依靠农业高新技术提高我国粮食安全水平

张延君　刘进宝

农业高新技术（Agricultural High and New Technology）是指高新技术在农业上的应用，它既属于农业技术的范畴也属于高新技术的范畴，是建立在现代科学理论和最新科技发展基础上的科学知识和技术成果。农业高新技术涉及到种植业、林业、畜牧业、渔业等不同领域，体现为6大技术群体：信息技术群、新材料技术群、新能源技术群、生物技术群、海洋技术群和空间技术群。在《国家农业综合开发项目和资金管理暂行办法》中，认为农业高新技术包括利用生物技术（基因技术、细胞技术）繁育的动植物良种；农业信息技术（包括各种专家系统、农业网络技术）；设施农业技术（包括温室技术、无土栽培技术、基质栽培技术）；节水栽培技术（包括滴灌、微灌和喷灌技术）；核技术（用干农业育种技术）；现代农业机械技术（带电脑程序控制）；农产品精加工、保鲜技术；精准（确）农业技术；能源、新材料技术；以生态农业为主的多色农业技术等。

农业高新技术对我国的粮食安全具有重要意义。一是农业高新技术的推广应用，能够形成新兴产业和新的经济增长点，成为农业发展的主要推动力；二是可以运用高新技术改造传统农业，使农业高新技术向传统农业迅速渗透和扩散，提高农业技术含量、技术水平和粮食生产力；三是利用农业高新技术，可以改变传统农业造成的资源浪费和生态破坏，促进粮食生产可持续发展战略的实施。

一、国外农业高新技术及其应用

世界农业高新技术产业主要是生物技术和信息技术对传统农业的改造。以美国为代表的经济发达国家，利用转基因技术培养作物及畜禽新品种；利用克隆技术进行动植物优良品种的快速繁育；以电子设备、卫星和互联网为手段，以专家系统为核心的精确农业等，己经极大地改变了世界农业的生产方式，促进了农业生产方式的根本转变。

(一)植物转基因育种及其产业化

生物技术在农业上的应用，主要是转基因动植物育种、克隆和生物制剂。十几年来，世界各国己经试种的转基因植物超过4500种，其中己经批准商业化种植的接近90种。如耐储藏的番茄，抗病虫的马铃薯，抗虫和抗除草剂的棉花、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产品等，都己经进入了市场。根据国际农业生物应用机构（ISAAA）统计，全世界的转基因产品主要是大豆和棉花，2003年有18个国家播种转基因作物，美国、阿根廷、加拿大、巴西、中国和南非等六个国家的转基因作物占到世界转基因农作物播种面积99%，其中美国播种面积4280万公顷，占到世界总量的63%左右。阿根廷位居第二，播种面积为1390万公顷，而且增长速度非常快。1996年全世界种植面积为170万公顷，2003年扩大到了6,770万公顷，比2002年增加了15%。2003年世界上约有700万农民播种转基因农作物，比2002年提高了100万。有人预测，在未来5年内，转基因产品的种植面积将会达到1亿公顷，发展到25个国家；到2005年全球与种子有关的基因工程的产值将达到80亿美元，到2015年将达到250亿美元。

(二)信息技术得到广泛应用

在信息技术对传统产业的改造中，农业首受其惠。农业是利用光热水土气等自然资源从事有生命物质生产的产业，因此具有分散性、区域性、时变性、经验性、稳定性和可控制程度低等行业弱势。而信息技术为克服农业弱势提供了有力的武器。信息技术在农业上的应用主要是农业专家系统（AES）、智能化、网络化、3S技术和精确农业。农业专家系统最早于1986年出现在美国（即著名的Grossym棉花专家系统），到1996年在荷兰召开的计算机农业应用国际会议上，就有了上百种农业专家系统软件。现在专家系统通过网络传送走到田间和饲养场正成为一种趋势。网络技术正在弥补农业的分散和闭塞的弱势，如在德国17万全业农户中，2001年有7.5万农户使用了计算机,有5.5万户农户使用互联网。以3S技术为基础的精确农业己经成为当今世界农业发展的新潮流，1998年美国精确农业服务商和种子公司的调查表明，在他们的用户中，82％的客户在土壤采样时使用农田信息系统（GIS），74％用GIS制图，38％收割机带测产器，61％采用产量分析，77％采用精确农业技术。

二、国内农业高新技术及其应用

从总体上讲，我国农业高新技术产业起步较晚，正处于传统农业向现代农业转变的重要阶段，以生物技术、信息技术为代表的现代高技术向粮食生产领域转移与应用，并且已经取得一定成就，有些技术的研究还处于国际先进水平，具体情况如下：

(一)生物技术和常规技术相结合，培育出大量优质、高产、多抗农作物新品种

我国正在研究的转基因生物有130多种，涉及的基因种类超过100种。特别是在转基因抗虫棉、转基因水稻、基因工程疫苗等领域的研究成果已居世界前列。自1997年至2003年9月，经过安全评价，农业部批准水稻、玉米、棉花、大豆、油菜、马铃薯等10多种转基因植物进入田间环境释放，批准转基因棉花、番茄、甜椒等植物和兽用微生物基因工程疫苗进入商业化生产。2002年，我国转基因作物种植面积突破210万公顷，成为继美国、加拿大、巴西、阿根廷之后的转基因作物种植大国。超级杂交水稻的研究工作更是处于世界领先水平，中国工程院院士、杂交水稻之父袁隆平为代表的“超级杂交稻”新品种2003年实现亩产823公斤的海南水稻单产历史最高纪录。

(二)信息技术开始进入农业领域

信息技术实际上己经渗透到农业高新技术产业的各个领域。我国已初步构建了适合我国国情的现代农业信息技术研究与示范体系，推进了我国农业信息化进程，加快了传统农业向现代农业的转变。如已经初步建立的多平台稻麦品质遥感数据解析方法和数学模型、稻麦品质光谱诊断数据库系统等。信息技术与农业技术有机集成，实现跨学科的技术协作，在农业信息软件开发工具和数据建模工具开发上取得了重要进展。农业信息网络的发展非常迅速，已建立起了一批农业数据库及其应用系统，为我国农业宏观管理、农业生产和农业科技单位开发利用农业信息技术提供保障。

(三)初步构建了现代节水农业技术创新与产业化体系

在“十五”期间，科研人员在生物节水、农艺节水、工程节水和新产品开发方面取得了创新性成果，为我国农业生产提高水资源利用率、发展节水型农业、推进社会经济与资源利用的协调发展和社会经济的可持续发展提供了技术支持。我国专家在生物集雨、农艺节水技术、工程节水技术和节水新产品开发方面，取得了多项重大成就，并且开始应用。已建成杨凌农业机械化新技术新机具试验示范园、太行山雨水集蓄利用等节水技术与新产品示范应用基地25个。

三、应用农业高新技术提高我国粮食安全水平

(一)作物分子育种研究与产业化

自二十世纪五十年代以来，主要农作物实行矮化育种和推广利用杂种优势带动农业生产出现了两次飞跃，使全球粮食生产稳步发展。但我国随着人口增长、城市化步伐加快，耕地面积减少和水资源短缺已成为不可避免的趋势，因此构筑粮食安全供给体系已成为我国和大多数发展中国家的优先课题。实践证明，良种是最重要的粮食生产要素之一，每次新品种的更换都使粮食产量提高10%以上。因此不断选育优质超高产农作物新品种已成为保障粮食安全、增强农产品市场竞争力的重要措施。

进入21世纪，我国农业科研部门要结合我国作物种质资源优势，系统研究集成分子育种技术与常规育种技术，挖掘、开发重要的基因资源，巩固、发展我国在转基因植物研究与产业化和分子标记辅助育种方面的成就，建立现代高效育种技术体系，培育并储备一批主要作物“超高产”新品种（组合）和新材料；推广一批突破性的高产优质专用新品种，实现产业化。实现水稻、小麦、玉米和大豆品种的新一次更新换代，全面提高我国粮食单产。

（二）耕地资源持续高效利用

我国耕地不仅数量少，而且质量差。我国人均耕地仅为世界人均数量的45%。近年，随着退耕还林还草和经济建设占地，耕地的数量在继续下降。从1996年到2002年，我国的耕地从19.51亿亩减少到18.89亿亩，6年减少了6200万亩，人均耕地也从1996年的1.59亩降到了2002年的1.48亩。由于耕地产出多、投入少，用养失衡，导致耕地地力明显下降。我国耕地土壤有机质含量偏低，全国耕地土壤有机质平均仅为1.8%，旱地土壤有机质平均仅为1.0%左右，与欧洲和北美等发达国家耕地的地力水平差距较大。

因此，应当针对制约资源高效利用的关键瓶颈，利用现代信息结束与传统耕作技术相结合，系统开展耕地质量保护关键技术研究，进行农田养分精准管理关键技术研究，使耕地资源得到高效的可持续利用。

（三）水资源的可持续利用

我国是一个水资源严重短缺的国家，水资源总量为28100亿m3，人均水资源占有量约为2200m3，仅为世界平均水平的1/4。预计到2030年，我国人口将达到高峰，约为16亿。按现有水资源量估计，人均水资源量将下降到1760m3，接近国际公认的严重缺水警戒线1700m3！此外，我国水资源时空分布极为不均，占国土面积65%、人口40%和耕地51%的北方地区水资源总量只占全国的1/5，许多地区的人均水资源占有量大大低于严重缺水警戒线。水资源短缺已成为我国国民经济和社会可持续发展的制约因素。

农业是用水大户，目前农业用水量约为4000亿m3，占全国总用水量的70%。同时，农业用水效率很低，我国渠灌区灌溉水利用率仅为40%-50%，井灌区也只有60%；旱作区降水利用率仅为56%，其中还有26%的水分消耗于田间的无效蒸发，产出低而不稳。农业用水效益指标远低于节水农业发达国家的水平，农业节水有着巨大的潜力。

因此，要在研究节水农业基础理论和应用技术的基础上，将农业水资源的利用效率、作物水分生产效率和水资源的再生利用率和农业生产效益紧密结合；将高新技术、新材料和新设备与传统农业节水技术相结合，加大农业节水技术和产品中的高科技含量，建立适合国情的节水农业技术体系，形成较为完善的节水农业技术和产品市场，加快传统粗放型农业向现代精准型农业的转变进程。

（四）数字农业技术的研究和应用

进入21世纪，生物技术、信息技术的突破及其在农业领域的广泛应用，将大大加速农业现代化进程，使传统农业发生革命性的变化。数字农业作为现代农业最前沿的发展领域，将有效促进现代信息技术与农业的融合，在数字水平上对我国农业的生产经营、流通管理、信息服务以及农业资源环境等整个领域进行设计改造，最终实现农业数字化。

信息化是加快我国实现工业化和现代化的战略选择，农业信息化是国民经济信息化的组成部分，是提高农业生产力和农业资源管理与利用水平最有效的途径。信息技术在我国农业领域的应用虽起步较晚，但需求日趋增长，发展速度很快。数字农业作为农业信息化的切入点和突破口，可以总揽信息技术在农业领域的集成应用，构建我国农业信息技术发展体系。数字农业将用数字化的技术重塑现代农业，从根本上改变农业传统落后的面貌，有力推动农业增长方式转变和农业生产与农村经济结构调整优化，加速农业现代化进程，全面提高农业国际竞争力，对促进农业持续高效发展意义重大。