農業(yè)科研信息化及其對農業(yè)科研模式的影響

郭雷風

摘要： 信息技術飛速發(fā)展對各行各業(yè)都產生了深刻影響。農業(yè)科研是推動農業(yè)發(fā)展的引擎，應當充分利用現代信息技術，創(chuàng)新農業(yè)科研手段、方法、模式，提升農業(yè)科技創(chuàng)新能力。本文在對科研信息化進行闡述的基礎上，介紹了農業(yè)科研信息化的內涵、發(fā)展歷程，對農業(yè)科研信息化的發(fā)展方向進行了思考，描述了信息化支撐下的5種農業(yè)科研創(chuàng)新模式。

關鍵詞：農業(yè)科研；農業(yè)科研信息化；農業(yè)科研模式

中圖分類號：S126文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2015）03-0148-06

Agricultural Research Informatization and

Its Influence on Agricultural Research Model

Guo Leifeng1， Wang Wensheng1， Liu Shihong1， Guo Man2

（1.Agricultural Information Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Digital Agricultural

Early-Warning Technology， Beijing 10081，China；2.Torch High Technology Industry Development Center，Bejing 100081，China）

AbstractThe rapid development and popularization of information technology produced a profound influence on every walk of life. Agricultural research is the engine to promote agricultural development. We should make full use of modern information technology， innovate agricultural research means， methods and modes， and improve the innovation capability of agricultural science and technology. This paper gave a brief introduction about e-Science and elaborated the connotation， developing course of the agricultural research， and then gave thought to the development prospect of agricultural research informatization. At last， five innovation models of agricultural research under information technology and platform were described.

Key wordsAgricultural research； Agricultural research informatization； Agricultural

隨著科學技術的發(fā)展，農業(yè)領域的科學研究問題空前復雜化，科學研究對象不再是一個簡單的孤立系統(tǒng)，大規(guī)模、跨學科、協同式、交互性的科研需求不斷增強。農業(yè)科學研究已由過去的簡單對象向復雜問題轉變，由單一科研手段向多樣化綜合手段轉變，由小范圍封閉式的科學研究方式向跨領域大團隊協同方式轉變[1]。農業(yè)科研的深度和廣度不斷拓展，農業(yè)科研活動所要解決的問題更加復雜化和系統(tǒng)化。

與此同時，高速互聯網、云計算、物聯網、大數據等信息技術和產品的快速發(fā)展，催生了更為泛在、便捷、普惠的信息化應用模式，帶動我國工業(yè)、社會、科技信息化等取得了一系列的突破性進展。

如何借助現代信息技術，創(chuàng)新農業(yè)科研方法、理念和模式，適應現代農業(yè)科研需求，推動農業(yè)科研持續(xù)創(chuàng)新，越來越成為廣為關注的話題。本文在前人研究的基礎上，進一步對農業(yè)科研信息化的內涵、發(fā)展階段、發(fā)展方向以及信息化支撐下農業(yè)科研模式進行論述，以期對農業(yè)科研信息化發(fā)展和建設提供幫助。

1科研信息化

信息技術、理論與方法的飛速發(fā)展及廣泛應用，對社會生活、經濟發(fā)展、科學研究、文化教育等領域都產生了深刻的影響，表現在各個領域呈現出不同以往的行為模式創(chuàng)新，如社會信息化、教育信息化、農業(yè)信息化、醫(yī)療信息化、軍事信息化等，具體到科研領域，就是科研信息化?？蒲行畔⒒强茖W研究在信息時代出現的新模式，它對當代科學的各個方面產生了極大的影響，使當代科學出現了許多新的特點。

早在2000年，英國國家研究總局主任約翰·泰勒（John Taylor）在全球首次正式提出e-Science計劃。e-Science項目一經提出便受到各國學術界的廣泛推崇，以至于e-Science已經成為眾多國家科學研究信息化的代名詞。

E-Science主要強調全球范圍內基于Internet的分布式大規(guī)模合作研究，以及能夠支持這種合作研究的下一代基礎體系架構，依托此基礎設施構建適合科學研究的應用平臺?；诰W格技術的科研環(huán)境建設是e-Science發(fā)展的主要模式[2]。網格技術主要是利用互聯網把分散在不同地理位置上的計算、存儲、通信、軟件、信息等多個資源進行全面連通和統(tǒng)一分配、管理及協調。如美國NSF投巨資建設了Tera Grid環(huán)境，以40 G bps的帶寬連接了美國圣地亞哥超級計算中心（SDSC）、國家超級計算應用中心（NCSA）、加州理工學院（Caltech）和阿貢實驗室（ANL）這4個擁有大量計算資源和數據資源的節(jié)點。歐盟系統(tǒng)，由歐洲核子中心CERN牽頭建立的世界上最大的國際網格系統(tǒng)EGEE（The Enabling Grids for E-science），由法國國家科研中心CNRS牽頭建設一個分布式的萬億次規(guī)模的超級計算機系統(tǒng)DEISA（Distributed European Infrastructure for Supercomputing Applications）等等。中國教育科研網格（ChinaGrid）至今已整合了全國十三個省市、二十所重要高校的大量網格資源，聚合計算能力超過每秒16萬億次，存儲容量超過170 TB，成為世界上最大的超級網格之一。endprint

E-Science重點關注大型儀器設備、高性能計算資源的互聯、互通與共享，代表了科研信息化的一個重要方面，然而，科研協同、科研過程信息支持等也是科研信息化的重要組成部分。相比較而言，e-Research側重于信息技術對研究過程與研究活動的支持，以及信息技術為科學研究所提供的新的可能性及方法，是對e-Science的重要補充。

可以將科研信息化概況為e-Science + e-Research，指采用最新的信息技術建立的新一代的電子基礎設施，并在此基礎上提供信息化的科學研究環(huán)境，擴展科學研究方法、手段及應用等。其主要包括3個層次的含義：一是跨地區(qū)的科研人員能夠通過寬帶網絡共享研究儀器和工具，共享高性能計算資源，實現各種資源協同利用；二是研究人員借助信息化科研軟件和基礎設施服務，建立起相互依賴和互信的協同研究關系，進而協同開展數據挖掘、模擬、分析與整合；三是利用領域特定的研究工具，如可視化工具、仿真軟件和交互工具等，研究人員能夠開展更具建設性的研究實踐活動[3]。

2農業(yè)科研信息化

科研信息化是信息社會的存在方式及發(fā)展必然，是信息化在科研領域的抽象表述。經過多年發(fā)展，科研信息化不斷向各個領域延伸和拓展，推廣應用到農業(yè)科研領域，即形成了農業(yè)科研信息化。

2.1農業(yè)科研信息化的內涵

農業(yè)科研信息化是實例化的科研信息化，是科研信息化的重要組成部分。就農業(yè)科研本身來講，農業(yè)科研信息化不是取代傳統(tǒng)的農業(yè)科研方法，而是通過一系列信息化技術、平臺和服務來促進和改善科研環(huán)境和過程，創(chuàng)新農業(yè)科研的思路和模式。孟憲學認為，農業(yè)科研信息化是在農業(yè)科學研究和管理的各個環(huán)節(jié)上，廣泛應用現代信息技術，實現農業(yè)科學研究環(huán)境和科學研究活動的高度信息化，農業(yè)科學研究的領域與方法得到促進、支持、擴展和延伸，大幅度提高研究工作和管理工作的能力，促進農業(yè)各學科建設和發(fā)展，加快出成果、出人才和成果轉化的速度，最終全面提高農業(yè)科研的水平和效率的整個過程[4]。

根據農業(yè)科研涉及的內容，可以將農業(yè)科研信息化分為三個方面，即農業(yè)科研活動信息化、農業(yè)科研管理信息化和農業(yè)科研服務信息化。

2.1.1農業(yè)科研活動信息化農業(yè)科研活動是指農業(yè)科研人員針對農業(yè)領域的實際問題進行的一系列現狀調研、數據收集、數據分析的過程。農業(yè)科研活動信息化主要是指信息化的工具、應用、系統(tǒng)等在農業(yè)科研過程中不斷使用、滲透的過程，使得農業(yè)科研方法、模式等發(fā)生巨大變化，農業(yè)科研效率大幅度提高。比如：采用高性能的數據處理技術，提高農業(yè)科研數據的分析能力和水平；利用遙感以及傳感器技術，實現農業(yè)研究對象數據的動態(tài)、實時采集；構建虛擬科研協作平臺，實現遠程、異地的農業(yè)科研協作等。

2.1.2農業(yè)科研管理信息化開展農業(yè)科學研究需要人員、經費、項目、儀器設備等資源要素支持?，F代農業(yè)科學研究日益復雜，圍繞農業(yè)科研的項目申報、項目驗收、成果鑒定等工作占據了科研人員大量的寶貴時間，亟需采用信息化手段提高科研資源管理效率。農業(yè)科研管理信息化旨在綜合運用創(chuàng)新的管理理念和先進的信息技術，對農業(yè)科研相關的人力、資金、項目、成果、科研基礎條件等資源及管理流程進行整合與優(yōu)化，構建有效的資源管理信息系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)，優(yōu)化農業(yè)科研資源配置，實現決策依據科學化、資源配置最優(yōu)化、管理工作協同化、工作流程規(guī)范化、信息資源共享化，提高農業(yè)科研管理的科學性、預見性，從而為整個農業(yè)研究系統(tǒng)提供高效的支撐。

2.1.3農業(yè)科研服務信息化農業(yè)科研服務是指面向農業(yè)科研活動而提供的一系列情報服務、資源服務、咨詢服務、知識服務等的統(tǒng)稱。農業(yè)科研服務信息化是信息化技術和手段在農業(yè)科研服務中具體應用，包括建立集數據處理、成果匯交共享于一體的農業(yè)科研情報分析平臺，有效支撐農業(yè)科研的方向性、戰(zhàn)略性、全局性的宏觀決策、規(guī)劃與管理；建立數字化的農業(yè)科技文獻資源服務與保障平臺，滿足農業(yè)科研人員不斷增長的科技文獻服務需求；建設開放的、多層級的綜合農業(yè)科研創(chuàng)新知識服務平臺，提升農業(yè)科研知識管理和信息服務水平。

2.2農業(yè)科研信息化的發(fā)展階段

美國著名信息化系統(tǒng)專家諾蘭（Richard L Nolan） 在深入研究信息化歷程的基礎上，提出了著名的諾蘭模型，即對于一個行業(yè)或一個國家或地區(qū)來說，信息化大體要經歷起步、蔓延、控制、集成、數據管理和成熟這樣六個發(fā)展階段，各階段互有聯系不能跳躍。中國農業(yè)科研信息化經歷了起步階段、蔓延階段、控制階段，目前正處于從控制階段向集成階段轉變的關鍵時期。

2.2.1起步階段20世紀80年代初到90年代末是我國農業(yè)科研信息化的初始階段。1981年中國建立了第一個計算機農業(yè)應用研究機構——中國農業(yè)科學院計算中心，引進了FELIXC-512系統(tǒng)進行農業(yè)科學技術和統(tǒng)計分析，計算機在中國農業(yè)科研領域首次投入應用。之后，基于計算機的數據處理技術、科技文獻保障、數據庫資源建設等不斷出現，如80年代建成的飼料營養(yǎng)數據庫，90年代建成的種質資源數據庫，90年代研發(fā)的小麥、玉米專家系統(tǒng)等。截至20世紀90年代末期，我國互聯網快速發(fā)展，農業(yè)科研信息化模式發(fā)生了重大變化。農業(yè)科研人員已經逐漸認識到計算機給農業(yè)科研帶來的種種改變，經歷了相對較長時間的摸索，嘗試在農業(yè)科研活動中利用計算機解決一些問題。

2.2.2蔓延階段20世紀90年代中期，中國啟動了一系列“金字工程”的信息化建設，與此同時中國互聯網建設開始。1997年中國農業(yè)科學院接入Internet，中國農業(yè)科學院院網、中國農業(yè)科技信息網等一系列重要農業(yè)科研網站開通。21世紀初期，e-Science概念提出并逐漸擴散到農業(yè)科研領域，學者對我國農業(yè)科研信息化發(fā)展和省級農業(yè)科研信息化平臺建設進行探討[4～8]。這一階段，信息化應用的重要性日益突現并獲得了廣大農業(yè)科研人員認可，各單位對信息化建設的投入逐漸增多，郵件、資源服務、數據庫建設等農業(yè)科研信息化系統(tǒng)的應用越來越廣泛。endprint

2.2.3控制階段經歷了蔓延階段，農業(yè)科研中投入使用的應用系統(tǒng)越來越多，啟動了一系列農業(yè)科研信息化建設的重大項目。但由于缺乏全局的考慮，農業(yè)科研信息化建設各自為政、重復投入，數據冗余、難以共享等問題越來越突出，部分農業(yè)科研單位著手統(tǒng)一信息化建設。以中國農業(yè)科學院為例，2010年院所信息化建設項目啟動，旨在加強農業(yè)科技電子政務建設、信息服務體系建設，推進跨部門農業(yè)科研信息共享和業(yè)務協同；2012年成立院信息化工作領導小組，旨在處理好項目之間的關系，加強項目之間的銜接，提高資金使用效率；2014年院網絡升級項目啟動。面向全國農業(yè)科研信息化的服務平臺也逐漸被人提及。

2.3農業(yè)科研信息化發(fā)展思考

2.3.1建立國家農業(yè)科研虛擬協同平臺傳統(tǒng)的小范圍、封閉式的科學研究活動造成信息不能快速流動和充分共享，重復勞動、效率低下現象嚴重。農業(yè)科研活動分布范圍廣、涉及部門多，農業(yè)科研工作者之間的信息交流與溝通相對于其他領域更為困難。信息網絡環(huán)境下，建立國家農業(yè)科研虛擬協同環(huán)境，實現遠距離、大范圍、跨區(qū)域的信息傳輸和交流，使不同機構、不同實驗、不同研究小組的科研人員能夠對特定的問題或研究領域進行廣泛的交流，向農業(yè)科研人員提供個人信息管理、虛擬組織管理、協同工作管理、視頻語音交流系統(tǒng)、主題資源共享和科研數據共享、學科化信息服務和用戶需求互動服務等功能[9]。加強中國農業(yè)科學院等中央科研機構與地方科研機構間的縱向聯系，中央、地方各科研機構間及科研人員之間的橫向聯系，不同研究領域農業(yè)科研人員之間的交叉聯系，促進跨學科、大規(guī)模的科研合作，實現突破時間、空間、物理障礙的資源共享與協作，為農業(yè)科技協同創(chuàng)新提供重要保障[10]。

2.3.2建設國家農業(yè)科研大數據處理中心數據密集型科學研究，使得大數據分析處理技術在農業(yè)科研中占據了非常重要的位置。一方面，農業(yè)科學研究數據量巨大，以蛋白模擬參數計算為例，一周數據量約10 G，缺少有效的數據處理平臺，很難取得重大農業(yè)科學問題的突破；另一方面，國家級的農業(yè)科研大數據處理中心的缺失，直接導致了大量原始農業(yè)科研數據外流，第三方的數據處理機構承擔了農業(yè)科研數據處理的任務，數據安全難以保證，農業(yè)科研難以自主。因此，應該充分利用農業(yè)大數據技術發(fā)展的機會，建設國家農業(yè)科研大數據處理中心，創(chuàng)新農業(yè)科研方式，提高我國農業(yè)科研創(chuàng)新能力。重點從兩個方面著手，一是面向生物信息學的基因計算、基因測序、生物模擬等高性能計算服務；二是面向農業(yè)遙感數據、農業(yè)傳感數據、農業(yè)市場數據等的大數據分析處理服務。

2.3.3推動農業(yè)科技文獻資源可持續(xù)發(fā)展科技文獻資源為農業(yè)科研提供了重要知識保障，然而，由于現有的科研信息化技術、內容、系統(tǒng)等資源很大一部分是由國外創(chuàng)建、控制和掌握，比如大部分學術數據庫都控制在西方公司和機構手里，為此每年我們要交納數額巨大的使用費[11]。一方面，資金投入越來越多，很多科研實力較差的單位無法承擔高昂的文獻資源服務費用；另一方面，文獻資源服務的覆蓋范圍難以保證，面向農業(yè)工程類、農業(yè)信息類、農業(yè)機械類等小學科的文獻資源服務缺失。

推動農業(yè)科技文獻資源可持續(xù)發(fā)展，提供訂閱式、互動式的在線文獻資源服務模式，減少科研人員在文獻資源查找方面的時間投入，提高農業(yè)科研人員效率。重點關注以下兩點：一是推動中國農業(yè)科研單位的機構知識庫系統(tǒng)建設，實現知識資產的長期保存與共享，突破國外企業(yè)的文獻資源壟斷，用資源交換模式替代資源購買模式；二是建立國家文獻資源共享服務機制，聯合眾多的農業(yè)類科研機構、高校等部門，實現資源的最大化共享，擴大農業(yè)科技文獻資源覆蓋面，提供面向農業(yè)工程、農業(yè)信息、農業(yè)機械等交叉性、綜合性、跨學科、小學科的農業(yè)文獻資源服務。

3農業(yè)科研模式創(chuàng)新

科研模式是在一定的科研理論指導下建立的比較穩(wěn)定的科研理念、科研結構、科研方法和科研程序。信息化推動下，農業(yè)科研模式發(fā)生了重大變化，呈現出資源高度共享、遠程虛擬協同、知識服務、數據驅動等特點。

3.1資源共享的農業(yè)科研

資源是農業(yè)科研活動的基礎保障條件之一，不掌握數據資源和專用儀器設備，就不能從事基本的科學研究。然而由于經費投入等原因，農業(yè)科研資源分布不均，主要表現在國家級農業(yè)科研機構的資源充足，地方農業(yè)科研機構的資源相對薄弱；發(fā)達地區(qū)的農業(yè)科研機構科研資源充足，偏遠地區(qū)的農業(yè)科研機構科研資源相對貧乏。

信息化支撐下的農業(yè)科研活動，資源遠程共享、協同共享、交換共享、異地共享逐漸取代資源獨占，成為農業(yè)科研的重要模式。特別是大型儀器設備，技術復雜、系統(tǒng)龐大、購置成本高、精密程度高，由專業(yè)管理團隊維護，供農業(yè)科研人員使用，如高性能計算設備、衛(wèi)星遙感設備等。就目前來講，科研資源的異地、遠程共享，實現了科研保障條件的均等化，滿足了科研基礎薄弱地區(qū)的農業(yè)科研需求，長遠來看，科研資源共享可以大大提高其利用率。

3.2虛擬協同的農業(yè)科研

科研協同是農業(yè)科研的基本模式。當前，農業(yè)科學研究正在從微觀和宏觀兩個方向上發(fā)展，農業(yè)科學研究的對象也大大超越了簡單的孤立系統(tǒng)，面向大范圍、多領域的復雜系統(tǒng)工程。在這種背景下，農業(yè)科學研究的學科形態(tài)、組織結構、科研數據的網絡協同化需求異常強烈。

隨著Internet的飛速發(fā)展，以網絡為載體的虛擬科研協同成為主要形式。借助于互聯網、移動網、物聯網、傳感網，服務于農業(yè)科研的高性能計算資源、海量科學數據庫、科學數字圖書館、野外觀測臺站、大型科學裝置、計算模擬的軟件工具等，形成了支撐農業(yè)科研人員大范圍交流協作的協同工作環(huán)境，跨學科、跨組織、跨地域的虛擬研究團隊或者組織成為農業(yè)科學研究的基本單元，遠程實驗觀測、計算模擬、協同工作等新的科研方法和手段成為農業(yè)科研的主要形式。

3.3知識服務的農業(yè)科研

科學研究是知識積累、知識匯聚、知識創(chuàng)新的過程?？蒲谐晒亩嗌偃Q于知識積累的程度。傳統(tǒng)的農業(yè)科研主要依賴于圖書館提供資料檢索、查詢等服務，滿足科研活動對知識的需求。隨著科技的不斷發(fā)展，科研創(chuàng)新需要的知識儲備越來越多，任何一項研究需要多學科的知識交叉與融合，以知識服務為基礎的科研活動成為一種趨勢。endprint

信息化時代，集成、高效和個性化知識服務平臺，越來越成為科研過程中不可或缺的組成部分[11]，基于網絡環(huán)境的、共建共享的、可擴展的知識網絡系統(tǒng)，提供超大規(guī)模的、分布式的、便于使用的、沒有時空限制的、可以實現跨庫無縫鏈接與智能檢索的知識服務，充分利用移動化、智能化、個性化等信息技術，使農業(yè)數字圖書館信息服務逐漸走向高端，不僅提供原始的數據、信息服務，更提供數據分析、信息統(tǒng)計、知識挖掘等深層次、高附加值的知識服務。

3.4數據驅動的農業(yè)科研

科學研究的三大基本方法是理論、實驗與計算。2007年圖靈獎獲得者、微軟高級工程師Jim Gary 提出了“科學第四范式”——“數據密集型科學”，它的核心是以數據為中心，通過數據采集傳輸、數據保存與管理、數據分析與展示等三個基本活動流程實現數據密集型的科學發(fā)現[12]。

現代農業(yè)科研是數據驅動的科研，實驗數據獲取、存儲、處理成為農業(yè)科研的主要形態(tài)，仿真和大規(guī)模的計算成為科學研究過程中分析、發(fā)現和預測的主要手段，數據處理能力越來越重要。特別是基因組學、蛋白質組學、生物信息學等新興學科，計算能力的強弱直接決定了該領域科研水平的高低，農業(yè)科學研究已經進入了數據驅動的時代。

3.5科技推廣一體化的農業(yè)科研

農業(yè)科學研究是為農業(yè)生產探索科學方法、解決科學問題和提供科技成果，農業(yè)科技推廣則是將科技成果傳遞給農技人員和農民，應用于生產。由于我國農業(yè)科研與農技推廣分屬兩個不同的體系，之間缺乏有效信息互通，農業(yè)科技成果的推廣機制、傳播渠道存在著的“兩層皮”問題亟待解決。

信息化時代，利用物聯網、云技術等現代信息技術，建立農業(yè)科研與推廣一體化的信心服務平臺，推進農業(yè)科研管理、資源整合和科技協作的信息化，實現農業(yè)科研與推廣之間的互聯互通，形成農業(yè)科研與農技推廣有機銜接的“上下游”系統(tǒng)，有效解決農業(yè)科研單純面向研究、脫離推廣應用實際需求，為“專家+技術員+農民”的新型農業(yè)科研推廣體系提供信息支撐。

4總結

當今世界，農業(yè)科技正孕育新的革命性突破，生物技術、信息技術等高新技術迅猛發(fā)展，帶動并加快了農業(yè)科技創(chuàng)新的進程。應高度重視和發(fā)揮農業(yè)科研信息化的功能與作用，加大農業(yè)科研信息化建設的資金投入與支持力度，推動農業(yè)科技創(chuàng)新。

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