基於人口、糧食、食品安全、營養、健康多重目標的需求及必要性，鑒於稻田長期污染物累積的現狀，採用傳統的農業技術難以獲得營養豐富、綠色、滿足社會需求的生態營養稻。
隨著時代的高速發展，“分田到戶”種植方式，與社會需求的矛盾已凸顯，當今農業遇到的問題，必須將多領域、多學科的高新技術，用於大宗農作物，夯實農業基礎。促進高新技術的套用、提升，必將導致我國綜合國力的加速發展，社會的跨越。
世界上1／3以上的人口以稻米為主食，人類生存所需蛋白質約70%來自植物蛋白質。除為“糧食安全”大幅度增產外，改進稻米品質，從大宗糧食作物中獲取優質（依據聯合國糧農組織-聯合國衛生組織提出的營養模式——附屬檔案一）、廉價蛋白，是實現大幅度“增產”的高效途徑。
本技術依據“作物不同生育階段生物量”及所需營養、“胺基酸生物合成途徑”為基礎，採用生物誘導、激活關鍵酶，實現提高作物蛋白質、調控限制胺基酸、增加產量的目的。
1、多領域、多學科的高新技術，用於大宗農作物可行性、必要性、迫切性
繼高新技術、信息和軟體、鐵路、房地產、汽車工業、高速公路等作為時代的經濟成長點後，將多領域、多學科的高新技術，用於夯實農業、大宗農作物基礎，必將成為新的經濟成長點，大幅度的拉動我國的經濟發展，促進國家整體水平的提升，促進我國GDP穩定、持續增長，其主要表現在：
育種技術——誘變育種；基因技術：用於育種（但存在市場質疑）、殺蟲劑等；
生物技術——改善、修復生態環境、資源節約；
高能物理——可用於誘變育種、生物技術用於稻田修復；
納米技術——水基化微乳提高肥料、農藥利用率，去除苯類溶劑，減少污染，實現資源高效；
太陽能技術——光敏技術與光合作用的融合，實現大幅度增產，定向轉換目標成分；
計算機自動控制系統——監視、統計、遙感、分析、自動、遙控、管理等。
資料庫——目前，世界各國均建立了自然資源、地球物理、生態環境、農業、微生物保藏庫、林業等基礎資料庫。我國也相繼建立、完善了地理信息系統（GIS）、全球衛星定位系統（GPS）、遙感技術（RS）、自然資源資料庫、各類農業、林業資料庫，一般原始數據均可查閱、採用，為專家集成系統提供了良好的基礎。
專利文獻——世界各國的免費專利，可觸摸到各領域的發展動態與趨勢，各國的差異、市場趨勢；
應用程式——目前，我國已建立作物栽培模擬最佳化決策系統（CCSODS）、作物生產管理專家決策系統、水稻栽培管理系統等，有關農業系統約45~60個；
學術文獻——各種“基金課題”，為科研院所、大專院校的學術論文、研究報告，建立了大量模型；奠定了一定的基礎；
綜上所述，建立農業（水稻）專家集成系統有基礎、有實踐、市場需求、社會需求、發展需要，將產生以下連鎖效應：
①逐步建立、完善農業（水稻）專家集成系統——實施農業標準化，提升我國農業現代化水平；
②多學科、多領域高新技術夯實農業基礎——促進相關領域、學科的快速發展。在高新技術用於大宗農作物的實施過程中，必須解決“成本”和向廣大農戶“普及”問題，這將產生高新技術自身得到提升的同時，促進我國農業現代化的連鎖效應；
③栽培“生態營養稻”——有利於降低農作物成本，增加農民收入，確保農作物品質、提升全民健康，大幅度降低我國醫療費用；
④改善、修復稻田生態環境——減少、消除濫施肥料帶來的危害，堵住污染源頭！與被污染後，再花錢治理的費用節省成百上千倍，肥料、農藥的“生態”、“高效”，確保作物安全，修復、改善生態環境，逐步恢復農田有益生物（蜜蜂、蜻蜓、魚蝦、泥鰍、青蛙、蚯蚓、有益微生物）種群。
參見本成套技術精準農業之《生態栽培》、《生態防控——病蟲害種群》系列。
2、稻米蛋白、限制性胺基酸——“生態營養稻”的意義
人類生存所需蛋白質約70%來自植物蛋白質，30%來自動物蛋白。稻米蛋白質含量是禾本科作物中最少的，而大米蛋白質其生物價（見百度百科）為77（列為植物蛋白首位），接近於全價蛋白，是僅次於動物蛋白的理想蛋白質資源。因此，世界各國正致力於提高稻米蛋白質、增加限制性胺基酸的研究。目前國內外提高稻米蛋白質的困擾在於：
a.高蛋白稻米口感差；事實上高蛋白糧食作物不一定“適口性”差，如高蛋白小麥、大豆等。
b.提高稻米蛋白質的同時，限制胺基酸（賴氨酸、蘇氨酸）下降；
c.栽培法難以實現大幅度增加蛋白，現國內外寄希望於基因技術提高稻米蛋白質；
大量研究表明：環境因子、栽培方法、施肥方式等能有效的調節作物品質、產量。另外，採用三系雜交可獲得產量、蛋白質含量、賴氨酸含量理想的稻米。
基於國內外對“轉基因”作物的質疑，鑒於稻米蛋白的遺傳特性，各地區稻田環境的差異等綜合因素，本技術擬採用生態栽培法，實現“生態營養稻”所確定的目標。
3、本技術技術基礎
本技術基於“作物不同生育階段生物量”、“胺基酸生物合成途徑”基本原理，採用生物誘導、激活關鍵酶，提高光能利用率。以期提高作物蛋白質、調控限制胺基酸、增加產量的目的。
本技術“生態營養稻”基於自然資源資料庫（氣溫、日照數、地表溫度、降雨量、積溫、光合有效輻射等），以及土壤（營養、微生物、重金屬）、稻田水（水質、陰陽離子、PH值等）、不同水稻品種等綜合因素，借鑑、學習、拓展已開發國家“精準農業”的經驗，科學、高效的利用光能，增加和／或調整作物的營養物質，即可同步解決資源高效、生態環境、產量、營養、品質問題。
4、主體技術：
a.依據生物量（根、莖、葉、果實）、全生育期內所需營養、各生育階段所需營養的特點、土壤養分及微生物、環境溫、光、積溫等綜合因素，計算所需補充的營養、一次性施肥，按不同釋放機制供給養分，建立了excel水稻不同生育階段的函式模型。依上述水稻不同“生育階段”所需營養供給養分模式作為本技術的基肥，結合“植物蛋白生物誘導培養液”和“仿生光合作用促進劑”，在關鍵生育階段，採用葉面噴灑，調控蛋白質和限制性胺基酸、及其口感。
b.在超級稻緩釋／控釋肥分生育階段所需養分供給營養模型的基礎上，逐步建立“水稻專家集成系統”，消除和控制濫用肥料、農藥導致的土壤、水土污染源頭，確保糧食和食品安全、實現光能高效、資源高效、提高國民健康水平，建立生態營養稻標準。
c.在前期大田試驗的基礎上，將稻米蛋白質含量從現有的8.7%，提高至10.6%的基礎上，以調控限制性胺基酸、口感為前提適當提高蛋白質含量；
d.依據WHO／FAO營養模式，採用“植物蛋白生物誘導培養液”增加作物蛋白、提高限制性胺基酸20~50%，同時調節“適口性”；
e.採用“植物、植物／動物提取物重金屬吸附劑”去除重金屬、採用“微生物農藥降解複合菌”消除農藥殘留和改善不平衡施肥造成的危害，改善、修復稻田生態環境；
f.基於自然資源、農業等資料庫、GIS、GPS、RS，借鑑“精準農業”模式，在“緩／控釋肥”一次性施肥，按水稻不同生育階段所需營養，不同釋放機制同步釋放養分的模型基礎上，在試驗中補充數據，完善養分供給模型。並逐步建立、完善“水稻專家集成系統”：
①水稻各生育階段不同生物量所需營養供給模型；
②稻米蛋白和限制性胺基酸生物誘導模型；
③稻田生態環境及高效仿生光合作用促進模型；
④根系信號及養分吸收、品質模型；
⑤稻田水土營養及微生物模型；
⑥稻田微量元素及重金屬對水稻影響模型。
附屬檔案一：WHO/FAO營養模式
附屬檔案二：“生態營養稻”的意義
附屬檔案三：超級稻專用緩釋／控釋肥簡介
評價稻米品質WHO／FAO推薦營養模式
| 胺基酸 | 含量（mg／g蛋白質） | 胺基酸 | 含量（mg／g蛋白質） |
| 異亮氨酸 | 40 | 苯丙氨酸+酪氨酸 | 60 |
| 亮氨酸 | 70 | 蘇氨酸 | 40 |
| 賴氨酸 | 55 | 色氨酸 | 10 |
| 蛋氨酸+胱氨酸 | 35 | 纈氨酸 | 50 |
通常稻米中各種胺基酸比例與WHO／FAO推薦營養模式不同，其中賴氨酸和蘇氨酸過低，即稱為“限制性胺基酸（按照人體的需要及其比例關係相對不足的胺基酸稱為限制性胺基酸）”。
“植物蛋白生物誘導培養液”簡介
2011年6~10月在耒陽蔡倫現代農業生態園進行了“紅糯米”大田試驗，試驗種植22畝，其中20畝為對照組，2畝為試驗田。由於此試驗是在插秧、返青後受邀參與試驗，所以僅在抽穗、結實期進行了葉面噴灑“植物蛋白生物誘導培養液”和“仿生光合作用促進劑”，收割後送國家授權湖北糧食檢測站檢測，其蛋白質含量為10.6%，與對照田8.7%相比提高了21.84%。為確認檢測結果，又將樣品送湖南糧食檢測所檢測，其蛋白質含量與湖北檢測的結果一致。另外，由於收割前，連續九天下雨，其實際畝產難以準確測定，由成熟待收割前兩天統計的每畝穗數、每穗顆粒數、空殼率、千粒重等指標，與對照田對比，產量增加27.26%。
稻米胺基酸含量經湖南省技術監督局檢測，與對照田相比，其胺基酸含量提高38.14%，其中限制性胺基酸——賴氨酸提高53.07%，蘇氨酸提高58.14%。
耒陽試驗圖
耒陽實驗圖附屬檔案二：生態營養稻的意義 1、經濟意義
常規稻米的蛋白質含量為7~8%，以畝產1000kg稻穀時，每畝約可獲得75kg蛋白質。若將稻米蛋白質提高至15%，畝產500kg稻穀，即可獲得相同量的蛋白質，當畝產1000kg時，即可獲得150kg蛋白質。因此，提高稻米蛋白質和限制性胺基酸，調控食味，強化營養，是實現稻米大幅度“增產”的高效途徑之一。即實現了光能的高效利用，同時可大幅度的降低肥料用量，實現資源高效。提高稻米蛋白質含量折算營養量與單增產的比較見表1-1：
表1-1提高稻米蛋白質含量折算營養量與單增產的比較
| 產量kg／畝 | 1000 | 700 | 600 | 500 |
| 稻米蛋白含量 | 7.50% | 10.72% | 12.50% | 15.00% |
| 蛋白質kg／畝 | 75 | 75.04 | 75 | 75 |
| 產量 | kg／畝 | 1000 | 900 | 800 | 700 | 600 | 500 |
| 現有技術不同產量所需肥料量（依據不同土壤肥力和栽培方式等變化） | |||||||
| 常規複合肥 | kg／畝 | 69~90 | 62~81 | 55~72 | 48~63 | 41~54 | 34~45 |
| 本技術不同產量所需肥料量 | |||||||
| 超級稻專用緩釋／控釋肥 | kg／畝 | 50~62.5 | 45~56.25 | 40~50 | 35~43.75 | 30~37.5 | 25~31.25 |
| 生物營養液 | kg／畝 | 2.25~2.82 | 2~2.5 | 1.8~2.25 | 1.57~2.0 | 1.35~1.68 | 1.1~1.4 |
| 減少肥料用量 | kg／畝 | 16~24.5 | 15~22 | 13~20 | 11~17 | 9.5~15 | 8~13 |
附屬檔案三：超級稻專用緩釋／控釋肥簡介 2000年，為配合袁隆平院士“單季雜交稻超過800kg／畝”的攻關目標，湖南集能新材料科技有限公司受中石化巴陵分公司委託研發超級稻專用肥，經過國內外技術分析，提出了在大宗農作物上採用緩釋／控釋肥技術方案，並完成“超級稻專用緩釋／控釋肥”的研發，技術組與湖南雜交水稻中心的科研人員一道，歷經近四年的小區和大田試驗，已順利完成了“單季雜交稻超過800kg／畝”預定目標。 試驗結果表明：目標產量≥800kg／畝”時，一次性施肥40~45kg／畝，釋放周期90~130天可調，滿足超級稻各生育階段營養需求。經“元素示蹤”、生物量等檢測，氮利用率68%，為國內外先進水平。以國家水稻資料庫公布的“兩優培九”特性數據“穗總粒數153.9粒，實粒124.5粒，結實率80.9%，千粒重26.15克”計算，到達807kg/畝實際增產34.56%，可見精準施肥對作物產量的貢獻。於2004年4月通過國家級鑑定。特別指出的是：降低水稻施肥成本50~80元／畝（5~10元／100kg稻穀），肥料緩釋／控釋膜材料成本為50~80元／噸（同期國外草坪緩釋肥膜材料成本900~2000元／噸），現有常規的複合肥工藝無需新增設備。當肥料利用率達到60%時，年可節約肥料500~700萬噸。 為解決業內“高產則易倒伏”的困擾，2013年水稻專家趙定坤尋求向聯合國推薦“單季產量≥800kg/畝，不倒伏肥料”肥料，在耒陽主持了“超級稻緩釋/控釋肥”高產不倒伏試驗，試驗面積100畝，稻田肥力約為中等（有機質含量偏低），稻種採用兩優1129，畝施“超級稻專用緩釋/控釋肥”75kg，一次性施肥，持效期90~115天，水稻整個生育不再施任何其它肥料（包括有機肥），按當地農化常規管理模式。在試驗返青期→分櫱期逢耒陽連續16天干旱，收割時，衡陽農業局與專家趙定坤測產，百畝連片約837kg/畝。無倒伏發生。見下圖。
耒陽實驗圖
耒陽試驗圖九十年代歐盟對“控釋肥”的定義：“確切意義的控制釋放肥料是指那些養分釋放速率能與作物需肥規律相一致或基本一致的肥料”（我國的《控釋肥料》HG／T4215—2011與歐洲標準中《緩釋肥料》標準和定義相近，主要對養分的釋放速率進行控制，與作物無關）。 依歐盟“控釋肥”的定義： 真正意義上的“控釋肥”，即使是同一種作物，其品種不同，其全生育周期、各生育階段不盡相同、產量（經濟係數）和總生物量（果實、莖葉根系）的差異、環境因素（土壤、日照、積溫等）、耕作制度等不同，且不同年份同期的自然環境不可能一致。因而，控釋肥的“精準”設計，一定會有“工程誤差”，關鍵是將“工程誤差”控制在一定範圍。從而實現“養分釋放速率與作物所需營養基本一致”。 大多數作物全生育期內，不同生育階段所需營養是不一致的，因而“控釋肥”需依據不同作物各生育階段總“生物量”不同部位所需營養提供“基本一致”的養分，且養分釋放速率應與“生物量”所需營養“基本一致”。由此可知：“控釋肥”是一個複雜的“系統工程”，需要多個領域的高新技術支撐，需要大量多領域“資料庫”的基礎數據。因此，在自然環境中實際套用的“控釋肥”需進行簡約，堅持“養分釋放速率與作物所需營養‘基本一致’”的原則，實現增產、提高品質、生態、資源節約、安全的目的，與現有施肥技術有較大進步即可。 綜上所述，在確切意義上的“控釋肥”，可依據某種特定作物的“三羧酸循環”、“胺基酸生物合成途徑”，調控不同生育階段的“關鍵酶”，即可“精準”調控作物的胺基酸、口感等營養、品質。 施用緩／控釋複合肥，可實現真正意義上的平衡施肥，不僅提高肥料利用率、減少養分流失，而且減輕了農田水體污染。其社會、生態效益非常巨大。我公司研製的超級稻專用緩釋／控釋肥料的特點： a.低成本的緩釋／控釋技術——實現了將緩釋／控釋技術用於大宗農作物。國外用於高爾夫球場的緩釋肥的包膜成本900~2000元／噸，我們研發的緩釋／控釋成本為80~120元／噸。 b.一次性施肥，釋放周期90~130天可調。 c.稻田氮肥利用率68%，為國內外先進水平。 d.依據超級稻雜交優勢，充分發揮其光合作用，實現優質高產（增產率≥15%）。 e.依據超級稻個生長階段所需不同營養，一次性施肥。實現了“控釋”。 f.與常規複合肥相比，緩釋／控釋肥可大幅度的節約資源，降低施肥成本，提高作物品質。 中國單位面積的施肥量已達世界平均量的1.6倍，氮素化肥的損失率高達45%，每年損失高達200多億元。不但浪費了資源，且污染了環境。提高化肥利用率成為全球關注的問題。緩釋／控釋肥氮素利用率高達50~60%，氮肥利用率由33%提高到60~68%時，年可節約氮肥50%。以尿素折算，年可節約無煙煤1000萬噸。緩釋／控釋肥料的開發與推廣是同步解決糧食、肥料、環境的最有效地措施之一，是肥料行業發展必然趨勢。特別是在世界範圍內推動大宗農作物使用緩釋／控釋肥，可促進肥料產業的最佳化升級，提高糧食生產的經濟效益，保障我國糧食安全，對確保農業可持續發展具有重大意義。
