防治走在世界前列。路州州立大學(xué)安那州農(nóng)業(yè)中心H·勞斯·卡菲水稻研究站采用分子標(biāo)記輔助選擇育種技術(shù)，高效檢測品種中已知抗病基因的基因型，選育適宜當(dāng)?shù)氐钠贩N。路州農(nóng)場智能化耕作流程，更新潔田技術(shù)，發(fā)展小龍蝦與水稻輪作的方式，在路州水稻生產(chǎn)中起著重要的作用。農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施完善，技術(shù)服務(wù)領(lǐng)先，生產(chǎn)水平很高，機(jī)械化程度很高。這些舉措對提高我國的水稻種植生產(chǎn)效率有著重要的參考和借鑒意義。