论文标题：Green technology for increasing grain crop production and efficiency: innovation and application in China

期刊：Frontiers of Agricultural Science & Engineering

作者：Wen-Feng CONG, Hao YING, Feiyu YING, Zhichao AN, Jianbo SHEN, Fusuo ZHANG

发表时间：15 Sept 2025

DOI：10.15302/J-FASE-2025630

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绿色增产增效技术

Green Technology for High Yield and Nutrient Use Efficiency

专 辑 文 章 介 绍

· 第一篇 ·

▎论文ID

Green technology for increasing grain crop production and efficiency: innovation and application in China

中国主要粮食作物绿色增产增效技术：创新与应用

文章类型：Review

发表年份：2025年

第一作者：丛汶峰、营浩

通讯作者：丛汶峰

Email: wenfeng.cong@cau.edu.cn

作者单位：中国农业大学资源与环境学院，国家农业绿色发展研究院，养分资源高效利用全国重点实验室

Cite this article :

Wen-Feng CONG, Hao YING, Feiyu YING, Zhichao AN, Jianbo SHEN, Fusuo ZHANG. Green technology for increasing grain crop production and efficiency: innovation and application in China. Front. Agr. Sci. Eng., 2025, 12(3): 431–440 https://doi.org/10.15302/J-FASE-2025630

· 文 章 摘 要 ·

在保障粮食安全的同时实现资源高效利用与生态环境保护，是全球农业亟待解决的核心挑战。中国提出“12345”农业科研范式，倡导跨学科、跨主体的协同创新。本文以绿色增产增效技术为案例，系统梳理其三大核心路径——高产群体构建、高效根际调控与健康土壤培育，深入阐释其在提升作物产量、提高养分利用效率和减少环境污染方面的科学原理与应用成效。通过大规模田间示范与实证分析，展示该范式在推动农业绿色转型中的广泛适用性，并提出具有全球推广潜力的可持续农业发展路径。

· 文 章 亮 点 ·

1. 首次提出面向未来高质量发展的“12345”农业研究范式，突破传统“高产-绿色”不可兼得的发展困境；

2. 构建绿色增产增效技术三大核心路径：高产群体构建、根际调控与健康土壤培育；

3. 基于全国范围内的大田试验验证技术的普适性与高效性；

4. 绿色增产增效技术累计覆盖耕地面积超过4000万公顷，支撑落实联合国6项可持续发展目标 (SDGs)；

5. 提出符合中国国情的农业绿色转型路径，对其他发展中国家具有重要借鉴意义。

· Graphical abstract ·

· 研 究 内 容 ·

▎引言

当今全球农业正面临前所未有的系统性挑战：一方面，人口增长与消费结构升级持续推高粮食需求；另一方面，农业过度依赖高投入带来严重的资源浪费与生态风险，包括氮磷流失、温室气体排放和土壤退化等环境问题。

以中国为例，尽管耕地面积仅占全球的8.6%，却养活了近20%的人口，取得显著成就的同时，也伴随着资源透支和环境代价 (图1)。传统农业发展范式往往以单一目标驱动，如追求最大产出或最低成本，难以同时满足现代农业对产量、资源效率与生态环境的综合诉求。因此，亟需建立一种兼顾“产能提升、资源节约与环境友好”的农业新模式，推动实现从单目标导向向多维协同转型。

图1 (a) 1980年至2022年中国粮食产量、氮肥使用量、养分利用效率 (NUE) 和氮损失的历史变化；(b) 主要产区玉米、小麦、水稻的粮食产量，(c) 主要产区玉米、小麦、水稻的养分利用效率差距。

▎绿色增产增效技术的“12345”农业研究范式

绿色增产增效技术的提出植根于“12345”农业研究创新框架 (图2)，强调将科研与农业实践紧密结合，解决现实问题。

1个出发点：从农业生产中的现实问题出发，尤其聚焦当前耕地质量下降、肥料过量投入、氮磷污染加剧等关键痛点；

2组核心协同目标：一是实现粮食增产与污染减排协同，二是推动农业经济发展与生态环境保护协同；

3个长期发展目标：国家粮食安全、资源利用效率提升与农业环境可持续；

4个原则方法：包括多目标协同 (产量、效率、环境、收入)，多过程集成 (种植-施肥-收获)，多主体参与 (政府、企业、农民、科研)，跨学科融合 (农学、生态、工程)；

5个研究步骤 (DAIRA)：描述 (Describe)、分析 (Analyze)、创新 (Innovate)、重构 (Redesign)、应用 (Apply)，形成科学研究-技术研发-政策推广闭环。

该范式突破以往“自上而下”的单一研发思路，倡导从田间到实验室的循环反馈，以农业生产问题为核心驱动力。

图2 绿色增产增效技术提高主要粮食作物产量和效率的技术原理。

▎绿色增产增效技术的三大核心(图3)

1. 高产群体构建

旨在通过优化群体结构，实现最大光合效率与资源利用率。技术核心包括：

(1) 耐密品种选育；

(2) 合理密植；

(3) 品种搭配和株行距配置。

研究显示，在212个试点，玉米种植密度提升15,000株/公顷，在不增氮的情况下产量提升5.6%，污染显著下降。

2. 根际调控技术

通过调控“根-养分-微生物”界面，提高养分同步供需匹配与利用效率。关键措施有：

(1) 使用“绿色智能肥料”，提高根际活性；

(2) 施用刺激根系生长的有机碳源 (如果糖)；

(3) 局部定位施肥以激发氮磷吸收；

(4) 推广水肥一体化技术与精准供给策略。

例如，利用铵态氮诱导根系酸化，提升磷酸酶活性，提高作物磷吸收率和产量。

3. 健康土壤构建

土壤是作物稳产的基础。绿色增产增效技术强调从碳、氮、结构和生物网络四方面提升土壤功能：

(1) 有机无机肥料配合施用，促进微生物多样性；

(2) 采用秸秆还田、堆肥、有机碳激活等措施；

(3) 增强团聚体结构，提高水肥保留能力；

(4) 推广间作或轮作，增加地下生物互作。

图3 绿色增产增效技术提高主要粮食作物产量和效率的技术原理。

▎绿色增产增效技术的区域实践成效

全国“绿色增产增效技术农田网络”覆盖31个省份，涉及12,403个点位的多年试验对比 (图4)，结果表明，与农户传统实践相比，绿色增产增效技术：

(1) 作物产量提升21%–87%；

(2) 氮肥用量基本持平或减少；

(3) 氮肥利用率提高24%–32%；

(4) 氮素活性损失减少50%–56%；

(5) GHG排放密度下降31%–47%。

2005–2015年间，已有452个县、2090万农户应用绿色增产增效技术，累计推广面积超过4000万公顷，成为中国农业绿色转型的重要实践载体。

此外，在南方稻麦区、东北玉米区、华北平原等区域均开展了特色化适应技术优化与本地品种整合应用，显示出良好适应性与扩展性。

图4 绿色增产增效技术 (GT) 与农户常规做法 (FP) 在粮食产量、施氮量、活性氮损失及氮素利用效率上的表现。

· 启 示 ·

绿色增产增效技术作为中国提出的农业可持续发展新路径，不仅破解了“增产与减排难以兼得”的矛盾，更为全球类似农业结构国家提供了借鉴。

中国经验的全球价值包括：

(1) 绿色增产增效技术与可持续发展目标 (SDGs) 高度契合，可直接对接“零饥饿”、“清洁水源”、“气候行动”等6大目标；

(2) 推动粮食生产不依赖耕地扩张，保护生态空间；

(3) 实现农业系统从资源消耗型向资源节约型、生态友好型转型。

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