研发新作物品种和杂交品种的基础研究，也是增加作物产量和减少环境危害的一个重要部分，而在这其中转基因技术近年变得日益重要。中国首例获准商业使用的转基因作物——转基因Bt棉的种植，让农民自1997年起增收约6%，减少杀虫剂使用大概80%。即便中国公众对转基因粮食作物持谨慎态度，中国中央政府仍于2008年建立了一项耗资250亿人民币(相当于当时37亿美元)、针对转基因的12年研发计划。仰仗省级政府的资助，该计划得以囊括中国的主粮作物。
农学家同时在以下方面开展了研究：茎、叶、谷粒的生长过程中水、营养和阳光的分配;土壤构造和根部化学过程的作用;生物、化学、地质作用如何决定土壤性质。这些研究让我们能知悉使用肥料的最佳时机，抑或是决定种植日期与植株密度，以最好的利用水和阳光。例如，得益于近来在20个省份、5000多块试验田进行的一项根区养分管理研究，由中国农业大学带头的一个团队在7年的时间里，使作物平均增产12%，同时减少了24%的肥料使用。
已经取得的成果
得益于从实验田和实际农田里学到的知识，中国科学家已经在维持产量的前提下把肥料使用降到了经济最优水平。2003到2006年，一项囊括49个位于华北平原和太湖地区的真实农田的田间试验的研究里，在不造成大米、小麦或玉米减产的前提下，来自各机构的研究人员减少了30-60%的肥料用量。(此研究支持了前文提到的肥料利用和效率的其他研究。)其他一些生态系统建模得出的结论也很有前景。
为了实现全国粮食增产30%-50%的目标，中国政府在农业研究的投入，从2000年的70亿人民币提高到了2009年的244亿人民币，是原先的三倍还多;两者分别占国内生产总值的0.36%和0.66%。自2008年起，国家已经给发展现代农业技术的全国性组织网络分配了30亿资金。这一网络成立之初即包括50所高校、340家研究所、200家公司，以及超过2000名农学家。
即使如此，把如此多的研究结果转化成大量的小型农田实践，依然是一项严峻挑战。为了完成知识到技术的转化，中国政府在全国主持了1.2万多项研发主导的作物和土壤管理示范;同时建立了一些项目津贴，比如去年，在指导农民肥料添加的用时用量的试验里投入了15亿人民币。
中国农业研究需要紧跟不同寻常的社会变化，还要关注日益增长的粮食、资源和环境需求。随着数百万人涌入北上广等城市寻求工作机会，南北方农业中心劳动力将日益短缺。农田可能会合并，一个人就要管理几公顷土地。另一方面，随着更多的肉类和奶制品需求，饲料进口将增加。比如中国2012年将近80%的大豆(5840万吨)都是进口的。
中国这种数百万小块农田组成的农业系统很特殊。然而中国农业研究的视角、质量和历程，还有应对基本环境挑战的意愿和需要，值得印度、孟加拉等国从中国科学家和系统中获得指导。欧洲、北美、新西兰、澳大利亚等地的农户同样能从中国的方法中学到东西。节约资源，减少环境影响，应对气候变化，不断增产，这些对每一个国家都是至关重要的目标。
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