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秘密★十年 秘密★十年

生态营养稻简介及推广应用前景

——将大宗农作物作为“营养品”栽培的途径

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湖南集能新材料科技有限公司

二○一二年二月编写 二○一五年六月修编

秘密★十年 生态营养稻简介及推广应用前景 ——将大宗农作物作为“营养品”栽培途径

基于人口、粮食、食品安全、营养、健康多重目标的需求及必要性，鉴于稻田长期污染物累积的现状，采用传统的农业技术难以获得营养丰富、绿色、满足社会需求的生态营养稻。

随着时代的高速发展，“分田到户”种植方式，与社会需求的矛盾已凸显，当今农业遇到的问题，必须将多领域、多学科的高新技术，用于大宗农作物，夯实农业基础。促进高新技术的应用、提升，必将导致我国综合国力的加速发展，社会的跨越。

世界上1／3以上的人口以稻米为主食，人类生存所需蛋白质约70%来自植物蛋白质。除为“粮食安全”大幅度增产外，改进稻米品质，从大宗粮食作物中获取优质（依据联合国粮农组织-联合国卫生组织提出的“营养模式”[1]——附件一）、廉价蛋白，是实现大幅度“增产”的高效途径。

本技术依据“作物不同生育阶段生物量”及所需营养、“氨基酸生物合成途径”[2]为基础，采用生物诱导、激活关键酶[3]，实现提高作物蛋白质、调控限制氨基酸、增加产量的目的。

1、多领域、多学科的高新技术，用于大宗农作物可行性、必要性、迫切性

继高新技术、信息和软件、铁路、房地产、汽车工业、高速公路等作为时代的经济增长点后，将多领域、多学科的高新技术，用于夯实农业、大宗农作物基础，必将成为新的经济增长点，大幅度的拉动我国的经济发展，促进国家整体水平的提升，促进我国GDP稳定、持续增长，其主要表现在：

育种技术——诱变育种；基因技术：用于育种（但存在市场质疑）、杀虫剂等； 生物技术——改善、修复生态环境、资源节约；

高能物理——可用于诱变育种、生物技术用于稻田修复；

纳米技术——水基化微乳提高肥料、农药利用率，去除苯类溶剂，减少污染，实现资源高效； 太阳能技术——光敏技术与光合作用的融合[4~6]，实现大幅度增产，定向转换目标成分； 计算机自动控制系统——监视、统计、遥感、分析、自动、遥控、管理等。

数据库——目前，世界各国均建立了自然资源、地球物理、生态环境、农业、微生物保藏库、林业等基础数据库。我国也相继建立、完善了地理信息系统（GIS）、全球卫星定位系统（GPS）、遥感技术（RS）、自然资源数据库、各类农业、林业数据库，一般原始数据均可查阅、采用，为专家集成系统提供了良好的基础。

专利文献——世界各国的免费专利，可触摸到各领域的发展动态与趋势，各国的差异、市场趋势； 应用程序——目前，我国已建立作物栽培模拟优化决策系统（CCSODS）、作物生产管理专家决策系统、水稻栽培管理系统等，有关农业系统约45~60个；

学术文献——各种“基金课题”，为科研院所、大专院校的学术论文、研究报告，建立了大量模型；奠定了一定的基础；

综上所述，建立农业（水稻）专家集成系统有基础、有实践、市场需求、社会需求、发展需要，将产生以下连锁效应：

① 逐步建立、完善农业（水稻）专家集成系统——实施农业标准化，提升我国农业现代化水平； ② 多学科、多领域高新技术夯实农业基础——促进相关领域、学科的快速发展。在高新技术用于大宗农作物的实施过程中，必须解决“成本”和向广大农户“普及”问题，这将产生高新技术自身得到提升的同时，促进我国农业现代化的连锁效应；

③ 栽培“生态营养稻”——有利于降低农作物成本，增加农民收入，确保农作物品质、提升全民健康，大幅度降低我国医疗费用；

④ 改善、修复稻田生态环境——减少、消除滥施肥料带来的危害，堵住污染源头！与被污染后，再花钱治理的费用节省成百上千倍，肥料、农药的“生态”、“高效”，确保作物安全，修复、改善生态环境，逐步恢复农田有益生物（蜜蜂、蜻蜓、鱼虾、泥鳅、青蛙、蚯蚓、有益微生物）种群。

参见本成套技术精准农业之《生态栽培》、《生态防控——病虫害种群》系列。 2、稻米蛋白、限制性氨基酸[7~10]——“生态营养稻”的意义

人类生存所需蛋白质约70%来自植物蛋白质，30%来自动物蛋白。稻米蛋白质含量是禾本科作物中最少的，而大米蛋白质其“生物价”为77（列为植物蛋白首位），接近于全价蛋白，是仅次于动物蛋

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秘密★十年 白的理想蛋白质资源。因此，世界各国正致力于提高稻米蛋白质、增加限制性氨基酸的研究。目前国内外提高稻米蛋白质的困扰在于： a. 高蛋白稻米口感差；事实上高蛋白粮食作物不一定“适口性”差，如高蛋白小麦、大豆等。 b. 提高稻米蛋白质的同时，限制氨基酸（赖氨酸、苏氨酸）下降；

c. 栽培法难以实现大幅度增加蛋白，现国内外寄希望于基因技术提高稻米蛋白质；

大量研究表明：环境因子、栽培方法、施肥方式等能有效的调节作物品质、产量。另外，采用三系杂交可获得产量、蛋白质含量、赖氨酸含量理想的稻米。

基于国内外对“转基因”作物的质疑，鉴于稻米蛋白的遗传特性，各地区稻田环境的差异等综合因素，本技术拟采用生态栽培法，实现“生态营养稻”所确定的目标。

3、本技术技术基础

本技术基于“作物不同生育阶段生物量”、“氨基酸生物合成途径”基本原理，采用生物诱导、激活关键酶[9]，提高光能利用率。以期提高作物蛋白质、调控限制氨基酸、增加产量的目的。

本技术“生态营养稻”基于自然资源数据库（气温、日照数、地表温度、降雨量、积温、光合有效辐射等），以及土壤（营养、微生物、重金属）、稻田水（水质、阴阳离子、PH值等）、不同水稻品种等综合因素，借鉴、学习、拓展发达国家“精准农业”[11]的经验，科学、高效的利用光能，增加和／或调整作物的营养物质，即可同步解决资源高效、生态环境、产量、营养、品质问题。

4、主体技术：

a. 依据生物量（根、茎、叶、果实）、全生育期内所需营养、各生育阶段所需营养的特点、土壤养分及微生物、环境温、光、积温等综合因素，计算所需补充的营养、一次性施肥，按不同释放机制供给养分，建立了excel水稻不同生育阶段的函数模型。依上述水稻不同“生育阶段”所需营养供给养分模式作为本技术的基肥，结合“植物蛋白生物诱导培养液”和“仿生光合作用促进剂”，在关键生育阶段，采用叶面喷洒，调控蛋白质和限制性氨基酸、及其口感。

b. 在超级稻缓释／控释肥分生育阶段所需养分供给营养模型的基础上，逐步建立“水稻专家集成系统”，消除和控制滥用肥料、农药导致的土壤、水土污染源头，确保粮食和食品安全、实现光能高效、资源高效、提高国民健康水平，建立生态营养稻标准。

c. 在前期大田试验的基础上，将稻米蛋白质含量从现有的8.7%，提高至10.6%的基础上，以调控限制性氨基酸、口感为前提适当提高蛋白质含量；

d. 依据世界卫生组织（WHO）和联合国粮农组织（FAO）确定的营养模式，采用“植物蛋白生物诱导培养液”增加作物蛋白、提高限制性氨基酸20~50%，同时调节“适口性”；

e. 采用“植物、植物／动物提取物重金属吸附剂”去除重金属、采用“微生物农药降解复合菌”消除农药残留和改善不平衡施肥造成的危害，改善、修复稻田生态环境；

f. 基于自然资源、农业等数据库、地理信息系统（GIS）、全球卫星定位系统（GPS）、遥感技术（RS），借鉴“精准农业”模式，在“缓／控释肥”一次性施肥，按水稻不同生育阶段所需营养，不同释放机制

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释放养分的模型基础上，在试验中补充数据，逐步建立、完善“水稻专家集成系统”11,12：

① 水稻各生育阶段不同生物量所需营养供给模型； ② 稻米蛋白和限制性氨基酸生物诱导模型； ③ 稻田生态环境及高效仿生光合作用促进模型； ④ 根系信号及养分吸收、品质模型； ⑤ 稻田水土营养及微生物模型；

⑥ 稻田微量元素及重金属对水稻影响模型。

附件一：WHO/FAO营养模式 附件二：“生态营养稻”的意义

附件三：超级稻专用缓释／控释肥简介

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秘密★十年 附件一： WHO／FAO推荐营养模式 稻米的内在品质，除微量的维生素、核黄素、胡萝卜素等外，主要以蛋白质含量，以及蛋白质中各种氨基酸的比例，作物衡量其营养价值。为此，世界卫生组织（WHO）和联合国粮农组织（FOA）确定了评价植物营养推荐模式，随时代的进步，先后进行了几次调整，现阶段推荐的模式为：

评价稻米品质WHO／FAO推荐营养模式 氨基酸 异亮氨酸 亮氨酸 赖氨酸 蛋氨酸+胱氨酸 含量（mg／g蛋白质） 40 70 55 35 氨基酸 含量（mg／g蛋白质） 60 40 10 50 苯丙氨酸+酪氨酸 苏氨酸 色氨酸 缬氨酸 通常稻米中各种氨基酸比例与WHO／FAO推荐营养模式不同，其中赖氨酸和苏氨酸过低，即称为“限制性氨基酸（按照人体的需要及其比例关系相对不足的氨基酸称为限制性氨基酸）”。

“植物蛋白生物诱导培养液”简介

2011年6~10月在耒阳蔡伦现代农业生态园进行了“红糯米”大田试验，试验种植22亩，其中20亩为对照组，2亩为试验田。由于此试验是在插秧、返青后受邀参与试验，所以仅在抽穗、结实期进行了叶面喷洒“植物蛋白生物诱导培养液”和“仿生光合作用促进剂”，收割后送国家授权湖北粮食检测站检测，其蛋白质含量为10.6%，与对照田8.7%相比提高了21.84%。为确认检测结果，又将样品送湖南粮食检测所检测，其蛋白质含量与湖北检测的结果一致。另外，由于收割前，连续九天下雨，其实际亩产难以准确测定，由成熟待收割前两天统计的每亩穗数、每穗颗粒数、空壳率、千粒重等指标，与对照田对比，产量增加27.26%。

稻米氨基酸含量经湖南省技术监督局检测，与对照田相比，其氨基酸含量提高38.14%，其中限制性氨基酸——赖氨酸提高53.07%，苏氨酸提高58.14%。

附件二：生态营养稻的意义

1、经济意义

常规稻米的蛋白质含量为7~8%，以亩产1000kg稻谷时，每亩约可获得75kg蛋白质。若将稻米蛋白质提高至15%，亩产500kg稻谷，即可获得相同量的蛋白质，当亩产1000kg时，即可获得150kg蛋白质。因此，提高稻米蛋白质和限制性氨基酸，调控食味，强化营养，是实现稻米大幅度“增产”的高效途径之一。即实现了光能的高效利用，同时可大幅度的降低肥料用量，实现资源高效。提高稻米蛋白质含量折算营养量与单增产的比较见表1-1：

表1-1 提高稻米蛋白质含量折算营养量与单增产的比较

产量kg／亩 稻米蛋白含量 蛋白质kg／亩 1000 7.50% 75 700 10.72% 75.04 600 12.50% 75 500 15.00% 75 采用本技术技术与常规技术获得同等稻谷产量所需肥料量的比较见表1-2：

表1-2 不同产量时所需肥料对比

产量 常规复合肥 kg／亩 kg／亩 1000 69~90 900 62~81 800 55~72 40~50 1.8~2.25 13~20 700 48~63 35~43.75 11~17 600 41~54 500 34~45 现有技术不同产量所需肥料量（依据不同土壤肥力和栽培方式等变化） 本技术不同产量所需肥料量 超级稻专用缓释／控释肥 kg／亩 生物营养液 减少肥料用量 kg／亩 kg／亩 50~62.5 45~56.25 2.25~2.82 16~24.5 2~2.5 15~22 30~37.5 25~31.25 9.5~15 8~13 1.57~2.0 1.35~1.68 1.1~1.4 若我国种植水稻采用“生态营养稻”系列技术，其经济和社会效益分析如下：

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秘密★十年 ① 若我国种植水稻采用本“生态营养稻”系列技术，采用“超级稻专用缓释／控释肥”，肥料利用率达55~68%，可节约肥料370~1080万吨肥料。折标煤500~1400万吨；并可大幅度减少由于滥施肥料造成污染而投入的治理费用，现我国氮肥产量3800~4200万吨／年，稻田尿素利用率30~35%，除部分被土壤固定外，约40~45%流失至江河湖泊，导致水土氨氮超标[12~13]，用于治理氨氮费用高达数百亿元。

② 生态环境：减少了我国因长期不科学施肥、滥用肥料对江河湖泊水质、大气、土壤造成的污染；消除农作物亚硝酸盐对人类健康带来的威胁；

③ 耕作成本：不计入施肥降低的劳动成本，同产量条件下每亩降低肥料等综合成本大于30~50元； ④ 粮食（食品）安全：改善稻田生态环境，控制稻米中重金属、农药残留，提供无公害生态营养稻。

⑤ 人体营养改善：改善稻米氨基酸比例，改善“食味性”，提高限制性氨基酸，强化营养，满足人体必需氨基酸的平衡，提高健康水平。

2、社会效益：

① 我国现有稻田约4.47亿亩（30万平方公里），稻田生态环境的改善对整体的生态环境至关重要。生态栽培可减少疾病的发生，提高全民健康，降低医疗保障体系费用。

② 稻米重金属超标严重，农药残留，粮食（食品）安全，我国是癌症发病率最高的国家之一，因重金属镉、铅、汞、铬、砷诱发关系密切；粮食作物、蔬菜水果的重金属、农药残留，由其产生、诱发的疾病及健康问题，日益成为社会关注焦点，导致不安定因素增多，严重阻碍了社会的发展。

③ 研究表明，饮用水和食品中过量硝酸盐会导致高铁血蛋白症，同时有致癌危险。由于不合理的施肥，致使粮食作物和蔬菜、水果等经济作物，内在质量发生变化，人类食用上述作物、蔬菜、水果后，可能引发的疾病，难以预料；

④ 采用生态栽培能有效的消除、减少滥施肥料、农药带来的污染，控制污染源[13~14]。研究表明：控制污染源所花费用，与污染扩散后再治理相比，可降低数百上千百。在注重品质（营养成分、安全）的前提下，实现大幅度“提高土地产出率、资源利用率、劳动生产率”。

附件三：超级稻专用缓释／控释肥简介

2000年，为配合袁隆平院士“单季杂交稻超过800kg／亩”的攻关目标，湖南集能新材料科技有限公司受中石化巴陵分公司委托研发超级稻专用肥，经过国内外技术分析，提出了在大宗农作物上采用缓释／控释肥技术方案，并完成“超级稻专用缓释／控释肥”的研发，技术组与湖南杂交水稻中心的科研人员一道，历经近四年的小区和大田试验，已顺利完成了“单季杂交稻超过800kg／亩”预定目标。

试验结果表明：目标产量≥800kg／亩”时，一次性施肥40~45kg／亩，释放周期90~130天可调，满足超级稻各生育阶段营养需求。经“元素示踪”、生物量等检测，氮利用率68%，为国内外先进水平。以国家水稻数据库公布的“两优培九”特性数据“穗总粒数153.9粒，实粒124.5粒，结实率80.9%，千粒重26.15克”计算，到达807kg/亩实际增产34.56%，可见精准施肥对作物产量的贡献。于2004年4月通过国家级鉴定。特别指出的是：降低水稻施肥成本50~80元／亩（5~10元／100kg稻谷），肥料缓释／控释膜材料成本为50~80元／吨（同期国外草坪缓释肥膜材料成本900~2000元／吨），现有常规的复合肥工艺无需新增设备。当肥料利用率达到60%时，年可节约肥料500~700万吨。

为解决业内“高产则易倒伏”的困扰，2013年水稻专家赵定坤寻求向联合国推荐“单季产量≥800kg/亩，不倒伏肥料”肥料，在耒阳主持了“超级稻缓释/控释肥”高产不倒伏试验，试验面积100亩，稻田肥力约为中等（有机质含量偏低），稻种采用两优1129，亩施“超级稻专用缓释/控释肥”75kg，一次性施肥，持效期90~115天，水稻整个生育不再施任何其它肥料（包括有机肥），按当地农化常规管理模式。在试验返青期→分蘖期逢耒阳连续16天干旱，收割时，衡阳农业局与专家赵定坤测产，百亩连片约837kg/亩。无倒伏发生。见下图。

九十年代欧盟对“控释肥”的定义[15~16]：“确切意义的控制释放肥料是指那些养分释放速率能与作物需肥规律相一致或基本一致的肥料”（我国的《控释肥料》HG／T 4215—2011与欧洲标准中《缓释肥料》标准和定义相近，主要对养分的释放速率进行控制，与作物无关）。

依欧盟“控释肥”的定义： 真正意义上的“控释肥”，即使是同一种作物，其品种不同，其全生育周期、各生育阶段不尽相同、

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