構建糧食生產多目標協同發展的作物生產系統

中圖分類號：F307.11 文獻標志碼：A 文章編號：1000-2367（2025）05-0001-06

2024年，我國糧食總產量登上7.0億t新臺階[1.進一步發展糧食生產，需要在更加重視注重科技化、綠色化、營養化、效益化發展趨勢的背景下，發展高科技、高質量、高效率糧食產業新質生產力，需要分析新階段糧食生產出現的新問題、新需求、新特征，確定新的技術發展方向，需要思考傳統作物生產向現代生產轉型中由單一產量目標向多目標發展的新要求、新理論，構建多目標協同發展的現代作物生產系統，解析這一系統的要素與系統構建、研究與應用環節，并進行應用綜合效果評價.

1" 糧食生產面臨的新問題

當前，我國糧食生產已經進入一個新階段，增產面臨著諸多問題和嚴峻挑戰：一是耕地資源緊張，糧食主產區耕地負擔過重，農業水資源日益短缺，化肥投入量過大、肥料利用率較低，糧食增產的資源條件約束不斷增加；二是大田生產與超高產差異甚大，全國糧食平均單產只有超高產紀錄的 40% ，大面積生產規模偏小、技術落實不到位、農業勞動生產率較低，增產的貢獻主要依賴于單產的增加，單產增速減慢、可比經濟效益偏低；三是我國優質專用糧食比例低，如生產上多數小麥面筋值不夠、形成時間和穩定時間較短，高品質香米數量少，每年仍需從國外進口一部分優質專用小麥和香米，遠遠不能滿足國內市場需要;四是我國現有綜合基礎條件下的糧食產能已接近潛力上限，從 2009-2022 年糧食產量“十九連豐\"過程實現了“三個增產1000億斤”“快 （2009-2011 年）～快 （2011-2014 年）～慢 （2014-2022 年）\"的發展趨勢可看出糧食生產已處于“單產提升慢、增產困難\"的瓶頸 [2-4]

根據不同情景（常態思維、底線思維、極限思維）背景的糧食消費預測，我國糧食消費將在 2030-2035 年期間達到高峰值約8億 t^[5] .雖然糧食生產與消費需求仍有1.0億t左右的缺口，但糧食生產壓力在逐漸減小.隨著人口的負增長，糧食消費結構正在發生深刻變化，口糧消費將會出現小幅下降，全部谷物產量的 41% 將用于食用消費， 37% 用于飼料生產，剩余部分用于生物燃料和其他工業消耗.國務院去年印發了《新一輪千億斤糧食產能提升行動方案 （2024-2030 年）》，糧食畝產要在2023年 390kg 的基礎上提升到 420kg ，，每年單產需要增加約 74.96kg/hm² .對比 2010-2023 年全國糧食單產平均每年增加約 64.62kg/hm² 的現狀，在當前生產的綜合基礎條件下，完成這一任務還是有很大困難的.

基于產能提升、產業發展、綠色低碳對糧食生產提出的新要求，未來的糧食生產將呈現出以下三大發展特征：一是多目標協同發展（多目標栽培）：在繼續注重持續高產的基礎上，需要同步重視品質提升、效益與效率的提高，需要注重綠色可持續發展，促進豐產、提質、增效、綠色協同發展，保證國家糧食安全、市場多元化需求、產業化效益與效率提升和低碳生態要求；二是綜合性、系統性發展（綜合栽培）：多目標協同發展必須打破高投入、高消耗、高排放的單一常規追求高產的粗放式增產方式，走系統性、綜合性、集成性增產的新路子，將糧食生產納人糧食產業化發展的全鏈條中來，實行栽培一耕作結合、兩季作物統籌、冠層一耕層一體，創新完善糧食種植制度，從耕地、種子、肥料、灌溉、農藥、農機等要素集成到農田，進行綠色豐產優質高效種植模式設計與技術應用，提升周年產量、規模效益和綠色發展水平；三是分層次、分類別發展（分級栽培）：未來的糧食生產需要按區域特點設定任務，按耕地類別設計產量，按作物類型確定栽培重點.綜合未來十年糧食消費量、消費結構、增產任務和種植結構調整、發展油料及特色經濟作物的需要，從大食物觀、大農業觀、大科技觀出發，“藏糧于技\"重點著眼于：以東北、黃淮海、長江中下游為糧食生產主戰場，川府、黃土高原、西北內陸綠洲等為區域后備糧倉，建設更高水平國家糧倉;重點提升高產田（高標準農田）產量潛力，加強超噸糧創建，主抓增穗、穩定粒重，提高作物自身健康和綜合抗逆調控，實現“產量超噸、資源高效、綠色低碳”目標；中低產田主抓地力提升和肥水高效利用，加強關鍵限制因素技術突破和綜合技術集成，提高技術到位率，縮小不同地塊的產量差，實現大面積單產提升與規模化均衡增產;重點挖掘玉米生產潛力，開發高蛋白飼用玉米和青貯玉米，穩步提升小麥、稻谷產量和品質，積極發掘大豆、花生產能;發展特色作物優質高值營養化栽培，提升馬鈴薯、雜糧產值和產業化水平[6].

綜合以上糧食消費與生產新變化、發展新特征，面向未來十年的糧食生產主要從規?；G色超噸糧耕作栽培技術體系、糧食作物高水平群體質量構建技術、糧食作物健康管理與抗逆韌性控災技術、糧食作物產量品質協同提升的營養栽培技術、土壤培肥與糧食作物肥水一體化管理技術、糧食作物規?；咝Ь喚庠霎a技術、糧食作物智慧化生產管理系統、糧食作物生產綠色低碳技術等8個方面開展技術創新與集成應用.

2 作物生產發展的再思考

人類社會從脫離了依賴采摘野果、主動耕種開始，歷經刀耕火種的原始農業、家庭經營的傳統農耕到規模的當代農業，長達七八千年，都是以提高作物產量為主要目標，以減少饑餓、滿足食物需求為其基本生產目的.這一過程中，栽培作物種類的擴大、生產工具的改進、耕種方式的變革、物質條件的改善，逐漸提升了作物生產水平.世界進人工業化文明以來，作物育種、化學肥料與農藥、農業機械、農田灌溉等技術得到大規模應用，產生了農業技術革命，作物生產能力大幅提高.以作物（品種）為中心，將各種生產要素集成并探索以增加產量為主要研究目標的作物栽培科學得到長足發展，有力促進了我國糧食生產水平提高.在新中國成立后的75 年中，使我國糧食總產量連續10 年實現超6.5億t，2024年登上7.0億t的歷史新高度.

作物栽培科學研究的重點是產量，核心是以作物生育與群體構建為主的作物生產過程.作物生產的產量目標經歷了從低產一中產一高產一超高產的變化，這一過程的后期也兼顧產品優質、資源高效指標.這一過程中，作物栽培科學研究的中心是作物的生長發育，重要內容是作物生長發育規律，養分、水分、熱量需求規律和優質群體構建及其調控，追求糧食數量增長是傳統農業發展的主要目標，注重的是作物自然再生產過程（圖1）.對于面向未來糧食生產對多目標發展的要求，必須將作物生產置身于糧食產業發展的過程中，打造糧食豐產的科技鏈、產業鏈和價值鏈.顯然，傳統的單一追求產量的作物生產路徑已經不能適應糧食生產新的要求，必須從適應多目標協同發展的系統思想來構建作物生產系統.

3多目標發展要求糧食科技研究聚集作物生產系統

作物生產系統是面向糧食生產多目標要求的作物一土壤一空氣（冠層）的一體化，對其研究的著眼點是系統要件各因素之間形成的SPAC（土壤一植物一大氣連續體）關系，重點是作物與環境、技術措施之間的關系（圖2）.

圖1傳統的糧食生產注重的是作物生長過程

Fig.1Traditional food production focuses on the growth process of crops

作物生產系統由基本系統和外部影響兩部分組成，基本系統包括作物一土壤一空氣（冠層）三大要件，強調其一體化和整體性（包含作物生產過程），系統交流的輸入部分包括田間投入（種子、施肥、灌溉、農藥、調節劑等），生產組織（機械、人工、培訓、管理等），自然因素（太陽及地球輻射、降水、氣流、巖石風化、地下水等），輸出部分包括收獲物（籽粒、青貯部分等），副產品（秸稈）.外部影響有：市場、政策、廢棄物循環、污染物侵人等.

作物生產系統研究的是多目標系統，主要有：產出數量與質量、資源利用效率與效益、生態環境與可持續發展等，其指標體系包括：產量（潛在產量、超高產田、大面積生產）、品質（形態品質、營養品質、加工品質）、效率（自然資源利用效率、投入品利用效率、生產組織效率、勞動生產率）、效益（增產、提質、減投、規?；M織）、生態環境（投入減少、排放降低等單項指標、綠色發展綜合分析）等.

多目標協同發展糧食生產為什么聚集的是作物生產系統？這就需要對作物生產系統和作物生態系統進行一下比較（圖3）.

作物生態系統強調的是農田生態環境與作物生育、產量、品質的關系，不限定當年或當季，主要側重于作物自然再生產過程;而作物生產系統既重視當年或當季作物的自然再生產過程，更強調經濟再生產過程，首先要考慮產量和效益等產出指標，必須注重產前、產中、產后全過程成本控制，核心是效率問題.因此，著眼于當年或當季的糧食生產必須聚焦于作物生產系統，同時也要注重面向用地養地和可持續發展的作物生態系統.

發展多目標作物生產系統需要基于以下考慮確定研究思路：一是發展趨勢要體現與鄉村振興發展目標、國家政策導向、市場需求（產品的市場化、產業發展的市場化、生產者的市場化）的結合，要強化對糧食生產優質品牌建設的科技支撐，要提升糧食生產科技創新研究的科學性（糧食產業科技發展科學研究方法的研究）；二是核心理念要構建高產、優質、高效、綠色多目標協同發展，將糧食生產置于糧食產業發展的自然再生產與經濟再生產緊密結合的作物生產系統；三是“三度\"要求：面向新形勢下糧食生產科技需求，理論與關鍵技術研究要有創新度，集成技術與產業發展要有結合度，技術應用于糧食生產要有貢獻度；四是切入點要強調從問題需求出發，基于規?；洜I體制變革、農業供給側結構性改革、鄉村振興戰略實施背景下的糧食生產發展技術需求，以產出、資源、環境等多技術方向為主攻目標，涉及多個指標體系;五是核心問題要著重于探索作物生產系統中作物、土壤、空氣（冠層）及其要件間的關系，研究內容覆蓋作物學、土壤學、氣象學等多個學科，需要拓展和深化作物栽培學思維與研究，強化作物科學與土壤學、氣象學等學科的深度融合;六是研發環節包括理論基礎、關鍵技術、技術集成、示范應用、效果評價，注重以作物、土壤、氣象三大學科基本內容為出發點進行問題思考、理論研究和關鍵技術研發，注重環節之間的聯系與銜接」.

圖3作物生產系統與作物生態系統的比較

Fig.3 Comparison between crop production systems and crop ecosystems

4多自標協同發展的作物生產系統研究與應用環節

4.1 理論探索

主要針對特定生態區、特定耕作模式（周年、單季）的作物生產系統中作物、土壤、空氣（冠層）三大要件各因子的基本內容及相互關系與機制，重點是作物與環境、技術措施之間的關系，也包括區域間不同地域、不同種植模式間的比較研究和過渡性規律研究.指標可以是產量與效益、資源利用效率、生態環境與可持續發展3個方面，也可以是綜合性的分析.理論研究注重作物生產系統的科學性，需要擴大研究視野、轉換思考角度，需要創新概念、探索新理論、提出新指標[8].

多目標協同發展的作物生產系統理論研究的重點是三大學科基礎問題：作物栽培科學的重點是作物生長發育規律、物質需求規律（養分、水分、光熱、氣體等物質需求，特定生態型的一般性規律、具體品種的規律）、群體構建與優化調控；土壤學的重點是土壤發生與肥力演化、土壤有機質的礦質化與腐殖化、土壤吸水與失水過程;農業氣象學的重點是太陽與地球輻射（輻射平衡、光熱輻射能量、輻射波長、熱量傳導與平衡、溫度變化等）、空氣濕度（水汽壓、飽和水汽壓，相對濕度，露點溫度等）、氣壓及氣體流動（冠層氣壓、風力、風向等）[9].

4.2 關鍵技術創新

主要根據特定生態區的生態特點、特定耕作模式、超噸糧周年豐產的生產條件和當地的主體經營模式（規模化程度）的技術需要，針對技術限制因素開展若干單項關鍵技術研究，明確重大技術的技術原理，形成技術模式.

主要技術包括超噸糧生產體系的光熱肥水高效利用與新型種植制度創新、光熱資源利用與品種篩選（搭配）、作物生長發育與高質量群體構建、作物肥水需求與節水節肥、土壤障礙因子破除與地力培育、生物及氣象災害綠色防控與作物健康管理調控、不同經營規模農機裝備及農機農藝配套、面源污染綜合防控、農田溫室氣體減排與防控、農田廢棄物循環利用與清潔生產、數字化智能化農作生產精準控制、作物生產綜合監測與智慧化管理系統等.

指標體系包括產量（攻關田及核心區產量、大面積產量）、品質（形態品質、營養品質、加工品質）、效率（氣候與土壤等自然資源利用效率、生產投人效率、生產組織效率、勞動生產率）、效益（增產效益、提質效率、投入品高效利用效率、減損效益、規?；M織效益）、生態環境與可持續發展（化肥農藥減施，重金屬及持續性有機物含量及分布，碳匯、碳源、溫室氣體排放，農田土肥力提升狀況，能量及生命周期分析指標、生態服務價值等生態指標），可以是單項的，也可以是綜合的.

4.3 區域技術集成

一是調查分析特定生態區的生態特點;二是分析特定耕作模式超噸糧食周年豐產的生產條件;三是分析當地主體經營模式（規?；潭龋顩r；四是以提高效益、效率為目標的產業結構調整；五是（從規模經營的角度）根據生產目標分析技術需要，將各單項技術、技術模式及既有技術進行不同經營規模條件下的組裝與應用驗證（重點是規范化、標準化）.

4.4 技術示范應用

在分析不同類型經營主體經營規模、技術水平、組織方式的基礎上研究集成技術驗證及應用于經營主體的實現模式，培育支持種植大戶、家庭農場、農民合作社等新型經營主體和龍頭企業發展壯大，對從業于新型經營主體的高素質專業農民開展先進技術培訓，加強農業社會化服務，通過開展糧食作物專業化、規模化技術服務，加強專業化落實相關技術措施，推進多種形式糧食生產新型經營主體適度規模經營，提升糧食生產先進技術規?；瘧盟?

4.5多目標生產技術效果評價

主要包括6個方面的評價：一是技術評價，根據糧食生產發展和項目研究內容的需要，對應用技術進行創新性、先進性和經濟適用性進行評價；二是產量評價，評價單產增產率、增產量等指標；三是品質評價，對不同作物形態品質、營養品質、加工品質以及品牌價值進行評價；四是效益評價，經濟效益評價指標主要：產值、直接投入（土地投入、資本投入、勞動力投入、科技投入）、直接收益等，社會效益主要從糧食的基礎地位、市場保供、可持續發展、科技進步、人才與學科建設等進行評價；五是效率評價，主要評價指標包括生產速率、生產系統成本控制、光熱水肥等資源利用、生產組織效率、勞動生產率等；六是生態環境評價，主要從農業溫室氣體、農田生態系統碳氮水循環與足跡、能值評價、生命周期評價法、農田生態服務價值估算等方面進行評價.

參考文獻

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[7]LESK C，ROWHANI P，RAMANKUTTY N.Influenceof extreme weatherdisastersonglobalcropproduction[J].Nature，2016，

Development of a crop production system for multi-objective coordinated grain production

Li Chunxi

（College of Life Sciences，Henan Normal University，Xinxiang 453oo7，China）

Abstract：The problems currently faced by China's grain production are analyzed，such as the increasing constraints of resourceconditions，the inadequate implementationof grain productiontechnologies，lowproduction eficiency，insuficient highqualityproduction，anddificultiesinincreasinggrainproduction.Itisproposedthatfuturegrainproductionwillfeature threemajordevelopmentcharacteristics：multi-objectivecoordination，comprehensiveness，and hierarchicalclasification，as wellaseighttechnicaldirectiossuchasthecreationoflargescale grenover-tograin.Thecropgrowth process intraditional grainproduction，which mainly focuses on the yield target perunit area，is reviewed.Acrop production system integrating crops，soil，andair（canopy）thatis suitableforthecoordinated development of multiplegoalsin grain production is proposed. The basic ideas， research，and application links of constructing this system are expounded.

Keywords： grain production； multi-objective; coordinated development；crop production system

[責任編校 劉洋 趙曉華]