研究建立土壤-作物综合管理体系

3月28日，中国农业大学资源与环境学院陈新平、崔振岭、张福锁等的研究论文“保障粮食安全的土壤-作物综合管理体系”（Integrated Soil-Crop System Management for Food Security）在国际著名刊物美国《国家科学院院刊》(PNAS)上发表。

 

当前，国际、国内粮食安全形势十分紧张。粮食安全是否只能寄希望于生物技术的进步？传统的土壤、作物管理能在多大程度上为保障粮食安全做出贡献？如何解决作物高产与资源高效难于协调的问题？对于这些关乎农业科学发展方向的重大问题，国际学术界高度关注，2010年“Science”、“Nature”等刊物先后组织专门讨论，但发表的观点众说纷纭。

 

陈新平等在深入分析世界各国粮食安全、资源投入和环境压力的基础上，明确提出全球粮食安全的压力来自发展中国家。非洲等缓慢发展的经济体，粮食安全的问题当前主要不是科学与技术的进一步创新，而是如何促进社会经济发展和制度建设，使现有的农业科技成果得到应用；相反地，中国、印度等快速发展中国家，同时面临粮食安全和资源环境安全的双重压力，如何在绿色革命的基础上再突破，农业科学与技术研究面临巨大挑战。

 

为此，“十一五”以来，中国农业大学资源与环境学院张福锁教授领导的团队在973项目“主要粮食作物高产栽培与资源高效利用的基础研究”和公益性行业科研专项“农作物最佳养分管理技术研究与应用”的支持下，建立全国协作网，并与美国、德国科学家开展紧密合作，深入研究“土壤-作物体系综合管理” 的理论与技术，以期为解决国际上快速发展中国家粮食安全和资源环境安全的问题探索可行的途径。

 

该文全面报道了这一研究在理论与技术上取得的成果。课题组建立了土壤-作物系统综合管理（ISSM）的理论框架与技术途径，主要包括基于作物生态生理模型(Hybrid-Maize Model) 和多年气象资料，从品种、密度和播期等措施上对玉米生产体系中进行重新设计，以最大限度利用光温资源，提高玉米产量；基于根层养分调控的原理，合理施肥满足高产群体的养分需求，避免不合理的施肥造成的资源浪费和环境污染。立足土壤-作物系统综合管理，课题组近年来在我国东北、华北和西北等玉米产区开展了66个田间试验，并将研究结果与4548个农户调查数据、43个高产栽培研究相比较。研究结果表明，与农民习惯相比，高产栽培研究尽管大幅度提高了玉米产量，但氮肥用量与农民习惯相比几乎增加了3倍，氮素生产效率不高、损失严重；而土壤-作物系统综合管理在不增加氮肥用量的同时，将玉米产量从6.8 t/ha增加到13.0 t/ha，增幅达91%，相应的氮肥生产效率从每公斤氮肥生产26公斤粮食增加到57公斤粮食，同时实现了作物高产与资源高效的目标。这一工作为国际上农业科技创新提供了一个成功的案例，它表明，与对生物技术的期待同等重要地，土壤-作物体系综合管理可以在保障粮食安全和资源环境安全方面发挥重要作用。

 

该论文的发表是以张福锁教授为学科带头人的植物营养团队立足国家重大需求、在农业生产实践中开展国际前沿理论研究、发表国际一流文章的又一重大成果，是继2007年和2009年在PNAS和2010年在Science上发表论文以来的又一重大突破。