過(guò)去二十年來(lái)，評(píng)論員把轉(zhuǎn)基因作物稱作是解決世界食品危機(jī)的靈丹妙藥。然而，想要避免土壤的進(jìn)一步退化、自然棲息地的破壞和空氣與水的污染，同時(shí)讓糧食顯著增產(chǎn)，以養(yǎng)活持續(xù)增長(zhǎng)的世界人口，農(nóng)業(yè)仍需吸納多種方法。

中國(guó)正在推進(jìn)這種混合策略，這給世界其他地方提供了一個(gè)非比尋常的實(shí)驗(yàn)室。

從2003年到2011年，中國(guó)谷物增產(chǎn)了大約32%（是世界平均水平的二倍還多[1]）。這其中主要靠的是改善低效農(nóng)田的效率。然而要滿足未來(lái)二十年中國(guó)的預(yù)計(jì)需求，仍需要增產(chǎn)30-50% [2]。

中國(guó)幾乎沒(méi)有更多可以開(kāi)墾的土地，而且有些地方水資源短缺已觸及警戒線。更糟的是，化肥濫用是空氣污染的罪魁之一[3]，而空氣污染是造成每年成千上百例早逝的主要風(fēng)險(xiǎn)因素。

濫用化肥也導(dǎo)致眾多河湖、沿海地區(qū)受水華之害，其中以華南為甚。

受如此迫切的需求驅(qū)動(dòng)，為了生產(chǎn)更多的糧食，也為了減輕農(nóng)業(yè)的環(huán)境危害，中國(guó)科學(xué)家正運(yùn)用政府資金致力于提升糧食產(chǎn)量至其生物物理極限。

關(guān)于如何用最少的經(jīng)濟(jì)環(huán)境成本換取最大的產(chǎn)量，發(fā)展中和發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體要向中國(guó)尋求指導(dǎo)，整合包括基因改造在內(nèi)的各種實(shí)驗(yàn)和建模研究。

多種方法讓農(nóng)田更肥沃

在美國(guó)，人均耕地面積有半公頃多一點(diǎn)。相比之下，中國(guó)13億人，人均可利用耕地僅有十分之一公頃。

這個(gè)國(guó)家有2.3億塊農(nóng)田，其中90%多都很小——比如，華北平原一塊典型的農(nóng)田大概7米寬，160米長(zhǎng)[4]。

這些農(nóng)田的所有者經(jīng)常在臨近的市鎮(zhèn)有別的工作，而土地又如此之小，因此對(duì)他們來(lái)說(shuō)，投資機(jī)械設(shè)備和全年作物與土壤管理沒(méi)有什么經(jīng)濟(jì)意義。

同時(shí)，連年耕作耗盡了中國(guó)許多土壤的天然營(yíng)養(yǎng)儲(chǔ)備，而肥料濫用又造成了土壤酸化[5]?？傮w上，施于土地的肥料只有不到50%被作物吸收了[6]——剩余的大部分都泄漏進(jìn)了環(huán)境。

面對(duì)此種挑戰(zhàn)，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)家正試圖通過(guò)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)分析，給玉米、大米、小麥等本國(guó)主要糧食增產(chǎn)。

在試驗(yàn)田和農(nóng)田研究中，他們追蹤了水、營(yíng)養(yǎng)、遺傳物質(zhì)、太陽(yáng)能與化石能源、人畜力等輸入產(chǎn)出項(xiàng)。

例如，通過(guò)化學(xué)檢測(cè)雨水和灌溉水、監(jiān)視化肥和糞肥的添加量，研究人員估算出了進(jìn)入系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的總量與種類。

通過(guò)調(diào)整重復(fù)實(shí)驗(yàn)田的條件和方法，并經(jīng)過(guò)多年跟蹤，各類輸入產(chǎn)出已經(jīng)能夠達(dá)到最優(yōu)，能消耗最少的資源和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)獲得最大的收益。

在北京，一個(gè)由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)帶頭、16所院校及研究所共同參與的項(xiàng)目中，研究人員在過(guò)去5年研究了11個(gè)省份、將近500塊實(shí)驗(yàn)田里玉米、大米、小麥的生長(zhǎng)。迄今他們已經(jīng)實(shí)驗(yàn)田中獲得作物增產(chǎn)和氮肥效率提高30%-50%。

研發(fā)新作物品種和雜交品種的基礎(chǔ)研究，也是增加作物產(chǎn)量和減少環(huán)境危害的一個(gè)重要部分，而在這其中轉(zhuǎn)基因技術(shù)近年變得日益重要。

中國(guó)首例獲準(zhǔn)商業(yè)使用的轉(zhuǎn)基因作物——轉(zhuǎn)基因Bt棉的種植，讓農(nóng)民自1997年起增收約6%，減少殺蟲(chóng)劑使用大概80%。即便中國(guó)公眾對(duì)轉(zhuǎn)基因糧食作物持謹(jǐn)慎態(tài)度，中國(guó)中央政府仍于2008年建立了一項(xiàng)耗資250億人民幣（相當(dāng)于當(dāng)時(shí)37億美元）、針對(duì)轉(zhuǎn)基因的12年研發(fā)計(jì)劃。仰仗省級(jí)政府的資助[8]，該計(jì)劃得以囊括中國(guó)的主糧作物。

農(nóng)學(xué)家同時(shí)在以下方面開(kāi)展了研究：莖、葉、谷粒的生長(zhǎng)過(guò)程中水、營(yíng)養(yǎng)和陽(yáng)光的分配；土壤構(gòu)造和根部化學(xué)過(guò)程的作用；生物、化學(xué)、地質(zhì)作用如何決定土壤性質(zhì)。

這些研究讓我們能知悉使用肥料的最佳時(shí)機(jī)，抑或是決定種植日期與植株密度，以最好的利用水和陽(yáng)光。

例如，得益于近來(lái)在20個(gè)省份、5000多塊試驗(yàn)田進(jìn)行的一項(xiàng)根區(qū)養(yǎng)分管理研究，由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)帶頭的一個(gè)團(tuán)隊(duì)在7年的時(shí)間里，使作物平均增產(chǎn)12%，同時(shí)減少了24%的肥料使用。

已經(jīng)取得的成果

得益于從實(shí)驗(yàn)田和實(shí)際農(nóng)田里學(xué)到的知識(shí)，中國(guó)科學(xué)家已經(jīng)在維持產(chǎn)量的前提下把肥料使用降到了經(jīng)濟(jì)最優(yōu)水平。

2003到2006年，一項(xiàng)囊括49個(gè)位于華北平原和太湖地區(qū)的真實(shí)農(nóng)田的田間試驗(yàn)的研究里，在不造成大米、小麥或玉米減產(chǎn)的前提下，來(lái)自各機(jī)構(gòu)的研究人員減少了30-60%的肥料用量[6]。（此研究支持了前文提到的肥料利用和效率的其他研究。）其他一些生態(tài)系統(tǒng)建模得出的結(jié)論也很有前景。

為了實(shí)現(xiàn)全國(guó)糧食增產(chǎn)30%-50%的目標(biāo)，中國(guó)政府在農(nóng)業(yè)研究的投入，從2000年的70億人民幣提高到了2009年的244億人民幣，是原先的三倍還多；兩者分別占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的0.36%和0.66%。

自2008年起，國(guó)家已經(jīng)給發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的全國(guó)性組織網(wǎng)絡(luò)分配了30億資金。這一網(wǎng)絡(luò)成立之初即包括50所高校、340家研究所、200家公司，以及超過(guò)2000名農(nóng)學(xué)家。

即使如此，把如此多的研究結(jié)果轉(zhuǎn)化成大量的小型農(nóng)田實(shí)踐，依然是一項(xiàng)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為了完成知識(shí)到技術(shù)的轉(zhuǎn)化，中國(guó)政府在全國(guó)主持了1.2萬(wàn)多項(xiàng)研發(fā)主導(dǎo)的作物和土壤管理示范；同時(shí)建立了一些項(xiàng)目津貼，比如去年，在指導(dǎo)農(nóng)民肥料添加的用時(shí)用量的試驗(yàn)里投入了15億人民幣。

中國(guó)農(nóng)業(yè)研究需要緊跟不同尋常的社會(huì)變化，還要關(guān)注日益增長(zhǎng)的糧食、資源和環(huán)境需求。

隨著數(shù)百萬(wàn)人涌入北上廣等城市尋求工作機(jī)會(huì)，南北方農(nóng)業(yè)中心勞動(dòng)力將日益短缺。農(nóng)田可能會(huì)合并，一個(gè)人就要管理幾公頃土地。

另一方面，隨著更多的肉類和奶制品需求，飼料進(jìn)口將增加。比如中國(guó)2012年將近80%的大豆（5840萬(wàn)噸）都是進(jìn)口的。

中國(guó)這種數(shù)百萬(wàn)小塊農(nóng)田組成的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)很特殊。然而中國(guó)農(nóng)業(yè)研究的視角、質(zhì)量和歷程，還有應(yīng)對(duì)基本環(huán)境挑戰(zhàn)的意愿和需要，值得印度、孟加拉等國(guó)從中國(guó)科學(xué)家和系統(tǒng)中獲得指導(dǎo)。

歐洲、北美、新西蘭、澳大利亞等地的農(nóng)戶同樣能從中國(guó)的方法中學(xué)到東西。節(jié)約資源，減少環(huán)境影響，應(yīng)對(duì)氣候變化，不斷增產(chǎn)，這些對(duì)每一個(gè)國(guó)家都是至關(guān)重要的目標(biāo)。

本文作者張福鎖為中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境與糧食安全研究中心主任。陳新平為中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境與糧食安全研究中心教授；Peter Vitousek為美國(guó)斯坦福大學(xué)生物系教授。

來(lái)源：果殼網(wǎng)

本文編譯自Nature:An experiment for the world

圖片來(lái)自Nature

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