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最新觀點| 2030年中國玉米生產可通過優化農作物管理實現自給自足

作者:劉倩倩、魏珣


玉米(Zea mays L.)作為我國的主要農作物,年產量占全球總產量的23%。然而,近年來我國對玉米的進口需求迅速增長,2021年達到峰值2835萬噸。由于我國農業耕地面積有限,如何通過提高玉米的單產來實現自給自足對于中國乃至全球糧食安全至關重要。此外,研究發現,種植密度是提高玉米單產的關鍵指標。在歐美等國家和地區的研究中,密度的選擇需要協調品種、環境和管理措施之間的平衡。高密度種植會導致植株之間的光能、水分和養分競爭加劇。在我國特定的生態和生產條件下,解決植株間競爭和資源利用之間的矛盾是實現增密增產的關鍵問題,也是全球作物高產生態生理研究的熱點和重要課題。因此,通過優化種植密度以及采取合理的栽培管理措施,我國有望提高玉米的單產并實現自給自足。這對保障全球糧食安全具有重要意義。

2023年5月6日,中國農業大學農學院孟慶鋒教授研究團隊在Nature Communications上發表了題為“China can be self-suffificient in maize production by 2030 with optimal crop management”的最新研究論文。這項研究通過多年大規模的田間研究,摸索并建立了實現大面積玉米高產的栽培技術途徑,為我國實施玉米單產提升工程和千億斤糧食產能提升行動提供了支持。同時,孟慶鋒教授研究團隊還在理論上闡明了玉米地上冠層、天氣和地下土壤之間的耦合機制,并提出了未來十年中國玉米產量增加的主要調控技術途徑。此研究為我國實現玉米自給自足提供了重要的科學依據和指導。

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為了解決上述科學和生產問題,孟慶鋒教授研究團隊基于151個田間試驗和2242組數據的總結,進行了理論框架設計。借助基于品種、天氣和管理等指標的OPD-RF機器學習模型,他們成功構建了覆蓋我國主要玉米產區的模型。研究結果表明,在優化種植密度的條件下,全國平均適宜的種植密度為每公頃7.8萬株。在這種密度下,全國的玉米產量可以達到每公頃11.7噸,相比目前農民的產量水平(每公頃6.0噸),優化種植密度可以使我國玉米產量接近翻倍。此外,不同的玉米主產區在優化密度和產量方面可能存在一定的差異。

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圖1. 優化密度和產量的理論設計

進一步驗證上述理論結果的實際可行性,孟慶鋒教授研究團隊于2017至2020年期間,在我國主要的玉米生態區開展了87個田間試驗(考慮地點和年份的因素)。通過這些試驗的結果,團隊進一步證實了玉米增密增產的潛力。研究結果表明,在田間優化密度的情況下,實際平均種植密度接近理論設計結果,每公頃種植密度為7.8萬株,并且實現了類似的產量水平。這一實驗證明了優化密度對于提高玉米產量的有效性。

3.png圖2. 田間試驗驗證優化密度和產量

根據孟慶鋒教授團隊研究中采用的優化種植密度,預計到2030年,我國玉米的總產量將達到4.92億噸,足以滿足國內的需求,實現玉米生產的自給自足。未來,隨著栽培技術的不斷進步,結合使用優良品種和提升土壤質量等綜合措施,我國有望大幅緩解氣候變化對玉米產量的影響。

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圖3. 基于不同情景的玉米密度和產量預測



總結:通過大規模田間試驗數據,孟慶鋒教授團隊驗證了當前我國玉米的最佳種植密度為每公頃7.8萬株,相應的產量為每公頃11.7噸,與當前農民的產量相比增加了約一倍。未來,通過采用優化的栽培措施和結合優良品種的種植,我們能夠實現我國玉米的自給自足,滿足國內的需求。在當前全球糧食增產緩慢甚至停滯的情況下,這項研究為糧食單產的持續提升提供了新的參考方案。



原文鏈接:

https://www.nature.com/articles/s41467-023-38355-2














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