文/許竹青(中國科學(xué)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究院)

　　2019年，美國國家科學(xué)院發(fā)布了《科學(xué)突破推動食品和農(nóng)業(yè)研究到2030年》的研究報告，該報告對未來十年美國食品與農(nóng)業(yè)科學(xué)研究的發(fā)展重點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析。本文對美國面向2030的農(nóng)業(yè)科技研發(fā)重點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，并結(jié)合我國農(nóng)業(yè)科研的相關(guān)問題提出了參考建議。

　　一、未來美國食品與農(nóng)業(yè)科學(xué)研究的重點(diǎn)

　　(一)科研支持向跨學(xué)科融合研究傾斜

　　農(nóng)業(yè)是復(fù)雜的系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)科學(xué)研究也需要從資源利用、運(yùn)作效率、系統(tǒng)彈性和可持續(xù)性的整體維度進(jìn)行思考，要支持跨學(xué)科融合研究。農(nóng)業(yè)跨學(xué)科研究一方面通過采用集中作戰(zhàn)的方式和系統(tǒng)思維的模式解決農(nóng)業(yè)發(fā)展的難題，另一方面通過跨學(xué)科的合作推動農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域利益相關(guān)方深化交流有助于形成良好的農(nóng)業(yè)創(chuàng)新生態(tài)。當(dāng)前美國已支持部分跨學(xué)科科研項(xiàng)目，例如美國國家科學(xué)基金會在食品、能源和水務(wù)系統(tǒng)方面的創(chuàng)新項(xiàng)目，以及美國農(nóng)業(yè)部的可持續(xù)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)競爭性項(xiàng)目等。但對這些項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)支持力度不夠，對跨學(xué)科的激勵不明顯。美國國家科學(xué)院建議進(jìn)一步支持面向具體問題的農(nóng)業(yè)跨學(xué)科科研協(xié)作項(xiàng)目，將新技術(shù)、推廣、產(chǎn)品及加工創(chuàng)新都同時融入農(nóng)業(yè)研究。

　　(二)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)傳感器的研發(fā)、集成與應(yīng)用

　　美國高度強(qiáng)調(diào)農(nóng)業(yè)傳感器的相關(guān)技術(shù)研發(fā)。精準(zhǔn)監(jiān)測、實(shí)時反饋、多功能的新一代傳感器的研發(fā)，有助于推動美國農(nóng)業(yè)競爭力的進(jìn)一步提升。當(dāng)前傳感器技術(shù)已廣泛應(yīng)用在美國農(nóng)業(yè)，但主要集中在對單個特征如溫度的測量上，如果要同時了解整個農(nóng)業(yè)系統(tǒng)運(yùn)行的機(jī)理，連續(xù)監(jiān)測多個特征的聯(lián)動能力才是關(guān)鍵。美國國家科學(xué)院對高效利用現(xiàn)有傳感技術(shù)、面向農(nóng)業(yè)領(lǐng)域開發(fā)新的傳感技術(shù)提出倡議，建議推動多功能監(jiān)測傳感器的研發(fā)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供多維數(shù)據(jù)支撐。同時，建議大力支持新一代傳感器的研發(fā)，探索新型納米傳感器和生物傳感器，通過近乎實(shí)時地監(jiān)測做出精準(zhǔn)預(yù)判，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和養(yǎng)殖風(fēng)險最小化。

　　(三)實(shí)現(xiàn)數(shù)字農(nóng)業(yè)高端化發(fā)展

　　推動新一代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)科研的全方位融合是實(shí)現(xiàn)研究實(shí)驗(yàn)室與實(shí)地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有效連接，提升糧食、農(nóng)業(yè)研究和知識應(yīng)用水平的重要方向。未來十年，美國將致力于推動更快地收集、分析、存儲、共享和集成高度異構(gòu)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)集的能力，推動農(nóng)業(yè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)驅(qū)動的發(fā)展。為此，美國國家科學(xué)院提出，一要培育發(fā)展農(nóng)業(yè)食品信息學(xué)，在食品與農(nóng)業(yè)研究中廣泛采用信息技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)、數(shù)據(jù)科學(xué)和人工智能;二要從戰(zhàn)略的角度看待農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)分析，為農(nóng)業(yè)科研創(chuàng)造便利性;三是開發(fā)適合農(nóng)業(yè)科研的數(shù)據(jù)開發(fā)軟件工具和技術(shù)手段，開發(fā)在動態(tài)變化條件下的實(shí)時系統(tǒng)反映模型工具。

　　(四)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基因編輯技術(shù)研發(fā)

　　對農(nóng)業(yè)重要性狀進(jìn)行常規(guī)編輯有助于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力提升和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量提高，美國對農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究持積極態(tài)度。報告認(rèn)為農(nóng)作物和動物的基因改良程度是農(nóng)業(yè)可持續(xù)性的一個重要組成部分，通過繼續(xù)支持農(nóng)業(yè)在基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和元胚胎學(xué)等領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用，加速農(nóng)業(yè)遺傳改良，從而提高生產(chǎn)力、抗病或抗旱性、營養(yǎng)價值等。例如，通過基因編輯工具在作物中納入必要的微量營養(yǎng)素或其他與質(zhì)量有關(guān)的特性，將提高食品質(zhì)量和保質(zhì)期、加強(qiáng)營養(yǎng)、減少糧食損失和糧食浪費(fèi)。同時也應(yīng)在社會教育等方面進(jìn)行相關(guān)的科普宣傳工作，增進(jìn)科研人員、生產(chǎn)者和公眾之間的良好溝通。

　　(五)推動農(nóng)業(yè)微生物群落研究取得科學(xué)突破

　　當(dāng)前，與人體菌群微生物研究所取得的突破性進(jìn)展相比，農(nóng)業(yè)中的微生物群落(動物、植物和土壤)的研究仍處于初級階段。在先進(jìn)探測工具的支撐下，未來十年將有望研究清楚農(nóng)業(yè)微生物群落及其之間復(fù)雜的相互作用，理解土壤、植物和動物微生物之間的分子水平的相互作用，從而持續(xù)改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展。為此，美國國家科學(xué)院建議，一是建立一個微生物參考數(shù)據(jù)庫，二是支持農(nóng)業(yè)微生物群落相關(guān)的研究項(xiàng)目，三是推動跨學(xué)科科研力量加強(qiáng)農(nóng)業(yè)微生物群落研究。

　　二、對我國的啟示及借鑒

　　(一)提高跨學(xué)科農(nóng)業(yè)科研合作項(xiàng)目的支持力度

　　農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是復(fù)雜巨系統(tǒng)，各子系統(tǒng)和各個部分之間存在復(fù)雜的相互聯(lián)系。僅從農(nóng)業(yè)品種看，農(nóng)業(yè)系統(tǒng)就包括種植業(yè)、畜牧業(yè)、林業(yè)等不同類別，同時又分為各種不同的作物，且各種類別和不同作物之間又有著密切的復(fù)雜的相互關(guān)系。另外，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的生物學(xué)和社會學(xué)特性又決定了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)與自然環(huán)境系統(tǒng)、社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)之間具有非常復(fù)雜的相互聯(lián)系，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程不僅是生物的生長過程，也是人類社會產(chǎn)品的價值和使用價值的形成過程。因此，在開展農(nóng)業(yè)科研的過程中，要特別注重結(jié)合“山水林田湖草生命共同體”進(jìn)行系統(tǒng)化考慮。

　　當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)科研領(lǐng)域特征明顯，即使是多個學(xué)科參與的重大研發(fā)項(xiàng)目，跨學(xué)科合作也較難實(shí)現(xiàn)，這就造成很多科研成果從實(shí)驗(yàn)室到田間應(yīng)用仍需要二次研發(fā)。未來我國對農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)支持應(yīng)向農(nóng)業(yè)跨學(xué)科研究適當(dāng)傾斜，鼓勵從學(xué)科融合和綜合集成的角度進(jìn)行新探索、實(shí)現(xiàn)新突破。特別是要積極推動新一代信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)科研中的集成應(yīng)用，支撐農(nóng)業(yè)科研探索新前沿。

　　(二)支持農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)獲取及分析應(yīng)用的前沿技術(shù)研發(fā)

　　近年來，我國數(shù)字技術(shù)與農(nóng)業(yè)的融合加速，但農(nóng)業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)占行業(yè)增加值比重依然較低。根據(jù)G20國家數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展研究報告，2017年農(nóng)業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)占行業(yè)增加值比重超20%的國家僅有英國、德國，韓國、美國、日本、法國的比重在10%～20%之間，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化水平較低，農(nóng)業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)占行業(yè)增加值比重平均值僅為6.5%，低于行業(yè)數(shù)字化平均水平。

　　發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè)，首要解決農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)問題。我國農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)較差，質(zhì)量不高，服務(wù)落后。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)是新一代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)融合過程中必不可少的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施。我國從國家到縣域各級政府都缺乏對全面、系統(tǒng)、開放的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)大數(shù)據(jù)的收集、共享和管理，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)較差，數(shù)據(jù)服務(wù)落后，制約了數(shù)字技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用。當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)利用難度大，衛(wèi)星遙感影像的精度在10米左右，無法滿足精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的需求，且收集衛(wèi)星遙感影響的成本較高。同時數(shù)據(jù)共享的體制機(jī)制未能有效建立，例如，我國2799個國家級的氣象站點(diǎn)中僅有699個的交換站點(diǎn)數(shù)據(jù)可以獲取。

　　建議從戰(zhàn)略角度看待農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)發(fā)展，支持農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)采集技術(shù)、采集裝備的發(fā)展，支持農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)和模型的開發(fā)應(yīng)用。鼓勵社會資本、運(yùn)營商、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)等共同參與，推動農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)。構(gòu)建數(shù)據(jù)共享利用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和制度，優(yōu)化農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的管理政策。

　　(三)將農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用作為農(nóng)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)

　　我國農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)尚不成熟，技術(shù)落地難。我國目前自主研發(fā)的農(nóng)業(yè)傳感器數(shù)量不到世界的10%，且可靠性、穩(wěn)定性、精準(zhǔn)度等性能指標(biāo)不佳，如土壤墑情監(jiān)測傳感器、二氧化碳濃度的傳感器、葉表面分析儀等技術(shù)和設(shè)備在長期暴露農(nóng)田自然環(huán)境時，故障率高，嚴(yán)重影響使用。同類傳感器設(shè)備，與國外產(chǎn)品相比維護(hù)成本過高，性能差距較大。另一方面，當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)傳感器以單功能為主，亟待推動多功能的快速檢測、連續(xù)監(jiān)測、實(shí)時反饋的新一代農(nóng)業(yè)傳感器的研發(fā)。

　　農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)的問題也暴露了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域跨學(xué)科研發(fā)的迫切需求，推動農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)的發(fā)展，不僅需要圍繞傳感器技術(shù)本身不斷迭代升級，更重要的是要推動農(nóng)業(yè)科學(xué)家的研發(fā)參與，通過聯(lián)合研究不斷提高傳感器精準(zhǔn)度、穩(wěn)定性等性能。因此，農(nóng)業(yè)傳感器需要系統(tǒng)化思維、跨學(xué)科研發(fā)。

　　建議大力支持新一代農(nóng)業(yè)傳感器的研發(fā)，以系統(tǒng)化思維和跨學(xué)科研究推動破解農(nóng)業(yè)傳感器落地難題。加強(qiáng)新一代農(nóng)業(yè)傳感器的應(yīng)用，強(qiáng)化我國農(nóng)業(yè)在資源要素的利用環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)風(fēng)險預(yù)判，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)時優(yōu)化調(diào)整，推動我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)利用方式的變革。

　　(四)加大農(nóng)業(yè)科研投入支持農(nóng)業(yè)前沿領(lǐng)域研究探索

　　美國農(nóng)業(yè)科研一直強(qiáng)調(diào)面向食物與環(huán)境挑戰(zhàn)開展前沿探索，保持領(lǐng)先優(yōu)勢。根據(jù)中國科學(xué)院發(fā)布的《2019工程前沿》報告，當(dāng)前農(nóng)業(yè)、植物學(xué)和動物學(xué)領(lǐng)域前10位的熱點(diǎn)前沿(當(dāng)前全球農(nóng)業(yè)科研前沿?zé)狳c(diǎn)為植物生理調(diào)控機(jī)制、作物性狀改良、除草劑抗性、植物活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能、農(nóng)田土壤污染修復(fù)、家畜胃腸道消化及農(nóng)用無人機(jī)等研究方向)中，美國都處于領(lǐng)先地位，既是最大的核心論文產(chǎn)出國，也是施引論文的最大產(chǎn)出國。

　　美國農(nóng)業(yè)豐碩的科研產(chǎn)出與強(qiáng)有力的科研經(jīng)費(fèi)支持高度相關(guān)，美國農(nóng)業(yè)科研經(jīng)費(fèi)占農(nóng)業(yè)GDP的比重為6.9%，而我國僅為0.8%(Nature, 2016)。與發(fā)達(dá)國家相比，我國農(nóng)業(yè)研發(fā)投入長期較低，研發(fā)支持力度不夠。當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)支持重點(diǎn)正在加速向農(nóng)業(yè)科研支持等“綠箱”政策轉(zhuǎn)變，建議大幅提高我國農(nóng)業(yè)科研投入，圍繞基因編輯技術(shù)、農(nóng)業(yè)微生物環(huán)境、農(nóng)業(yè)數(shù)字融合等前沿領(lǐng)域加大支持力度。同時要創(chuàng)新項(xiàng)目設(shè)計(jì)和管理，形成激勵農(nóng)業(yè)科研跨學(xué)科融合的有效機(jī)制。