“山东粮丰”支撑小麦-玉米周年丰产增效

李宗新，王旭清，钱欣，孙家波，史嵩，李升东，张宾，王法宏，刘开昌

（1.山东省农业科学院玉米研究所／小麦玉米国家工程实验室，山东 济南 250100；2.山东省农业科学院作物研究所，山东济南 250100；3.山东省农业科学院科技信息研究所，山东 济南 250100；4.山东省农业机械科学研究院，山东 济南 250100）

1 项目背景

“粮食丰产增效科技创新”是“十三五”期间组织实施的国家重点研发计划专项。专项以推进农业供给侧结构性改革为主线，认真落实“谷物基本自给，口粮绝对安全”和“藏粮于地、藏粮于技”战略，确保国家粮食安全。重点围绕粮食丰产增效可持续发展，聚焦三大粮食作物（水稻、小麦、玉米）、突出三大主产平原（东北、黄淮海、长江中下游的13个粮食主产省）、注重三大目标（丰产、增效与环境友好）、衔接三大层次（基础研究、共性关键技术、技术集成与示范），进行一体化设计，开展全链条科技创新，通过科技进步加快培育粮食生产发展新动能，有效缓解我国粮食生产长期面临的诸多资源环境压力和国际粮食市场价格与质量竞争压力，为实现粮食丰产增效目标、提升粮食生产可持续发展能力、推进现代农业发展提供重要科技支撑。

山东省小麦、玉米常年播种面积分别为406.67万、400万 hm2，约占全国的 16.9%和9.5%，总产分别占全国的19.0%和10.1%，在我国粮食生产中占有重要地位。“十五”以来，山东省农业科学院牵头连续承担了“国家粮食丰产科技创新工程”系列课题，创新和集成了一大批小麦、玉米丰产高效关键技术与技术模式，并通过大面积示范推广带动了山东小麦、玉米持续增产增效，取得了显著的经济社会效益，为保障国家粮食安全与农业可持续发展提供了有力支撑。进入“十三五”，山东省农业科学院作物研究所联合山东农业大学、青岛农业大学等省内外47个优势科研教学单位与新型农业经营主体组建创新团队，承担了国家重点研发计划“粮食丰产增效科技创新”重点专项山东省项目（以下简称“山东粮丰”）二期“黄淮海东部小麦-玉米周年光温水肥资源优化配置均衡丰产增效关键技术研究与模式构建（2017YFD0301000）”和三期“山东旱作灌溉区小麦-玉米两熟全程机械化丰产增效技术集成与示范（2018YFD0300600）”，两个项目共包括12个课题、44个任务，涵盖直接参与的科研人员、基层农技人员和新型农业经营主体负责人200余人。两期项目既体现了整体设计和统一管理，又突出了各自的研究目标和研究重点。

2 项目简介

“山东粮丰”二期项目于2017年7月立项，项目实施周期4年，获中央财政专项经费支持3 731万元，包括5个课题、20个任务。项目针对黄淮海东部的气候特点和生产基础，研究创新小麦-玉米周年光温资源高效利用与群体调控、主要气象灾害实时动态监测预警、水肥高效利用、耕层结构改善与机械化高效生产等关键技术，集成小麦-玉米周年光温水肥资源优化配置均衡丰产增效技术模式，建立主要气象灾害成灾减灾监测预警平台，为黄淮海东部粮食生产力提升和农业可持续发展提供科技支撑和技术指导。拟通过项目实施，建设小麦、玉米核心示范区1 333.33 hm2，实现示范区内粮食水肥利用效率分别提高10%以上，光热资源利用效率提高15%，节本增效1 500元·hm-2，实现项目区内粮食产量、品质、资源利用率及效益显著提高，耕地质量显著改善，农业机械化与信息化水平显著提升。同时，培养建设一支专业结构科学、年龄层次合理的粮食科技创新队伍，培养粮食科技青年创新人才15名以上、研究生20名以上，培训基层农技人员和新型职业农民15万人次以上。

“山东粮丰”三期项目于2018年7月立项，项目实施周期3年，获中央财政专项经费支持3 194万元，包括7个课题24个任务。项目针对山东小麦-玉米周年生产中的突出问题和区域生态特点，开展全程机械化丰产增效技术和产后减损关键技术优化与集成示范，建立小麦-玉米全程机械化丰产高效技术体系；完善生产技术推广服务体系，强化新型农业经营主体的生产辐射带动作用，以点带面推动山东省四大生态类型区小麦-玉米全程机械化丰产增效技术模式示范应用，实现山东小麦-玉米周年全程机械化丰产提质增效。拟通过项目实施，集成区域性小麦、玉米全程机械化丰产增效技术体系4～5套，示范面积小麦6.67万 hm2、玉米3.33万 hm2，辐射面积小麦66.67万 hm2、玉米33.33万 hm2；实现项目区单产较项目实施前三年平均提高5%左右，水肥利用效率分别提高10%以上，光热资源利用效率提高15%，气象灾害与病虫害损失率降低2%～5%，生产效率提升20%，节本增效8%以上，产后储存损失率降低4%～6%；技术应用累计330万hm2，增产粮食123.75万吨，增加经济效益 22.5亿元；耕地质量逐步提升，粮食品质显著改善，机械化、信息化水平显著提高。同时，培育带动新型农业经营主体100个以上，培训农技人员2 000人次、新型职业农民5 000人次。

3 项目主要进展

3.1 关键技术创新与技术模式集成同步，助力山东小麦玉米周年丰产增效

“山东粮丰”二期侧重关键技术创新与模式构建，强调技术、产品及模式的创新性、成熟度、稳定性与可靠性。目前，已创新小麦-玉米周年品种搭配、小麦-玉米周年水肥一体化、化控延衰增粒重、抗逆绿色调控、碎土整平二次镇压、小麦-玉米周年双少耕高效栽培、小麦-玉米周年双晚双减、小麦抗逆绿色调控双晚双减等关键技术11项，构建不同生态区小麦-玉米周年光温水肥资源优化配置均衡丰产增效技术模式4套，构建主要气象灾害监测预警平台。周年高产攻关和技术应用效果显著，已在枣庄市滕州市、临沂市兰陵县、德州市齐河县、青岛市平度市和泰安市岱岳区等地建立小麦高产攻关田23处，平均产量10 300.89 kg·hm-2，玉米高产攻关田10处，平均产量 13 422.76 kg·hm-2；累计示范 4 853.93 hm2，小麦、玉米肥料利用率较项目实施前分别提高了11.8%和12.5%，灌溉水利用率分别提高了38.2%和17.3%，气象灾害损失率分别降低了3.03%和3.45%，周年光温资源利用效率提高15%，节本增效2 082元·hm-2。

“山东粮丰”三期侧重技术模式集成与示范应用，强调技术模式的集成性、先进性、经济适用性及其辐射带动作用。集成创新玉米种肥精准同播、小麦二次镇压高效耕种、壮苗调控、肥水精准管理、绿色高效防控等关键技术17项，建立鲁西北黄灌区、鲁中半干旱区、鲁西南平原区和鲁东丘陵区等区域性小麦-玉米两熟全程机械化丰产增效技术模式4套；已建设小麦“百、千亩”示范方59处、玉米“百、千亩”示范方33处，累计示范4 853.93 hm2，小麦-玉米周年平均单产22 980.98 kg·hm-2；通过现场观摩、技术培训和新型农业经营主体带动，累计示范推广254.96万hm2，小麦-玉米周年单产较项目实施前增加5.4% ～14.7%，节水11.1% ～26.9%，节肥12.6% ～20.0%，灾害损失率降低3.7%，粮食减损6%～8%；培育带动新型农业经营主体110个，培训基层农技人员1 800多人次、新型职业农民4 000多人次。

“山东粮丰”研发的关键技术和技术模式的推广应用，不仅推动项目区小麦-玉米周年增产增效，也带动了山东省小麦-玉米大面积丰产增效。据统计，2020年全省小麦平均单产比项目实施前三年平均提高6.75%，2019年全省玉米平均单产比项目实施前三年平均提高3.78%。

3.2 探索建立第三方测产模式，客观评估技术应用示范成效

为规范“山东粮丰”项目建设的高产攻关田与示范方的测产验收工作，项目管理办公室自2018年5月始委托山东省农业技术推广总站作为第三方独立组织开展测产验收和评估工作，并以此为依据客观评价高产攻关或示范任务指标完成情况。这是“山东粮丰”项目第一次试点提前引入第三方技术权威机构开展技术应用示范成效评估，也是项目组织管理方式的一次创新。截止到2020年6月，“山东粮丰”项目已完成130处高产攻关田与示范方的测产验收（表1）。其中，实打验收小麦／玉米高产攻关田36处，累计92.06 hm2，小麦-玉米周年平均单产超22 500 kg·hm-2；测产验收小麦／玉米“百、千亩”示范方94处，累计测产面积4 853.93 hm2，小麦 -玉米周年平均单产19 581 kg·hm-2，周年平均节本增效2 146.5元·hm-2。

表1 “山东粮丰”小麦-玉米周年高产攻关田与示范方测产情况统计（部分） （kg·hm-2）

3.3 二期三期一体化实施，做大做强“粮丰”品牌

按照一体化实施的要求，“山东粮丰”两期项目联合成立了管理办公室和秘书组，并制定了《山东粮丰项目管理暂行办法》。先后组织召开项目管理办公室和秘书组协调会26次，累计编制项目工作简报与会议纪要45期，促进了项目间、课题间、任务间的沟通、互动与合作，有效推动了运行机制一体化；统一委托第三方开展高产攻关田和示范方的测产评估工作，联合召开项目年度总结会、推进会和现场观摩会13次，2019年7月29日，组织召开黄淮海片区粮丰专项工作交流会，有效推动了组织实施一体化；建立了“山东粮丰”智慧化农业精准管理服务平台，通过门户网站、微信公众号和气象灾害监测预警系统等，实现了项目动态、研发成果、精准服务的及时发布，有效推动了管理服务一体化。二期、三期还通过统一“山东粮丰”标识和示范展示牌格式，逐步塑造并做大做强“山东粮丰”品牌。同时，“山东粮丰”项目的研发成果和一体化实施成效得到了新闻媒体的广泛关注，先后被新华社、新华网海外版、科技日报、农民日报、香港文汇报、山东电视台等新闻媒体报道23次，农业农村部官方网站以“看‘粮丰’项目里蕴藏的‘黑科技’”为题给予了重点关注，为加快项目研发成果的应用起到了积极的推动作用。

3.4 科政企联合，共建粮食绿色高质高效齐河样板

随着粮食生产规模化、机械化程度日趋提高，新型农业经营主体日益增多，生产上亟需适宜的小麦-玉米周年全程机械化高质高效的技术体系，迫切需要“山东粮丰”项目建立共性平台，统一开展各单项关键技术和技术模式的验证、集成工作。基于此，项目依托单位山东省农业科学院作物研究所联合齐河县农业农村局、齐力新农业服务有限公司及各项目参与单位，在德州市齐河县焦庙镇建设核心试验示范区，通过“三区”建设梯度式集成推广绿色高质高效标准化生产技术模式，加快实现粮食生产良种化、标准化、绿色化、机械化、智慧化和服务全程社会化“六化”目标，全面提升齐河县粮食产业化发展的科技水平，打造粮食生产绿色高质高效发展的示范样板。

示范区建设过程中，始终坚持“统一设计、统一实施、统一管理、集成优势、协作攻关”的组织管理原则，通过强化资源整合，促进产业融合。整合粮丰项目各依托单位与齐河县农业农村局等优势资源力量，积极对接山东省粮油绿色高质高效创建专家指导组，建立了高校科研院校、地方农业主管部门与新型农业经营主体之间的产学研用合作模式，实现了科研与生产的有效结合。期间，项目实施领导小组先后召开了3次协调会，管理办公室先后组织召开8次工作推进会和现场调度会，推动签署了三方合作协议，制定了示范区建设工作方案和各项试验方案，规划设计了示范区田间布局，并遴选确定以齐力新农业服务有限公司为主承担示范区建设任务。2019年小麦播种季，共协调19个项目参与单位、3家龙头企业入驻示范区，投入科研人员及人工200余人次、各类农机具40余台（套），布设品种筛选、光温资源配置、水肥高效利用、耕作方式优化、技术模式集成、社会化服务模式展示等各类试验21项，建设核心区面积 33.33 hm2、示范区 153.33 hm2。2020年 5月25日至26日，“山东粮丰”在齐河示范区组织召开了国家重点研发计划“粮食丰产增效科技创新”山东项目小麦现场观摩会，全面展示了小麦优质高产品种和光温资源周年高效、水肥资源统筹高效、抗逆绿色调控、节本增效耕作等关键技术以及农机装备和社会化服务产品，受到与会领导、专家和全省农技骨干的充分肯定，“山东粮丰”齐河示范区的样板效应凸显。

3.5 建立智慧农业管理和信息服务体系，实现项目区粮食生产实时服务

面向山东粮丰持续推进的项目管理、技术推广和公益性服务需求，基于互联网、物联网、遥感监测、气象预警等信息技术，运用PC端门户网站、手机端APP、微信公众号等多样化服务形式，创建了集成山东省粮食丰产增效科技信息平台、小麦玉米气象灾害预警信息发布平台、水肥一体化和农机智能管理系统、农田智慧管理平台等于一体的山东粮丰智慧农业管理和信息服务体系。其中，山东省粮食丰产增效科技信息平台对外集中展示各类研究成果和落地技术、提供专家咨询服务、市场行情分析和农事生产指导，为合作社、家庭农场、种粮大户等新型农业经营主体和农业企业提供公益性信息服务；对内面向项目的课题和任务承担单位，通过平台内部管理系统的通知下达、经费管理、进度查询等功能，实行留痕留档的规范化、科学化和精准化管理，保证项目执行严谨、细致、高效。小麦玉米气象灾害预警信息发布平台根据小麦、玉米生长发育规律，设定不同气象预警阈值，并通过当前气象信息与历史数据的契合度分析，实现小麦玉米主要气象灾害的实时预警；以精细化天气预报为驱动，实时发布涉及山东省小麦玉米气象灾害的动态监测产品、预测预报和农情指导信息，为各级农业主管部门和各类生产经营主体有效防灾、避灾、减灾提供信息支撑。水肥一体化和农机智能管理系统实现了根据作物生长需求和定时、定量的供给和控制以提高水肥利用率、节水节肥、改善根系生活环境和提高作物品质的目的，以及从播种、田间管理到收获的全程机械化、自动化和对各类作业机械的智能监管。农田智慧管理平台利用无人机、手持式及固定式多光谱设备，实现对试验数据的实时观测和高效采集，通过对大田作物生物量、含氮量、水分等信息的采集分析，为作物生产精准管理提供决策支撑。

3.6 农机农艺深入融合，探索粮食丰产增效新途径

针对山东地区小麦、玉米传统机械化作业方式与高产高效栽培模式不配套、薄弱环节装备技术水平低且作业质量差等问题，从农机农艺融合角度出发，从核心技术突破、关键部件优化、机械化作业流程机具匹配三个方面，深入探索机械化生产条件下粮食丰产增效新途径。培育壮苗是抵抗后期灾害的重要一环，针对耕种环节存在的问题，重点突破了小麦均匀有序排种、播深同步调控、播前播后镇压、玉米带状洁区播种、气吸精量排种、种肥精准同步施用的关键技术，其中玉米高速精密排种器实现成果转化，为播种机械核心零部件替代进口、升级换代提供技术与装备支撑。在田间管理与收获环节，对精准喷药、水肥精准管理、玉米籽粒直收等关键部件进行了优化集成，并根据不同生态区筛选出了8套适宜机型。同时，结合耕种管收各环节筛选、优化的适宜机型，以农机套餐的形式，完善了鲁东、鲁西南、鲁中、鲁西北4个生态区的小麦-玉米全程机械化作业流程及机具配套方案，并在6个典型新型农业经营主体进行了大面积示范，为实现生产效率和效益的统一、农机农艺融合打造了样板。

“山东粮丰”立项自实施以来，围绕小麦-玉米周年绿色丰产增效开展了一系列理论研究、技术创新及模式集成等工作，研发创建的多项小麦、玉米高产高效关键技术在项目区的示范应用有力推动了小麦玉米丰产增效。本期刊登的是“山东粮丰”项目团队的20篇研究论文，涉及小麦-玉米周年光温资源优化配置、水肥高效利用、农机装备、生产模式综合评价、籽粒收贮等诸多内容。这些论文既阐述了小麦玉米周年资源高效利用和抗逆减灾的部分理论与调控机制，丰富了粮食作物栽培生理的相关内容，也创新性提出了全程机械化条件下小麦-玉米周年丰产高效的关键技术，以期为山东省不同生态类型区小麦、玉米可持续生产提供科技支撑。