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2012-2013基礎農學學科發展綜合報告

時間:2014年04月18日  來源:學術交流處  點擊量:      【 】  

  一、引言

  農業與糧食安全、生態安全、經濟社會發展關系重大,作為戰略性產業,農業的快速健康發展是國民經濟持續、穩定和協調發展的重要保證。在“四化同步”、創新驅動發展的新時期,農業科技對農業增長的貢獻率已超過50%,而基礎農學學科發展又是農業科技進步和創新的原動力,在發展現代農業、建設中國特色農業現代化中的重要作用日益凸顯,為保障農產品的有效供給和實現農業可持續發展奠定了科學基礎。中央“一號文件”連續10年關注“三農問題”,其中,2012年指出要“把農業科技擺在更加突出位置”,進一步明確了農業科技發展的戰略定位,指出“農業科技的創新重點包括穩定支持基礎性、前沿性、公益性科技研究”,明確了農業科技創新的重點任務,包括:“大力加強農業基礎研究,突破一批重大理論和方法”,“加快推進前沿技術研究,搶占現代農業科技制高點”。

  基礎農學學科是認識與農業有關的自然現象、揭示農業客觀規律及其原理,研究農業生產體系中的自然現象及其現象本質的學科,其目的是為充分開發利用和保護農業自然資源,協調作物與環境之間的關系,防止有害生物和不良環境對農業的破壞,以期獲得農業生產的最佳組合,提高農產品的產量和品質及其生產效率,促進高產、優質、高效、生態、安全農業的發展,有效保障國家食物安全、生態安全,持續增加農民收入,提高農產品的國際競爭力。

  基礎農學學科概念是一個綜合、動態、發展的概念,隨著經濟和科學技術的發展,在不同歷史時期有著不同的內涵。人類生產、生活實踐,催生了基礎農學的形成、發展。進入19世紀,受物理學、化學、生物學等基礎科學發展的影響,特別是受現代生物技術、信息技術的影響,基礎農學及其相關分支領域開始形成并得到了迅速發展,從此跨入了現代科學的行列。20世紀90年代以后,隨著現代科學技術的迅猛發展,特別是數、理、化、天、地、生等基礎科學對農業科學的滲透,以及物聯網、云計算技術等信息技術手段的應用,基礎農學學科出現了新特點、新趨勢。進入21世紀,隨著新一輪科技革命和產業變革的孕育興起,一些重要科學問題和關鍵核心技術呈現出革命性突破的先兆,帶動了關鍵科學技術交叉融合、群體躍進,變革突破的能量正在不斷積累,成為推動基礎農學發展的強大潛力。一方面,基礎科學對農業基礎研究的推動日趨明顯,不斷產生新的邊緣學科、交叉學科和綜合學科,帶動了基礎農學學科的高速進展;另一方面,農業基礎研究與農業科技和生產結合越來越密切,正在走向一體化、集成化和綜合化,加速了新興產業升級。農業基礎研究向微觀和宏觀兩個方向發展,既結合又促進,加快了科研進展與突破;農業基礎研究借助現代實驗工具和理論方法,實現了試驗研究手段的現代化;農業基礎研究國際競爭與合作、交流與限制并存,形成了十分復雜的態勢。隨著基礎農學研究及其成果轉化與推廣,必將在新一輪的科技革命浪潮中為解決全球人口高峰期的食物安全問題做出重大貢獻。

  近年來,基礎農學學科研究得到了加強。在國家層面,基礎農學研究的地位日益提升,在“國家重大專項”、“973”計劃、國家自然科學基金項目等國家基礎研究計劃的大力支持下,取得了重要進展。農業基礎研究隊伍健康發展,在“國家特支計劃”、“百千萬人才工程”、“中青年科技創新領軍人才”、“中青年科技創新團隊”等計劃的支持下,培養和造就了一批高層次領軍人才。基礎農學研究的投入穩步增長,“十一五”期間,科技部管理的相關科技計劃農業農村領域187億元人民幣,其中基礎研究約占5%~8%。2012年“中央一號”文件明確提出“要持續加大農業科技投入,確保增量和比例均有提高”,近二年基礎研究又有新的較大幅度增長。國際合作日益深化,我國與美國、歐盟、日本、澳大利亞等140多個國家和地區的農業部門、科研院所,以及主要國際農業機構建立了穩定的雙邊、多邊農業合作關系,不斷提升我國在國際上的影響力。中國科技部和蓋茨基金會在2011年還簽署戰略合作備忘錄,2013年雙方已確定了主要作物育種、農村信息化等7個優先合作領域,并啟動了綠色超級稻等首批合作試點項目。所有這些,為我國基礎農學學科建設和發展,奠定了堅實的物質基礎和智力支撐。

  “2012~2013年基礎農學學科發展報告”是在2006~2007、2008~2009和2010~2011年三輪基礎農學學科發展研究的基礎上進行的,是近年基礎農學學科發展研究進展與成果的體現。持續開展三輪基礎農學學科發展研究,一方面表明了基礎農學在我國農業科技中具有基礎性、前瞻性的重要作用,反映了基礎農學學科發展研究倍受重視、學術活躍和快速發展的狀況;另一方面,也表明了基礎農學學科發展研究內涵豐富與博大精深,需要我們不斷地去研究、去探索、去創新。

  在“2006~2007年基礎農學學科發展報告”中,選擇了農業植物學、植物營養學、昆蟲病理學、農業微生物學、農業分子生物學與生物技術、農業數學、農業生物物理學、農業氣象學、農業生態學、農業信息科學等10大分支領域開展專題研究。在“2008~2009年基礎農學學科發展報告”中,選擇了作物種質資源學、作物遺傳學、作物生物信息學、作物生理學、作物生態學、農業資源學、農業環境學等7大分支領域開展專題研究。在“2010~2011年基礎農學學科發展報告”中,選擇了農業生物技術、植物營養學、灌溉排水技術、耕作學與農作制度、農業環境學、農業信息學、農產品貯藏與加工技術、農產品質量安全技術、農業資源與區劃學等9大分支領域開展專題研究。“2012~2013年基礎農學學科發展報告”根據基礎農學學科及其分支學科(領域)的進展以及未來發展的引領作用,確定了作物遺傳育種、農業土壤、植物營養、農田灌溉與排水、作物病蟲害、作物栽培、耕作學與農作制度、農產品加工與保鮮、農產品質量安全、農業信息、農業環境、農業資源與區劃等12個分支學科(領域)進行專題研究,基本覆蓋了基礎農學主要分支學科(領域),強化了研究廣度和深度。

  從這4輪基礎農學學科發展研究來看,隨著農業科技和基礎農學分支學科(領域)的發展變化,選擇的專題在深度和廣度上也隨之有所調整,其中3輪選擇了農業生物技術、作物遺傳、植物營養、昆蟲病理、農業信息、農業資源、農業環境等最為活躍、進展最快、最為急需的分支(學科)領域作為研究專題;而農產品貯藏與加工、農產品質量安全、農業土壤等是農業科技中的熱點、難點和焦點問題,直接影響到城鄉居民生活和生命安全,引起了社會的普遍關注;作物栽培、病蟲害防治、灌溉排水技術、耕作學與農作制度等既是傳統的研究領域,也是一個持續的科研方向,在新的歷史時期賦予了新的內容、新的使命。

  目前,我國基礎農學學科及分支學科(領域)的快速發展,初步形成了門類比較齊全的學科體系,并產生了新理論、新方法、新技術,涌現出一些新思路、新觀點、新亮點,在一些領域已接近或達到世界先進水平。然而,從基礎農學學科研究整體水平來看,同發達國家比較還有較大差距和不足,我們要以科學發展觀為指導,在“自主創新,重點跨越,支撐發展,引領未來”方針指引下,通過深化科研體制改革,培養精干、高效的創新隊伍,加快重點實驗室和基地平臺建設,積極推進國際間雙邊和多邊的交流與合作,創造有利于基礎農學研究持續穩定發展的社會環境等政策措施,實現跨越式發展,為我國現代農業和社會主義新農村建設奠定堅實的技術基礎。

  二、最新研究進展

  (一)作物遺傳育種

  作物遺傳育種是當代農業科學發展的前沿學科之一,是基礎農學研究的核心和重要組成部分。作物遺傳育種是研究運用遺傳變異規律,能動地進行作物遺傳改進,促進生產穩定增長,提高勞動生產率的重要理論和技術基礎,加強作物遺傳育種研究可推動農業向高產、高效、優質、低耗的方向發展。

  1. 研究進展

  近五年來,我國在作物高產和品質育種、親本創新及生物技術應用等方面取得顯著進展,產量潛力進一步提高。雖然常規育種在品種選育中仍然占主導地位,但基于基因組學的基因資源發掘、抗病及品質分子育種研究與應用進展迅速,為作物生產持續發展提供了強有力的技術支撐。

  (1)遺傳育種理論和方法創新  隨著分子生物學技術的迅猛發展,常規技術與生物技術正在越來越緊密地結合,現代分子生物學為農作物育種提供更有效的方法與技術。特別是分子標記輔助選擇、植物基因工程、分子設計育種等高新技術的應用,將在提高選擇準確性、加速育種進程并最終提高育種效率等方面發揮越來越重要的作用。目前,我國在抗病、抗蟲等主基因控制的性狀改良上,分子標記輔助選擇的育種技術和方法已基本成熟,但對于產量、適應性等QTLs控制的復雜性狀,其對應的分子育種的理論和方法,還有待完善和創新。

  (2)種質材料的創新  充分利用我國較好的水稻和小麥種質創新基礎,利用遠緣雜交和野栽雜交等方式,開展新株型和強優勢材料的新種質創新與優異基因的挖掘,創制骨干親本材料,選育新品種。進一步加強了國內外玉米種質資源收集引進,強化種質資源的精準鑒定工作,從中挖掘新基因和有益等位基因,創制出適合未來育種目標的新材料。完成了白菜型、甘藍型油菜等全基因組測序分析,開發了大量SNP、SSR標記;創造了蕓薹屬-諸葛菜的附加和代換材料、蕓薹屬亞倍體等新材料;通過EMS誘變等多種手段獲得了一大批優異新種質。建成“棉花規模化轉基因技術體系平臺”,實現了基因遺傳轉化的流水線操作,做到了棉花轉基因規模化和工廠化;轉基因優質纖維品種培育及材料創制方面獲得重大突破,獲得一批產量性狀有明顯改良T4代轉基因棉花植株,單鈴重最高增加49.9%,且棉纖維的長度顯著增加、棉纖維強度提高;完成二倍體棉花-雷蒙德氏棉的全基因組測序的完成,為棉花新種質創新奠定了基礎。

  (3)新品種選育  面向小麥主產區育成和推廣了一批高產、優質、多抗、廣適的新品種,實現了又一次品種更新換代,代表性品種有石4185等26種。一批高產優質玉米品種如農大108、鄭單958等對促進我國玉米生產整體水平提高發揮了重要作用,抗逆及品質改良的轉基因玉米材料創新和新品種培育進展明顯,轉基因玉米產業化將成為新的趨勢。結合我國各棉區的產業需求,育成適合于黃河流域棉區的春棉品種、西北內陸棉區的常規棉品種、長江流域廣適高產品種等等;育成適宜麥棉兩熟麥后機械化直播種植的第一個國審早熟轉基因抗蟲棉品種中棉所74;國產轉基因抗蟲棉的推廣應用,迅速提高了我國抗蟲棉的市場份額,實現了國產轉基因抗蟲棉占有面積從1999年的5%提高到2012年的98%,致使美國抗蟲棉幾乎退出了我國市場。2009~2012年全國共審定大豆新品種420個,每年平均審定新品種100個左右;2011年推廣面積超過100萬畝的大豆品種有15個,東北大豆主產區主推品種含油率接近美國、巴西等國家水平;選育出廣適高產優質大豆品種中黃13,截止2012年累計推廣面積7000多萬畝,社會經濟效益70多億元,是迄今為止跨緯度最大適應種植范圍最廣的大豆品種;大豆特異優質育種和特用品質育也均取得進展。

  (4)雜種優勢利用研究  當前小麥雜種優勢利用研究主要基于化學雜交劑(CHA)和兩系法,小麥光溫敏不育-育性恢復技術體系研究與應用取得重要進展,育成一批兩用不育系,培育出一批兩系雜交小麥,進入較大面積試種。

  我國玉米雜優模式的創建和優勢群的劃分不斷向明晰、簡化和創新方向發展,針對骨干自交系的系譜、表型、重要性狀基因和等位基因功能、互作效應等開展了系統研究,創立骨干自交系配合力的早期預測模型和人工創造或改良骨干親本途徑的新理論和新方法正在形成。

  全國已育成一大批符合超級稻產量標準的新組合(品種),截至2012年,農業部認定的超級稻品種已達到96個,培育了一批旗艦型水稻品種單個品種推廣面積達到1000萬畝以上的有14個品種。

  我國大豆在實現三系配套、育成世界第一個雜交品種基礎上,近年在雜交大豆制種技術實用化方面進展明顯,表明雜交大豆具有潛在的應用前景。

  我國甘藍型油菜雜種優勢利用的隱性核不育材料有2套,S45AB和9012AB。開發出多個油菜化學殺雄劑,探討了利用歐洲春油菜改良我國半冬性油菜、利用半冬性油菜改良春油菜以提高雜種優勢強度潛力,分離了新型細胞質雄性不育型恢復基因與不育基因,開發了大量細胞質及顯、隱性細胞核不育與恢復及自交不親和基因的特異性分子標記。近5年來,我國選育的新品種85%以上為雜交種,個別品種通過多個區域的國家審定,具有廣適性和豐產穩產性。

  棉花雜種優勢利用雜交制種雜交種外,利用現有的轉抗蟲Bt基因材料和細胞質雄性不育系育成三系材料,育成3個轉基因三系雜交棉,其產量水平達目前生產上大面積推廣種植的人工制種雜交種,打破了幾十年來三系雜交種性狀差、產量低,無法在生產上種植應用的局面。

  在小雜糧雜種優勢利用方面,隨著谷子雜優利用的突破,雜交谷子系列新品種的育成,雜交谷子的種植面積不斷增加。張雜谷5號創造了谷子畝產達到811.9 kg國內外最高產量記錄。在芝麻雜種優勢利用方面中國走在了世界前列,育成世界上第一個二系芝麻雜交種豫芝9號和強優勢雜交種鄭雜芝H03。

  2. 重大成果

  小麥遺傳育種學科重大進展主要是品種品質評價體系和矮敗小麥方面。中國小麥品種品質評價體系建立與分子改良技術研究,從分子標記-生化標記-籽粒和面粉性狀-食品加工品質四個層次首次創立了符合國際標準的中國小麥品種品質評價體系,建立了中國面條的標準化實驗室制作與評價方法,提出并驗證了面條小麥的選種指標和分子標記選擇體系。矮敗小麥及其高效育種方法的創建與應用,在國際上首創矮敗小麥特異種質資源,創建了基于矮敗小麥的輪回選擇技術,構建完成了矮敗小麥高效育種平臺和全國矮敗小麥育種協作網。利用矮敗小麥高效育種方法育成國家或省級審定新品種42個,累計推廣1.85億畝,累計增產小麥56億公斤,增收82億元,應用前景廣闊。

  大豆遺傳育種學科取得的重大進展主要集中在廣適應和超高產大豆新品種的培育和推廣應用方面。提出了不同緯度與遺傳遠緣的親本雜交培育廣適大豆的育種新方法,創建了廣適高產大豆育種技術體系,創制廣適新種質;培育出廣適高產優質大豆新品種中黃13,是迄今國內緯度跨度最大、適應范圍最廣的大豆品種。在黃淮海地區創畝產312.4 kg的大豆高產紀錄,蛋白質含量高達45.8%,籽粒大,商品品質好。

  我國超級稻育種取得成功,形成了以“理想株型塑造與秈粳亞種間雜種優勢利用相結合”的超級稻育種的理論和方法。我國科學家發現的水稻光(溫)敏核不育基因可使雜交水稻免除保持系,使雜交水稻由“三系法”發展為“二系法”,廣親和基因的研究和利用消除了秈粳亞種間雜交種不育性問題,使我國利用亞種間雜種優勢得以異軍突起。

  在棉花抗病品種選育方面,創新了黃萎病抗性鑒定和選擇技術,實現了抗病、豐產、優質同步改良和突破,育成5個棉花新品種,在黃河流域棉區累計種植5867.13萬畝,豫雜35和豫雜37在河南、山東、河北、江蘇及安徽北部等省累計推廣1204萬畝。在雜交棉品種選育方面,育成創“千斤棉”的豐產品種中棉所63,目前為黃河流域和長江流域棉區的主栽培品種,在棉花生產中發揮著重要作用;優質漸滲系與轉基因抗蟲的聚合育種方面成效顯著,育成優質轉基因雜交棉中棉所70,適紡60支、80支等中高支紗。

  (二)農業土壤

  農業土壤學以農業土壤為研究對象,是土壤學的重要分支學科。凡是與農業生產有關的土壤問題都屬于農業土壤學的研究內容,主要包括農業土壤肥力及其演變規律、農業土壤障礙因素的發生過程與防治技術、數字化農業土壤和土壤養分循環及其環境效應等方面。因此,農業土壤學不僅是對一般土壤學理論的補充和完善,而且是一般土壤學創造性的發展。近年來,農業土壤肥力、土壤生物與土壤信息研究有了新的進展,不但創建了新的領域,而且在研究內容上有新的推進。土壤時空變化、土壤性質與過程、土壤的利用與管理、土壤在社會發展與環境中的作用等四個方面是當前農業土壤科學領域發展的新方向。

  1. 研究進展

  (1)土壤肥力演變與培肥  20世紀90年代以來,施肥造成的環境問題日益突出,我國在土壤肥力方面的研究出現了新的變化,主要體現在:①加強了氮肥去向及其環境效應的研究工作,在施肥領域開始注意到高產與環境保護的協調問題;②開始重視通過生物學途徑提高養分資源利用效率的問題;③隨著對全球變化的關注,近年來開始了土壤作為大氣CO2的匯的定量化研究工作。

  (2)土壤障礙與中低產田改良  近年來,面臨著中低產田改造一些新的科學問題:①從傳統有機無機配施技術如何轉變以改善土壤結構、土壤水肥調理、固碳減排為主體的技術;②從大田試驗為主體的研究方法如何轉變以流域、區域性研究為主體的研究方法;③水土肥等多學科技術交叉、集成技術如何融合在耕地質量建設中發揮最大效用;④新材料、生物技術、現代裝備、信息技術如何在耕地質量建設中應用。這些新的需求,迫切需要中低產田改造技術的創新研究與突破。

  (3)土壤水肥耦合與高效利用  近20年來,水肥調控技術研究已經在不同旱農類型區廣泛展開,已經從雨養農區水肥管理發展到節水灌溉農田氮肥管理方面,農作物產量、水分(灌水)利用效率一直為研究重點。隨著灌區氮肥環境污染日趨嚴重,灌溉農田水肥關系研究重點逐漸轉移到如何通過調節水氮減少氮肥損失及提高水氮利用率等問題。近些年來,水氮關系研究,特別是運用農田生態系統水氮模型進行農田或區域尺度的作物水氮管理模擬、預測和評估等方面至今仍為國際上研究的熱點。

  (4)土壤污染與修復  目前,污染土壤修復技術主要包括兩個方面:遏制與去除。因此,污染土壤修復技術主要有:穩定化、阻隔化、固定化、降解或移除等。污染土壤修復的理論與技術已成為當前整個環境科學與技術研究的前沿。我國的污染土壤修復研究,目前正經歷著由實驗室研究向實用規模研究的過渡階段,即將進入一個快速發展時期。

  (5)土壤資源信息化與數字土壤學  我國對精細數字土壤普查的理論和技術及其應用進行了系統的研究,基于土壤圖、地質圖、土地利用現狀圖、GIS、模糊聚類等進行了某些區縣的數字土壤制圖,運用模糊均值算法和地統計學相結合的方法進行小區域土壤預測制圖。

  2. 重大成果

  我國歷來重視農業土壤學研究,近年來取得了許多重要進展。第一,農業土壤學基礎理論得到發展和完善。第二,農業土壤學應用技術研究不斷更新,重要研究成果推廣應用不斷擴展。在障礙土壤改良利用方面,一批綜合性、實用性、環保型成果促進了區域性農業的持續發展。在農業土壤水資源高效利用研究方面,既重視發展和完善工程技術及其與生物措施相結合,注重區域性水土流失的綜合治理,又重視水肥一體化技術研究。第三,新構建的實驗研究平臺極大促進了農業土壤學科的發展。

  (1)土壤有機質提升原理與技術  根據土壤有機質演變規律與有機物投入量之間的關系,確定土壤有機質的維持與提升技術。不同施肥模式下,我國東北、西北、華北、華南和長江流域五大典型區域農田土壤有機質演變特征差異較大。

  (2)保護性耕作原理與新技術  我國進行了長期的免耕、深松、覆蓋等技術的試驗研究、示范和推廣,形成了適合不同地區特點的多種形式的保護性耕作新技術。東北地區的深松機間隔深松,西北、華北地區的高壟作種植、深松耕作、少免耕技術,陜西渭北高原的留茬深松起壟覆膜溝播技術和小麥高留茬少耕全程覆蓋技術等,均在旱作農業水分高效利用和水土保持方面取得了顯著的經濟和生態效益。

  (3)水肥一體化技術  目前研究較多且應用較廣的是滴灌水肥一體化技術,我國的水肥一體化技術主要在一些經濟價值較高的作物上應用。如新疆的棉花膜下滴灌施肥技術已作為棉花生產的標準技術得到大面積推廣,技術處于世界領先水平,應用面積近900萬畝。除在棉花上大面積應用外,目前已推廣到溫室蔬果、花卉、果樹、烤煙等作物,該技術近幾年在農業覆蓋面積最大、灌溉水資源需求最大且旱情相對比較嚴重的華北、東北小麥、玉米種植區也得到了發展和應用。

  (4)土壤重金屬污染原位鈍化修復原理與技術  目前,并沒有專門的針對重金屬污染土壤的化學固化穩定化技術修復后土壤的評估技術,許多研究采用的都是評判土壤污染或表征土壤重金屬生物有效性的方法來評估土壤修復的效果。對于這一方面的研究方法主要集中于:①基于化學方法的評估;②基于生物學模擬的一些體外方法。這類方法主要用于評價重金屬污染土壤中重金屬對人體的健康風險;③基于生物學的一些方法,主要體現在利用高等植物、動物或微生物進行的一系列針對重金屬污染土壤、污染土壤修復后或修復后土壤淋洗液中重金屬毒性的相關實驗,從被測生物的反應與土壤重金屬的劑量建立起來某種關系,從而判定土壤中重金屬的毒性。

  (三)植物營養

  1.概述

  植物營養學是農業生物學的一個重要分支,是一門與多學科相互聯系、相互交叉和相互滲透的學科,它是研究土壤物質的形態轉化、植物吸收、運輸和利用的規律以及植物與外界環境之間物質和能量交換的科學。具體來說,植物營養學是以土壤-植物系統為對象,研究植物營養物質在土壤中的形態、轉化與生物有效性,植物活化、吸收、轉運和利用、及養分的生理功能,植物響應營養脅迫的機制與適應途徑,以及通過合理施用肥料或遺傳改良技術,實現資源高效利用、作物高產優質、生態環境安全的目標。

  近年來,植物營養學科研究快速發展,已經成為以植物-土壤互作的根際理論為核心,以作物高產、資源高效和環境保護為目標,充分挖掘植物和微生物等生物資源潛力,綜合利用生物調控及養分管理技術來實現作物高產高效的研究體系,并形成了以植物營養生理與遺傳,土壤-植物互作與調控、養分資源管理、污染物控制和治理等為主要研究領域的系統綜合學科。

  2.研究進展及標志性成果

  當前,植物營養學的理論研究和應用正處在快速發展階段。一是現代植物營養理論不斷應用于指導傳統生產實踐體系和多樣化的自然生態系統;二是不斷吸納自然科學、技術科學和其它應用科學的理論、方法及技術,形成了以系統觀測與定量實驗為基礎,以多組分、多形態和多尺度物質性質、分異與變化為中心的綜合研究體系;三是分子生物學和生物技術促進了植物營養生理學和植物營養遺傳學的快速發展,使植物營養的生物學研究進入到分子水平。

  植物營養學的研究熱點和前沿技術主要包括以下7個方面:(1)植物營養的土壤環境與過程。土壤中物理、化學和生物學過程對養分地球化學循環的影響及其機制是研究熱點,土壤中養分生物有效性的土壤水分條件與過程,養分轉化過程的實時、原位監測技術,不同土壤條件下水分和養分的耦合機制等是前沿技術。(2)植物養分高效的分子機理和遺傳改良。有關植物吸收和感應養分的分子機制研究已成為研究熱點。(3)植物根際營養與調控機制。研究并揭示作物的根際對話過程及養分活化機制,是植物營養科學的研究前沿。(4)養分資源管理與新型肥料。當前研究的熱點是快速簡便的養分定量技術,區域總量控制技術,田塊精細調控技術。新型肥料的研究熱點包括作物專用的復合(混)肥生產以及價廉、控釋性能優良的可降解型聚合物包膜控釋肥的研發。(5)養分循環及其生態環境效應。定量生態系統中環境養分數量、氮磷的流失和氮素氣態損失,是國際上的研究熱點;廢棄物的資源化綜合利用已成為當前重要的生態環境問題。(6)土壤生產力及其調控。高強度物質循環條件下土壤生產力的演變規律,作物高產的土壤條件及其培育機制,土壤酸化、鹽漬化和土壤生態系統退化等土壤質量下降的原因及其修復與調控途徑等將成為研究重點。(7)廢棄物農業資源化再循環利用。有機廢物高效無害化處理工藝與技術,創制有機廢物高效快速發酵菌劑和功能性有機廢物資源利用將成為研究重點和發展方向。

  (四)農田灌溉排水

  灌溉排水技術是一門研究農田水分狀況和地區水情變化規律,采取人工補充土壤水分或將一個地區內多余的地表水和地下水排除到該地區以外等技術措施,消除或減少旱、澇(漬)、鹽(堿)等自然災害的影響和損失,提高農田抗御旱、澇災害的能力,改善農田水分狀況,促進農業穩產、高產、高效和水資源可持續利用以及生態、環境等良性循環的學科。其內容涉及土壤、植物、工程、環境及經濟等多個學科,主要內容包括:農田灌排基本理論研究、灌排工程規劃設計與施工、灌排新技術的研究、灌溉排水系統管理和灌溉排水系統環境影響評價。

  1.研究進展

  (1)作物需水與調控技術  在作物需水量與耗水量的估算方面:研究工作更多向區域尺度發展;作物需水的內涵向理想狀態下的最優需水量或理想耗水量拓展。在作物需水信息采集與診斷方面:向能夠實現原位長時間連續監測、或快速大范圍監測方向發展;研究尺度向區域尺度發展;重點探索作物需水時空變異與尺度轉換問題;側重利用多源信息融合技術來診斷作物是否缺水及缺水程度。在作物高效用水調控方面:側重于通過改變根系層土壤濕潤方式與灌溉制度或者使用外源激素來調節作物氣孔運動行為,在不犧牲作物對CO2吸收的前提條件下大大減少作物的水分消耗、提高水分利用效率,已成為當前研究的熱點之一;相繼提出了調虧灌溉(RDI)、分根區交替灌溉(ARDI)和痕跡灌溉等新的灌溉技術。

  (2)灌水技術  在地面灌溉技術方面,研究熱點緊密圍繞創建現代地面灌溉技術應用平臺、提高地面灌溉過程控制能力、開發區域地面灌溉系統管理實用工具等方面展開,在地面灌溉設計理論、土地精細平整和田間工程配套布置方法、水肥同步高效利用新技術等方面取得了一系列突破。在噴灌技術方面,研究重點向大型噴灌機轉變,噴灌系統多目標利用和變量噴灑的研究日益受到重視。在設備研發方面,降低能耗、實現灌溉施肥的精量控制是噴灌技術研發的重點,高新技術的大量應用成為噴灌技術發展的一大亮點。在系統設計和管理方面,噴灌管網水力計算和優化設計已趨于成熟,以提高水肥利用率為目標的灌水技術參數優化組合正在成為研究的熱點。在微灌技術方面,在微灌系統設計理論、微灌土壤水分調控、關鍵設備設計技術和田間應用管理技術等方面部取得了很大的進展,形成了具有自主知識產權的理論和技術。

  (3)農田排水技術  農田排水面臨一些新課題:一是農田排水應向綜合考慮水資源高效利用和農田面源污染防治的多重目標轉變;二是農業排水與生態工程和生物技術結合,有效處理排水水質;三是特殊的種植方式和微氣候條件對農田排水的功能提出了新的要求;四是漬害田治理、農田排水和城市排水協調發展。在技術方面,設施地控制排水、濕地水處理綜合調控、生物反應床水質處理系統等成為農田排水的代表性技術。此外,干排水作為從區域尺度上控制耕地鹽分平衡和鹽漬化的技術,重新引起科研工作者的關注。我國迫切需要研究長期灌溉條件下水鹽運動規律和鹽漬化演變趨勢,建立適合干旱區特點的淋洗技術和排水系統設計理論。

  (4)再生水灌溉技術  國外相關研究主要集中在再生水灌溉對植物生長、土壤質量、地下水質量的影響以及安全灌水技術方面;國內學者開始研究再生水灌溉對作物及環境的影響機理、污染物遷移轉化規律、再生水適宜的灌溉技術與灌溉制度、再生水灌區規劃等問題;再生水安全利用技術標準化、系統化、集成化將是研究重點和難點。

  2.重大成果

  (1)作物需水與調控  在植物應答干旱脅迫的氣孔調節機制方面,創造性地探討植物干旱反應調節的基因表達分子機制,為基因工程技術提高植物的水分利用效率開辟了新途徑,獲得2012年度國家自然科學二等獎。在都市型現代農業高效用水原理與集成技術研究方面,研制了基于大型高精度杠桿稱重式、水位可控式蒸滲儀和信息實時監控的智能化植物需水診斷平臺,構建了設施農業水肥一體化高效節水技術集成模式、果園智能化精量灌溉技術集成模式和都市綠地“清水零消耗”生態節水技術集成模式,獲得2012年度國家科技進步二等獎。在“干旱內陸河流域考慮生態的水資源配置理論與調控技術及其應用”方面,提出了有限水資源的合理配置理論及調控技術,于2013年獲國家科技進步二等獎。

  (2)地面灌技術  我國精細地面灌溉技術研究初步形成了基于土地精細平整和過程精確控制的現代高效地面灌溉技術應用體系。在應用基礎理論方面,建立了模擬田面微地形空間分布狀況的方法,提出了根據畦田內水流運動特征采用遺傳算法自動優化反演土壤入滲參數和地面糙率系數的模型,初步建立了基于田間部分灌溉數據對整個灌溉過程進行反饋控制的理論方法。在支撐技術方面,建立了以土地精細平整為特征的激光控制平地技術應用體系,提出了基于土地精細平整的地面灌溉田間灌排工程布局模式。在主導技術方面,建立了地面灌溉過程精量控制技術,為實現地面灌溉過程自動化與量配水可控化提供了有效手段。

  (3)噴灌技術  噴灌技術的進步主要體現在:一是進一步闡明噴灌的節水機理,提出噴灌技術參數的優化方法。二是研發低能耗精量控制噴灌施肥裝備,實現噴灌系統的多目標利用。三是利用高新技術對傳統噴灌技術升級改造,提高噴灌系統的運行管理水平。

  (4)微灌技術  在微灌系統設計理論與方法上:提出了綜合考慮水力偏差、制造偏差和田面高差的滴灌系統流量偏差的計算方法;提高了系統灌水均勻度;揭示了灌水器工作水頭取值與灌水器水力性能以及灌區田面高差的關系。在地下滴灌技術方面:開發了一批具有自主知識產權的地下滴灌設備。在設備設計技術方面:建立了灌水器內部水流、泥沙多相流流體動力學模型;研發了支管、毛管流量調節器或壓力調節器等系統壓力均衡調控產品;開發了自動反沖洗疊片過濾器、水力驅動旋轉反沖洗網式過濾器和系統流量、壓力、土壤墑情等信息監測和控制設備。在田間應用管理技術方面,提出了包括種植模式和水肥一體化技術及農藝的操作管理規程;提出了作物微咸水安全高效滴灌技術體系。

  (5)農田排水技術  在設施農業排水方面:提出了設施農業的控制排水技術;提出了大棚合理灌溉制度的設計準則與方法;提出了大棚作物的控制排水暗管間距、埋深和出口控制高程的控制排水措施;提出了南方地區雨季揭棚、合理施肥與控制排水相結合大棚栽培與水管理技術。在與濕地、生物反應器相結合的減污控排技術方面:引進和發展了以生態工程為基礎的控制排水、節水灌溉和濕地系統相結合的農田水循環系統。在灌區排水污染物控制技術方面:形成了排水污染控制標準體系;實現動態排水條件下水質水量過程場景分析和模擬預測;通過田間調控,實現源頭控制;通過“工程-生物-生態”相結合,實現水功能區達標。在農田排水徑流計算方面:建立了排水徑流計算的概念性與分布式水文模型;初步建立了農田排水區自然-農業復合水循環系統的排水徑流形成機理和模型。在排水工程的調度與控制運用方面:提出了排水系統優化調度的建模技術及其相應的求解技術;提出了非凸、非連續排水系統調度問題的尋優技術。在區域水鹽均衡調控技術方面:提出了利用內部鹽荒地的干排水控鹽新方法,構建了干排水系統設計理論;提出了干旱區的井渠結合模式、地下水位控制標準以及井渠灌溉面積比與水量比的確定方法。

  (6)再生水灌溉  近年來,再生水灌溉方面取得了一系列的重要進展,體現在:再生水灌溉牧草、草坪及林木;再生水在糧食作物和蔬菜作物灌溉上的適用性和安全性;再生水灌溉系統研發與再生水灌溉區劃等方面。

  (五)作物病蟲害

  農業昆蟲學學科是植物保護學科的最古老且最重要的分支學科,是以農業害蟲及其天敵為研究對象的科學。為了應對全球氣候變化、產業結構調整和國際貿易全球化對我國農業害蟲發生和危害產生的新影響,以及隨著現代生命科學等新興學科的新理論與新方法對本學科的滲透、交叉與融合,特別是國家加大了對農業昆蟲學科研究的投入,使農業昆蟲學學科在害蟲成災機制與防控基礎理論,以及高效、持久、安全的農業害蟲監測預警、應急處理與可持續治理的技術體系的建立等方面已取得了可喜的成就。

  植物病理學是闡述植物病害發生發展規律及其防治的一門應用學科。植物病理學主要研究植物病害發生的各種生物因子(病原物)和非生物因子(如各種環境條件)及其引起病害的機制、病害發生流行規律及其成災機理、病原物與寄主及其它生物的互作關系、寄主抗病性及其利用、以及各種病害控制的理論和技術方法。植物病理學研究的主要目的是保護植物免受或減輕病害的為害,保障農作物的高產、優質、安全。該學科是以植物學、微生物學和生態學等為基礎,同時又和作物栽培學、育種學、土壤學、農業氣象學、農業昆蟲學、農藥學等學科有著密切的聯系。近年來,隨著學科的相互滲透,植物病理學在理論技術上有了極大的突破,有力促進了植物病理學的快速發展;同時植物病理學領域形成的新理論和新技術也極大地推動相關學科的進步。

  1. 研究進展

  (1)農業昆蟲

  1)發育生物學。昆蟲發育生物學涉及昆蟲蛻皮與變態等生命活動現象,近年來,我國有關該領域的研究多已上升至相關功能基因克隆與表達及內分泌調控的研究,并取得了明顯的進展。另外,昆蟲變態發育激素和營養調控分子調控、基因組學、蛋白組學等方面相續取得最新研究進展和成果。

  2)種群遺傳控制。目前害蟲遺傳調控技術主要在醫學昆蟲方面得到很好的應用,而在農業昆蟲方面的應用,目前國內還處于起步階段,僅中國少數幾家單位開展了部分前期基礎研究工作,應用方面研究較少。

  3)監測預警信息技術。隨著農業昆蟲學學科發展,我國科學家利用3S技術建立了多種農業害蟲的監測預警系統,顯著地提高了監測預警水平與能力。開發了農作物蟲害疫情地理信息系統,建成全國農作物蟲害監控中心信息網絡和信息系統、分布式蟲害預警預報Web-GIS系統、遷飛性害蟲實時遷入峰預警系統、田間昆蟲數據采集和計算機網絡化的數據傳輸和管理技術、田間小氣候實時監測技術和影響農作物蟲害的關鍵氣候因素和預警指標的分析提取技術和中長期預測預報技術等關鍵技術問題。

  4)轉基因抗蟲作物。我國自1997年開始種植轉基因抗蟲棉花,到2012年種植面積已經達到380萬hm2,占棉花總種植面積的70%。種植Bt棉花已經成為防控棉花害蟲的關鍵措施,對有效控制棉鈴蟲和紅鈴蟲的為害發揮了重要作用。隨著轉基因育種高新技術和交叉學科的發展,近年來,轉基因抗蟲作物也由原來的抗蟲或抗病等單性狀改良向第二代復合性狀改良發展。同時,植物介導的RNA干擾技術應用于轉基因抗蟲作物的改良。

  5)生態調控技術。通過作物品種多樣性、生態系統多樣性和誘集植物的利用,發展了主要農作物重大害蟲生物生態調控技術體系,應用效果十分顯著。目前,針對煙粉虱、小麥害蟲、蚜蟲等農業害蟲的相關生態調控技術研究取得較好進展。

  (2)植物病理

  1)植物與病原物互作機理。近年來,在植物與病原物互作機理方面的突出進展表現在以下幾方面:①識別的分子機理和抗病信號傳導網絡解析。②互作的分子共進化(co-evolution)機理解析。③在研究方法和技術方面,蛋白質組學、基因組學和轉錄組學等各種組學技術越來越普遍地被應用于互作相關基因的鑒定及其功能分析。

  2)抗病基因資源的鑒定與分子評價。我國在水稻等主要農作物抗病基因資源的鑒定與利用方面處于國際先進水平,部分內容達到國際領先水平,獲得國外同行的高度評價。我國學者對主要農作物抗病基因資源開展了系統的挖掘、鑒定與評價工作,獲得了一大批水稻、小麥、大麥、玉米等農作物及其近緣野生種質材料中的抗病基因資源,為克隆鑒定具有應用價值的新抗病基因奠定了基礎。

  3)病原物遺傳結構、寄生適應性變異及致病力分化研究。目前病原物群體遺傳學研究總體上存在群體量小、樣本來源范圍窄、樣本的采集缺少系統性、科學性等問題,而且大部分工作只局限于對群體的遺傳多樣性及其地理分布進行簡單分析,對群體遺傳結構的時空動態及其進化機制的研究不夠深入;很多研究關注單一病原物群體遺傳變異、不同病原物群體之間的互作關系的研究很少;這些研究內容將成為未來一段時期群體遺傳學的發展趨勢。

  4)植物病害流行學研究與防治策略。近年來,信息和生物技術向病害流行學和病害防治領域的滲透,極大地推動了病害流行和防控技術的發展,宏觀與微觀的方法將有機的結合使得人們的研究思路更加清晰,許多傳統的方法得到改進和更新,不少疑難問題得到或有望得到解決。

  2. 重大成果

  (1)農業昆蟲  1)蝗蟲遷飛與居留型轉化的調控機理。我國的科研團隊利用代謝組技術和基因干涉技術,并結合行為學測定,發現了飛蝗兩型轉變調控機制,為控制蝗災提供了理論依據,也為人類代謝疾病的研究提供了很好的動物模型;發現放牧活動會降低植物的含氮量,蝗蟲取食這樣的植物有利于蝗蟲種群的生長和發育,從而導致草原蝗災的形成;如果未來能證明植物營養狀態可通過調控脂肪代謝,從而影響蝗蟲群居型的形成,這將是該領域的又一項重要發現。

  2)Bt棉花生態系統昆蟲種群的演化機制。我國的科研團隊系統研究闡明了種植Bt作物對農業生態系統的顯著生防功能,這是國際上首次從景觀生態學尺度對Bt作物生態服務功能和機制進行系統研究,對發展利用Bt植物可持續控制重大害蟲區域性災變的理論與方法有重要科學意義。

  3)小菜蛾基因組學。成功破譯重大農業害蟲小菜蛾基因組,百分之百中國人擁有自主知識產權的研究成果——小菜蛾基因組研究成果。該工作宣告世界上首個鱗翅目昆蟲原始類型基因組的完成,同時也是第一個世界性鱗翅目害蟲的基因組。

  4)棉鈴蟲對Bt棉花的抗性機制與治理。通過10多年的攻關研究,在國際上創造性地提出了利用小農模式下玉米、小麥、大豆和花生等棉鈴蟲寄主作物所提供的天然庇護所治理棉鈴蟲對Bt棉花抗性的策略;首次揭示了棉鈴蟲對Bt棉花產生抗性的分子機制,建立了棉鈴蟲抗性早期預警與監測技術體系,可分別進行抗性基因、抗性個體和抗性種群三個水平的抗性檢測和監測。揭示了棉鈴蟲田間種群對Bt棉花的抗性基因存在遺傳多樣性,首次發現并證實非隱性抗性基因在Bt作物抗性演化中具有關鍵性作用,對于合理設計靶標害蟲對Bt作物抗性的治理策略和措施具有重要指導意義,標志著Bt抗性研究已由實驗室品系抗性規律的研究轉入田間種群抗性分子遺傳機理的研究,并為該方向的研究提供了一套示范性的解決方案。

  5)煙粉虱入侵機制和防控技術。研究發現研究發現煙粉虱“非對稱交配互作”的行為機制,揭示了害蟲的普遍入侵并取代土著煙粉虱的征象和規律,對其進一步入侵和地域擴張的預警提供了重要的理論基礎。

  6)害蟲抗藥性機制與治理技術。我國經過20年的潛心研究,明確了棉鈴蟲、小菜蛾、稻飛虱等重大害蟲抗藥性主導機制和抗性早期預警技術體系及其抗藥性種群遺傳特性,研制的殺蟲劑新品種共毒系數超過200,甚至高達500以上,增效顯著,減少了藥劑用量,在棉鈴蟲、斑潛蠅、水稻螟蟲、稻飛虱等抗藥性嚴重的害蟲相繼暴發過程中,表現出突出防治效果,取得了巨大的經濟和社會效益。

  7)捕食螨的規模化生產技術。該技術為我國害螨的綜合治理提供了一個優良天敵品種的有效途徑;建成我國第一個年生產能力達到8000億只的捕食螨商品化生產基地;建成“以螨治螨”為核心的綠色防控體系;研制成功捕食螨田間慢速釋放器,提高了天敵田間控害效能。

  8)農業害蟲燈光誘殺技術。由公司和推廣中心等單位聯合完成的農業害蟲監測系統,解決測報工作者勞動強度大、工作效率低、有毒物質對測報人員及環境的危害和識別率低和病蟲信息傳遞、遠程實時監控等問題。采集氣象參數比國內外同類系統多3項;對病蟲可實施遠程實時監控,實現全國各病蟲測報站信息共享。建立了企業、科研院所、大專院校、推廣部門、用戶相結合的研究、生產、示范、推廣、應用一體化技術體系,加速科研技術的物化利用。

  (2)植物病理

  1)小麥條銹病菌源基地綜合治理技術體系的構建與應用。從1991年起開展全國大協作,對中國小麥條銹病菌源基地綜合治理技術體系進行了連續科技攻關,取得重大創新與突破,研究成果在生產上大規模推廣應用,防病保產效果極其顯著。同時,豐富和發展了《植物病害分子流行學》和《植物生態病理學》理論、技術和方法,為國家小麥條銹病的防控決策提供了重要科學依據和技術支撐,作為“公共植保、綠色植保”的典型范例,為研究其他氣傳病害提供了借鑒和參考。總體研究處于國際領先地位,經濟、社會和生態效益巨大。

  2)重要作物病原菌抗藥性機制及監測與治理關鍵技術。自上世紀80年代中期開始,連續20多年采集和檢測了10多萬分標本,探明了水稻惡苗病菌、小麥赤霉病菌和油菜菌核病菌抗藥性群體發展規律,探明了抗藥性發生的機制,依據抗藥性病原群體發展規律及抗藥性機制,開發了一系列抗藥性高效治理新技術,并與企業和技術推廣部門合作全部實現了產業化和大面積推廣應用。為我國保持20年來沒有發生重大抗藥性病害流行,提高植物病害綠色防控和農藥創制的科技水平做出了重要貢獻。

  3)柑橘病毒類和檢疫類病害分子檢測及無病毒三級繁育體系技術。建立并優化了我國7種柑桔病毒類和檢疫類病害的分子快速檢測技術,創新了柑桔分子檢測微量取樣制備技術和柑桔莖尖脫毒微量快速評價技術;建立了柑桔無病毒良種三級繁育體系;制定了行業標準和技術規程4個,培訓技術人員8780人次。有機整合了科研院所、農技推廣部門、龍頭企業和農民等各方優勢,實現了基礎研究與生產應用的結合,形成了繁育柑桔無病毒容器苗1730萬株的能力,新建柑桔無病毒良種示范基地44萬畝,企業和農民增收15351萬元,促進了柑桔無病毒良繁技術的產業化,推動了我國柑桔產業的可持續發展。

  4)作物多樣性在抗病增產中的作用。基于農田生態系統層面,從栽培角度提出了作物多樣性優化配置解決難題的新途徑,即從時間上和空間上優化配置異質作物群體,增加農田作物多樣性豐度,解決單一作物大面積種植病蟲害流行的難題。

  5)植物天然免疫機制。揭示了AvrAC獨特的生化功能和分子機制。AvrAC是目前報道的唯一一個具有尿苷單磷酸轉移酶活性的細菌效應蛋白,闡明了病原細菌是如何利用一種獨特的生化和分子機制來精確攻擊植物免疫系統的。

  6)病原真菌致病機理。近幾年,我國在稻瘟病菌致病性分子機制取得較大進展,發現了一系列調控稻瘟病菌形態發育與侵染致病過程中重要調控因子,研究結果有助于理解其他作物真菌病害致病分子機理,對該病害的控制具有重要的實踐指導意義。

  7)卵菌致病機理。克隆了一個新的大豆疫霉無毒基因,可以抑制植物的抗病反應,促進病菌侵染;發現疫霉菌抑制植物抗病性的一種共有機制和一種新機制;成功克隆了新無毒基因PsAvr3b,為其他真核病菌無毒基因的克隆提供了新的思路;發現多數RxLR類效應分子可以抑制植物抗病反應,病菌對效應分子的轉錄進行精確編程,效應分子之間以“團隊作戰”的方式抑制植物的抗病反應,為認識卵菌的致病機理提供了新的知識。

  8)雙生病毒致病機理。以伴隨有衛星DNA的中國番茄黃曲葉病毒(TYLCCNV)為研究對象解析了病毒克服植物甲基化修飾及TGS反應的分子機制,對詮釋作物抵御雙生病毒侵染及雙生病毒逃避作物防御的分子機制具有重要意義,并為植物抗病毒提供了新理論和新策略。采用反向遺傳學策略,結合分子生物學和生物化學等方法,發現了病毒與植物寄主在長期協同進化過程中的其中一種博弈場面,也揭示了SAMDC1在甲基化介導的基因沉默途徑中的重要作用,對詮釋26S蛋白酶體介導的蛋白降解途徑調節通過調控寄主de novo甲基化介導的基因沉默信號過程具有重要意義。

  (六)作物栽培

  作物栽培學是一門綜合性很強的農業應用科學,經過我國作物栽培學家幾十年的探索,作物栽培學形成了區別于其他農業基礎學科的具有自身規律的理論體系。特別是近年來我國農業生產正在向良種良法的結合,農機農藝的融合,生產生態的兼顧、高產與高效同步的現代農業技術發展中作物栽培起到了關鍵作用,體現出學科綜合性優勢。作物栽培學正在向機械規模化、信息精確化、可持續簡化、氣候變化適應性、抗逆穩產等技術的發展,為實現現代農業發揮了越來越重要的作用。

  1. 研究進展

  (1)作物栽培學理論創新  作物栽培技術的發展越來越依賴于理論突破,特別是產量形成、生長發育規律、作物與環境等成為作物重要栽培理論研究方向,有效地指導作物高產、優質、高效、生態、安全的技術創新。主要進展包括:作物生育過程中器官相關與肥水效應理論,作物高產形成定量化理論,以及作物營養高效平衡理論等方面的研究。

  (2)作物關鍵技術創新  近年來,密植高產技術、土壤耕層優化技術、作物定向化控技術和資源優化配置技術等作物關鍵技術研究得到深入發展。此外,配方施肥技術等的推廣應用,改變了以往盲目施肥為定量施肥,同時也改變了單一施肥為:以有機肥為基礎、氮磷鉀等多種元素配合施用,特別是對化肥結構調整起著更重要的作用,在農業生產中取得了增產、改善農產品品質、節肥、增收和平衡土壤養分效果十分顯著。

  (3)作物栽培技術集成創新  ①作物高產優質高效栽培技術集成。經過多年的研究,我國在不同的作物與不同的區域技術集成出了不同的技術模式,為各種作物的高產高效,增產增收起到了重要技術支撐作用。②作物精準、簡化、高效栽培技術集成。近年來,開展了精確定量栽培、數字化農作技術和作物生產信息化服務技術的研發,在作物生產管理中正在發揮重要作用。③生態安全、環境友好型作物栽培技術集成。在科技支撐計劃支持下,開展了主要糧食作物豐產節水節肥技術集成與示范、玉米膜下滴灌節水高產高效技術,主要糧食作物高產栽培與資源高效利用的基礎研究等研究工作,此外,還研制出多種技術的“緩控釋肥”。④作物機械規模化生產技術集成創新。近年來,在玉米、水稻、小麥等主要糧食作物相繼開展了機械化技術研究,為推進我國作物機械規模化生產提供技術支撐。

  (4)作物栽培技術應用與推廣  在國家糧食豐產科技工程項目支持下,緊緊圍繞我國三大平原三種作物高產高效目標,開展了技術集成與創新研究,以豐產高效栽培為核心的糧食豐產科技工程應用與推廣效果顯著。基于關鍵技術創新與區域生產特點,在萬畝創建連片高產,采取“統一整地播種、統一肥水管理、統一技術培訓、統一病蟲防治、統一機械收獲”的五統一的方式在小麥、水稻等的示范片生產中,增產效果良好,以核心技術集成高產創建在糧食安全發揮了重要作用。

  2. 重大成果

  近兩年來,繼續實施了國家糧食豐產科技工程、作物高產創建、科技入戶等一批以作物栽培為核心的重點項目,有力地推動了我國作物栽培學創新與發展,顯著提升了作物栽培技術與理論的研究應用水平,為我國糧食實現“十連增”發揮了重要作用。

  在玉米高產高效方面,構建了玉米產量差(潛力)模型,明確了我國主要生態區玉米高產潛力突破和大面積高產高效生產的主要制約因素及技術優先序,提出了高產突破途徑與關鍵技術,建立了13套適應不同生態區域的玉米高產高效生產技術體系,發布實施地方標準9部,10項技術模式被遴選為農業部主推技術,創造了一批玉米高產紀錄。

  圍繞作物資源高效利用以進一步挖掘作物周年高產潛力,在一年兩(熟)協調高產高效關鍵技術上取得了重大的突破,建立了進一步挖掘資源內涵兩(多)熟制協調高產高效理論與技術體系,有效地提高資源利用率和作物周年產量。在黃淮區小麥夏玉米一年兩熟方面,實現了小麥夏玉米均衡增產,“十一五”期間累計增產糧食674.2萬噸,創造社會經濟效益95.08億元,為河南糧食持續增產提供了重要的科技支撐。在海河平原,通過光溫資源高效利用、節水節肥、農藝農機配套和豐產高效理論與技術的創新,支撐了河北小麥、玉米單產大幅度提升,總產連續7年創歷史新高,2008~2010年,在冀、魯、豫、津應用7261萬畝,增產469.1萬噸,增加經濟效益76.2億元,年節水8~10億m3。

  隨著生育進程、群體動態指標、栽培技術措施的精確定量的研究不斷深入,推進了栽培方案設計、生育動態診斷與栽培措施實施的定量化和精確化,有效地促進栽培技術由定性為主向精確定量的跨越,為統籌實現作物“高產、優質、高效、生態、安全”提供了重大技術支撐。水稻豐產精確定量栽培技術及其應用研究取得重大進展,該技術應用后,比對照技術增產10%以上,節工20%以上,節氮10%以上,節水20%以上,增效20%以上。在20多個省(市、區)示范,累計應用9918萬畝,增稻谷640.1萬噸,增效益163.5億元。并創造了江蘇稻麥兩熟制條件下水稻畝產937.2 kg、云南畝產1287 kg的世界紀錄。

  近兩年來,在作物栽培方案的定量設計、作物生長指標的光譜監測、作物生產力的模擬預測,以及相關的軟、硬件產品研發等得了顯著的進展,推動我國數字農作的發展。數字農業測控關鍵技術產品與系統研究在作物與環境信息傳感探測上,研究了農作物個體生命信息無損監測方法,研制了葉片/莖稈/果實等7種生命信息傳感器,開發了農作物營養、病害、水分脅迫等監測技術產品和診斷系統;提出了集光學傳感/農學模型于一體的作物群體生物量/葉面積指數、氮素/水分營養生理指標的監測方法,研制了小麥/水稻便攜式作物綜合長勢信息測定儀,可實現作物群體長勢信息的無損探測及診斷,填補了國內空白。成果在設施農業和大田生產的環境監控/灌溉/施肥/施藥等方面大面積應用,節能20%~30%,節肥水藥20%~50%。在全國14個省市累計應用560萬畝、技術培訓1.3萬人次,增收節支21.2億元。

  (七)耕作學與農作制度

  耕作學是研究建立合理耕作制度的技術體系及其理論的一門綜合性應用科學, 注重整體性、綜合性,強調技術環節有機銜接與技術組裝集成。農作制度也稱耕作制度,是農業生產的基本性制度,指一個地區或生產單位作物種植制度以及與之相適應的養地制度的綜合技術體系,內容包括熟制、作物布局、種植方式、輪連作等種植制度,以及土壤耕作、地力培育、農田保護等養地制度。

  作物種植制度與養地制度是耕作制度(耕作學)研究的重要內容。作物種植制度包括一個地區作物組成、配置、熟制與種植方式等內容,決定著區域農作物種植結構與布局、種植模式及生態經濟效益等,是促進農業增產增收的根本性措施和重要標志。農田養地制度是與種植制度相適應的以地力培育及保護為中心的技術體系。農田養地制度主要目的是為農作物生長發育提供所需的水、肥、氣、熱等生活因素,保證地力常新和作物持續高產。

  1.研究進展

  (1)氣候變化對種植制度的影響研究進展  氣候變化與氣候波動對種植制度和作物生產的可能影響已經引起了科學家的高度關注。近兩年,農業科研人員對我國氣候變化背景下的種植制度變化趨勢進行了大量研究,具體內容包括氣候變暖對我國多熟種植北界和糧食產量的影響、對中國冬小麥種植北界影響、對東北三省玉米種植界限和產量的影響以及對熱帶作物種植界限和柑桔適宜區的影響。

  (2)高產低碳農作技術模式構建  農田生產系統的減排增匯技術對緩解全球氣候變化有重要意義。緊密圍繞保障糧食安全、資源生態安全和增強農業綜合生產能力等國家重大需求和任務,積極探索作物生產系統低碳栽培耕作技術體系構建和推廣應用。研究內容包括:一是作物高產與資源高效農作技術;二是水稻高產與CH4減排農作技術;三是旱作農田增產與N2O減排農作技術;四是作物高產與土壤增碳農作技術。

  (3)保護性耕作研究進展  當前國際上保護性耕作研究已經從單項技術的研究上升為一項系統工程的研究,更加注重技術的集成和綜合應用,逐步向保護性農業的研究發展。具體變化趨勢如下:一是由以研制少免耕機具為主向農藝農機結合并突出農藝措施的方向發展;二是由單純的土壤耕作技術向綜合性可持續技術方向發展;三是由單一作物、土壤耕作技術研究逐步向輪作、輪耕體系發展;四是由單純技術效益向長期效應及理論機制研究發展;五是由簡單粗放技術逐步向規范化、標準化方向發展;六是保護性耕作的環境效應及其應對氣候變化成為研究的熱點。

  2.重大成果

  我國保護性耕作領域的研究工作取得了突出成果:一是保護性耕作技術概念與內涵在發展中得到規范,對我國進一步開展保護性耕作研究和推廣具有重要的指導作用。二是形成了適合我國區域氣候資源與種植制度的保護性耕作技術及模式。三是保護性耕作機理研究不斷深化,我國保護性耕作機理研究不斷深化。我國保護性耕作的研究內容不斷拓寬,其生態環境效應及其相應的機理研究越來越深入。各區域在保護性耕作在土壤的固碳減排、水熱效應、地力培育、作物生長與產量效應及機理等方面進行了深入系統研究,并取得了一定的進展。研究表明秸稈還田能夠增加土壤有機碳,具有“碳匯”效應,實施少、免耕等保護性耕作措施,能夠減少CO2等溫室氣體排放,為構建“節能減排”的保護性耕作技術提供了理論依據。

  (八)農產品加工與保鮮

  農產品加工與保鮮技術,主要包括糧油加工、果蔬加工、畜產加工、水產加工及采后保鮮等5個方面,本報告的學科發展也是分別從這5個方面予以闡述。

  糧油加工是指對原糧、油料等基本原料進行處理制成成品糧油及其制品的過程,是研究糧食和油料作物的加工理論和加工工藝的應用科學。果蔬加工是指以新鮮果蔬為原料,依照不同的理化特性,采用不同的方法和機械制成各種制品的過程。畜產品加工是指對畜產品進行加工處理的過程,涉及肉、乳、蛋及其副產品特性和變化、產品加工工藝、貯藏、包裝、流通等技術領域,包括從畜產原料生產到成為供人們消費的產品為止的全部環節。水產品加工包括以魚、蝦、貝、藻等可食用部分為原料,制成冷凍品、腌制品、干制品、罐頭制品、熟食品等食品加工業,也包括以食用價值較低或不能食用的水產動植物以及加工廢棄物為原料,加工成魚粉、魚油、魚肝油、水解蛋白、魚膠、藻膠、碘、甲殼質等非食品加工業。采后保鮮是隨著果蔬采后生理變化的研究進程而發展起來的,除有效的保鮮技術外,先進的貯藏及物流手段也是農產品采后保鮮的重要組成部分。

  1.研究進展

  在糧油加工方面:以發展糧油食品為重點的糧油深加工得到快速發展,適應糧油食品消費趨向膳食方便化、營養化、多樣化需要,糧油主食品工業化進程速度加快,傳統主食品的各種生產工藝和設備的研究也得到較快發展。在果蔬加工方面:近年來,果蔬加工業取得了一定突破:一是產業化經營的水平越來越高;二是加工技術與設備越來越高新化;三是深加工產品越來越多樣化;四是產品標準體系和質量控制體系越來越完善。在畜產品加工方面:畜產加工突破了冷卻肉加工新技術,研發了大批現代化工藝技術與裝備,建立了傳統肉制品工業化生產線;乳品加工實現了乳酸菌乳粉生產關鍵技術的突破,建立了乳制品安全檢測技術體系;蛋品加工方面發明了系列禽蛋制品加工、監測設備和技術。在水產加工方面:一是加工水平大幅提高;二是產品種類呈現精深化、高值化、多樣化的態勢;三是科技創新進一步推動產業升級;四是產品質量安全意識不斷加強。在采后保鮮方面:果蔬保鮮技術向復合技術方向發展;冷鏈物流不斷壯大;貯藏保鮮技術得以發展。

  2.重大成果

  在糧油加工方面:油脂機械裝備水平逐步提高,能夠滿足油脂工業的設備需求;油料資源綜合利用獲得長足發展,水酶法制備花生蛋白和花生油技術、棉籽餅粕脫酶制取棉籽蛋白粉技術、菜籽餅粕脫毒制取濃縮蛋白技術等已經或正在應用到實際生產中。在果蔬加工方面:在大宗水果蘋果和柑橘加工中存在的質量安全研究方面,取得了重大進展;果蔬加工裝備在耗能低的超高壓設備的開發上取得了重大突破,研制出具有自主知識產權的容量大、壓力高的超高壓設備。在畜產品加方面:在冷卻肉生產方面取得了巨大成就;傳統肉制品的加工工藝及其理論基礎得到了一定的研究;肉制品加工中危害物的控制技術逐漸興起;涌現出一批高質量的副產物精深加工技術手段;超高溫瞬時滅菌乳和發酵乳加工關鍵技術取得重大進展;國產無菌包裝材料及高速無菌灌裝機實現了重大技術突破;超高溫瞬時滅菌乳和發酵乳加工關鍵技術取得重大進展;共軛亞油酸牛乳加工技術和牛乳去乳糖技術的研究成果在整體上處于世界領先水平。在水產加工方面:實現了從養殖業到不同品種的水產品選擇研究再到加工業一條龍的發展模式;逐步實現了規模化、集團化和自動化生產,形成了一批在國內外有著較高聲譽的知名企業和名牌產品。在采后保鮮方面:我國果蔬產業的科技水平不斷提高,新技術、新設施和新材料在果蔬采后保鮮上得到了廣泛應用;在鮮活農產品現代物流保鮮、流通包裝、全程質量監控物流標準化、信息化等關鍵技術研究方面,獲得了許多研究成果;開發了綜合保鮮貯運技術和果汁果酒護色澄清關鍵技術,使水果保鮮期延長5-10倍,并開發出系列加工產品。

  (九)農產品質量安全

  農產品質量安全技術是研究農產品從田間到餐桌全程質量安全控制、確保消費安全的一門科學,主要采用其他學科的理論和方法,研究從生產到消費全過程及食物鏈中與質量安全有關的理論、方法和規律,揭示生產過程、環境、原料、消費環節與農產品質量安全關系的科學。

  1.研究進展

  (1)農產品質量安全檢測及評價研究

  在農藥殘留監測技術和產品研發方面:已合成了有機磷類、菊酯類、磺酰脲類農藥半抗原,合成了磺酰脲類、三嗪類和三唑類特異性人工抗體聚合物,完成了有機磷類、菊酯類、磺酰脲類農藥的半抗原與載體蛋白的偶聯,構建了完全抗原并免疫小鼠,制備得到了三唑磷農藥單克隆抗體,建立了熒光標記與三嗪類農藥競爭性檢測方法;篩選得到了性能優良的化學發光增敏液,合成了對硫磷及克百威農藥半抗原,并與載體蛋白偶聯,構建了完全免疫抗原;針對篩選出的常用和殘留超標頻率較高的農藥品種,研究建立了148種農藥的串聯質譜譜庫。

  在獸藥殘留監測技術和產品研發方面:合成了12種小分子化合物的免疫原,制備了上述藥物的特異性單克隆抗體;建立了氟喹諾酮類等化合物的免疫分析技術,研發出了阿維菌素等獸藥殘留檢測的ELISA試劑盒和膠體金試紙條8種;研究建立了氯霉素、氟苯尼考和氟苯尼考胺殘留檢測的化學發光免疫分析方法;研究建立了檢測動物組織中30種非甾體抗炎藥殘留超UPLC-MS/MS法,豬組織中硝基咪唑、苯并咪唑、氯霉素3類藥物的UPLC-MS/MS方法,牛奶中阿莫西林和潑尼松龍的UPLC-MS/MS方法。

  在違禁及未知添加物綜合分析技術方面:以萊克多巴胺和苯乙醇胺A為模板分子,形成了分子印跡薄膜和分子印跡聚合物,形成了基于熒光標記的檢測卡讀卡器,初步建立了基于納米金粒子均相體系的尿液中克倫特羅的表面增強拉曼光譜速測方法;建立了動物組織、血液、尿液中苯乙醇胺A的UPLC-MS/MS檢測方法和飼料中苯乙醇胺A的UPLC檢測方法;研究建立了克倫特羅在反芻動物組織、血液、尿液及唾液中高精度確證技術4個,并配套研發了反芻動物毛發、血液、唾液及組織采集技術。形成克倫特羅可視化檢測體,研發了基于納米增強拉曼光譜檢測香蘭素、孔雀石綠、蘇丹紅、三聚氰胺的檢測技術。

  (2)農產品質量安全風險評估技術研究

  在風險監測方面:對食用農產品或初加工產品進行連續動態立體式風險隱患摸底排查和專項評估,共獲得第一手風險監測數據23萬余條。在風險評估共性技術方面:初步確立了我國劑量反應評估中基準劑量評估技術;研究并建立農產品中化學污染物累積性膳食暴露評估方法和階梯式暴露評估方法;開展農產品質量安全風險建模技術研究,通過風險監測平臺進行表達,形成完整4套子系統;研發了概率評估的U-V模擬分析方法,在評估準確性和精度上完全能滿足現階段農產品質量安全風險評估的需要。在農藥風險評估方面:建立了食物攝入量調整系數、急性風險安全界限和消費者保護水平的計算模型,形成了比較完善的農藥殘留風險評估和MRL值推薦技術方法;提出了10項MRL標準建議。在重金屬風險評估方面:研究提出了《農產品中重金屬危害膳食暴露評估指南》;提出重要農產品主要爭議性重金屬風險評估模型5個;設計開發了基于BASIC語言的桌面版SAMDE評估模型;設計開發了基于網絡應用技術的“國家農產品質量安全信息監測平臺風險評估系統”。

  (3)農產品質量安全溯源技術研究

  在牛肉產地溯源與真實性識別研究方面:篩選了17對微衛星DNA(SSR)引物,初步構建了不同種類牛肉的鑒別方法;開展了基于穩定性同位素牛肉溯源方法研究。在有機豬肉溯源與真實性識別研究方面:引進了有機豬肉表征成分篩選與特征表征因子識別鑒定技術、產地溯源與鑒別指紋圖譜解析與多變量化學計量學擬合技術以及利用化學計量學構建溯源模型的技術;初步建立基于某些特征因子的有機豬肉溯源識別模型。在雞肉、茶葉和蜂蜜溯源技術研究方面:建立了雞肉中穩定同位素、礦物元素的檢測方法;分析了茶葉與產地環境間元素指紋特征的相關性,以及不同產地和不同品種蜂蜜穩定同位素與礦物元素的指紋特征和分布范圍。

  (4)農產品質量安全源頭治理及種養殖過程控制技術研究

  在產地環境質量安全評價與安全性劃分方面:建立了包括土地支持系統、作物支持系統、產地環境支持系統三大系統在內的46個指標;形成了一套完整的基于空間變異理論的土壤重金屬空間分布估計精度的控制技術方法;研究形成了農產品產地土壤重金屬污染區邊界劃分的技術方法。在獸藥殘留代謝研究方面:建立了喹烯酮和乙酰甲喹毒及其代謝物的檢測方法,并制定出最高殘留限量標準。

  2.重大成果

  農產品質量安全技術的重大成果主要體現在以下4個方面:

  (1)農產品質量安全研究專業機構不斷健全。近年來,農業部分5批規劃建設了323個部級和國家級農業質檢機構,已基本建立了部、省、縣相互配套和互相補充的農產品質量安全檢驗檢測體系。2012年,農業部成立了65家農業部農產品質量安全風險評估實驗室,進一步建立健全了農產品質量安全研究專業機構。

  (2)黃曲霉毒素高靈敏檢測技術取得重大突破。創建了黃曲霉毒素雜交瘤細胞株半固體培養基-梯度兩步篩選法和陽性噬菌體展示抗體庫,發明了黃曲霉毒素高靈敏和高特異性系列抗體細胞株1C11、2C9、3G1等;克隆出黃曲霉毒素單克隆抗體重鏈、輕鏈可變區基因;研制出基因重組單鏈抗體1A7和2G7;建立了黃曲霉毒素總量和M1、B1分量流動滯后免疫層析、時間分辨熒光及免疫親和熒光檢測技術,并研制出試劑盒、免疫親和微柱及免疫親和熒光檢測儀、單光譜成像檢測儀和免疫時間分辨熒光檢測儀。

  (3)分子印跡技術的高效識別樣品前處理技術取得可喜進展。研制出了具有高度“類”特異性和選擇性的分子印跡聚合物,并進一步制備分子印跡固相萃取(MIP-SPE)柱,實現三嗪類農藥、磺酰脲類農藥、氯霉素和三聚氰胺等的特異性分離富集;創新性地研制出表面等離子共振儀(SPR)核心敏感部件-分子印跡敏感芯片,并在此基礎上建立了SPR-MIP敏感芯片檢測技術;研制的三嗪類MIP-SPE小柱實現了17種三嗪類農藥高效分離富集和測定,解決了傳統SPE柱吸附特異性差、洗脫步驟復雜、再生能力弱等問題;建立了富集技術應用體系,回收率64%~117%;研制的磺酰脲類MIP-SPE柱能同時分離富集氯磺隆和單嘧磺隆、噻吩磺隆,填補了國內的空白;建立的磺酰脲類MIP-SPE富集技術應用體系,回收率75%~110%;在合成分子印跡膜的基礎上,開展了分子印跡膜-芯片-表面等離子共振檢測氯磺隆的創新性研究,為實現小分子物質檢測奠定基礎;研制的氯霉素、三聚氰胺MIP及其MIP-SPE小柱,對氯霉素、三聚氰胺具有高度的特異性和選擇性;建立了氯霉素、三聚氰胺MIP-SPE富集技術應用體系;開發的分子印跡快速檢測技術和產品不僅打破了國外技術壟斷的局面,還實現了創新和發展。

  (4)奶及奶制品中重要化合物殘留快速檢測技術取得豐碩成果。構建了最佳半抗原;建立了抗原-抗體的定量構效關系模型;采用了組合抗體和多點設計模式,解決了同時檢測結構不同多類藥物的同時檢測技術瓶頸;建立奶及奶制品等動物性產品快速檢測技術,并研制出相應的檢測卡和試劑盒。

  (十)農業信息

  農業信息學是以農業科學的基本理論為基礎,以農業生產活動信息為對象,以信息技術為支撐,進行農業信息采集、處理、分析、存儲、傳輸等具有明確時空尺度和定位含義的農業信息管理與決策,研究和解決農業生產活動信息變化規律的科學。簡要地說,農業信息學是運用現代高新技術研究和調控農業生產活動中信息流的科學,也可以概括為研究農業信息、認識農業信息和利用農業信息的科學。農業信息學是一門快速發展的新興學科,其學科體系由理論基礎、技術體系、應用系統三個方面組成。

  1.研究進展

  (1)農業信息學科理論和技術發展呈現出智能化、裝備化特征。現階段,農業信息學的理論體系和技術方法正在走向成熟,農業信息學的研究更加面向實際農業科學問題的解決,并越來越注重研究深度和實用性的結合。隨著農業物聯網技術的發展,農用無線傳感器、RFID 電子標簽技術在農業領域得到了廣泛應用;云計算技術的發展為農業數據和信息的融合、關聯提供了技術支撐;大數據技術則進一步將已有技術進行集成,并提供了更加強大的數據抽取、轉換、裝載,數據分析和數據可視化技術。

  (2)現代農業信息技術體系日益完善 ①智慧農業技術體系。開發了小麥、玉米及其連作智能決策系統和用于大田作物、茶樹、蘋果、梨的824種病蟲草害的數據庫和9個診斷知識庫系統;構建了小麥、水稻管理知識模型、生長過程模型及決策支持技術;將水質監測無線傳感網絡運用到河蟹養殖環境監測等。②農業生產機械與裝備。在節水灌溉技術領域,先后研制開發并改進了微噴灌設備、微灌帶、等流量滴灌設備、壓力補償式滴頭等設備;在田間管理機械領域,管理機械能夠依據作物和土壤的特性,利用傳感器收集信息;實現了物聯網與大型農業機械的融合;研制了智能化數字植物工廠。③農業監測預警。在農產品數量安全預警研究方面,開展了12種主要農(畜)產品的生產、市場信息搜集、分析預警技術研究;在農產品市場價格預警技術研究方面,開展了市場價格預警模型及其應用研究;在農產品市場信息分析預測技術方面,開發了第一個在Linux操作系統及Oracle數據庫管理系統環境下,實現了基于XML和Java以及其他Internet技術綜合集成的農產品市場信息分析預測網絡化平臺;開發了一種多功能一體化農產品市場信息采集終端——“農信采”,用于田頭、批發、零售等不同類型市場價格數據的采集上報。④農業信息管理與服務。在農業文獻資源信息管理方面,建成了我國農業科技領域第一個大型集成服務系統中國農業科技文獻與信息集成服務平臺(NAIS);開展農業科學數據共享中心研發,引領多項技術創新;通過“12316”三農熱線、農業信息網站、廣播電視節目、手機短彩信服務平臺等方式,提升信息化服務“三農”的水平。

  2.重大成果

  (1)作物豐產關鍵技術應用領域  我國在玉米高產高效生產理論及技術體系研究方面建立了13套適應不同生態區域的玉米高產高效生產技術體系,發布實施地方標準9部,構建了構建科技推廣網絡和信息化服務平臺;創立了水稻高產共性生育模式與形態生理精確定量指標及其使用診斷方法,構建了水稻豐產精確定量栽培技術體系;作物豐產關鍵技術應用領域形成豐富的技術積累。

  (2)農業生產智能裝備  肥水精量實施、農機作業智能指揮調度、精量播種、田間自動導航等方面均取得了重大的突破;傳感器網絡、決策支持、Web服務、3S、智能控制等精準農業技術在農業智能裝備得到廣泛應用;變量施肥裝備的研發解決了我國缺乏適用的變量施肥裝備難題;擠壓加工與裝備關鍵技術得以發展,并在農產品高值化擠壓加工工藝、擠壓裝備應用以及擠壓機性能提高等方面取得突破;拖拉機GPS自動導航系統的研發在國內產生了良好的影響。

  (3)遙感監測  首次建立了農作物信息天(遙感)地(地面)網(無線傳感網)一體化獲取技術,在國內率先研制了面向農作物遙感監測的光譜響應診斷技術,建成了國內首個唯一穩定運行超過10年的國家農作物遙感監測系統;開展了土地資源評價數據一體化采集和數據自動整合等關鍵技術研究,自主開發了全數字化多用途土地資源評價業務系統平臺,構建了我國全數字化土地資源評價成套技術體系。

  (4)物聯網  我國在農業傳感器、RFID、數據采集與傳輸、數據決策與管理、物聯網應用等各細分領域取得了關鍵的技術進步。在農業物聯網試點示范方面,已在上海、江蘇等地建立了近30萬畝的“智慧農業綜合應用示范區”,自主研發了“田間環境綜合感知站”,采用空中移動傳感技術、超遠距高清視頻感知技術,實現水稻全產業鏈的智慧生產和管理。天津市以設施農業和水產養殖為重點,集成示范物聯網感知、傳輸、決策及應用相關技術和設備,形成農業物聯網應用技術體系,制定了《天津農業物聯網平臺實施方案》。在大田生產物聯網應用示范方面,安徽省以大宗農作物“四情”(苗情、墑情、病蟲情、災情)監測服務為重點,通過物聯網技術的集成應用,實現了大田作物全生育期動態監測預警和生產調度。

  (5)農業智能信息服務  在農業信息規范化采集環節,提出了三維模型農業信息分類標準體系構建方法,制定了基礎性標準及規范。在信息智能處理環節,創建了具有自組織能力的小麥、玉米、花生、甘薯協同模擬技術,建立了農業生產時空信息處理與分析技術系統,研發出應用系統27個。在個性化、精準化信息服務環節,創建了數據字典與元數據映射技術方法,開發了農業農村綜合信息服務系統,研發了農業新品種、良種電子商務交易平臺等系統。

  (十一)農業環境

  農業環境科學是研究農業生產活動和農業環境之間相互作用、相互影響的一門科學,主要探索人類生產活動條件下,光、溫、水、氣、土、生等農業環境要素的時空演變規律及其對農業生產的影響,以及農業生產活動對環境要素的影響,農業環境調控理論、技術與方法、農業生產對環境變化的適應對策等。其科學使命在于通過對農業-農村生態環境問題以及對介于環境科學與農業科學之間有關科學問題的系統研究,保護、改善和調控農業環境,促進農業和農村的可持續發展。

  1. 研究進展

  2012年,黨的十八大報告提出推進生態文明建設,要在資源節約型、環境友好型社會建設方面取得重大進展,走農業現代化道路。當此歷史時期,如何依靠科技,擺脫資源環境約束,建設新型現代農業和農業生態文明,成為今后農業環境學科發展的機遇和挑戰。

  (1)全球氣候變化及其農業影響  “十二五”以來,國家進一步加強了全球氣候變化規律和觀測技術研究,開發多源、多尺度觀測數據同化、融合與集成技術,發展全球變化背景下極端天氣及氣候事件預測技術,建立溫室氣體排放的監測、統計和核查技術體系。當前研究的熱點集中在氣候變化對農業的影響評估和農業適應氣候變化技術方面,偏重應用和應用基礎研究以滿足國家實際需求的態勢明顯。

  (2)農業污染控制  “十二五”水污染物總量控制首次把農業源納入總量控制范圍,2012~2013年,在農業面源污染防治方面,國家水體污染治理重大科技專項更加強調水質的改善作用,明確把水質改善作為首要考核指標,突出技術示范的空間尺度要求,重視技術與政策的配套,以形成技術體系。與此同時,農業清潔流域的概念開始受到關注,與水土遷移相伴的由土壤侵蝕造成的碳和污染物遷移過程及其環境影響研究逐步開展,放射性核素與穩定性同位素環境示蹤技術受到關注。在農業廢棄物安全處理與資源化利用方面,發酵床養殖技術日趨成熟。秸稈來源的生物炭施用技術及其環境影響已經成為當前的研究熱點之一,近兩年科學家研究了不同原料來源生物炭的性質,研究了生物炭對不同作物產量的影響,以及施用生物炭對土壤溫度、反射率和熱傳導的影響以及對土壤硝態氮累積的影響。

  (3)產地環境保護與修復  從源頭控制重金屬排放污染是農產品產地重金屬污染防治的關鍵,2011年我國第一個“十二五”專項規劃《重金屬污染綜合防治“十二五”規劃》總量控制的重金屬主要有五種,即汞、鉻、鎘、鉛和類金屬砷,農業部自2012年起在全國統一部署了農產品產地土壤重金屬污染防治普查工作,進一步完善農產品產地土壤環境質量檔案,建立農產品產地分級管理制度,為今后防止和治理農產品重金屬污染提供可靠的科學依據。

  (5)農業環境工程  近兩年,設施農業和非耕地農業的的智能化技術和裝備研究和開發成為熱點,設施作物節能工程技術研究和精準量化栽培等技術研究取得重要進展。此外,陸續啟動一系列科研專項,重點開展生態養殖技術、養殖環境控制和廢棄物利用技術,從低碳養殖和節能減排等方面進行重點研究。2013年10月8日,國務院審議通過《畜禽規模養殖污染防治條例(草案)》,為今后畜牧業轉型升級提出了明確的要求。

  (5)生物多樣性農業利用  當前生物多樣性農業利用的趨勢,除了傳統的輪作、間作、套種技術以外,還關注農業生態系統中田埂、林地等景觀要素的作用,特別是從流域乃至區域和全國的大尺度上,關注種養布局及其種養系統間的物質循環利用,以期優化農業生態系統服務功能。

  (6)農業環境風險管理  “十二五” 國家科技支撐計劃項目“農林氣象災害監測預警與防控關鍵技術研究”于2011年啟動,表明國家對農業氣象災害監測預警及防控高度重視。

  2. 重大成果

  (1)氣候變化農業影響與適應對策  科學家已經關注到氣候變化使中國高緯度地區作物生育期延長,喜溫作物界限北移,作物種植結構發生了調整,未來中國農業種植制度將可能發生較大變化。氣候變化使中國農作物病蟲害的危害加重,一般年份因病、蟲、草等造成的損失約為農業總產值的20%~25%,未來氣候變暖使農業病蟲害發生界限北移,發生范圍、危害程度呈擴大、加重趨勢。氣候變化已經對中國糧食產量產生明顯的影響,近30年的氣候變化使中國小麥和玉米的產量下降,下降幅度在5%左右,使水稻和大豆的產量少許上升;據模擬,如果不采取任何適應性措施,未來氣候變化將導致中國水稻、玉米和小麥等主要糧食作物的減產在未來氣候變化的背景下,水資源因素將成為糧食總產量提高的最主要限制因子。

  (2)農業污染控制  在重點流域的農業面源污染及水土流失研究方面,取得了一系列的集成創新。針對流域坡耕地,通過改變農藝措施和梯級網絡化調控體系提高了水資源利用效率,通過調整和構建復合生態農業技術減少了土壤的營養流失,控制了面源污染,保護了農業產地的環境。針對湖泊流域的平地農田,通過減量施肥、緩控釋肥、優化栽培、農田養分流失減控、生物農藥替代、農藥生物降解等技術集成,有效實現肥藥減量及優化施用,控制了農田養分流失。針對河網地區的農田環境,構建了“源頭減量-生態攔截-循環利用-生態修復”四級技術體系,實行了“點-面-線”的系統防控與工程示范。針對坡臺地露地蔬菜種植模式中存在的農業產地污染問題,集成保護性耕作技術、菜-糧輪作技術、減量施肥技術、植保綜合技術、集水補灌技術,實現了水土資源利用率的提高、農田土壤侵蝕量的降低以及氮、磷污染負荷輸出的削減。

  (3)產地環境保護與修復技術  研究發現植物對有機農藥的吸收量與農藥的理化性質密切相關,植物不僅本身能從環境中吸收、積累與降解有機污染物,而且通過促進根際微生物的活動可加速有機污染物的生物降解。對于微生物,其除對有機物具有優良的修復效果外,還能降解轉化環境中的重金屬污染。

  (4)動植物環境工程  LED(發光二極管)光源在植物領域應用研究實現重大技術突破,為現代設施農業、植物組培、植物工廠等領域的節能高效生產提供了重要的技術支撐。2013年,“日光溫室主動蓄放熱關鍵技術研究與應用”項目通過農業部科技成果鑒定,顯著提高了溫室蓄放熱量和抗低溫冷害的能力,對日光溫室墻體結構進行了改進,實現了日光溫室結構的輕簡化。

  畜禽糞便沼氣處理清潔發展機制方法學研究取得重大進展,建立了戶用沼氣CDM項目減排量核算的計算公式和戶用沼氣CDM的監測方法。該方法學的建立使得包括我國和廣大發展中國家開發量大、分散的戶用沼氣CDM項目成為可能,對定量核算農村沼氣減排貢獻并獲得經濟補償具有重要意義。

  (5)農業環境風險管理  我國目前通過地面觀測、數值模擬和3S技術相結合基本實現了對農業氣象災害進行天基、空基、地基相結合的立體動態監測,初步形成了重大農業氣象災害立體監測體系,研制了我國主要農業氣象災害指標體系。

  農業環境風險遠程監測形成網絡。基于物聯網技術研發了多功能環境遠程監控系統,可對野外農田、溫室設施環境及農業氣象災害等進行實時動態監測、遠程傳輸、信息網絡發布,進一步提高了監測數據的針對性和代表性,為農業災害遠程監控、診斷管理提供了現場數據支撐。在遠程監控硬件系統的基礎上,初步開發出了二項遠程監控診斷管理系統,可用于大田農作物災害和溫室環境質量的監測診斷與調控管理。

  (十二)農業資源與區劃

  農業資源與區劃是一門分析農業資源的時空分布規律,調查、監測和評價農業資源的利用現狀,研究農業資源的高效利用和合理保護,揭示農業生產地域分異規律,指導農業生產力合理配置,實現農業資源可持續利用和區域農業生產可持續發展的農業基礎科學,也是一門橫跨自然生態、社會經濟和多種技術的高度綜合性交叉學科。其基本研究方向包括:農業資源調查與評價、農業資源利用與保育,以及農業分區與區域戰略3個方面。

  1. 研究進展

  (1)農業土地資源  圍繞農業土地資源的保護和高效利用,當前研究主要包括農業土地利用/覆被變化研究、農業土地資源評價研究,以及土壤質量研究,包括土壤肥力質量、土壤健康質量和土壤環境質量的提高等方面。

  (2)農業水資源  在應用基礎研究方面,水資源科學研究已由傳統實驗統計學、多尺度理論、動力學理論和系統工程理論,向與現代信息學、分子生物學、材料工程學和生態環境學等學科交叉融合的方向發展。在實踐應用方面,在水肥資源綜合管理、保護性土壤水庫建設、水肥養分管理的水環境污染物擴容、新型水肥調理、節水節能灌溉、水肥一體化等技術方面開展了大量的研究,達到實現水資源高效利用、作物高產優質、生態環境安全的目標。

  (3)農業氣候資源  主要在農業氣候資源分析與區劃、農業氣候資源與主要農作物布局及種植制度關系研究、農業光溫生產潛力和氣候生產潛力評價、重大農業氣象災害演變規律及應對技術研究等4個方面開展研究。

  (4)農業微生物資源  重視微生物資源收集、保藏與共享,近年來菌種資源的信息化整理和網絡建設得到了加強,全社會對農業微生物菌種資源的信息和實物共享水平顯著提升。腐熟秸稈、固氮溶磷、改土培肥、抗病促生等微生物資源研究日益深入,篩選到了大量高效功能菌株,為微生物肥料產業化提供了技術保障;作物根際微生物和作物內生菌研究取得進展,為微生物資源的利用提供了理論基礎。農業環境微生物方面,針對農田持久性有機污染物、殘留農藥降解微生物資源的研究逐步深入,利用微生物資源和技術處理城鄉有機廢棄物取得階段性技術成果。植物病原微生物方面,針對作物、蔬菜病原微生物致病菌株的收集、整理工作取得階段性進展,為作物抗病、生物防治和生態調節劑研制提供了靶標菌種。

  (5)農業肥料資源  開展肥料資源與養分管理的戰略研究,建立全國肥料施用狀況數據庫與作物肥料利用率數據庫,建立作物體系肥料需求預測系統。建立了化肥生產、銷售、儲存、運輸和生產原料數據庫,開展新型肥料產業發展研究。綜合考慮與肥料相關的礦產資源、作物生產體系、動物生產體系、人類營養與消費、環境和經濟等多方面因素,建立食物鏈養分流動模型,研究養分流動規律,尋找養分資源最優管理技術。與聯合國糧農組織(FAO)、國際肥料工業協會(IFA)、國際植物營養研究所(IPNI)等組織及美國、歐洲等國家合作,研究國際肥料貿易、產業發展,以及肥料養分管理的最新研究資料和數據。

  (6)農業廢棄物資源  農業廢棄物資源綜合利用理論取得重要進展,逐步開展了以碳足跡、生命周期評價等理論為基礎的農業廢棄物資源綜合利用技術節能減排效果評價研究。此外,有關農業廢棄物資源化綜合利用管理的法制研究也開始逐步細化,為進一步促進和規范未來我國農業廢棄物資源化綜合利用做好準備。在技術領域,纖維素乙醇、沼氣高值化利用等取得了新的突破,將進一步改善農民生活用能,促進農村節能。

  (7)農業資源遙感監測  農作物遙感監測、農業資源動態遙感監測等方面的基礎研究和應用技術研究不斷深入,更高分辨率、多源遙感信息及其數據產品、定量遙感等遙感新技術等不斷得到應用,在作物生理監測、作物災害監測以及作物產量檢測與預測等領域取得創新成果。精準農業與數字農業。定量遙感、物聯網以及無人機低空遙感等技術的發展,進一步提高了遙感等空間信息技術在精準農業與數字農業中應用深度與廣度。

  (8)農業區劃  結合“三農”工作實際和農業多功能性的特點,繼續深入開展農業資源監測評價研究,重點開展耕地流轉、耕地質量、草地、水資源、轉基因作物、知識產權等領域的跟蹤調查,研究新形勢下農業資源合理利用與保護。加強連片特困地區區劃研究、農業區域格局演變研究、區域農業戰略規劃研究等。

  2. 重大成果

  (1)農業土地資源  農業土壤肥力培育、中低產田改良及農業面源污染防控機理與技術研究取得重要進展。我國農業土壤質量整體水平呈現提升趨勢,局部地區有機質退化速率有所減緩。土壤肥力質量、土壤健康質量和土壤環境質量的協同提高越來越受到關注,相關基礎研究取得了較大進展。與此同時,構建了一批土壤質量實驗研究平臺,如耕地培育技術國家工程實驗室、農業部面源污染控制重點開放實驗室等,促進了土壤質量相關研究的持續深入開展。

  (2)農業水資源  近年來,農業水資源學科發展迅速,尤其是在農業水資源利用與水環境保護、基于水驅動的土壤養分生物有效性、土壤水肥反演、作物抗旱生理、灌溉施肥技術和雨水集蓄痕量灌溉利用等研究領域取得了標志性成果。

  (3)農業氣候資源  農業氣候資源分析應用研究、氣候變化對我國種植制度和作物結構布局的影響取得重要進展,作物光能利用潛力理論方面取得重大突破;農田生態系統物質與能量傳輸進程及調控理論研究方面,提出了農田水熱平衡與作物光能利用模式,溫室氣體通量測定等相關成果達到國際領先水平;農業氣象災害規律和防控技術研究取得顯著進展,提出了“生物避災、制度救災、技術減災”減災理念。

  (4)農業微生物資源  從全國各地的作物根際土壤和植株樣品中分離獲得了自生及聯合固氮微生物菌種資源1500余株。篩選出一批具有固氮酶活性高等特性的特色微生物資源,在中低產田改良培肥等農業生產實踐中發揮了積極的作用。發現了作物根際和農田環境中可培養自生及聯合固氮微生物的優勢種群類,以及水稻、小麥、玉米等作物內生固氮菌的優勢種群。

  (5)農業肥料資源  在農業肥料資源方面,以肥料養分持續高效利用為核心,圍繞無機肥料氮磷養分無效化阻控與增效、有機肥料氮磷生物轉化與碳氮互作,以及農田養分協同優化原理與方法三個科學問題開展研究。闡明了通過革新氮肥生產技術、改善農田養分管理技術,每年可以減少溫室氣體排放量相當于全國溫室氣體排放總量的6%,推進向低碳農業的轉變;氮肥減排增效存在巨大潛力,通過技術革新,優化氮肥工業生產和農業使用,溫室氣體排放量可減到2005年的49%,國家應將氮肥減排納入減排重點領域。新型緩控釋肥與有機肥的重大共性關鍵技術研究、新產品開發與產業化示范三個層次均取得重要進展,建成“緩控釋肥技術創新平臺”。

  (6)農業廢棄物資源  圍繞纖維素乙醇取得的新進展和新突破,主要體現在秸稈乙醇產業化示范關鍵技術開發、秸稈降解微生物的構建及發酵工藝優化、秸稈乙醇酶解發酵關鍵技術研發、秸稈乙醇工程放大及關鍵設備開發等方面。

  (7)農業資源遙感監測  農業定量遙感反演技術、遙感數據同化技術、天(遙感)-地(地面)-網(無線傳感網)一體化的農作物信息獲取理論方法和技術等取得重要進展。在精準施肥的土壤作物信息獲取、施肥處方生成、變量作業等的技術環節取得創新成果;針對我國復雜地形和復雜種植結構,發展和完善了農作物遙感監測理論方法和技術體系,創建了服務于農業主管部門的全國農作物遙感監測業務運行系統,為掌握全國糧食生產狀況、指導糧食生產和農產品貿易發揮了重要作用。

  (8)農業區劃  開展農業區域協調發展研究,在界定農業區域協調發展概念的基礎上,探討了農業區域協調發展的機制及其模型表達,建立了規模報酬遞增條件下兩地區一般均衡模型,構建了農業區域協調發展的評價指標與方法體系。開展中國農業資源安全保障研究,在分析農業綜合生產能力安全的基本理論與資源保障機制的基礎上,構建了基于農業綜合生產能力安全的資源閾值模型與資源供給保障程度評測標準,測算了2020~2030年農業綜合生產能力安全的國家目標及其耕地、農用水、草地和水產四大資源閾值,評估了同期我國農業綜合生產能力安全的資源保障程度,結合國情提出了農業綜合生產能力安全的資源保障體系。

  三、國內外研究比較

  基礎研究是農業科學的重要組成部分,是農業技術進步的源泉,是推動農業可持續發展的動力。近年來,我國基礎農學研究取得了長足進步,在與生產相結合、解決生產應用實踐上的整體研究實力顯著增強,新興學科和交叉學科不斷進步,研究水平大幅提升,在一些前沿技術取得了高水平成果,正在由“量”的擴張向“質”的提升轉變。我國在作物雜種優勢育種、作物病蟲害綜合防控、作物栽培技術、耕作制與農作制度、農業氣候區劃等方面研究居世界領先水平。然而,我國基礎農學研究在整體上創新能力和研究水平方面,與發達國家先進水平比較還有較大差距,具體表現在以下四方面:

  一是科研領軍人物缺乏。從基礎農學研究隊伍看,我國缺少一批世界級的科研領軍人物,在主要分支學科領域還未形成具有前瞻眼光、站在國際科技前沿的學科帶頭人,以及通過他們的交流合作和互動取得具有世界先進水平的研究成果。為此,要繼續實施“新世紀百千萬人才工程”、“中青年科技創新領軍人才”和“新世紀神農計劃”,加快培養代表國家最高水平的高層次領軍人物;依托國家重大科學工程、國家重點實驗室、各類重大科技計劃,積聚和培養優秀尖子人才和領軍人物,在重點科技領域整合人才資源,形成優秀創新團隊。擴大農業科技合作與交流,吸引和引進農業科研急需的高層次創新型人才。

  二是基礎性、原創性研究匱乏。農業原始性創新研究是一個國家農業科技綜合實力和潛力的重要表現,原創性的科研成果不僅能主導和指引該研究方向的一系列后續研究,還可以開辟新學科、新領域,取得具有創新性的科研成果,從而使一個國家在該領域保持領先地位。然而,長期以來,我國基礎農學重視應用開發研究,以解決生產應用實踐問題為主,而基礎農學研究多為跟蹤模仿,源頭創新極為薄弱。相比之下,發達國家基礎農學研究體系較為完善,并形成不同學派進行交流,使科學家之間能夠各取所長,使科學思想撞擊出絢爛的學術火花,從而推動基礎農學研究不斷向縱深發展。我們要根據國家重大需求,著眼于農業的長遠發展,切實組織力量,超前部署發展,加強農業基礎和前沿技術研究,在作物基因組學、功能基因組學、生物信息學、農作物雜種優勢機理及利用、重大病蟲害發生規律及防控機理等取得重大進展。在幾個學科前沿領域,如光合作用、生物固氮、抗性機理、免疫機理、遺傳工程、農業物聯網等取得新的突破,為從根本上解決農業問題提供科學依據。

  三是科研基礎條件平臺薄弱。基礎農學研究是高度集約、需要采用先進設備和試驗手段進行的科研工作。目前,我國與發達國家先進水平相比,我國在基礎農學研究投入不足、實驗平臺建設整體水平仍有較大差距,缺少世界一流實驗室和試驗基地。我們要通過科技體制改革,按照“總量控制,統一規劃,突出重點,分步實施”的原則,在基礎農學的重要分支學科領域、學科前沿領域和交叉科學領域,加大投入力度,加快國家實驗室和現代化試驗基地平臺建設,逐步形成布局合理、裝備先進、共建共享、流動開放、高效運行的國家基礎農學研究體系。

  四是基礎農學研究投入不足。長期以來,我國基礎農學研究具有基礎性、公益性,應以政府為主導,建立長期穩定的投入機制。但是,長期以來,三類研究(基礎研究、應用研究、開展研究)投入比例失調,基礎研究經費投入嚴重不足。據估計,“十一五”期間農業基礎研究僅占5%~8%,同世界發達國家相比,我國農業基礎研究投入偏低。根據有關資料表明,美國對農業基礎研究投入約占研發經費的15%~20%,日本則在12%~17%,德國和法國穩定在20%左右,并有不斷上升的勢頭。這種情況勢必影響我國農業創新能力的提升。為逐步扭轉我國基礎研究投入強度偏低的狀況,建議正確處理好農業三類研究的關系,統籌配置科技經費,創新支持方式,穩步加大基礎農學的支持力度,實現農業科學的三類研究的協調發展。

  總體來講,在基礎農學領域,我們既要看到已經取得的重要進展和成果,也要清醒認識我們存在的差距與不足。現將作物遺傳育種、農業土壤、植物營養、農田灌溉排水、作物病蟲害、作物栽培、耕作學與農作制度、農產品加工與保鮮、農產品質量安全、農業信息、農業環境、農業資源與區劃等12個分支學科領域的國內外研究比較分別闡述如下。

  (一)作物遺傳育種

  近年來,國際上小麥遺傳育種學科發展的突出特點是越來越注重生物技術的研究與應用。我國小麥育種在產量改良方面取得了舉世矚目的成績,抗旱轉基因小麥、細胞工程和誘變育種、輪回選擇育種等均居于國際領先水平,但總體上分子育種新技術應用慢,可用的分子標記數量少,有關產量和抗病性的功能標記更少。玉米生產發達國家跨國種業集團已經形成了以企業自身為主體的玉米育種創新體系,創建了種質資源鑒定與評價、基因挖掘與利用、育種材料創制與測試等程序化、規模化平臺。我國國內玉米種子企業研發方面相對落后,種質資源創新不足,缺乏高效、規模化應用的種質改良技術,整體種質創新能力不足。我國的水稻育種成就卓著,水稻遺傳育種技術長期引領世界。與國外相比,我國的大豆育種方法基本上是采用傳統的選育方法,現代的分子輔助選擇技術、機械化大規模選育技術等在育種研究中的實際應用較少。在分子標記實用化和輔助育種方面與國外差距較大,且在轉基因大豆品種商業化方面存在較大差距。我國在油菜應用及應用基礎研究領域具有一定優勢,尤其是在雜種優勢利用方面居世界領先地位,但在現代生物技術育種實踐方面與加拿大等先進國家相比還存在較大差距。我國目前已經克隆若干棉花品種纖維品質改良基因,但與生產應用還有較大差距。

  (二)農業土壤

  在農業土壤信息系統、數字土壤研究方面:土壤調查與制圖等研究越來越系統化,但全球各個國家數字土壤制圖技術的發展情況不同。我國在數字土壤制圖,如數字土壤制圖方法、土壤特性制圖、目的性采樣方法等方面,開展了具有國際先進水平的研究和應用。在農業土壤化學、土壤微生物學和土壤物理學研究方面:土壤粘土礦物學的傳統研究內容在進一步深入;土壤酶學目前的研究已發展成為分子水平和生態系統水平的土壤酶,并與農業生產和環境保護密切結合;在景觀尺度上研究土壤和水分質量的空間變異,建立區域(或小流域)溶質與水分管理模型已成為現代土壤物理學在實際應用中一個最主要亮點。在農業土壤污染修復、土壤改良、土壤侵蝕與退化等研究方面:土壤污染修復機理的研究多集中在污染物在不同土壤中的生物、化學有效性,及其遷移轉化的動力學過程;應用研究主要是采用石灰、有機物料、含鐵礦物(礦渣)原位固定土壤中的污染物,通過改變pH等土壤性質來降低污染物的有效性,從而達到修復的目的。目前很多國外土壤侵蝕研究學者側重于從更廣泛、更綜合的角度來評價土壤侵蝕標準,其次就是土壤顆粒組成、尺度,尤其是土表顆粒特性對侵蝕影響的研究;土壤退化研究主要側重于土壤退化內在機制、退化演變過程、評價指標、土壤退化與生態環境安全等方面。

  (三)植物營養

  不同國家和地區的植物營養學研究,各具特色。例如,美國在土壤環境與過程、植物營養的生物學過程、根際互作過程與調控、養分資源與養分循環以及土壤-植物系統的環境效應與污染控制等方面具有突出優勢。歐盟國家在生物學過程、根際互作過程與調控、養分資源與養分循環以及土壤-植物系統的環境效應與污染控制等方面具有一定優勢。澳大利亞在土壤環境與過程、植物營養的生物學過程、根際互作過程與調控等方面具有特色和優勢。日本在植物營養的土壤環境與過程、根際互作過程與調控以及土壤-植物系統的環境效應與污染控制等方面具有一定優勢。與上述國家相比,我國植物營養學研究具有自身的特色和優勢。在養分資源管理方向,研究涵蓋了從應用基礎研究到應用技術研究各個方面,在多個研究領域處于國際領先水平,是學科的優勢方向之一。在根際過程與調控機制方向,我國將根際過程和調控機制與我國農業生產實際實現了緊密結合,形成了特色鮮明的植物根際營養理論體系。在作物養分高效的分子機理與遺傳改良方向,分子生物學技術的發展及其向農業資源利用研究領域的滲透極大促進了作物養分高效利用機理研究,包括:植物對氮、磷、鉀、鐵等養分吸收機制及其信號傳遞途徑;利用遺傳手段來改良植物的營養性狀;通過轉基因手段提高作物對主要養分的吸收和利用效率及籽粒的營養品質等。

  (四)農田灌溉排水

  在灌溉排水技術領域,國內外研究的比較主要集中在以下六個方面:一是作物需水和農田水分調控方面。我國總體水平已與國外相當,在作物水分生理調控及非充分灌溉模式方面具有明顯的特色。在區域作物需水調控方面,與國外先進國家相比,我國作物缺水診斷存在一定誤差,在多源灌溉信息的挖掘、融合及區域作物需水與調控決策服務系統等新技術、新產品研發方面差距明顯。二是地面灌技術方面。我國地面灌溉技術研究在理論、技術應用模式等方面與國外基本處在同一層次,但在先進實用的地面灌溉設備和設施開發方面差距較大。三是噴灌技術方面。我國在噴頭研制方面與國外發達國家相比在理論研究和技術水平上仍存在一定差距。在精準灌溉和灌溉系統的自動控制方面,我國與國際領先水平的差距較大:發達國家重視高新技術的應用,而我國已開始研究遙感、網絡等高新技術在噴灌水肥自動化管理方面的應用,但在硬件和軟件方面都有較大差距。四是微灌技術方面。我國地下滴灌技術在專門設備和應用管理技術參數等方面連續性研究不夠,缺乏長期的示范應用實踐。在微灌技術應用管理技術方面的研究基本與發達國家同步。五是農田排水技術方面。在設施農業排水、排水與生態工程及生物工程相結合、漬害田的標定與識別技術等方面,我國仍處于跟蹤國際前沿、進行局部研發的階段。國外農業面源污染控制已經總結出相對完善的制度和技術體系,而我國排水技術和法規的執行效果還非常有限。六是再生水灌溉。與國外相比,我國再生水灌溉研究領域與范圍仍有一定差距,國外重視再生水灌溉法規體系建設、再生水灌溉標準制定、再生水灌溉環境評價與監測網絡建設等。

  (五)作物病蟲害

  在農業昆蟲學研究方面:近年我國農業昆蟲學已有很大發展,有的研究術或分支學科已達到國際先進水平,但總體上與發達國家相比,仍存在較大的差距。主要表現為:①高新技術、原創性研究、前沿科研手段與歐美發達國家相比,還存在很大的差距。②科研產品市場意識薄弱,專利意識淡薄,缺乏研究集成單項技術成果和大規模應用的配套技術,缺乏上規模的害蟲防治、資源昆蟲利用的企業,產學研結合不緊密。③我國科研投入有效機制欠缺,缺乏研究的系統性。④昆蟲基因組與功能基因組研究相當滯后。而且,國外非常重視利用模式昆蟲學深入開展昆蟲的生長發育和調控的研究,但我國利用模式昆蟲開展的研究仍然偏少。在植物病理學研究方面:近年來,我國在植物病理學基礎和應用方面的研究水平得到迅速提升,但與歐美等發達國家相比整體水平仍存在較大差距。主要表現為:①缺乏在國際舞臺上有重大影響的領軍人才,能夠引領植物病理學科研究方向的專家缺乏。②研究工作的原創性不強,許多研究工作還處于跟蹤效仿國際發展前沿領域、追蹤別人研究熱點的階段。③沒有真正將新技術與我國農業生產和學科發展需要有機地結合起來,使得研究工作缺乏我們自己的特色。④主攻研究方向不夠穩定持續,不少研究人員的注意力常常隨資助項目發生變化,使得研究領域寬泛,難以形成長期的科研積累和沉淀,因而也難以取得具有特色的創新性成果。

  (六)作物栽培

  近年來全球出現了新一輪糧食、能源雙重危機,糧食、能源價格持續大幅上揚,世界各國均把提高糧食產量作為農業的重中之重,尋求替代石油等能源作物的研究迅速興起。近兩年來,在應對化解這場糧食危機中,我國農業發展取得舉世矚目的成就,糧食實現八連增,其中作物高產栽培技術的普及應用發揮了不可替代的作用。我國作物栽培學科在作物高產、資源高效的理論與技術創新上,在同區域不同作物的高產高效技術模式上取得了重要進展。但在規模化機械化生產上,資源高效利用上,在生產效率上與先進國家相比相差較大的差距。我國作物生產要兼顧高產、優質和高效,主攻單產的提高將是進一步緩解人地矛盾的必然選擇。隨著世界和我國糧食等作物產品的持續增長需求,作物栽培以高產、優質、高效、生態、安全的綜合目標,形成了超高產技術、優質高產協調技術、精準定量技術、資源高效利用與節能減排技術、全程機械化技術、輕簡技術、大面積均衡增產技術等重要研究內容和主攻方向。

  (七)耕作學與農作制度

  我國耕作學與農作制的特色和優勢主要體現在與生產實際密切結合上,具有強烈中國特色。與國外同類學科比較,我國耕作學與農作制研究的特色和不足表現在:一是我國耕作學與農作制研究一直致力于高產潛力開發和資源高效利用,其特色和優勢主要體現在與生產實際密切結合。二是國際農作制研究不斷向深度與廣度擴展,而我國農作制研究領域和范圍較窄,技術手段比較單一,學科交叉能力較弱。三是在保護性耕作基礎上提出的保護性農業,是一種新的農業耕作制度和技術體系,一些國際組織或國際公約已經開始在世界各地示范推廣保護性農業;我國在該領域相對起步較慢,基礎研究積累少,關鍵技術研發和技術集成配套不足,與國際先進水平有明顯差距。四是我國精準農作技術發展相對緩慢,與發達國家差距很大,尤其缺乏從耕作制度系統層次上的整體設計與配套技術模式,這也成為了我國未來耕作學科和耕作制度發展需要拓展的重要領域。

  (八)農產品加工與保鮮

  在糧油加工方面:與發達國家相比,我國在稻米深加工、小麥制粉生產、油脂加工業等方面仍存在較大差距,高新技術沒有得到廣泛應用,自主創新能力不足。在果蔬加工方面:與發達國家相比,我國果蔬加工科技創新與轉化能力薄弱,專用加工品種缺乏和原料基地不足,果蔬加工技術與加工裝備制造水平低,標準體系與質量控制體系不完善,新型高附加值產品少,資源綜合利用水平低,加工企業規模小、行業集中度不高。在畜產品加工方面:發達國家畜產品加工已實現與現代科技有機結合,并開展基于計算機技術的生物信息學研究。與之相比,我國在畜禽屠宰與加工方面差距巨大。在水產加工方面:我國水產加工科技發展水平與發達國家相比依然存在很大差距,尤其是基礎研究起步較晚,應用研究和高技術研究較為薄弱,缺少適應于支撐水產品加工業快速發展的技術支撐和科技儲備。在采后保鮮方面:與發達國家相比,我國對采后保鮮與物流的全鏈條發展的研究起步較晚,差距較大:我國果品采收尚未做到按成熟度分期采收和采用專用機械采收;果蔬采后預冷處理還處于起步階段;缺乏用于果蔬預冷的專用庫;人均冷庫占有量和現有冷庫自動化程度較低;冷庫區域分布不均衡。

  (九)農產品質量安全

  國內外研究的比較主要集中在四個方面:一是多類別污染物的綜合分析技術已經開始得到了快速發展。在儀器確證檢測方面:目前的方法標準檢測污染物或產品都還比較單一,效率較低,有待完善和優化。在快速檢測技術方面:污染物免疫分析技術在世界范圍內被廣泛應用,其發展不斷趨向簡單化和集成化。在未知污染物鑒別技術方面:國內外已開始利用液相色譜-高分辨飛行時間串聯質譜的精準分子量測定,以及高通量篩查能力對潛在的污染物進行快速的篩查鑒別。二是多種化學污染物的協同或累積性風險評估逐漸得到重視。具體表現為:更注重高精尖前端技術為風險評估提供支撐;更關注農產品中混合污染物累積性風險;更關注農產品中混合污染物之間聯合作用對累積性風險的影響;注重風險評估系統平臺對風險評估技術的整合以及風險預警管理。三是污染物在農產品代謝、遷移和消解等行為機制有待進一步研究。在農產品藥物污染方面:我國農獸藥殘留在農產品中的殘留代謝行為和控制技術研究取得了一定的成效,但對很多具有高風險的農獸藥殘留行為仍不清楚。在生物毒素方面:國內外對糧油產品中生物毒素研究不斷深入,對油料生物毒素的產生菌種及其菌落的形態特征以及培養條件等,已有大量深入的研究。在重金屬和持久性有機污染物方面:稻米鎘的污染狀況基本明確,修復技術尚不成熟;我國持久性有機污染物的研究水平得到了一定提升,但對于環境污染物在農產品生產加工過程中的殘留蓄積、遷移及代謝等行為研究較少。四是農產品標準的整合與協調仍需進一步重視。目前,食品安全標準呈現出向基礎標準進行整合過度的趨勢,與發達國家相比,我國農產品及食品安全標準技術落后,缺乏科學性與可操作性。

  (十)農業信息

  在農業信息學理論與方法研究方面:目前發達國家制定了相應的國家發展戰略和規劃,并已在高校開設了這一專業。而我國雖然在農業專家系統、農業模擬模型、虛擬農業、遙感系統、地理信息系統、農業決策支持系統,精準農業和數字農業等分支學科領域方面逐漸形成了理論及方法體系,但農業信息學學科理論體系還沒有完全建立。在農業信息學三大分支學科發展方面:①農業信息技術。我國建立了支持農業科研的農業科學數據中心和農業科技文獻信息平臺等一批有影響的農業信息資源,但在信息資源組織、共享與高效利用等方面的研究還不夠深入;在空間信息融合、農田信息采集、智能變量農業裝備、精準生產管理決策模型等方面研究已達到國外先進水平,但在適合國情的便攜式精確農業作業設備、智能化農業裝備和設施等方面開發不足;農業智能化專家系統和作物建模的研究與應用已在國際上有一定的影響,但在農業知識整理和收集,農業專家知識獲取、作物模擬模型,以及農業宏觀管理專家系統等方面還需要深入研究;物聯網、3G等新一代信息技術在農業領域中應用,目前國內外研究基本處于同步階段。②農業信息分析。近年來,我國在農業信息分析研究領域進展較快,在農業信息分析的理論、方法、技術等方面取得了重要進展,理論與技術體系逐漸完善,正逐漸與國外縮小差距。③農業信息管理研究。農業信息管理研究在發達國家發展較快,在農業本體、數據融合、知識關聯、元數據、知識組織等方面研究一直處于技術前沿,在信息流處理、數據挖掘、知識服務等技術上原創性強、實用性強,均值得我們很好地參考和借鑒。

  (十一)農業環境

  在氣候變化農業影響與適應對策方面,與國外同類研究相比,還缺乏系統性和深入研究,對機理的研究及試驗研究還不多。我國研究距實際應用還有較大距離,且這些適應氣候變化技術和措施的成本和效果也缺乏定量評估,在氣候變化影響評估范圍、資料收集、評估方法和評估工具方面還存在很大不足。在農業污染控制方面,發達國家對農業污染主要是采用源頭控制的對策,而且對點源和面源污染進行分類控制。在退化或污染農業環境修復方面,我國與歐美等發達國家還存在較大差距,主要表現在無論是對酸化、鹽漬、沙化等退化農業環境還是對重金屬、難降解有機物染物、農膜等引起的污染農業環境的修復研究多限于實驗室階段,對產品開發和大面積的田間應用等研究相對缺乏。在農業環境工程方面,與達國家相比,我國的現代化設施農業離真正的工廠化農業還有較大差距,我國畜禽環境工程在研究范圍和深度上與國外發達國家相比也存在一定差距。在農業生物多樣性利用與保護方面,我國在利用農業生物多樣性開展作物病蟲草害防治取得一定成效,在圍繞間作、混作、混播不同基因型作物品種來防治病蟲害,探討物種多樣性利用技術與模式取得較大成效,在國際上具有重要影響。在農業環境風險管理方面,與世界先進國家相比,我國在環境應急監測技術和方法、預測和評價模型建立等方面還相當落后,農業環境質量信息化建設亟待開展。發達國家一直十分重視農業環境管理中的立法工作,而我國尚缺乏操作層面上的技術指標和規程。

  (十二)農業資源與區劃

  在農業土壤資源方面:在研究方法學上,各國科學家都十分重視土壤學與其它學科的交叉與融合,重視信息技術、生物技術及現代分析技術的應用;在研究對象上,重視土壤圈與其它圈層的物質與能量交換、土壤生產功能的同時,開始重視土壤的社會功能、環境功能的研究。在農業水資源方面:我國在土壤生物配位模型、抗旱生理調虧灌溉、膜下痕(微)量滴灌施肥和旱地生態涵養水源等水資源高效利用、水環境保護理論與方法研究方面現已達到國際先進水平,農藝節水技術一直保持著與國外同步發展的態勢,但在農業水資源利用學科基礎、節水設備工程和材料等領域的研究與發達國家差距很大。在農業氣候資源方面:我國在農業氣候區劃、農業氣候資源利用等方面處于國際領先地位,但與發達國家相比,在基礎理論研究與氣候模型、農業氣候資源監測網絡建設、農業氣候資源監測儀器和農業氣象災害防災減災技術等方面,還有較大差距。在農業微生物資源方面:與歐美發達國家相比,我國對農業微生物資源的認識不足,研究不深,利用程度較低,科研力量嚴重不足。在農業肥料資源方面:發達國家較為關注的是環境與食品安全問題,優化施肥的目標是改善作物品質,且施肥理論與方法研究更偏重于農機農藝相結合。在農業廢棄物資源方面:同發達國家相比,我國農業廢棄物資源化利用研究在秸稈乙醇高效水解酶低成本生產技術、沼氣提純加壓灌裝技術、秸稈發電和沼氣發電上網適用技術、污泥無害化處理和肥料化利用技術等方面存在較大差距。在農業資源遙感監測方面:我國在農作物遙感、農業資源動態監測、農業災害遙感、精準農業和數字農業等研究和應用方面,與國際先進水平相比還有很大差距。在農業區劃方面:農業區域的形成演變規律、農業區域發展的動力機制及其模型表達、區域協調及其區域調控政策設計、區域發展規劃方法等方面的研究急待深入系統地開展;急需加強現代信息采集技術的應用采集研究數據,改善農業區劃研究的數據支持能力。

  四、未來發展趨勢及展望

  (一)戰略需求與未來挑戰

  黨的十八大將創新驅動作為國家戰略擺在了國家發展全局的核心位置,將科技創新提到了前所未有的高度。這是國家應對日趨激烈的國際科技競爭的必然選擇,也是解決當前經濟社會發展中諸多瓶頸問題的戰略需求。在農業科技領域,我國面臨著發達國家“蓄勢占勢”和發展中國家“追趕比拼”的強大壓力,國家迫切需要通過科技創新解決糧食增產、農民持續增收等問題,突破農業生產高投入、高消耗和資源環境約束日益趨緊的制約,率先搶占世界農業科技制高點,掌握未來農業發展的主動權。推動我國農業科技發展,基礎農學研究帶來的科技進步是有力支撐和先鋒引領。要立足全局,增強基礎農學研究、加快農業科技創新的緊迫感和使命感。提升原始創新能力、突破農業科技關鍵技術、解決“三農”重大科技需求。

  (二)未來趨勢和重點領域  基礎農學的未來發展,既要遵循基礎科學的發展規律,又要突出農學學科的自身特點。通過對我國基礎農學發展現狀的分析,充分借鑒發達國家的先進經驗,基礎農學研究的未來趨勢可以概況為以下幾點:

  一是基礎農學研究與農業科技、農業生產結合緊密。基礎農學研究的一體化、集成化、綜合化成為新趨勢、新特點。隨著我國經濟社會快速發展,糧食安全與地方經濟、農民增收,集約化高產與農產品質量安全,生產力持續提高與資源生態安全,農戶生產模式與農業產業化等矛盾日趨突出,應對復雜的重大科學問題和社會問題,如作物生產、資源利用、氣候變化、農產品安全、產業發展等“從產地到餐桌”的各個環節,提供一體化、集成化、綜合化的解決方案成為基礎農學研究的新特點。深入探索和不斷發展基礎農學及分支學科領域的理論、技術與方法,多角度剖析科學前沿問題,集成多種先進技術手段,綜合解決農業生產發展遇到的諸多問題,是現階段基礎農學研究的重點任務和方向。為此,切實加強基礎農學研究,不斷提高自主創新能力,著力突破農業重大關鍵技術和共性技術,促進成果推廣與應用 ,以保障國家糧食安全、生態安全、農民持續增收,提高農業生產機械化、信息化水平,全面提升農業現代化水平,推動現代農業的可持續發展。

  二是基礎農學研究宏觀、微觀發展相結合。基礎農學研究正在宏觀和微觀兩個層面上分別向著最復雜、最基本的方向快速發展,并隨著科學發展進入“大科學”時代,學科間相互交叉、滲透、融合,不斷產生新的亮點和新的理論,宏觀、微觀發展有機結合,出現日益繁榮、日新月異的新進展。在宏觀層面上,建立在多學科基礎上的復雜系統研究已經列入重大科學研究的議事日程,國家也出臺了許多相關科研項目予以扶持,如強化對資源環境、氣候變化、生態系統的研究,將對經濟、社會和人類自身的發展產生重大影響。在微觀層面上,隨著基礎科學研究的縱深發展和研究手段的不斷進步,基礎農學研究將不斷細化、具體和精準,如對作物分子技術、基因組學、功能基因組學、生物信息學、數字農業、生物制品創制、病蟲害綜合防控等,可能引起全新的技術革命。今后要努力促進多學科、多層次地研究農業基礎科學問題,瞄準學科前沿和國家重大需求,準確把握學科的發展趨勢,積極發展綜合學科和交叉學科,培養新的學科增長點,實現基礎農學學科良性、健康、快速發展。

  三是現代研究手段將推進基礎農學進程,現代生物技術、信息技術將成為新的生長點。世界科學技術成果以及先進的研究手段、方法和工具等,不斷惠及、應用于基礎農學研究之中。現代生物技術是當今發展最快的高技術領域之一,正在解決人類面臨的糧食、資源、環境、能源及效率等可持續發展瓶頸問題,將發揮著巨大的作用。目前已進入至關重要的搶占技術制高點與經濟增長點的戰略機遇期,我國農業生物技術的快速發展,加上生物資源優勢和潛在的市場需求,未來生物技術將成為高產、優質、高效農業的助推器。而信息科技日新月異的發展,正在以前所未有的速度改造著農業、工業和服務業,催生了新的行業革命,信息化已經成為各行業現代化的制高點。在信息技術不斷滲透農業生產、經營、管理和服務的過程中,農業信息技術已經成為農業信息化的不竭動力,是新一輪農業現代化的關鍵支撐。

  四是基礎農學國際合作廣度、深度不斷拓展,但競爭局面日趨復雜。依靠科學技術實現農業的可持續利用,促進農業、食物與經濟社會和諧發展愈益成為各國共同面對的戰略選擇,科學技術作為核心競爭力愈益成為國家間競爭的焦點。基礎農學研究的國際化趨勢將明顯加快,在研究內容上,全球性氣候變化及其對農業影響、全球性和區域性氣象災害及病蟲害預測與防控、農業水資源開發及合理利用、環境跨界污染防治、作物基因組研究、生物多樣性及其農業利用等成為國際合作的重要切入點;在研究手段上,高新技術的運用走向成熟,研究資源將進一步整和優化,跨地區、跨部門合作及全球合作等交流與協作方式,將成為新潮流。但在這個過程中,國際間競爭必將日益激烈,國家經濟利益與政治利益不斷博弈,基礎農學研究不可避免的要受其限制,并將反之影響農業的可持續發展。

  現將作物遺傳育種、農業土壤、植物營養、農田灌溉排水、作物病蟲害、作物栽培、耕作學與農作制度、農產品加工與保鮮、農產品質量安全、農業信息、農業環境、農業資源與區劃等12個分支領域未來發展的重點領域和優先方向闡述如下。

  1. 作物遺傳育種

  高產、優質、多抗品種依然是我國作物遺傳育種的重點,同時應注意適應資源高效利用及機械化種植的新品種的培育,以提高農業生產效率,增加農民收人,增強產業國際競爭力。未來幾年作物遺傳育種的發展需要加強育種理論、方法、技術和材料的研發與創新,加強傳統育種技術與現代高新技術的結合,充分利用國外先進的研究成果,廣泛挖掘作物種質資源中高產、高抗和優質的新基因,創新一批突破性新種質,將其盡快地應用到育種實踐中。同時,加強農機與農藝的結合,推進農業機械化,提高玉米生產水平,改善傳統的玉米耕作栽培技術和作業程序,以保證增產增收。

  2. 農業土壤

  農業土壤學的發展趨勢可以從以下4個方面闡述:①研究方法的規范化、標準化和定量化。信息技術、計算機技術、土壤分析技術等的迅速發展和在土壤學研究中的應用,促進了土壤學研究方法不斷走向規范化、標準化和定量化。②新技術、新方法的應用更加廣泛。當前,各種現代實驗手段和方法及計算技術正不斷應用于土壤學研究,特別是計算技術、現代分析測試技術和3S技術(GIS、GPS和RS技術)在土壤學研究中的應用明顯加快,并已成為現代土壤學研究的重要方法。③更重視土壤資源高效利用與生態環境保護。我國土地資源人均占有量少、后備耕地資源匱乏,農業生態環境污染對農業生產、特別是農產品質量已帶來了十分嚴重的影響,在今后相當長一段時期內,與土壤資源高效利用與生態環境保護有關的研究將會受到愈來愈多的重視。④長期的定位研究越來越重要,必須建立長期的定位試驗站來監測土壤的時空變化規律及人類活動對它的影響及其反饋。目前,一些發達國家多有幾十年甚至幾百年的長期試驗站,如英國洛桑試驗站對土壤的監測至今已有160年的歷史,即使像發展中國家的印度,這種長期試驗站亦有數十年歷史。因而,為長期和穩定的獲得土壤變化的各種信息,長期定位研究就成為必不可少的重要手段。

  重點研究方向有:①土壤養分資源高效利用技術研究,②土壤有機質提高機制與生產力關系的研究,③土壤肥力演變規律與評價體系研究,④障礙及低產土壤改良研究,⑤土壤污染環境及修復重建研究。

  3. 植物營養

  植物營養學科發展將以國家發展實際需求為目標,通過理論深化、技術發展和服務推廣,著力于保障國家糧食安全問題、努力提高資源利用效率、保護環境、提高作物品質和人體營養,促進農業經濟發展。未來植物營養學科的總體布局是:以土壤-植物系統營養物質轉化、營養過程與調控為核心,突出土壤-植物相互作用這一特色,涵蓋從土壤過程、到根際互作過程、再到植物過程相互關聯的主要研究領域。未來我國植物營養學的重點和優先發展方向包括:土壤生產力及其調控、養分高效的分子生理基礎及其遺傳改良、作物高產優質的營養基礎、根際互作機理與調控、高產高效施肥原理與方法、養分資源利用與養分循環、養分和污染物的環境效應與控制等,同時需加強在全球變化背景下植物營養學科的創新性研究。

  4. 農田灌溉與排水

  灌溉排水技術未來幾年發展的戰略需求、重點領域及優先發展方向如下:

  (1)作物高效用水理論與節水調控

  研究明確節水灌溉條件下主要作物的需水特征、需水規律和需水指標體系,研發區域作物需水用水信息系統;構建作物高效用水的非充分灌溉理論體系,提出田間墑情和作物水分信息的快速監測與診斷技術,構建區域農田墑情監測和灌溉預報網絡,建設功能較為完備的農田高效用水管理遠程技術服務系統;明確田間水分轉化與消耗規律,提出農田蓄雨保墑、減蒸抑耗的農藝節水技術,實施按作物需水過程控制的適宜節水調控技術。

  (2)節水高效灌溉技術與裝備

  在規模化灌溉系統優化設計理論方面,研究土地精細平整條件下的大系統灌溉管網優化設計、畦(溝)規格田間工程布置形式及安全高效運行管理技術。在節水高效灌溉技術與設備研發方面,優先發展:①地面灌溉反饋控制技術、先進實用的首部控制設備和設施、地面灌溉水肥同步高效利用技術、地面灌溉專用施肥裝置等;②以大型噴灌機組為對象的變量噴水與施肥技術、低能耗精量噴灌設備、多目標利用噴灌技術研究及設備開發;③開發新型灌水器、流量壓力調節設備和過濾器等微灌產品和設備;研制成本更低的一次性微灌設備;④區域地面灌溉系統信息化管理技術及智能化噴、微灌自動控制設備研制。

  (3)控制排水技術與裝備

  農田排水研究的重點發展方向包括:①澇漬兼治的農田排水標準,排水系統優化及評價技術,配套的排水材料及機械;②西北干旱區灌溉綠洲土壤次生鹽漬化的演變理論及適宜的排水技術模式;③設施農業區減污控排模式和水資源高效利用技術;④農田排水區自然-農業-生態系統徑流形成機理和預報調度技術;⑤農業排水系統溶質轉化、運移機理,面源污染控制技術,排水資源化控制裝置。

  (4)非常規水資源安全高效利用技術

  非常規水資源安全高效利用技術研究的重點方向包括:①非常規水水質提升技術與裝備;②主要作物非常規水安全高效灌溉技術與灌溉模式;③適宜于非常規水灌溉的系統與設備研發;④非常規水利用灌區環境監測與評價技術;⑤非常規水灌溉法規體系建設與標準制定。

  5. 作物病蟲害

  (1)農業昆蟲

  ①重要農業昆蟲的基因組學與功能基因解析研究,為害蟲成災機制的揭示以及害蟲控制與天敵利用提供理論依據。在研究角度上轉向多基因或基因家族的功能分析,更要關注基因轉錄與表達的調控研究。

  ②天敵與害蟲協同進化機制與營養互作關系是當今進化生態學和化學生態學研究領域的前沿課題,也是尋找害蟲可持續控制途徑的重要基礎。

  ③植物對害蟲的抗性機制研究。未來幾年內,將重點開展寄主植物對昆蟲的抗性機制,這樣為有效利用抗性品種及新型殺蟲劑等 來減輕昆蟲對農作物造成的損失提供科學理論依據。

  ④產業結構調整對農業昆蟲發生規律的影響。研究農業產業結構調整和種植制度變革(如保護地的增加、免耕技術和秸稈還田等)后,棉花、蔬菜和主要糧食作物有害生物的演變和發生危害新特點,研究種植制度改革對主要農業害蟲發生規律的影響,制定和提出關鍵控制對策和治理技術。

  ⑤全球氣候變化對農業害蟲的作用機制。在全球氣候變暖對農業生產的影響以及大氣溫室氣體對害蟲種群發生的影響效應方面,應從目前研究僅關注響應特征,轉到響應的機制研究,再到模擬分析;從單個種群轉到多個種群到食物鏈,再到地上和地下的互作的研究;從CO2影響分析,轉到O3影響分析,再到CO2與O3等溫室氣體綜合影響分析,以全面揭示溫室氣體對農業害蟲及其天敵的效應及其機理。

  ⑥害蟲災變監測預警技術。研究利用昆蟲雷達、衛星遙感和地理信息系統等先進手段的實時監測害蟲種群動態的早期預警技術。研究計算機網絡化的信息收集、發布技術和遠程診斷平臺,提高害蟲監測、預警和治理的信息化水平。

  ⑦害蟲抗藥性治理技術。靶標害蟲對農藥和轉基因抗蟲作物的抗性是國內外研究的主要方向之一,我國在這方面研究已有良好的基礎,未來繼續加強開展深入研究,既有助于對主要害蟲的持續控制,也可以形成我國農藥和轉基因生物安全性研究的特色。

  (2)植物病理

  當前我國正處于傳統農業向現代農業轉型跨越的關鍵時期,建設現代植保是確保國家糧食安全及主要農產品有效供給的重大舉措,也是適應農業生產經營方式變化的客觀需要,更是確保農產品質量安全的有效途徑、促進農業可持續發展的必然選擇。根據國家戰略需求,未來5~10年植物病理學重點研究領域和優先發展方向如下:

  ①植物病原生物比較基因組。重點開展以下研究:選擇目前國內外尚未進行基因組測序的作物重要病害病原物開展測序研究,解析其基因組序列的結構特征;開展重要病原物致病基因及致病機制研究;利用比較基因組學、代謝組學技術構建重要病原物的代謝網絡,探索病原物中致病必須基因或代謝途徑作為高效殺菌劑設計靶標的潛力。

  ②重大植物病害的發生規律。新型耕作制度下植物病害發生規律將成為未來幾年我國植物病理學研究的重要任務;評估外來入侵病原物引起的作物病害的發生風險、研究病害發生規律將成為保障我們農業生產和生態安全的重要課題;媒介昆蟲-病毒-植物互作關系復雜多樣,闡明三者之間的互作關系將研究植物病毒病害和蟲害的流行成災規律的重要內容。

  ③病原菌與寄主植物互作機理。鑒定新的病原物PAMP、植物DAMP、及其植物PRR受體;闡明PRR識別PAMP和DAMP、以及R蛋白識別Avr/Effector的分子機理;深入分析植物與病原物共進化的分子機理;系統解析PTI和ETI抗病信號傳導網絡等,將是揭示病原物與寄主植物互作機理的核心內容和制高點,是未來幾年系統深入理解病原物與寄主植物互作機理、發展植物病理學的戰略需求。

  ④植物抗病毒機制的研究。解析寄主植物抗病毒機制,可為建立有效及持久的防治病害措施提供理論依據;鑒定和發現新的病毒抗性基因,明確其參與抗病的機制,將為有效控制重大農作物病毒病害提供新基因資源和新策略;此外,通過人工RNAi和miRNA干涉病毒復制關鍵因子,將會是一種目前比較有效的抗病策略,值得研究和探討。

  ⑤植物抗病資源挖掘與抗病性合理利用。重點開展以下研究:利用分子手段系統挖掘、鑒定、評價主要農作物及其近緣物種資源中針對重要病害的高效抗病基因及其利用價值;分離鑒定主要農作物中主效抗病基因,重點是廣譜和持久抗病基因和抗病QTLs,研究抗病基因的作用機制與基因網絡及其與作物生長發育、產量等農藝性狀的關系;探索高效利用具有廣譜和持久抗性的優良基因改良水稻抗性的途徑,開展新型抗病基因的分子設計,解決生產上抗病品種抗病性快速喪失的問題;深入研究主要病原物毒性變異的機制及其致病型的時空分布規律,探索抗病品種多樣性和合理布局控制作物重大病害的新理論和新途徑,研究制定針對水稻稻瘟病、小麥條銹病等主要糧食作物重大病害的抗性品種布局方案;開展抗病基因的轉基因研究,培育高水平、寬抗譜的抗病轉基因主要農作物新品種,進行安全性評價,為抗病轉基因作物新品種的推廣應用和產業化生產提供技術儲備。

  ⑥植物病原生物檢測與病害診斷技術體系的研究。以核心基因為基礎,設計通用分子探針,建立以核心基因為靶標的基于PCR和PCR-基因芯片的分子檢測技術是發展趨勢之一。及時快速準確地對植物病原生物進行檢測是植物病原生物預警體系的核心內容之一。

  ⑦植物病害的預測預報及防控技術。植物病害預測預報的研究重點:利用遙感技術、地理信息系統及全球定位技術,系統研究植物真菌病害發生的時空變化動態、傳播蔓延與流行規律;建立重要病害的早期快速監測與診斷技術,結合氣象信息和田間小氣候因子,建立重大農作物重大病害發生監測與預警技術體系。

  6. 作物栽培

  作物栽培學科是以實現作物高產、優質、高效、生態、安全為研究目標,是關系到國家糧食安全和社會、經濟穩定。盡管2012年全國糧食總產量58957萬噸,實現了“九連增”,2013年有望“十連增”,可以達到2020年糧食產能規劃水平。但從中長期發展趨勢看,受人口、耕地、水資源、人力資源、氣候、能源、國際市場等因素變化影響,長期面臨著糧食消費需求呈剛性增長,耕地與水資源緊缺與減少,作物間、區域間、田塊間產量和增產潛力差異巨大,我國糧食和食物安全將面臨嚴峻挑戰。未來作物栽培優先發展方向應為:①作物超高產栽培理論與技術,挖掘作物更高產潛力,并轉化為作物大面積高產的新途徑,為作物高產創建提供強有力的技術支撐。②優質高效協調栽培理論與技術。④作物機械化、輕簡化栽培技術。⑤節水和抗旱栽培技術。⑥化學控制新技術。⑦作物信息化栽培技術。

  7. 耕作學與農作制度

  現階段農作制度發展重大任務和方向是有效協調增加農民收入與保障國家糧食安全、集約化生產與農產品質量安全、提高農業生產力與資源生態安全、拓展農業新型產業與城鄉統籌發展等。主要包括如下4方面內容:①應對氣候變化與防災減災的農作制度調整優化,具體包括基于氣候變化脆弱性和適應性評估的農作制應對策略研究、應對氣候變化的種植制度調整優化研究、適應氣候變化的耕作栽培技術優化研究等。②區域新型農作制度模式與技術體系構建,具體包括雙季稻三熟區稻田多熟高效農作制模式與配套技術研究、麥-稻兩熟區高產高效及環保農作制模式與配套技術研究、麥-玉兩熟區節本高效農作制模式及配套技術研究、東北平原地力培育與持續高產農作制模式及配套技術研究、西北地區水土資源高效利用農作制模式及配套技術研究與示范、西南丘陵避旱減災多熟農作制模式及配套技術研究與示范、華南地區多熟高效農作制模式及配套技術研究與示范。③基于產量差分析的作物高產潛力開發和農作制度優化,包括不同區域主要糧食作物產量差及其制約因素評價、基于產量差的糧食作物高產潛力評價、作物高產技術優先序。④推進農藝和農機結合的全程機械化農作制。

  8. 農產品加工與保鮮

  農產品貯藏與加工學未來發展的重點領域和優先方向,從糧油加工、果蔬加工、畜產品加工、水產加工、采后保鮮等方面分別闡述如下:

  (1)在糧油加工方面:未來應重點發展如下領域:維護糧食安全;促進糧油資源高效利用;開發節能、高效、智能化、大型集約化的糧油加工機械與設備;實現主食工業化。

  (2)在果蔬加工方面:國際上果蔬加工行業正在快速發展,應重點發展如下領域:原料品種專用化研究;高新技術產業化研究;加工裝備智能化研究;資源利用高效化研究;質量控制體系標準化研究。

  (3)在畜產品加工方面:要進一步加強與畜產品加工有關的關鍵技術及裝備研究,盡快實現產業化經營;應以發展冷卻肉、中式制品為主,適當發展西式低溫肉制品;優先發展乳品資源高值化加工利用;促進高新技術在畜產品加工與安全控制中的廣泛應用;提高畜副產品利用的附加值。

  (4)在水產加工方面:重視水產食品精深加工的技術創新,提高水產品綜合利用水平,開展水產品精深加工,實現產品高附加值化是水產加工的發展方向。要推進淡水魚、貝類、中上層魚類、藻類加工體系的建立;積極發展高營養、低脂肪、無公害、環保型水產食品;重點做好淡水魚類、海水中上層魚類的基地和配套冷鏈設施建設;進行貝類產品保活和凈化技術與裝備的研發。

  (5)在采后保鮮方面:優先發展采收、保鮮、貯藏、運輸、配送、銷售為一體的保鮮流通體系,加快重點工程和裝備的配套;發展新型保鮮技術,開發天然保鮮劑;研究推廣節能、高效、低成本和無污染的保鮮新技術;利用信息化技術研究分級、檢測、包裝、運輸的新技術;積極開展鮮切果蔬保鮮研究。

  9. 農產品質量安全

  農產品質量安全學未來幾年發展的戰略需求、重點領域及優先發展方向如下:

  (1)農產品綜合分析技術

  針對不同類農產品中多種污染同時存在的共性問題,攻克污染物特異性單克隆分子抗體研制與批量制備技術、有機熒光染料偶聯技術、時間分辨熒光乳膠標記材料制備技術、污染物特異性抗體與熒光乳膠穩定標記技術、乳膠-抗體及固定化抗原等關鍵試劑組合與集成技術、混合污染物提取凈化技術、人體細胞芳香烴受體克隆技術、精準分子量匹配擬合技術、離子遷移譜技術等技術難題。研究建立農產品中各類污染物混合污染同步篩查前處理、快速排查和確證檢測方法,研發相關產品。

  以畜禽產品、糧油、果蔬、乳制品及茶葉等農產品主要污染物為研究對象,攻克新型正相硅膠除油技術、多級碎裂質譜等技術、碎片擬合技術、二維核磁共振結構鑒別技術、污染物的化學結構解析技術等關鍵技術、計量學輔助指紋譜圖判定技術等關鍵技術。研究建立基于LTQ Orbitrap高效液相色譜-質譜-質譜、全二維氣相色譜-飛行時間質譜、二維核磁共振等未知污染物分析技術。

  (2)農產品安全性風險評估與預警技術

  攻克相應濃度、劑量相加等毒法關鍵技術問題;建立有機磷類和氨基甲酸酯類殺蟲劑累積性風險評估技術;建立混合抗雄性技術活性污染物毒性效能因子及其累積性暴露評估模型以及混合污染物綜合評估風險排序技術和相應模型。

  (3)農產品質量安全混合污染全程控制

  通過解決關鍵控制點與風險預警閾值,預測模型和評價模型,有效生物的選用等關鍵技術,結合采用適合我國農業生產的栽培措施,研究農產品生產、加工過程混合污染防控技術。

  (4)農產品質量安全管理及技術支撐體系

  主要開展農產品質量安全管理體系與政策法規研究,農產品質量安全信息分析、預測及管理研究,農產品技術性貿易措施研究以及農產品質量安全標準體系及標準物質研究。

  10. 農業信息

  推進農業信息化,實現農業現代化對農業信息學具有重要的戰略需求,主要體現在:①我國農業資源嚴重不足、需求剛性增長,農產品供給安全壓力增大,迫切需要提高農業資源利用率、勞動生產率,提高農業生產的智慧化水平;②我國農產品市場價格波動劇烈、滯銷賣難的痼疾,亟需建立農產品市場監測預警技術體系,提高農產品市場透明化、有序化程度和政府調控水平;③我國農產品質量安全事故頻發,迫切需要突破從“農田到餐桌”的全供應鏈監測和追溯技術,為農產品生產者、消費者和政府提供服務;④我國農民無法有效獲取生產技術、市場等信息已成為制約農民增收的關鍵因素,亟需創新信息服務,提高政府公共服務能力、培育新型農民;⑤我國農業生產中化肥、農藥投入嚴重過度,農業生態環境惡化,開展農業生態環境監測預警,提高我國農業的可持續發展能力成為新的戰略需求。

  圍繞國家的戰略需求,我國農業信息學學科未來幾年發展的重點領域和優先發展方向為:以農業生產環境數據、農業資源數據、動植物生命體數據、農產品生產加工過程數據、農產品市場流通和交易數據的融合和智能挖掘為目標,開展農業“大數據”理論、方法和技術研究;以提高我國農業生產環境監測能力、農業生產和流通智慧化水平、保障農產品質量安全為目標,大力發展農業物聯網技術;以解決我國農產品市場價格波動劇烈、滯銷賣難問題為目標,加強主要農產品供求和預警模型的研究,突破農產品市場監測預警關鍵技術;以向2億多農戶和成千上萬其他農業經營主體提供全流程、多層次,低成本、個性化信息服務為目標,研發農業“云服務”平臺。

  11. 農業環境

  我國未來農業環境學研究的任務還十分艱巨,必須在以下幾方面大力加強:①在氣候變化農業影響與適應對策領域,開展農業領域溫室氣體減排技術研發與潛力評估,開發推廣農業領域適應氣候變化的技術和措施,加強氣候變化農業影響與適應綜合評估研究,研究高效實用型農業氣象災害調控技術;②在農業污染控制領域,要調查摸清我國農業面源污染物排放消納特征與入湖入河負荷,抓緊制定我國農業清潔生產技術清單;③在產地環境保護與修復領域,盡快開展產地環境分區分類管理研究和產地環境調控機理與途徑研究;④在農業環境工程領域,開展植物工廠關鍵技術研發,并構建標準化技術體系,同時加強畜禽養殖源頭減排和防控技術研究;五是在農業環境風險管理領域,抓緊建立氣候變化與農業影響的監測網絡。

  12. 農業資源與區劃

  全球變化、資源危機和糧食安全等全球性問題,我國糧食供求總量仍不容樂觀,而且結構性矛盾愈發突出,2012年我國糧食自給率遠遠低于95%的紅線,甚至跌破90%,未來幾年我國農業資源短缺問題更加突出,給我國農業資源與區劃學科發展提出了更高要求。緊緊圍繞農業資源調查與評價、農業資源利用與保育,以及農業分區與區域戰略等三個方面,力爭在肥料資源的高效利用、農業遙感、氣候變化響應機理與機制等基礎理論和應用基礎研究領域實現突破。

  (1)土壤質量提升和穩定持續提高土地生產力仍是未來幾年發展的戰略需求,基于此,以下重點領域和方向應優先發展:①土壤肥力質量、土壤健康質量和土壤環境質量的協同提高機制研究。②土壤地力提升的時空演變規律和不同區域、不同土壤類型耕地質量的綜合提升技術、耕地質量退化的綜合防控技術、農田氮、磷損失途徑與阻控技術研究。③農業土壤質量監測信息平臺建設。

  (2)未來圍繞農業水資源利用面臨的重大科學問題,應重點研究水在“土壤-植物-大氣”物質循環系統及其生態環境系統中的調控作用基礎;水力驅動下的物質高效轉化過程與調控規律;水肥協同作用下植物-土壤-微生物-大氣間水分高效利用、耐旱營養生理與抗旱遺傳基因改良及調控、污染鏈全程控制等基本內容和主要領域。

  (3)科學闡明氣候變化對我國農業生產活動的影響途徑和機理機制,提出響應的適應對策與技術,降低氣候變化對我國農業的負面影響,是未來我國農業氣候資源研究的重要任務。

  (4)農業微生物重點資源開發與配套技術研究。農業微生物資源重點研究領域和優先發展方向包括:①碳(分解秸稈等)、氮(生物固氮等)代謝微生物資源及其高效利用;②功能菌株在土壤環境中穩定發揮作用的機制;③微生物轉化有機廢棄物與資源化利用。

  (5)在在肥料與施肥科學研究方面,將傳統的植物營養學、土壤學和肥料學的理論與技術與新近快速發展的信息科學和生物技術相結合,圍繞養分資源的高效利用,緊密結合我國農田高強度利用的特點,研究我國主要農田生態系統養分循環的主要過程、通量及其影響因素和調控,充分利用一切可以利用的有機養分資源,科學施用化肥,實現包括各種植物必需的大中微量元素的均衡供應,最大限度發揮肥料的增產增收和提高地力的效能,最大限度減少肥料不合理使用對環境的不良影響。

  (6)未來幾年,針對農業廢棄物污染嚴重、農村人居環境差、能源短缺等問題,按照節能降耗、降低經濟成本的原則,加強農業廢棄物循環綜合利用技術,重點研究領域和優先發展方向包括:①農業廢棄物資源化利用與節能減排技術研究;②農業廢棄物資源化利用的管理和決策支持研究;③農業廢棄物高效利用的關鍵技術研究;④農業廢棄物資源化利用的國際合作研究。

  (7)在農業資源遙感監測方面,圍繞農業資源“天(遙感)-地(地面)-網(無線傳感網)”一體化遙感監測能力提高和精度改進,其重點研究領域和優先發展方向包括:加強農業遙感基礎研究,加強農業定量遙感研究與應用,全面加強作物遙感、資源遙感、災害遙感以及遙感在精準農業和數字農業方面的應用研究,以提高業務化應用水平。

  (8)未來我國農業區劃的重點研究領域和優先發展方向是:①加強農業資源配置與資源安全研究,研究國家農業資源安全戰略與政策,研究農業生態補償政策,創新農業資源和農業知識產權管理制度;②深化農業布局與區域發展戰略研究,探索農業區域形成演變規律與區域協調發展的機制,研究區域現代農業發展戰略與推進路徑,構建農業空間關系模型,進行區域政策設計;③農業空間信息平臺建設研究,建立健全全國農業資源與經濟空間信息采集體系與信息管理平臺,推動基礎信息互通共享。

  (三)重大措施和對策建議

  加強基礎農學學科建設和發展,提高學科研究質量和創新能力,是我國經濟社會發展的必然選擇。基礎農學的發展,可以促進農業結構調整、發展方式轉變、加快新農村建設步伐,為農業和農村經濟發展提供技術支撐;可以促進分支學科領域發展、加快科技成果轉化進程,為提高農業綜合生產能力、市場競爭能力奠定科學基礎;可以實現農業增產、農民持續增收,為糧食安全和食物安全提供保障。

  當前,基礎農學面臨嚴峻的挑戰,科研領軍人才短缺,基礎性、原創性研究匱乏,部分學科研究交叉重復、力量分散,科技基礎條件平臺薄弱,研究經費投入不足,圍繞國家中長期發展目標集中力量、持久攻關和重大突破的能力不強,創新體制機制缺乏活力等問題亟待解決。我國基礎農學的發展要以科學發展觀為指導,按照“自主創新,重點跨越,支撐發展,引領未來”的要求,把增強自主創新能力作為學科發展的戰略基點,堅持以“服務產業重大科技需求、躍居世界農業科技高端”為使命,著力解決我國現代農業發展重大科技問題,進一步提高基礎農學研究的活力和創新效率,以全球視野謀劃科技開放合作,促進農業科研大聯合、大協作,加快創新步伐。通過創新體制機制、加大投入力度、優化科研環境,加強基礎研究和前沿技術研究、可持續發展相關研究,加快把知識和技術轉化為現實生產力,完善機構、隊伍、人才、條件建設,加強國際合作和交流,推動我國農學學科的跨越式發展。

  進一步深化農業科研體制改革

  我國現行龐大的農業科研機構交叉重疊,結構松散,遠不適應國家需求和國際科技發展的新趨勢,必須通過深化科技體制改革,在建設國家農業科技創新體系中,推進結構調整,人才分流步伐,建立起學科齊全、布局合理、精干高效的基礎農學研究體制。基礎農學研究無需自上而下大范圍地開展工作,而要以國家級農業科研機構、研究型高等農業院校為主體,適當吸收有優勢、有特色的省級農業科研機構參與,建立起精干、高效的基礎農學創新研究隊伍。基礎農學研究要明確科研方向,按照其自身規律,保持相對穩定性和連續性,長期堅持不懈地開展課題研究。應通過政策引導和經費支持,加強基礎農學學科的基礎研究、原創性研究和戰略高技術研究,努力攀登科學高峰,逐步形成國家新型的基礎農學科學科研體制。同時,要通過深化改革,合理配置資源,處理好政府和市場的關系,打通科技和經濟社會發展的通道,將科研資金分類剝離,提高基礎研究投入比例,提高課題經費投入強度,促進基礎農學研究持續、穩定、快速發展。

  造就一支精干高效的研究隊伍

  科學研究的本質是創新,創新的實踐要依靠人才。基礎農學的發展,關鍵是要有一支適應當代基礎農學研究、精干高效的基礎農學創新人才隊伍,要培養和造就一批具有世界先進水平的科學家、學術帶頭人和科技骨干,加強高層次創新型的基礎農學人才隊伍建設,引領和帶動基礎農學人才的發展,打造創新人才培養示范基地,為提高自主創新能力提供有力的人才支撐。要用好用活人才,建立更為靈活的人才管理機制,打通人才流動、使用、發揮作用中的體制機制障礙。充分利用國內外兩種人才資源,堅持自主培養開發和引進海外人才并重,立足國內,集中培養以中青年為骨干的尖子人才、學術帶頭人及領軍人物,同時加大引進人才、引進智力工作的力度,尤其是要引進海外基礎農學高層次緊缺人才。

  繼續優化學術氛圍,創造良好創新環境

  基礎農學研究需要建立有利于科技人員潛心研究和開拓創新的良好氛圍,確保農業基礎研究計劃、項目的穩定性和連續性。一是要發揚學術民主,倡導“百家爭鳴,百花齊放”。要努力營造生動活潑、求真務實的學術環境,提倡不同學術觀點、學術流派的爭鳴和切磋,鼓勵創新學術思想和自由探索精神,最大限度地激發和保護科技人員的創新激情和活力。二是要加強科學道德和學風建設,堅持嚴謹治學、實事求是的學風。要深入實際,在科學實踐中提出真知灼見,創造學術精品。要增強社會責任感,加強學術道德修養,嚴格遵守學術規范,堅決抵制各種不正之風,樹立基礎農學科學工作者的良好形象。三是要弘揚創新文化,提倡科學精神。要增強創新意識,努力發現新問題、把握新情況、明確新任務;要積極接受新知識、學習新方法、形成新觀念,勇于超越別人和自己。要把創新意識貫穿于研究的全過程,落實在選題、立項、成果產出和轉化等各個關鍵環節,營造基礎農學良好的科研創新氛圍。

  加強國際合作與交流,充分利用全球創新資源

  面臨全球經濟結構深度調整,圍繞市場、資源、人才、技術、標準等方面的競爭日趨激烈,我國農業發展面臨的外部環境更加復雜,迫切需要加快培育農業基礎研究的國際合作,構建開放新型合作關系。要把握世界農業科技發展趨勢,充分利用全球創新資源,在更高起點上推進基礎農學研究,并同國際農業科技界攜手努力為應對全球共同挑戰作出應有貢獻;圍繞我國基礎農學學科建設,廣泛開展國際合作,鼓勵我國農業科學家發起和組織國際重大項目。支持國際有關組織來華設立相關科研機構,吸引全球優秀農業科學家來華創新創業。注重完善政府間農業科技合作機制,努力提高對外農業科技合作水平。

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