农大973首席科学家Nature发表农业研究新成果

来自中国的科学家们报告称，在未来的几十年里智能耕作（Clever farming）技术将为中国提供足够多的粮食来养活不断增长的人口，同时减轻对于环境的压力。在9月3日的《自然》（journal）杂志上，由中国农业大学的张福锁教授领导的一个研究小组，报告了一项为期三年的实验成果：如何来提高现有土地的粮食产量。

　　

生物通报道  来自中国的科学家们报告称，在未来的几十年里智能耕作（Clever farming）技术将为中国提供足够多的粮食来养活不断增长的人口，同时减轻对于环境的压力（罗氏PCR试剂免费试用申请）。

他们说，根据预计，到2030年时中国的人口总数将从现在的13.5亿增长到14.7亿高峰，，每年将需要超过6.5亿顿的大米、小麦和玉米，中国面临着加倍的困境。

伴随着这一挑战而来的还有加速的气候变化、土地退化、城市间日益激烈的水及土地资源竞争，到2050年时对于粮食的总需求有可能增长一倍。

在9月3日的《自然》（journal）杂志上，由中国农业大学的张福锁（Fusuo Zhang）教授领导的一个研究小组，报告了一项为期三年的实验成果：如何来提高现有土地的粮食产量（延伸阅读：Nature发表张福锁团队文章　阐述中国高产高效农业发展 ）。

他们在中国主要粮食种植地区展开了数十次的田间试验，在这些地域他们采用4种不同的农业技术在小块土地上种植了谷物。

第一项技术是根据当地农民的实践来种植谷物，第二项技术是改良农民的方法。第三项技术是不考虑环境使产量最大化，这往往需要在农田中施用氮肥。

第四种技术是采用现代作物和养分管理，利用知识选用符合当地土壤和气候的适当农作物品种，更准确的播种日期，更精确的播种密度，以及有效地进行投入。

第三种方案获得了最高的产量。研究人员看到每公顷的水稻产量从7.2吨增长到8.8吨（每英亩2.9-3.5吨），而小麦产量从7.2吨跃升至9.2吨，玉米产量从10.5吨增长达到14.4吨。这接近了美国和德国大规模农场中这些谷物的记录产量。

根据调查人员所说，称作为“土壤-作物综合管理体系”（ integrated soil-crop system management，ISSM）的智能耕作技术也表现得非常出色。它通常可达到最大产量的97-99%，且环境成本大大减少。采用ISSM技术，每公顷的稻米、小麦和玉米产量分别增长到8.5、8.9和14.2吨，且没有增加氮肥的使用量。

第2种方案，即改良当地的耕作经验达到了最大产量的88-92%。

该研究称，计算机模拟结果表明通过采用ISSM，大大减少了氮的过量使用以及温室气体的排放。

如果到2030年，在与2012年相同的种植面积上，中国农民的平均粮食产量能够达到这种处理产量的80%，中国的稻米、小麦和玉米的总产量将足以满足人类直接消耗需求以及显著增长的动物饲料需求，同时降低集约式农业的环境成本。

（生物通：何嫱）

作者简介：

张福锁

陕西凤翔人，1989年在德国Hohenheim大学获博士学位，中国农业大学教授、教育部****特聘教授、国家自然科学基金创新群体和973项目首席科学家。长期从事土壤植物营养学研究，先后主持国家基金重大项目、973项目和重大国际合作项目等30余项。获首届教育部跨世纪人才基金(1993)和国家杰出青年科学基金(1994)，入选国家有突出贡献的中青年专家(1994)和百千万人才工程第一、二层次(1996)。

1993年至今连续四届任国际植物营养委员会委员;2001年当选第15届国际植物营养委员会主席;2005年获德国Hohenheim大学杰出成就奖;2006年被农业部聘为全国测土配方施肥技术专家组组长;2007年获国际肥料工业协会国际作物营养奖;2008年被丹麦Copenhagen大学聘为名誉教授。

二十多年来，张福锁在植物根际营养和农田养分高效利用理论与实践方面取得了系统的创新性成果，2005年获国家自然科学二等奖，2008年获国家科技进步二等奖;研究结果多次在Nature、Science和美国科学院院报(PNAS)等国际著名刊物上发表。

生物通推荐原文摘要：

Producing more grain with lower environmental costs

Agriculture faces great challenges to ensure global food security by increasing yields while reducing environmental costs1, 2. Here we address this challenge by conducting a total of 153 site-year field experiments covering the main agro-ecological areas for rice, wheat and maize production in China. A set of integrated soil–crop system management practices based on a modern understanding of crop ecophysiology and soil biogeochemistry increases average yields for rice, wheat and maize from 7.2 million grams per hectare (Mg ha−1), 7.2 Mg ha−1 and 10.5 Mg ha−1 to 8.5 Mg ha−1, 8.9 Mg ha−1 and 14.2 Mg ha−1, respectively, without any increase in nitrogen fertilizer. Model simulation and life-cycle assessment3 show that reactive nitrogen losses and greenhouse gas emissions are reduced substantially by integrated soil–crop system management. If farmers in China could achieve average grain yields equivalent to 80% of this treatment by 2030, over the same planting area as in 2012, total production of rice, wheat and maize in China would be more than enough to meet the demand for direct human consumption and a substantially increased demand for animal feed, while decreasing the environmental costs of intensive agriculture