习近平总书记强调,在保障粮食安全前提下,我国要走生态优先、绿色低碳发展道路。科技兴农,加快发展现代农业是必经之路,而探索绿色高效种植新模式是发展现代农业的有效途径。江苏地处长江三角洲,属东亚季风气候区,处在亚热带和暖温带的气候过渡地带,光温水资源充沛。农业生产的自然资源禀赋对江苏农业发展极为有利,形成了以稻麦两熟为主的稻田种植模式,以及玉米、大豆、蚕豆等特粮特经作物多元多熟的旱田种植模式。但是,稻田稻麦两熟种植过程中存在化肥过量施用、面源污染严重等问题,旱田种植模式存在光温资源利用率低、茬口衔接不紧、用地养地未能有效结合等问题,严重制约着江苏现代农业绿色高效和可持续发展。为此,本文在江苏沿江地区设置试验通过稻麦化学氮肥减量施用技术和稻秸还田小麦高产技术的研究,实现稻麦两熟种植模式的进一步升级优化。同时,本文在江苏沿江地区构建了旱地以小麦、鲜食蚕豆、鲜食玉米、鲜食大豆为主体的三熟复合种植模式,开展季间和系统内作物对光温水资源协调利用的生理生态机制研究,提出了资源高效利用的调控技术,为江苏多元绿色高效种植新模式的构建和推广提供重要的理论依据和技术支持。主要研究结果如下:1、江苏沿江地区稻麦两熟绿色高效种植模式优化及其机理（1）水稻化学氮肥减量施用对水稻生长的影响及作用机理针对稻麦两熟中水稻化学氮肥过量施用这一问题,利用田间小区试验研究氮素基蘖肥减量、有机肥替代化学氮肥对水稻生长及产量的影响,研究结果表明:①与常规施肥相比,氮素基、蘖肥减量施用降低了水稻高峰分蘖数,对高峰分蘖数出现时期无影响,提高了成穗率;氮素基肥较常规用量减少50%时,增加了叶片叶基角与叶开角,降低了叶片披垂度,提高了水稻成穗率、千粒重,使水稻增产或稳产。②基肥不施化学氮肥或者施用有机肥替代化学氮肥提高了水稻高峰分蘖数,推迟了高峰分蘖数出现时间。有机肥替代化学氮肥降低了水稻抽穗期倒3叶披垂度,增加了倒3叶叶长,延缓了抽穗后顶三叶叶绿素含量的下降速度。有机肥替代90 kg/hm2、135 kg/hm2化学氮肥提高了有效穗数、千粒重,产量较常规施肥处理分别增加4.27%和6.06%。（2）水稻秸秆还田对小麦生长发育作用机理及氮肥减量运筹措施针对稻麦两熟中稻秸还田引起小麦出苗率下降、小麦氮肥运筹不合理等问题,利用盆栽试验、田间小区等试验分析水稻秸秆浸提液对小麦种子萌发和幼苗生长化感作用及调控途径,研究稻秸还田对小麦籽粒发育影响机理,同时研究水稻秸秆还田条件下小麦氮肥减量高效运筹措施。结果表明:①水稻秸秆浸提液对小麦种子萌发和幼苗生长化感作用是稻秸还田引起小麦出苗率下降的重要原因。水稻秸秆浸提液抑制小麦种子萌发期α-淀粉酶活性、淀粉体分解,抑制幼苗期光合作用和营养元素吸收,且化感抑制作用随着稻秸浸提液浓度增加抑制作用增强,低浓度的浸提液对小麦种子萌发和幼苗生长抑制作用不显著。转录组分析表明,萌发期差异基因上调1806个和下调2778个,差异基因主要体现对酸性化学物质的反应、解毒、抗氧化活性、赤霉素生物合成过程、α-淀粉酶活性等生物学过程;幼苗期差异基因上调表达了 3370,下调表达了 2275个,差异基因主要体现在氮利用、蔗糖转运、磷酸离子转运、光合作用、激素水平调节、解毒等生物学过程。②利用稻秸还田深度是提高小麦出苗率的有效途径,其中稻秸还田15 cm深度较其他处理提高了小麦出苗率、单株小麦产量、总淀粉含量,降低了直链淀粉含量,加速了胚乳发育,提高了籽粒中小B型淀粉颗粒的比例,降低了相对结晶度,增加了峰值粘度、消减值、峰值粘度和崩解值,并减少了小麦淀粉的糊化时间。③稻秸还田条件下（15 cm还田深度）有机肥替代无机氮肥提高了小麦成穗率和有效穗数,其中有机肥替代21 kg/hm2无机氮肥作为基肥施用,小麦产量增加了 1.8%。稻秸还田条件下（15cm还田深度）小麦基、蘖肥减量施用提高了小麦千粒重并增加了每穗粒数。当基肥、拔节孕穗肥氮肥用量不减量,分蘖肥减氮50%提高了小麦有效穗数与成穗率,提高了小麦氮肥农学利用率。小麦基、蘖肥减量施用同时增加小麦种植密度来实现小麦稳产或增产,当种植密度增加到300万株/hm2时,基肥不施氮,分蘖肥、拔节孕穗肥氮肥用量不减,小麦产量增加8.07%。1、江苏沿江地区旱田以小麦、鲜食玉米为主体的绿色高效种植模式构建及其机理针对旱田种植模式茬口衔接不紧、光温资源利用率低,以及粮、经作物兼种绿色高效模式缺乏等问题,以传统两熟种植模式“小麦-鲜食大豆”为对照,构建了以小麦、鲜食玉米为主体的“小麦-鲜食玉米/鲜食大豆”和“小麦-鲜食玉米/鲜食玉米”三熟种植模式,并研究种植模式对光、温、水资源以及养分利用效率及作用机理。2016年-2020年连续四年定位试验研究表明,三熟种植模式较传统两熟种植模式产量和生物量增加范围分别为 4804 kg/hm2-11979 kg/hm2 和 4389 kg/hm2-10425 kg/hm2;随着种植年限增加,三熟种植模式下小麦产量增加296.30 kg/hm2-664.45 kg/hm2。两种三熟模式相比,“小麦-鲜食玉米/鲜食大豆”较“小麦-鲜食玉米/鲜食玉米”模式鲜食玉米产量增加5.60 kg/hm2-207.27 kg/hm2;周年光合利用率提高6.10%-9.69%,周年光能生产效率提高1.57g·MJ-1-3.57 g·MJ-1,有效积温生产效率增加1.65 kg·hm-2·℃-1-4.30 kg·hm-2·℃-1,降水表观经济利用率增加0.44 kg·mm-1·hm.2-1 0.26 kg·mm-1·hm-2;“小麦-鲜食玉米/鲜食玉米”种植模式内鲜食玉米产量随着光合辐射分配率、有效积温分配率下降而下降。2016年-2020年三熟种植模式下产值和经济效益都高于传统种植模式,周年经济效益增加范围为12532.1元/hm2-34192.8 元/hm2,主要原因是三熟种植模式可以增加一熟鲜食作物收益,周年产值显著增加。两种三熟模式相比,“小麦-鲜食玉米/鲜食大豆”的经济效益较高,其经济效益增加4159.2元/hm2-16682.7元/hm2,主要原因是鲜食大豆单价和产值显著高于鲜食玉米。三熟种植模式下作物周年氮、磷、钾吸收量都显著高于对照,其中小麦氮肥、磷肥和钾肥利用率增加范围分别为7.85%-11.40%、4.61%-11.39%和4.61%-11.39%。两种三熟模式相比,“小麦-鲜食玉米/鲜食大豆”种植模式下氮、磷、钾吸收效率高于“小麦-鲜食玉米/鲜食玉米”种植模式,土壤有机质增加12.28%-12.56%,土壤全氮增加10.98%,全磷增加8.00%-12.00%,碱解氮增加13.91%-15.21%,速效磷增加28.61%-36.36%,速效钾增加 3.57%-10.43%。3、江苏沿江地区旱田以鲜食蚕豆、鲜食玉米绿色高效种植模式构建及其机理针对旱田种植模式茬口衔接不紧密、光温资源利用率低,以及以鲜食蚕豆、鲜食玉米为主体的绿色高效种植模式缺乏等问题,以常规两熟种植模式“蚕豆-玉米”为对照,构建“鲜食蚕豆/鲜食玉米-鲜食大豆”、“鲜食蚕豆/鲜食玉米-鲜食玉米”、“鲜食蚕豆/玉米-鲜食大豆”三熟种植模式,研究种植模式对光、温、水资源和养分利用效率及其作用机理的。2016年-2020年连续四年定位试验研究表明,（1）三熟种植模式较传统两熟种植模式周年产量增加范围为6469kg/hm2-33682 kg/hm2,周年产值增加范围为28101元/hm2-81740元/hm2,周年经济效益增加范围为15201元/hm2-65571元/hm2。（2）三熟种植模式较传统两熟种植模式光合利用率增加范围为8.50%-13.49%,有效积温生产效率增加范围为10.58%-15.32%,降水利用率增加范围为8.84%-28.45%。（3）“鲜食蚕豆/鲜食玉米-鲜食大豆”种植模式氮肥利用率提高13.40%-71.43%,钾肥利用率提高8.27%-25.89%。（4）2017年-2020年三熟种植模式土壤有机质含量增加趋势,增加幅度为7%-35%。2018至2020年利用盆栽根系隔离处理试验研究了鲜食蚕豆套作鲜食玉米地下部分互作对产量和养分吸收利用的影响,结果表明,（1）与塑料隔离处理相比,鲜食蚕豆套作鲜食玉米体系根系无隔离处理下鲜食蚕豆和鲜食玉米的养分积累、土壤养分含量、光合作用、产量、生物量、株高、百粒重显著提高。根系无隔离处理下鲜食蚕豆产量比根系间纱网隔离处理下增产3.67%,比根系间塑料隔离处理下增产7.04%。根系无隔离处理下玉米产量比纱网隔离处理下增产1.31%,比塑料隔离处理下增产3.67%。（2）根系无隔离处理下土壤全氮含量比纱网隔离处理下增加4.6%,根系无隔离处理下土壤碱解氮含量比根系纱网隔离处理下增加5.98%,比塑料隔离下增加10.24%。根系无隔离处理下土壤速效磷含量较纱网隔离处理下增加3.89%,比塑料隔离处理下增加5.80%。利用砂培试验研究了蚕豆浸提液对玉米幼苗养分积累和光合作用的化感作用,结果表明,鲜食蚕豆浸提液促进了鲜食玉米幼苗光合作用和氮磷钾营养元素吸收。在蚕豆浸提液中检测到对羟基苯甲酸、香草酸、香豆素酸、苯甲酸和香豆素等化感物质。与对照相比,蚕豆浸提液处理的鲜食玉米幼苗光合色素含量增加0.03%-7.89%,光合速率提高46.97%-59.23%,株高增加1.20%-11.47%、鲜重增加9.73%-23.89%。转录组分析表明,差异基因表达2562个,差异基因主要体现光捕获、叶绿素结合、光合作用、氮利用、蔗糖转运、磷酸离子转运、氮循环代谢过程、激素调节等生物学过程。利用田间小区试验研究了鲜食蚕豆套作鲜食玉米体系的播期、行距配置和氮肥运筹等优化途径,结果表明,（1）鲜食蚕豆套种鲜食玉米周年产量都随着玉米套种播期延迟表现为先增加后降低趋势。9种处理相比,在宽窄行种植模式为宽行133 cm,窄行67 cm,鲜食玉米播期4月15日时鲜食玉米周年产量最高;（2）鲜食蚕豆套作鲜食玉米体系中,鲜食玉米产量随着氮肥施用量呈现先增加后下降趋势,随着种植密度的增加鲜食玉米产量呈现增加趋势。9种处理相比,密度为67500株/hm2、氮肥施用量为225 kg/hm2处理下鲜食玉米产量最大,其氮肥农学利用率与氮肥表观生产力最高。综上所述,本研究提出的有机肥替代无机氮肥、基蘖氮肥减量施用、水稻秸秆还田优化等技术可解决江苏沿江地区稻麦两熟种植过程中存在化肥过量施用、面源污染严重等问题,可实现稻麦生产绿色高效。本研究构建的“小麦-鲜食玉米/鲜食大豆”和“鲜食蚕豆/鲜食玉米-鲜食大豆”三熟种植模式可解决江苏沿江地区旱田种植过程中存在光、温、水等资源利用率低、茬口衔接不紧、用地养地结合不好等问题,可实现旱地种植绿色高效。本研究提出的新技术和新模式可在江苏乃至长江中下游地区推广应用,对实现我国农业绿色发展,促进乡村振兴,加快农业农村现代化发展具有重要的指导意义。