我國耕作制度研究進展與展望

摘要：農業生產在滿足人民對糧食基本需求和美好生活需要的同時，正面臨耕地資源銳減、環境健康受損和土壤退化加劇等歷史性挑戰，與此相關的耕作制度再一次受到人們關注，并被賦予新的歷史使命，給當代農業生產問題的解決從耕作制度視角提供歷史經驗和參考。從耕作制度演變及內涵變遷、耕作制度研究的作用與貢獻以及耕作制度發展的驅動力和現實挑戰三個方面進行了詳細綜述，同時針對耕作制度改革、智能化發展等提出了未來研究重點。

關鍵詞：耕作制度；糧食安全；農業區劃；利用效率；可持續

中圖分類號：S344" " " " " " " 文獻標志碼：A" " " " " " " 文章編號：2097-2172（2022）01-0019-07

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2022.01.004

Research Progress and Prospect of Farming System in China

CHAI Qiang 1， 2， HU Falong 1， 2

（1. State Key Laboratory of Arid Land Crop Science， Lanzhou Gansu 730070， China; 2. College of Agronomy， Gansu Agricultural University， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： Agricultural production providing essential foods and needs for peoples' demand and good life. However， it facing with historical challenges on farmland resources reduction， environmental health damage， and soil degradation aggravation. Farming system has once again attracted people's attention， and been excepted with new historical missions， therefore， providing the historical experience and reference to address agricultural production issues. The current study detailly reviewed the historical evolution and connotation evolvement， the research meaning and contribution and the driving force of development and realistic challenges of farming system. Besides， the study also proposed future key research directions regarding reform and intelligent development of farming system.

Key words： Farming system; Food security; Agricultural division; Utilization efficiency; Sustainability

農業的發展歷程是人類文明史和進步史的直接映射，展現了人類認識自然、改造自然的非凡成就，體現了人類和自然和諧共處的偉大智慧。在任何一個歷史階段，農業始終承載著提供人類物質需求和滿足人們生活需要的多重功能。耕作制度作為農業生產的指導綱領，被賦予解決好糧食安全和推動農業健康發展的重大責任［1 ］?？v觀我國耕作制度的演變歷程，以復種、輪作、間混套作為特色的多熟種植在保障糧食安全方面做出了巨大貢獻［2 - 3 ］，是種植制度的核心；以農田培肥、種養結合、保護性耕作為主的養地策略實現了農業可持續生產［4 ］，是養地制度的核心。隨著近年來我國農業結構調整和種植業供給側結構性改革，耕作制度在優化種植結構、提高耕地健康和可持續生產水平方面的潛力亟需進一步挖掘。

進入21世紀以來，生態和環境問題突出，農業生產正面臨著耕地資源銳減［5 - 6 ］、土壤退化和污染加劇［7 - 8 ］、資源格局發生根本性改變、自然災害頻發等多重壓力。同時，品種更新加速、土地流轉加快、機械化普及、信息和人工智能迅速發展，如何在多重變化環境條件下解決好糧食安全問題及可持續發展問題是時代賦予耕作制度的又一次重大考驗。我們綜述了我國耕作制度的演變及內涵變遷，分析了耕作制度研究的主要作用和貢獻，解析了耕作制度發展的驅動力及現實挑戰，同時結合新時代農業發展需求和特征，提出了我國耕作制度改革和發展的研究重點，以期為我國農業現代化建設提供理論參考。

1" "耕作制度的演變及內涵變遷

自有目的的獲取穩定食物開始，圍繞如何種好作物和養好土地，人類邁入了認識自然、改造自然的歷史進程，而不同歷史階段針對提高土地利用率所進行的創新，推動了耕作制度從撂荒耕作制向休閑耕作制、輪種耕作制和集約耕作制的更迭（表1），成為現代耕作制體系建立不可或缺的重要歷史積淀和組成部分。進入工業社會以來，機械設備、化肥農藥被廣泛應用于農業生產，單位面積產量大幅提高［9 ］。然而，高強度、掠奪式的生產方式使土壤遭受破壞［10 ］，導致耕地資源面臨可持續生產的重大挑戰，這迫使現代集約耕作制不得不審視內在問題。以史為鑒，是尋找解決途徑的關鍵?？v觀耕作制度更迭的歷史經緯，遵循自然規律、順應自然法則、強化土地用養結合是其建立和發展的根本。為此，以資源稟賦和氣候特征為約束、以種植—養地—防護（—經營）制度為核心、以智能機械和信息裝備為輔助、以資源高效利用和可持續發展為目標建立氣候智慧型耕作制度［3 ］，將是解決當前農業生產問題，保障農業健康和持續發展的重點。

我國農耕歷史悠久，但對耕作制度研究始于近代，其內涵也幾經變遷（表2）。1936年，中華書局編印《農作學》一書，標志著我國耕作制度在學科尺度上的研究正式拉開帷幕［12 ］。到1994年的《耕作學》問世，耕作制度內涵從作物生產和土壤耕作技術措施向土地用養綜合技術體系轉變，成為耕作制度內涵變遷的一個里程碑，由此確立了種植制度（中心）和養地制度（基礎）兩個重要組成部分［13 ］。然而，農業生產涉及土壤、水分、作物、牲畜、勞動力、市場及其他資源和要素，以種植系統為主體研究耕作制度具有明顯的局限性［14 ］，同時“耕作制度”一詞在向縱深綜合方向發展過程中也存在諸多限制。

2002年，中國耕作制度研究會學術年會在甘肅農業大學召開，會議倡導以農作制度與農作學替代耕作制度與耕作學。2005年，劉巽浩等［15 ］編制出版《農作學》，并對農作制度給出確切的定義（表2），使耕作制度研究以種植業為邊界拓展到與其相關的養殖業和農產品加工業等領域，也標志著“耕作制度”被“農作制度”包含和代替。2016年，李軍［4 ］編制出版《農作學》（第2版），將農作制度基本組成歸納梳理為農田種植制度、農田養地制度、農田防護制度和農作經營制度等4個方面，使農作制度研究內容更趨系統和完善。將自然和社會資源，種—養—加—運—銷全產業鏈，農業法律、法規和規章等納入現代農作制研究已成為作物栽培學與耕作學科發展的必要趨勢。

2" "耕作制度研究的作用與貢獻

2.1" "建立農業綜合區劃，提高資源利用效率

農業生產具有強烈的地域性，與之相適應的資源種類、數量和性質也千差萬別，因地制宜是首要原則［17 ］。針對我國復雜的地形地貌和氣候環境特征，前人根據農業生產狀況（社會經濟條件）和自然資源特點編制了我國第1部《中國綜合農業區劃》［18 ］，為耕作制度區劃的制定奠定了理論基礎。1984年出版的《中國種植業區劃》［19 ］，以作物種植結構和布局為依據，突顯了農業區劃中種植制度的重要性。之后的《中國耕作制度區劃》和《中國農作制》中區劃的制定均以耕作制為單元進行（表3），確立了耕作制度在農業區劃制定中的主導地位。同時也使農業區劃更趨生產現實，對區域種植結構安排和資源高效利用具有重要的指導意義。

當前，氣候變暖、自然災害增多，以傳統耕作制確立的農業區劃在熟制界定、防災減災等方面表現出一定不足。因此，陳阜等基于氣候變化、技術進步及資源環境保護綜合因素，運用遙感、地理信息系統，通過模型模擬將全國分為3個熟制帶，11個一級區和41個二級區［3 ］，為“國家糧食安全產業帶”建設提供了科學參考。然而，我國農業生產正面臨著資源限制加劇、生產成本劇增、環境足跡加重等突出問題，同時面臨作物品種更新、土地流轉加速、智能機械普及的生產變革，現有農業區劃應根據現代農作制的基本內涵和國家戰略需求，加快形成以產業帶為基礎的功能性區劃體系，以此針對性布局糧、經、飼等主要作物，調整性完成輪作休耕戰略任務，使各產業帶內光、熱、水、土資源得到合理和充分利用。

2.2" "促進作物持續高效生產， 保障我國糧食安全

耕地銳減、土壤退化、資源短缺已成為全球性問題［22 ］，嚴重威脅著我國乃至全球的糧食安" " 全［23 ］。同時，人口不斷增長導致糧食需求進一步加大［24 ］，持續高效生產糧食是不同國家應對當前問題的唯一途徑。縱觀我國耕作制度的演變和發展歷程，以輪作復種、間套作等為代表的多熟種植［25 - 26 ］，在不同歷史階段承擔了持續產出糧食的重要使命［27 ］。但進入21世紀以來，機械化使間套作種植受到嚴重沖擊，應用面積大幅縮減［26 ］；同時，資源性限制（勞力、水資源）使傳統的間套作、復種難以為繼，造成了種植模式單一且嚴重依賴化肥的不可持續生產現狀。

以耕作制度為依循，在辨識不同區域特定農業資源條件下合理構建作物多樣化種植，可實現作物穩定增產、持續高效和綠色環保目標［23， 28 ］。近年來，北方的冬小麥—夏玉米輪作、春小麥—春玉米輪作，以及南方的水稻—小麥輪作、水稻—油菜輪作等以多熟種植為主的多樣化種植模式已形成完整的技術體系，基本實現機械化、標準化，有效保障了糧食產出。然而，玉米/花生、玉米/豌豆等間作模式，盡管在資源互補利用、增加產量、減少溫室氣體排放等方面有諸多優" 勢［29 - 30 ］，但由于配套機械缺乏，生產中大面積應用的困難日益加劇。近年來，以楊文鈺教授為首的四川農業大學玉米大豆帶狀復合種植團隊，在該模式的機械化播種、施肥、噴藥和收獲等領域取得了突破性進展［31 ］，有望為帶狀間作現代化提供重要理論和實踐支持。通過間作機械化全面普及，可緩解我國糧食自給壓力，消除國際封鎖對我國制造的不利影響。

2.3" "增強土地用養結合，提高農田土壤肥力

農業生產的高質量發展離不開健康的土壤，提高土壤保肥、保水、供肥、供水能力需要構建用養并重的綜合技術體系［32 - 33 ］。早在休閑耕作制時期，有機肥就被用來培肥土壤；到輪種耕作制時期，豆科、綠肥被納入輪作系統中，實現了土地用養的緊密結合。進入21世紀以后，化肥成為大多數種植業系統唯一養分來源，輔助以農藥施用，使糧食產量獲得了大幅提升，但同時面源污染、土壤退化也隨之加重［7 ］，探索綠色、可持續生產方式成為時代的緊迫需要。近年來，國家綠肥產業技術體系、有機類肥料和微生物肥產業技術創新戰略聯盟相繼成立，為新時代土地用養結合創新發展建立了一流平臺，為“農田必須是良田”的期望和目標實現提供了有力支撐。

耕作措施方面，以少免耕、秸稈覆蓋免耕等為主導的保護性耕作措施得到快速發展，緩解了土壤結構的損害和破壞，達到養地、保地目的［34 - 35 ］。2005年，中央一號文件提出“改革傳統耕作方法、發展保護性耕作”，倡導土壤耕作技術改革；2025年，保護性耕作實施面積將達933萬hm2，可有效減輕土壤風蝕水蝕、增加土壤肥力和保墑抗旱能力。同時，輪作休耕制度、黑土地保護與利用科技創新、北方干旱半干旱與南方紅黃壤等中低產田能力提升科技創新重點專項相繼實施，為養地制度的科技創新和發展提供了智力和技術保障。耕地用養已迎來理論、技術和制度全面發展的最佳歷史機遇，使“藏糧于地、藏糧于技”戰略實施得以穩步實現。以化肥減施替代和保護性耕作為實現路徑的耕作制度改革，已成為我國農田土壤保育和健康發展的重點突破方向。

2.4" "保護生態環境， 推進農業可持續發展

自1993年我國成為世界上化肥消費第一大國以來［32 ］，化肥施用量持續增高，但糧食產量增加緩慢［36 ］，養分資源浪費嚴重［37 ］，大量未被作物利用的養分進入土壤、大氣和水體生態系統中，導致氮素沉降、酸雨以及溫室氣體排放等生態環境問題［38 - 39 ］。研究表明，免耕、秸稈還田、配方施肥優化等措施能降低農田溫室氣體排放，減少土壤氮素殘留［40 - 43 ］；同時，將保護性耕作、施氮制度等養地技術措施與間套作種植模式結合可提高水、氮利用效率，同步減排農田溫室氣體［44 - 45 ］。因此，將種植制度與養地制度有效銜接，建立資源節約型、生產經營集約型和環保可持續型耕作制度，是未來農業健康、穩定、持續發展的重要基礎。

施用肥料是養地制度的核心，合理施肥是減少農田溫室氣體的關鍵［46 - 47 ］，將有機與無機肥料配合施用，可提高肥料利用率、降低凈溫室效應，實現“減排”和“固碳”目標［48 - 49 ］。近年來，圍繞化學肥料減施增效，以新型緩/控釋肥料與穩定肥料研制、新型復混肥料及水溶肥料研制、功能水溶肥料研制與產業化、新型綠肥產品創制與產業化等為代表的一大批國家重點研發計劃項目相繼啟動，為養地制度的不斷完善提供了創新動力，為土壤質量修復提升以及綠色可持續發展提供了有力保障。改進和優化耕作措施、創新種植模式、優化肥料配置方式等已成為我國耕作制度改革的重點方向，在土壤有機碳貯量穩步提升、農田溫室氣體持續減排等方面將發揮重要作用。

3" "耕作制度發展的驅動力及現實挑戰

從耕作制度的發展史中能清晰看到人口增長（糧食需求）壓力下人類在適應自然、改造自然過程中做出的一系列突破和創新，而不同時期的科學技術水平和經濟基礎決定了人們所做突破的方向以及所做創新的價值。當然，所有的嘗試都離不開資源稟賦的限制。因此，在耕作制度發展過程中，社會需求是基本動力、資源稟賦是決定因素、科技進步是技術保證［4 ］?，F代農業生產中，無論社會需求、資源稟賦還是科學技術都發生了根本改變，也使耕作制度面臨變革需要。明確當前農業生產的現實挑戰，對耕作制度改革具有重要指導意義。

伴隨著經濟快速發展和生活質量不斷提升，我國居民對肉、蛋、奶產品的需求不斷增加［50 ］。然而，我國種養業發展的協調度不足，大量農產品生產后形成農業廢棄物，秸稈、畜禽糞污循環受阻，普遍采用焚燒和集中堆放的方式處理［51 ］，在造成資源浪費的同時加重了環境危害，因此構建區域內、跨區、甚至產業帶間的種養結合農作制度成為迫切需要。在農產品種類和數量的要求之外，人們對食品安全的意識逐漸增強，綠色、無公害農產品需求不斷增大。但傳統農業生產過程缺乏農作制度統籌管理，種植業嚴重依賴化肥和農藥，農產品環境足跡普遍較高。通過種養結合、資源合理配置和生態區位聯通構建生態環保型農作制，將是未來高品質農業發展的主導模式。

受氣候變暖影響，作物種植北界持續擴展，伴隨其右的是降水格局發生轉變，我國降水已多年呈現“北多南少”的倒置現象，南方夏伏旱嚴重，北方秋季極端性強降水頻發，同時風雹、低溫冷凍等極端災害事件時有發生。除水、熱資源特征發生變化外，耕地資源面臨著退化和貧瘠化的風險，且隨著生產性變革，土地流轉加速進行［52 ］，但部分土地流轉后被掠奪式利用，引起嚴重的板結和污染問題。社會資源方面，勞動力結構發生改變，農業生產人員年齡普遍偏高，勞動生產率較低，而種子、化肥、地膜等生產資料成本劇增，極大削弱了生產部門在土地養護方面的投入。積極應對自然及社會資源新變化，需要從種植模式、耕作方式、施肥制度等多個環節對耕作制度做出優化和調整。

工業的快速發展推動了我國農業機械化和智能化步伐，一大批復式作業和聯合作機械被應用于農業生產中，且部分機械具備操控智能化、自動化功能，大幅提高了工作效率［53 ］。與大型智能機械的普及相反，適用于多樣化種植模式的機械研發卻嚴重滯后，特別是針對間套作種植的微小型機械十分短缺，造成相關種植模式在生產中的應用受限嚴重。與農業機械的現狀相似，隨著育種手段的科技水平不斷提高［54 ］，適宜規?；N植的作物品種類型較為豐富，但針對多樣化種植，耐陰、耐密的品種嚴重缺乏。此外，眾多研究人員瞄準種植模式、耕作方式、灌水施肥等進行科技創新，獲得了大量研究成果，但科技轉化率較低。以耕作制度改革的現實需求為出發點，針對種植、養地、防護及經營制度中不足的進行專項研發，是提高科技進步對農業貢獻率的關鍵。

4" "耕作制度未來研究重點

以精耕細作為特征的中國耕作制度在中華" " " 五千年發展歷程中扮演著重要角色，使我國農業生產水平一度領先于世界［55 ］，在近代，更是創造了用世界7%的土地養活世界21%人口的偉大奇" " "跡［56 ］。中國耕作制度向來具有包容性和發展性，在21世紀，將向著信息化、智能化和可持續的方向發展，所涉及的內容在秉承糧食自給和可持續原則基礎上將逐步深入到現代農業建設的各個方面。

4.1" "耕作制度未來改革方向始終以可持續為原則

我國農業發展面臨著耕地不斷減少、水資源短缺和自然災害頻發等突出問題［24， 55 ］，不適宜的生產方式造成了嚴重的土壤退化和生態問題［8 ］，耕作制度的改革應尋求資源節約、生態平衡、生產效率提高、農業技術創新、農產品質量安全、人民生活水平提高的可持續發展路徑［56 ］。現代耕作制度的改革還應充分了解生物與生物、生物與環境的關系，依靠先進的科學技術來提高資源利用率，形成農業生產與資源環境承載力相匹配、農產品產出與市場需求相匹配的高效生產模式。

4.2" "耕作制度改革需要大數據為基礎的宏觀決策作為支撐

農業是一個非均勻的、具有復雜結構的非平衡開放系統，該系統中，有人口、資源、環境、生態等諸多因素，也有生產、流通、分配、消費等諸多過程［57 ］。因而，耕作制度改革必須及時、有效和準確地掌握這些因素與過程之間的聯結特征，必須通過農業信息的收集、處理和反饋來促進各因素和不同過程的相互協調。加強我國農業信息化建設，以信息作為耕作制度改革的決策依據，可科學優化農業產業結構，不斷完善農業標準化服務體系［58 ］，從而提高農產品科技含量，推進我國農業現代化進程。

4.3" "耕作制度智能化發展需要智慧農業作為依托

智慧農業是提供全程智能服務的綜合性策略，它利用3S技術對農業信息進行全面感知、采集和分析，通過云計算、物聯網、自動控制實現智能預警、智能決策和智能分析，同時結合專家在線指導，為農業生產提供精準化調控策略［59 ］。在未來，耕作制度所涉及的生產、加工、經營等各個環節必將越來越依靠自動化智能服務系統，以此實現精準化種植、可視化管理、互聯網銷售和智能化決策［60 ］，使農業系統更加有效、智慧地運行。

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收稿日期：2022 - 09 - 15

基金項目：國家重點研發計劃（2021YFD1700204-05）；國家現代農業產業技術體系（CARS-22-G-12）。

作者簡介：柴" "強（1972 — ），男，甘肅武威人，教授，博士，博士生導師，主要從事多熟種植、旱地綠肥栽培、節水及循環農業研究工作。Email： chaiq@gsau.edu.cn。