一、突破早稻和晚稻500 公斤/亩单产的瓶颈

    自上世纪70年代杂交水稻育成以后，湖南双季晚稻生产出现了一个飞跃，每亩单产由350公斤提高到了500公斤。但自1985年以后，水稻单产徘徊不前，早稻或晚稻单产500公斤/亩的瓶颈近20年没有突破。这其中原因之一是水稻品种的选育方向由产量向抗逆性和米质转变，并得到了较大的改进，“今日不卖湖南米”到目前生产出的“超泰米”足以说明这一点。但产量没有得到进一步提高。以湖南省1974～2003年多点区域试验资料为例，早、晚两季单产同时达到或超过500公斤/亩出现最早的年份是在1986年，其后也只有1997年和2001年两年达到。换句话说，1986、1997、2001年这3年气候条件对早、晚稻生产均有利，属于丰产气候年型，其它年份的气候有的对早稻生产有利，如1989年；有的则对晚稻生产有利，如2002年。因此，产量的波动是由于不同年份的气候不同造成的，而产量的潜力则决定于品种本身的遗传特性。

    有人将近30年粮食作物生产的提高归结为品种更新、化肥投入增加及栽培技术的进步。我国化肥在上世纪70年代供应紧缺，但到了80年代已供需平衡，90年代以后则一度供大于求。水稻生产也同时经历了依靠有机肥为主，到有机肥与化肥并举，再到以化肥为主的发展过程。栽培上则是根据品种特性、自然条件、物质生产条件而采用相应技术，做到了与时俱进。因此，近20年水稻生产的徘徊，500公斤/亩单产瓶颈难以突破主要是因为品种潜力有限，肥料的用量已达到水稻生长所需要的上限，栽培技术也没有原创意义上的创新。这是目前及今后15～20年内育种科学和栽培科学需要研究的重大课题。

    二、缩小品种农民生产产量与潜在产量之间的差距

    如上所述，最近20年双季早稻或晚稻品种的产量潜力均已达到或超过500公斤/亩。但是，由于气候因子影响和栽培技术的不同，农民生产田的水稻单产早、中、晚稻平均在340～430公斤/亩(见：1982～2002年湖南省统计年鉴)。这样，农民生产田的产量与品种的产量上限差距达到30%～20%。近年有不少报道指出，目前的超级杂交稻作一季晚稻栽培单产已超过800公斤/亩，农民生产田的产量与其差距更是达到了30%～40%根据国际水稻所的研究，在好的栽培管理条件下，农民生产田的产量以达到品种产量上限的80%为宜。当超过品种产量上限的80%时，则会增加病虫危害和倒伏发生的风险。就现有品种来说，早稻和晚稻生产均还有约10%的增产潜力，单季稻生产还有10%～20%的增产潜力。

    如何缩小农民生产产量与品种潜在产量之间的差距？关键是要认识栽培技术的重要性，避免片面强调品种的作用。虽然杂交水稻比规水稻具有10%～15%的增产优势，但是这种增产优势只有在良好的栽培条件下才表现出来。实现水稻大面积稳产高产，缩小农民生产实际产量与品种潜在产量之间的差距要做好3项工作：一是加强中低产田的改造；二是加强省工节本栽培技术的普及和应用；三是加强原创性栽培技术的研究。

    自从绿色革命以来，水稻育种学家培育的水稻品种大幅度地增加了产量。但是，育种学家的主要贡献是改进了水稻群体光合作用生产能力，即提高了群体植株干物质生产能力，而对提高水稻收获指数和单位叶面积光合作用研究方面所作的贡献不大。与水稻矮秆品种的栽培特性比较，中秆品种(包括常规水稻和杂交水稻)具有分蘖力强、根系发达、叶面积指数高、干物质生产量大等特点，特别是超级杂交水稻的分蘖能力、根系生长、叶面积扩展、生物产量和大穗的优势更为明显。因此，对于现有水稻品种的栽培，应强调在不降低收获指数的前提下增加单位面积的生物产量。

    三、减少氮素肥料用量和提高氮肥利用率

    水稻栽培技术的核心是肥水的调控。自上世纪50年代末以来，先后经历单季改双季，高秆改矮秆，杂交稻推广和化肥施用等技术变革，创造了许多成功的水稻栽培方法。尤其是在化肥施用技术方面进行了大量的研究工作，创造了“两促一控”、“稳前改中”、以水带N深施、“球肥深施”、叶龄模式施肥、测土配方施肥、一次性全层施肥等一系列施肥技术。其中，推广面积最大、应用时间最长的是"两促一控"施肥法。“两促一控”法之所以被广泛采用，除了技术具有普遍的实用性外，还有它的特定作用。自上世纪50年代以来，矮秆品种的应用，需要以多穗获得高产，前期就要一轰而起，促进多发分蘖；到70年代末，杂交水稻的应用，采用单本或双本稀植，需要以分蘖穗为主，其分蘖穗占总穗数的80%以上。更加要求早发分蘖和提高分蘖成穗率，以大穗和多穗获得高产；到90年代，化肥的足额供应和大量施用为水稻“两促一控”施肥法的推广应用提供了物质条件，也进一步促进了杂交水稻的推广应用。如移栽前足量施用基肥，移栽后大量施用分蘖肥必定促进分蘖的大量发生，同时又由于前期苗数过多，中期不得不晒田控制无效分蘖的发生，以保持后期有良好的群体结构和较多的分蘖成穗。但是，只有当土壤铵态氮控制在30毫克/公斤以下时，才能控制无效分蘖的发生。这样，晒田控制分蘖也有不利的一面，即中期晒田损失氮肥。

    与国外相比，我国水稻生产的化肥用量，特别是N肥用量较大，单位面积N肥用量比世界平均水平高75%，而N肥利用率仅为30%左右，比发达国家低15～20个百分点。当然，我国水稻单产比世界平均水平高65%。有人认为高产需要高投入，多用75%的N肥，增加65%的稻谷产量，投入产出似乎也是合理的。但是，我国N素的农学利用率远低于发达国家。这可能是连年重施N肥造成土壤背景N含量偏高的缘故。土壤背景N含量高，即土壤的供N能力强，降低了水稻对当季肥料N素的吸收利用。由于肥料N素的农学利用率(AB)=(肥料N处理产量－无肥料N处理产量)/肥料N施用量，即无肥料N处理的产量提高，则与肥料N处理间的产量差异就小，农学利用率就相对低。为了提高肥料利用率，以节约资源和降低生产成本，不少研究者研究采用晶体接枝、高分子材料包膜、施用硝化控制剂等技术来生产可控释肥料和缓释肥料，但都因为肥料生产成本过高，而未能在大田作物生产中应用。

    目前，水稻施肥中存在的主要问题是肥料N、P、K的不平衡施用和重前期、轻后期的N肥施用。采用国际水稻所研究的实时实地养分管理，简称SSNM(Site Specific Nutrient Management)是一种理想的施肥方法。水稻实时实地养分管理是国际水稻研究所在亚洲6个国家经过长达8年的研究提出的。SSNM的基本原理是根据不同地点的土壤供肥能力与目标产量需肥量的差值，决定总施肥量的范围，在水稻的主要生长期利用叶绿素仪诊断水稻氮素营养状况，并据此调整实际氮肥施用量，以达到适时适量地供给养分，促进水稻健壮生长，减少病虫害，提高产量和施肥效益，增加农民收入的目的。

    四、实现节本、省工和高效的水稻生产

    作物生产成本可分为劳力成本和物化成本两种，其中物化成本主要包括种子、肥料、杀虫剂、杀菌剂、除草剂、生长调节剂、农膜(塑料软盘)等费用。生产成本高的主要原因是化肥用量大，所占物化成本的比重较高。采用先进的施肥方法(如SSNM)可以适当减少化肥用量，特别是N肥的用量。在优化N肥施用的条件下，可以减轻水稻纹枯病、稻瘟病和稻飞虱、稻纵卷叶螟等病虫害的发生和危害，即真正意义上的健康群体栽培。减少物化成本的另一条途径是实现作物养分循环，如稻草直接还田，可以节约80%～90%的钾肥用量。在健康群体栽培研究方面，近年国际水稻所的专家所作的工作是非常有意义的。水稻节本高效栽培的主要策略是省工高效，即减少劳动力成本，如免耕栽培和直播栽培。免耕可省去翻地和整地的劳力、畜力(动力)费用，直播可省去移栽、育秧的劳力费用，两者可减少劳动用工50％以上。劳动力是很重要的生产成本，我国农业生产的劳动力成本高，是因为劳动者的生产效率低，其结果导致农业生产的净收益低，农产品在国内外市场上的竞争能力不强。同时，也影响到以农产品为原料的加工业。由于长期忽视劳动力成本的重要性，省工栽培技术的研究和应用长期得不到应有重视。

    事实上，水稻免耕直播栽培不仅省工省力、产量不减，而且在技术配套、管理到位的条件下还能增产。上世纪90年代，华南农业大学在只耕不犁的少耕田撒播水稻比翻耕撒播的增产5.1%～14.7%，比移栽稻增产4.96%～15.3%。山东农业大学调查了3.33公顷免耕直播水稻试验示范片，平均单产7.91吨/公倾，用工280个/公顷，每公顷比翻耕移栽稻增产186.8公斤，节省用工25.5个，按当时人工工资和粮价计算，免耕直播每公顷共增收1115.1元。浙江嘉兴有30%以上水稻采用半旱畦式免耕直播栽培，平均单产7.86吨/公顷，每公顷比翻耕直播增产159公斤，比翻耕移栽增产181.5 公斤，节省物化成本195～270元，减少用工30～45个，即节省用工费600～900元。浙江海宁采用免耕旱直播水稻350～1010 公顷，单产为7.61～8.19吨/公顷，分别比翻耕移栽增产1.3%～6.41%，节约用工249.5个/公顷、节省机耕费375元/公顷。

    采用免耕直播和配套应用物化技术产品，可以实现省工、节本、高效的水稻生产。2002～2003年作者在湖南省石门县进行了水稻、油菜复种的免耕直播栽培技术研究与示范，采用种子包衣剂、施用缓释复合肥、后期施用叶面肥等物化技术，研究免耕直播条件下的播种全苗技术、施肥技术、病虫及杂草防除技术以及免耕直播与翻耕移栽的比较和百亩试验示范等。结果表明，在不增加种子、肥料用量，节约劳力、翻耕费用的前提条件下，增产效果明显。其中：2002年1.5公顷免耕直播水稻平均单产为9.13 吨/公顷，比翻耕移栽增产12.6%；2003年在5个试验点共116公顷免耕直播水稻平均单产8.17～9.06 吨/公顷，比翻耕移栽增产8.26%～11.5%。2003年1.5 公顷免耕直播油菜平均单产2.58 吨/公顷，比移栽油菜增产8.1%。增产的主要原因是免耕直播每亩有效株数比移栽油菜多0.54万株，不仅弥补了每株有效角果数的不足，而且产量增加显著。

    五、实现水稻等作物生产的多样化和养分循环

    温家宝总理在2003年召开的十届人大二次会议上所作的政府工作报告中指出，要“大力发展循环经济，推行清洁生产”。循环经济是可持续发展战略的重要组成部分，是指“资源－产品－再生资源”的经济增长模式，是把清洁生产和废弃物的综合利用融为一体的经济。循环经济有三大原则，即“减量化、再利用、资源化”原则。对于作物生产，减量化原则针对的是输入端，即物化成本的投入，旨在减少进入生产过程中物质的流量；再利用原则属于过程性方法，目的是延长物化产品和技术服务的时间及强度；资源化原则是输出端方法，能把作物残留物(如稻草)再次变成资源以减少最终的物化产品用量。养分资源优化管理及其与养殖业和加工业相结合，是实现作物生产的循环经济的重要内容。

    养分循环包括土壤养分循环、植物体内养分循环、土壤－植物系统养分循环和农业生态系统养分循环等。我国农业生产中的资源浪费十分严重，节约资源是作物生产的一项长期任务。优化养分资源管理和实行有机养分还田，是解决农业生态环境污染中有机肥料污染和化学肥料污染的最佳方法。我国的传统农业技术，如稻田养鱼、稻草还田、稻田养鸭、农家厩肥等，以及作物多样化种植(如玉米和大豆间作)是实现可持续农业的重要保证。