美國科學院在農業領域的五大(dà)研究方向，對我(wǒ)(wǒ)國有何啓示？

今年初，美國國家科學院、工(gōng)程院和醫學院聯合發布了題爲《Science Breakthroughs to Advance Food and Agricultural Research by 2030》的研究報告，描述了美國科學家眼中(zhōng)農業領域亟待突破的五大(dà)研究方向。

1整體(tǐ)思維和系統認知(zhī)分(fēn)析技術是實現農業科技突破的首要前提

農業系統是複雜(zá)巨系統，已經很難再依靠“點”上的技術突破實現整體(tǐ)提升。報告建議将跨學科研究和系統方法作爲解決重大(dà)關鍵問題的首選項。系統認知(zhī)就是要從系統的要素構成、互作機理和耦合作用來探索問題解決的途徑。“山水林田湖草是一(yī)個生(shēng)命共同體(tǐ)”，農業領域的科學突破必須突破單要素思維，從資(zī)源利用、運作效率、系統彈性和可持續性的整體(tǐ)維度進行思考。

我(wǒ)(wǒ)國農業生(shēng)态效率不高、競争力不強、生(shēng)态不可持續的問題主要是在土地資(zī)源的利用方式上。因此，農業領域的科技突破需要從土地資(zī)源的治理、修複、提升入手。

2新一(yī)代傳感器技術将成爲推動農業領域進步的底層驅動技術

量值定義世界，精準決定未來。美國将高精度、精準、可現場部署的傳感器以及生(shēng)物(wù)傳感器的開(kāi)發、應用作爲未來技術突破的關鍵。當前傳感器技術已經廣泛應用在農業領域，但主要還集中(zhōng)在對單個特征如溫度的測量上，如果要同時了解整個系統運行的機理，連續監測多個特征的聯動能力才是關鍵。

值得注意的是，新一(yī)代傳感器技術不僅僅包括對物(wù)理環境、生(shēng)物(wù)性狀的監測和整合，更包括運用材料科學及微電子、納米技術創造的新型納米和生(shēng)物(wù)傳感器，對諸如水分(fēn)子、病原體(tǐ)、微生(shēng)物(wù)在跨越土壤、動植物(wù)、環境時的循環運動過程進行監控。

新一(yī)代傳感器所具備的快速檢測、連續監測、實時反饋能力，将爲系統認知(zhī)提供數據基礎，賦予人類“防治未病”的能力，即在出現病症前就能發現問題、解決問題。如果能在資(zī)源要素的利用環節即可精準發現和定量識别可能出現的風險問題，并能夠實時進行優化調整，将徹底改變我(wǒ)(wǒ)國農業生(shēng)産利用方式。因此，新一(yī)代傳感器技術将是我(wǒ)(wǒ)國必須掌握的關鍵技術。

3數據科學和信息技術是農業領域的戰略性關鍵技術

數據科學和分(fēn)析工(gōng)具的進步爲提升農業領域研究和知(zhī)識應用提供了重要的突破機遇。報告稱，盡管收集了大(dà)量糧食、農業、資(zī)源等各類數據，但由于實驗室研究和生(shēng)産實踐中(zhōng)的數據一(yī)直處于彼此脫節的狀态，缺乏有效的工(gōng)具來廣泛使用已有的數據、知(zhī)識和模型。大(dà)數據、人工(gōng)智能、機器學習、區塊鏈等技術的發展，提供了更快速地收集、分(fēn)析、存儲、共享和集成異構數據的能力和高級分(fēn)析方法。

換句話(huà)說，數據科學和信息技術能夠極大(dà)地提高對複雜(zá)問題的解決能力，将農業、資(zī)源等相關領域的大(dà)量研究成果應用在生(shēng)産實踐中(zhōng)，在動态變化條件下(xià)自動整合數據并進行實時建模，促進形成數據驅動的智慧管控。

4突破性的基因組學和精準育種技術應當鼓勵并采用

随着基因編輯技術的出現，有針對性的遺傳改良可以以傳統方法無法實現的方式對植物(wù)和動物(wù)進行改良。通過将基因組信息、先進育種技術和精确育種方法納入常規育種和選擇計劃，可以精确、快速地改善對農業生(shēng)産力和農産品質量有重要影響的生(shēng)物(wù)性狀。

這種能力爲培育新作物(wù)和土壤微生(shēng)物(wù)、開(kāi)發抗病動植物(wù)、控制生(shēng)物(wù)對壓力的反應，以及挖掘有用基因的生(shēng)物(wù)多樣性等打開(kāi)了技術大(dà)門。應當鼓勵并采用其中(zhōng)一(yī)些突破性技術，提高農業生(shēng)産力、抗病抗旱能力以及農産品的營養價值。

5微生(shēng)物(wù)組技術對認知(zhī)和理解農業系統運行至關重要

通過近年來大(dà)量的研究報道，我(wǒ)(wǒ)們知(zhī)道了人體(tǐ)微生(shēng)物(wù)對身體(tǐ)健康的重要性，相比而言我(wǒ)(wǒ)們對農業中(zhōng)土壤、植物(wù)和動物(wù)的微生(shēng)物(wù)組及其影響還不夠了解。随着利用越來越複雜(zá)的工(gōng)具探測農業微生(shēng)物(wù)組，美國有望在未來十年實現突破性進展，建立其農業微生(shēng)物(wù)數據庫，更好地理解分(fēn)子水平土壤、植物(wù)和動物(wù)微生(shēng)物(wù)組之間的相互作用，并通過改善土壤結構、提高飼料效率和養分(fēn)利用率以及提高對環境和疾病的抵抗力等增強農業生(shēng)産力和彈性，甚至徹底改變農業。

其中(zhōng)，土壤和植物(wù)微生(shēng)物(wù)組之間的相互作用表征至關重要。土壤微生(shēng)物(wù)組與氣候變化中(zhōng)的碳、氮和諸多其他要素的循環息息相關，并通過一(yī)些尚未被人類認知(zhī)的過程影響着全球關鍵生(shēng)态系統服務功能。加深對基本微生(shēng)物(wù)組成部分(fēn)的理解以及強化它們在養分(fēn)循環中(zhōng)的作用對确保全球可持續農業生(shēng)産至關重要。

未來十年，美國将圍繞系統認知(zhī)分(fēn)析、精準動态感知(zhī)、數據科學、基因編輯、微生(shēng)物(wù)組五大(dà)關鍵技術尋求農業領域的科技突破。這同樣是未來我(wǒ)(wǒ)國農業領域必須努力、不可或缺的關鍵核心技術。

同時，立足我(wǒ)(wǒ)國地薄質劣的資(zī)源國情，我(wǒ)(wǒ)國科學家還需要在幾個颠覆現在、引領未來、開(kāi)創時代的重要領域，在山水林田湖草生(shēng)命共同體(tǐ)重大(dà)科學問題、土地資(zī)源安全與管控現代工(gōng)程技術難題上取得突破。聚焦精準調查、精細感知(zhī)、精明治理的科學技術體(tǐ)系，在一(yī)些關鍵核心技術上取得突破進展，比如耕地質量大(dà)數據、耕地健康診斷技術、生(shēng)态良田構建技術、土壤生(shēng)物(wù)多樣性保護和耕地養護技術、耕地系統演化模拟仿真技術；對一(yī)些重點區域進行修複治理，比如黑土地整體(tǐ)保護、黃河流域系統修複、鹽堿地沙土地綜合治理；在國家發展的重大(dà)需求方面全力以赴，比如全球變化與低碳耕作制度研究、耕地資(zī)源智慧監測等。

新一(yī)輪科技革命和産業正在重構全球創新版圖，需要規劃好未來技術發展的路線圖，明确創新主攻方向，确定耕地資(zī)源是不可或缺的一(yī)環。

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