趙其國，尹雪斌，孫 敏，劉永賢，侯非凡，張 寧

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2008—2018年功能農(nóng)業(yè)的理論發(fā)展與實踐

趙其國1, 2, 3，尹雪斌2, 3, 4,5*，孫 敏3，劉永賢5，侯非凡3，張 寧6

(1中國科學院南京土壤研究所，南京 210008；2 中國科學技術(shù)大學蘇州研究院功能農(nóng)業(yè)重點實驗室，江蘇蘇州 215123；3山西農(nóng)業(yè)大學山西功能農(nóng)業(yè)研究院，山西太谷 030801； 4中國科學技術(shù)大學地球與空間科學學院，合肥 230026； 5 廣西富硒農(nóng)業(yè)研究中心，南寧 530007；6江蘇省硒生物工程技術(shù)研究中心，江蘇蘇州 215123)

功能農(nóng)業(yè)作為高產(chǎn)農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)之后，農(nóng)業(yè)發(fā)展的新階段，是“調(diào)優(yōu)供給”、“調(diào)強農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)”的重要支撐性技術(shù)，加強功能農(nóng)業(yè)研究是構(gòu)建生態(tài)高值農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系的重要內(nèi)容，是我國農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的主要舉措之一，對我國農(nóng)業(yè)發(fā)展和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略具有重要意義。功能農(nóng)業(yè)從2008年提出至今已有十年時間，本文對有關(guān)功能農(nóng)業(yè)的定義、學科的發(fā)展、應用實踐，進行了系統(tǒng)回顧，對于未來發(fā)展進行了展望。

生態(tài)高值農(nóng)業(yè)；功能農(nóng)業(yè)；硒；礦物質(zhì)；植物有益物質(zhì)

“民以食為天”，農(nóng)業(yè)的發(fā)展史，也是人類飲食的進步史。功能農(nóng)業(yè)作為農(nóng)業(yè)發(fā)展的新階段，支撐著農(nóng)業(yè)的生態(tài)高值目標，開啟了“吃”的新時代，即從吃得“飽”、吃得“安全”，向吃得“健康”邁進。根據(jù)十年功能農(nóng)業(yè)研發(fā)實際，我國未來功能農(nóng)業(yè)的發(fā)展宗旨是“科技領(lǐng)先、智慧創(chuàng)新、開拓發(fā)展、團結(jié)協(xié)同、公正誠信”，12字方針是“準確、質(zhì)量、穩(wěn)妥、安全、民生、持續(xù)”。希望以此指導功能農(nóng)業(yè)有序發(fā)展，造福13億中國人，并期望服務全人類。山西、廣西、寧夏、河北、山東、江蘇、江西、湖北和安徽等省市，率先在省域規(guī)?；l(fā)展功能農(nóng)業(yè)，是我國功能農(nóng)業(yè)從科技創(chuàng)新走向產(chǎn)業(yè)實踐的重要樣板。

1 生態(tài)高值農(nóng)業(yè)的技術(shù)體系和模式構(gòu)建

1.1 生態(tài)高值農(nóng)業(yè)的提出背景

在中科院的部署與領(lǐng)導下，針對近年國內(nèi)外農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的機遇與挑戰(zhàn)，“中國科學院農(nóng)業(yè)領(lǐng)域戰(zhàn)略研究組”于2007年10月至2009年3月集體完成并制定了《中國至2050年農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域發(fā)展路線圖》[1]，提出了發(fā)展我國“生態(tài)高值農(nóng)業(yè)”的理念及技術(shù)體系模式構(gòu)建。2010年6月，國家領(lǐng)導人在兩院院士大會上，針對農(nóng)業(yè)科技，首次提出要“構(gòu)建我國生態(tài)高值農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系”[2]。

1.2 生態(tài)高值農(nóng)業(yè)的概念與內(nèi)涵

根據(jù)《生態(tài)高值農(nóng)業(yè)：理論與實踐》一書的總結(jié)。所謂“生態(tài)”，就是要體現(xiàn)農(nóng)業(yè)既能為社會提供安全、優(yōu)質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品，又能實現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源的永續(xù)利用，將農(nóng)業(yè)納入可持續(xù)發(fā)展的道路；所謂“高值”，就是要體現(xiàn)農(nóng)業(yè)有很高的土地產(chǎn)出率、投入產(chǎn)出率、勞動生產(chǎn)率[3]。因此，“生態(tài)高值農(nóng)業(yè)”目標是構(gòu)建集約化經(jīng)營與生態(tài)化生產(chǎn)有機結(jié)合的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。它以健康消費需求為導向，以提高農(nóng)業(yè)市場競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力為核心，兼有高產(chǎn)出、高效益與可持續(xù)發(fā)展的雙重特性，是轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)增長方式、提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力的集中體現(xiàn)。

1.2.1 生態(tài)高值農(nóng)業(yè)的建設目標 “生態(tài)高值農(nóng)業(yè)”的目標體系可表述為：=a+b+c{，}。其中，為生態(tài)高值農(nóng)業(yè)發(fā)展水平；為農(nóng)業(yè)的生態(tài)環(huán)境效益；為農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟效益；為農(nóng)業(yè)的社會效益，體現(xiàn)生態(tài)環(huán)境效益與經(jīng)濟效益相互協(xié)調(diào)的程度；a、b、c是由社會生產(chǎn)力的發(fā)展水平、社會制度、人類的審美觀與價值觀等因素決定的。

可見，“生態(tài)高值農(nóng)業(yè)”是包括生態(tài)農(nóng)業(yè)及環(huán)境，農(nóng)產(chǎn)品的高產(chǎn)、高質(zhì)、高效，以及科技、市場、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟價值(包括農(nóng)業(yè)的一、二、三產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值)“三者”相結(jié)合的總概念，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的總體方向。

到2020年，通過重點農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域的重大創(chuàng)新突破，構(gòu)建生態(tài)高值農(nóng)業(yè)技術(shù)體系，為不斷滿足我國日益增長的對農(nóng)產(chǎn)品總量、質(zhì)量、安全和多功能的需求以及改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)資源永續(xù)利用等生態(tài)高值農(nóng)業(yè)體系提供科技支撐[4]。

到2050年，中國農(nóng)業(yè)具備實現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源可持續(xù)利用，充分保障國家食物總量和質(zhì)量安全，以及進入傳統(tǒng)功能和現(xiàn)代多功能并存的未來農(nóng)業(yè)所需要的科技支撐條件，使我國在發(fā)展中國家中率先進入生態(tài)高值可持續(xù)發(fā)展的新時代，全面實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)化、營養(yǎng)化、功能化，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的信息化、數(shù)字化、精準化，建成農(nóng)業(yè)高值轉(zhuǎn)換的產(chǎn)業(yè)體系，形成生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)良性循環(huán)、景觀優(yōu)美、功能多樣、城鄉(xiāng)一體的新型農(nóng)業(yè)。

1.2.2 生態(tài)高值農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵實質(zhì) 生態(tài)即指生態(tài)農(nóng)業(yè)，包括水、土、氣、生、巖、污等部分。高值包括農(nóng)產(chǎn)值、農(nóng)技值、農(nóng)市值、農(nóng)經(jīng)值。其中，農(nóng)產(chǎn)值是指農(nóng)產(chǎn)品高量、高質(zhì)、高效，簡稱“農(nóng)–產(chǎn)”。農(nóng)技值是指功能農(nóng)業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、高科值農(nóng)業(yè)，簡稱“農(nóng)技–產(chǎn)”。農(nóng)市值是指市場經(jīng)濟價值(農(nóng)二產(chǎn))、農(nóng)加工、轉(zhuǎn)工，簡稱“附加值”。農(nóng)經(jīng)值是指產(chǎn)業(yè)化經(jīng)濟價值(農(nóng)三產(chǎn))，包括農(nóng)、經(jīng)、貿(mào)、科、教、游、文等內(nèi)容，如功能農(nóng)業(yè)養(yǎng)生園、牛博園、鹽博園、體驗農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)公園等(圖2)。

圖1 土壤肥力與生態(tài)(生物)系統(tǒng)功能的內(nèi)涵關(guān)聯(lián)圖

可見，生態(tài)高值農(nóng)業(yè)是包括生態(tài)農(nóng)業(yè)，環(huán)境與農(nóng)業(yè)品高產(chǎn)、高質(zhì)、高效，科技，市場，產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟價值(包括農(nóng)業(yè)的一、二、三產(chǎn)產(chǎn)值)相結(jié)合的總概念。比如，高產(chǎn)值：水稻：袁隆平15 t/hm2；小麥：河南10.35 t/hm2；玉米：新疆19.5 t/hm2；富硒、富鋅功能農(nóng)產(chǎn)品價格通常高出普通農(nóng)產(chǎn)品30% ~ 50%。高科值：通過信息、分子和功能化等技術(shù)提高產(chǎn)值。市場值：通過農(nóng)產(chǎn)品加工，走向國際與國內(nèi)市場，加工后的農(nóng)產(chǎn)品價值可提高幾十到上百倍，如安徽70 g的番茄醬可賣50元；美國玉米加工有3 500多種，產(chǎn)值提高達上千倍。我國農(nóng)產(chǎn)品加工的工業(yè)值與農(nóng)業(yè)產(chǎn)值比，每增加0.1%，可帶動230萬人就業(yè)。綜合經(jīng)濟值：可通過“農(nóng)經(jīng)貿(mào)科教游文”增加大量產(chǎn)值。

簡言之，生態(tài)高值農(nóng)業(yè)未來多體現(xiàn)在向一產(chǎn)、二產(chǎn)和三產(chǎn)聯(lián)合的“大農(nóng)業(yè)”方向發(fā)展。

1.2.3 生態(tài)高值農(nóng)業(yè)土壤肥力與生態(tài)系統(tǒng)圖解 土壤圈是生態(tài)系統(tǒng)中最為活躍的一個圈層，也是大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈進行物質(zhì)和能量交換的重要媒介，長期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)歷史，日益提高了土壤圈對于生態(tài)系統(tǒng)的重要性。我們在進行農(nóng)事活動時，向土壤中施用額外的含有N、P、K元素的肥料以利于農(nóng)作物生長；收集自然降水，汲取地下水以滿足土壤中所生長的作物需水要求；生產(chǎn)化肥和使用大型農(nóng)機具改善土壤理化性質(zhì)過程中排放的溫室氣體，多種因素疊加導致土壤肥力的提高與生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定之間形成了緊密的互作聯(lián)系。為了保證在提高土壤肥力，達到農(nóng)產(chǎn)品高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)產(chǎn)的同時，保證土壤生態(tài)功能的穩(wěn)定，提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，選擇以綠色、低碳、多能、清潔、持續(xù)為主要目標的生態(tài)高值農(nóng)業(yè)是必由之路。

2 功能農(nóng)業(yè)的創(chuàng)建

2.1 功能農(nóng)業(yè)提出的背景

2007年10月至2009年3月，中國科學院農(nóng)業(yè)領(lǐng)域戰(zhàn)略研究組集體編制完成《中國至2050年農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域發(fā)展路線圖》，提出了各階段農(nóng)業(yè)科技發(fā)展的主要方向及可突破的重大科學技術(shù)問題?！肮δ苻r(nóng)業(yè)”正是規(guī)劃路線圖中的重要方向，其理念及設想被首次提出。中科院2013年出版的《科技發(fā)展新態(tài)勢與面向2020年的戰(zhàn)略選擇》指出，未來的工作重心將圍繞生態(tài)高值農(nóng)業(yè)，構(gòu)建中國特色的生態(tài)高值農(nóng)業(yè)體系，“功能農(nóng)業(yè)”作為生態(tài)高值農(nóng)業(yè)體系的建設方向，在十二五、十三五規(guī)劃中最有可能取得突破性進展。同年出版的《生態(tài)高值農(nóng)業(yè)：理論與實踐》進一步提出并論證了功能農(nóng)業(yè)的發(fā)展，明確指出：“功能農(nóng)業(yè)”是生態(tài)高值農(nóng)業(yè)科技支撐體系的重要組成部分。這一方向很好地契合于當前我國農(nóng)業(yè)從注重“量”轉(zhuǎn)向注重“質(zhì)”的戰(zhàn)略需求。

“功能農(nóng)業(yè)”實際是對生態(tài)高值農(nóng)業(yè)的進一步延伸。在“中國至2050年農(nóng)業(yè)科技發(fā)展路線圖”理念與七大科技領(lǐng)域的研究——“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與食品安全營養(yǎng)技術(shù)”規(guī)劃中也指出，食品的營養(yǎng)保健性和科技發(fā)展將是食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要趨勢。同時，“生態(tài)高值農(nóng)業(yè)2020—2050年的建設目標”中指出，要“不斷滿足我國日益增長的對農(nóng)產(chǎn)品總量、質(zhì)量、安全和多功能的需求”，“全面實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)化、營養(yǎng)化、功能化，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的信息化、數(shù)字化、精準化，建成農(nóng)業(yè)高值轉(zhuǎn)換的產(chǎn)業(yè)體系”。實現(xiàn)產(chǎn)品的“營養(yǎng)化、功能化”，科技發(fā)展是核心要素，主要是通過育種技術(shù)和動植物“生物強化”等生物技術(shù)和農(nóng)藝措施、設施農(nóng)業(yè)等非生物技術(shù)定量增加食品中的某些營養(yǎng)元素，如人體必需微量元素鈣、鐵、鋅、硒等，人體必需氨基酸賴氨酸、色氨酸等，維生素VA、VE、B9(葉酸)等，抗氧化物質(zhì)花青素、多酚、類胡蘿卜素等。隨著基因組學和蛋白組學的飛速發(fā)展，功能農(nóng)業(yè)將成為農(nóng)業(yè)科技的重要方向，在消除“隱性饑餓”[5]、預防癌癥、降血壓、降血脂和冠心病等方面發(fā)揮巨大作用。

2.2 功能農(nóng)業(yè)的定義

什么是功能農(nóng)業(yè)？功能農(nóng)業(yè)是通過生物營養(yǎng)強化技術(shù)或其他生物工程生產(chǎn)出具有健康改善功能的農(nóng)產(chǎn)品。簡單地說，功能農(nóng)業(yè)就是要種植出具有保健功能的農(nóng)產(chǎn)品[6]。其中，既包括農(nóng)產(chǎn)品中特定健康物質(zhì)的提高，如礦物質(zhì)、植物有益物質(zhì)(Phytochemicals)，也包括根據(jù)某個人群的需求對特定物質(zhì)進行優(yōu)化，比如，抗性淀粉大米因其中的淀粉不易酶解消化為糖，適合糖尿病人食用。

人們通過食用功能農(nóng)業(yè)產(chǎn)品，可以對特定營養(yǎng)物質(zhì)進行定量補充，可達到提高人體體質(zhì)，改善健康的目的。比如：人體缺碘或碘攝入量不足時，會引起地方性甲狀腺腫、不育癥等病癥，隨著我國大部分地區(qū)食鹽中加碘，已經(jīng)明顯減少缺碘病癥的發(fā)生；人體缺硒或硒攝入量不足時，會引發(fā)克山病、大骨節(jié)病等病癥，通過持續(xù)食用富硒食品，不僅可以消除病癥，還可以提高人體免疫力，長期食用可有效預防癌癥[7-8]。其他人體健康所需礦物質(zhì)包括鈣、鐵、鋅等及不飽和脂肪酸、花青素、胡蘿卜素等植物化合物，都可通過功能農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)補充人體，改善健康。

功能農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的新方向，它是繼高產(chǎn)農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)之后的第三個發(fā)展階段[9-10]。功能農(nóng)業(yè)作為農(nóng)業(yè)發(fā)展的第三個階段，側(cè)重于增加農(nóng)產(chǎn)品的健康內(nèi)涵(圖2)。通過現(xiàn)代生物科技和農(nóng)藝措施，標準化調(diào)整優(yōu)化農(nóng)產(chǎn)品的營養(yǎng)成分，滿足人們個性化的需求。這一農(nóng)業(yè)形態(tài)理想的目標是“缺啥補啥”，“啥多調(diào)啥”。

2.3 功能農(nóng)業(yè)有關(guān)的重點營養(yǎng)素

2.3.1 礦物質(zhì) 礦物質(zhì)是人體內(nèi)無機物的總稱，人體由60多種元素組成，其中很多礦物質(zhì)元素是酶的必需組分，也是人體組織、骨的生長及維持的必需元素。按其在人體內(nèi)含量的高低，可將礦物質(zhì)分為常量元素和微量元素。常量元素，也稱大量元素或宏量元素，其在人體內(nèi)含量較高，占人體總重量的0.01% 以上，如碳、氫、氧、氮、鈣、磷、鎂、鈉等；微量元素也稱痕量元素，在人體內(nèi)含量很低，約占人體總重量0.01% 以下，如鐵、鋅、銅、錳、鉻、硒、鉬、鈷、氟等。按照礦物質(zhì)對人體健康的影響，可分為必需元素、非必需元素和有毒元素。必需元素是維持人體健康所必需的元素，缺乏時有機體的功能和組織都會出現(xiàn)異常，補充后即可恢復。目前，已被確認與人體健康和生命有關(guān)的必需微量元素有18種，即鐵、銅、鋅、鈷、錳、鉻、硒、碘、鎳、氟、鉬、釩、錫、硅、鍶、硼、銣、砷等；必需常量元素有鈣，這樣人體必需的礦物質(zhì)元素總計有19種。加上鍺等對人體有益的3種元素，共計22種對人體有益的元素[11-12]。其中，日常生活中的營養(yǎng)食品、保健食品中最常見和較多人群存在缺乏的礦物質(zhì)有5種，包括硒、鋅、鈣、鐵和碘(表1)[13-14]。

圖2 農(nóng)業(yè)發(fā)展三階段

表1 常見礦物質(zhì)元素及其功能

2.3.2 維生素 通俗來講，維生素即維持生命的物質(zhì)，是人體內(nèi)生命活動必需的一類微量營養(yǎng)物質(zhì)，也是保持人體健康的重要活性物質(zhì)。通常將維生素分為脂溶性維生素和水溶性維生素。脂溶性維生素包括維生素A、維生素D(又稱鈣化醇)、維生素E(又稱生育酚)和維生素K(又稱凝血維生素)；水溶性維生素主要是B族維生素(主要包括B1、B2、B3、B6、B12)、維生素C(又稱抗壞血酸)、維生素PP(又稱尼克酸)、維生素H(又稱生物素)和維生素M(又稱B9，也稱葉酸)等(表2)。

維生素大部分不能在體內(nèi)合成或合成量不足，不能滿足人體的需要，必須從食物中攝取。當膳食中缺乏維生素，將引起人體代謝紊亂，發(fā)生維生素缺乏癥。例如：當缺乏維生素A(vitamin A)時，會出現(xiàn)夜盲癥、干眼病和皮膚干燥等[15]。維生素A又稱視黃醇或抗干眼病因子，包括維生素A1、A2兩種，是一個具有脂環(huán)的不飽和一元醇。維生素A1多存于哺乳動物及咸水魚的肝臟中，而維生素A2常存于淡水魚的肝臟中。由于維生素A2的活性比較低，所以通常所說的維生素A是指維生素A1。植物來源的β-胡蘿卜素及其他類胡蘿卜素可在人體內(nèi)合成維生素A，β-胡蘿卜素的轉(zhuǎn)換效率最高。在體內(nèi)，在β-胡蘿卜素-15,15’-雙氧酶(雙加氧酶)催化下，可將β-胡蘿卜素轉(zhuǎn)變?yōu)閮煞肿拥囊朁S醛，視黃醛在視黃醛還原酶的作用下還原為視黃醇，但β-胡蘿卜素也可以合成蝦青素(astaxanthin，強抗氧化劑)[16]。

表2 常見維生素及其功能

2.3.3 植物有益物質(zhì)(Phytochemicals) 除礦物質(zhì)和維生素外，功能農(nóng)業(yè)密切關(guān)注多種植物有益物質(zhì)。如人體必需氨基酸(賴氨酸、色氨酸)、抗氧化物質(zhì)(多酚、黃酮、類胡蘿卜素、花色素)、不飽和脂肪酸(ω-3)等。對于這些有益物質(zhì)的調(diào)控，目前更多地通過育種手段來實現(xiàn)。隨著科學技術(shù)的發(fā)展和人們健康意識的不斷增強，研究者將會對人體有益物質(zhì)進行更加深入的研究，更多的植物有益物質(zhì)將被發(fā)現(xiàn)。功能農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵將越來越豐富。

2.4 功能農(nóng)業(yè)與生態(tài)高值農(nóng)業(yè)關(guān)系

“生態(tài)高值農(nóng)業(yè)”是我國農(nóng)業(yè)新型戰(zhàn)略領(lǐng)域，其對農(nóng)產(chǎn)品總量、質(zhì)量、安全和多功能的需求，全面實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)化、營養(yǎng)化、功能化的發(fā)展理念與“功能農(nóng)業(yè)”的發(fā)展方向是一致的，“功能農(nóng)業(yè)”從產(chǎn)地條件、產(chǎn)品功能到產(chǎn)業(yè)開發(fā)一系列科技鏈條，符合生態(tài)高值農(nóng)業(yè)的發(fā)展內(nèi)涵，是未來生態(tài)高值農(nóng)業(yè)的支撐性技術(shù)?！肮δ苻r(nóng)業(yè)”的穩(wěn)定發(fā)展，為我國生態(tài)高值農(nóng)業(yè)體系構(gòu)建積累了大量經(jīng)驗，奠定了發(fā)展基礎。

因此，以富硒、富鋅等為主體的“功能農(nóng)業(yè)”的研發(fā)，只有按生態(tài)高值農(nóng)業(yè)的理念與內(nèi)涵方向發(fā)展，才能不斷走向創(chuàng)新開拓與可持續(xù)發(fā)展。今后其研發(fā)也必將走“生態(tài)高值型功能農(nóng)業(yè)”的方向(圖3)。

圖3 功能農(nóng)業(yè)與生態(tài)高值農(nóng)業(yè)關(guān)聯(lián)圖

結(jié)合中國功能農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展實際，對于未來功能農(nóng)業(yè)發(fā)展總結(jié)了20字宗旨與12字方針，希望以指導功能農(nóng)業(yè)有序發(fā)展，造福13億中國人。

關(guān)于功能農(nóng)業(yè)發(fā)展的20字“宗旨”：科技領(lǐng)先、智慧創(chuàng)新、開拓發(fā)展、團結(jié)協(xié)同、公正誠信。

關(guān)于功能農(nóng)業(yè)發(fā)展的12字“方針”：準確、質(zhì)量、穩(wěn)妥、安全、民生、持續(xù)。

3 功能農(nóng)業(yè)的十大科學問題

為了滿足人們對某一個或幾個功能物質(zhì)的需求，功能農(nóng)業(yè)相關(guān)的一系列科學問題需要不斷探索和研究。下文重點以礦物質(zhì)強化為例，按照其傳輸路經(jīng)和規(guī)律，包括從土壤環(huán)境、作物栽培、元素拮抗、食品加工、消化代謝等等。在此提取了十個相關(guān)問題分別簡述。

3.1 作物吸收預測模型

礦物質(zhì)對人體健康起重要作用，多種礦物質(zhì)復合，效果更加明顯。功能農(nóng)業(yè)的最終農(nóng)產(chǎn)品，就是使其定量富含某種或某幾種礦物質(zhì)。首先要解決礦物質(zhì)形態(tài)技術(shù)及吸收預測模型這一基礎性科學問題。

植物對礦物質(zhì)的吸收具有選擇性。礦物質(zhì)的形態(tài)大體可分為兩類：植物可利用的和不易利用的。在植物吸收礦物質(zhì)的過程中，自由離子是最易被吸收的形態(tài)，植物根部表面的正負離子與土壤中的正負離子可通過交換作用而吸附到根部。其他的可溶性離子濃度可以用分級提取的方法測得，比如有純凈水提取部分，也有模擬土壤鹽分的鹽溶液提取部分。

植物對礦物質(zhì)的吸收取決于多個方面，不同地區(qū)、不同作物的吸收、積累既與土壤中的礦物質(zhì)形態(tài)有關(guān)，也與植物本身特性有關(guān)。不同性質(zhì)的土壤中，有機物的含量、黏粒的含量都會影響到植物對礦物質(zhì)的吸收。對于植物本身而言，不同種屬間差異巨大，例如木本植物相比于草本類植物，由于其高大的特性，根部在向上運輸離子的過程中受到層層阻隔，致使上部枝干中礦物質(zhì)含量積累較少，而草本植物低矮，易于吸收積累；植物不同器官中，含量差別亦較大，植物吸收遵循優(yōu)先生長原則，籽粒、果實較葉片含量高；在植物不同生長周期，吸收積累規(guī)律也有差別，比如水稻在分蘗期、灌漿期都是礦物質(zhì)需求旺盛的階段。對于植物礦物質(zhì)吸收的準確預測，仍需土壤環(huán)境、栽培學等方面專家進一步的研究和調(diào)查。

3.2 礦物質(zhì)形態(tài)分析技術(shù)

礦物質(zhì)是地殼中自然存在的化合物或天然元素，多為無機鹽。當?shù)V物質(zhì)經(jīng)根部吸收至植物體內(nèi)，會轉(zhuǎn)化成多種形態(tài)存在。生物體對不同形態(tài)的礦物質(zhì)，其吸收效果有很大差異，所以研究清楚不同礦物質(zhì)的形態(tài)變化具有重要意義。

礦物質(zhì)經(jīng)人體或動物吸收后，有的形成小分子狀態(tài)存在，例如：硒就會轉(zhuǎn)化為硒代蛋氨酸、硒代半胱氨酸、甲基-硒代半胱氨酸等，這些物質(zhì)的分子量一般會達到一百到幾百道爾頓。有的礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化為大分子形態(tài)，如含硒的多肽、多糖。鋅、鎂、鐵等也會在不同的功能蛋白中作為活性中心，協(xié)助蛋白發(fā)揮活性功能。

3.3 礦物質(zhì)間相互影響

礦物質(zhì)在吸收過程中具有相生相克的關(guān)系，即拮抗效應和協(xié)同效應[17]。各元素之間的相互關(guān)系錯綜復雜，一種元素可能會影響另一種元素的分布與吸收。

拮抗效應是指兩種元素之間相互抑制的效應，主要發(fā)生在兩種具有化學性質(zhì)相似的離子之間，一種元素升高，另一種元素勢必降低，存在競爭關(guān)系。協(xié)同效應恰恰相反，某一種元素會促進另一種元素的升高，兩種元素相互疊加。對于功能農(nóng)業(yè)農(nóng)產(chǎn)品來說，要保持礦物質(zhì)的吸收平衡。當發(fā)生拮抗作用時，要重新對產(chǎn)品元素進行評估，對降低的元素進行補充；發(fā)生協(xié)同效應時，則要適當降低被促進吸收的元素供給，保持礦物質(zhì)平衡。

在實際的人體吸收過程中，規(guī)律可能更為復雜，一種元素可能與不同元素之間既存在拮抗效應，又存在協(xié)同作用。所以，礦物質(zhì)的最佳供給模型需要通過不斷的試驗研究來優(yōu)化。

在功能農(nóng)業(yè)方面，礦物質(zhì)的相互影響，在被人類食用之前就已經(jīng)發(fā)生。植物在吸收礦物質(zhì)離子時，存在不同程度的協(xié)同或拮抗作用，導致此種現(xiàn)象既有化學方面的原因也有植物生理作用的影響。如同為陽離子的鈣、鋅、鎂離子在被植物吸收時相互間存在競爭關(guān)系，而同為陰離子的硒卻能促進植物對碘離子的吸收(圖4)。同時，植物可吸收利用的礦物質(zhì)量與礦物質(zhì)的存在形態(tài)有關(guān)，例如：水稻硒的吸收量(生物有效硒)取決與土壤中的有效硒含量(化學有效硒)[18]。因此，礦物質(zhì)吸收的規(guī)律多樣性，尚需要研究學者更加深入的研究。

3.4 功能農(nóng)產(chǎn)品的標準研究

功能農(nóng)業(yè)所生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品，是否可以有效地提高人體健康質(zhì)量，需要一個嚴格的標準來度量。所以，功能農(nóng)產(chǎn)品的標準研究，是這個新產(chǎn)業(yè)發(fā)展起來以后的重要工作內(nèi)容。

功能農(nóng)產(chǎn)品的標準包括兩大部分，一個是什么樣的產(chǎn)品才能算是功能農(nóng)產(chǎn)品，即產(chǎn)品標準；另一個是這個產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中需要恪守哪些規(guī)范、步驟，即生產(chǎn)過程的規(guī)范。后者在認證方面能提供非常必要的信息。

圖4 植物吸收礦物質(zhì)原理圖

但是目前功能農(nóng)產(chǎn)品的標準研究少之又少。消費者在食用一種或者幾種功能農(nóng)產(chǎn)品，特別是主食性功能農(nóng)產(chǎn)品，能夠提高所需礦物質(zhì)攝入量，但是在其含量方面，眾多的產(chǎn)品中含量要求應該怎樣平衡，以實現(xiàn)所有產(chǎn)品的綜合食用不會超過安全量，是一個需要解決的重大問題。有關(guān)生產(chǎn)過程的標準，重要的是縮小含量波動范圍，并防止制假。一個合適的標準既要保障安全，又要能夠在規(guī)?；r(nóng)業(yè)實施中實現(xiàn)。這些都還需要科技界和產(chǎn)業(yè)界進一步的合作研究來推進。

3.5 食品加工過程礦物質(zhì)形態(tài)演變

功能農(nóng)業(yè)的功能農(nóng)產(chǎn)品，人們在食用之前，會進行各種加工，包括干燥、加熱、粉碎等。在經(jīng)歷復雜的加工程序后，是否會對礦物質(zhì)形態(tài)及含量造成損失，這需要進一步的研究。

功能農(nóng)產(chǎn)品在食品加工過程中，會涉及一系列的生理生化變化。包括水分、溫度、粒度、酶、微生物群落等的變化，這些變化可能會影響到礦物質(zhì)的存在形態(tài)。例如：溫度會引起蛋白質(zhì)變性，一些易揮發(fā)的形態(tài)在高溫下會引起大量損失。溫度還會使礦物質(zhì)的形態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變，研究發(fā)現(xiàn)硒代氨基酸形態(tài)在蒸煮、煎炸過程中，會有顯著的變化。食物加工程序中引起的這些形態(tài)變化，并不是說這些生理生化變化會對礦物質(zhì)的吸收和利用產(chǎn)生巨大影響，只是這些變化所導致的含量結(jié)果需進一步評估，以便找到更合適的方式制作功能食品。

3.6 礦物質(zhì)人體攝入量動態(tài)數(shù)據(jù)庫

功能農(nóng)業(yè)的目的是，補充人們所缺乏的營養(yǎng)功能物質(zhì)，并且在其適合量的區(qū)間。所以，功能農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)，需進一步建立區(qū)域性人群礦物質(zhì)攝入量動態(tài)數(shù)據(jù)庫。即：調(diào)查某一區(qū)域人群的礦物質(zhì)攝入量狀況及動態(tài)變化。通過這一大數(shù)據(jù)調(diào)查，對比中國營養(yǎng)學會推薦攝入量，了解人們到底“缺啥”，補充干預的效果如何，這樣有助于對功能農(nóng)業(yè)研究方向的把握，研發(fā)更適宜含量的功能農(nóng)產(chǎn)品。

建立礦物質(zhì)攝入量動態(tài)庫，首先要進行攝食調(diào)查。通過調(diào)查市場食物種類，分別檢測每種食品中礦物質(zhì)含量，通過地區(qū)性食譜組成，并按照生活習慣進行烹制后測定礦物質(zhì)含量，可準確計算出該區(qū)域居民的礦物質(zhì)攝入水平。大規(guī)模營養(yǎng)攝入量普查，涉及面廣，需調(diào)查大量人口，對人力、物力和財力要求較高，通常間隔時間長，而某些區(qū)域或某個群體性的小規(guī)模調(diào)查，則間隔時間短。所以，當前所說的動態(tài)數(shù)據(jù)庫，有著區(qū)域的不均一性，研發(fā)產(chǎn)品要采用最新的統(tǒng)計報道數(shù)據(jù)。根據(jù)目前的一些調(diào)查結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了一些有趣的規(guī)律，得到一些有價值的發(fā)現(xiàn)。例如，蘇州作為中國經(jīng)濟最發(fā)達的地區(qū)之一，居民每日硒攝入量約為44 μg，并未滿足每日60 μg的推薦攝入量。這一結(jié)果表明在我國經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)，礦物質(zhì)攝入量也可能不足。對于通過毛發(fā)、血液的測定，對營養(yǎng)素攝入量的預測模型也是一項有著實際意義的重要研究。

3.7 礦物質(zhì)有效性研究新技術(shù)——胃腸模擬

功能農(nóng)產(chǎn)品的最終走向是服務消費者，其礦物質(zhì)有效性如何？這需要經(jīng)過系統(tǒng)科學的評估。這種評估除其形態(tài)特征組成外，通常通過動物實驗、胃腸模擬和人群干預3種方法。

動物實驗通常采用大鼠，因大鼠與人類基因序列類似，且研究體系成熟。在一定時間內(nèi)，其他條件一定的情況下，喂食定量的功能農(nóng)產(chǎn)品，采集動物的血液、毛發(fā)樣品進行檢測，分析礦物質(zhì)在動物體內(nèi)的吸收轉(zhuǎn)化規(guī)律。但是由于動物與人之間仍然有差距，對于動物礦物質(zhì)的攝入量只能作為一個參考，而不能將某些規(guī)律直接推理到人體攝入情況。人群干預是最直接、最有效的方法，但是所需人口基數(shù)大，在研究礦物質(zhì)的吸收消化情況與規(guī)律時，采樣難度也大，同時還存在一定的倫理問題。所以，科學家們發(fā)明了人工模擬胃腸試驗裝置，用來模擬食物在胃腸中的消化作用，研究物質(zhì)的變化吸收過程。

體外模擬胃腸系統(tǒng)是一種基于生理學模擬生物體進行的研究，其簡單、快速、安全、穩(wěn)定，可系統(tǒng)研究人體腸胃的功能，高效地評價食品營養(yǎng)安全[19]。在這一套模擬體系中，通過調(diào)節(jié)pH、攪拌、添加人工模擬胃液等，最大限度地模擬人體規(guī)律，目前比利時根特大學研究組在這一方面做出了領(lǐng)先性工作?，F(xiàn)在為了更真實反演還引入了特定的微生物群落。

3.8 人體礦物質(zhì)攝入量毛發(fā)預測模型

功能農(nóng)業(yè)就是要生產(chǎn)出對人體健康有益的產(chǎn)品，這一前提要基于人體礦物質(zhì)攝入水平的準確調(diào)查或預測。目前，大規(guī)模的人口普查和人體干預等調(diào)查手段實施難度大，而直接的攝入量調(diào)查又有實施頻率高，浪費大量人力、物力、財力的缺點。所以，利用毛發(fā)來預測人體攝入量模型，受到越來越多的關(guān)注。

毛發(fā)預測模型相對于其他技術(shù)手段來說，有較強的適用性。人體礦物質(zhì)在各器官和組織之間存在動態(tài)平衡，各部位之間的礦物質(zhì)含量相對穩(wěn)定，所以，理論上通過檢測毛發(fā)中礦物質(zhì)含量，可以反映人體其他器官和組織中的礦物質(zhì)攝入水平。另一方面，相較于血液、器官等組織的采集來說，毛發(fā)不僅采集方便，更能避免倫理方面的問題，而且要求較低，不受時間地點限制，甚至理發(fā)時保留一部分毛發(fā)樣品，這對每個人都可以辦到，無需專門去醫(yī)療機構(gòu)采集。中國科技大學蘇州研究院功能農(nóng)業(yè)實驗室搭建了毛發(fā)硒預測硒攝入量的模型，模型結(jié)果顯示：粗略來看，毛發(fā)中硒含量(μg/kg)/10，這個數(shù)據(jù)模型得到的結(jié)果近似于日硒攝入量(μg/d)。通過毛發(fā)預測模型，可以準確檢測出人體的礦物質(zhì)攝入水平，對普通人來說，都可以進行快速準確的測定，以便針對性地選擇適合自己的功能農(nóng)產(chǎn)品，補充所需的礦物質(zhì)，保障營養(yǎng)平衡和健康。

3.9 生物礦物質(zhì)干預研究

在研究礦物質(zhì)某一作用時，干預研究是最為直接的手段。干預研究從宏觀方向來看，一種是針對臨床病人的干預研究，另一種是針對健康人群的干預研究[20-21]。

臨床病人的干預研究是針對某種病癥的病人，定量補充某一種或幾種礦物質(zhì)，觀察病人病癥能否得到緩解，免疫力是否得到改善，從而促進病人的康復。例如：癌癥對人類健康威脅日益突出，通過給癌癥患者每日定量服用200 μg硒的富硒谷物，研究硒對病人的免疫改善，包括化療副作用的控制等。

針對健康人群的干預研究，目的是為消除人們的“隱性饑餓”(hidden hungry)，我國大部分地區(qū)都存在不同程度的“隱性饑餓”。例如：蘇州地區(qū)屬硒中度缺乏地區(qū)，通過開展谷物硒的干預研究，人們每日硒攝入量已達50 μg，顯著提高了人們的免疫力。

3.10 功能農(nóng)業(yè)要保障環(huán)境可持續(xù)

生態(tài)環(huán)境是人類賴以生存的基礎，也是經(jīng)濟發(fā)展和社會生產(chǎn)力進步的基礎。功能農(nóng)業(yè)的宗旨是確保生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，既能夠保障定量提高農(nóng)產(chǎn)品中營養(yǎng)物質(zhì)的含量，同時也能嚴格控制土壤和植物體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的水平，走環(huán)境友好型發(fā)展道路[22]。因此，精準農(nóng)業(yè)是功能農(nóng)業(yè)的重要要求。

功能農(nóng)業(yè)通過在土壤中添加人體必需礦物質(zhì)，農(nóng)作物通過根部吸收，運送至農(nóng)產(chǎn)品部位，達到人體所需的含量。在這一技術(shù)過程實施中，基本原則是：每季精準實施，以盡量少的礦物質(zhì)投入，保障生產(chǎn)含量合格的功能農(nóng)產(chǎn)品。

4 功能農(nóng)業(yè)的應用實踐

2017年，功能農(nóng)業(yè)的定義首次被寫入中央“一號文件”，并在全國“兩會”被熱議，此后，農(nóng)業(yè)部“主食提升行動”，國家糧食與物資儲備局“中國好糧油行動計劃”和“科技興糧”行動，山西、廣西和寧夏等省級戰(zhàn)略和多地農(nóng)業(yè)“十三五”規(guī)劃，先后述及。功能農(nóng)業(yè)在提出近十年后，終于成為支撐農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要科技新方向。

4.1 功能農(nóng)業(yè)市場容量估算

由于功能農(nóng)業(yè)這一領(lǐng)域為新興領(lǐng)域，市場容量的直接估算存在困難。據(jù)推測，2020年功能農(nóng)業(yè)的占比會達到我國可食用農(nóng)作物耕作面積的1%，2030年左右比例會上升至10%，2050年將上升為50%。按靜態(tài)價值計算，2020年市場容量將達到1 000億元，2030年為1萬億元，2050年為5萬億元。可見，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，消費者對于健康產(chǎn)品需求越發(fā)迫切，功能農(nóng)業(yè)的發(fā)展速度可能超過綠色農(nóng)業(yè)。

4.2 中央與部委關(guān)注

4.2.1 中央“一號文件” “功能農(nóng)業(yè)”自 2008 年提出，至今已發(fā)展至十個年頭，在發(fā)展過程中得到了中央部委的高度重視。2017 年 2 月 5日，《中共中央、國務院關(guān)于深入推進農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革加快培育農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展新動能的若干意見》(中央“一號文件”)發(fā)布，在第三部分壯大新產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)的第 15 條明確提出：“加強現(xiàn)代生物和營養(yǎng)強化技術(shù)研究，挖掘開發(fā)具有保健功能的食品?！?/p>

4.2.2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部 農(nóng)業(yè)部辦公廳2017年印發(fā)《關(guān)于深入實施主食加工業(yè)提升行動的通知》，功能農(nóng)業(yè)有關(guān)表述被首次列入。在重點任務部分，第(二)條，提出：“開發(fā)多元產(chǎn)品。以功能化、營養(yǎng)化、便捷化消費需求為主導，適應個性化、高端化、體驗化消費需求，開發(fā)營養(yǎng)、安全、美味、健康、便捷、實惠的多元化主食產(chǎn)品。加強現(xiàn)代生物和營養(yǎng)強化技術(shù)研究，針對老人、兒童、學生、孕婦、“三高”病人等特定人群，開發(fā)營養(yǎng)均衡、藥食同源等功能性主食產(chǎn)品?！?/p>

4.2.3 國家糧食與物質(zhì)儲備局“中國好糧油”行動 “中國好糧油”行動計劃作為國家糧食和物資儲備局實現(xiàn)“優(yōu)質(zhì)糧食”的三大工程之一，是貫徹落實中央經(jīng)濟工作會議、中央農(nóng)村工作會議精神，適應經(jīng)濟發(fā)展新常態(tài)，扎實推進糧食行業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要舉措。主要目的是聚焦增加綠色優(yōu)質(zhì)糧油產(chǎn)品供給，實現(xiàn)糧食供給從解決“吃得飽”到“吃得好”的轉(zhuǎn)變。功能農(nóng)業(yè)通過營養(yǎng)強化技術(shù)所實現(xiàn)的功能性糧油正是“中國好糧油”中“好”字標準的重要支撐。2018年5月，國家糧食與物資儲備局“科技興糧”行動也將開發(fā)功能性水稻、小麥、玉米、雜糧等糧食及深加工產(chǎn)品作為重要發(fā)展方向，并支持山西農(nóng)業(yè)大學、山西功能農(nóng)業(yè)研究院聯(lián)合國家糧科院、江蘇省硒生物工程中心等共建“國家功能雜糧技術(shù)創(chuàng)新中心”。

4.3 功能農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)初見——來自三個省級樣板區(qū)的報告

4.3.1 山西省 山西省作為功能農(nóng)業(yè)的先行示范省，在2017年中央“一號文件”出臺之前，山西省政府已將功能農(nóng)業(yè)列為省級戰(zhàn)略。在山西省委十一屆二次全會暨經(jīng)濟工作會議上，山西省委書記駱惠寧、省長樓陽生，提出：“山西的農(nóng)業(yè)不在大，而在特，不在規(guī)模，而在功能。2017年在功能農(nóng)業(yè)發(fā)展上要實現(xiàn)重大突破”的口號[23]。

到目前為止，為搶抓功能農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)機遇，山西省政府已展開全方位布局：建立山西功能農(nóng)業(yè)研究院，打造功能農(nóng)業(yè)研發(fā)高地；在“山西農(nóng)谷”中規(guī)劃建設功能農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園，構(gòu)建功能農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈；山西省政府報請國家糧食與物資儲備局支持，依托山西農(nóng)業(yè)大學建立了“國家功能雜糧技術(shù)創(chuàng)新中心”；山西農(nóng)業(yè)大學在全國率先設立了第一個功能農(nóng)業(yè)本科專業(yè)和第一個功能農(nóng)業(yè)專項獎學金。

山西功能農(nóng)業(yè)研究院成立于2017年4月，是以中央“一號文件”中關(guān)于“加強現(xiàn)代生物和營養(yǎng)強化技術(shù)研究”、“深入推進農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革”的有關(guān)精神為指導，依據(jù)《山西省“十三五”規(guī)劃綱要》的指示所組建。該院的成立為全國首例。研究院立足山西特色農(nóng)業(yè)，搶抓功能農(nóng)業(yè)新興機遇，以推動功能農(nóng)業(yè)人才培養(yǎng)、科技創(chuàng)新、社會服務三方面快速發(fā)展為主要目標。

2017年山西省重點研發(fā)計劃重點項目“山西功能農(nóng)業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”項目立項，標志著山西以科技創(chuàng)新推進農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的步伐正在加快。項目主要包含山西主要作物功能肥料和生物農(nóng)藥的研制與應用、功能主糧共性關(guān)鍵技術(shù)研究與示范等六方面課題研究。項目完成后，預計能創(chuàng)制作物和果蔬等植物的種質(zhì)資源150 ~ 200份，集成創(chuàng)新作物和果蔬等定向栽培技術(shù)15 ~ 18套，形成特色功能食品加工技術(shù)20 ~ 25套，申請山西省干鮮果功能品種審定3 ~ 5個，建立技術(shù)示范基地25 ~ 30個，申報專利30 ~ 35項，制定地方標準40 ~ 45項，帶動“山西農(nóng)谷”及全省功能農(nóng)業(yè)產(chǎn)值達到30億元以上，綜合效益提升20% ~ 30%。

4.3.2 廣西自治區(qū) 廣西經(jīng)過地質(zhì)勘測，發(fā)現(xiàn)自治區(qū)境內(nèi)存在國內(nèi)少有的特大面積連片富硒土壤區(qū)域，非常適合富硒農(nóng)產(chǎn)品的開發(fā)。廣西科技廳于2017年9月啟動了科技重大項目“富硒農(nóng)產(chǎn)品國家技術(shù)標準研究與應用示范”，總投資達5 000萬元，通過富硒農(nóng)產(chǎn)品國家技術(shù)標準體系的研究著力解決富硒土壤資源高效利用、富硒農(nóng)產(chǎn)品標準化生產(chǎn)以及富硒農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈延伸3個方面的問題。

富硒土壤資源高效利用：針對廣西天然富硒地區(qū)土壤，對其土壤及其作物中鎘、砷、汞等有毒伴生元素指標進行摸底普查測定，明確富硒地區(qū)是否存在重金屬的污染與危害性，了解農(nóng)田土壤中硒素與其他有毒重金屬的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，并進行富硒土壤的安全評價與安全閾值研究，建立土壤硒元素安全利用評價體系，并進行合理規(guī)劃，科學開發(fā)富硒農(nóng)產(chǎn)品。

廣西特色富硒農(nóng)產(chǎn)品標準化安全生產(chǎn)：在土壤自然硒素活化技術(shù)、優(yōu)質(zhì)富硒品種篩選、作物富硒及重金屬阻控耦合技術(shù)、作物適時定量標準化富硒技術(shù)等方面開展研究與開發(fā)，著力突破富硒農(nóng)業(yè)技術(shù)瓶頸，建立廣西特色富硒農(nóng)產(chǎn)品的標準化生產(chǎn)規(guī)程與標準，確保富硒農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量與安全。

富硒農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈延伸：開展富硒特色農(nóng)產(chǎn)品加工關(guān)鍵技術(shù)、農(nóng)產(chǎn)品中功能性硒代有機物提取技術(shù)等研究；以加工延伸產(chǎn)業(yè)鏈來提高富硒農(nóng)業(yè)附加值，建設一批符合國家食品、藥品安全標準的加工原料基地。

4.3.3 寧夏自治區(qū) 寧夏自治區(qū)農(nóng)牧廳與江蘇省硒生物技術(shù)工程中心、硒谷科技共建“寧夏功能農(nóng)牧業(yè)研究與推廣中心”，并在中衛(wèi)市開展了“十萬畝富硒功能農(nóng)業(yè)示范”，推出的富硒硒砂瓜、富硒枸杞和富硒蘋果，已成為“中衛(wèi)三寶”，中衛(wèi)市與硒谷科技合資成立寧夏硒產(chǎn)業(yè)發(fā)展股份有限公司，服務支撐寧夏硒產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。目前，在中衛(wèi)已制定出富硒硒砂瓜、富硒枸杞和富硒蘋果的種植規(guī)范，開始示范試用，并通過在產(chǎn)品上加貼專用標志，來增強消費者識別性。

4.3.4 富硒功能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)性行業(yè)標準 2017年4月25日，由中國科學技術(shù)大學、蘇州硒谷科技、中華供銷合作社北京商用機械研究所、蘇州大學、中科院南京土壤研究所等十家單位聯(lián)合參與的國內(nèi)首個富硒產(chǎn)品分類標準《富硒農(nóng)產(chǎn)品》，并首次提出硒代氨基酸含量標準和硒代氨基酸檢測標準，歷時兩年、十多輪修改，正式通過審定。這標志著我國富硒功能性農(nóng)產(chǎn)品在全國范圍尺度上有了第一個統(tǒng)一的參考依據(jù)。在標準制定的基礎上，中國科技大學研究團隊還在牽頭搭建FAST Tracing System系統(tǒng)，希望建立智慧型功能農(nóng)業(yè)，構(gòu)建全球性功能農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)，為功能農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈提供可視化質(zhì)控服務。

4.3.5 泰國合作 為響應“一帶一路”戰(zhàn)略，中國科技大學團隊將與泰國國家科研所(TISTR)開展功能農(nóng)業(yè)的研究與示范，特別是泰國大米、菠蘿的功能化研究與示范，在學生培養(yǎng)、國際項目合作、功能農(nóng)業(yè)標準等方面開展合作，為泰國公眾、政府和產(chǎn)業(yè)界提供功能農(nóng)業(yè)科技咨詢服務，共同推進中國東盟功能農(nóng)業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡的建立，為功能農(nóng)業(yè)服務于泰國農(nóng)業(yè)的升級提供保障。

5 結(jié)語

“生態(tài)高值型功能農(nóng)業(yè)”作為我國農(nóng)業(yè)新興戰(zhàn)略領(lǐng)域，是繼高產(chǎn)農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)之后的第三個發(fā)展階段，也是推動“健康中國”、助力“鄉(xiāng)村振興”的新階段。同時，還是能將大農(nóng)業(yè)的一產(chǎn)、二產(chǎn)、三產(chǎn)相連接，推進農(nóng)產(chǎn)品走向生態(tài)高值化。但功能農(nóng)業(yè)這一新興方向畢竟尚處于初始研發(fā)階段，無論在理論創(chuàng)新、學科建設、產(chǎn)業(yè)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建等方面，仍待深入研究與改進。

最后，希望大家能夠看到功能農(nóng)業(yè)作為一個趨勢性新方向，既有著無限美好的前景，又有著很艱巨的任務有待完成，充滿很多挑戰(zhàn)，需要各界聯(lián)合面對。希望功能農(nóng)業(yè)相關(guān)力量團結(jié)一致，齊心協(xié)力，共同把中國功能農(nóng)業(yè)發(fā)展得享譽全球，使之成為“中國機遇”、“人類福祉”，到2020年，在慶祝全面建成小康社會的同時，共同為“生態(tài)高值型功能農(nóng)業(yè)”的高速發(fā)展共同慶賀！

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A Ten-year Overview of Functional Agriculture from 2008 to 2018

ZHAO Qiguo1, 2, 3, YIN Xuebin2, 3, 4,5*, SUN Min3, LIU Yongxian5, HOU Feifan3, ZHANG Ning6

(1 Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 2 Key Laboratory for Functional Agriculture, Suzhou Institute for Advanced Study, University of Science and Technology of China, Suzhou, Jiangsu 215123, China; 3 Shanxi Institute for Functional Agriculture, Shanxi Agricultural University, Taigu, Shanxi 030801, China; 4 School of Earth and Space Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China; 5 Guangxi Selenium-enriched Agriculture Research Center, Nanning 530007, China; 6 Jiangsu Bio-Engineering Research Center for Selenium, Suzhou, Jiangsu 215123, China)

Construction of ecological high value agricultural system is the main agricultural measure for agricultural supply-side structural reform in China. Functional agriculture is an important basic technology for supply and industry improvement as a new stage of agricultural development in future. It is of great significant for China’s agricultural development and rural revitalization strategy. Functional agriculture’s proposal has been proposed for 10 years since 2008. This paper systematically reviewed the definition, development, and application of functional agriculture, and provided a perspective for their development in the next decade.

Ecological high-value agriculture; Functional agriculture; Selenium; Mineral; Phytochemicals

10.13758/j.cnki.tr.2018.06.001

S-01

A

(xbyin@ustc.edu.cn)

趙其國(1930—)，男，湖北武漢人，研究員，中國科學院院士，主要研究方向為土壤地理與資源、功能農(nóng)業(yè)。

注：部分內(nèi)容出自科學出版社出版的《功能農(nóng)業(yè)》，內(nèi)容有增刪。