一万年前，中国古代的居民就收获了野生稻谷，这种多年生的草在沼泽和溪流中可以长到15英尺高。这些沙粒很小，呈红色，在波浪中成熟，并经常落入水中。他们的后代把这种谷物变成了高产的一年生作物，今天养活了全世界一半的人口。1909年，当农学家f·h·金(f.h. King)参观中国精心维护的水稻梯田时，他把耕种这些梯田的男男女女称为“四百年的农民”。在他看来，他们似乎已经解开了无限期保存土壤和保持农业肥力的秘密。
今天，随着气候变化和越来越多的土地被集约耕种，稻农面临着不太确定的未来。在亚洲部分地区，融化的冰川威胁着灌溉稻田的水供应，而更高的温度和不可预测的降雨则对雨养的农田造成压力。在世界各地的高地，农民在陡峭的山坡上使用刀耕火种的技术种植水稻，休耕期越来越短，严重的水土流失正在破坏生产力和生态系统的健康。
一个由科学家组成的国际网络正在致力于一种根本性的解决方案:多年生水稻，不需要重新种植就能生产粮食。通过将驯化水稻与野生水稻杂交，他们希望培育出扎根很深的品种，这种品种能固定土壤，需要更少的劳动力，并能在极端温度和水源供应下生存。几十年来，植物育种家一直在尝试对小麦、高粱和其他农作物进行同样的研究。
有了大米，这一愿景终于接近现实。中国科学家正准备推出一种新品种，他们说这种新品种在低地水稻上表现良好，随着育种工作的加强，最终也能在边际土地上茁壮成长。
“这条研究路线预示着在高地种植作物的一种更可持续的方式，”加州理工学院的高地农业专家Casiana Vera Cruz说国际水稻研究所(IRRI)。她说，这项研究对女性的影响尤其大，因为她们通常负责每年春季在小型山地农场手工种植水稻的艰苦工作。
批评者认为多年生粮食永远无法养活不断增长的人口。
最大的进步发生在中国，云南农业科学院的遗传学家胡丰毅和他的同事们正在完成对多年生水稻品种近十年的试验，包括PR23他们声称，在4年或更长的时间里，这种水稻的产量接近传统水稻。云南的一家农业公司今年将在超过1500英亩的土地上试验PR23和类似的品种，研究人员也在老挝试验PR23。如果云南政府批准向农民广泛发放这种新型水稻，它将成为世界上第一批在试验田之外种植的多年生粮食之一。
然而，批评者认为，像PR23这样的多年生谷物永远无法养活世界上不断增长的人口。内布拉斯加大学(University of Nebraska)的农学家肯尼斯·卡斯曼(Kenneth Cassman)的工作重点是全球粮食安全。他说，把世界有限的农业研究资金的更大一部分用于常年水稻研究将是一个错误。
“我们的目标不仅仅是提高农业生产率，我们的目标是帮助人们摆脱贫困，提供足够的营养和健康，”Cassman说，他曾在90年代中期在IRRI工作。“而且，在小型边际农场种植的低产多年生谷物不可能帮助任何人摆脱贫困。”相反，他认为农民应该在陡峭的山坡上种植抗旱的树木或牧草——而不是谷物——来稳定土壤，科学家应该专注于在真正适合他们的环境中提高粮食的年产量，比如有足够水的平坦土地。
然而，参与中国多年生水稻研究的人士说，它可能对全球环境产生影响。在亚洲和非洲，数以百万计的农民在边际高地种植水稻，代价是大量的土壤流失(例如，老挝陡峭的未梯田，土壤流失的速度大约是全球土壤形成平均速度的20倍)。其他大陆上的其他作物也是如此。世界上一半的人口依靠边际土地获取食物2010年的论文中科学年耕常常使这些土地进一步退化。与此同时，人口——以及对粮食的需求——正在迅速增长。
一个被广泛推广的答案叫做生态强化的可持续农业技术，如覆盖作物和多元种植，以提高产量，而不扩大耕地面积或其造成的环境损害。但多年生作物的支持者认为，农业需要一个更根本的解决方案——从本质上讲，就是改变人类1万年来每年清理土地、重新开始的习惯。
多年生草本植物将更多的能量用于建立根系以长期生存。
“如此多的问题，我们认为是农业的一部分——养分流失，土壤侵蚀，碳流失，杂草入侵——实际上是这个高度扰乱的生态系统的属性，”Timothy Crews说，他是该研究所的研究主任土地研究所它成立于1976年，目标是开发模仿草原的谷物田。“它们在生态学上是可以预测的。然而，如果你去看看成熟的原生(草原)生态系统，你就不会有这些问题。”
然而，开发水稻和其他谷物的多年生品种是一项艰巨的任务。每年驯化的谷物将30%到60%的能量投入到生产种子中，而多年生草更多的是为了长期生存而扎根。克鲁斯解释说，为了提高多年生植物的产量，植物育种者必须诱使多年生植物在种子生产中分配更大的能量蛋糕。它们还可以利用多年生植物一开始就有更大的能量饼这一事实:它们通常比一年生植物在每年春天开始生长得更早，而且每年光合作用阳光的天数更多。
多年来，研究多年生谷物的科学家为数不多，土地研究所的工作人员就是其中之一。不过，最近人们对它的兴趣显著增长。2013年，联合国粮食及农业组织(FAO)举行了一次会议专家研讨会正在讨论这个话题，并计划在今年秋天再进行一次。美国国际开发署是投资多年生高粱研究比尔和梅琳达·盖茨基金会(Bill and Melinda Gates Foundation)提供资金一项研究在五个非洲国家种植多年生小麦、高粱和豇豆的风险和收益。
尽管如此，由于基因、育种技术、生长条件和对各种谷物的研究兴趣的差异，进展并不均衡。据克鲁斯说，土地研究所的一种关键作物——多年生小麦的产量与一年生小麦相比仍相差数十年。多年生玉米的研究就更落后了。根据2013年粮农组织会议纪要，在主要主食中，只有多年生水稻正在“接近现实”。
多年生和一年生水稻杂交的首次报道出现在20世纪80年代。受这些成功迹象的启发，国际水稻研究所在20世纪90年代中期建立了一个育种项目，旨在帮助贫困的自给农民对抗陡峭山坡上的水土流失。由于研究重点的转移，他们在2001年放弃了这个项目，但那时，云南农业科学院的遗传学家陶大运已经完成了一个有希望的交叉，最终促成了PR23的研究。
这是一个重大的成就。多年生稻和一年生稻亲缘关系密切，但种类不同，这使得杂交困难。通常，受精发生了，但胚胎不能存活。陶使用了植物育种家所说的“胚胎拯救”，克鲁斯把这个过程比作把早产儿放在恒温箱里。一旦植物突破了这个瓶颈，后代就能正常繁殖。
多年生水稻不能承受高地贫瘠土壤和缺水的严酷条件。
陶和他的同事，包括胡凤一，下一步是改进杂交，选择最好的。在中国国家科学基金会(National Science Foundation)和近期中国土地研究所(Land Institute)的资助下，他们启动了一系列大田试验，在典型的低地农田采用传统种植方式。胡先生说，PR23和其他几个品种现在已经足够好，可以投放给云南的农民，尽管他还没有在同行评审的期刊上发表任何关于它们表现的论文。
然而，多年生水稻还不能承受高地贫瘠的土壤、缺水和极端温度的严酷考验。一个挑战将是引入基因，指示植物进入休眠状态，并在旱季关闭叶子生产以保存水分;另一种方法是让植物适应高地地区常见的酸性土壤。
澳大利亚查尔斯斯特大学(Charles Sturt University)的多年生谷物专家Len Wade说:“随着我们进入越来越极端的环境，我们将不得不开发出越来越好的材料和更多的性状来适应它们。”他是胡先生团队的顾问，并负责协调在老挝的试验。所以这里没有答案。它需要一系列答案或一系列目标。”
然而，这些进一步的改进是关键，因为那些最迫切需要传统水稻替代品的地方往往也有着最艰难的生长条件。例如，在老挝北部的山区，农民通常会在3月或4月焚烧一小块森林，并在灰烬上撒水稻种子。在植物有机会长出强壮的根系之前，大雨冲走了土壤，沥滤了养分。产量下降，杂草入侵，两到三年之后农民就搬走了。
“土壤质量下降得非常快，”参与试验的老挝农学家冯森学(音)说。目前，试验只在地势平坦、土壤较好的南方地区进行。
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“人口增加了，森林被高地农民毁坏了。老挝政府希望减少像刀耕火种这样的高地农业系统，以减少水土流失和森林砍伐。”
韦德说，这导致了政府对来自中国的新品种的兴趣，这些新品种承诺带来的好处超过了粮食。一种水稻作物可以在地下连续多年保存土壤，并在旱季提供干草、饲料和燃料，使其成为丘陵地区可持续农业系统的关键要素。
要让一种多年生水稻在世界上一些最困难的种植条件下茁壮成长，这一愿景仍然遥不可及。但在接下来的几年里，中国农民可能会获得PR23，一种在漫长的水稻种植历史上从未有过的品种。对于多年生谷物研究群落来说，这本身就是一个重要的里程碑。