各稻作系統(tǒng)以及全球平均實際水稻產量（黃色）和產量差（紅色）占產量潛力的百分比
近日，華中農業(yè)大學作物遺傳改良國家重點實驗室、湖北省洪山實驗室彭少兵教授團隊聯(lián)合美國內布拉斯加大學林肯分校Patricio Grassini教授團隊，與來自全球13家科研單位的科研工作者合作，從全球尺度上科學、全面、系統(tǒng)地評估了水稻生產的產量差、溫室氣體排放、資源消耗等要素，探明了實現(xiàn)全球水稻生產綠色、高產、高效目標的有效途徑和可持續(xù)發(fā)展的建議。相關研究成果以“Sustainable intensification for a larger global rice bowl”為題于2021年12月9日在Nature Communications在線發(fā)表。
如今，水稻作為全球一半以上的人口提供主糧，在全球糧食安全中發(fā)揮著至關重要的作用。隨著世界人口的增長，未來全球對稻谷的需求量將進一步加大。然而，在環(huán)境變化、能源短缺及資源退化的共同影響下，以可持續(xù)方式滿足未來的水稻等糧食需求面臨著更為嚴峻的挑戰(zhàn)。針對這一國際重大需求，彭少兵教授團隊與美國內布拉斯加大學林肯分校Patricio Grassini教授團隊聯(lián)合國際同行學者選擇亞洲、非洲、南美洲、北美洲和大亞洲的18個主要水稻生產國開展了系統(tǒng)研究，研究涵蓋全球88%的水稻總產量和86%的總收獲面積。
科研團隊在“兩步法”進行稻作系統(tǒng)區(qū)劃的基礎上，選擇了在地理位置、氣候環(huán)境和栽培管理水平等方面差異較大的32個稻作系統(tǒng)，分析了這些稻作系統(tǒng)的產量潛力和產量差、溫室氣體排放和碳足跡、水資源消耗和水足跡、農藥毒性指數、氮足跡和氮平衡以及勞動力投入和勞動力生產效率。
研究發(fā)現(xiàn)，目前全球平均水稻產量達到了產量潛力的57%，但不同地區(qū)之間存在很大的差異。包括中國東北地區(qū)、埃及、澳大利亞和美國加州在內的全球三分之一的水稻產區(qū)的實際產量超過了產量潛力的75%，但是非洲地區(qū)的雨養(yǎng)稻和巴西北部的陸稻的實際產量僅為產量潛力的20%~40%。情景分析表明，提高19個稻作系統(tǒng)的產量至產量潛力的75%可將水稻總產增加32%；降低8個稻作系統(tǒng)的氮素盈余可將目前總氮素損失減少95%。該研究為農業(yè)領域制定和實施國家以及全球優(yōu)先研究和發(fā)展策略提供了全新的范式。
我校植物科學技術學院博士后袁珅是該論文的第一作者，我校彭少兵教授和內布拉斯加大學林肯分校Patricio Grassini教授是該論文的共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金國際（地區(qū)）合作與交流項目、國家水稻產業(yè)技術體系、教育部高等學校學科創(chuàng)新引智計劃、國家留學基金管理委員會和博士后科學基金的資助。
據了解，我校彭少兵教授團隊多年來圍繞水稻綠色發(fā)展、農業(yè)資源高效利用和糧食安全治理等方向進行深入研究，已取得多項成果。2019年4月，彭少兵教授團隊主導合作在Nature Communications發(fā)文，探究了全國尺度上的水稻產量差以及保障中國水稻總產穩(wěn)定增加的有效途徑，本文是上述系統(tǒng)研究領域 的進一步延伸。
【英文摘要】
Future rice systems must produce more grain while minimizing the negative environmental impacts. A key question is how to orient agricultural research & development （R&D） programs at national to global scales to maximize the return on investment. Here we assess yield gap and resource-use efficiency （including water, pesticides, nitrogen, labor, energy, and associated global warming potential） across 32 rice cropping systems covering half of global rice harvested area. We show that achieving high yields and high resource-use efficiencies are not conflicting goals. Most cropping systems have room for increasing yield, resource-use efficiency, or both. In aggregate, current total rice production could be increased by 32%, and excess nitrogen almost eliminated, by focusing on a relatively small number of cropping systems with either large yield gaps or poor resource-use efficiencies. This study provides essential strategic insight on yield gap and resource-use efficiency for prioritizing national and global agricultural R&D investments to ensure adequate rice supply while minimizing negative environmental impact in coming decades.
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-27424-z
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