作物杂志, 2019, 35(3): 1-9 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2019.03.001

专题综述

“粮食丰产增效科技创新”重点专项组织实施进展情况

钟大森1, 赵明2, 张昭1

1 农业农村部科技发展中心,100122,北京

2 中国农业科学院作物科学研究所,100081,北京

Organization and Implementation Progress of National Key Research and Development Program "Science and Technology Innovation for High Yield and Efficiency of Crop"

Zhong Dasen1, Zhao Ming2, Zhang Zhao1

1 Development Center for Science and Technology, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100122, China

2 Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China

通讯作者: 张昭为通信作者,副研究员,从事农业科技管理工作

收稿日期: 2019-05-7   修回日期: 2019-05-15   网络出版日期: 2019-06-15

Received: 2019-05-7   Revised: 2019-05-15   Online: 2019-06-15

作者简介 About authors

钟大森,农艺师,从事农业科技管理工作; 。

摘要

“十三五”期间是确保我国粮食安全、实施“转方式-调结构”,提升农业可持续发展能力的关键时期,科技在其中的支撑作用也更加重要。按照国家科技计划管理改革的整体部署,国家重点研发计划启动了“粮食丰产增效科技创新”重点专项,为粮食丰产增效可持续发展提供科技支撑。概述了专项自2016年启动实施以来在基础理论、共性关键技术、区域集成示范三大层次上取得的实施进展、各项目阶段性成果,以及组织管理经验,以期为有关科研人员和行业部门提供参考。

关键词: 粮丰专项 ; 实施进展 ; 阶段性成果 ; 组织管理

Abstract

The 13th Five-Year Plan period is the key period to ensure food security, implement the "mode transformation and structure adjustment" and enhance the sustainable development ability of agriculture in China, and the supporting role of science and technology is also more important in this period. A research and development program on "Science and Technology Innovation for High Yield and Efficiency of Crop" was initiated in the context of national research project reform, so as to provide scientific and technological support for high yield of crop, efficiency increase and sustainable development. This paper outlined the process of the program since its inception in 2016, including phased progress in fundamental research, common key techniques and technique integration and demonstration, important periodical achievements of the projects, and management experience, so as to provide reference for related researchers and government departments.

Keywords: The program of crop production ; Implementation progress ; Periodical achievements ; Organization and management

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本文引用格式

钟大森, 赵明, 张昭. “粮食丰产增效科技创新”重点专项组织实施进展情况[J]. 作物杂志, 2019, 35(3): 1-9 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2019.03.001

Zhong Dasen, Zhao Ming, Zhang Zhao. Organization and Implementation Progress of National Key Research and Development Program "Science and Technology Innovation for High Yield and Efficiency of Crop"[J]. Crops, 2019, 35(3): 1-9 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2019.03.001

粮食安全始终是关系我国国民经济发展、社会稳定和国家自立的全局性重大战略问题[1]。进入“十三五”,我国粮食安全形势与任务发生一系列新变化,国家提出“以我为主,立足国内,确保产能,适度进口,科技支撑”的粮食安全战略目标[2]。确保这一时期的粮食安全已成为经济与社会发展的首要任务,其战略地位更加突出,科技对保障粮食安全的支撑也更加重要。

2014年,国家科技计划管理改革启动,将原有的科技计划(专项、基金等)整合形成包括国家重点研发计划在内的五大类科技计划(专项、基金等)[3,4]。为有效落实十八届三中全会提出的“藏粮于地”、“藏粮于技”战略,根据《国家中长期科学与技术发展规划纲要(2006-2020年)》[5]、《国家粮食安全中长期规划纲要(2008-2020年)》[6]和《国务院印发关于深化中央财政科技计划(专项、基金等)管理改革方案的通知》[4]等精神,国家重点研发计划设立了“粮食丰产增效科技创新”重点专项(以下简称“粮丰专项”),2016年2月发布第一批项目指南[7]。农业农村部科技发展中心(以下简称“中心”)作为专项管理专业机构,具体负责粮丰专项管理工作。

1 专项总体情况

1.1 专项总体思路

在“十二五”粮食丰产科技工程等在超高产突破、均衡增产、节水节肥等关键技术问题创新与成果应用取得重大进展的基础上,“十三五”期间,粮丰专项重点围绕确保国家粮食安全总体要求,聚焦水稻、小麦、玉米三大粮食作物,突出东北、黄淮海、长江中下游三大主产平原,注重丰产、增效与环境友好三大目标,强化核心区、示范区与辐射区三大功能区建设,衔接基础理论、共性关键技术、区域集成示范三大层次科技创新,全面部署“粮食丰产增效科技创新”重点专项。

1.2 专项总体目标

以水稻、小麦、玉米协同丰产增效与环境友好为核心,通过重点专项的实施,在重大科学问题上取得重大理论新进展,在共性关键技术上取得新突破,在区域集成示范上产生新效果,在推进农业现代化进程上有新贡献,有效地促进良种良法配套、农机农艺融合、生产与生态兼顾、丰产增效同步的规模机械化和精简标准化的新型生产方式;各实施省(区)的粮食作物在“十二五”水平的同等条件基础上,单产新增5%,肥水效率新增10%,光热资源效率新增15%,生产效率新增20%。专项实施期间累积增加粮食2 300万t以上,产生经济效益320亿元以上,为我国粮食安全和可持续发展提供科技支撑。

1.3 专项任务部署情况

粮丰专项总计划国拨经费16.28亿元,设置39个项目。按照粮食生产全产业链布局创新任务、一体化组织实施的思路,专项围绕总体目标,从基础理论研究、共性关键技术创新与区域集成示范3个层次部署重点任务,截至2018年12月,专项39个项目分3批全部启动实施。

1.3.1 基础理论研究 设置5个项目,主要从产量与资源效率层次差异性、资源优化配置和气候变化响应机制等前沿性科学问题探索粮食丰产增效可挖掘的潜力、关键调控机制和技术途径,为关键技术提供理论指导。

1.3.2 共性关键技术创新 设置21个项目,主要完善和创新与丰产增效协同密切相关的良种良法配套、信息化精准栽培、土壤培肥耕作、灾变控制、抗低温干旱、均衡增产和节本减排等技术,为技术集成提供核心技术。

1.3.3 区域集成示范 设置13个项目,采用基础理论研究与关键技术创新的研究成果,重点在三大平原粮食主产区13个省(区)(其粮食总产占全国的75%左右),依托“三区”建设进行集成与示范,实现三大粮食作物在1 246万hm2(1.87亿亩)面积上丰产与增效的协同。

2 专项实施总体进展

2.1 基础理论研究方面

粮丰专项围绕作物与环境的互作关系,揭示了三大粮食作物产量与效率的层次差异及其主控因素,提出了均衡增产的途径;揭示了多熟制资源配置的特点,创新了新型的高产高效模式,实现了资源的高效利用;明确了未来气候变化的特点,揭示了作物对高温、干旱的响应机制,提出了抗逆栽培的应对途径。

2.1.1 作物产量与效率层次差异及其丰产增效机理研究 通过联合试验、多源遥感及模型模拟,明确了三大作物、四个层次产量与效率的差异特征;通过联合析因试验,解析了区域产量与效率层次差异形成的生理生态与分子机制,建立了群体结构优化、冠根协调及资源高效的缩差增效途径。

2.1.2 粮食作物丰产增效资源配置机理与种植模式优化研究 完成了水稻、小麦、玉米等生态适宜性评价,以及资源匹配性与限制因素分析,阐明了粮食主产区作物种植模式与光热水肥资源优化配置机制,构建了农业自然资源数据库系统以及作物遥感监测开放服务平台。

2.1.3 作物生产系统对气候变化适应性研究 采取多模型混合分析,提高了气候变化趋势与影响程度的评价精度;初步揭示了农田生态、群体、个体、器官、细胞、代谢不同层次的联动机制;提出了未来提高三大作物抗性与环境改良的生产途径。

2.2 共性关键技术研究方面

粮丰专项围绕着三大粮食主产区、三大粮食作物进行了良种良法配套、土壤培肥与改良、智能化生产、灾害防控、抗逆丰产、资源优化配置、高产减排七大类关键技术创新,取得了一大批具有自主知识产权的新技术、新产品。

2.2.1 良种良法配套技术创新 专项项目筛选了一批机械粒收玉米、优质专用小麦、绿色优质水稻优良品种,研发或改良了配套栽培技术和产品机具。

2.2.2 土壤培肥与改良技术创新 在旱地确立了合理耕层构建的地力提升途径,研发了新型高效肥料和节水产品,提出了稻田丰产和减排的协调途径,研发了秸秆还田与土壤增氧等关键技术与机械产品,有力支撑了作物增产和节水节肥。

2.2.3 智能化生产技术创新 针对三大作物生产,开发了一系列机械化、智能化、信息化、精准化的作物栽培技术,研制了一批智能节能高效农机和信息化高精度监测诊断设备,显著提高了生产效率。

2.2.4 灾害防控技术创新 在气象灾害方面,构建了13种气象灾害的指标体系、数据库、预警模型、防控措施;在病虫草害绿色防控方面,明确了重大病虫草害发生规律和关键预测因子、成灾影响因子;在产后减损技术体系方面,筛选了一批抗逆品种,研发出一批新农业产品,实现了粮食生产抗灾防害、抗逆减损和农药减施。

2.2.5 抗逆丰产技术创新 在东北地区的北部、中部、南部和西部进行了玉米、水稻的水热优化配置、改土抗逆、密植抗逆和抗逆培肥关键技术的研究与模式构建,为丰产增收提供了核心技术。

2.2.6 资源优化配置技术创新 在黄淮海北部、东部、南部进行了小麦-玉米周年控水节肥、光温水肥资源优化配置、光热资源高效利用与水肥一体化均衡丰产增效的关键技术研究与模式构建,为资源优化配置提供了核心技术。

2.2.7 高产减排技术创新 在江淮、长江中下游六省分别进行了稻-麦周年省工节本、粮食多元化光热资源高效利用与优化施肥、单双季稻混作区光温高效利用与水肥精确调控、双季稻水肥高效协同与灾害绿色防控丰产、双季稻区生产能力提升与肥药精准施用、水稻多元化种植水肥耦合与肥药精准减量的丰产增效关键技术研究与模式构建,为区域规模化绿色生产提供了核心技术。

2.3 区域集成示范方面

粮丰专项基于关键技术研究与模式构建,以新型经营主体为载体,以绿色标准化、轻简高效化、规模机械化、智能精准化为目标,进行了13个主产省(区)的技术集成示范,“三区”示范增产增效明显。

2.3.1 结合各项目区生产特点及产业问题,研发集成了区域共性关键技术模式 如东北地区玉米秸秆全量深翻还田耕种技术模式、黄淮海地区小麦-玉米全程机械化绿色高效生产技术模式、江淮地区稻麦周年肥水与秸秆协同高效利用模式、长江中下游稻作区水稻低碳直播栽培技术模式,为各主产区丰产增效提供了整体解决方案。

2.3.2 三大作物攻关田取得高产目标多区域稳定重演 截至2018年,各项目在三大平原共建设攻关田11个,其中东北春玉米最高产量达18 973.5kg/hm2(1 264.9kg/亩);华北麦玉两熟最高产量达25 204.5kg/hm2(1 680.3kg/亩);长江中下游稻麦两熟最高产量达22 891.5kg/hm2(1 526.1kg/亩),双季稻最高产量达19 291.5kg/hm2(1 286.1kg/亩)。

2.3.3 “三区”示范增产增效明显 “三区”示范总面积1 113万hm2(1.67亿亩),核心区增产率达15%,辐射区增产率达6%以上,三区增收160多亿元。核心区肥料和水分生产效率均提升20%以上,辐射区肥料生产效率提升16%,水分生产效率提升11%。

2.3.4 培训新型农业经营主体和农技人员成效显著 粮丰专项累计培育带动新型农业经营主体857个,培训农技人员6.3万人次,培训农民39万余人次,有效推动了新型职业农民队伍建设,为乡村振兴培育了人才基础。

3 专项项目阶段性成果

3.1 基础理论版块项目成果

3.1.1 水稻高产潜力提升的生理机制研究取得重大突破 “粮食作物产量与效率层次差异及其丰产增效机理”项目阐明了作物耐受光抑制、提高光合作用效率的分子机制,有效增加了水稻穗粒数,产量提高40%~50%。同时阐明了增加细胞膨压、增大体积提高粒重的分子机制,有效提高粒重13%。

3.1.2 农业自然资源数据云服务平台及作物遥感监测服务系统构建成功 “粮食作物丰产增效资源配置机理与种植模式优化”项目构建的我国农业自然资源数据云服务平台可以实现多尺度的作物生产与气候、土壤等数据查询、统计分析、决策优化及专题图件制作等服务。能够为各级农业生产、科研和管理人员提供近30年不同区域农业资源和作物生产数据“点、线、面、体”多维可视化空间分析,为各地种植结构调整优化提供数据与方法支持。遥感监测分析系统可完成16m高分辨率的华北、东北及长江中下游地区主要农作物种类及种植制度遥感数据提取。

3.1.3 建立了应对气候变化的水稻抗逆栽培技术途径 “水稻生产系统对气候变化的响应机制及其适应性栽培途径”项目针对我国籼稻稻作系统目前已遭受高温并将可能遭受更严重极端高温的问题进行研究,结果表明早籼稻灌浆期高温、中季籼稻花期高温和晚季籼稻孕穗期高温是限制籼稻稻作系统的主要环境因子,其中孕穗期高温降低籼稻的穗粒数和结实率,施用外源茉莉酸甲酯能显著提高穗粒数和结实率,使产量损失减少12%。

3.1.4 应对黄淮海地区干旱升温的小麦栽培技术途径基本建立 “小麦生产系统对气候变化的响应机制及其适应性栽培途径”项目明确了黄淮海地区气候干旱升温对小麦生产的不利影响,以及干旱钝感主导品种的主要特征,筛选出适宜在黄淮海地区种植的主导品种冀麦325和山农28,构建了“苗带浅旋深松、分层深施肥”的耕层优化模式,通过壮苗栽培提高了冬小麦的抗逆性。创立了“精准微灌”技术,通过下调叶面积,降低无效(奢侈)蒸腾,提高了有限灌溉条件下的作物水分利用效率。初步实现了构建结构稳定、抗逆能力强、高产低耗的小麦生产系统的研究目标。

3.1.5 玉米生态区未来气候变化的精细化预估取得良好效果 “玉米生产系统对气候变化的响应机制及其适应性栽培途径”项目引进的英国哈德雷气候预测与研究中心PRECIS区域气候模拟系统,实现了大尺度全球气候模式动力降尺度为50km×50km高分辨率,初步分析了RCP 4.5/8.5情景下的中国各玉米生态区未来气温、降水变化,推测出全国升温将为玉米生产带来热量资源增多的有利气候条件,尤其北方升温较多,将有更多的热量资源,但同时也要警惕高温热害的不利影响。

3.2 共性关键技术版块项目成果

3.2.1 玉米高通量收获关键机具研制成功 “玉米密植高产宜机收品种筛选及其配套栽培技术”项目开展了品种-栽培-机械互适性评价,明确了秆穗粒力学特性与机械化收获关系,初步筛选出以京农科728为代表的耐密高产宜机收品种116个。同时,研制了高通量玉米收获关键机具部件2个,试制玉米子粒收获样机3套,为我国主要玉米种植区域耐密高产宜机收品种筛选、推广及其布局规划,实现玉米生产全程机械化奠定了基础。

3.2.2 创新了优质弱筋小麦“两主体三配套”栽培技术体系 针对长江中下游弱筋小麦品质达标困难、播种质量差、肥料利用率低、自然灾害频发等问题,“小麦优质高产品种筛选及其配套栽培技术”项目在国际上首次研发集成冬小麦超晚播栽培技术,创新了“两主体三配套”优质弱筋小麦高产高效栽培技术体系,可增产12.4%,减少氮肥投入22.2%,品质达到弱筋小麦国家标准。

3.2.3 优质稻米全程机械化生产技术取得进展 针对长江中下游稻区优质粳稻品种缺乏、配套机械化栽培技术不完善等问题,“水稻优质高效品种筛选及其配套栽培技术”项目集成的钵苗机插精确定量栽培技术,在稻麦两熟条件下取得了12 748.5kg/hm2(849.9kg/亩)的高产纪录;建立了再生稻、多年生稻机械化轻简栽培技术体系,实现机收再生稻亩产“吨粮田”,并研制了稻桩碾压率减小到5%~10%的收割机,分别在苏、皖、鄂、豫等地建立优质粳稻示范基地15个,全面示范并辐射推广66.67万hm2(1 000万亩)以上。

3.2.4 便携式手持生长监测诊断仪研制成功 “粮食作物生长监测诊断与精确栽培技术”项目研发出CGMD402便携式手持作物生长监测诊断仪。该仪器能够全天候、实时获取作物生长信息,与国外同类产品相比,具有成本低、操作简单、内嵌本地化监测模型等优势。该仪器具有较强的实用性和可操作性,实现了农艺技术与农机装备的有效衔接,拓展了作物生长状况实时无损监测诊断的新途径,提高了三大主产区作物生产的精确管理水平和综合效益,目前在江苏、安徽、江西、河南、河北、黑龙江等省的20余个示范点进行推广。

3.2.5 创制了多个具有自主知识产权的绿色农药新品种 针对农业生产中重要或难防治的病虫草害问题,“粮食主产区主要病虫草害发生及其绿色防控关键技术”项目参加单位中化国际(控股)股份有限公司、山东省联合农药工业有限公司、青岛清原化合物有限公司发明的唑菌酯、丁香菌酯、氟醚菌酰胺、四氯虫酰胺、双唑草酮5个高效、低毒、低残留的绿色农药品种均已获准农药正式登记。上述产品销售额达2亿元,累计推广应用面积达180.67万hm2(2 710万亩),这不仅有利于加速淘汰高毒农药,减少农药使用量,更利于保护生态环境,也有助于提高我国新农药创制水平,提升我国在全球农药行业中的地位和竞争力。

3.2.6 集成创新了旱地土壤全耕层培肥技术模式

“旱作区土壤培肥与丰产增效耕作技术”项目首次提出了适宜旱地的耕作深度35cm、耕作周期3~4年的肥沃耕层构建技术,挖掘出促进耕层转化的沃土微生物种群,研发了旱地土壤培肥新产品。在此基础上,集成创新了可推广的组合耕作模式,有效解决了玉米秸秆一次性全还田影响播种与出苗等问题,以3年为一个周期,该模式下玉米增产9.8%~12.3%。

3.2.7 稻田培肥理论研究达国际先进水平 “稻作区土壤培肥与丰产增效耕作技术”项目阐明了土壤有机质提升和培肥减排原理。创新了土壤全耕层培肥关键技术及模式,研发了一批新型培肥产品和配套装置。明确了稻田丰产和减排的协调途径。首次发现稻鱼复合种养系统保持遗传多样性,进而提高稻田总体生产力的机制。这标志着我国稻田培肥理论研究达到国际先进水平。

3.2.8 建立了气象灾害监测与灾损评估指标体系 “粮食主产区主要气象灾变过程及其减灾保产调控关键技术”项目完成了13种农业气象灾害中5种灾害灾变过程监测预警技术体系的建设。该项目研究并建立了灾害前、灾害临界点、灾害发生过程和发生后的监测指标、判断模型和监测体系;实现了主要粮食作物气象灾害的发生、空间分布、等级程度等的动态监测评估;进行了黄淮海地区2018年冬小麦霜冻害、干旱、干热风,东北地区2018年玉米干旱,以及长江中下游地区历史水稻高温热害、干旱的监测示范,初步验证了监测技术的实用性。

3.2.9 农用矿物改性活化与养分复配技术应用成效显著 “东北北部关键技术研究与模式构建”项目根据东北地区北部春玉米和粳稻需肥规律和主产区土壤养分供应能力,开发出活性农用矿物,创新改性方法,实现了农用矿物改性活化新突破,为农用矿物资源高效利用提供了技术支持。在黑龙江省松嫩平原、三江平原的水稻、玉米上试验示范,效果明显。该技术具有养分全、促分蘖、抗倒伏、减少秃尖和降低空瘪率等功效,普遍增产8%以上,减肥提质明显。

3.2.10 玉米秸秆全量深翻还田耕种技术模式实现地力快速提升 “东北中部关键技术研究与模式构建”项目建立了玉米秸秆全量深翻还田耕种技术模式,创新了以早熟、密植、延衰、抗倒为核心的春玉米抗逆丰产增效技术。筛选出抗旱高产玉米品种 4个、耐冷稳产品种3个,同时建立了“机收粉碎-喷施腐解剂-深翻整地-平播重镇压”为技术核心的玉米秸秆全量深翻还田耕种技术模式。在土壤耕层相对较厚、有机质退化严重的长期连作农田,实现了不同生态气候条件下秸秆全量还田,解决了寒区玉米秸秆腐解慢,土壤保、蓄、供能力下降和出苗差的问题,实现了土壤地力快速提升。

3.2.11 开发集成了玉米浅埋滴灌节水节肥技术模式 “东北南部关键技术研究与模式构建”项目针对辽宁西部半干旱区春玉米生产中存在的水分不足、肥水资源利用率低、生产成本高等问题,开展了春玉米全程机械化生产、高产耕层构建及地力保育、密植抗逆高产群体构建、玉米浅埋滴灌等关键技术集成和创新。自主研发了一种田间浅埋滴灌带铺设机具,实现了开沟、施肥、滴灌带铺设、播种、覆土等操作一体化。2018年,辽宁玉米生产遇到严重的播种期春旱和开花授粉期高温伏旱的逆境条件,而示范区玉米仍表现植株整齐、果穗均匀、子粒饱满,平均产量达12 750kg/hm2(850kg/亩)以上。

3.2.12 秸秆深还浅埋滴灌抗旱培肥技术模式取得新突破 “东北西部关键技术研究与模式构建”项目在雨养区以秸秆覆盖免耕、补水播种和深松蓄水技术为主,集成了秸秆秋覆春粉免耕深松抗旱丰产技术模式;在平原灌区以秸秆二次粉碎深翻还田技术和浅埋滴灌水肥一体技术为主,集成了秸秆深还浅埋滴灌培肥节水丰产增效技术模式和秸秆深还培肥全程机械化丰产高效技术模式。玉米全程机械化子粒直收百亩示范田实测产量16 968.0kg/hm2(1 131.2kg/亩),实现东北西部玉米全程机械化首次突破16 500kg/hm2(1 100kg/亩);核心技术模式累计示范1 091.8hm2(16 377亩),平均增产14.9%,水肥生产效率提高26%以上,平均节本3 681元/hm2(245.4元/亩),取得了显著的社会效益和经济效益。

3.2.13 构建了小麦-玉米协同增产技术模式 “黄淮海北部关键技术研究与模式构建”项目构建了河北平原小麦-玉米协同增产技术模式。该模式下周年产量提高8%,水分利用效率提高12%,肥料产量效率提高20%,在河北省累计应用353.1万hm2(5 297万亩),节水17.9亿m3、节肥22.1万t,增产249.6万t,增加效益53.2亿元。

3.2.14 小麦玉米周年“双少耕”高产栽培技术应用实现节本增产 “黄淮海东部关键技术研究与模式构建”项目结合项目区气候特点,创新研发了小麦玉米周年“双少耕”高产栽培技术。该技术改传统生产技术的小麦翻耕玉米免耕为小麦玉米周年双少耕;改传统生产的小麦深翻、旋耕、整平播种为小麦玉米双少耕一次播种,生产成本降低750元/hm2(50元/亩),节本30%以上。“双少耕”技术的另一个优点是保障了玉米的密度和整齐度,玉米生产群体可达79 500株/hm2(5 300株/亩),周年粮食产量增加15%以上。目前该技术在山东面向种粮大户、专业合作社等新型农业经营主体推广应用10.67万hm2(160万亩)。

3.2.15 小麦-玉米两熟光热资源高效利用关键技术研究取得突破 “黄淮海南部关键技术研究与模式构建”项目鉴选了一批适宜早播的小麦品种和高光效玉米品种,将小麦播种期提前后实现了小麦-玉米休闲期光热资源有效利用。通过小麦宽窄行种植模式有效提高了群体通风透光性和光热利用效率,穗粒数显著提高,单产达10 500kg/hm2(700kg/亩)以上。采用适度聚集种植模式,有效提高了高密度条件下玉米穗位透光率和群体水分利用效率,单产达12 900kg/hm2(860kg/亩)以上。同时,建立了基于云平台的水肥一体化精准监控技术体系,在项目核心区3.33hm2(50亩)攻关田实现了水肥指标的实时监测和精准控制,水肥利用效率提高了10%以上,小麦和玉米单产分别达11 028kg/hm2(735.2kg/亩)和13 180kg/hm2(878.67kg/亩)。

3.2.16 构建了水稻生产“智慧农场”模式 “江淮东部关键技术研究与模式构建”项目集成智能化育秧、秸秆绿色综合利用、机插-施肥-除草一体化技术、大田精确定量绿色智慧管理技术,构建了水稻生产“智慧农场”模式,该模式2017-2018年在江苏省大面积推广应用,实现了水稻全程机械化、绿色化、智能化生产。

3.2.17 首创行间自走式热雾机 “江淮中部关键技术研究与模式构建”项目建立了机器与热雾雾滴动力学模型,采用激光雷达和视觉技术相结合,实现玉米行间自主行走;采用无线网桥技术,实现热雾机远程遥控控制,控制距离大于1 000m,适应田间复杂环境。从而创制适用于玉米作物中后期行间自走式热雾机,实现了人机分离、人药分离,达到绿色防控效果。

3.2.18 水稻绿色轻简丰产增效技术体系效益显著 “长江中下游北部关键技术研究与模式构建”项目针对种田成本上升、市场粮价波动、面源污染较严重等问题,研发出以“良种+机直播+精量平衡施肥+湿润节水灌溉+绿色综合防控”为核心的水稻精量机直播技术体系。该技术体系在筛选出抗机收碾压品种基础上,将传统的再生稻救灾度荒措施升级成水稻绿色轻简丰产增效技术新模式,单产平均提高10%左右。大面积示范平均产量超过15 000kg/hm2(1 000kg/亩),比中稻增产4 500~5 250kg/hm2(300~350kg/亩)、增收9 000元/hm2(600元/亩)以上;与双季稻产量相当,增收13 500元/hm2(900元/亩)以上。

3.2.19 研创了水肥一体场地无盘育秧技术 为解决机插育秧烧苗和烂秧、秧龄期短等问题,“长江中下游南部关键技术研究与模式构建”项目采用岩棉作为保水保肥材料,在秧田、旱地或水泥坪等简易场地构建可重复使用秧床,将肥料溶于岩棉,实现水肥一体,用编织布、无纺布隔离种子(印刷定位播种)、育秧基质,形成了水肥一体场地无盘育秧技术。该技术有利于种子发芽、出苗,秧苗生长均衡、苗体健壮、根系发达、盘根性好、成苗率高,机插秧龄期可延长到30d,比一般大田杂交稻种子及育秧费用减少1 800~2 250元/hm2(120~150元/亩),大幅度减少了育秧成本,为开展水稻商品化育秧及其专业化育插秧服务提供了技术支撑。

3.2.20 双季稻区肥料精准施用技术装备研制成功 “长江中下游东部关键技术研究与模式构建”项目针对机械化、轻简化、肥料高效利用的生产发展趋势,自主研发了智能控制的根际侧深施肥器,并配套提出了肥料配方、机械侧深施肥肥料运筹等技术,解决了双季机插肥料一次性精量化施用的问题,为区域双季稻生产机械化、轻简化和肥料的高效利用提供了重要的技术支撑。侧深施肥机插在人工投入减少20%、施肥量减少30%的情况下,较普通机插增产73.5kg/hm2(4.9kg/亩),增产率1%;较人工撒播增产499.5kg/hm2(33.3kg/亩),增产率5.6%,肥料农学利用效率比普通机插提高41.1%。

3.2.21 迟栽机插稻轻简化育插秧丰产增效关键技术成效显著 “长江中下游西部关键技术研究与模式构建”项目针对长江中下游西部地区麦、油等茬口水稻移栽偏迟,传统育秧成本高、产量不稳定等问题,依据茬口现状,筛选出适宜机械化迟栽优质品种,研发应用生态环保育秧基质,采用自动化流水线机械化播种,28℃~32℃叠盘覆盖暗化催芽,秧田采用无纺布保温增湿覆盖,实现省工节本轻简化培育健康壮秧。全程可节省人工10.5个/hm2(0.7个/亩),节约成本2 250元/hm2(150元/亩)。

3.3 区域集成示范版块项目成果

3.3.1 春玉米、粳稻全程机械化丰产增效技术模式促进增产增效 “黑龙江省技术集成与示范”项目基于黑龙江低温黑土区自然生态条件及春玉米、粳稻生产上存在病虫草害严重、种植效益差等问题,集成了肥料高效利用技术优化、气候灾害防控建立、病虫草害综合防治技术改良、机械化配套技术优化技术,建立了黑龙江低温黑土区干旱半干旱区、半湿润区、湿润区春玉米、粳稻全程机械化丰产增效技术模式并进行大面积示范。项目示范区7.39万hm2(110.9万亩)、辐射区68.74万hm2(1 031.1万亩),示范区玉米、水稻产量分别达8 595kg/hm2(573.0kg/亩)和8 874kg/hm2(591.6kg/亩);增产粮食36.2万t,增加效益7.06亿元。

3.3.2 玉米集约规模化丰产增效技术集成成效显著 “吉林省技术集成与示范”项目优化集成了以增密和平衡施肥为核心的半湿润区北部玉米丰产增效技术模式,探明平衡施肥因素对产量的贡献率达10%。构建雨养区玉米秸秆全量深翻还田技术模式和玉米秸秆全量覆盖免耕播种技术模式。推广9.15万hm2(137.2万亩),增产5 557.49万kg,增收7 447.04万元。

3.3.3 创新集成水稻基质半钵苗氮高效机械化栽培技术模式 针对项目区盐碱重、土壤瘠薄、氮肥施用过量且利用率低、规模机械化发展水平不均衡等问题,“辽宁省技术集成与示范”项目通过集成工厂化生物炭基质育苗、半钵毯苗机插、氮肥高效利用轻简施用、全程机械化等技术,创新集成了水稻基质半钵苗氮高效机械化栽培技术模式。该技术模式的应用和推广使耕地质量显著提升、农机农艺高度融合,实现了抗倒、抗病、耐盐碱、丰产增效、降低病虫害损失率等目标。

3.3.4 培训经营主体 实现节本增效 “内蒙古技术集成与示范”项目在内蒙古玉米主产区共培训不同规模经营主体100家,均建档立卡,并进行经济效益评价。例如,西辽河温暖灌溉区不同规模经营主体共30户,培训后产量平均达到11 101.5kg/hm2(740.1kg/亩),较对照田增产1 635kg/hm2(109.0kg/亩),提高17.3%,节约成本469.5元/hm2(31.3元/亩),增收4 272元/hm2(284.8元/亩),技术初步表现出了节本增效的作用。

3.3.5 优质麦节水增效技术集成与示范取得成效 “河北省技术集成与示范”项目依据太行山山前平原土壤和生态特点,选用优质强筋小麦品种,采用“控氮、稳磷、补钾、配微”均衡精准补充养分策略,集成了小麦春季拔节期节氮灌一水节水栽培技术。在实现冬前优良播种质量和壮苗基础上,构建足群体、壮个体小麦高光效冠层,在全生育期限水条件下,实现小麦产量8 250~9 000kg/hm2(550~600kg/亩)。该优质麦节水增效集成技术在当地新型农业经营主体和农户示范,取得了显著的经济、社会和生态效益。

3.3.6 建立了基于双晚技术的小麦玉米子粒直收技术模式 针对山东省玉米子粒收获机型不匹配、品种搭配不合理,周年光温资源利用不充分等问题,“山东省技术集成与示范”项目在小麦晚播壮苗、玉米适期晚收技术的基础上,初步建立了基于双晚技术的冬小麦夏玉米子粒直收技术模式,在鲁中、鲁西南、鲁东、鲁西北等不同生态区建立18个示范点,进行示范推广,在子粒含水量29.2%的情况下,子粒破碎率为7.9%,实测夏玉米平均产量10 723.5kg/hm2(714.9kg/亩),净收益比常规种植大田增加1 917.9元/hm2(127.86元/亩)。

3.3.7 豫西旱作区小麦玉米抗旱丰产增效技术体系成效显著 “河南省技术集成与示范”项目针对豫西旱作区水分匮乏、降水与作物生长需求错位等问题,集成了豫西小麦玉米周年抗旱丰产高效栽培技术体系。在选用小麦玉米抗旱节水品种的基础上,以3年为1个轮耕周期,小麦收获后秸秆均匀覆盖于地表,随即进行深松,播种玉米;小麦季播种时采用免耕防缠绕沟播机械播种,实现种肥同播。该技术打破了犁底层,增加了土壤蓄水量,减少了水分蒸发,水分利用效率提高20%以上,小麦子粒较常规种植模式增产12.7%~13.2%。

3.3.8 多熟制地区水稻机插栽培技术被多省列为主推技术 “江苏省技术集成与示范”项目研发出多熟制地区水稻机插栽培技术。该技术针对我国南方多熟制地区普遍存在的苗小质弱与大田早生快发不协调、个体与群体关系不协调、前中后期生育不协调等问题,以及产量、品质不高不稳与多熟季节矛盾加剧等突出难题,创建了“三协调”高产优质栽培途径与生育诊断指标,集成了适应不同稻区的毯苗、钵苗机插高产优质栽培技术,被江苏、安徽、湖北、江西等省列为主推技术,其中仅江苏年应用面积就超过120万hm2(1 800万亩),增产5%以上,增效15%以上。

3.3.9 稻田秸秆全量还田耕作技术及配套产品解决生产难题 “安徽省技术集成与示范”项目针对我国水稻主产区秸秆多、茬口紧、腐解难等突出问题,开展了秸秆全量机械化还田的配套机具研发,研制了反旋埋茬和旱耕水整还田技术,以及稻草切碎专用刀片与配套装置,优化了秸秆抛撒的导风装置,实现了秸秆的满幅均匀抛撒,筛选并制备了高效腐解菌剂和激发剂,研发了湿润反旋埋茬与浅水无动力搅浆平地等配套机具,解决了水稻播栽期秸秆漂浮难题。新机具切碎稻草长度90%在10cm以下,新装置田间秸秆抛撒均匀度达90%,田间秸秆翻埋率达90%以上,效果显著。

3.3.10 形成了湖南中东部水稻绿色丰产地力提升技术体系 “湖南省技术集成与示范”项目针对湖南中东部稻田耕层变浅、土壤退化等问题,通过开展深耕、翻耕与旋(免)轮耕结合的土壤扩库增容、冬种绿肥水旱轮作、秸秆还田土壤培肥、有机无机肥配施养分高效利用以及新型肥料利用增苗减氮等技术研发,集成不同品种优化配置和水稻主要害虫绿色防控丰产技术,初步形成适合湖南中东部区域的水稻绿色丰产地力提升技术体系。2018年,在湖南的宁乡、浏阳、醴陵、双峰、涟源等地示范应用面积680hm2(1.02万亩),实现氮肥生产效率提高12.5%,水稻平均增产8.1%,增产粮食28.3万kg。

3.3.11 双季稻栽培技术信息化服务平台建立取得重要进展 “江西省技术集成与示范”项目建立了水稻品种库、病虫害库、栽培技术库。针对不同生态区、不同栽培调控目标的水稻栽培技术的规程进行信息分割,对每条信息按标签归类。依据信息时序标签及类别标签,向查询匹配的经营主体推送水稻品种、病虫害防治技术、栽培技术等信息。目前,基于大数据及机器学习技术比对了2万多张水稻病虫害图片,研发出水稻病虫害智能识别与服务系统,可实现水稻病虫害田间实时智能化诊断。

3.3.12 四川水稻多元复合种植丰产增效技术集成显著增产 “四川省技术集成与示范”项目针对川南、川东、川北不同生态区水稻多元复合种植生产特点,初步集成杂交中稻-再生稻省力高产高效技术、川南杂交中稻机械化丰产高效技术、优质稻规模化丰产增效生产技术、玉米多元复合种植增密优配轻简高效集成技术等技术体系7套。示范水稻7.06万hm2(105.89万亩),一季中稻单产9 142.95kg/hm2(609.53kg/亩),中稻+再生稻周年单产12 869.1kg/hm2(857.94kg/亩);示范玉米2.53万hm2(37.93万亩),单产8 613kg/hm2(574.2kg/亩)。辐射面积71.93万hm2(1 079万亩),单产较“十三五”项目实施前3年平均提高6.45%;项目总增产粮食57.63万t,增加经济效益14.05亿元。

3.3.13 防灾减损技术应用取得突破 “湖北省技术集成与示范”项目建立了中稻长时间淹水后的补救种植方法。该方法适用于中稻幼穗分化至齐穗期间的水稻渍害,水稻受到3~6d淹水后,在水稻并未腐烂、秸秆保持绿色时,实施灌溉干净水、去顶收割、清洗植株、肥料补施、喷施药剂、水分管理、虫害管理和收获等几大步骤。本发明可以补救本季水稻生产,减少淹水损失,可增收2 250~3 750kg/hm2(150~250kg/亩)。

4 专项组织管理经验

4.1 严守规章制度,落实规范化、精细化管理

严格按照粮丰专项管理有关规定和流程要求,明确工作程序、岗位分工和职责,做到时间节点明确、责权清晰、责任到人。围绕专业机构改建中涉及的专项项目管理、质量控制、风险防控、绩效管理、保密管理、档案管理等工作,制定、修订了47项规章制度。通过了ISO9001质量管理体系认证[8,9],形成了较为系统的管理制度体系,做到顶层有制度,流程有规范,应急有预案。以“精政策、深研究、细管理、透服务”为总体要求,全面推进粮丰专项规范化、精细化管理。

4.2 成立专项管理专家委员会,全程发挥指导监督作用

在农业农村部、科学技术部指导下,中心特别成立了粮丰专项管理专家委员会,粮丰专项的专家委员会主任由农业农村部种植业司司长担任,专家委员会成员包括院士和领域内知名专家,以及我国相关农业主产区、项目实施区的省级农业行政主管部门代表。中心制定了专家委员会工作规则,每年召开1次工作会议,通过专家委员会为国家把好战略咨询关,审核实施方案,做好专项实施的检查督导,参与项目验收评估和绩效考核,确保项目既能完成专项研究任务,又能实现创新成果落地,切实解决农业产业中的实际问题。

4.3 开展专项实施进园区活动,促进科技与产业融合

中心认真贯彻落实习近平总书记“三个面向”重要指示,紧紧围绕“三区三园一体”建设[10]和《乡村振兴战略规划(2018-2022年)》[11]的要求,组织推进专项实施进园区。通过源头保证、过程督导、典型示范等多项措施,组织、引导各项目在粮食生产功能区、重要农产品保护区、特色农产品优势区、现代农业产业园、科技园、创业园和田园综合体开展试验示范。据统计,目前粮丰专项项目实施区域覆盖全国25个省(区),累计进入436个园区(次)。通过专项实施进园区,推动了项目的研发工作,促进了研发成果与产业的融合,取得了显著的经济、社会和生态效益。

4.4 搭建学习交流平台,推进专项一体化组织实施

为了更好地体现粮丰专项从基础研究、共性关键技术到集成示范的全链条创新设计和一体化组织实施的要求,中心及时建立了重点专项项目管理专用网站及系统,实现全程在线管理、在线服务、在线留痕,并为项目间交流、共享搭建了平台。按季度编印了《专项简报》,宣传专项进展和成果、帮助各项目及时掌握专项动态。组织召开了两期“专项一体化组织实施”主题座谈会,交流经验、商讨措施、现场对接,取得了良好效果。每年组织召开农业科技创新管理能力提升培训班,开展集中研讨,促进项目间交流学习。

The authors have declared that no competing interests exist.
作者已声明无竞争性利益关系。

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我国粮食安全所面临的"农民之困惑、地方政府之心病、中央政府之无奈"的突出问题,关键在于国家粮食安全战略的缺失.为此,必须以综合生产力为基石、市场调节力为重点、主权控制力为保障,重构我国粮食安全的国家战略.本文通过分析综合生产力、市场调控力、主权控制力现状,提出了实现从"生产粮食"向"经营粮食"的观念转变,精心设计利益协调、特殊保障两个制度,切实提高产区政府抓粮、广大农民种粮两个积极性,牢牢把握粮食收购加工、投入品经营两个主动权,积极用活粮食出口、加工转化两个调节器等建议.

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