如何靠科技破解粮食单产提升难题？

华北平原是我国重要的“粮仓”，其冬小麦和夏玉米种植面积占全国小麦和玉米总种植面积的73.6%和30.6%，但其农业生产长期面临“高投入、低效率”的困境——化肥用量较四十年前增长超4倍，而粮食产量仅增加1.2倍，水资源过度开采和土壤退化问题也日益突出。如何在保障粮食安全的前提下，实现农业生产与生态保护的平衡？

近日，中国农业大学资源与环境学院张卫峰和宁鹏团队提出了在华北平原冬小麦-夏玉米轮作系统中实现22.5吨/公顷年产量的可持续生产路径，为破解这一难题提供了科学参考。相关文章已发表于《农业科学与工程前沿》（英文）(DOI: 10.15302/J-FASE-2025618)。

研究指出，当前华北平原农户的冬小麦-夏玉米年产量平均为12.8吨/公顷，而该区域最高产量记录已达28.1吨/公顷，表明粮食增产仍有巨大潜力。然而，传统种植模式中，化肥的过量施用导致养分利用率低下，区域地下水持续消耗，土壤有机质含量仅为美国农田的三分之一，极端气候事件（如晚霜冻、干旱）也频繁威胁作物生长。若不改变现有模式，到2050年粮食需求增长将进一步加剧资源环境压力。

通过“土壤-作物-气候-管理”多要素协同调控，可在减少资源投入的同时提升产量。例如，优化种植制度方面，适当推迟冬小麦播种期、延长夏玉米灌浆时间，能使光热资源利用率以每年71.7公斤/公顷的速度提升；采用“四密一稀”宽窄行种植技术结合浅埋滴灌，可实现水肥同步精准管理，较传统模式氮素投入减少，同时使小麦和玉米产量增加。

土壤改良是另一关键途径。长期施用有机肥和秸秆还田可提升土壤有机质含量，当土壤有机质达到20–30克/公斤时，作物产量可提高约五分之一，且能增强土壤保水保肥能力。深翻耕作能打破犁底层，改善土壤通透性，配合免耕技术可减少碳排放，实现“藏碳于土”。

目前华北平原农业劳动力老龄化加剧，传统经验型种植难以适应现代化需求。通过“科技小院”模式，科研人员驻村与农民共同试验，将复杂技术转化为“易学、易用”的本地化方案。例如，在河北曲周县的实践中，农民参与技术设计后，小麦和玉米产量分别提升7.2%和11.4%，氮肥利用率提高27%–28.1%，证明“科学家+农户”协同创新是技术推广的有效路径。

研究建议，未来需从以下几个方面推进可持续作物生产：一、优先加强农业基础设施建设与耕地土壤质量提升；二、加快优良作物品种选育以充分释放高产潜力；三、推动研究方法的互通融合，聚焦优良品种、有效方法与先进技术的集成应用；四、协调国家政策与社会行动，加强农业技术推广服务能力建设。