【正文】 提高產量和資源利用效率提供理論依據； (3)從挖掘作物增產潛力和提高資源利用效率兩方面入手，揭示區(qū)域間大面積作物高產高效的潛力差異、資源技術限制，闡明 區(qū)域關鍵資源技術要素間替代作用和補償效應， 明確不同區(qū)域實現(xiàn)大面積高產高效潛力的資源投入和經濟代價，提出不同區(qū)域高產高效的實現(xiàn)途徑。 4 三、研究方案 (一 )學術思路 本項目的學術思路是： 通過挖掘作物的生物學潛力和提高土壤生產力，而非過分依賴水肥等大量投入，實現(xiàn)作物產量和 資源利用效率的協(xié)同提高。 (6) 發(fā)表 SCI 收錄論文 120 篇， 出版專著 3 本。 (4) 明確穩(wěn)定實現(xiàn)作物高產高效的土壤條件，揭示 高產高效土壤對逆境 條件的響應 和緩沖機理 ， 闡明提高土壤生產力的 原理與途徑。 (2) 闡明作物高產的群體結構與花后物質生產、分配的動態(tài)協(xié)調機制 ，為進一步大幅度提高作物產量的 高效群體 定向控制提供理論依據。 同時， 促進作物栽培、土壤和植物營養(yǎng)等學科的人才隊伍建設， 打造一個以解決我國農業(yè)重大問題為宗旨的多學科緊密結合的研究平臺， 提升我國作物高產栽培與農業(yè)資源高效利用研究的理論水平和解決實際問題的能力，引領作物高產與資源高效的研究 方向 。 3 二、預期目標 (一 )總體目標 本項目的總體目標是建立作物產量與資源利用效率協(xié)同提高的理論與技術體系。 主要研究內容包括： 2 ① 作物高產群體結構與功能的優(yōu)化機理及定量控制 ； ② 高產作物水肥高效利用的根 土互作機理 ； ③ 作物高產高效的土壤 條件 及 定向 調控 。 第二部分 作物高產與資源高效的關鍵過程 研究重點是在更高的產量和資源效率目標下，揭示作物產量形成、水肥調控和土壤過程的規(guī)律，為調控途徑的再創(chuàng)新提供理論依據。 第一部分 四大生產體系 作物高產高效的關鍵限制因素 與突破途徑 重點圍繞在現(xiàn)有生產基礎上實現(xiàn)作物高產和資源高效的第一步目標， 以 我國三大糧食作物小麥、玉米和水稻為研究對象，集中闡明作物四大 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 影響產量提高的制約因素 及主控過程 ， 通過栽培和土肥技術的集成創(chuàng)新， 建立 四大生產體系適應我國當前農業(yè)生產條件的、在現(xiàn)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。 穩(wěn)定實現(xiàn)作物高產高效 ，急需闡明高產高效的土壤條件和關鍵過程，揭示土壤對逆境條件的響應和緩沖機理，明確提高土壤生產力的定向調控途徑 。 (2)穩(wěn)定實現(xiàn)作物高產高效的土壤 條件及其調控途徑 。 項目名稱： 主要糧食作物高產栽培與資源高效利用的基礎研究 首席科學家： 張福鎖 中國農業(yè)大學 起止年限： 至 依托部門： 教育部 農業(yè)部 1 一、研究內容 (一 )擬解決的關鍵科學問題 針對 作物 產量 與資源 利用效率協(xié)同提高這一重大 科學命題 ， 本項目 從挖掘作物生物學潛力和提高土壤生產力入手，重點 解決以下 兩個 關鍵科學問題： (1)作物 群體結構與花后物質生產、分配的動態(tài)協(xié)調 及其栽培調控原理。 作物產量的進一步提高主要依賴于群體的增大和花后物質生產的貢獻，如何構建高效能生產系統(tǒng)、高 強度支持轉運系統(tǒng)、高質量受容系統(tǒng)，克服群體增大條件下個體與群體、源與庫、根與冠等矛盾，關鍵在于 闡明 作物 群體結構與花后物質生產、分配的動態(tài)協(xié)調 及其栽培調控原理。 良好的土體構型、耕層結構和水肥保持與供應能力既是作物高產的基礎，也是水肥資源高效利用的關鍵。 (二 )主要研究內容 圍繞以上關鍵科學問題， 以我國三大糧食作物小麥、玉米和水稻 為研究對象，開展高產高效的作物栽培學、土壤學和植物營養(yǎng)學 聯(lián)合 研究 ，擬分以下 3 個部分進行研究 。主要研究內容包括： ① 春玉米密植高產與水熱高效的協(xié)調機制與途徑 ； ② 小麥 玉米周年高產高效的栽培學機制與途徑； ③ 高產水稻氮肥高效利用機制與途徑； ④ 西北 旱作 高產栽培 的水分高效利用 原理及 調控。具體將 針對作物高產群體結構與花后物質生產、分配的動態(tài)協(xié)調及其栽培調控原理這一關鍵科學問題 ，開展高產作物群體結構與功能的優(yōu)化機理及定量控制 ，以及 水肥高效 利用 的根 土互作 機理研究；針對 穩(wěn)定實現(xiàn)作物高產高效的 土壤條件及其調控途徑這一關鍵科學問題， 深入 探索 土壤 條件 和 土壤關鍵 過程對 實現(xiàn) 作物高產高效的影響 與定向調控原理。 第三部分 糧食主產區(qū) 作物高產高效潛力與實現(xiàn)途徑 針對我國糧食安全目標和資源約束條件，重點探索糧食主產區(qū)作物 高產高效潛力的區(qū)域特征， 明確 不同區(qū)域實現(xiàn)高產高效的 關鍵 資源與技術 制約因素 及其限制程度； 揭示區(qū)域關鍵資源要素間 的替代 效應，明確技術因素對限制性資源 因 素的補償作用 以及關鍵 技術優(yōu)化 和資源 匹配機制 ； 闡明各區(qū)域高產高效潛力挖掘的資源與經濟代價 ， 提出不同區(qū)域高產高效潛力的實現(xiàn)途徑。在基礎理論方面，揭示高產高效作物群體和土壤條件的內在規(guī)律，明確作物高產高效的協(xié)同調控機制，使我國作物高產高效的理論研究在國際上占有重要的地位；在應用方面， 闡明影響我國糧食作物 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 )高產高效的限制因素 、主控 過程 、區(qū)域潛力和資源代價，為解決我國糧食安全和資源高效的國家重大需求提出切實可行 的 技術途徑 和決策建議。 (二 )五年預期目標 （ 20202020 年） (1) 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 高 產高效的限制因素 和主控過程 ，建立 四大生產體系適應我國農業(yè)生產條件的、在現(xiàn)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 。 (3) 揭示高產作物根系 與根層水分養(yǎng)分的 互作機制，建立 大幅度提高作物產量條件下 以根 土互作為核心的養(yǎng)分水分資源高效利用理論與途徑 。 (5) 明確 我國 糧食主產區(qū)作物 高產高效 潛力的區(qū)域特征、 制約因素 和挖潛的資源與經濟代價 ， 提出不同區(qū)域高產高效潛力的實現(xiàn)途徑， 為國家糧食安全和資源高效利用的戰(zhàn)略決策提供科學依據 。 打造一個高水平的作物栽培學、土壤學和植物營養(yǎng)學綜合研究平臺， 培養(yǎng) 5－ 10 名在國際農學界有競爭力的中青年科學家，培養(yǎng)博士研究生 40 名。挖掘作物生物學潛力和提高土壤生產力、實現(xiàn)大面積作物高產高效的關鍵在于： (1)構建理想群體、協(xié)調花后物質生產與分配，實現(xiàn)作物高產； (2)利用根 土互作原理，同步根層水肥供應與高產作物需求，實現(xiàn)資源高效； (3)提高土壤基礎生產力，增強抗逆能力和緩沖性，穩(wěn)定實現(xiàn)作物高產高效。 主要研究內容及其研究思路、研究方法和預期結果如下： (1) 四大生產體系作物高產高效的關鍵限制因素與突破途徑 通過多點田間定位試驗，闡明我國作物四大生產體系 (東北春玉米、華北小麥 玉米、南方水稻、西北旱作 )高產與資源高效利用的限制因素和主控過程；通過高產栽培技術與養(yǎng)分水分資源高效利用的