福建省农艺学学科发展研究

2010-09-02福建省农学会

海峡科学 2010年1期

福建省农学会

福建省农艺学学科发展研究

福建省农学会*

农艺学是一门传统的重点学科，该学科的发展对农业的发展、“三农”问题的解决和新农村建设都至关重要。本研究在总结概括当前国内外农艺学学科发展的现状的基础上，分析了福建省农艺学学科的发展与国内外该学科研究水平的差距；同时展望了福建省农艺学学科发展的趋势；最后针对福建省农艺学学科的发展差距和发展的趋势，提出了促进福建省农艺学学科发展的思路和建议。

福建省农艺学学科发展研究

农艺学是研究农作物生产技术与原理的一门学科。它的主要研究领域包括：作物栽培技术、作物种质资源、作物遗传育种、农业资源学以及作物生态学等。农艺学是一门传统的重点学科，它的目标是实现农作物生产的高产、优质、高效、生态、安全，其研究水平的高低，对我国解决“三农”问题和新农村建设都是至关重要。

1 国内外农艺学学科发展概况

从作物栽培技术、作物种质资源、作物遗传育种、作物生态学以及农业资源等5个领域入手收集国内外文献，分析各领域近几年的研究进展。

1.1 作物栽培技术的发展现状

1.1.1以产量潜力为突破口的超高产技术发展成为热点

作物产量突破的可持续高产、超高产成为农艺学的研究重点。中国是世界上最大的稻米生产与消费大国；同时中国现有人口13.28亿(不含港澳台地区)，比美国多10亿，每年出生人口1600万，是全球人口最多的国家。根据国家人口计划生育委员会的人口发展预测，到本世纪30年代，即2033年前后，中国总人口的总量高峰将保持在15亿左右。因此，作物产量的突破将关系未来中国人口的吃饭问题，也将是我国农艺学研究的一个重要内容。近年来，我国以主攻单产兼顾优质、高效、质量安全的作物栽培技术创新和集成应用取得显著成效，并继续向纵深发展。近年来，国外在水稻、玉米、大豆和小麦的高产研究方面也取得较大的进展。例如美国北达科他州立大学农业实验室研制出了一种叫“RG7008RR”的抗除草剂转基因大豆品种，这个新品种比以前的“RG6008RR”品种每英亩产量要高1.8蒲士耳。

1.1.2以品质、产量协同提高为重点的优质高产技术向纵深发展

作物产量与品质同步提高成为各国作物产业化发展的共同战略。以玉米为例，从1999年至2009年10年期间，国家玉米改良中心以玉米种质创新研究为核心，向应用研究和基础研究延伸，创新了9个具有国际领先水平的高油玉米群体等一批育种新材料。国家玉米改良中心培育了43个省级以上审定的玉米新品种，其中国家审定品种12个，申请新品种保护17项。10年来共获得省部级以上奖励9项，其中国家级奖励3项，省部级一等奖3项。

1.1.3以现代技术应用为特色的精准定量技术发展加速

作物栽培定量化、精确化、数字化技术已成为作物生产和作物栽培科技发展的新方向。发达国家作物生产实行定量化设计、精确化与数字化栽培管理。近年来，我国开展了精确定量栽培、数字化农作技术和作物生产信息化服务技术的研发，在作物生产管理中正在发挥重要作用。现代信息技术在作物生产中应用越来越广泛，近年来构建了一批服务于主要农作物生产的数据库及其管理系统，建立了主要作物生产信息化平台及服务体系，创新集成了数字化农作技术，目前正向作物栽培技术标准化、智能化、数字化和实用化方向发展。在国外，当前北欧的整地技术和整地设备目前居世界领先地位。其中最具代表性的当属瑞典。瑞典年主伐面积为22万公顷，其中80%左右要进行整地。瑞典采运作业研究所和瑞典林学院经调查研究后结果表明，根据瑞典和芬兰的条件，剩余物多的迹地浅层整地使用锥形滚齿耙和鹤嘴锄式松土整地机效果最好。

1.1.4以资源节约为重点的简化高效技术有了新发展

以资源节约为重点的简化高效栽培技术创新与应用成为现代农业发展的主要方向。我国近年来在节约资源的基础上，开展大量的简化高效栽培技术研究，特别是主要农作物的节水、省肥、简化、高产的栽培技术取得了新的进展，一直在生产上发挥重要作用。以节水农业为例，当前国内主要的研究集中在以下三个方面：一是农学范畴的节水，如调整农业结构、作物结构，改进作物布局，改善耕作制度（调整熟制、发展间套作等），改进耕作技术（整地、覆盖等），培育耐旱品种等；二是农业管理范畴的节水，包括管理措施、管理体制与机构，水价与水费政策，配水的控制与调节，节水措施的推广应用等；三是灌溉范畴的节水，包括灌溉工程的节水措施和节水灌溉技术，如喷灌、滴灌等。当前国外在资源节约方面也有新的发展，以以色列的节水农业为例，滴灌技术是以色列最著名的节水灌溉技术，目前已经开发到第六代。该系统根据作物各类和土壤类型设置的滴灌控制系统，使田间用水效率显著提高，达到每立方米增产2.32公斤。

1.1.5以作物生理高效机制为突破口的栽培理论与技术发展不断深入

作物生理学与环境生态学研究相结合，在作物栽培中发挥了重要作用。以作物光合碳代谢为中心的光合性能、源库生理和产量构成研究为作物高产栽培奠定了理论基础；作物营养生理研究促进作物施肥技术进步；环境生理生态研究促进了作物抗逆高产栽培的技术创新。

1.2 作物遗传育种的现状

1.2.1生物技术为特征的现代育种发展迅速

依据生物遗传变异的原理，育种方法从杂交育种、诱变育种到多倍体育种、单倍体育种，再到细胞工程、基因工程、分子标记育种，生物育种技术在我国发展迅速，与发达国家在生物育种新技术方面的差距正在减小。生物技术育种正成为提高作物产量和改善品质的主要途径。我国在重要基因克隆和功能鉴定领域取得巨大进展，在不到10年时间内，我国科技人员获得了拥有自主知识产权的新基因上百个，获得了一批具有潜在应用价值的新基因，水稻基因组及重要功能基因克隆研究居世界先进水平，这些重要基因的获得为利用转基因技术培育作物新品种奠定了坚实的基础。在转基因作物品种培育方面，我国也取得了可喜成绩。中国是继美国之后第二个拥有自主知识产权抗虫棉的国家，目前已培育出转基因棉花新品种55个（国审），至2007年，国产转基因棉花新品种已累计推广1.9亿亩。转基因植酸酶玉米和抗虫水稻的研发处于世界领先水平，抗虫玉米、抗病毒小麦等也已取得良好进展。美国圣路易斯华盛顿大学、亚利桑那大学等机构的150名研究人员历时4年多，完成了玉米全基因组测序工作，有望培育新品种。他们以代号为Ｂ73的玉米品种为研究对象进行测序。结果显示，玉米共有10对染色体，约3.2万个基因，23亿个碱基，是目前已测序的植物中基因数量最多的品种。

1.2.2以关键性状改良为主的新品种不断涌现

优良品种的选育正逐步由表现型选择向基因型选择、由形态特征选择向生理特性选择转变，优质、高产、抗逆的有机结合已成为优良品种培育的发展目标和方向；品种改良取得大批具有显著应用效益的成果，推动了农业科技的进步。植物遗传转化是转基因生物产业化链条中极为关键的一个环节。目前，我国已经建立了水稻、玉米、棉花等作物的转化技术平台,其中水稻和棉花的转化技术平台初步达到了规模化。以水稻为例，我国在超级稻研究领域始终居于世界领先水平，在育种理论探索、种质材料创制以及新品种选育和应用等方面都有新突破。1999年，美国《科学》杂志专文介绍袁隆平的超级杂交稻选育理论。到2004年为止，我国已先后选育14个超级稻新品种(组合)。这些新品种通过了省级或国家级农作物品种审定，在百亩示范片验收平均产量超过10500 kg/hm2，有些新品种百亩片产量达到12000 kg/hm2；如四川农业大学选育的D优527和江苏省农业科学院选育的两优E32已通过越南的品种审定，D优527出口种子320万公斤，创汇400万美元；2005年由中国水稻研究所育成的超级稻“国稻6号”的品种经营权以1000万元的价格成交。湖南杂交水稻研究中心与湖南西城集团联合建立了博士后工作站及杂交水稻基因工程研究中心，专门从事超级稻基因组功能分析。

1.2.3以方法体系创建为核心的育种技术得到发展

近年来，通过生命科学及相关学科的渗透、交融和集成，作物遗传育种理论和方法不断拓展，在实现品种矮秆化和杂交化二次重大技术突破的基础上，细胞工程、分子标记、转基因以及分子设计等现代育种技术迅速发展。我国学者建立了甘薯、马铃薯、柑橘等植物的体细胞杂交技术体系，获得了大批中间体细胞杂交植株。我国学者率先培育出的高油单倍体诱导系，已经大规模应用于玉米育种中，大大加快了育种的进程。

1.3 作物种质资源研究

1.3.1植物种质资源共享平台建设初见规模

自2003年国家科技基础条件平台建设启动以来，我国植物种质资源平台项目建设成绩斐然。在各有关部门和单位的积极支持、在财政部的大力支持和科技部的正确领导下，在农业部、教育部、国家林业局、国家中医药管理局、中国科学院等有关部门的大力支持及全国有关科研单位、高等院校及生产部门的大力协助下，中国农业科学院作物科学研究所联合全国271个单位的1893名科研人员开展了农作物、多年生和无性繁殖作物、热带作物、林木、药用植物、重要野生植物、牧草等植物种质资源的标准化整理、整合和共享，取得了重大进展和显著成效。目前，研究制定了1570种植物种质描述规范、数据标准和数据质量控制规范；完成了35. 6万份植物种质资源的标准化整理、编目和数字化表达；向e平台提交了22. 3万份植物种质的共性描述数据，并通过8平台和植物种质资源信息共享网络系统，实现了30. 5万份种质资源的信息共享；繁殖更新了13. 2万份资源；补充完善了10. 3万份资源所缺乏的标志性信息数据；完成了7. 2万份濒危、珍稀种质资源的抢救性收集、整理和保护；实现了30. 5万份种质资源的实物共享。国外对种质资源的保护和研究也取得较大的成果，以美国为例，美国原是一个作物资源贫乏的国家,近一个多世纪以来,由于大力加强种质资源的收集、考察、研究和贮存，已为美国的作物改良和农业发展提供了雄厚的基础，作出了巨大的贡献。近年来，美国政府更加重视这项工作，建立了健全的组织领导和比较完善的工作体系。

1.3.2作物种质资源保存检测技术日趋成熟，安全保存得以实现

经过近20多年的不断完善和发展，我国已基本建立起长期库、中期库、种质圃、原生环境保护点等相配套的作物种质资源保护体系，研究制定了一整套种子入库操作技术和贮藏标准，并入库保存了39.2万份作物种质资源，长期贮藏数量居世界首位，其成果获国家科技进步一等奖。主要作物野生种质资源原生境保护取得了重要进展。系统研究了原生境保护技术规范。在此规范指导下，建立了野生稻、小麦野生缘植物、野生大豆、野生蔬菜、野生苹果等86个原生境保护点。另外制定了鼓励农民参与的作物种质资源策略，在开发利用中实现可持续保护的意识和观念逐渐被接受，农民参与式保护取得一定的成效。

1.3.3作物种质资源鉴定初步实现由表现型向基因型的跨越

遗传多样性评价与核心种质建立取得重大进展。综合利用形态学、蛋白质、DNA标记等分析方法，重点开展了不同年代育成品种的遗传多样性变化、地方品种的遗传构成、多样性的地理分化等方面的研究，建立了水稻、小麦、玉米、大豆、食用豆、棉花等核心种质和应用核心种质，以5%～10%的样品代表了80%～90%的全部种质的遗传多样性，极大地方便了研究和利用。表现型鉴定呈现精准化。对主要农作物种质资源开展了多年多点的精准鉴定，并依据各类作物种质资源描述标准、数据标准和数据控制规范，鉴定性状采集和处理数据，实现了作物种质资源鉴定评价的规范化、科学化，提高了鉴定数据和信息高效共享。同时利用现代分子生物学技术，在表现型的鉴定基础上，开展了大规模的基因型鉴定，明确了控制不同性状的基因及其遗传规律，初步实现了种质资源鉴定由表现型向基因型的跨越，鉴定数据和信息更加准确，利用更加方便和有效。新基因发掘初步走向高质量和规模化。

1.3.4种质创新更加注重引入外源基因，创新种质得到有效利用

优异种是育种的直接亲本来源，创新质量好、数量组的种质，将极大地促进作物育种的快速发展。当前种质创新技术也从传统的利用基因自然突变、种内杂交、远缘杂交、组织培养、无性系变异、人工诱变等手段，扩展到了借助分子标记辅助改良、通过基因工程直接转移外源基因、3个以上优异基因聚合等。一次创新的变异类型，培育新种质。为了拓宽育种遗传基础，通过远缘杂交等手段，将外源物种的期望基因转入栽培种，并在方法和材料创新方面取得显著进展。围绕高产、优质、抗病、抗率、高效利用水肥等育种目标，创造出一批育种新材料和遗传材料，例如，将普通野生稻的yld1.1和yld2.1两个高产基因位点转入栽培稻，创造出超级稻骨干亲本“Q611”（恢复系），并开始提供育种家利用；通过普通小麦与冰草杂交，已创造出包含冰草多花多粒、抗旱、抗白粉病和条锈病等基因的普通小麦——冰草异源易位系30余个，育种家利用后，已培育出普通小麦新品种2个；利用辐射诱变技术，创造出大铃、纤维品质优异的棉花新材料，培育出大铃优质杂交棉“中棉所48”，这些新品种目前正在生产上推广运用，产生了很大的社会经济效益。

1.4 作物生态学

作物生态学主要研究作物与环境的相互关系及其作用机制，从分子、细胞、组织、器官、个体到种群、群落甚至生态系统等都可以开展有关的研究，但其核心是探讨作物生长发育及产量形成对环境因素的响应机制与调控途径。随着现代生态学、生理学、信息学理论与方法的不断创新与拓展，作物生态学的理论和技术正在得到不断的充实和提高，并在农业生产管理与环境资源利用方面发挥着日益重要的作用。当前加拿大、美国在生态学领域的研究近几十年来一直走在世界的前列。凭借先进的设备支持，以及充足的研究经费投入，美国的科研机构在生态学的各个层面上进行了广泛、深入的研究，同时获得了丰硕的成果。作为科研力量主力军的美国国内众多的高等学校在生态学的研究中发挥着重要的作用。

1.4.1生态适应性的研究

从作物生长发育及产量、品质形成与环境要素关系出发进行的作物生态适应性研究，为推动我国作物品质生态区划、优势农作物产业带建设等奠定良好的理论基础和科技支撑。近年来，随着GIS等技术在作物生态学的应用，作物生态适应的评价和布局变得更为直观和准确，我国开展了大量的区域作物生产潜力和品质气候生态领域的研究，取得的相关研究成果对指导国家及各地农业生产结构调整、区域农作物生产优化布局及优势产业带建设等起到积极作用，对实现作物高产、优质、高效、生态、安全作出重要贡献。作物生产潜力研究方面，已经从最初的作物的光合潜力研究，逐步在充分考虑光照、温度、水分等综合因素考虑作物的生产潜力，并开始将农业气候生产潜力数值模拟与资源量化评价结合，模拟一定气候因子背景下农业生产所能达到的最高产量；利用计算机技术建立农业气候资源数据库，实现对农业气候资源信息的有效管理，并分析和评估光、热、水等农业气候资源配置对作物生长发育、产量形成的影响，为农业气候资源的有效利用提供了基础。近年来，以大气CO2浓度升高为主题的全球气候变化问题成为热点领域，围绕作物对全球变化中的生理生态响应，植物适应和进化的机理以及对有限资源的合理利用等问题，已经开展了人工模拟CO2增加的大气环境中对作物生理、生长的变化进行研究，或在实验室或野外进行控制条件的实验或观测，研究种群生长与竞争、群落结构与生产力及生态系统功能等；另一方面，将全球气候变化模型GCMs与作物模拟模型结合起来，对农作物生产进行敏感性分析，包括温度升高和CO2浓度升高对作物光合作用、蒸腾作用、气孔导度、水分利用效率的生态生理变化影响，以及作物生育期、熟制及复种指数变化等。此外，针对作物之间的化感作用研究已经步入了理论与应用相结合的全面发展阶段，在化感作用的遗传、化感物质分离与鉴定、作用方式及其机制等方面研究不断深入，并取得了重要研究进展，尤其在运用现代系统生物学技术研究非生物因子的化感作用方面不断深入。

1.4.2复合群体利用研究

近年来，复合群体在提高资源利用效率的优势在国内外已得到广泛证实，并被作为解决粮食安全、实现作物产品多样化、推动农业可持续发展以及解决农村剩余劳动力的重要手段而大面积推广应用。作物复合群体生态作为我国特色和优势研究领域，针对复合群体的光能利用、作物竞争与产量的关系及生产潜力的系统研究、多熟种植模式的田间小气候的特征、调控技术的研究及群体结构优化研究等方面都取得了许多重要的成果，并在指导多熟制生产实践方面发挥了重要作用。在充分利用不同作物生态位差异与互补原理，发挥作物复合群体的时间、空间资源集约高效利用特点，建立高产高效多熟种植模式原理及技术方面取得突出进展。

在应用基础研究上，系统深入地研究了主要作物间套作复合群体结构中田间光能分布与利用，复合群体农田微气象因子动态变化规律，土壤水分、养分、生物活性的动态变化，土壤培肥与养分平衡，复合群体作物间的养分、水分竞争及互利关系及对产量、品质的影响机理；基于多样性种植系统中作物种间相互作用对根际养分、土壤养分、作物养分吸收的影响，揭示多样性种植系统中养分资源吸收利用与病虫害控制间的内在关系和相互作用等；研究提出了不间断复合伞形结构、复合群休共生作物主辅换位、复合群体的时空协调统一等多熟种植复合群体的理想动态结构的构建规则等。

在技术应用上，基于农田多熟制复合群体构建规则与关键调控技术，提出多熟群体的品种搭配优化，种植带型、间距、行比、密度优化，以及配套栽培管理技术等，在大幅度提高农田产生力的同时，促进资源利用效率提高。近年来，国内外对农田作物及品种混合种植的病虫害防治、水分养分高效利用等开展了较为深入的研究。如通过不同抗性水稻品种多样性种植系统中养分吸收利用的基本规律及其与稻瘟病控制、水稻产量优势形成的相互作用研究，从分子水平L探索农作物多样性机理及其应用已经取得进展；通过研究大麦／蚕豆、油菜／蚕豆、玉米／魔芋、玉米／辣椒等多样性种植系统中作物种间相互作用，及其对根际养分、土壤养分、作物养分吸收的影响效果，揭示了多样性种植系统中养分资源吸收利用特征与提高资源利用效率的途径。当前，加拿大对森林生态系统的研究处于比较领先的地位，特别是试验区森林分类经营,加大天然林资源保护和退耕还林工程力度,发展优质高效的速生丰产用材林方面。

1.4.3作物信息生态的研究

作物信息生态是随着计算机及信息科学技术高速发展背景下开展的，目前已经是作物生态学研究和应用中最为活跃的一个领域。作物信息生态在实际应用中主要采用作物生态系统信息采集、信息处理技术、信息管理和利用技术等；作物生产系统模拟技术是指采用系统分析方法和计算机模拟技术对具有不同时空尺度的作物生产系统内部各成分的状态、相互关系及随时间的变化过程进行定量表达和动态模拟，包括从宏观的作物分布、种植制度、土壤与气候分布到微观的作物光合作用、干物质与养分积累和分配、产量与品质形成过程的定量描述与模拟。20世纪80年代以来，我国学者引进国外先进的建模思想和一些模型（如CERES)，在水稻、小麦、玉米、棉花等主要作物的模拟模型及个别生理过程模拟研究方面取得了一定成绩，已经研制出了一些具有自主版权的大型实用模型。

近年来，在作物生长模拟模型基础上开发作物知识模型，以及利用模拟模型与知识模型的集成应用方面已经取得突出进展。作物知识模型作为描述作物与环境之间定量关系的动态量化模型技术，受到国内外农业信息技术研究的普遍重视。一方面，知识模型的开发为机理性的模拟模型与实用系统接轨架设了桥梁，弥补了模拟模型在实际应用上的局限性；另一方面，知识模型的解释性和通用性强，尤其在农业决策支持系统、专家系统的应用上，克服了单纯利用知识规则推理的功能单一性。作物管理知识模型系统的构建与应用，将作物生长模拟研究中的系统分析原理和动态建模方法应用于作物生产管理知识体系的定量化分析和数字化表达，有效解决了传统作物管理专家系统和作物栽培模式经验性强、适应性窄、定量化弱等难题，实现了作物栽培管理知识表达的模型化和数字化，以及作物栽培管理决策的精确化和科学化。近年来，在作物管理知识模型系统的设计与开发框架、作物管理知识模型的定量化算法、基于知识模型的作物管理决策支持系统及精确农作管理决策系统等方面，取得了较为突出的创新性进展，开发的小麦、水稻、棉花等主要农作物的智能化作物生产信息管理系统，已经有效服务于生产决策管理，推动了我国作物栽培学科理论和技术的创新。

1.4.4作物生态养分的研究

协调作物与土壤环境间的关系，提高资源的利用效率，保证粮食安全，改善环境质量，推动农业的可持续发展是作物养分生态研究的重要任务。近年来，我国科学家先后在农田养分利用及其高效利用上作了大量的工作，通过对华北平原与太湖地区作物—土壤系统的氮素利用，揭示了施氮量增加，当季氮吸收率下降以及损失增加的规律，阐述了不同形态的氮损失与栽培条件的关系；围绕“产量效应与环境效应相协调”的要求，提出了“区域宏观控制与田块微调相结合”的施氮量推荐原则，建立了以根层氮素调控为理论基础，土壤硝态氮测试手段的氮素实时监控技术及相应的控制指标，运用模型计算与GIS系统，建立了基于县域的氮素管理系统。

随着人们对作物养分生态研究的深入，提出了最佳养分管理技术。最佳养分管理是基于作物养分需求，发达国家为了解决高产与环境保护的矛盾，在长期生产时间中探索出来的一套集成技术。最佳养分管理强调充分发挥作物品种的生物学潜力，通过综合利用土壤、植物和环境养分，最大限度地提高各种养分自用的利用效率。我国先后实施了配方施肥等项目，有效地提高了作物养分利用效率。目前最佳养分管理技术已经得到相应管理部门的重视，并给予了支持，推动了相关技术的研发和推广，对于我国养分资源的高效利用起到了积极的推动作用。提高作物水分生态适应性和水分利用效率一直是作物生态学研究的重点领域，随着水分短缺问题日趋突出，如何用好有限的水资源，充分合理利用降雨、土壤水以及地下水已成为农业领域的重大问题之一。

1.4.5分子生物技术在生态学上的应用研究

随着分子生物学技术的普遍应用，从分子水平研究作物与环境的关系及其作用规律是近年来作物生态学研究的热点领域之一。一方面，探索作物相关基因的遗传分子生态特性，即作物基因功能通过特定环境条件及其作用模式完成的分子信息传递机制，相关基因在不同发育阶段或特定基因在不同环境条件下的分子行为等；另一方面，在分子水平上解释作物生长发育过程中环境因素的变化规律、成因、机制及其生态效果，并由此影响作物生长发育的相应变化及其分子响应机理与调控技术。随着基于基因组学和蛋白组学的研究成果不断涌现，对作物表观遗传学与环境之间的关系研究逐步取得突破，对作物分子适应与分子进化的理解不断深入。从分子水平上解析作物形态建成及生长发育的机制，对明确作物生理生态作用机理及进行分子水平调控，提高作物产量、品质及抗逆能力有重大意义和发展前景。如探讨作物光周期现象、春化现象的分子机理已经取得显著进展，通过研究作物生理生态过程的信号传递、功能基因定位等，能够深入解释其作用机理和调控途径。

针对作物对逆境响应的分子机理研究也是近年来广泛重视的研究领域，对作物温度胁迫、水分胁迫、盐分胁迫、营养胁迫的响应基因及其蛋白质识别，与作物抗性有关的调控元件和因子分析，对各类胁迫信号的传导途径及从因定位等，对提高作物分子调控水平和挖掘作物抗逆能力有重大意义。近几年，研究气候变化对作物生产的影响受到广泛重视，对温室效应产生的成因及其对作物生长发育影响的分子生态效应进行了大量研究，对紫外线辐射增强和CU:浓度提高的环境分子生态学过程与机理，以及作物对其响应的遗传分子生态学特性与调控对策等，国内外已经有大量研究成果。

1.5 农业资源研究

近年来，农业资源学在资源时空分布与配置、资源利用等方面的基础理论和关键技术取得较大的突破，我国耕地资源、水资源、农业气象资源、社会资源的开发和利用均达到较高水平，农业废弃物资源的循环利用得到了快速的发展，为现代农业的快速发展奠定了十分坚实的基础。当前国际上对农业资源的保护研究发展迅速，许多国家都实行工厂化生产农产品。例如LED在植物设施栽培上的运用，农业气象的预测和农业自然灾害的预防方面都具有较高的水平。

1.5.1土地资源的开发与利用研究

在农业土壤资源开发与利用方面，完成了覆盖我国各主要农区的耕地质量评价指标体系，建立了适合我国不同地区农业特点的耕地质量培育模式和技术体系；不同类型区后备耕地开发适应性评价已取得初步的进展；采取深耕和适度免耕等技术以及应用土壤改良剂快速熟化后备耕地已受到广泛的关注；初步明确了我国土壤污染现状及成因，提出了土壤污染优先控制区及控制对象；开展了土壤污染综合防治体系和土壤环境保护标准体系的建设。现代科学技术的使用促进了农业土壤学的应用更加模式化、数字化、智能化、标准化和网络化，有力地推动了农业土壤学的发展进程。当前国外对土地的研究水平比较先进，例如澳大利亚学者开展的土壤碳—氮—水—生物的农学效应和环境效应平衡研究，就为当前土壤管理提供新的研究思路。

1.5.2水资源领域研究

在农业水资源领域，近年来多尺度理论、动力学理论和系统工程理论已在水资源高效利用与作物节水等研究方面得到广泛的应用，与现代信息、生物和材料工程学的交叉融合也日益广泛。农田—区域—流域多尺度降水转化过程机制模拟与调控技术得到较快的发展，降水资源利用技术已从过去的经验性总结向高技术应用和工业化技术产品生产迈进。与集蓄雨水高效利用相配套的免耕技术及机械化机具的应用，在一定程度上解决了半干旱地区作物播种出苗和抗旱补灌问题。作物WUE基因工程概论研究开始受到广泛重视，通过基因工程改良培育高WUE型和抗旱节水型作物新品种，已成为农业水资源学研究的一个新亮点。作物高效用水生理调控与非充分灌溉理论研究不断深入，相应的调控制剂研发日新月异，原材料开始由传统的化工原料转向绿色环保的天然生物材料，功能由单一向多功效转变。灌溉新理论、新技术和产品的研发速度明显加快，低成本、高效的微灌、喷灌及移动式抗旱灌溉机具逐步走向市场并实现大面积应用，产品日趋标准化、系统化。高新技术在农业水资源现代化管理中的应用日益广泛，3S技术的应用提升了农业水资源管理的现代化水平，数字渠道、数字灌溉区的发展大大促进了精准灌溉和农业水资源高效调度。农业水资源管理系统更加重视工程措施、农艺生物措施与管理措施的有机结合，并向标准化、规范化、模式化、定量化和智能化方向迈进。

1.5.3气候方面的研究

在农业气候资源利用与减灾方面，通过特定区域从定性或半定量方面进行农业气候资源的时间与空间特征分析，为研究相应区域农业气候资源的充分利用和评价分析提供了有效依据。在区域农业气候资源数据分析的基础上，探索特定区域内农作物的适宜种植程度和作物本身即作物之间的组合、熟制以及复种指数等，已受到研究者的广泛重视。同时根据区域农业气候条件以及作物的气候生态适宜性来确定区域的种植制度和作物区划，从时间上充分利用农业气候资源，也是近年研究的热点。根据“最适因子律”和“最低因子限制率”，通过定量分析，分别从光能生产潜力、光温生产潜力、光温水生产潜力和农业自然生产潜力等不同层次，研究、模拟一定气候因子背景下农业生产所能实现的最高产量，是近年受到研究者关注的重要方向；利用数学方法在多年平均气候资料的基础上，通过建立量化的指数或数学模型来综合评价与分析区域农业气候企业，在近几年农业气候资源量化评价与分析研究方面开始得到广泛应用。利用计算机技术建立农业气候资源数据库，对农业气候资源信息进行有效管理，分析和评估光、热、水等农业气候资源配置对作物生长发育、产量形成的影响，为农业气候资源的有效利用提供了基础。应用GIS定量采集、管理、分析具有空间特性的气候资源，如数字高程度模型、GIS农业气候资源数据、空间分析模型、农业气候资源分析计算、气候分区与定量分析及评价等，以及利用GIS技术快速方便地进行农业气候资源小网格推算模式研究，也逐步受到重视。

1.5.4农业社会资源的研究

在农业社会资源方面。目前我国化肥资源的利用现状是：(1)总量不足，品种结构不合理；(2)平衡施肥水平低，肥料效益低；(3)新型肥料研发进展缓慢，科技水平不高；(4)配方施肥等基础工作薄弱，施肥盲目性大；(5)植物营养与肥料科学知识普及不足，将有机肥与化肥对立起来，把氨态氮、硝态氮与酰胺氮对立起来，导致土壤板结和土地生产力下降。在生物农业应用方面。由于生物农业具有的节能、环保、保护资源等优越性，近年来逐步成为世界各国的研究热点和竞争的焦点。我国在生物农药的研制方面具有一定的优势，农抗120、中生菌素、白僵菌、绿僵菌等已在生产实际中得到较广泛应用，并产生了较好的经济和社会效益。在植物源农药与开发方面，目前皂素烟碱可溶性乳剂、鱼藤酮乳剂、双素减水剂、油酸烟碱、茴篙素水剂已取得登记或小规模商品化生产。

近年来我国在农业资源领域的重大成果有：全国农业资源现状与区划、配置；测土配方与平衡施肥技术；作物生理节水灌溉技术与膜下滴灌；作物气候生产潜力理论与重大气象灾害减灾技术；微生物农药；农林废弃物循环利用技术；硫铵包膜肥和杂交水稻制种专用包膜复合肥；农用地膜覆盖技术等。

2 福建省农艺学研究与国内外研究的差距

2.1 作物栽培方面

作物栽培理论与技术的体系薄弱。福建省作物栽培学科体系不完善，存在理论与技术不配套问题，与相关学科相比，科学性和先进性还有差距。

2.1.1关键栽培技术创新不足。目前我省栽培技术是在传统技术基础上的集成组装，缺乏关键原始创新和现代高新技术在作物生产技术上的创造性应用，技术更新换代不明显，作物生产信息化和数字农作技术水平与国内外的差距较大。

2.1.2多目标生产的关键技术难题没有根本解决。超高产突破、优质高产同步、资源可持续高效利用、环境友好和农产品污染控制等技术难题还未从根本上解决，大面积中低产区的抗逆、更加高产高效的技术有待进一步研发。

2.1.3技术推广体系不健全。目前，我省作物栽培与耕作研究体系和队伍建设亟待加强，特别是技术推广体系十分薄弱，生产者技术水平与劳动素质亟待提高。

2.2 遗传育种方面

我省在农业品种的杂交方面具有较好的基础和发展历史，也培育了一些优良的品种，在国内外都具有一定的影响。

我省在水稻等作物的优质、高产和抗逆的基因克隆方面做了不少工作，也培育了一些优良的品种。但是由于我省作物基因组学研究起步较晚，和国内外的差距还较大。

2.3 作物种质资源方面

福建省作物种质资源考察收集尚未建立长效机制。因受项目和经费的限制，并没有进行全面系统的实地调查和收集。我省一直没有重视对特殊遗传材料特别是基因组学研究材料的收集保存，如何收集、如何保存都急需研究。

2.3.1作物种质资源的基因型鉴定任重道远。我省种质资源的基本农艺性的鉴定只处在一个初步的发展阶段，尤其是基因型鉴定仍处于起步阶段，优异基因发掘也仅限于水稻、小麦、玉米、大豆等少数作物。

2.3.2作物种质资源利用效率不高。我省虽然对现有的作物种质资源进行了初步鉴定评价，建立了部分作物的核心种质和应用核心种质，大力开展种质创新和新基因挖掘，并不断提供生命科学和作物育种利用，但总体看，作物种质资源的利用率偏低。如何加速开发库存种质资源，提高利用效率，已成为我省农艺学科学界高度关注的焦点问题之一。

2.4 农作物生态学方面

由于我省作物生产系统的多样性和复杂性突出，我省作物生态研究的理论提升和技术创新与生产需求结合很紧密，尤其在作物生产生态学、作物复合群体生态学等方面有许多独特之处，与国内和国际同类学科相比，优势突出。但与国外同类学科比较，也存在明显不足，主要表现在：

2.4.1作物生态基础研究与原始创新方面不足。随着分子生物学、现代信息学和新材料学等现代学科的快速发展，以及社会对作物产品品质、资源利用、质量安全、生态安全、应对全球气候变化等要求越来越高，国际上作物生态学学科发展方向得到了快速拓展。作物分子生态、作物信息生态等是近年来国际上新兴研究热点领域，我省的总体研究水平相对落后，原创性的模拟模型、实验方法较少，基本以引进、消化和集成应用为主。

2.4.2学科交叉创新能力不足。与国内外一流研究机构比较，我省作物生态学科的人员组成、专业人员组合和学术团队的综合性劣势明显。我国作物生态学科的学术队伍多数源于农业气象、作物栽培与耕作、农业生态等传统专业，新兴学科方向的高水平人才较少；学科之间的联合协作较少，学术团队专业背景多样性差。

2.5 农业资源学方面

我省在农业资源学的某些领域尽管具有一定的特色和优势，但总体比较仍然落后，在今后的发展中必须结合我省特点，注重农业资源高效利用理论、方法和技术的创新，逐步形成具有福建特色的农业资源学科。

由于经济发展水平的限制，我省在农业水资源利用技术方面总体落后于国内外的先进技术。特别是在灌溉设备研发、雨水资源化利用、作物水分高效利用改良和现代农业水管理等领域还存在较大差距。

与国际上在农业气候资源研究方面的全面推进相比，尽管目前我省在农业气候区划、农业气候资源利用方面有一定的研究，但在基础理论研究与气候模式、农业气候资源全国监测网络建设、农业气候资源监测技术及设备、农业气候资源利用技术等方面还有较大差距。

3 农艺学学科发展趋势展望

新的世界性农业科技革命正在兴起并向纵深发展，农业科学已呈现出与生物技术、信息技术等基础学科的更深层次的交叉、融合与渗透，学科发展综合化的趋势十分显著。各类科学问题、经济问题、社会问题等往往都带有多学科特点，要解决制约我国经济与社会发展重大科学与技术问题，必须依靠多学科的集成才能承担起这一重任。如何在现有的农艺学学科基础上，培育新的学科增长点，推进学科相互交叉、渗透，提升学科综合实力和解决重大科技问题的能力，构建优势学科群及学科发展平台，是农艺学学科发展面临的重大任务。

农艺学学科承担着国家农业科技原始创新、开展前瞻性研究的重要使命，起着支撑现代农业技术进步的核心作用，也是聚集和培养高级农业科研人才进行农业科技国际合作与交流的主要依托。因此，农艺学学科除生产知识、理论、方法、技术等原始创新活动外，还要更好地服务于国家经济与社会发展重大战略需求，围绕国家粮食安全、食物安全、营养健康、农民增收、资源高效利用、环境保护、新能源新材料等我国农业发展长期面临的重大问题，开展自主创新研究，为建设具有中国特色现代农业提供理论、方法、途径和技术指导。

《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006～2020年）》提出了从增强国家创新能力出发，加强原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新；坚持有所为、有所不为，选择具有一定基础和优势、关系国计民生和国家安全的关键领域，集中力量、重点突破，实现跨越式发展；从现实的紧迫需求出发，着力突破重大关键、共性技术，支撑经济社会的持续协调发展；着眼长远，超前部署前沿技术和基础研究，创造新的市场需求，培育新兴产业，引领未来经济社会的发展战略部署。在《纲要》确定的11个重点领域、68项优先主题、16个重大专项，以及重点安排的8个技术领域27项前沿技术和18个基础科学问题和4个重大科学研究计划中，有一半以上都涉及农艺学学科。

4 福建省农艺学学科发展的重点领域

4.1 耕作栽培技术领域

根据我省的资源特点，发展适合山地资源的栽培技术，对山地实用技术进行深入研究和创新，促进我省耕作栽培技术的进步。深入研究节水、省肥、节能的高效种植技术。同时加大宣传力度，搞好耕作栽培技术培训。让广大农民认识到先进的耕作技术对农业增效、农民增收、保护环境、发展农村经济的重要意义，切实推进先进耕作栽培技术的推广。加大对推广实用和先进的耕作栽培技术的补贴力度。

4.2 作物遗传育种领域

继续开展农作物杂种优势机理及利用新途径研究,加强多QTL与上位性QTL检测、作物分子设计育种方法、种质资源新基因发掘方法和组学数据分析方法等理论研究。以培育抗病虫、抗逆、高产、优质等新品种为中心，重点突破功能基因克隆与验证、规模化转基因操作、生物安全评价三大核心技术；与常规育种技术结合，建立和完善优异种质创新、新品种培育和规模化制种三大技术平台；健全生物产业技术创新、生物安全评价和产业应用三大体系。加强作物基因组学中重要的理论和方法学等基础研究，主要农作物重要经济性状的分子机理和分子改良的基础研究，重要性状形成的基因表达网络解析和作物的分子设计育种等。

4.3 作物种质资源学领域

积极开展国外作物种质资源收集与引进工作，深入开展作物种质资源安全保护与监测关键技术研究，研究建立库存资源生活力变化的动态监测体系，以及原生境、种质库、种质圃、试管苗和DNA库相配套的完整的现代化保存体系，确保我省作物种质资源的基因多样性和长期安全保存。加速作物种质资源重要性状鉴定评价技术研究及其应用，建立和完善作物种质资源表型评价国家标准或行业规范，开展有针对性的作物种质资源鉴定评价，构建我省主要农作物的“核心优异资源库”。大规模开展作物种质资源等位基因多样性分析与新基因发掘，综合运用传统技术与现代分子生物学技术，以福建特有和具有重要价值的作物种质资源为对象，进行系统的基因型分析，明确等位基因的多样性变异范围，并阐明其遗传、生理生化特性和育种利用价值。发掘在高产、优质、抗逆、抗病虫、营养高效等方面具有重大应用前景的功能基因及其分子标记，创造具有高产、优质、多抗、高效等多个优异基因聚合、综合性状良好的突破性新种质，为新品种培育和基础理论研究提供必需的关键基因，并实现基因资源主权保护。建立和完善我省作物种质资源的电子基因库、分子指纹图谱数据库，建立快捷的作物种质资源信息分析、管理和查询系统，实现信息共享。

4.4 农业资源学领域

重点开展气候变化、极端气候事件和农业气候资源变化对农业影响研究，开展农作物对气候变化及极端天气事件的响应机制、应对气候变化战略研究，发展应对气候变化的理论和技术体系等研究。建立规模化、成熟、高效的植物遗传转化再生体系，加强转基因植物的安全性评估，尽快开展重要农作物功能性基因组研究，开展改善肥料利用率用于农业的控制释放肥等新型专用肥料研究，开发低浓度、低能耗、低排放和零排放的肥料工艺，开发城市垃圾新肥源，开发具有抗虫、杀菌、增产和抗旱等功能的新型复合肥料。建立适合福建水资源特点的节水型农作制度，突破节水抗旱超级品种选育的重大基础理论和关键技术，构建挖掘作物节水抗旱生物潜能的应用基础理论与技术，创建节水高效农业技术模式的设计平台。加快信息技术、生物技术和材料科学在农业水资源研究中的应用，优先开发灌溉、旱作与生物综合配套技术，重点突破精量灌溉技术、智能化农业用水管理技术及设备。

4.5 作物生态学领域

开展作物对气候变化响应与适应的地上地下相互作用的生物学机制研究，明确未来气候模式下我省作物生产的应对技术途径和发展策略。开展作物产品质量安全的生态环境调控理论与技术研究，明确主要作物类对典型污染物的生态响应特征，作物产品对典型污染物的富集特征，并通过作物系统调控、产地生态环境调控，降低产地污染物的生物有效性，阻隔污染物在人类食物链中的传递，确保农产品质量安全。充分运用现代作物生理学、作物生化与分子生物学的原理与研究手段，研究作物产量与品质形成、资源高效利用、抗（耐）非生物逆境（温度、水分、污染物等）胁迫的生态学机理及调控原理。将系统科学和信息技术应用于作物生长及生产系统的定量化分析和数字化表达，构建基于作物生态过程的作物生育与产品（产量和品质）形成的机理模型，设计和实现数字农作管理决策系统。加强作物优质高产复合系统的构建理论与技术研究，为单一作物长期连作下形成的土壤理化障碍、病虫草害、品种退化等问题的解决提供理论基础和技术途径。

5 福建省农艺学学科发展的总体思路

全面落实科学发展观，按照“面向、依靠、攀高峰”和“自主创新、重点跨越、支撑发展、引领未来”的科技工作指导方针，加强我省农艺学学科建设，整体提高我省农艺学学科科学与技术研究创新水平和国际竞争力。

6 促进我省农艺学学科发展的建议

6.1 加大农艺学研究的资金投入

资金是开展科学研究的重要保障，为了加快农艺学学科的发展，应增加研究资金的筹措与投入。一是要增加政府的财政预算资金，专项用于农艺学的研究与发展；二是发挥企业的融资作用，通过制定优惠政策，促进企业在农艺学研究的某些方面投资；三是做好社会的融资工作。

6.2 建立学科持续发展的稳定机制

农艺学学科的连续性和继承性突出，研究的周期长；农艺学学科研究的科学与技术属社会公益性的应用学科，难题多而复杂，条件差，项目与经费严重不足。因此，各级政府应把农艺学学科的研究作为创新研究项目，连续而稳定地列入国家和地方的重大科技计划，从体制、政策和经费投入上给予高度重视和支持。

6.3 加大学科调整力度，拓宽学科发展空间，促进学科交叉

世界学科发展总的趋势是更加走向综合化，呈现出高度交叉、渗透、融合的趋势。农艺学学科要适应跨学科合作以及复合型人才培养的要求，促进学科之间相互交流和渗透，处理好传统优势学科与新型特色学科的关系，营造具有特色的学科生态，构建一个学科特色更加鲜明、竞争优势更加突出、结构布局更加合理的学科休系。要瞄准学科前沿和国家重大需求，准确把握农艺学学科的发展趋势，积极发展新兴学科和边缘学科，培养新的学科增长点，实现学科建设的跨越发展。

6.4 鼓励重大科技问题研究的学科配合与协作

从解决我省重大生产难题和影响我省作物生产水平提高的重要因素入手，在条件建设与科技立项上提倡多学科联合，有效地建立作物科学不同层次的学科体系和协作网络，从体制、机制和任务分工上解决分工不明、上下一般粗和重复严重等问题。

6.5 加强人才培养和学科团队建设，精心打造高素质学科队伍

针对目前我省农艺学学科队伍综合实力较弱，优秀人才持续向分子生物学、现代信息学等学科转移的现实，要创造良好环境和条件，吸引和凝聚国内外高水平科技人才从事基础农艺学学科研究。首先要构建有利于创新人才成长的文化环境，树立求真务实、勇于创新、团结协作的科学精神，倡导学术自由和民主；建立并完善一套数量、质量并重，个人、团队兼顾，短期、长效结合，以质量为主的学术评价机制。其次，围绕学科发展加大高层次拔尖创新人才引进力度，造就一大批具有创新能力和发展潜力的学科带头人和学术骨干，有针对性地组建一批本学科学术团队及创新团队。要在保障现有队伍稳定与提高的同时，着力挖掘青年学术骨干和研究生的培养潜力，为学科发展提供更多的后备力量，增强发展后劲。

6.6 加强国际交流合作，推进学科人才培养和科技创新与国际接轨，提升我省农艺学学科的国际影响力

开展多层次、多渠道的国际合作与交流，有效吸收国外先进的研究方法、技术和管理经验，利用全球科技资源提升学科的科技创新能力，促进我省农艺学学科的跨越式发展和自主创新，提高学科国际竞争力。一方面，要不断寻求国内学者广泛参与区域和国际合作研究的机会和渠道，能够在更多领域与国际研究机构和一流专家共同开展相关研究，融入国际研究团队中；另一方面，大力促进与国际高水平大学和研究机构建立实质性合作，为学术带头人和青年教师创造到国外进行学术交流和开展合作研究的条件，鼓励和吸引国际优秀科学家到国内兼职，开展教学和科研活动，联合培养研究生等。

6.7 发挥企业在农艺学研究中的作用

要有效发挥政府在提升龙头企业技术创新能力中的引导作用。注意培育行业领军企业向农业科技型企业发展；完善竞争机制，促进公共部门与私人部门的有效分工与合作；增强企业的科技创新活动能力；完善知识产权保护体系。

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