20世纪60年代掀起的第一次绿色革命，大幅度提高了主要粮食作物的单产水平，为全球粮食安全做出了巨大贡献。然而，第一次绿色革命走的是“高投入、高产出和高资源环境代价”的道路，农田养分流失造成的面源污染、生物多样性下降、温室气体排放增加等生态环境问题对现代农业提出了新的挑战，特别是水资源日趋短缺、耕地质量逐年下降、外部投入不断增加与资源利用效率低下等，已经成为限制粮食产量进一步提高的关键因素。 

通过改善土壤质量、调控水肥资源、加强综合管理、有效利用农田养分要素以降低农业对环境的负效应，继而实现作物稳定均衡增产、资源高效利用、农业可持续性增强是现代农业发展方向。然而，目前却极其缺乏在实现作物大面积均衡增产的同时，科学节肥减药、提高资源利用效率的技术措施与适用模式。 

2015年中央1号文件提出：“中国要强，农业必须强。做强农业，必须尽快从主要追求产量和依赖资源消耗的粗放经营转到数量质量效益并重、注重提高竞争力、注重农业科技创新、注重可持续的集约发展上来，走高产高效、产品安全、资源节约、环境友好的现代农业发展道路”。 

中国科学院STS计划项目“现代农业发展模式示范”是中国科学院借鉴发达国家农业发展经验，经顶层设计组织实施的科技服务项目。项目面向国民经济主战场，面向农业生产的现实需求，依托中国科学院研发力量雄厚、学科综合交叉、技术适用先进、善于综合集成的体制优势，以及沈阳军区农副业基地与黑龙江农垦相关农场耕地集中连片、生产经营规模化、耕种管收机械化、技术推广体系化、农事管理军事化的组织优势，组织中国科学院相关研究所的科学家组成学科交叉团队，集成各所优势力量，依靠军区与农垦科技队伍，以提高生产效率、降低资源代价、产生规模效益、推动持续发展为主要目标，通过协同攻关，打造规模化、集约化的大农场式现代农业发展模式。项目紧密围绕中国科学院“率先行动”计划组织实施方案中加强现代农业科技创新的主要内容《开展“东北现代农业示范”等科技示范和推广工程，促进现代农业产业技术升级，保障国家粮食安全》的布置研究与集成示范工作，力争在东北现代农业发展模式示范方面取得重大突破，为我国现代农业发展模式打造可复制、可推广的示范样板。 

该项目在实施过程中，项目组针对东北地区目前普遍存在的玉米种植面积不断扩大，大豆面积不断减小，主要作物多年连作条件下病虫害发生严重，以及粮食生产成本攀升与效益下降的现实，以丰产增效、节肥减药、生态环保为目标，以黑龙江省农垦九三管理局尖山农场为依托，突出生产经营规模化与耕种管收机械化，配套集成秋整地、优良品种、精量播种、病虫草害生物生态控制等相关技术，建立了年度总规模30万亩，其中玉米与大豆各15万亩的“机械化、规模化玉米-大豆绿色高效轮作模式”并重视在实际生产中的示范应用，在“现代农业发展模式示范”方面取得了重要进展。 

“机械化、规模化玉米-大豆绿色高效轮作模式”，除采取测土配方施肥、立体分期施肥、机械化深施肥、增施有机肥料及应用肥料增效剂等节约肥料与提高肥效的措施外，充分挖掘玉米-大豆轮作的节肥效果。为保证产量，种植玉米时每亩需施用硫酸钾10公斤，而当地当年钾肥利用率仅为30%左右，玉米收获后残留于土壤中的钾肥完全能够满足次年大豆生长发育的需要，在大豆种植上可以实施彻底不施用钾肥的措施，这样每年每亩节省钾肥用量2公斤；同时，常规玉米生产每亩施用尿素20公斤，充分利用大豆根系的固氮功能，大豆茬种植玉米可节约尿素用量10%，即每年每亩节省尿素用量2公斤；在15万亩玉米与15万亩大豆的“玉米-大豆绿色高效轮作模式”中，玉米茬种植大豆年度节约钾肥30万公斤、大豆茬种植玉米年度节省氮肥30万公斤，取得了巨大的节肥效果。 

“机械化、规模化玉米-大豆绿色高效轮作模式”，除坚持预测预报、统防统治的病虫草害防治原则外，实施药剂、人工、机械等多种方式相结合的病虫草害防治方式，在保证防止效果的同时，减少药剂用量，达到净化农田的目的。该模式中，坚持100%封闭除草，玉米、大豆封闭除草配方为90%乙草胺0.12Kg/亩+75%噻吩磺隆2.67g/亩。如果全部采用茎叶除草，大豆茎叶除草需要25%氟磺胺草醚0.13 Kg /亩+48%苯达松0.2 Kg/亩，玉米茎叶除草使用4%玉农乐0.1Kg/亩或者55%耕杰0.13-0.2 Kg/亩，为了保证除草效果，根据草情还需要增加用量或加入苯达松、2·4-D丁酯等药剂。封闭除草与茎叶除草相比，价格低、防效好、无残留，关键是极大的降低了除草剂用量，仅除草一项就创造出减药40%以上的显著效果。 

同时，大型进口自走式高架高效喷药机及农用飞机航化作业，保证了“玉米-大豆绿色高效轮作模式”中病虫草害的高效防治。 

　　大型进口自走式高架高效喷药装备