作物栽培学科发展

作物栽培学科发展作物生产维系着人类最基本的生活需求，是国民经济建设发展的至关重要的领域。栽培作物是农业生产的主体部分，作物栽培学与作物遗传学科组成的作物科学是农业科学的核心学科之一。我国的作物栽培学于20世纪50年代成为农业院校新开设的专业主课，由此诞生了中国作物栽培学。50多年来，作物栽培研究取得了一大批重大科技成果应用于大面积作物生产，攻克了比西方国家复杂得多的众多栽培科技难关，作物栽培科学与农业科学其他学科一起，在解决我国粮食安全和农产品供应问题以及作物生产发展方面，起到不可替代的重大作用，并形成了具有中国特色的作物栽培科学与技术体系。作物栽培学的根本任务是研究作物生长发育和产量、品质形成规律及其与环境条件和技术措施的关系；探索合理高效利用自然资源和生产资料，发挥作物最大生产潜力和投人的最佳经济与生态效益，实现作物高产、优质、高效、生态、安全的栽培技术途径与措施，直接服务于农业生产与调控人类生存环境的应用学科。作物栽培学包涵作物生理学、作物生态学和作物管理学等领域。任何农业科技的新成果、新品种、新技术在农业领域里的应用，都必须通过它的检验评定和组装配套，才能发挥其功效和价值。因此，作物栽培科技是反映一个国家、一个地区农业生产水平与生态文明的重要标志。一、作物栽培学科发展状况目前，作物栽培学科的发展呈现五大特色，即多目标、显效应、新特点、精定量、重集成。（一）作物栽培学向多目标发展，不断开拓学科领域范围作物栽培学明确了高产、优质、高效、生态、安全五项目标，作物栽培学研究领域不但重视作物高产、优质，同时也重视资源高效利用与农田生态环境安全和人类健康的关系。20世纪以来，随着社会经济的发展，环境污染和生态失衡问题日益凸现，环境安全和人类健康查到严重威胁，已成世界性问题。我国的环境污染、生态失衡、农产品品质较差和质量安全等问题十分突出，并有逐渐加重的趋势。由于作物生产中过量使用化学农药和肥料，使近1亿亩的农田及水体受到严重污染；农产品中的重金属和农药残留超标造成农产品质量安全问题严重，不但使生态环境恶化和危害人民健康安全，而且严重影响农产品出口贸易和国际竞争力。同时，干旱缺水是我国农业发展和作物生产的制约因素，农业用水量占全国总用水量的70%，水资源利用效率低，浪费严重。近年来国家科技计划中实施了一批高产、优质、高效、生态、安全为目标的作物栽培技术创新研究的重大课题，在全国形成了多领域相结合的研究队伍。创新集成了一批作物可持续高产高效技术、环境友好型新技术和新产品，并大面积应用。大幅度提高了水肥资源利用率及效益，显著减少了化肥、农药用量，降低了污染，提高了农产品质量，保护人民健康安全，提升农产品的国际市场竞争力。（二）作物栽培成效显著，生产作用更加突出栽培生物学理论创新为栽培技术的发展指明了方向，栽培技术效应愈加明显。将作物生理学与环境生态学相结合，创新指导理论，为解决作物生产发展中的重大技术问题提供了理论依据。作物光合性能、产量构成、源库关系三理论，作物产量“三合结构”理论及其作物产量的结构性挖潜、功能性挖潜和结构与功能同步挖潜的作物高产共性途径，作物群体质量调控理论与指标体系，稻麦作物叶龄模式与调控技术，作物群体发展动态生理诊断与精确定量栽培等技术成果，有效地指导了作物“十字”目标生产，增产增效显著。作物营养生理为合理高效施肥运筹提供了理论基础，并促进作物施肥技术的进步。作物逆境生理与调控的深入与发展，为作物抗逆性改良和抗逆栽培提供了理论依据，并促进作物抗逆技术进步。2004年以来，我国实施了粮食丰产科技工程项目，取得重大进展和显著成效。创立的栽培新理论和新技术得到应用和发展，促使我国粮食生产的恢复性增长。 2004年，12个省的项目区水稻、小麦、玉米平均单产增加741.0kg/hm2,是全国同期粮食平均单产增加302.0kg/hm2的2.4倍，项目区以不足全国粮食播种面积8%的粮田面积，增产量占全国的13%。“粮食作物可持续超高产理论与技术模式”课题，创新集成13套超高产技术模式，示范创造出再生稻单产 22762.5kg/hm2世界纪录；双季早稻10405.5kg/hm2、夏玉米21043.5kg/hm2和小麦-玉米两熟25890.0kg/hm2全国高产纪录典型。这些典型的产量水平为同期高产水平的131%-138%，比常规田单产高3-4倍。以上说明通过高产高效栽培技术创新与集成应用，发挥品种现实产量潜力和提高作物单产的技术潜力大，技术效果显著。同时，在专用品种保优、节本增效、环境友好和健康生产方面，栽培技术发挥不可替代的作用。（三）以现代技术融合为新特点，作物栽培发展进入新阶段近年来，作物栽培的发展引人生物技术和信息技术，也不断融合了现代材料学和物理学和数学等新成果，促进了学科跨越式的发展也，标志着作物栽培发展到了新的阶段。生产信息化平台及服务体系，农业和作物生产系统数据库构建，作物栽培专家系统、棉花产业经济预警信息学服务系统和数字农作技术，行业及新型的化学调节剂，纳米技术应用，塑料新制品等研究成果，既能有效地促进了作物生产水平的提高，具有广阔的应用前景。（四）作物栽培措施向精定量发展，科学化管理有了新的提高虽然以占世界10%的耕地生产了世界25%的粮食，但同时也消耗了世界20%的水资源和30%的化肥与农药，属于典型的资源高耗低效型的粮食生产方式。针对我国作物生产成本高、效益低、土地和水肥资源浪费严重等突出问题，把提高农业效益、资源高效可持续利用的技术创新与集成应用作为科技攻关的重点。形成了产量目标、群体性能动态、现代技术检测不同特点的多作物栽培措施的精准定量技术，实现高产高效结合，环境保护与农民增效结合的技术广泛得到应用。国家粮食丰产科技工程的实施，创新、集成了多项“精定量”技术体系，在12个项目省“三区”推广应用25616.9万亩农田，累计增产粮食120多亿kg，经济效益高达150多亿元。河南省在项目区集成示范推广的小麦夏玉米一体化高产、节本、增效技术模式，累积社会经济效益4.1亿多元，使农民平均亩增收151元、节本50多元，合计获利200元左右；山东省在项目区集成示范推广的小麦-玉米超高产栽培技术模式，累计社会经济效益2.3亿多元；江苏省项目区集成推广的水稻高产栽培技术模式，累计新增经济效益6.2亿多元。（五）突出技术集成创新，简化高效技术得到发展基于多目标的综合协调发展的原则，进行了品种类型化配套栽培、节水省肥简化高产四统一栽培、多类型保护耕作高产高效技术、作物多样化套种防病虫技术等研究，取得了显著成效。二、近年本学科取得丰硕成果和重大进展我国作物栽培与生理研究以高产、优质、高效、生态、安全为目标，在“面向、依靠、攀高峰”和“创新、产业化”方针的指引下，作物栽培的应用基础和应用研究水平有很大提高。2005年获国家科学技术进步奖二等奖一项，2006年获国家技术发明奖二等奖一项、国家级科学技术进步二等奖两项，以及省部级奖多项。技术支撑和储备能力大大增强，为保障我国粮食安全、提高作物综合生产能力和效益、增加农民收人作出了重要贡献。（一）作物高产理论和技术途径研究取得了突破性进展在作物群体质量理论与调控的研究与应用取得显著成就，基于作物发育生理、代谢生理和群体光合理论研究建立了稻麦作物的生育进程、器官建成、穗分化和产量因素形成的“叶龄模式”和作物高产群体质量调控理论体系，有效地指导了作物栽培和调控，取得显著效果。“粮食作物可持续超高产理论与技术模式研究”课题，在作物可持续高产，超高产共性理论与途径研究方面，中国农业科学院作物科学研究所赵明等人建立了以作物产量构成、光合性能和源库理论三大理论为基础的作物产量分析“三合结构”模式，提出了结构性挖潜、功能性挖潜和二者结合的超高产途径。在作物超高产研究和实践中发挥了重要的指导作用。以上理论研究正向纵深拓展。国家粮食丰产工程项目，在作物高产和超高产的关键技术创新与技术模式集成创新取得重要进展。创新了水稻、小麦、玉米高产、超高产核心技术30余项，集成创建了适于三大平原、三大作物的高产、超高产、高效组合技术模式40余套，培创了一批可持续高产、超高产的典型和示范样板，并大面积应用，取得了巨大的社会、经济和生态效益。促进我国粮食生产恢复性增长，2007年全国粮食总产达到5亿吨，为粮食安全做出了重大贡献。山东农业大学董树亭等人创建了“玉米高产优质高效生态生理及其技术体系研究与应用”技术成果，并于2005年国家科学技术进步奖二等奖。该成果针对我国玉米生产中存在的产量低、效益低和品质差的问题，1995—2004年历时10年，深入研究玉米高产优质高效生态生理理论与技术。系统分析了我国玉米品种更替过程中产量及生理特性的演进规律；揭示了生态因素（光、温、水）对玉米生长发育和高产优质高效的影响，明确了限制黄淮海地区夏玉米产量提高的障碍因素，提出了通过提高根系活力、延缓根系衰老，平衡硫、氮、磷营养，延长花后群体光合高值持续期，挖掘玉米高产潜力的理论。理论与实践相结合，分别创建了玉米大面积600kg/亩以上，小面积900kg/亩以上的高产优质高效栽培技术体系。其核心技术是：①选择花后群体光合高值持续期长、紧凑大穗型、抗逆性强的玉米新品种，适时晚收，以发挥玉米最大生产潜力；②增加密度、增强根系活力，提高群体整齐度，协调源、库关系，以实现玉米高产；③增硫保氮加磷，平衡硫、氮、磷营养，以提高产量，改善籽粒品质；④提出玉米抢茬夏直播简化栽培技术体系，省工、省力以提高效益； ⑤双季机械化桔秆还田、培肥地力，改善生态条件。以促进可持续发展。制订的《夏玉米高产优质高效生产技术规程》，已在生产中得到广泛应用，并被批准发布为山东省地方标准37/1538—2005〉。玉米高产优质高效栽培技术先后在山东、河南、新疆等地及河北、江苏、安徽和北京的部分地区推广。至2004年，累计推广面积6391.99万亩，平均亩增73.88kg，总增玉米51.21亿kg，总增经济效益40.87亿元。为我国玉米大面积生产的高产、优质、高效作出了重要贡献。（二）作物产量与品质同步提高技术与生理研究取得显著成效随着经济社会的发展、人民生活水平提高和市场多样化需求，在培育优质、专用品种的同时，加强作物高产、优质协调栽培技术创新与集成应用。以主攻单产同时兼顾优质、高效、质量安全的作物栽培技术创新、集成、应用取得重要进展和显著成效，并继续向纵深方向发展。曹卫星主持，南京农业大学、扬州大学、江苏省作物栽培指导站共同完成的“小麦籽粒品质形成机理及调优栽培技术的研究与应用”成果，于2006年获得国家科学技术进步二等奖。该成果以不同类型专用小麦品种为材料，综合运用植物生理学、生态学、栽培学、系统学、信息学等现代农学理论和方法，系统深入地研究了专用小麦籽粒品质形成规律、品质生理生态、品质生态区划、品质调优栽培及管理决策技术，提出了规范化、标准化、信息化的优质小麦生产技术体系及现代产业发展模式。该成果发表国内外重要学术期刊论文H2篇（SCI收录H篇）、著作2部；完成专用小麦品质调优栽培技术规程20个，专用小麦品质调优栽培技术明白图2份，小麦品质调优栽培决策支持系统1个，成功建立推广了4个各具特色的优质专用小麦生产产业化模式。成果累计推广面积7602.8万亩，直接经济效益23.25亿元。于振文主持，山东农业大学、中国农业科学院农业信息研究所合作研究的“小麦品质生理和优质高产栽培理论与技术”，于2006年荣获国家科学技术进步二等奖。该成果针对我国黄淮海麦区小麦生产中过量施氮、氮肥全部底施或底施比例过大、灌溉量与灌溉时期不当，导致优质小麦品质不稳定，产量不高，氮素淋溶多，水肥利用率低等突出问题，系统研究了小麦品质生理。提出增加拔节至开花期植株氮素积累量，促进灌浆中后期蛋白质降解，提高营养器官贮存的氮素向籽粒的转移量，调节籽粒中氮7硫比值适宜，提高谷蛋白大聚合体含量及谷蛋白/醇溶蛋白含量比值，改善蛋白质品质的途径。明确了调节支链淀粉合成和直链淀粉合成的关键酶，提出提高灌浆中后期籽粒可溶性淀粉合成酶活性，促进支链淀粉积累，提高支链淀粉/直链淀粉含量比值，改善淀粉品质的途径。探索出提高拔节至开花期茎鞘果聚糖合成酶活性，增加开花期果聚糖积累量；提高灌浆中后期果聚糖水解酶活性，促进果聚糖分解并向籽粒分配，提高粒重的途径。创建了籽粒蛋白质和淀粉品质与产量同步提高的优质栽培理论体系。该成果创建优化的强筋和中筋小麦品质与产量同步提高的栽培技术体系，在黄淮海麦区大面积推广，增加了籽粒产量，改善了品质，提高了氮肥和水分利用率，减少土壤氮素淋溶，实现高产、优质、高效、生态、安全，取得显著的经济效益和社会效益。“小麦品质生理和优质高产栽培理论与技术”在黄淮海麦区累计推广 1.4亿亩，增产小麦39亿kg，为我国优质小麦生产做出了重要贡献。我国在水稻优质高产、棉花优质高产和油菜、大豆优质高产同步提高技术及生理机制研究和应用也取得了重要进展和显著成效。（三）作物精准、简化、高效栽培技术及理论研究与应用成为我国现代农业的发展方向针对我国作物生产成本高、效益低、土地和水肥资源浪费严重等突出问题，把提高农业效益、资源高效可持续利用的技术创新与集成应用作为科技攻关的重点，取得了显著成效。凌启鸿教授主持，扬州大学农学院和南京农业大学等单位合作开展的水稻精准定量栽培理论技术研究，取得突破性进展。该技术通过精确定量施肥、定量灌溉等技术研究，使水稻生育的各个过程都有准确的定量指标，提出了水稻生育进程的准确定量指标及生育模式，生育诊断指标及其精确定量栽培技术规范，达到水稻“高产、优质、高效、生态、安全”的综合目标。精确定量栽培包括两个方面：一是高产优质群体生长发展动态指标的精确定量；二是栽培技术措施的精确定量。前者包括以水稻叶龄模式为代表的作物生育进程（器官建成和产量因素形成）的定量化，和以水稻群体质量指标体系为代表的高产（高光效）群体空间形态、生理指标的定量化。后者包括播期、壮秧（苗）、基本苗、施肥和管水的精确定量。由于该技术具有显著的经济、生态与社会效益，2007年被列为农业部重点农业推广技术。2000年以来，集成应用精确定量栽培技术，连年出现了产量800kg亩的攻关田，700kg以上的百亩连片高产田，650〜700kg的千亩连片示范片。江苏省70多万hm2水稻应用后，产量已接近600kg/亩，收到了高产、优质、省工、节本、高效的综合效果。我国在小麦、水稻、棉花的资源高效利用，简化栽培技术研究取得了重要的进展和显著成效。华北平原水肥资源限制区，小麦-玉米两作节水、省肥、简化、高产四统一栽培技术体系成为华北平原主推技术，3年来已累计推广1500多万亩，节约灌溉水50-100m3/亩，省肥30%。双季产量达到1.41t/亩，比常规高产田增产15%〜20%。“棉花无土育苗无载体移栽栽培技术”，研创了棉花无土育苗新基质、促根剂、保叶剂和半自动裸苗移栽机4项国家发明专利技术产品，形成了棉花无土育苗无载体单苗移栽栽培技术体系。具有苗床期棉苗健壮、根量大、无病菌，取苗简单、运苗方便、操作简化、移栽后快速生根、返苗成苗率高等特殊优点，从播种到移栽大田的成苗率达91%〜95%,比普通育苗移栽的成活率提高60个百分点，比常规移栽技术增产6%〜10%、少用种50%〜70%、省工30%〜40%。目前该技术已拓展应用于蔬菜、花卉和果树生产。（四）维持生态安全的环境友好作物栽培技术与理论研究取得可喜的进展针对我国资源浪费、环境污染和农产品质量安全等严峻形势，开展了节水省肥、利用生物多样性防治作物病虫害、节能减排和防止水土流失与风蚀等环境友好型栽培技术研究与示范，取得重大进展和成效。云南农业大学朱有勇主持完成的〃水稻遗传多样性控制稻瘟病原理与技术〃成果，先后获得国际农业研究杰出科学奖，国际稻米年科学研究奖一等奖和2006年国家技术发明二等奖。该项成果，研究明确了水稻群体结构排列和株群空间分布与田间通风透光效应及温度的变化特征；品种构成组分和多样性程度与病菌的稀释和阻隔及病菌群体多样性关系；品种抗病特征和病菌的生物学特征等因素对控制稻瘟病的作用；品种和病菌遗传多样性的分子特征，品种与病菌互作的分子基础，品种搭配的遗传差异等原理和机制。发明了〃水稻遗传多样性控制稻瘟病专利技术〃的国家专利，建立推广应用技术规程和标准。该技术发明在云南、四川等省的累计应用达4000余万亩，且面积逐年扩大。并在菲律宾等国进行了示范和应用。该技术使感病品种稻瘟病的发病率降低57.4%〜92.0%,病指降低56.0%〜95.4%；抗病品种稻瘟病的发病率降低14.5%〜44.1%,病情指数降低18.4%〜66.1%；农药使用量减少56%〜62.5%，每亩增产34.5〜56.8kg。累计新增效益35余亿元。在农田保护、生态安全高效耕作栽培技术方面，研究明确了裸露农田、弃耕沙质农田和退化草原，是沙尘的主要尘源；农田保护性耕作高效栽培和退化草原治理是防治土壤沙化和沙尘的主要途径。在粮食主产区东北平原春玉米区建立了“耐老化地膜常年覆盖微集雨保护性耕作新模式”；在华北平原小麦、夏玉米两熟区，提出了玉米还田保护性耕作下影响冬小麦保苗率的关键因素及优先序，针对性提出选择适宜品种、适期旱播、增加播量和药肥包衣种子等配套技术；在长江上游平原地区建立了“成都平原还田免耕水稻保护性耕作技术模式”技术及规程；在冀北农牧交错带，明确了保护性耕作具有正负效应两重性和技术措施多样性的特点，建立了局部耕作的青贮玉米“高、双、早”保护性耕作高效栽培技术体系。以上技术成果已大面积应用，取得了显著的生态效益和增产效果。（五）作物栽培信息化和数字化农作技术取得可喜的进步我国作物栽培信息化研究与应用，起步虽晚，但发展较快。在国家“863”计划支持下，构建了服务于主要农作物生产的一批数据库及其管理系，研制出水稻、小麦、玉米、棉花等作物栽培专家系统，建立了主要农作物生产信息化平台及其服务系统，重新集成了数字化农作技术体系，已广泛应用于作物生产和栽培研究。初步实现了作物生产环境资源动态和作物生长信息快速采集、诊断分析，作物高产、优质、高效生产管理决策为体的作物栽培信息化和数字化。目前，正向信息技术的标准化、智能化、数字化和实用化方向发展，服务上向科研生产、远程教育、农技部门、农业企业和广大农户不断拓展。以上各项研究成果对保障我国粮食安全、提高作物综合生产能力和效益、保护生态环境、增加农民收入都发挥了重大作用，为我国粮食安全、生态安全提供了长效保障机制和技术支撑。三、作物栽培学存在的不足与差距我国农业和农村经济发展取得的重大成就为世人瞩目。但应该清醒地认识到，巩固和加强农业的基础地位，大幅度提高农业生产力，建设现代农业，全面加快更高水平的小一社会建设是一项长期、复杂而艰巨的任务。当前我国的作物生产和栽培技术，还存在不少矛盾和问题。作物栽培学的不足与差距表现为如下几个方面。1与生产需求差距甚远作物产需差距大：2006年粮食总产4.97亿t，产需缺口2500万t；预计2010年粮食需求量5.4亿t；需新增5000万t,年均增1000万t,增长率要达2.0%,分别比“十五”平均值高2倍以上。现实产量与品种潜力差距大：我国主要粮棉油作物大面积实际产量水平与高产品种的产量潜力和高产、超高产田的单产水平差距高达53%〜72%。技术复杂性与简化要求差距大；大量栽培技术由于程序的复杂，技术要求精细、机械化程度低，与生产简化高效的要求较远。2 与国际先进水平有距离产量水平差距：我国2003-2006年水稻、小麦、玉米的平均单产分别为6207、4009、4924kg/hm2,与世界高产国家同期单产相比，分别为其64%、47.7%、53.4%,差距较大。生产效率差距：我国至〃十五〃末的科技贡献率仅48%，与发达国家的60%〜70%的差距较大，机械化与科学化作物管理还有一定距离。肥水资源效率差距：我国在肥料与水分的投人大效率低的问题没有根本的转变。（三）技术创新能力和水平较低作物栽培理论与技术原始创新不足，作物高产、优质、高效、生态、安全栽培技术集成创新与标准化水平较低。对粮、棉、油等主要作物高产耕作栽培技术研究多，对主要作物优质、高效、抗逆、生态、安全多目标的耕作栽培技术研究还很薄弱〔例如农业资源高效可持续利用技术、品质与产量和效益协同提高技术、控制农用化学产品（地膜、农药和化肥残留）对环境和农产品污染等技术难题未能从根本上解决；适于种植业结构调整和不同农作物优势种植区域布局的优质、高效耕作制度和栽培技术体系、无公害化生产技术、设施化栽培技术及精准农业（3S）技术等方面，与发达国家存在一定的差距，特别是作物光合作用、作物生长发育、作物产品的品质与产量协同、作物抗逆性、作物营养代谢等调节的机理与途径研究，大部分仍停留在个体、器官或细胞水平上，与发达国家在分子水平上的研究水平存在较大的差距。（四）学科建设和学科配合亟待加强作物栽培学科是一门综合性和实践性很强，直接服务作物生产的应用学科。由于多种原因，政府和社会各界对作物栽培学科的特点及其在现代农业发展的主要作用认识不到位，作物栽培科学研究和学科队伍建设长期不被重视，特别是在强调加强基础理论和高新技术研究的今天，使得作物栽培科学既不能纳人国家重点基础研究范畴，又不能像生物技术和作物改良那样列为重大攻关项目。因而，项目难立、经费难得，作物栽培学研究严重萎缩，大批栽培科技人员改行流失，一些省、市、县级农业科研单位撤销作物栽培研究。造成近十多年来栽培的重大科技成果少，技术储备不足，其研究规模和水平难以与20世纪80年代相比。虽然近年来国家重视和加强作物栽培学的科技立项和学科建设投人，现有人才队伍有所加强，但与目前作物生产与科技发展的需求仍显力量不足，与作物科学的遗传育种、分子生物学和种子资源的科研队伍相比差距较大。作物栽培学与遗传育种及其他相关学科的结合尚不紧密，造成了作物栽培学科发展对生产推动作用没有充分发挥应有的效果。四、本学科国内外发展趋势、特点、展望20世纪90年代以来，由于经济全球化，世界农业科技迅猛发展，作物栽培科学与技术领域的发展趋势、特点发生了深刻的变化。（一）成本控制下的作物产量突破和可持续高产、超高产成为国内外的研究重点和热点20世纪80年代以来，世界粮食产量增长速度不断减缓，人口快速增长，使粮食消费量增速大于产量增速。2000—2003年，全球粮食产量连续4年下降，造成粮食供需缺口日益扩大的世界性粮食危机，发展中国家有20%的人口（约8.4亿）得不到足够的粮食供给。粮食安全问题将是一个长期的全球性难题，各国都把提高粮食产量作为农业生产的重中之重。一些发达国家（如美国、日本）和国际研究机构（如IRRI、CIMMYT）都将作物高产突破列为重大研究计划，开展了“最高产量研究”和“最大经济效益产量研究”。21世纪初，国际权威部门根据全球粮食供求危机，在世界粮食科技发展趋势报告中提出了7个技术领域，其中与可持续超高产相关的有3个技术领域，这些技术领域以作物超高产、高效为目标。我国针对人多地少、资源紧缺、环境恶化等问题，为解决粮食安全、生态安全， 国务院领导明确提出〃高产、优质、高效、生态、安全〃的作物生产发展目标，也是新世纪作物栽培科学研究发展的方向。自〃九五〃以来，科技部相继实施了〃五大作物大面积高产综合配套技术研究开发与示范〃、〃主要农作物优质高效生产技术研究与示范〃和〃国家粮食丰产科技工程〃等重大科技攻关项目，这些项目均是以〃十字〃目标为主攻方向，以作物栽培技术创新与集成应用为核心。通过项目实施，在作物高产超高产、优质高产、节本增效关键技术及其生物学理论基础的创新研究方面取得重要新进展，在技术优化集成示范应用方面取得了显著成效。（二）作物产量与品质同步提高成为各国作物产业化发展的共同战略农作物高产优质水平是农产品国际市场竞争力的决定因素之一。发达国家都把优质、专用农产品的生产技术研发放在首位，注重农作物产品的商品品质、营养品质、加工品质和质量安全的同步改善与提高，研发标准化的优质、安全、专用农产品生产技术。我国随着经济社会的发展、人民生活水平提高和市场多样化需求，培育优质、专用品种和作物高产、优质栽培技术创新、集成应用已成为农业生产和作物科学技术发展的必然选择。近10年来，以主攻单产同时兼顾优质、高效、质量安全的作物栽培技术创新、集成、应用取得重要进展和显著成效，并继续向纵深方向发展。（三）作物生产的定量化栽培、信息化监测管理和规模化生产已成为作物生产和作物栽培科技发展的趋势自20世纪80年代以来，生物技术、信息技术等高新技术日益渗透到作物生产中，改变了传统作物生产模式，对农业发展产生了重大促进作用。发达国家农作物生产和作物科技的发展趋势是更加注意保护农业生态环境、提高资源利用效率、促进农业可持续发展，作物生产实行定量化设计、精确化栽培、信息化管理、规模化生产。因此，农业劳动生产率高、生产成本低、农业效益高，并使农田生态环境得到保护。我国在传统精耕细作的基础上，近年来通过以高新技术改造传统技术，开展作物精确定量化栽培、数字农作技术和作物生产信息化管理技术的研究开发，取得了长足进步，在作物高效生产中发挥了重要作用，呈现日新月异的发展态势。（四）作物生理学在作物栽培中日益发挥重要作用我国植物生理学研究，根据农业生产发展的客观要求，由纯理论研究向为解决农业发展的重大科技问题提供理论支持的方向发展，并取得长足的进步，形成了作物生理学、作物栽培生理学，并成为植物生理学重要分支学科和作物栽培学的理论基础。作物生理学与生态学相结合，取得了重要创新性成就。作物生理学是作物栽培的基础。一个世纪以来，作物生理学在植物营养、光合生理、发育生理、植物激素及调控等与作物生产密切相关领域的研究取得重大突破，为作物生长育与调控、光合作用与产量形成、作物营养与施肥等方面提供了理论支撑。自20世纪七八十年代以来，作物生理学发展出现了新的趋势，分子生物学异军突起，使作物生理研究从作物个体、器官、细胞、亚细胞代谢和生化反应的水平，向代谢过程和性状控制的原初机制一基因表达与调控方向发展。同时，作物生理学与生态学相结合，为从宏观上解决农业生产中的重大问题提供理论依据。第一，以作物光合碳代谢为中心的作物产量生理和光合作用与作物生产力研究为作物高产奠定了理论基础。基于作物产量来自于光合作用，将作物〃光合性能〃归纳为光合面积、光合时间、光合能力、光合产物消耗与积累分配五个因素，产量是这五个因素协调统一的结果。这为合理密植、群体调控、提高群体产量提供了理论指导。随着植物光合碳代谢的途径和光呼吸作用的发现、C4途径功能基因的发掘和克隆，为将C3作物改造为C4途径的高光效品种改良提供了可能。近年来，我国学者研究明确了作物光呼吸具有某些特殊功能；发现小麦非叶光合器官（茎、鞘、穗）具有耐逆高光合功能，并建立了大群体、小个体，提高非叶器官高光效潜力的超高产途径。在作物高产、超高产理论研究方面，建立了以作物形成、光合性能和源库三大理论为基础，涵盖作物群体、个体、器官、组织、细胞、分子等多级系的作物产量研究〃三合结构〃模式理论，明确了作物产量潜力挖掘是由与产量形成相关的数量性状向质量性状的过渡，作物产量的提高可分为相互联系的获得性增产，结构性增产和功能性增产三个阶段，提出了结构性挖潜、功能性挖潜和二者结合的超高产途径。在作物超高产研究和实践中发挥了重要的指导作用。我国作物栽培专家，基于作物发育生理、代谢生理、群体光合理论研究建立了稻、麦作物的生育进程、器官建成、穗分化和产量因素形成在时间上的定量诊断〃叶龄模式〃，作物高产群体的空间结构定量诊断的作物群体质量指标体系，高产群体发展动态的形态生理指标及其精确定量栽培技术，有效地指导了作物精确定量栽培和调控，增产增效显著。目前正向信息化数字化方向发展。第二，作物营养生理研究促进了作物高产、优质、高效、安全合理施肥技术的进步。我国在作物N、P、K和微量元素营养的吸收、代谢和利用等方面做了大量而卓有成效的研究，特别是作物高产营养生理和作物品质与矿质营养生理、水肥耦合机制、作物施肥的环境生态生理等方面取得重大进展，为作物高产、优质、高效、生态、安全生产的合理配方施肥提供了理论支撑，促进了施肥技术的进步。第三,逆境环境生理研究的深人和发展，为作物抗逆性状改良和抗逆栽培起到重要促进作用。我国淡水资源缺乏，干旱逆境已成为影响作物生产的主要限制因素，同时冷、冻、湿和盐害也严重地制约着作物生长和产量。我国作物科学家，在以水分胁迫为中心的逆境生态生理；作物水分代谢及逆境胁迫反应机制；作物逆境适应性和御逆机制；逆境与作物生长、产量、品质的关系及机制；水肥耦合等理论与调控技术研究和应用取得可喜的进步。为抗逆育种和抗逆栽培提供了理论与技术支撑。（五）效益农业与环境友好农业成为现代农业的主要发展方向20世纪以来，由于人口的-急增，环境过度消耗，导致了全球气候变暖，环境污染、资源匮乏、生态失衡、生物多样性减少等严重的资源与环境问题，已明显影响各国农业可持续发展、粮食安全和人们的生活质量与健康。发达国家高度重视保护农业生态环境，提高资源利用率，发展高效农业和环境友好型农业，加大资金和科技力量投人，进行高效益的、环境生态安全保护性农业技术研究，妥善解决农业生产中的效益与生态安全问题，充分发挥农业生产系统的生产功能、生态功能和社会功能，成为现代农业的发展趋势和农业可持续发展的重要保障。我国农业生产成本高、效益低、资源浪费严重、环境污染、农产品质量安全等问题突出。党中央，国务院明确提出发展〃高产、优质、高效、生态、安全〃的十字方针，建立实施了一批高效农业和环境友好型农业的重大科技项目，把提高农业效益、节能减排降耗保护生态环境、水肥资源高效可持续利用的技术创新与集成应用。作物科技攻关的重点，取得了显著成效。实现了粮食恢复性增长，提高了农业生产效益和农民收人，并使生态环境恶化遣势得到初步控制。（六）作物栽培的多目标兼顾与结合愈加高度重视为了适应和满足作物生产目标由单纯的高产目标向高产、优质、高效、安全、生态持续多目标综合统一方向发展的需求。近年来，我国的作物栽培学，以作物生理、生态与分子生物学为基础，以高科技为支撑，创新进一步提高作物产量、突破产量限制的高产技术，高产与优质同步提高技术，高产与资源高效利用和农田保护相结合的高产高效技术，高产与安全无公害结合的高产生态安全技术等方面取得了重大进展和显著成效，缩小了与发达国家的差距。五、促进我国作物栽培学学科发展的措施、建议（一）作物栽培学学科发展战略目标我国作物栽培科技创新和应用，在提升作物生产水平、生产能力、生产效益和保障粮食安全、生态安全等方面做出了重大贡献，发挥了不可替代的作用。根据我国经济社会和农业可持续发展的目标和需求，实现作物高产、优质、高效、生态、安全生产综合目标，确保粮食安全、生态安全。但是目前我国作物科技创新能力较弱，创新水平低，已有作物生理和栽培研究成果还不能为上述目标任务的实现提供可靠的、强有力的科技支撑。因此，必须紧紧围绕国家食物安全、生态安全、健康安全与农业可持续发展的目标和需求，加强作物栽培科技创新和应用，突破理论、创新技术、发展高科技，实现标准化、精确化生产。建设国内国际一流水平的作物栽培科技创新体系，提升我国作物栽培科学与技术水平，跃居国际先进行列。（二）战略重点任务以作物生理、生态与分子生物学为基础，以高科技为支撑，实行创新突破产量限制和进一步提高作物产量的可持续高产技术，高产技术与优质技术结合、高产技术与资源高效利用和农田保护技术相结合、高产技术与安全无公害生产管理技术结合、作物栽培学与生命科学和农业科学相关学科相互交融的技术路线。创新一批在高产突破、品质提高、资源高效、结构优化、安全无公害等方面具有重大作用的关键原创性技术；集成一批多学科技术成果与技术优势互补，合理组配生产要素的集约化、标准化、产业化的高效适用型栽培新技术；提升一批用高新技术改造的现行生产技术体系；实现技术的跨越式发展。以科技进步和创新为动力，为大幅度提高作物生产能力和改善农产品品质，确保国家粮食安全、生态安全和健康安全，提高农产品国际竞争力，提供可靠的技术支撑和科技储备。.农作物可持续高产栽培技术创新与生态生理机制针对我国主要农作物产量水平长期徘徊难以突破，作物实际产量与产量潜力和高产典型与大面积平均产量差距很大、高产理论相对滞后、技术效应重演性差等问题，以可持续高产和大面积丰产为主攻目标，重点研究；作物可持续高产和中低产提升的技术途径和产量要素形成与环境、措施的高效协调机制；作物高产群体构建及其源库性能高效生理生态机制；作物生长发育、高光效机理与调控技术；作物逆境生理及中低产区抗逆增产技术。突破高产理论，创新关键技术，集成技术体系，应用于作物大面积生产。.农作物品质形成与高产优质同步协调生理生态机制和优质栽培技术针对农作物产品品质低而不稳，优质与高产不协调，缺乏产量与品质协同的调控技术等重要问题，以品质性状定向控制，品质与产量协调提高的关键技术创新为目标，重点研究:作物品质形成和品质产量协同的生理生态机制；作物优质高产协同技术新途径和关键技术创新。.作物生产的资源可持续高效利用和生态安全针对作物生产中光温肥水资源利用率不高，作物生产环境恶化和农产品质量安全性差等问题，以创建资源节约和环境友好型作物生产技术系统为主攻目标，重点研究：作物周年资源要素优化配置与可持续高效利用机制；作物肥水高效机制与省肥、节水技术；农作物生产节能减排与清洁安全高效栽培技术；农田多作物多目标高效种植模式与保护性耕作栽培技术。.作物高效生产技术创新与农艺运筹机制针对作物生产成本高、用工多、效率低、效益差、农民增收难和农产品竞争力不强等问题，以简化、节本、增效技术创新为目标，重点研究：作物生产简化种植技术新途径与农艺运筹；作物高效、简化生产技术集成及其物化技术产品；新型种植模式的规模化生产及机械化配套技术。.作物生长与环境信息获取与数字化农作技术针对作物高产高效生产过程中的作物生长与环境信息采集落后，缺乏数字化生产管理核心技术的现状，以作物生长与环境信息采集和数字化农作技术创新为主攻目标，重点研究：作物生长与环境信息快速获取与监测、诊断技术与技术产品；作物生长信息与栽培措施精确控制的数字化管理技术；主要作物生产信息的监测、预测与预警技术。（三）加强研究的主要方向为适应21世纪农业发展的新形势，满足国家农产品持续增长和环境改善的需要，作物栽培学科要勇挑重担，拓展研究范围，强化研究深度，提高成果水平。栽培学急需研究的内容很多，当前主要有以下方向。.优质高产相协调的栽培理论与技术农产品质量和高产之间既有一致性，又有矛盾性。在主攻品质的同时，要从理论与技术结合上解决品质和高产的统一，实现专用化栽培、标准化栽培。根据市场需求的农产品品质标准，研究气候、土壤、水质和营养元素对品质的影响及其机理，揭示提高作物品质形成的生理生态规律。研究优质和高产形成影响因素的同一性、矛盾性和可调性，揭示同一性和矛盾性的时空特征和具体生理过程，为优质高产栽培提供协调的途径。根据当地气候、土壤和水资源条件，探索当地具体的优质高产栽培综合技术体系，并制定品（名）牌农产品生产技术标准。研究提高加工和外观品质的收获与贮藏加工技术。.农作物产品安全生产技术解决农产品安全和高产之间存在着矛盾面多、统一面少的重大难题。一些人少地多国家的学者，提出了不施化肥、农药与除草剂的有机农业主张。中国生产有机米的实践表明，上述方法生产的有机米产量只及高产水平的50八，甚至更低。可见从中国的基本国情出发，有机农业只适用于一些人少地多的偏僻农村，既满足市场的特殊需要，又增加农民收人。而对中国的绝大多数地区，要依靠栽培技术的进步，把产品的有害物质含量控制在对人体健康安全的范围内。应重点解决环境生态的改善及其监控，作物无公害栽培技术，质量安全的全程控制等难题。.精确栽培与轻简栽培精确栽培是综合运用现代信息技术对栽培方案精确决策和生育过程精确调控管理的过程。发端于美国西部拥有成千上万公顷土地的大农庄，采用“3S”精确农业，能精确制定栽培方案，精确田间作业和调节管理，特别是可精确施用肥料、农药、除草剂，可显著节省投人，防止资源浪费和环境污染，提高效益。被认为是当今最先进的现代农业技术，成为一个热点。但我国农户的土地规模都很小，难以直接引进应用。因此，应结合我国国情，应重点进行精确栽培智能决策的数字化农作技术、轻简化高效栽培技术、多功能物化技术产品、机械化栽培技术的研究与应用。.节水和抗旱栽培我国华北、东北和西北的广大地区，长期面临干旱缺水的严重威胁；在水源较丰富的南方也存在季节性干旱和水土资源平衡问题。因此节水和抗旱栽培是我国作物生产发展的关键。进一步研究各作物需水和高效用水规律，作物对干旱缺水的自控调节机理，将有限的水分用于作物需水敏感时期；寻求水源不足地区纳雨蓄水保墒的耕作方法和节水抗旱技术；减少输水过程中渗漏和蒸发的工程节水技术，以及减少和抑制田间蒸发和流失的保护耕作综合技术。进一步研究根据田间水分信息的数字化高效节水灌溉和节水抗旱技术。为提高自然降水和灌溉水的利用率和产出率，实现节水高产提供技术支撑。.秸秆还田和保护性耕作栽培我国复种指数高，土壤有机质主要依靠作物秸秆还田。但由于缺乏有效还田方法，近年来广大农田间焚烧秸杆的现象十分普遍，造成严重的资源浪费和空气污染，已成为社会关注的突出问题。因此应重点研究：①桔杆还田的简便方法与配套的种植制度；②秸杆还田对当季作物的影响与调控；③秸秆耕翻还田、覆盖还田的适宜数量，还田后对土壤肥力、田间含水量和防止表土侵（风）蚀的生态作用，病虫草害的发生情况和防控技术。保护性耕作栽培技术对保护地力，改善环境具有极为重要的作用。目前我国在少免耕等方面应加强研究与应用：①研究先铺覆〈秸秆）后播种或先播种后铺覆的少免耕播种技术，特别要研究覆盖秸杆的板茬地上播种或移栽的机械及器具技术；②少免耕对土壤肥力影响与养分管理；③作物少免耕栽培特性与调控；④少免耕土地的病虫草害防控；⑤少免耕对生态环境的效应，如土壤的持水能力、防止表土侵蚀〔风蚀）的作用；⑥以少免耕为主体的土壤综合效应与耕翻交替模式。.化学控制技术化学调控技术在我国的作物生产中巳经取得了显著成就，今后应更加重视。重点研究适应各种定向诱导调控要求的各类新型调控剂与安全使用技术和化学调控的作用机理,并与精确栽培紧密结合起来，以精确化控提高精确栽培水平。.覆膜和设施栽培设施农业已成为当代一个国家经济发展和农业科技进步的标志之一。我国的大田作物主要发展覆膜栽培，要探索扩大覆膜栽培的地区和作物领域，进一步研究覆膜条件下作物生育特点、增产机理和相应的配套的栽培技术；提高薄膜利用率，防止和减轻“白色污染”，降低成本的措施。同时，要研究各种新型设施精确高效栽培技术。8.作物机械化栽培发展与提高机械化栽培技术水平，是农业进一步发展的必然要求。目前应着重研究和农机的紧密结合，形成各种作物低成本，优质高产高效益的机械化栽培技术体系。据作物优质高产群体对农艺作业指标的要求，引进、研制、开发能满足技术要求的适系列配套农机具；②研究机械化栽培条件下作物生育特点和规律，研究与机械性能相，并达到优质高产生育要求的配套农艺技术，并使作业流程规范化、指标化；③建立农艺一体化的农机化栽培服务体系。.栽培生理生态研究栽培生理生态研究成果是科学栽培和技术革新的重要理论基础。根据我国作物生产培学发展的要求，应重点研究：各种农作物优质高产的形成机理及调节途径；农作物期延缓衰老、增强光合、促进运转的生理生态机制与调控；作物营养生理状况及营养的田间速测诊断；酶学机制、激素生理与化控途径；逆境（旱、渍、盐、碱、高强、低温）生理与抗逆技术等。.区域农业与现代生态农业模式（工程技术）从利于高效生产无公害优质农产品出发，研究我国不同地区的自然生态条件比较优与作物布局匹配模式，以及地方名优特作物品种的立地条件，进行新的农业区划，进而建立区域优势作物的栽培理论与配套的标准化技术体系，为建立优质农产品生产基（作物带）服务。在现代生态农业发展上，栽培学科应发挥其综合研究优势，运用生态学与生态经济学理，着重研究在合理利用现代化装备的同时，节约使用资源，适当减少能量的输人与化、农药的施用量，加环增链多层次利用生物有机质，做到废弃物资源化，和物质循环再，使作物生产既不对环境产生污染，而又能生产安全、优质的农产品，建立现代生态农业与配套的综合栽培技术。（四）加快作物栽培科学创新与发展的建议1.充分认识作物栽培学在新时期农业发展中的重要地位我国新时期农业不仅要求提供数量充足的多样性优质农产品，而且要求生产过程无害化且持续改善环境，同时创造出更高的效益，这必然要求作物栽培学提供更多的先进技术成果。因此，作物栽培学巳从以往单