工程科技2040 世界农业科技发展趋势及影响当前，世界科技革命的快速迭代不断促进农业科技创新日新月异，生物、信息、新材料和新能源等领域的颠覆性技术不断涌现，并与传统农业科技交叉融合，不断拓展农业的属性和功能，颠覆传统生产模式，催生现代农业多种新业态、新产业、新模式，对我国农业科技提出了前所未有的挑战。

　　为了抢占未来科技高地，世界主要发达国家在工程科技领域不断推出新的战略计划和措施。

　　2019年，美国国家科学院、国家工程院和国家医学院联合发布研究报告《到2030年推动粮食与农业研究的科学突破》，提出未来十年需要在系统认知分析、精准动态感知、数据科学、基因编辑、微生物组五大关键技术领域寻求农业领域的科技突破。2020年，美国通过了《无尽前沿法案》，提出资助十大关键技术，其中包括生物技术、基因组学和合成生物学。2020年，美国商务部发布了《关键与新兴技术国家战略》，列出了关键与新兴技术清单、战略目标与主要行动，其中包括农业技术、人工智能、生物技术。2015年，加拿大发布了新一轮科技战略报告，首次将农业确定为研究领先领域。2017年，澳大利亚发布了《澳大利亚农业科学十年计划(2017—2026)》。

　　2016年，欧盟发布的《欧盟农业研究与创新》提出了五大优先发展领域：资源管理、动植物健康、综合生态方法、乡村发展新机遇、农村人力和社会资本提升。2020年，法国遴选出国家应重点支持的十大新兴技术产业，其中包括三项与农业相关的领域。①精准农业与农机设备，主要依靠数字技术与新型农机设备来实现精细耕作，并采用新材料与新技术使整个农业生产体系向生态农业方向发展。相关技术包括卫星定位、物联网、人工智能、增强现实、机器人、无人机、自动驾驶汽车、地理信息系统、遥感。②有利于健康的可持续食品，通过生产环保、低能耗、适应有限生产条件、食品供应链可追溯、适应个性化饮食需求的食品，保障法国粮食生产系统的多样性与实现蛋白质自给自足。相关技术包括分子生物学技术、发酵技术等。③生物控制，以生物控制解决方案来保护作物与牲畜不受外来入侵物种的影响，从而替代不够环保的传统药物产品，相关技术包括生物刺激剂、生物控制、低生态影响植物检疫。2018年，英国发布《发展生物经济——改善民生及强化经济：至2030年国家生物经济战略》，提出了在2030年使英国成为全球领先的开发、制造、使用和出口生物科技及产品的国家的愿景。

　　2022年，日本发布了《农林水产研究创新战略2022》这是日本农业科技研究瞄准世界科技前沿出台的最新战略之一，重点聚焦农业机器人、人工智能等先进技术的研发和应用，试图建立以“智能农业”为总目标的现代化农业体系。韩国现行的农业科技发展主要围绕《第六届农业科技中长期研究与发展规划(2013—2022)》，根据产业链布局创新链，一是集中力量攻克国际前沿的核心技术和重点领域，重点关注种质资源、生物资源、农产品安全、环保农业等领域：二是推动农业科技创新能力的提升，进而在全球农业产业链条中占据中高端位置。

　　总体上，世界正处于第四次技术革命的浪潮之中，新一轮农业科技革命悄然兴起，未来农业工程科技发展将呈现出四大重要趋势，即基因化、绿色化、数智化和营养化。

　　国际上基因组学、基因编辑、合成生物学等生命科学前沿领域的原始创新不断突破，成为全球农业学科竞争力的热点标志。例如，在生物育种领域，以基因编辑技术为代表的新一代生物技术将颠覆农业动植物育种方式，打破传统育种的时空限制。随着基因组测序技术、转基因技术、克隆技术、基因编辑技术等分子生物学技术的出现，以及其在育种中的应用，动植物育种技术将不断取得重大突破。未来随着对生命认知的深入和新型生物技术的出现，颠覆性育种技术将不断涌现。当前美国已基本进入智能设计育种时代，其依托此前积累的大量育种数据，通过全流程大数据驱动开展作物表型模拟，并利用决策模型辅助育种科学家进行精准杂交组配。近年来已有多家国际种业公司以重组与并购等形式实现人工智能技术与生物技术的多元化融合，以整合育种研发链条，增强在国际种业领域的核心竞争力。目前我国多数动植物核心种源对外依存度较高、原创不足，当前亟须弥补关键技术融合、多元学科交叉及产业化等方面的不足，实现育种技术体系的智能化及工程化。

　　绿色发展已经成为全球人类发展观的深刻革命，将对技术创新以及产业发展、技术标准等形成强制性规则倒逼机制，还将成为新的经济增长点，引领全球提升绿色竞争力。在国际上抢占以动植物优质品种、绿色低碳环保、绿色制造、绿色农产品安全控制等为关键核心技术的科技制高点，成为提升国际农业技术竞争力的关键要素，也是农产品国际贸易竞争中的关键要素。例如，新一代生物技术和先进材料技术相结合将改变农业投入品的生产模式。以合成生物学、核糖核酸(ribonucleic acid,RNA)干扰技术为代表的新一代生物技术与以纳米、石墨烯为代表的先进材料技术相结合，将改变传统化肥、农药、兽药等农业投入品的制造。传统化肥、农药、兽药在保障农业高产的同时，也造成了严重的环境污染、动植物抗药性和健康遭到威胁等问题。发展颠覆性农业投入品，在确保农业高产、稳产的同时，还可以保障食品安全、公众健康和环境安全。未来，利用合成生物学制备微生物次生代谢产物、利用RNA干扰技术防治病毒病等技术，将开辟从基因水平进行病虫害防治技术研发和药物制备的生物学新途径：利用纳米新材料研发的高效农药传递系统、家畜疫苗递送系统、疫苗纳米佐剂和基于智能生物材料的农药控释技术等，将实现靶向施药，提高动植物免疫效果。此外，作物耐旱增强粒子、基于石墨烯的新型抗病植保材料(可以通过过滤病原体来节约用水并保护植物)、人造病毒作为预防性或者治疗性疫苗、作物微生物组学技术等也是农业生物药物与生物肥料领域重大颠覆性技术的研究方向，将形成智能化、可持续的农业投入品生产模式，在保证粮食安全和环境安全的同时，实现可持续发展。

　　诸多国家在数字经济时代展开了新一轮最广泛、最深刻、最激烈的技术竞争，形成了齐头并进的态势。全球农业进入了数字经济背景下的高层次现代化发展阶段，以互联网、物联网、传感器等为基础的智能农业、智慧农业、无人农业等农业新业态不断涌现，不断变革着农业生产方式。例如，新一代信息技术驱动下的颠覆性智慧农业技术将变革传统的农业种养方式。以大数据、云计算、互联网、传感器、物联网和人工智能等新一代信息技术为驱动力的智慧农业，将推动农业种植业和养殖业向集约化、精准化、绿色化、数字化、智能化方向迈进。在种植业方面，绿色、高效的智能农机装备和机器人在播种、除草、收获等环节的应用，将改变传统的人力、畜力劳作方式，使其转变为自动化、智能化的机械化生产方式，农民或专业技术人员只需远程监测或控制即可高效开展田间作业。智能化的施肥、灌溉、施药等系统将变革原有依靠高投入、人工和经验的粗放型农业种植业的田间管理模式，实现精准化、差异化、集约化有效管理，根据不同地块、不同时期对作物的水肥需求及病虫害入侵情况等进行科学决策，提高资源利用效率和管理效率。在养殖业方面，智能跟踪系统、环控系统、饲喂系统、挤奶系统、粪便等废弃物清理系统及水产养殖监控系统等的开发和应用，可以精准、实时、远程掌握动物的活动轨迹、生长发育状况、健康状况及养殖环境状况，并进行自动控制和处理，这极大地解放了人力，提高了绿色清洁生产能力。智能技术驱动下的农业科技变革对农业发展产生了系统性颠覆影响，农业动植物生理传感器、动植物生长优化模型、装备管理与优化以及智能机器人等将是智慧农业技术未来的研究热点。前沿技术的不断突破将持续对依赖人力和经验的传统农业种养方式产生变革性影响。机器学习、区块链、物联网等信息技术在智慧农场、智能温室等具体农业生产场景下集成应用，管理者能够进行精准的农业信息感知、科学量化决策、农业机械设备智能控制及生产投入精准控制。

　　全球生命价值观正在发生深刻变革，农业不仅可以为人类提供富含营养的食物，同时也可以为人类的健康做出贡献。因此国际上形成了休闲农业、营养农业、医疗农业等农业发展新趋势。经济和技术的快速发展，使得营养健康的饮食理念逐渐深入人心。2040年，在农业生物安全领域，信息技术和人工智能将驱动动物疫病监测预警和控制决策的数字化、精准化和智能化，通过国际政府间组织促进跨地区、跨部门、跨学科的广泛交流与合作，践行“同一健康”(One Health)理念，科学制定有针对性的人畜共患疾病控制计划，提高国内和国际应急响应能力，以此控制疾病暴发。在食品营养与健康领域，从近年的经费支持情况来看，美国在食品科学领域的基础研究重点聚焦于食品营养与人类健康，同时也非常重视食品安全与新型农产品的开发及环境可持续发展，美国很多企业已经将目标锁定在功能营养产品上，如纳米食品和分子食品的开发和推广，与此相关的新兴技术得到快速发展：日本的食品工业非常发达，十分重视科学领域的基础研究工作，资助的研究项目覆盖范围非常广，也侧重于食品营养与健康等方面的基础研究。

　　本文摘编自《中国工程科技2040发展战略·农业领域报告》，编委会主任为中国工程院院士康绍忠，标题和内容有调整。

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　　《中国工程科技2040发展战略·农业领域报告》在系统分析全球农业发展面临的挑战与工程科技发展趋势的基础上，紧密结合农业农村现代化、乡村振兴、农业强国建设等战略与需求，提出面向2040年中国农业领域工程科技的发展思路、战略目标与总体架构，各子领域的重点任务、重大工程与重大工程科技项目，以及工程科技需求牵引的基础研究方向建议。

　　本书涉及粮食安全、畜牧工程、水产工程、动物疫病、园艺工程、林草业与生态、农业工程、农产品贮藏与加工、农业资源环境、农村现代化等多个子领域，系统性、综合性、前瞻性强，可为相关政府部门系统谋划和前瞻部署提供参考，为科研工作者把握学科前沿动态、明确研究方向提供指引，为科技企业洞察行业发展趋势、优化企业技术创新布局提供助力，同时智库研究人员、社会公众也可通过本书了解农业领域工程科技发展状况和未来图景。

　　康绍忠，1962年11月16日出生于湖南桃源，农业水土工程专家，中国工程院院士，中国农业大学教授、博士生导师、中国生态学学会创始会士，中国农业大学农业水资源高效利用全国重点实验室主任。