中国的梯田，研究人员在此提升作物产量至接近其生物物理极限。
过去二十年来，评论员把转基因作物称作是解决世界食品危机的灵丹妙药。然而，想要避免土壤的进一步退化、自然栖息地的破坏和空气与水的污染，同时让粮食显著增产，以养活持续增长的世界人口，农业仍需吸纳多种方法。
中国正在推进这种混合策略，这给世界其他地方提供了一个非比寻常的实验室。从2003年到2011年，中国谷物增产了大约32%(是世界平均水平的二倍还多。这其中主要靠的是改善低效农田的效率。然而要满足未来二十年中国的预计需求，仍需要增产30-50%。中国几乎没有更多可以开垦的土地，而且有些地方水资源短缺已触及警戒线。更糟的是，化肥滥用是空气污染的罪魁之一，而空气污染是造成每年成千上百例早逝的主要风险因素。滥用化肥也导致众多河湖、沿海地区受水华之害，其中以华南为甚。
受如此迫切的需求驱动，为了生产更多的粮食，也为了减轻农业的环境危害，中国科学家正运用政府资金致力于提升粮食产量至其生物物理极限。关于如何用最少的经济环境成本换取最大的产量，发展中和发达经济体要向中国寻求指导，整合包括基因改造在内的各种实验和建模研究。
多种方法让农田更肥沃
在美国，人均耕地面积有半公顷多一点。相比之下，中国13亿人，人均可利用耕地仅有十分之一公顷。这个国家有2.3亿块农田，其中90%多都很小——比如，华北平原一块典型的农田大概7米宽，160米长。这些农田的所有者经常在临近的市镇有别的工作，而土地又如此之小，因此对他们来说，投资机械设备和全年作物与土壤管理没有什么经济意义。同时，连年耕作耗尽了中国许多土壤的天然营养储备，而肥料滥用又造成了土壤酸化。总体上，施于土地的肥料只有不到50%被作物吸收了——剩余的大部分都泄漏进了环境。
面对此种挑战，中国农业科学家正试图通过农田生态系统分析，给玉米、大米、小麦等本国主要粮食增产。在试验田和农田研究中，他们追踪了水、营养、遗传物质、太阳能与化石能源、人畜力等输入产出项。例如，通过化学检测雨水和灌溉水、监视化肥和粪肥的添加量，研究人员估算出了进入系统的营养物质的总量与种类。通过调整重复实验田的条件和方法，并经过多年跟踪，各类输入产出已经能够达到最优，能消耗最少的资源和营养物质获得最大的收益。在北京，一个由中国农业大学带头、16所院校及研究所共同参与的项目中，研究人员在过去5年研究了11个省份、将近500块实验田里玉米、大米、小麦的生长。迄今他们已经实验田中获得作物增产和氮肥效率提高30%-50%。
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