再生稻系统资源利用效率、环境足迹和经济效益评估新进展

目前，我国水稻生产正处于前所未有的转型时期，面临水资源匮乏、劳动力短缺、环境足迹大和经济效益低等问题，亟需通过种植模式的创新以期实现水稻生产的可持续发展。再生稻是指采用一定的栽培管理措施促使头季收割后稻桩上的休眠芽萌发生长成穗而再收获一季水稻的种植模式（图1）。相比单季稻和双季稻，再生稻可以有效地提高资源利用效率和经济效益，并减小环境足迹。然而，目前有关再生稻头季和再生季在资源利用（能量、水分、劳动力）、环境足迹和经济效益方面的表现却尚不清楚。因此，准确评估头季和再生季的资源利用效率、环境影响和经济效益，成为进一步优化再生稻系统表现、实现水稻生产向资源节约和环境友好转型的关键。

图1. 再生稻头季（A，B）和再生季（C，D）田间长势。

近日，华中农业大学作物生理生态与栽培研究中心彭少兵教授团队在Science of The Total Environment杂志上在线发表了题为“Comparisons between main and ratoon crops in resource use efficiencies, environmental impacts, and economic profits of rice ratooning system in central China”的研究论文。该论文评估并比较了再生稻头季和再生季的能量利用效率、水分和劳动生产力、全球增温潜势和经济效益，表明再生季的资源利用效率和经济效益均高于头季，但环境影响大幅降低，同时揭示了再生季实现资源高效和环境友好的原因，并提出了进一步优化再生稻系统表现的农艺措施。

研究者利用再生稻生产中头季和再生季的各项农资投入和产量数据进行了能量投入-产出分析、生命周期环境评价和经济效益评估，比较了头季和再生季的综合表现。结果表明：再生稻头季和再生季的产量分别为8.40和4.55 t ha^-1，尽管再生季的能量产出比头季低45.9%，但其能量和成本投入分别降低57.3%和71.0%（图2），促使再生季的能量利用效率和净收益显著提高（图3）。再生季较低的化肥和劳动力投入分别是其能量投入和生产成本大幅下降的主要原因。同时，与头季相比，再生季显著提高了劳动生产力和水分利用效率（图2）。此外，较少的农资投入和温室气体排放量使再生季的全球增温潜势和温室气体排放强度分别比头季降低59.3%和23.4%（图4）。综上，与头季相比，再生季具有较高的资源利用效率、更好的经济效益和更小的环境影响。该研究成果将为进一步优化再生稻系统表现和推动再生稻的大面积种植提供重要理论支撑。

图4. 再生稻头季和再生季的全球增温潜势（GWP）和温室气体排放强度（GWPi）。

华中农业大学2019级博士研究生喻兴为本文第一作者，彭少兵教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金重大国际（地区）合作研究项目（32061143038），国家水稻产业技术体系（CARS-01-20）和国家留学基金（2020M682439）的共同资助。华中农业大学彭少兵教授团队主要以水稻为研究对象，聚焦水稻高产高效的生理机制和栽培技术等方面的研究工作，已在Nature Communications、PNAS、New Phytologist、Plant Cell and Environment、Journal of Experimental Botany等国际知名学术期刊上发表多篇高水平研究论文。近十年来，该团队围绕再生稻栽培理论与技术开展了系统研究，集成了机收再生稻丰产高效栽培技术模式并大面积示范推广应用，该成果于2018年获得湖北省科技进步一等奖。国际水稻研究所的Henry博士2020年4月在《Rice Today》杂志发表文章全面介绍了该团队在再生稻研究方面的全球引领工作。