依靠農(nóng)業(yè)高新技術(shù)提高我國(guó)糧食安全水平

張延君　劉進(jìn)寶

農(nóng)業(yè)高新技術(shù)（Agricultural High and New Technology）是指高新技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，它既屬于農(nóng)業(yè)技術(shù)的范疇也屬于高新技術(shù)的范疇，是建立在現(xiàn)代科學(xué)理論和最新科技發(fā)展基礎(chǔ)上的科學(xué)知識(shí)和技術(shù)成果。農(nóng)業(yè)高新技術(shù)涉及到種植業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)等不同領(lǐng)域，體現(xiàn)為6大技術(shù)群體：信息技術(shù)群、新材料技術(shù)群、新能源技術(shù)群、生物技術(shù)群、海洋技術(shù)群和空間技術(shù)群。在《國(guó)家農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)項(xiàng)目和資金管理暫行辦法》中，認(rèn)為農(nóng)業(yè)高新技術(shù)包括利用生物技術(shù)（基因技術(shù)、細(xì)胞技術(shù)）繁育的動(dòng)植物良種；農(nóng)業(yè)信息技術(shù)（包括各種專(zhuān)家系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)）；設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)（包括溫室技術(shù)、無(wú)土栽培技術(shù)、基質(zhì)栽培技術(shù)）；節(jié)水栽培技術(shù)（包括滴灌、微灌和噴灌技術(shù)）；核技術(shù)（用干農(nóng)業(yè)育種技術(shù)）；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)（帶電腦程序控制）；農(nóng)產(chǎn)品精加工、保鮮技術(shù)；精準(zhǔn)（確）農(nóng)業(yè)技術(shù)；能源、新材料技術(shù)；以生態(tài)農(nóng)業(yè)為主的多色農(nóng)業(yè)技術(shù)等。

農(nóng)業(yè)高新技術(shù)對(duì)我國(guó)的糧食安全具有重要意義。一是農(nóng)業(yè)高新技術(shù)的推廣應(yīng)用，能夠形成新興產(chǎn)業(yè)和新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要推動(dòng)力；二是可以運(yùn)用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，使農(nóng)業(yè)高新技術(shù)向傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)迅速滲透和擴(kuò)散，提高農(nóng)業(yè)技術(shù)含量、技術(shù)水平和糧食生產(chǎn)力；三是利用農(nóng)業(yè)高新技術(shù)，可以改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)造成的資源浪費(fèi)和生態(tài)破壞，促進(jìn)糧食生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施。

一、國(guó)外農(nóng)業(yè)高新技術(shù)及其應(yīng)用

世界農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)主要是生物技術(shù)和信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的改造。以美國(guó)為代表的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培養(yǎng)作物及畜禽新品種；利用克隆技術(shù)進(jìn)行動(dòng)植物優(yōu)良品種的快速繁育；以電子設(shè)備、衛(wèi)星和互聯(lián)網(wǎng)為手段，以專(zhuān)家系統(tǒng)為核心的精確農(nóng)業(yè)等，己經(jīng)極大地改變了世界農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)方式，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的根本轉(zhuǎn)變。

(一)植物轉(zhuǎn)基因育種及其產(chǎn)業(yè)化

生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，主要是轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物育種、克隆和生物制劑。十幾年來(lái)，世界各國(guó)己經(jīng)試種的轉(zhuǎn)基因植物超過(guò)4500種，其中己經(jīng)批準(zhǔn)商業(yè)化種植的接近90種。如耐儲(chǔ)藏的番茄，抗病蟲(chóng)的馬鈴薯，抗蟲(chóng)和抗除草劑的棉花、大豆、玉米，提高了有效成分的油菜、抗病毒的南瓜、木瓜以及具有特殊功能的產(chǎn)品等，都己經(jīng)進(jìn)入了市場(chǎng)。根據(jù)國(guó)際農(nóng)業(yè)生物應(yīng)用機(jī)構(gòu)（ISAAA）統(tǒng)計(jì)，全世界的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品主要是大豆和棉花，2003年有18個(gè)國(guó)家播種轉(zhuǎn)基因作物，美國(guó)、阿根廷、加拿大、巴西、中國(guó)和南非等六個(gè)國(guó)家的轉(zhuǎn)基因作物占到世界轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物播種面積99%，其中美國(guó)播種面積4280萬(wàn)公頃，占到世界總量的63%左右。阿根廷位居第二，播種面積為1390萬(wàn)公頃，而且增長(zhǎng)速度非?？臁?996年全世界種植面積為170萬(wàn)公頃，2003年擴(kuò)大到了6,770萬(wàn)公頃，比2002年增加了15%。2003年世界上約有700萬(wàn)農(nóng)民播種轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物，比2002年提高了100萬(wàn)。有人預(yù)測(cè)，在未來(lái)5年內(nèi)，轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的種植面積將會(huì)達(dá)到1億公頃，發(fā)展到25個(gè)國(guó)家；到2005年全球與種子有關(guān)的基因工程的產(chǎn)值將達(dá)到80億美元，到2015年將達(dá)到250億美元。

(二)信息技術(shù)得到廣泛應(yīng)用

在信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造中，農(nóng)業(yè)首受其惠。農(nóng)業(yè)是利用光熱水土氣等自然資源從事有生命物質(zhì)生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)，因此具有分散性、區(qū)域性、時(shí)變性、經(jīng)驗(yàn)性、穩(wěn)定性和可控制程度低等行業(yè)弱勢(shì)。而信息技術(shù)為克服農(nóng)業(yè)弱勢(shì)提供了有力的武器。信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用主要是農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)（AES）、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、3S技術(shù)和精確農(nóng)業(yè)。農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)最早于1986年出現(xiàn)在美國(guó)（即著名的Grossym棉花專(zhuān)家系統(tǒng)），到1996年在荷蘭召開(kāi)的計(jì)算機(jī)農(nóng)業(yè)應(yīng)用國(guó)際會(huì)議上，就有了上百種農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)軟件?，F(xiàn)在專(zhuān)家系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送走到田間和飼養(yǎng)場(chǎng)正成為一種趨勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正在彌補(bǔ)農(nóng)業(yè)的分散和閉塞的弱勢(shì)，如在德國(guó)17萬(wàn)全業(yè)農(nóng)戶(hù)中，2001年有7.5萬(wàn)農(nóng)戶(hù)使用了計(jì)算機(jī),有5.5萬(wàn)戶(hù)農(nóng)戶(hù)使用互聯(lián)網(wǎng)。以3S技術(shù)為基礎(chǔ)的精確農(nóng)業(yè)己經(jīng)成為當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流，1998年美國(guó)精確農(nóng)業(yè)服務(wù)商和種子公司的調(diào)查表明，在他們的用戶(hù)中，82％的客戶(hù)在土壤采樣時(shí)使用農(nóng)田信息系統(tǒng)（GIS），74％用GIS制圖，38％收割機(jī)帶測(cè)產(chǎn)器，61％采用產(chǎn)量分析，77％采用精確農(nóng)業(yè)技術(shù)。

二、國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)高新技術(shù)及其應(yīng)用

從總體上講，我國(guó)農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)起步較晚，正處于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變的重要階段，以生物技術(shù)、信息技術(shù)為代表的現(xiàn)代高技術(shù)向糧食生產(chǎn)領(lǐng)域轉(zhuǎn)移與應(yīng)用，并且已經(jīng)取得一定成就，有些技術(shù)的研究還處于國(guó)際先進(jìn)水平，具體情況如下：

(一)生物技術(shù)和常規(guī)技術(shù)相結(jié)合，培育出大量?jī)?yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、多抗農(nóng)作物新品種

我國(guó)正在研究的轉(zhuǎn)基因生物有130多種，涉及的基因種類(lèi)超過(guò)100種。特別是在轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉、轉(zhuǎn)基因水稻、基因工程疫苗等領(lǐng)域的研究成果已居世界前列。自1997年至2003年9月，經(jīng)過(guò)安全評(píng)價(jià)，農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)水稻、玉米、棉花、大豆、油菜、馬鈴薯等10多種轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)入田間環(huán)境釋放，批準(zhǔn)轉(zhuǎn)基因棉花、番茄、甜椒等植物和獸用微生物基因工程疫苗進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)。2002年，我國(guó)轉(zhuǎn)基因作物種植面積突破210萬(wàn)公頃，成為繼美國(guó)、加拿大、巴西、阿根廷之后的轉(zhuǎn)基因作物種植大國(guó)。超級(jí)雜交水稻的研究工作更是處于世界領(lǐng)先水平，中國(guó)工程院院士、雜交水稻之父袁隆平為代表的“超級(jí)雜交稻”新品種2003年實(shí)現(xiàn)畝產(chǎn)823公斤的海南水稻單產(chǎn)歷史最高紀(jì)錄。

(二)信息技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入農(nóng)業(yè)領(lǐng)域

信息技術(shù)實(shí)際上己經(jīng)滲透到農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。我國(guó)已初步構(gòu)建了適合我國(guó)國(guó)情的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究與示范體系，推進(jìn)了我國(guó)農(nóng)業(yè)信息化進(jìn)程，加快了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變。如已經(jīng)初步建立的多平臺(tái)稻麥品質(zhì)遙感數(shù)據(jù)解析方法和數(shù)學(xué)模型、稻麥品質(zhì)光譜診斷數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等。信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)技術(shù)有機(jī)集成，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科的技術(shù)協(xié)作，在農(nóng)業(yè)信息軟件開(kāi)發(fā)工具和數(shù)據(jù)建模工具開(kāi)發(fā)上取得了重要進(jìn)展。農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展非常迅速，已建立起了一批農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)及其應(yīng)用系統(tǒng)，為我國(guó)農(nóng)業(yè)宏觀(guān)管理、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)科技單位開(kāi)發(fā)利用農(nóng)業(yè)信息技術(shù)提供保障。

(三)初步構(gòu)建了現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化體系

在“十五”期間，科研人員在生物節(jié)水、農(nóng)藝節(jié)水、工程節(jié)水和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面取得了創(chuàng)新性成果，為我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提高水資源利用率、發(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè)、推進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與資源利用的協(xié)調(diào)發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供了技術(shù)支持。我國(guó)專(zhuān)家在生物集雨、農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)、工程節(jié)水技術(shù)和節(jié)水新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面，取得了多項(xiàng)重大成就，并且開(kāi)始應(yīng)用。已建成楊凌農(nóng)業(yè)機(jī)械化新技術(shù)新機(jī)具試驗(yàn)示范園、太行山雨水集蓄利用等節(jié)水技術(shù)與新產(chǎn)品示范應(yīng)用基地25個(gè)。

三、應(yīng)用農(nóng)業(yè)高新技術(shù)提高我國(guó)糧食安全水平

(一)作物分子育種研究與產(chǎn)業(yè)化

自二十世紀(jì)五十年代以來(lái)，主要農(nóng)作物實(shí)行矮化育種和推廣利用雜種優(yōu)勢(shì)帶動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)出現(xiàn)了兩次飛躍，使全球糧食生產(chǎn)穩(wěn)步發(fā)展。但我國(guó)隨著人口增長(zhǎng)、城市化步伐加快，耕地面積減少和水資源短缺已成為不可避免的趨勢(shì)，因此構(gòu)筑糧食安全供給體系已成為我國(guó)和大多數(shù)發(fā)展中國(guó)家的優(yōu)先課題。實(shí)踐證明，良種是最重要的糧食生產(chǎn)要素之一，每次新品種的更換都使糧食產(chǎn)量提高10%以上。因此不斷選育優(yōu)質(zhì)超高產(chǎn)農(nóng)作物新品種已成為保障糧食安全、增強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要措施。

進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)農(nóng)業(yè)科研部門(mén)要結(jié)合我國(guó)作物種質(zhì)資源優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)研究集成分子育種技術(shù)與常規(guī)育種技術(shù)，挖掘、開(kāi)發(fā)重要的基因資源，鞏固、發(fā)展我國(guó)在轉(zhuǎn)基因植物研究與產(chǎn)業(yè)化和分子標(biāo)記輔助育種方面的成就，建立現(xiàn)代高效育種技術(shù)體系，培育并儲(chǔ)備一批主要作物“超高產(chǎn)”新品種（組合）和新材料；推廣一批突破性的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)專(zhuān)用新品種，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。實(shí)現(xiàn)水稻、小麥、玉米和大豆品種的新一次更新?lián)Q代，全面提高我國(guó)糧食單產(chǎn)。

（二）耕地資源持續(xù)高效利用

我國(guó)耕地不僅數(shù)量少，而且質(zhì)量差。我國(guó)人均耕地僅為世界人均數(shù)量的45%。近年，隨著退耕還林還草和經(jīng)濟(jì)建設(shè)占地，耕地的數(shù)量在繼續(xù)下降。從1996年到2002年，我國(guó)的耕地從19.51億畝減少到18.89億畝，6年減少了6200萬(wàn)畝，人均耕地也從1996年的1.59畝降到了2002年的1.48畝。由于耕地產(chǎn)出多、投入少，用養(yǎng)失衡，導(dǎo)致耕地地力明顯下降。我國(guó)耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量偏低，全國(guó)耕地土壤有機(jī)質(zhì)平均僅為1.8%，旱地土壤有機(jī)質(zhì)平均僅為1.0%左右，與歐洲和北美等發(fā)達(dá)國(guó)家耕地的地力水平差距較大。

因此，應(yīng)當(dāng)針對(duì)制約資源高效利用的關(guān)鍵瓶頸，利用現(xiàn)代信息結(jié)束與傳統(tǒng)耕作技術(shù)相結(jié)合，系統(tǒng)開(kāi)展耕地質(zhì)量保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究，進(jìn)行農(nóng)田養(yǎng)分精準(zhǔn)管理關(guān)鍵技術(shù)研究，使耕地資源得到高效的可持續(xù)利用。

（三）水資源的可持續(xù)利用

我國(guó)是一個(gè)水資源嚴(yán)重短缺的國(guó)家，水資源總量為28100億m3，人均水資源占有量約為2200m3，僅為世界平均水平的1/4。預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)人口將達(dá)到高峰，約為16億。按現(xiàn)有水資源量估計(jì)，人均水資源量將下降到1760m3，接近國(guó)際公認(rèn)的嚴(yán)重缺水警戒線(xiàn)1700m3！此外，我國(guó)水資源時(shí)空分布極為不均，占國(guó)土面積65%、人口40%和耕地51%的北方地區(qū)水資源總量只占全國(guó)的1/5，許多地區(qū)的人均水資源占有量大大低于嚴(yán)重缺水警戒線(xiàn)。水資源短缺已成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的制約因素。

農(nóng)業(yè)是用水大戶(hù)，目前農(nóng)業(yè)用水量約為4000億m3，占全國(guó)總用水量的70%。同時(shí)，農(nóng)業(yè)用水效率很低，我國(guó)渠灌區(qū)灌溉水利用率僅為40%-50%，井灌區(qū)也只有60%；旱作區(qū)降水利用率僅為56%，其中還有26%的水分消耗于田間的無(wú)效蒸發(fā)，產(chǎn)出低而不穩(wěn)。農(nóng)業(yè)用水效益指標(biāo)遠(yuǎn)低于節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的水平，農(nóng)業(yè)節(jié)水有著巨大的潛力。

因此，要在研究節(jié)水農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)上，將農(nóng)業(yè)水資源的利用效率、作物水分生產(chǎn)效率和水資源的再生利用率和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益緊密結(jié)合；將高新技術(shù)、新材料和新設(shè)備與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)相結(jié)合，加大農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)和產(chǎn)品中的高科技含量，建立適合國(guó)情的節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)體系，形成較為完善的節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品市場(chǎng)，加快傳統(tǒng)粗放型農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代精準(zhǔn)型農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變進(jìn)程。

（四）數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)的研究和應(yīng)用

進(jìn)入21世紀(jì)，生物技術(shù)、信息技術(shù)的突破及其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，將大大加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程，使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)生革命性的變化。數(shù)字農(nóng)業(yè)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)最前沿的發(fā)展領(lǐng)域，將有效促進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)的融合，在數(shù)字水平上對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、流通管理、信息服務(wù)以及農(nóng)業(yè)資源環(huán)境等整個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，最終實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)數(shù)字化。

信息化是加快我國(guó)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化的戰(zhàn)略選擇，農(nóng)業(yè)信息化是國(guó)民經(jīng)濟(jì)信息化的組成部分，是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和農(nóng)業(yè)資源管理與利用水平最有效的途徑。信息技術(shù)在我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用雖起步較晚，但需求日趨增長(zhǎng)，發(fā)展速度很快。數(shù)字農(nóng)業(yè)作為農(nóng)業(yè)信息化的切入點(diǎn)和突破口，可以總攬信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的集成應(yīng)用，構(gòu)建我國(guó)農(nóng)業(yè)信息技術(shù)發(fā)展體系。數(shù)字農(nóng)業(yè)將用數(shù)字化的技術(shù)重塑現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，從根本上改變農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)落后的面貌，有力推動(dòng)農(nóng)業(yè)增長(zhǎng)方式轉(zhuǎn)變和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化，加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程，全面提高農(nóng)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)持續(xù)高效發(fā)展意義重大。