9月8日，国际顶级学术刊物《自然》（Nature）发表研究论文《科技小院让中国农民实现增产增效》。这一成果是由中国农业大学等单位的14名研究人员经过8年合作研究完成的。中国农业大学资环学院副教授张卫峰和入住河北曲周科技小院的第一批研究生曹国鑫为共同第一作者，张福锁教授为通讯作者。
受知识不足、信息和资源缺乏、服务支撑不够、土地产权制约、抗风险能力差等一系列问题困扰，科技进步难以转化为农户的生产力和农民收益，这不仅是我国农业发展面临的巨大挑战,也是全球小农户生产转型的最大难题。 中国农大资源环境与粮食安全研究中心的科技人员长期扎根基层、在农村建立科技小院，与农民共同剖析限制因素，因地制宜创新集成增产增效技术；他们以科技小院为平台，整合科研机构、政府和市场多方力量和资源，探索提升农民科学种田水平和大面积实现区域增产增效的技术途径和组织模式。
创新的科技小院模式不仅对确保国家粮食安全和生态环境安全、推进我国农业转型具有重要意义，而且对小农户为主的其它发展中国家（如印度、东南亚、非洲等）都有广泛的借鉴作用。
河北曲周曾是有名的盐碱滩,经过老一辈科学家的艰苦努力实现了粮食自给，但在新时期如何进一步实现绿色增产和农民增收仍面临巨大挑战。科技小院师生驻扎乡村后，与曲周农民同吃、同住、同劳动，发现农民农业生产中的实际问题，并有针对性地进行科技指导和技术示范。统计数据显示，当地农户的作物产量和氮肥生产效率最初仅为高产高效试验基地的63%和57%，科技小院入住五年后，曲周农民农业知识水平大幅提高，高产高效技术采用率从2009年的17.9%提高到了53.5%，2009至2014年，全县粮食单产实现了试验基地产量水平的79.6%全县粮食总产增长了37%，养分效率提高20%以上，农民收入增长了79%，曲周一跃成为全国粮食生产先进县。,
曲周的上述转变是依托科技小院应用“土壤-作物系统综合管理”理论和技术实现的。师生们通过产量差分析、农户参与式技术创新、农户组织模式创新与技术扩散途径创新等手段，系统破解了小农户增产增效的关键限制因素，集成创新了适合当地条件的增产增效技术，找到了农户大面积应用技术的有效途径。例如，国内外已有的研究发现影响小农户产量差的因素多达20多个,基本上无法定量,也没有破解的成功案例。但科技小院师生经过驻村研究后发现,小麦玉米全生育期十项关键技术都对产量差的贡献超过5%，包括品种、播量、播期、施肥、灌溉、收获日期、整地技术等等,但没有一项是决定性的，因此必须采取技术集成与综合管理才能解决问题。
然而这些技术不仅知识集成度高而且采用程度还受制于特定的社会经济因素，如小麦深耕有助于提高土壤水肥供应能力，但深耕机械宽4米，而农户地块一般仅6米宽，机械跑一趟耕不完，跑两趟不划算，限制了农户采用。还有很多因素限制技术的采用，如灌溉资源配置机制制约了玉米适期播种、农资市场不规范制约了优良品种和适宜肥料的选择、农民兼业化影响了玉米晚收和小麦适期播种。在生产一线的研究证明只有当科技人员置身于小农户当中时才能及时发现这些问题和定量这些复杂因素的影响，然后与农民一起解决这些问题。
为了破解各种技术应用的制约因素，科技小院引导农户结合实际情况开展了大量的参与式技术创新，发现与农户一起进行技术创新是提高技术适用性和综合效益的关键举措，例如农户采用小院推荐的深耕技术后增加了镇压，不仅减少一次浇水，每亩节省50多元钱，还降低劳动力投入。这样的参与式技术创新还有很多，农民在小院提供的播量、播期等技术上也进行了不少改进，修改后的技术更适合当地农户生产实际，简便易行且效益提高。2009年至2014年五年中，共有71个科技农户进行了608组技术优化试验，统计结果表明：农户修改后的技术体系可以达到试验基地产量水平的97%，而成本收益率和劳动力效率均提高了43.8%——195.8%。
绝大部分农户受教育程度低、对技术理解不够、接受能力差制约了技术的大面积应用，科技小院建立了“提升农户兴趣-强化信息传播-建立农户信任-实时决策咨询”的新型技术扩散途径。逐步破解了传统技术扩散方式中农户不感兴趣、看不到、看不懂、记不住、不能用的关键瓶颈，例如通过在村里开展舞蹈、识字班等文化活动培育了与农户的信任度，大量示范和竞赛激发了农户兴趣，小院在村头建立科技长廊、农户家里发放科技日历解决农民看不到技术信息的问题，通过大范围培训解决农户看不懂的问题，通过实时咨询解决农户记不住的问题。
地块狭小、分散经营更是技术应用的老大难问题，科技小院创建了“土地不流转，也能规模化”的大方操作模式。通过让30-40户土地连片的农户组织起来，采取统一的“大方操作”方式既解决了机械操作和适时灌溉等硬件制约问题，而且还通过统一实施测土配方施肥、统一购置农资、统一租赁农机为农户每亩降低了40多元成本，提高了技术采用标准化。针对农资市场不规范、公共服务体系不健全的问题，科技小院与政府和企业建立了自主参与的多元化服务体系，如政府针对深耕推广困难的问题设立了每亩30元补贴，政府用专用肥等标签区分了科技产品与普通产品，帮助农户正确选择，科技效果及时传播给企业也带动企业生产适合区域性需求的产品、提供农民需要的服务，保障了技术大面积到位。
美国科学院院士、斯坦福大学教授Vitousek和Matson认为科技小院模式非常重要，提供了农民与科学家交流、农民创新、不同服务主体协作的平台。《自然》杂志执行编辑和评委对此文予以高度评价，国际小农户可持续发展研究专家Giller教授对科技小院这种扎根农村助推农户增产增效的创新模式感到无比兴奋，他认为这是迄今为止国际上关于大面积推动小农户增产增效的典型成功案例，是全球提高粮食产量、减少环境污染的重要途径。国际产量差研究发起者之一的Van Ittersum教授认为科技小院在大规模改变小农户生产方式方面取得了突破性进展。
自2009年在河北曲周建立第一个科技小院以来，中国农业大学资源环境与粮食安全研究中心以全国养分资源管理协作网为依托，已在全国21个省市建立了81个科技小院，探索不同区域、不同优势作物、不同经营主体条件下农业转型的技术、应用模式和区域大面积实现的途径，取得了丰硕的成果，引起了社会各界的高度关注。科技小院模式是一种低成本高效率的服务体系,对于解决粮食安全、绿色增产和精准扶贫等都有巨大的应用潜力。
这篇论文是张福锁教授研究团队立足国家需求、在农业生产一线开展国际前沿研究、同时解决问题的又一重大成果。该团队围绕农业可持续集约化发展道路问题，从理论、技术体系、解决途径和实现改变等方面进行了系统深入地探索，取得了一系列重大突破。如2010年该团队在《科学》杂志上发表了过量施用氮肥造成中国农田土壤大面积酸化问题。2013年在《自然》上发表了大气氮沉降增加60%的结果，揭示了集约化农业的代价和成因。2014年在《自然》上发表了《以更低的环境代价获得更高的作物产量》一文，证明“土壤-作物系统综合管理”理论和技术可以使全国粮食产量增产30%以上、氮素环境排放降低50%，从而同时满足粮食安全和环境保护的国家需求，为未来高产高效农业发展指明了方向。而此次发表的论文则阐述了“自下而上（Bottom-up）、扎根农村和农业生产一线、与农民一起创新，实现县域尺度大幅度增产增效的方法和路径”，这为我国农业转型、全面实现绿色增产增效提供了理论、技术和实现途径。
