如何用更少的资源种出更多的粮食？

全球农业正面临双重挑战——既要保障不断增长的人口粮食需求，又要降低生产过程中的环境代价。我国作为农业大国，长期依赖高资源投入的粮食生产模式，虽解决了“吃饱”问题，却也付出了温室气体排放增加、土壤退化、水体富营养化等环境成本。数据显示，2019年我国中低产田占比近70%，如何在保障粮食安全的同时实现绿色转型，成为农业领域的关键命题。

近日，来自西南大学、中国农业大学、中国农业科学院等机构的张务帅副教授等系统梳理了2000年至2022年间我国主要粮食作物（水稻、小麦、玉米）绿色技术创新的实践与成效，试图回答：在资源约束加剧的背景下，我国农业如何通过技术创新实现“高产”与“高效”的平衡？相关文章发表已发表于《农业科学与工程前沿》（英文）（DOI: 10.15302/J-FASE-2025633）。

过去20年，我国粮食生产交出了一份亮眼的“绿色答卷”。统计显示，2022年水稻、小麦、玉米三大主粮总产量较2000年增长58%，其中玉米增幅达162%；同期种植面积仅扩大8.6%，增产主要靠单产的提升。其中，小麦单产增长56.7%，玉米增长40%，水稻增长12.9%。更值得关注的是资源效率的提升。化肥投入在2016年达到峰值，2022年较峰值减少0.83 Mt（百万吨），其中氮肥用量下降9.4%；氮素利用率从2000年的27.5%提升至2022年的41.3%，相当于用更少的化肥种出了更多粮食。

这些变化背后，是一系列绿色技术的突破。例如“综合土壤-作物系统管理（ISSM）”技术，通过优化品种选择、播种时间、种植密度等，同步提升光能利用效率与养分供应匹配度。研究显示，该技术在华北地区应用后，玉米产量较传统种植模式提升91.2%，同时减少了30%的活性氮损失和11%的温室气体排放。再如“根区养分调控技术”，通过精准匹配作物不同生长阶段的氮需求，使玉米增产8%、氮肥用量降低25%；“根际养分调控技术”则聚焦更小尺度的根际环境，通过优化肥料施用位置和微生物互作，让水稻增产20.2%、氮肥用量减少20%-30%。

但未来的挑战依然严峻。随着人口增长和畜牧业的发展，我国的粮食需求尤其是玉米需求将持续上升，预计到2050年玉米总需求可能增长30%。同时，农田氮磷过剩问题突出；有机资源利用率低，潜力远未释放。

针对这些问题，研究团队提出四大策略：一是推广“精准有机肥管理”，通过定制化堆肥和施用技术提升有机肥效果；二是加快“增效肥料”的应用，如缓释肥、含硝化抑制剂的肥料，既能减少施肥次数降低劳动成本，又能提升氮素利用率；三是强化根际调控技术，通过优化种子与肥料的相对位置、调控根际微生物群落，进一步挖掘作物自身养分吸收潜力；四是发展“智能养分管理”，结合物联网、大数据等技术实时监测农田环境，实现精准施肥。

研究还预测，若全面推广“综合土壤-作物系统管理”，到2050年我国水稻、小麦、玉米总产量有望分别增加45.8 Mt、115 Mt和360 Mt，在保障粮食安全的同时显著降低了环境代价。