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

2019 年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院發(fā)布了《科學(xué)突破推動(dòng)食品和農(nóng)業(yè)研究到2030 年》的研究報(bào)告，該報(bào)告對(duì)未來(lái)十年美國(guó)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(duì)美國(guó)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(guó)農(nóng)業(yè)科研的相關(guān)問(wèn)題提出了參考建議。

一、未來(lái)美國(guó)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?jī)A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(guò)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(guò)跨學(xué)科的合作推動(dòng)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(guó)已支持部分跨學(xué)科科研項(xiàng)目，例如美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)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(guó)農(nóng)業(yè)部的可持續(xù)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)性項(xiàng)目等。但對(duì)這些項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)支持力度不夠，對(duì)跨學(xué)科的激勵(lì)不明顯。美國(guó)國(guó)家科學(xué)院建議進(jìn)一步支持面向具體問(wèn)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(shí)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(guó)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(cè)、實(shí)時(shí)反饋、多功能的新一代傳感器的研發(fā)，有助于推動(dòng)美國(guó)農(nóng)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)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(guó)農(nóng)業(yè)，但主要集中在對(duì)單個(gè)特征如溫度的測(cè)量上，如果要同時(shí)了解整個(gè)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)運(yùn)行的機(jī)理，連續(xù)監(jiān)測(cè)多個(gè)特征的聯(lián)動(dòng)能力才是關(guān)鍵。美國(guó)國(guó)家科學(xué)院對(duì)高效利用現(xiàn)有傳感技術(shù)、面向農(nóng)業(yè)領(lǐng)域開(kāi)發(fā)新的傳感技術(shù)提出倡議，建議推動(dòng)多功能監(jiān)測(cè)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(shí)，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(guò)近乎實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)做出精準(zhǔn)預(yù)判，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)最小化。

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

推動(dòng)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(shí)應(yīng)用水平的重要方向。未來(lái)十年，美國(guó)將致力于推動(dòng)更快地收集、分析、存儲(chǔ)、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(dòng)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的發(fā)展。為此，美國(guó)國(guó)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(wèn)、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(kāi)發(fā)適合農(nóng)業(yè)科研的數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)軟件工具和技術(shù)手段，開(kāi)發(fā)在動(dòng)態(tài)變化條件下的實(shí)時(shí)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(duì)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(guó)對(duì)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究持積極態(tài)度。報(bào)告認(rèn)為農(nóng)作物和動(dòng)物的基因改良程度是農(nóng)業(yè)可持續(xù)性的一個(gè)重要組成部分，通過(guò)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值等。例如，通過(guò)基因編輯工具在作物中納入必要的微量營(yíng)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(yíng)養(yǎng)、減少糧食損失和糧食浪費(fèi)。同時(shí)也應(yīng)在社會(huì)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(dòng)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(dòng)物、植物和土壤）的研究仍處于初級(jí)階段。在先進(jìn)探測(cè)工具的支撐下，未來(lái)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(dòng)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(guó)國(guó)家科學(xué)院建議，一是建立一個(gè)微生物參考數(shù)據(jù)庫(kù)，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(dòng)跨學(xué)科科研力量加強(qiáng)農(nóng)業(yè)微生物群落研究。

二、對(duì)我國(guó)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(gè)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(lèi)別，同時(shí)又分為各種不同的作物，且各種類(lèi)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(huì)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(huì)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(guò)程不僅是生物的生長(zhǎng)過(guò)程，也是人類(lèi)社會(huì)產(chǎn)品的價(jià)值和使用價(jià)值的形成過(guò)程。因此，在開(kāi)展農(nóng)業(yè)科研的過(guò)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(guó)農(nóng)業(yè)科研領(lǐng)域特征明顯，即使是多個(gè)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(lái)我國(guó)對(duì)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(lì)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(dòng)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(lái)，我國(guó)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(guó)家數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展研究報(bào)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(guó)家僅有英國(guó)、德國(guó)，韓國(guó)、美國(guó)、日本、法國(guó)的比重在10%～20%之間，我國(guó)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(wèn)題。我國(guó)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(guò)程中必不可少的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施。我國(guó)從國(guó)家到縣域各級(jí)政府都缺乏對(duì)全面、系統(tǒng)、開(kāi)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(guó)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(wú)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(shí)數(shù)據(jù)共享的體制機(jī)制未能有效建立，例如，我國(guó)2799 個(gè)國(guó)家級(jí)的氣象站點(diǎn)中僅有699 個(gè)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(kāi)發(fā)應(yīng)用。鼓勵(lì)社會(huì)資本、運(yùn)營(yíng)商、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)等共同參與，推動(dòng)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)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(guó)農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)尚不成熟，技術(shù)落地難。我國(guó)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(cè)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(zhǎng)期暴露農(nóng)田自然環(huán)境時(shí)，故障率高，嚴(yán)重影響使用。同類(lèi)傳感器設(shè)備，與國(guó)外產(chǎn)品相比維護(hù)成本過(guò)高，性能差距較大。另一方面，當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)傳感器以單功能為主，亟待推動(dòng)多功能的快速檢測(cè)、連續(xù)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)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(wèn)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(dòng)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(jí)，更重要的是要推動(dòng)農(nóng)業(yè)科學(xué)家的研發(fā)參與，通過(guò)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(dòng)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(guó)農(nóng)業(yè)在資源要素的利用環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)整，推動(dòng)我國(guó)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(guó)農(nóng)業(yè)科研一直強(qiáng)調(diào)面向食物與環(huán)境挑戰(zhàn)開(kāi)展前沿探索，保持領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。根據(jù)中國(guó)科學(xué)院發(fā)布的《2019 工程前沿》報(bào)告，當(dāng)前農(nóng)業(yè)、植物學(xué)和動(dòng)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(wú)人機(jī)等研究方向）中，美國(guó)都處于領(lǐng)先地位，既是最大的核心論文產(chǎn)出國(guó)，也是施引論文的最大產(chǎn)出國(guó)。

美國(guó)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(guó)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(guó)僅為0.8%（Nature, 2016）。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)農(nóng)業(yè)研發(fā)投入長(zhǎng)期較低，研發(fā)支持力度不夠。當(dāng)前我國(guó)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(guó)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(shí)要?jiǎng)?chuàng)新項(xiàng)目設(shè)計(jì)和管理，形成激勵(lì)農(nóng)業(yè)科研跨學(xué)科融合的有效機(jī)制。