机收再生稻高产优质栽培技术研究进展

杨德生 黄见良 彭少兵

（作物遗传改良全国重点实验室/湖北洪山实验室/农业农村部长江中游作物生理生态与耕作重点实验室/华中农业大学植物科学技术学院，武汉 430070；*通信作者：speng@mail.hzau.edu.cn）

再生稻是指在头季水稻收获后采取一定的栽培管理措施，使稻桩茎节上存活的休眠芽萌发成蘖，进而抽穗结实再收获一季水稻的种植模式[1]。这种“一种两收”模式在节本增效上具有较大优势，是符合我国水稻生产转型时期发展需求的重要创新[2]。一方面，种植再生稻能缓解农村劳动力短缺的问题。再生稻周年生产中仅需进行一次整地、育秧和移栽，而能收获两季稻谷，大幅降低了单位稻谷产量的劳动力投入和生产成本[3]。另一方面，种植再生稻避免了追求单季超高产所带来的压力与风险。在适宜的栽培管理条件下，再生稻头季和再生季产量能分别达到9~10 t/hm2和5~6 t/hm2，实现了从单季高产到系统高产的转变[4]。

相比于传统的一季中稻和双季稻模式，再生稻生产具有更高的经济和生态效益[3,5-8]。主要原因在于，再生稻相比于一季中稻具有更高的年产量，而相比于双季稻尽管产量略有降低，但大幅降低了生产成本和温室气体排放（表1）。由于再生季生育期较短，再生稻尤其适合在温光资源种植一季稻有余而两季稻不足的地区种植[9]。基于机器学习和地理信息系统（GIS）的研究表明，我国约有560 万hm2的稻田适合种植再生稻但不适于双季稻[10]。另外，再生季稻米具有品质优、口感好的特点，其品质甚至优于同时期抽穗的晚季稻米[11]。由于再生季施肥量少且基本不打农药，再生季稻米符合广大消费者对食品绿色优质的需求，因而也具有更高的市场价值。总体而言，再生稻具有高产、高效、绿色、优质的特点，有利于缓解粮食安全与环境保护、国家需求与农民生产实际，以及粮食高产与绿色优质之间的矛盾，是水稻可持续生产的重要方式[2,12]。在广大科技工作者和农技推广人员的推动下，近年来再生稻在我国南方稻区得到快速发展，全国再生稻种植面积达130 万hm2左右[13]，为保障国家粮食安全做出了重大贡献。如果将适宜种植再生稻的地区充分利用，还可增加水稻产量1 690 万t，约占我国水稻年产量的8%[4]。

表1 不同水稻种植模式下的产量、净利润和温室气体排放强度（GHGI）比较

1 机收再生稻的发展

我国是利用水稻再生技术最早的国家，至今已有1 700 余年的悠久历史[14]。但由于受到水稻品种和栽培技术的限制，再生稻通常作为一项补欠增收的措施，一直是小面积种植[15]。20 世纪30—50 年代，四川农业大学杨开渠教授最早对再生稻的生物学特性和栽培技术进行了系统研究，为我国再生稻发展奠定了基础[16]。之后，我国再生稻种植面积出现了2 次发展高峰。在20世纪70 年代后期，三系杂交水稻的推广应用促进了再生稻的第一次快速发展[13,17]。1977 年原四川省江津县（今重庆市江津区）利用杂交稻作再生稻种植，再生季单产达到2.9 t/hm2[9]。随着汕优63 等头季产量高、再生力强的杂交稻组合的育成，南方稻区逐渐形成了杂交中稻蓄留再生稻的稻作制度，全国再生稻种植面积和产量均大幅增加[18]。1986 年四川省利用杂交中稻品种蓄留再生稻，当年再生季有收面积达4.6 万hm2，1989 年增长至45.0 万hm2，成为全球最大的再生稻种植区[15]。同时期再生稻种植面积较大的省份（自治区）还包括湖北、福建、安徽、广西和云南[19]。1990 年国家科委把再生稻列为一项粮食增产措施在全国推广[9]。湖北省属于历年来蓄留再生稻面积较大且产量较高的省份，1994 年全省再生稻蓄留面积达7.3 万hm2，再生季平均产量达3.0 t/hm2[19]。1997 年全国再生稻种植面积达75.0 万hm2，再生季平均产量为2.0 t/hm2[20]。福建省尤溪县于1998—2002 年建立再生稻超高产示范片，通过采用选育良种、适时早播、畦式栽培、合理施肥、高留稻桩等栽培技术，头季和再生季平均产量分别达到10.7 和6.5 t/hm2，年产量高达17.2 t/hm2[21]。然而，在21 世纪初，由于农村劳动力不足、生产成本增加、再生季产量低且不稳定，以及粮食结构性过剩等因素，全国再生稻种植面积急剧下降至33.3 万hm2以下[13]。采用头季人工收割的传统再生稻种植方式不再适用于现代农业生产，发展机收再生稻成为唯一出路。

为解决头季机收环节造成再生季减产的关键技术难题，扭转再生稻种植面积持续走低的生产困境。自2010 年起，华中农业大学作物生理生态与栽培研究中心（CPPC）研究人员联合湖北省洪湖市和蕲春县的农技推广人员开展了再生稻高产栽培技术研究，研究重点是通过品种选择和栽培技术优化提高机收再生稻模式下的再生季产量和品质[4]。湖北省于2013 年成立了现代农业产业技术体系水稻“一种两收”创新团队，以彭少兵教授为首席科学家，通过多年研究、示范与推广，集成了“机收再生稻丰产高效栽培技术”，该技术于2017年和2018 年被列为农业农村部主推技术[22]。2013 年湖北省蕲春县再生稻高产示范片经专家测产验收，头季平均产量9.8 t/hm2，头季机收和人工收割的再生季平均产量分别为5.2 和6.6 t/hm2，周年产量在15.0 t/hm2左右[2]。2013 年至2020 年，湖北省机收再生稻种植面积从2.7 万hm2增加到21.3 万hm2[22]。同时，福建农林大学林文雄教授团队围绕机收低留桩再生稻开展了长期研究，集成了机插机收再生稻“三保两促一攻”高产高效栽培技术体系，大面积示范片再生季产量达4.5 t/hm2[1]。该技术使福建省再生稻种植面积从2012 年的0.5 万hm2增长至当前的3.3 万hm2[23]，并积极推动了华南地区机收再生稻的发展。目前，四川和湖南地区的再生稻种植面积分别达到38.0 万和26.7 万hm2，位居全国前列[24-25]。江西、安徽和重庆等地区的再生稻种植面积在10.0 万hm2左右[26-28]。近10 年来，机收再生稻使全国再生稻种植面积增长了近3 倍，再生稻迎来了第二次发展高峰。

再生稻的快速发展对于稳定水稻种植面积，保障国家口粮安全具有重要意义。为此，政府相关部门也大力给予政策支持。例如，2016 年原农业部文件《全国种植业结构调整规划（2016—2020 年）》指出，在长江中下游地区、华南地区和西南地区均可因地制宜发展再生稻[29]；2022 年农业农村部文件《农业农村部关于大力发展再生稻，促进水稻生产能力提升的指导意见》中强调“南方省份要把发展再生稻作为保障国家粮食安全的一项重要任务来抓”[30]；2023 年“中央一号文件”中首次提到“鼓励有条件的地方发展再生稻”[31]。

2 机收再生稻的产量和品质形成特点

2.1 机收再生稻的产量形成特点

在华中地区，本团队（CPPC）多年田间试验结果表明，再生稻头季与一季中稻产量相当（图1）。例如，常规籼稻黄华占的再生稻头季和一季中稻平均产量分别为9.3 和9.0 t/hm2，籼粳杂交稻甬优4949 的再生稻头季和一季中稻平均产量分别为10.3 和10.5 t/hm2。在头季人工收割方式下，再生季产量可高达头季产量的72.0%（表2）。与头季相比，再生季的单位面积有效穗当前，我国水稻生产中常规履带式收割机的碾压率（履带碾压面积与收割面积之比）为40%~50%[40]。例如沃德锐龙4LZ-4.0E 联合收割机的割幅为200 cm，两条履带宽度均为45.0 cm，碾压率为45.0%。在头季机收过程中，当水稻种植行距为30.0 cm 左右时，如果将履带碾压严格限制在两行植株上，可将碾压率降低至33.3%[41]。由于碾压区能收获一定的再生季产量，加上非碾压区边行能产生边际效应，机收碾压导致的产量损失率一般低于碾压率。

图1 华中地区黄华占和甬优4949 作再生稻头季和一季中稻的产量表现

表2 丰两优香1 号作再生稻种植时头季与再生季的产量表现

头季机收过后，再生季碾压区与非碾压区的水稻长势存在较大差异。碾压区稻桩由于遭受到收割机履带的碾压损坏，再生芽萌发数量减少且再生芽主要生长自基部节间，生育期较非碾压区延长7~20 d[1]。马晓春[34]调查发现，机收后再生季碾压区和非碾压区的理论产量分别为1.2 和3.5 t/hm2，主要原因在于碾压区的有效穗数和总颖花数仅为非碾压区的1/3。肖森[36]试验表明，机收后再生季碾压区的有效穗数、总颖花数和生物量均显著降低，由碾压区造成的再生季减产效应为7.2%~27.1%。而非碾压区边行存在明显的边际效应，最高可达到54.2%，由边际效应带来的再生季增产效应为6.8%~11.0%。ZHOU 等[39]研究发现，与头季人工收割方式相比，机收后再生季碾压区减产66.1%~70.3%，非碾压区增产2.7%~10.8%，整体上减产17.6%。ZHENG 等[42]进一步研究发现，同一水稻边行在头季与再生季的边际效应分别为98.3%和60.9%，而再生季非数增加了57.9%，但每穗颖花数和叶面积指数仅为头季的一半。在头季机收方式下，由于收割机在收获过程中会碾压部分稻桩，使碾压区再生芽发育延迟、生长受阻，最终造成再生季减产，产量损失率（与人工收割相比头季机收的再生季产量损失率）平均为23.6%（表3）。碾压区边行的边际效应为27.6%。这说明头季边行的边际效应可以延续到再生季，如果在再生季充分利用非碾压区边行的边际效应，可以在较大程度上补偿机收碾压带来的产量损失，这为预留机收行种植方式（在头季移栽时预留出收割机走道）的再生季增产提供了理论基础[43]。

表3 不同头季收获方式下的再生季产量表现

2.2 机收再生稻的品质形成特点

本团队前期调查了湖北省12 个不同地点的机收再生稻头季和再生季的稻米品质（所有测定均在去除秕粒和杂质后进行），结果表明，头季相比于再生季具有更低的整精米率（58.2% vs 65.7%）、直链淀粉含量（15.1% vs 19.0%）和碱消值（4.35 vs 5.69），但具有更高的垩白粒率（36.6% vs 10.1%）和垩白度（14.2% vs 2.8%）[44]。整体而言，再生季的加工、外观和蒸煮食味品质均优于头季。这是由于头季和再生季的灌浆期分别处在7—8 月和9—10 月，灌浆期适宜的气候环境决定了再生季更优的稻米品质[45]。DENG 等[46]、KUANG 等[47]和ZHANG 等[48]从淀粉结构和功能特性上比较了头季和再生季稻米蒸煮食味品质的差异，认为再生季稻米的淀粉大小、结构和热性能均优于头季，从而具有更优的糊化特性和口感。莫文伟等[49]比较发现，头季人工收割方式下再生季的稻米品质优于双季晚稻，并接近于一季晚稻。然而，在实际生产中，机收再生稻再生季收获时由于碾压区成熟度不足，存在较多青瘪粒，造成整精米率下降。郑常[50]研究发现，与头季人工收割方式相比，头季机收造成再生季的整精米率降低2.4 个百分点，整精米产量降低11.4%。ZHENG 等[43]通过在头季设置预留机收行处理，结果发现，该处理下再生季的加工品质与头季人工收割处理无明显差异。以上结果说明了碾压区较差的稻米品质是造成机收再生稻再生季稻米品质降低的根本原因。

3 机收再生稻的增产途径

3.1 研发专用收割机降低碾压率

研发再生稻专用收割机是降低机收碾压率、提高再生季产量最直接的有效途径。在目前常规水稻收割机的基础上，通过降低履带宽度和增大割幅在理论上均可降低碾压率。同时，专用收割机的设计也需满足头季收割时的特殊要求，例如留桩高度不同要求收割机的割台高度具有可调节性；头季收获时茎秆粗壮、含水量大要求收割机具有良好的茎秆切割和脱粒清选能力；为减少秸秆覆盖稻桩的不利影响要求收割机具有良好的秸秆粉碎能力；在湿软田块收获时要求收割机机动性强等等[51]。华中农业大学工学院从农机农艺结合的角度设计并改良了再生稻专用收割机。张国忠等[51]最初利用插秧机的底盘装置和窄型水田行走轮设计了一种再生稻割穗机，田间碾压率低于25.0%，但不具备脱粒清选等功能。卢康等[52]通过增大割幅和减轻机器重量设计了一种双割台双滚筒全履带式再生稻收割机，割幅达255.0 cm，履带宽35.0 cm，直行碾压率为28.0%。为进一步提高田间作业效率，付建伟等[40]设计了一种双通道喂入式再生稻收割机，割幅为300.0 cm，履带宽度40.0 cm，直行碾压率为27.0%。田间测产结果表明，该收割机相比常规收割机使碾压率降低16.2%，再生季增产23.9%。华南农业大学工程学院针对再生稻专用收割机的特殊要求设计了刚柔耦合杆齿脱粒装置[53]和三角履带式收割机底盘[54]，有效降低了头季收获过程中的籽粒破碎率和碾压率。重庆市农业科学院根据西南丘陵山区地形特点设计了一种小型再生稻专用收割机，该收割机作业时不受稻田水分条件制约，碾压率低于10.0%[55]。

3.2 优化农艺措施提高碾压区产量

当前尽管有多家单位开展了再生稻专用收割机的研究，但仍处于理论和试验阶段，离商业化应用还有较远距离。因此，通过优化农艺措施提高碾压区产量是当前提高再生季产量的主要途径。

3.2.1 筛选耐碾压品种

由于缺乏再生稻专用品种，适用于不同生态区的再生稻品种主要从已审定品种中筛选得到，基本要求包括再生能力强、综合抗性好、生育期适宜、高产、优质等等，这些品种在头季人工收割方式下能获得较高的再生季产量[22]。但在品种筛选过程中，由于机收后再生季碾压区的产量贡献相对较小，对于碾压区再生芽的生长发育关注不足。为筛选出耐碾压能力强的再生稻品种，本团队近期开展了相关田间试验。即在头季机收完成后用收割机将稻桩全部压倒，随后观察到部分品种的稻桩被压倒后出现回弹，再生芽成活率高，最终获得了更高的再生季产量[4]。前人研究表明，茎秆性状如基部伸长节间、形态特征、解剖结构以及化学成分与茎秆强度和弹性特征有关[56]。在后续研究中可进一步探究这些茎秆性状与耐碾压能力之间的关系，从而为耐碾压品种的筛选和培育提供理论基础。

3.2.2 降低留桩高度

降低留桩高度不仅能减轻收割机对稻桩的碾压损坏程度，还能缩小碾压区与非碾压区再生季生育期的差异，进一步发挥低节位再生芽的大穗优势，从而达到再生季高产的目的。俞道标等[57]研究表明，低桩（8.0 cm）机收相比于高桩（40.0 cm）人工收割使再生季增产24.0%。由于低留桩主要保留了基部节位，因此选择低节位芽再生能力强的水稻品种有利于再生季高产。俞道标等[58]认为，促进低节位芽早发多发和提高结实率是低桩机收再生稻再生季高产的关键，并建议在头季机收后早施提苗肥，并于中后期追施穗肥和粒肥。胡香玉等[59]研究结果也表明，低桩（5.0 cm）机收后施用提苗肥和穗肥均能显著提高再生季产量。广东省于2017—2022 年连续开展了低桩机收再生稻技术的生产示范，再生季产量达到6.9 t/hm2[60]。然而，再生季生育期随着留桩高度的降低而延长[33]。因此，低桩机收再生稻适宜在光温资源充足的华南地区（福建、广东和广西等省份）推广，而对于光温资源有限的地区，需采用提高留桩高度、种植早熟品种、适时早播等措施以保证再生季安全齐穗。例如，安徽地区采用了短生育期品种机直播低桩（15.0 cm）机收再生稻技术，大面积生产示范区测产结果表明，17A318（生育期为75~95 d）头季和再生季的平均产量分别达到8.9 和6.1 t/hm2[27]。

3.2.3 优化头季水分管理

在机收方式下，头季收获时的土壤水分状况显著影响收割机对稻桩的碾压损伤程度[61]。当土壤含水量过高时，收割机在头季收获过程中容易发生打滑增加碾压面积，同时会将稻桩碾入泥土，严重时碾压行基本没有再生季产量；土壤含水量过低则会加重收割机履带对稻桩的物理损伤程度。因而保证土壤含水量适中，即晒田至收割机行走时履带不下陷，稻桩被碾压后会出现回弹，再生芽萌发率高[61]。在再生稻生产中，受降雨因素影响或未及时排水晒田，头季机收时因土壤含水量过高导致再生季减产的情况更为常见。ZHENG 等[41]利用土壤硬度指标界定头季轻、重晒田处理，结果发现，重晒田将头季机收时的表层土壤硬度提高了42.8%~84.7%（5.0 cm 和10.0 cm 土壤深度的土壤硬度值分别达到4.05 和7.07 kg/cm2），进而显著提高了再生季碾压区的有效穗数和生物量，最终使再生季增产9.4%。

3.2.4 碾压区稻桩扶正

在头季机收过后，将被碾倒的稻桩人工或机械地进行扶正有利于碾压区再生芽的生长[62]。江西农业大学工学院进行了相关研究，CHEN 等[63]试验证明，相比于机收后常规管理，人工将碾压区稻桩扶正显著提高了再生季的有效穗数和生物量，使再生季平均增产38.0%。该团队初步设计出一种再生稻机收碾压稻桩扶正装置，但还未结合田间试验进行效果验证[64]。另外，江苏大学农业工程学院设计了一种机械收割扶正一体化作业的再生稻碾压稻桩扶正装置，同时具备离地高度自动控制系统[65]。田间试验结果表明，对照处理下碾压区相比非碾压区的产量损失率为70.2%，使用该装置后碾压区的产量损失率降为38.4%。

3.3 利用边际效应提高非碾压区产量

头季机收后由于碾压区的存在，非碾压区边行因为边际效应表现出一定的产量优势[36]。在头季机收过后，非碾压区由单行和3 行两部分组成（图2）。ZHOU等[39]研究表明，与对照（人工收割后再生季的中间行）相比，非碾压区单行和3 行中的边行分别增产22.9%和8.5%，但3 行中的中间行减产10.1%。ZHENG 等[42]研究发现，头季边行的边际效应能延续到再生季，使其发挥更大的边际优势。预留机收行的应用则是将再生季边际效应的增产优势最大化，即在头季移栽时预留出收割机走道，充分发挥再生季的边际效应以补偿降低种植密度带来的产量损失。本团队前期试验结果表明，预留机收行种植方式下再生季产量的边际效应为43.9%~74.0%，相比普通机收方式增产4.6%[43]。

图2 再生稻头季机收后的稻桩群体

4 机收再生稻的提质途径

4.1 筛选耐高温品种提高头季稻米品质

头季由于灌浆期较高的环境温度，其加工、外观和蒸煮食味品质均有所下降[44,46,66-67]。主要原因在于，水稻灌浆结实期高温会加速灌浆速率，造成淀粉颗粒排列不紧密，垩白增加[68]，同时也会导致直链淀粉含量下降[69]和蛋白质含量增加[70]。由于全球气候变化的影响，极端温度出现频率的增加会进一步威胁到优质稻米的生产[71]，而通过品种改良培育耐高温水稻品种可以从根本上解决这个问题。本团队近期开展了针对性的再生稻优质品种比较试验，初步筛选了一批头季稻米品质在高温条件下表现较好且稳定的再生稻品种[4]。另外，通过调控播期、优化水肥管理也有利于改善头季稻米品质[22]。

4.2 优化农艺措施提高再生季稻米品质

再生季灌浆期适宜的温光条件有利于其形成较优的稻米品质[49,72]。但由于头季机收后再生季碾压区的再生芽发育缓慢，在收获时还未完全成熟，导致再生季整体的加工和外观品质降低。肖森[36]研究结果表明，与头季人工收割方式相比，机收后再生季非碾压区稻米的加工和外观品质无显著差异，但碾压区的整精米率降低了5.0 个百分点，垩白粒率增加了3.0 个百分点。郑常[50]研究发现，在机收方式下，预留机收行种植相比常规种植使再生季整精米率提高2.8 个百分点，整精米产量提高9.2%。这些结果说明改善碾压区的稻米品质是提高再生季稻米品质的关键，通过降低碾压率和改善碾压区再生季的生长发育情况有利于提升其稻米品质。因此，在上文中（第3 部分）所提到的相关再生季增产途径同样也适用于提高再生季稻米品质。相关研究表明，头季机收前重晒田相比轻晒田使再生季整精米率提高2.4 个百分点[50]；将碾压区稻桩扶正相比不扶正显著提高再生季的整精米产量[73]。

5 总结与展望

再生稻是一种资源高效和环境友好的种植模式，对于提高农民种粮效益、稳定水稻种植面积、推动农业绿色发展具有积极作用，是可持续的水稻生产方式。由于再生季的产量表现建立在头季管理的基础之上，再生稻的栽培技术相比于一季中稻和双季稻更为复杂。近10 年来，科研人员围绕机收再生稻的品种筛选和栽培技术开展研究，基本解决了头季机收造成再生季产量低而不稳的卡脖子难题，使机收再生稻模式得到快速发展。本文根据本团队近年来开展的机收再生稻研究工作，结合其他单位已发表的科研成果，重点介绍了机收再生稻的产量和品质形成特点，并总结了机收再生稻增产提质栽培技术的研究进展。另外，提高机收再生稻的稳产性同样十分重要，但本文未作相关介绍。例如，头季病害（稻瘟病和纹枯病）、虫害（褐飞虱和二化螟）和倒伏的发生均会造成再生季大幅减产。因此，再生稻生产中需重视头季病虫害防控工作和优化水肥管理以减少倒伏发生，从而提高再生季的稳产性。目前新选育的水稻品种一般具有更强的抗病、抗虫和抗倒伏能力，因而也应加强再生稻品种的筛选工作。

为推进再生稻持续发展，充分释放再生稻的发展潜力，未来在再生稻育种、农技推广和政策支持上应有所加强。在再生稻育种方面，当前所种植的再生稻品种均来自品种筛选，机收再生稻专用品种的选育工作十分滞后。育种家应把握时代机遇，加强再生稻育种工作，为满足机收再生稻的生产需求，重点培育头季耐高温、再生季耐碾压的高产优质品种。在农技推广方面，一是根据当地的资源条件，科学确定再生稻发展优势区域，整合相应的技术规程；二是加大再生稻宣传力度，开展技术培训和生产示范，推动再生稻的进一步推广；三是创新基于再生稻的轮作制度和综合种养制度，进一步提高农民的种植效益。在政策支持方面，一是加大机收再生稻技术研发与推广、再生稻育种和再生稻专用收割机研发的资金支持力度；二是完善对再生季水稻的惠农补贴，提高农民种植再生稻的积极性；三是加强再生稻米的品牌建设，提升其市场占有率和市场价值；四是鼓励新型经营主体种植再生稻，开展集中育秧、整地、插秧、施肥、打药和收获等专业化服务，带动周边农户发展再生稻。如果这些措施能稳步推进，我国机收再生稻的面积有望再增加2 倍。