策劃 本刊編輯部

撰文 供圖 羅越華 康海岐

三亞市G98 環(huán)島高速路旁種植的耐鹽堿水稻

有一首歌唱道：“都說(shuō)那海水又苦又咸……”海水為什么會(huì)又苦又咸？因?yàn)楹Ｊ躯}的“故鄉(xiāng)”。起伏的海水潮汐永無(wú)休止地沖刷著海灘，那富含鹽的海水不斷地浸潤(rùn)著海邊的土地，土地已被鹽堿化，完全無(wú)法耕種莊稼。

在遼東灣、渤海灣、萊州灣、江蘇和浙江沿海地區(qū)，甚至在西北內(nèi)陸盆地、沿黃河經(jīng)濟(jì)帶、黃淮海平原、松遼平原和三江平原，這樣的鹽堿化土地很多。

這是大地之殤。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界范圍內(nèi)不同類型的鹽堿化土地，幾乎占陸地總面積的10%。在我國(guó)，海岸線長(zhǎng)達(dá)3.24 萬(wàn)千米，現(xiàn)有灘涂總面積3500多萬(wàn)畝（1 萬(wàn)畝≈6.67 平方千米）。此外，我國(guó)內(nèi)陸鹽堿地總面積近15 億畝（其中，鹽堿荒地約5.19 億畝，包括耕地鹽堿化的1.14 億畝，約占耕地面積的6%）覆蓋全國(guó)17 個(gè)省份，且耕地鹽堿化問(wèn)題日益嚴(yán)重，鹽堿地80%處于荒蕪狀態(tài)。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增多，我們對(duì)糧食的需求量越來(lái)越大，如何培育出能夠適應(yīng)在鹽堿化土地上生長(zhǎng)的農(nóng)作物——耐鹽堿作物？如果這些灘涂和鹽堿地能夠種上耐鹽堿的水稻——“海水稻”，那么，土地鹽堿化的大地之殤將被“海水稻”的碧綠和金黃所取代，耕地匱乏的現(xiàn)象將得到緩解，我國(guó)的糧食安全將得到有力的保障。這是我國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)家們孜孜以求的夙愿。

新疆阿圖什市的鹽堿地。我國(guó)內(nèi)陸鹽堿地近15 億畝。80%處于荒蕪狀態(tài)

“海水稻”的由來(lái)和袁隆平院士的設(shè)想

1986 年11 月，剛從湛江農(nóng)專（廣東海洋大學(xué)的前身）畢業(yè)分配到雷州林業(yè)局工作的陳日勝，偶然在海邊灘涂地里發(fā)現(xiàn)了一株野生稻，這個(gè)發(fā)現(xiàn)讓他喜出望外。

海邊土壤的鹽分含量那么高，這株野生稻能在這種地方正常生長(zhǎng)，就有可能在更多的海邊灘涂地正常生長(zhǎng)。如果能在灘涂地大量種植水稻，就可以為國(guó)家增加糧食產(chǎn)量。于是，陳日勝小心翼翼地收集了這株野生稻的500 多粒種子。第二年，陳日勝在虎頭坡村租下了13.3 公頃的臨海灘涂，開(kāi)始了漫長(zhǎng)的“海水稻”育種工作。

1987 年，他種植了400 株這種水稻，選擇優(yōu)良單株51 個(gè)；1988 年種植51 個(gè)株系，經(jīng)過(guò)淘汰后選擇了15 個(gè)株系，從中選擇了株高、熟期一致的單株80 個(gè)。之后，陳日勝年復(fù)一年地種植和優(yōu)選，到1991 年，最終選定了一個(gè)比較理想的株系，定名為“海稻86”，在最后選定的10 個(gè)株系中收獲種子3.8 千克。而之所以取名“海稻86”，是為了紀(jì)念1986 年的那次“發(fā)現(xiàn)”。

雖然之前的科學(xué)家在水稻耐鹽堿研究方面已經(jīng)做了不少工作，但多半“關(guān)在深閨”，影響不大。而“海水稻”這個(gè)名字形象生動(dòng)、通俗易懂，便開(kāi)始在國(guó)內(nèi)廣泛傳播，也引起了相關(guān)各方的高度重視。

2014 年，中國(guó)工程院院士、“雜交水稻之父”袁隆平獲悉“海水稻”情況后，致信時(shí)任國(guó)家科技部部長(zhǎng)萬(wàn)鋼，認(rèn)為“海水稻是一種非常寶貴的水稻種質(zhì)資源，具有極高的科學(xué)研究和利用價(jià)值”。

2016 年5 月，袁隆平院士了解到海南大學(xué)有從事耐鹽水稻研究基礎(chǔ)，邀請(qǐng)筆者（羅越華）和他們的專家組一起到越南進(jìn)行了一周的考察。我們回國(guó)后向袁隆平院士進(jìn)行了匯報(bào)。

我國(guó)內(nèi)陸尚有15 億畝鹽堿地，其中有2 億畝具備種植水稻潛力。若按照每畝產(chǎn)值200～300 千克計(jì)算，可增產(chǎn)糧食500 億千克，多養(yǎng)活約2 億人。袁隆平院士設(shè)想，若能在超級(jí)稻之外，再大面積推廣高產(chǎn)耐鹽堿水稻，中國(guó)的糧食安全保障就有了兩座長(zhǎng)城，以共筑中國(guó)糧食安全的堡壘。

斯人已仙去一年多，我們對(duì)這位戰(zhàn)略科學(xué)家懷著深深的敬意和思念。

光照培養(yǎng)箱“海稻86”鹽處理15 天的結(jié)果，從左到右鹽濃度依次為0、0.6%、0.75%、0.9%

2016 年，作者（羅越華）在袁隆平院士辦公室，給袁隆平院士匯報(bào)耐鹽水稻工作時(shí)的合影

“海水稻”的硬核本領(lǐng)——耐鹽堿性

“海水稻”，顧名思義，是能在又苦又咸的海水中生長(zhǎng)的水稻。但是從科學(xué)的角度來(lái)看，目前的“海水稻”并不能直接在海水里種植。“海水稻”只是對(duì)耐鹽堿水稻的一種通俗表述。

據(jù)科學(xué)家研究，“海水稻”的耐鹽能力一般可以達(dá)到耐鹽濃度0.4%～0.5%，“海稻86”可以達(dá)到0.8%。迄今為止，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的耐鹽水稻最高耐鹽濃度不超過(guò)1.2%，而海水的平均鹽分濃度是3.5%，即每千克海水中的含鹽量為35 克。顯而易見(jiàn)，直接在海水中種植水稻是不可行的。

水稻屬于中等鹽敏感植物?！昂Ｋ尽钡挠埠吮绢I(lǐng)就是具有較高的耐鹽堿性,這使它可以在海邊鹽濃度較低的海水中生長(zhǎng)。目前的“海水稻”，一般是指能夠在鹽分濃度為0.3%以上的土壤中正常生長(zhǎng)且畝產(chǎn)量可達(dá)到300 千克以上的一類水稻品種。那么，“海水稻”為什么能夠耐鹽堿呢？

鹽堿地土壤中含有高濃度的鈉離子，這就會(huì)引發(fā)滲透脅迫、離子毒害和離子不平衡等鹽脅迫，會(huì)引起植物的各種生理、生化變化，如光合作用降低、能耗增加、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)攝取受阻、活性氧增多和代謝毒物積累等，這些變化導(dǎo)致植物生長(zhǎng)發(fā)育受抑制，植株最終因碳饑餓而死亡。但是，“海水稻”對(duì)鹽分有較高的耐受能力，它具有對(duì)鈉離子毒害作用的適應(yīng)能力和保持自身鉀營(yíng)養(yǎng)的能力，能夠“想方設(shè)法”地減少細(xì)胞內(nèi)的鈉離子濃度并提高鉀離子濃度。在鹽堿土壤里，大量的鈉離子從根部進(jìn)入水稻植株體內(nèi)，使鈉離子濃度增高而鉀離子的吸收受到抑制，但“海水稻”在整體水平和細(xì)胞水平上，能夠盡量維持高鉀離子、低鈉離子的狀態(tài)，從而在鹽堿地上得以生存。

在近海水域，海水鹽分濃度因降雨、洋流、海水混合等因素而變化較大，特別是在河流的入海口或被海水浸潤(rùn)的沿海灘涂等地，土壤中所含的鹽分濃度，會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于海水的鹽分濃度。因此，“海水稻”就可以在沿海地區(qū)和其他鹽堿地種植并收獲。例如，對(duì)于四面環(huán)海的海南，臺(tái)風(fēng)季節(jié)常發(fā)生海水倒灌情況，造成大量農(nóng)田鹽分過(guò)高，不能種植農(nóng)作物。如果種植的是普通水稻就可能顆粒無(wú)收，而在這些灘涂地，“海水稻”就會(huì)一展身手。

不同品種、不同鹽濃度的試驗(yàn)對(duì)比

耐鹽堿品種（左）和普通水稻品種（右）在鹽濃度為0.3%的試驗(yàn)田里的生長(zhǎng)情況?！昂Ｋ尽泵黠@優(yōu)于普通水稻

“海水稻”的耐鹽堿本領(lǐng)，不僅使自己得以立身和發(fā)展，而且還可以對(duì)立身之地的鹽堿地有改善作用。栽種“海水稻”的水環(huán)境，可以對(duì)可溶性鹽堿起到淋洗降鹽作用；“海水稻”生長(zhǎng)期間，自身也具備降低鹽分的生物作用；海水稻的秸稈還田又可增加土壤的有機(jī)質(zhì)。因此在灘涂和鹽堿地栽種海水稻，是培肥土壤、改良鹽堿地的一項(xiàng)有效措施。

鉀是植物中含量最豐富的營(yíng)養(yǎng)元素，占干物重的0.3%～0.5%，它在細(xì)胞內(nèi)的濃度非常高，細(xì)胞質(zhì)中鉀濃度較低且十分穩(wěn)定，為100～200 毫摩爾。當(dāng)鉀的數(shù)量超出最適水平后，過(guò)量的鉀幾乎全部轉(zhuǎn)移到液泡中。液泡是鉀的儲(chǔ)藏場(chǎng)所，它是細(xì)胞質(zhì)中鉀的補(bǔ)給者。成熟細(xì)胞的液泡體積占細(xì)胞總體積的80%～90%，所以液泡內(nèi)儲(chǔ)藏著植物體中大部分的鉀。植物之所以儲(chǔ)存這么多鉀，與它的生長(zhǎng)和生理代謝有著重要的關(guān)系。鉀在植物細(xì)胞的伸長(zhǎng)、葉片運(yùn)動(dòng)、向性運(yùn)動(dòng)、保持代謝的動(dòng)態(tài)平衡、萌發(fā)、滲透調(diào)節(jié)、氣孔運(yùn)動(dòng)和耐受鹽脅迫的過(guò)程中都起著重要作用。鉀離子還是細(xì)胞質(zhì)中許多酶的激活劑，但鈉離子卻是許多酶的抑制劑。水稻受鹽堿脅迫時(shí)就是過(guò)多的鈉離子進(jìn)入了水稻植株內(nèi)部，與鉀離子競(jìng)爭(zhēng)，從而使水稻受到傷害。

“海水稻”的發(fā)展歷史

如果從1939 年斯里蘭卡育成世界第一個(gè)抗鹽水稻品種“Pokkali”算起，耐鹽堿水稻品種培育已有80 多年的歷史?！癙okkali”的耐鹽性可達(dá)0.3%以上，于1945 年獲得推廣，畝產(chǎn)可達(dá)300 千克以上。隨后，印度、菲律賓也先后育成“Kalarata 1-24”等耐鹽水稻品種，孟加拉育成了“Sail”等耐鹽水稻品種。國(guó)際水稻研究所育成的“CSR23”可在pH 值2～10 的條件下生長(zhǎng)，畝產(chǎn)300千克。日本、韓國(guó)、俄羅斯等國(guó)家也紛紛育成了耐鹽堿水稻品種。國(guó)際水稻研究所于1975 年實(shí)施了“國(guó)際水稻耐鹽觀察圃計(jì)劃”，一些耐鹽水稻品系在輕鹽漬化土壤上種植，畝產(chǎn)量可以比不耐鹽品系增加100 千克。

早在20 世紀(jì)50 年代，我國(guó)的水稻耐鹽性研究就已經(jīng)起步。遼寧鹽堿地利用研究所采用在人工鹽池對(duì)優(yōu)良品系進(jìn)行抗鹽鑒定等方法，培育出多個(gè)耐鹽堿水稻品種，并在生產(chǎn)上利用。江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院在20 世紀(jì)70 年代，先后對(duì)2000 多份國(guó)內(nèi)外水稻種質(zhì)資源進(jìn)行耐鹽性鑒定與評(píng)價(jià)，鑒定篩選出了一批有應(yīng)用價(jià)值的耐鹽水稻種質(zhì)。江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所1987 年育成耐鹽種“秈稻鹽城156”，此后又育成“鹽稻12”等耐鹽種粳稻品種。

“七五”期間（1986～1990），國(guó)家啟動(dòng)了水稻種質(zhì)資源的耐鹽性鑒定，開(kāi)展了全國(guó)范圍內(nèi)的大協(xié)作，篩選出了一批耐鹽性水稻資源。然而，由于農(nóng)藝性狀較差等原因，這些篩選出來(lái)的耐鹽資源大多沒(méi)能在耐鹽水稻育種實(shí)踐中得以有效利用，更沒(méi)有進(jìn)入鹽堿地區(qū)進(jìn)行生產(chǎn)應(yīng)用推廣。

隨后，海南大學(xué)經(jīng)歷十多年培育出了具有強(qiáng)耐鹽特性的水稻新種質(zhì)。2012 年海南大學(xué)、江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院與江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所合作，在江蘇鹽城沿海灘涂（鹽分濃度0.3%）試種的“海湘030”，畝產(chǎn)達(dá)400 千克，受到廣泛關(guān)注，并引起國(guó)家科技部的重視。2015 年國(guó)家科技部啟動(dòng)了國(guó)家科技支撐計(jì)劃“耐鹽水稻新品種選育及配套栽培技術(shù)研究”，篩選出耐鹽分濃度0.3%以上的各類材料534 份，鑒定出“南粳9108”“鹽稻12”等14 個(gè)在0.3%鹽分濃度下表現(xiàn)較好的品種。近年來(lái)，江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院等單位育成適宜沿海灘涂種植的耐鹽水稻品種“南粳9108”，核心區(qū)和示范區(qū)平均畝產(chǎn)均超過(guò)500 千克。

耐鹽水稻選育

由袁隆平院士領(lǐng)銜的青島海水稻研究發(fā)展中心于2016 年試驗(yàn)種植材料，其畝產(chǎn)突破500 千克，2017 年小面積測(cè)產(chǎn)最高畝產(chǎn)已經(jīng)達(dá)到621 千克。2018年篩選出176 份優(yōu)良材料在全國(guó)五大典型鹽堿地試種。

“海水稻”的用武之地——鹽堿地

在我國(guó)，內(nèi)陸鹽堿地總面積近15 億畝，比3500 多萬(wàn)畝海邊灘涂地大得多。

土壤是一個(gè)包含固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)物質(zhì)的復(fù)雜系統(tǒng)，除了其本身的固體顆粒外，還包含可溶性鹽類，如氯、鈉、鉀、鈣、鎂等離子，通常情況下它們?cè)谕寥廊芤褐凶鳛闋I(yíng)養(yǎng)成分。但是，當(dāng)這些離子的濃度達(dá)到足以對(duì)土壤性狀和植物生長(zhǎng)產(chǎn)生不良影響時(shí)，這些營(yíng)養(yǎng)成分就變成了有害物質(zhì)，使得土壤失去了生產(chǎn)能力，形成鹽堿地。

鹽堿地在全球分布廣泛，從寒帶、溫帶到熱帶，從美洲、歐洲、亞洲到大洋洲，到處都有大量含鹽、干燥、板結(jié)、荒蕪的鹽堿地。我國(guó)內(nèi)陸鹽堿地主要分布在地勢(shì)低平的盆地和干旱平原地區(qū)，如西北內(nèi)陸盆地、沿黃河經(jīng)濟(jì)帶等地區(qū)。土壤中的鹽分主要來(lái)自巖石的風(fēng)化、溶解、風(fēng)蝕，以及含鹽巖土層中的鹽分在地表水及風(fēng)力作用下轉(zhuǎn)移到土壤中形成鹽堿土。沖積平原鹽堿地主要分布在黃淮海沖積平原、松遼平原以及三江平原上，主要是由于河床淤積或興修水利等因素使得地下水位升高，致使局部地區(qū)土壤鹽堿化。濱海鹽堿地主要分布在華北平原東北沿海地區(qū)，如遼東灣、渤海灣、萊州灣和江蘇及浙江沿海地區(qū)。

新疆阿圖什市的鹽堿地

新疆阿圖什市紅旗農(nóng)場(chǎng)（背景為戈壁）稻田種植的耐鹽堿水稻，平均鹽濃度為0.5%，pH 值9.5

我國(guó)鹽堿稻作區(qū)面積約占水稻栽培總面積20%。種植“海水稻”，開(kāi)發(fā)利用好沿海灘涂以及現(xiàn)有內(nèi)陸的鹽堿地資源，是保障耕地面積、增加糧食產(chǎn)量的有效途徑。袁隆平院士生前在很多場(chǎng)合描繪過(guò)我國(guó)“海水稻”的推廣前景，即種植海水稻一億畝，按照最低畝產(chǎn)300 千克計(jì)算，每年可增產(chǎn)糧食300 億千克，能養(yǎng)活8000 萬(wàn)人。

這一億畝“海水稻”種在哪里？顯然，除了灘涂，主要是在廣袤的內(nèi)陸鹽堿地。

鹽堿地是包含鹽土和堿土的土壤總稱。鹽堿地在世界各大陸中均有大量的分布，我國(guó)的鹽堿地面積位居世界第三，面積將近100 萬(wàn)平方千米。

那么，鹽堿地是如何形成的呢？這里說(shuō)的鹽是一種酸和堿中和而成的化合物。所謂的鹽堿地，是指土壤表層聚集過(guò)多的鹽堿成分。鹽堿會(huì)影響到作物的正常生長(zhǎng)。典型的鹽堿地一般以白色為主。

在我國(guó)東北、西北和華北的干旱或半干旱地區(qū)，由于降水量小、蒸發(fā)量大，溶解在水中的鹽分很容易在土壤表面聚集。在夏季雨水多的時(shí)候，鹽分可以隨雨水滲透到土壤底下，或者直接流走；而在春冬季節(jié)，降雨稀少、地表水分蒸發(fā)強(qiáng)烈，地下水中的鹽分就會(huì)上升，并且聚集在土壤的表層。

鹽堿地除了跟氣候相關(guān)以外，跟地形條件也有關(guān)聯(lián)。由于水往低處流，所以在一些低洼的地方，如果長(zhǎng)時(shí)間不排水，水中的鹽分就會(huì)越積越多，形成鹽堿化的土地。西北地區(qū)的盆地以及東北低洼的平原的鹽堿地，很多都是這樣的地形原因造成的；此外，河流兩旁的土地，因河水常年滲透，致使地下水位逐漸抬高，促使地表蒸發(fā)形成積鹽；而沿海地區(qū)則是因?yàn)楹Ｋn或者海水倒灌形成了濱海土地鹽堿化。

“海水稻”的美好前景

我國(guó)耐鹽堿植物有白蠟、月季、枸杞、沙棗、白柳、紫穗槐、黑松、木麻黃、梭梭、珠美海棠、楊樹(shù)等。在青海鹽湖的鹽蓋上常有蘆葦生長(zhǎng)；南海之濱的海邊有紅樹(shù)林生長(zhǎng)。我國(guó)許多農(nóng)作物具有耐鹽性，比如玉米、茄子、西紅柿、甜菜、油葵等，棉花的耐鹽性也較高。

這些耐鹽性強(qiáng)的植物，也為“海水稻”育種的未來(lái)勾畫(huà)了一幅美好的前景：克隆鑒定植物的耐鹽堿基因，解析植物耐鹽堿的分子機(jī)制，并利用生物技術(shù)將這些耐鹽基因?qū)搿昂Ｋ尽?，不斷提高“海水稻”的耐鹽水平。將這幅前景變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，是科學(xué)家們今后長(zhǎng)期奮斗的目標(biāo)。

在我國(guó)土地資源極度緊張，全球氣候變暖，極端異常氣候頻發(fā)，生態(tài)環(huán)境急需改善的背景下，“海水稻”作為沿海灘涂和鹽堿地改良的首選糧食作物，凸顯了其重要性。通過(guò)遺傳改良來(lái)提高“海水稻”耐鹽堿能力，培育耐鹽堿新品種并推廣應(yīng)用，是培育新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)極、保障國(guó)家糧食安全的重要舉措。

如今，我國(guó)“海水稻”育種成就蔚為壯觀，這展現(xiàn)出我國(guó)“海水稻”實(shí)際應(yīng)用的廣闊前景。

2017 年，湖南雜交水稻研究中心牽頭組建了耐鹽堿水稻國(guó)家區(qū)域試驗(yàn)聯(lián)合體。2021 年，國(guó)家批準(zhǔn)以湖南雜交水稻研究中心牽頭，聯(lián)合海南大學(xué)、青島海水稻研究發(fā)展中心有限公司等單位在海南省三亞市共同組建掛牌成立了國(guó)家耐鹽堿水稻技術(shù)創(chuàng)新中心。2020～2021 年，8 個(gè)耐鹽堿水稻品種通過(guò)國(guó)家審定。迄今為止，耐鹽濃度達(dá)0.6%、畝產(chǎn)量達(dá)400 千克的雜交水稻新品種已經(jīng)選育成功。而且，這些耐鹽品種在淡水條件下產(chǎn)量也很高，有些組合還通過(guò)了品種審定（非耐鹽）。

廣西欽州種植的耐鹽堿水稻品種“赤禾”，長(zhǎng)勢(shì)良好

廣西欽州“海水稻”種植試驗(yàn)。如今，我國(guó)“海水稻”育種成就蔚為壯觀，展現(xiàn)出“海水稻”實(shí)際應(yīng)用的廣闊前景

近年來(lái)，科學(xué)家借助分子生物學(xué)的方法和技術(shù)，使耐鹽水稻轉(zhuǎn)基因研究取得了較大的發(fā)展。在國(guó)家科技支撐計(jì)劃的資助下，江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院等單位通過(guò)分子標(biāo)記輔助選擇與常規(guī)育種技術(shù)相結(jié)合，建立耐鹽、優(yōu)質(zhì)、抗病、高產(chǎn)多基因聚合育種技術(shù)體系，將優(yōu)質(zhì)、抗病、高產(chǎn)、耐鹽基因聚合到優(yōu)良水稻品種中。海南大學(xué)與湖南省水稻研究所合作，通過(guò)外源基因組DNA導(dǎo)入和耐鹽作物篩選的技術(shù)，采用高耐鹽野生植物蘆葦DNA 作為基因供體，通過(guò)花粉管通道導(dǎo)入普通水稻，培育出具有強(qiáng)耐鹽特性的水稻新種質(zhì)。

隨著科技進(jìn)步和科學(xué)家的不斷努力，我國(guó)“海水稻”育種和科研將為將來(lái)鹽堿化土地的大面積開(kāi)發(fā)利用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。科學(xué)家們不僅能為我國(guó)的鹽堿化土地利用發(fā)揮作用，還可以為其他國(guó)家的鹽堿化土地利用提供重要幫助。

三亞種植的耐鹽堿水稻，一派豐收的景象

羅越華老師在“海水稻”試驗(yàn)田間

康海岐老師在田間觀察野生稻的生長(zhǎng)情況