【正文】 比例 ： 12% 課題 作物高產高效的土壤條件與定向調控 主要 研究內容 ： ① 高產高效的土壤條件和關鍵過程。研究既保障作物高產的水分養(yǎng)分需求，又有利于發(fā)揮作物根系高效吸收利用水分養(yǎng)分的生物學潛力、并降低環(huán)境風險的適 宜根層水肥供應強度；建立高產作物的實時營養(yǎng)診斷技術與指標。通過闡明高產作物養(yǎng)分規(guī)律、作物抵抗生物和非生物脅迫的特殊養(yǎng)分需求以及它們的生理機制，奠定根層養(yǎng)分調控的目標。研究高產高效的根系形態(tài)與生理協(xié)調機制，闡明品種、密度、土壤結構對根系的影響；揭示根層土壤水分養(yǎng)分供應與根系之間的相互作用機制。 研究目標 : 闡明三大作物高產的群體結構特征（葉層分布、莖和結實器官構成）及功能特點（花前與花后物質生產、積累和分配）的關鍵調控過程，揭示作 9 物光合物質生產、貯存與調運的高效機理和高產性能優(yōu)化機制，提出與產量目標相適應的理想群體定向調節(jié)及定量控制指標，為高產新突破提供理論支撐。 ④ 作物 理想群體定向控制。 ③ 作物高產群體產量結構與高效收獲性能。 ②作物高產莖系統(tǒng)結構與抗倒和貯運性能。 承擔單位 : 中國科學院水利部水土保持研究所 課題負責人 : 鄧西平 中科院水利部水土保持研究所 經費比例 ： 12% 第二部分：作物高產與資源高效的關鍵過程 (課題 5， 6， 7) 課題 作物高產群體結構和功能的優(yōu)化機理及其定量控制 主要 研究內容： ① 作物高產群體葉層結構與高效物質生產。探索旱地作物光合同化產物積累分配的調控程度以及根系功能和根冠關系的優(yōu)化調節(jié)對產量和水分利用的補償效應機制。闡明產量和水肥利用效率協(xié)同提高的調控機制，提出相應的調控措施并進行田間驗證。通過對旱地降水資源、土壤水資源與作物產量動態(tài)耦合分析，揭示旱地作物降水生產潛力實現過程中土壤水庫的有效范圍與 可調度。研究工作的技術路線如下： 研究目標 : 闡明影響水稻高產與氮肥高效利用協(xié)同提高的制約因素，明確水稻產量增加 15％、水肥資源生產效率提高 20％的技術途徑、關鍵生理生態(tài)學過程及調 控機制。② 通過高產與氮高效利用基因型的選用、現有高產栽培技術的 集成優(yōu)化、周年光溫資源的配置、基于土壤氮釋放規(guī)律及水稻需氮規(guī)律的氮肥高效管理、水分調控技術促氮轉移等手段提高水稻產量及氮肥利用率，闡明水稻高產高效的途徑及其調控機制 。 研究目標 : 揭示黃淮海平原不同生態(tài)類型區(qū)制約小麥玉米周年高產高效的關鍵因素，闡明光熱等資源在小 麥玉米間的最佳配置和小麥玉米高產高效的調控機制，建立黃淮海平原不同生態(tài)類型區(qū)小麥玉米周年高產高效的栽培理論與實現途徑，小麥玉米產量提高 1015%，水肥資源生產效率提高 20%的技術途徑。通過研究玉米群體增密與莖穗發(fā)育特性、花粒期物質生產分配與籽粒建成充實的關系，闡明玉米增密增穗與延衰增重的調控機制，提出玉米高產高效栽培途徑。通過研究小麥分蘗和群體結構特征、生理生化特性以及抗逆適應機理，闡明 水 肥高效利用群體構建和壯株延衰的機制，提出小麥高產高效栽培途徑。 通過研究光熱資源配置與小麥玉米周年高產高效栽培模式、土壤周年水肥供應與作物水肥需求動態(tài)耦合機制，闡明光熱水肥資源周年高效利用的優(yōu)化配置機制。 研究目標 ：明確高產春玉米群體生育進程與水熱資源動態(tài)同步的機制，提 7 出兩者協(xié)調的栽培調控途徑；闡明密植高產春玉米耕層水熱特性及耕作調控途徑，揭示保護性耕作的蓄水增碳機制；明確密植高產春玉米群體的結構 特征及其與水熱資源空間匹配的機制；為實現雨養(yǎng)春玉米產量增加 15%、水肥資源生產效率提高 20%的目標提供理論依據和技術途徑。 ③ 春玉米密植高產高效調控途徑。闡明高產春玉米區(qū)的水熱資源動態(tài)以及春玉米產量形成對水熱變化和栽培技術演變的響應與適應特征，提出玉米生育進程與水熱時空分布的優(yōu)化配置途徑； ② 高產春玉米耕層土壤水熱動態(tài)特征 及耕作改土途徑。 （五 ）課題設置 圍繞本項目的目標和技術路線，將項目的研究內容設計為三大部 分、八個課題。 以往的單項研究中實現作物高產的技術往往難以重演和大面積復制，而實現水肥資源高效利用的技術往往達不到高產目標的要求。 項目從 作物高產的 群體結構與花后物質生產和分配的動態(tài)協(xié)調機制入手，突破高產栽培 的理論瓶頸； 深入揭示根 土互作過程優(yōu)化根層水肥調控、提高水肥效率；揭示高產高效農田的土壤條件及其定向調控機制，為持續(xù)穩(wěn)定實現高產高效奠定基礎。而本項目則著重 揭示作物高產與資源高效的作物栽培學、植物營養(yǎng)學和土壤學理論基礎，提出以挖掘作物生物學潛力和提高土壤生產力為核心、同時實現作物高產與資源高效的學術思路，這將為國內外農業(yè)可持續(xù)發(fā)展道路 的探索 提供新的思路。 （四） 與國內外同類研究相比的創(chuàng)新點與特色 創(chuàng)新的 學術思路。 課題組與德國、美國、荷蘭、澳大利亞等國家 6 以及國際水稻研究所等國際組織建立了長期的國際合作關系。項目研究單位具有良好的學術聲譽和研究工作條件，擁有覆蓋全國糧食主產區(qū)的實驗站 (場 )，研究條件完全能滿足本項目實施的需要。 有整齊的 研究 隊伍和完備的研究 條件。 在對國內外作物高產與資源高效利用等研究成果充分調研的基礎上，項目首先從保障國家糧食安全這一重大目標入手，研究作物高產群體結構與功能的優(yōu)化機理及定量控制；研究高產高效的土壤條件及其定向調控；并通過對根系 —土壤互作機制的研究，創(chuàng)建作物高產與養(yǎng)分水分資源利用效率協(xié)調提高的新技術途徑。本項目將兩方面優(yōu)勢有機結合，可望在作物高產與資源高效相協(xié)調的理論與技術途徑方面取得突破。 （三） 可行性分析 有堅實的 研究基礎。 (4)作物高產高效的土壤條件與定向調控機理 利用田間定位試驗、室內模擬實驗和土壤性狀與過程建模相結合的方法，通過比較研究不同生產水平土壤主要物理化學性狀和 過程，并定量研究土壤對季節(jié)性干旱、水肥脫節(jié)、壓實等逆境的響應和緩沖機制，提出主要作物持續(xù)高產高效的土壤量化指標和適宜的水肥熱等過程，為建立定向調控高產高效農田土壤、實現大面積持續(xù)高產的技術體系提供理論依據。 (2)作物高產群體結構與功能的優(yōu)化機理及其定量控制 田間小區(qū)試驗、室內試驗和區(qū)域比較試驗相結合，分析小麥、玉米、水稻三大糧食作物不同產量水平、不同基因型的群體結構與功能特征，明確作物高產條件下個體與群體、源與庫的協(xié)調關系，揭示群體結構與花后物質生產、分配的動態(tài)協(xié)調機制，闡明作物高產群體結構與功能定量控制的栽培學原理。 (二 )技術途徑 根據以上學術思路 ， 以小麥、玉米和水稻三大糧食作物為研究對象， 本研究通過多學科合作： (1)從 揭示我國糧食作物四大生產體系 (東北春玉米、華北小麥 玉米、南方水稻、西北旱作 )當前 影響產量和資源效率提高的限 制 因素和 主控過程入手 ， 建立四大生產體系適應我國農業(yè)生產條件的、在現有基礎上產量增長1015%、水肥資源生產效率提高 20%的技術調控途徑 ； (2)在更高的產量和效率目標下，圍繞作物高產高效的栽培調控和資源配置的三個關鍵過程，即：作物高產群體結構與功能的調控過程、高產作物水肥高效利用的根 土互作過程、作物高產高效的土壤條件與關鍵過程，深入開展高產高效的基礎理論研究，破解本項目的兩個關鍵科學問題，為進一步大幅度