南方水稻新质生产力发展调研报告(1-3章节)

刘正辉 ^[1] 陈松 ² 黄见良 ³ 周凤明 ⁴ 刘也嘉 ⁵ 程方民 ⁶ 赵全志 ⁷ 任万军 ⁸ 曾勇军 ⁹ 武立权 ¹⁰ 黄敏 ¹¹ 丁艳锋 ¹

¹ 南京农业大学； ² 中国水稻研究所； ³ 华中农业大学； ⁴ 苏垦农发股份有限公司； ⁵ 金健米业股份有限公司； ⁶ 浙江大学； ⁷ 贵州大学； ⁸ 四川农业大学； ⁹ 江西农业大学； ¹⁰ 安徽农业大学； ¹¹ 湖南农业大学.

[1] 刘正辉，1975年11月生，南京农业大学教授，“十四五”国家重点研发计划项目负责人。Email：[email protected]

【摘要】本文以新质生产力理论为指导，基于近3年对江苏、浙江、湖南等南方8省水稻产业的调研结果，从科技创新链角度，剖析了我国稻作理论创新与应用遭遇瓶颈的客观原因。认为当前稻作理论研究与生产实际场景、工具手段革新之间严重脱节，难以支撑水稻新质生产力发展。提出要以稻作理论突破为源头，借助表型组学等前沿技术手段提升群体水平研究，揭示水稻产量、品质、抗逆性形成的生理生态机理，构建丰产、优质和绿色协同的高质群体塑造理论；同时，深化与新型经营主体合作，深度切入生产场景，联合开展高质群体塑造的核心技术、工具手段创新与集成示范，打通先进稻作技术推广的“最后一公里”障碍。文末规划了南方水稻新质生产力跃升的科技发展战略和实施路线图，旨在为国家农业科技发展规划提供参考。

报告提纲

1. 引言

2. 作物栽培学的科技创新链

2.1 基础理论

2.2 核心技术

2.3 工具手段

2.4 作物生产

2.5 栽培之路

3. 南方水稻新质生产力跃升的科技需求调研

3.1 基础理论支撑乏力

3.2 核心技术供应不足

3.3 工具手段参差不齐

4. 南方水稻新质生产力跃升的科技发展策略

4.1 以栽培基础理论创新为源头

4.2 以核心技术突破带动集成创新

4.3 以新型工具手段应用为载体

5. 南方水稻新质生产力跃升的科技发展规划

5.1 主要目标

5.2 重点方向

5.3 任务清单

5.4 应用场景

6. 总结与展望

1. 引言

生产力是人类利用和改造自然、并从自然界获得物质生活资料的能力，是人类社会发展的根本动力，也是一切社会变迁和政治变革的终极原因（习近平，2024）。生产力系统的构成要素分为两大类：独立的实体要素和非独立的附着性、渗透性要素。前者为硬件，包括劳动资料、劳动对象和劳动者；后者为软件，包括科学技术、经济管理等。新质生产力是由技术革命性突破、要素创新性配置、产业深度转型升级而催生的当代先进生产力，以劳动者、劳动资料、劳动对象及其优化组合的跃升为基本内涵，以全要素生产率提升为核心标志。原创性、颠覆性科技创新，是发展新质生产力的核心要素（姜长云，2024）。

当前，以学科交叉、跨界融合为特征的第四次科技革命风起云涌。人工智能、量子计算、无线通信、物联网、区块链等信息技术，合成生物学、基因工程、神经科学、再生医学等生命科技，以及基于数字化、网络化、智能化的现代制造技术等智能科技革命成果，极大拓展了人类的体力和智力，深刻塑造了全球经济、社会发展格局。与此同步，一场全新的农业革命如日初升，人工智能等数字技术正成为发展农业新质生产力的主导力量（罗必良，2024）。

作物栽培学是研究作物生长发育、产量和品质形成规律及其与环境条件的关系，并在此基础上采取栽培技术措施，实现作物高产、优质、高效、生态和安全生产的一门应用基础学科（刘正辉等，2015）。我国粮食产量持续稳定增长，其中水分、肥料、密度和播期等栽培技术进步的贡献率约为1/3，作物栽培学科在保障口粮安全、稳固社会发展等方面扮演关键角色。在全球智能科技革命背景下，发展农业新质生产力，为我国传统栽培学理论革新提供了宝贵契机。

南方是我国最重要的水稻产区。以氮肥高投入为主要特征的栽培方式与灌浆期温度偏高等不利因子相叠加，导致南方米质总体偏差。东南沿海、长江流域的优质米率分别为30.8%和25.8%，远低于东北平原的71.4%（张卫星等，2021）。高产、优质、绿色等多目标协同已成为南方水稻新质生产力发展的首要目标。本文基于近3年对江苏、浙江、湖南等南方8省水稻产业的调研结果，以新质生产力理论为基础，从科技创新链角度，剖析当前我国稻作理论创新与应用陷入瓶颈的客观原因，提出南方水稻新质生产力跃升的科技发展战略和实施路线图，以期为国家农业科技规划提供参考。

2. 作物栽培学的科技创新链

创新链是从基础研究到产品商品化的全过程，包括科学发现、技术研发、成果转化、产品开发、市场推广等环节，是科技创新活动的主线。水稻等粮食作物生产属于具有基础性、全局性的公益性行业，其科技创新链主要由基础理论、核心技术、工具手段和作物生产等4个紧密链接的环节构成（图1）。

2.1 基础理论

科学是人们关于自然、社会和思维的知识体系，是对客观世界各种运动形式的本质及其规律的反映。科学理论创新是技术创新的源头，是科技创新链的首要环节和动力之源。作物栽培学的基础理论包括：（1）作物生理学，主要研究作物生长发育、群体建成的基本规律，以及产量、品质的形成与调控机制；（2）作物生态学，主要研究光、温、土等环境因子，肥、水、密等栽培措施对作物生长发育的作用机制；（3）作物管理学，主要研究丰产、优质、绿色栽培的经济管理学基础与实现途径。在植物表型组学等新技术的驱动下，传统的作物生理学、生态学研究面貌重新焕发生机，突破了个体、群体水平上形态、生理表型的高通量鉴定、监测技术瓶颈，搭建了基因型与表型链接的桥梁纽带，增强了从基因到大田这一知识创新链条的薄弱环节，为作物栽培学理论革新提供了强大动力。

2.2 核心技术

技术是社会活动的人工组织系统，是人类在认识世界和改造世界过程中积累的经验、方法、工艺和能力的总和。作物栽培核心技术是指以密、肥、水为主要手段，实时定量促控群体发展的管理措施。其最显著的特性是系统性和综合性，在纵向上要统筹不同生育阶段的群体状态，在横向上要整合作物、环境与措施之间的互作关系。典型的栽培核心技术包括以播期调整、密度优化为核心的群体起点设计技术，基于作物-环境-措施系统的田间群体诊断技术，以肥水管理、化学调控为核心的高质量群体塑造技术等。前沿科学正成为稻作技术创新的强大助推器。作物科学与表型组学、人工智能、新材料科学等前沿科学交叉，催生出缓控释肥料、卫星导航、无人机作业、作物表型发掘以及农田环境自动监控等新技术，实现了作物生产系统的动态监控、实时优化与智慧管理，作物生产面貌为之焕然一新。

2.3 工具手段

生产工具是人们用以改造、作用劳动对象的各种物质的、能量的、信息的体系，是人们在劳动过程中改变或影响劳动对象的一切物质资料和物质条件。现代作物生产的工具手段主要涵盖拖拉机、旋耕机、播种机、施肥机、收割机、无人机等农业机械，以及肥料、农膜、农药、化学调节剂等农业化学品。2013年，我国耕种收综合机械化水平接近60%，标志着农业生产方式实现了历史性跨越，即从以人畜力为主的传统方式转变为以机械动力为主的现代方式。现代农业工程与作物智慧化管理深度融合，在精细整地、精量播种、精准施肥、精确灌溉等作业机具、部件和方法上取得新成果，以轻简、高效的操作体验增强了先进稻作技术的吸引力、到位率和覆盖度，提升了传统作物产业的科技内涵和生产效益。蓬勃发展的生物学基础理论研究不断深化对生命活动规律的本质认识，在赤霉素、油菜素内酯、独脚金内酯等激素调控作物株型的分子机制上取得了突破性进展，为定向塑造作物群体的化控产品研发提供了新思路。

2.4 作物生产

生产实践是人类满足自身需要的生存条件和生活资料的社会性的活动与过程，是人类解决与自然矛盾的最基本的实践。作为支撑大农业发展的基础部门，作物生产在居民生活品质提升、国家粮食安全中居于核心地位。当前，我国作物生产场景发生了根本变革，已由一家一户的小农分散生产转变为新型经营主体的规模化、机械化生产。2022年全国家庭农场经营土地总面积7.0亿亩，其中粮食作物种植面积2.6亿亩，占全国作物播种面积的17.6%，家庭农场平均经营耕地面积148.8亩（袁纯清等，2024）。新型农业经营主体在土地、劳动力、资本、机械、技术等新生产要素的高配置下，生产经营质量和效益得到充分提升，成为保障国家粮食安全和重要农产品稳定供给的核心力量。

2.5 栽培之路

与日新月异的作物遗传育种学、农业信息学等姊妹学科相比，作物栽培学理论研究日渐式微，甚至呈现出边缘化的趋势。栽培之困突出表现在理论体系和教学内容陈旧，处在以人力、畜力为主的传统农业时代，未能呼应、解决当下机械化、智慧化生产带来的艰巨挑战。从科技创新链来看，栽培之困与其基础理论研究中存在的两个脱节有关（图1）。一是与作物生产场景脱节。在试验尺度上，采用平方米级别的小区试验，播栽、施肥、灌溉等田间操作以人力为主，与生产上以亩为单位的大规模机械化作业极不相符；在研究层次上，以器官、个体水平为主，未能聚焦于田间作物群体这一产量、品质形成的核心层次。二是与工具手段革新脱节。表型组学、无人机平台等前沿技术手段应用较少，田间数据采集以人工为主，费时费力，样点有限，难以应对大尺度、大规模的作物群体长势、农田环境分析，严重制约了群体水平的栽培理论创新。理论研究的脱节导致了技术成果在生产应用中“水土不服”，这也是技术推广“最后一公里”困境的一个主要原因。以创新链的视角放眼全局，增强各链条、环节之间的联系、互动，提升理论研究的层级是破解栽培之困的有效途径。

3. 南方水稻新质生产力跃升的科技需求

为了准确把脉南方水稻产业发展现状，增强国家重点研发计划项目规划设计、立项实施的针对性和科学性，我们于2022~2024年在江苏、浙江、湖南、四川等8省共组织57位专家进行了6次稻米产业调研。从栽培科技创新链的角度，分析了制约南方水稻新质生产力跃升的关键科技问题及其解决路径（表1）。

3.1 基础理论支撑乏力

我国稻作科学家在系统阐明水稻个体发育、群体建成与产量形成之间的关系基础上，创造性提出了叶龄模式、群体质量、精确定量栽培、三定栽培等高产栽培理论，有力支撑了高产栽培技术的研发与应用，高产纪录、超高产纪录不断涌现，彰显着我国高产稻作理论在国际上的领先地位。相对而言，水稻优质栽培理论研究进展迟缓，特别是高产条件下的优质、绿色协同提升的高质群体塑造理论研究更加滞后。现有的栽培学基础研究偏重于个体、器官乃至细胞水平的生理代谢、基因表达调控等微观层面，较少在群体水平上关注冠层光截获、光能转化和同化物分配这一产量、品质形成的核心过程。原创性稻作理论缺乏导致技术研发存在盲目性，技术甄别缺乏原则性，致使当前南方水稻生产中缺乏主导的丰产、优质、绿色协同种植技术，产量高但品质差、效率低等问题较为普遍。

3.2 核心技术供应不足

理论创新乏力导致水稻生产中实用、高效的核心技术供应不足。突出表现在以下四个方面：一、以群体起点设计、水分养分精确管理为代表的高产栽培技术较为成熟，但丰产、优质、绿色协同的栽培技术缺乏，尤其是以耐逆、优质为目标的健康群体塑造技术研发明显滞后。二、作物群体、稻田环境、病虫草害等田间数据的高效获取与科学诊断手段缺乏，仍然依赖人力开展费时费力的下田实地调查，致使田间管理决策的时效性、科学性较差。三、现有技术成果往往在平方米尺度的小区试验上获得，技术标准高、操作繁复、不易为农户掌握，难以应对百亩尺度的全程机械化、规模化生产场景。四、在播栽密度、水肥管理等单项技术上较为成熟，缺乏涵盖群体设计、耕整播栽、肥水管理、植保化控等关键措施的全程一体化解决方案。