农业重大科技基础设施建设现状、问题及优化路径

于辉, 闫琰

(1.中国农业科学院， 北京 100081; 2.中国农业科学院农业经济与发展研究所， 北京 100081)

重大科技基础设施是原创成果产出和关键核心技术突破的重要条件，是国家创新驱动转型的利器，是大国竞争博弈的焦点，更是引领经济高质量发展的重要源动力。农业重大科技基础设施作为重大科技基础设施的重要组成部分，具有行业、科学、工程、使命和平台等多重属性，是落实“四个面向”指示精神和强化国家农业战略科技力量的关键内容，可为我国应对大国科技竞争新态势、全面塑造竞争优势、争创世界科技制高点及实现高水平科技自立自强提供有力支撑。党的十九届五中全会强调，科技自立自强是国家发展的重要战略支撑，是国家创新体系完善的重要保障，更是强化国家科技战略力量的重要举措。国际科技战略力量肩负着创新国家科技，攻克关键核心技术的艰巨任务。然而，当前国际社会新一轮科技革命正加速演变，国内社会也已步入新的发展阶段，我国农业科技面临前所未有的挑战，农业科技亟需创新[1]。本文从新发展阶段强化国家战略科技力量、加快农业科技自立自强的战略需要出发，在分析我国农业重大科技基础设施建设与国家战略科技力量丰富内涵及关系的基础上，进一步梳理我国农业重大科技基础设施建设现状及存在的问题，以探究强化农业国家战略科技力量的重要举措和具体优化路径。

1 重大科技基础设施与国家战略科技力量的内涵及关系

1.1 重大科技基础设施内涵

重大科技基础设施是为探索未知世界、发现自然规律、实现科技变革提供极限研究手段的大型复杂科学研究系统，是突破科技前沿、解决经济社会发展和国家安全重大科技问题的物质技术基础[2]。其通常由国家统筹布局，依托高水平创新主体建设，由面向社会开放共享的大型复杂科学研究装置或系统组成，是长期为高水平研究活动提供服务、具有较大国际影响力的国家公共设施。农业重大科技基础设施是国家重大科技基础设施的重要组成部分，通常具有以下特点：一是行业属性。农业重大科技基础设施是针对国家农业战略任务部署，以建设提升国家农业领域科技基础能力，强化国家农业战略科技力量，支撑农业领域重大科技活动的基础性设施，并长期稳定运行和持续的科研活动，充分发挥其在农业领域的科学价值，最终推动国家经济社会科技发展。二是科学属性。农业重大科技基础设施是针对解决重大科学问题而建立一个研究设施或实验平台，重在通过资源集成，完成农业领域关键核心技术从“0到1”的突破。三是工程属性。农业重大科技基础设施必须符合并依赖于农业科学研究规范的具体工程项目，其建设规模和投资规模与国家设施略有不同，但仍具有投资规模大、建设周期长、公益性强的特点，建成的工程实体能够在农业领域开展实验研究和技术攻关。四是使命属性。农业重大科技基础设施建设的重要目标是实现农业科技自主化，加快农业关键核心技术攻关，着力解决种子和耕地问题，落实藏粮于地、藏粮于技战略，具有重要的使命属性。五是平台属性。农业重大科技基础设施是开展与实现农业领域前沿研究的重要载体，它具有技术集成、综合服务、前沿展示等核心功能，可为国内外农业科研院所的前沿技术提供科研实验、信息共享等服务，以促进各类用户之间良性互动与合作[3-4]。

可见，农业重大科技基础设施的建设是落实“四个面向”指示精神和强化国家农业战略科技力量的关键内容，可为我国应对大国科技竞争新态势、塑造竞争优势、争创世界科技制高点及实现高水平科技自立自强提供有力支撑。

1.2 国家战略科技力量内涵

国家战略科技力量是以国家战略需求为定位，由国家提供支持且主要开展普通科研主体无意或不能开展的那些具有高风险、长周期、人员需求量大的科技创新活动的科研力量。通常由国家实验室、国家科研机构、高水平研究型大学、科技领军企业等优势力量集聚而成，既是国家科技创新最高水平的代表，也是国家创新体系的中坚力量。国家战略科技力量一般具有以下特点:善于进行原创性和领先性的科技突破；着力解决关系全局和长远的重大科技问题，加快培育创新原动力，突破关键核心技术。

国家战略科技力量要围绕战略竞争基础、前沿技术和别人能控制的核心关键技术展开，主要从事体现国家意志的科学发现和理论方法创新，在农业农村全面发展中开展战略性、基础性、前瞻性、长期性、综合性、公益性的科学研究，提高国家创新体系的整体效能。

1.3 重大科技基础设施与国家战略科技力量的关系

重大科技基础设施是国家实验室建设的重要物质平台，国家科研机构、高水平研究型大学是重大科技基础设施建设和运行的主体(图1)。如，青岛海洋科学与技术试点国家实验室就是依托科考船、深海潜水器、水下机器人等一批国家科研基础设施建立的；我国首个高重力离心模拟实验装置重大科技基础设施项目由浙江大学牵头建设。进一步观察各国重大科技基础设施空间布局和科技成果发现，重大科技基础设施的集群化建设是打造区域创新高地和保障战略科技力量创新能力持续领先地位的有力支撑。如，美国布鲁克海文国家实验室、英国哈威尔和达累斯堡、法国格勒诺布尔、日本东京湾，以及我国的上海张江、北京怀柔、广东深圳市均是由单一重大科技基础设施项目发展起来的综合性国家科技创新中心。上海张江科创中心平台先后在国际顶尖学术期刊《细胞》(Cell)、《自然》(Nature)等杂志发表了研究论文。截至2021年5月，我国首台X射线自由电子激光装置实现了2.0 nm波长自由电子激光光放大，步入国际先进行列。上述科创成果的不断产出对保障国家战略科技力量创新能力持续领先起到了重要作用。

图1 重大科技基础设施与国家战略科技力量关系

2 农业重大科技设施建设的现状

我国农业重大科技基础设施建设工作始于20世纪90年代，国家从政策、资金等方面对农业重大科技基础设施项目建设给予倾斜，取得了一些成绩，具体表现在以下三个方面。

2.1 顶层设计和战略规划基本明确

从国家、部委颁布的相关政策看，自“十二五”时期以来，我国针对重大科技基础设施建设颁布了《国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012—2030年)》(简称“《中长期规划》”)《国家重大科技基础设施建设“十三五”规划》等政策文件。《中长期规划》指出，在农业科学方面要建成国家农业生物安全科学中心和模式动物研究设施，适时启动农作物种质表型和基因、动物疫病、农业微生物研究设施建设，对推进中国农业重大科技基础设施建设提供了良好的指导依据。此外，国家相关部门也陆续颁布了促进农业科技创新发展的政策性文件。农业农村部(原农业部)2016年颁布《农业科技创新能力条件建设规划(2016—2020年)》，明确了农业科技创新能力发展过程中条件建设的重要性、建设思路、主要目标、建设任务、投资估算、项目运行机制、环境影响、效益状况和保障措施；2017年颁布了《农业部直属单位中长期基本条件能力建设规划(2017—2025年)》，对农业农村部直属单位基本条件能力建设的目标、任务等方面指明了方向。

2.2 关键核心技术攻关领域聚焦

从农业重大科技基础设施建设情况看，我国锚定2035年远景目标，坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康，结合当前建设条件和资源基础，围绕解决好种子和耕地两大要害问题，依据科学当前技术和人才队伍等基础条件，将农业重大科技基础设施建设项目划分为聚力优先项目10项、深化后备项目15项和设施建成和性能提升项目7项。截至目前，我国已建成的农业重大科技基础设施共有2个，即农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程和国家农业生物安全科学中心，分别主要聚焦三大主粮、棉花、大豆等重要农作物基因资源鉴定、功能基因组研究、重要性状基因挖掘和分子育种技术，以及高危农林有害生物灾变规律和防控理论与技术研究。上述农业重大科技基础设施的建设为实现种业育种技术创新、农林病虫害防治科技革新提供了良好的平台支撑，进一步为守好种业“芯片”，打好种业翻身仗打下坚实的基础。

2.3 农业重大科技基础设施建设将有序部署

针对农业领域科技创新“卡脖子”技术问题，我国对未来农业重大科技基础设施进行了系统布局。具体表现为如下几方面：作物学科的水稻全生态研究室、国家作物表型与基因鉴设定设施和生物技术研究中心等项目；园艺学科的国家特色果树资源综合圃、国家蔬菜花卉产业技术创新中心和都市农业研究中心等项目；畜牧学科的国家畜禽种质资源库项目；植物保护学科的国家农作物病虫害资源保藏与利用中心项目；农业资源与环境学科的国家农业农村环境样品保藏库、国家农业重大灾害模拟舱、国家农业微生物资源库、国家农田科学中心重大科学工程和西部农业研究中心等项目；农业机械与工程学科的国家现代农业智能装备重大科学工程项目；农业信息与经济学科的国家农业数字科研协同创新平台2.0项目。

3 农业重大科技设施建设存在的问题

中国通过投入大量人力物力进行了重大科技基础设施的布局和建设，部分装备的先进性已初步达到世界领先水平，但与国际上的部分发达国家相比，仍然存在以下问题：缺少顶层设计、建设投入不足、谋划布局相对落后、生命周期管理不到位及开放共享不足的问题。聚焦到农业领域来看，虽然国家针对农业的创新发展制定了诸多促进农业科技创新发展的政策，颁布了一系列农业科技创新建设发展规划，但与世界农业发达国家相比较，上述问题在我国农业重大科技基础设施建设方面仍然存在。

3.1 缺少顶层设计

美国及西欧等发达国家或地区在农业重大科技基础设施建设方面均具有较好的顶层设计和统筹安排，在充分关注今后农业发展过程中可能会面临的严峻挑战，尤其是科技发展给农业创新范式带来的改变，在国家战略需求和学科发展特点的基础上，通过制定路线图等方式对未来发展的优先领域和整体布局进行了明确。如，欧盟科研基础设施战略论坛(ESFRI)发布的《欧洲研究基础设施战略论坛路线图2016》对欧洲未来十年重点支持建设和重点运行的项目进行了部署，其中包括生态系统分析实验前基础设施、欧洲海洋生物资源中心、气候变化背景下粮食安全的多尺度植物表型和模拟基础设施，以及欧洲生物库和生物分子资源研究基础设施联盟、欧洲生命科学样本资源与研究基础设施等重点支持运行项目；法国发布的《法国研究基础设施国家战略2016》，重点支持家畜生物资源中心等重大科技基础设施。相比而言，我国在农业重大科技基础设施顶层设计方面较为薄弱，特别是在结合农业技术发展趋势和应用系统解决方案上，缺乏适度先进和适用的总体架构。此外，尚缺乏明确的政策支撑文件，尤其是在哪些领域、哪些区域、如何建设等具体问题尚缺乏定论。

3.2 建设投入不足

我国关于农业的重大科技基础设施建设投入不足主要体现在以下两方面：一是农业科技设施建设数量少，目前国内已投入运行和在建的重大科技基础设施总量约50个，覆盖了能源、生命、地球系统与环境、材料、粒子物理和核物理、空间和天文、工程技术7 个科学领域，但以农业为主的设施仅有农作物基因资源与基因改良、农业微生物、农业生物安全3项。“十三五”期间，国家重点部署的10个重大科技基础设施建设项目都不是农业相关项目。二是投资规模小，平均规模不到2亿元，远低于国家其他重大科技基础设施建设投资，比如欧洲未来十年重点支持建设和重点运行的项目中，关于农业健康与食品方面的基础设施项目共计8项，总资金预算规模超过11.295亿欧元。就当前我国农业重大基础设施发展现状而言，无论是与我国实施乡村振兴战略、实现农业高质量发展对重大科技基础设施的迫切需求相比，还是与提升农业科技国际竞争力、建设世界农业科学中心对重大科技基础设施的迫切需求相比，都存在明显的不足。

3.3 谋划布局相对落后

随着科学技术广度和深度的不断拓展，科技的革命性突破日益依赖于重大科技基础设施的建设，国际上许多国家对此纷纷制定了重大科技基础设施发展战略规划和发展线路图。早在2003年，美国能源部就发布了《面向未来的科学设施：20年展望》，2014年又与国家科学基金会联合发布了《为科学发展而建设：全球背景下美国粒子物理研究战略规划》。相比而言，我国重大科技基础设施的系统性谋划和前瞻性布局相对落后，支撑国家实现创新驱动发展战略目标的能力也相对不足。虽然已经运行和在建的主要设施涉及能源、生命等多个领域，但当前大设施并未形成远近结合的系统布局，生命科学、先进科学计算、材料等领域的重大科技基础设施建设优先级还不够。农业领域缺乏支撑应对当前挑战、突破关键核心技术约束的重大科技基础设施。

3.4 生命周期管理不到位

当代科学技术飞速发展，主要的新科学基础设施通常允许更精确的测量或更大的计算，这在科学界引起了更多的关注。为强化重大科技基础设施的科技属性，严格增强科技设施建设价值及经济效益，国际上许多国家十分重视科技设施全生命周期资源供给，设施性能的持续改进提升，以保障其生命力和国际竞争力。为此，还成立了第三方组织，专门针对科技设施运行绩效进行评估，重点包含设施运行水平、管理模式、开放情况、科学应用产出情况、用户评价等方面。总体而言，目前我国农业重大科技基础设施通常注重新设施的科学技术，缺乏对现有设施的全生命周期管理，即在重大基础设施生命周期的各个阶段对科学技术进行监督和定期评价，如项目建议书的提出、实施、维护，直至最终退役的各个阶段。一些重大科技基础设施的运行缺乏对如何解决当前问题和如何升级设施以满足未来需求的关注。从投资角度看，重大科技基础设施建设主体投资较大，但对相关配套设施和实验中断的支持相对薄弱。相关科技计划与重大科技基础设施的匹配度不高，设施建成后不能迅速形成强大的科研支撑能力。后续设施能力提升的投入也相对不足，影响了重大科技基础设施的先进维护和整体效益的发挥。

3.5 开放共享不够

为促进重大科技基础设施高效运营及持续发展，国外重大基础设施的运营者会对经过专家小组评审合格的科研人员提供设施无偿使用的便利。此外，在科学家、技术人员等重大科技基础设施相关人才的引导培育方面也十分重视。如日本理化研究所为吸引高素质科学家及技术人员到重大科技基础设施工作，设立了专门研究数据库，为其提供良好的研究环境及丰富的研究机会。英国科学和技术设施理事会也为设施技术人员制定了专门的注册计划，以提高他们在各重大基础设施之间的认可度，促进其就业和研究发展。相比国外农业科技建设，我国在农业科技平台共享、产学研的融合方面缺乏核心机构力量。目前，中国农业科学院是负责中国农业重大基础研究、应用研究和高新技术研究的国家级农业科研机构，但现有重大科技基础设施建设仅有2项，吸纳人才力度不强，对区域支撑能力也相对较弱。面对世界农业科技日益变化，我国亟需出台农业重大科技基础设施建设的相关政策和措施，推动未来我国农业科技创新发展，为占领全球农业科技制高点提供支撑。

4 加强农业重大科研基础设施建设的思考与建议

纵观国内外重大科技基础设施建设具有良好的前瞻性，对引领科技创新领域起着重要作用。因此，重大农业科技基础设施建设要聚焦国家未来农业发展方向，遵循“十四五”规划农业发展目标，以“四个方向”为导向，并以加强国家农业战略科技力量为使命。坚持攻克关键核心技术问题、增强核心关键短板领域科技力量为原则，结合国家农业重大科技基础设施建设现状，进一步细化国家农业重大科技基础设施建设的战略思路。明确加强国家农业战略科技力量的规划布局，突出建设重点，加强运营管理与监督机制，优化人才评估机制，推动农业重大科技基础设施建设中长期稳定发展[6]。

4.1 聚焦关键核心技术问题

当前，全球农业发达国家在农作物基因组育种技术、园艺作物多品种测试技术、畜禽遗传改良基因组编辑技术、水产养殖生物重要经济性状遗传改良技术等方面取得了突破性进展。尤其在全基因组水平阐明种质资源遗传变异规律及作物表型数字化，新一代基因组测序、功能基因调控网络分析技术，农作物基因组学育种技术，新一轮杂种优势利用与开发技术等研究方面，国际优势明显。在“十四五”规划期和2035年远景目标实现期间，我国应紧紧把握国际农业重大科技战略发展趋势，立足国内，瞄准农业国家重大科技战略发展需求，从农业科技创新体系全产业链布局，突出重点，抓住种子和耕地两个要害，围绕突破育种、农业领域人工智能应用等关键技术研发的重大任务，重点打造一批系统谋划、统筹布局、着眼长远、与农业科技跨越发展需求相匹配的农业重大科技基础设施，全面提升我国农业重大科技基础设施平台，促进科技人员及技术资源有效集聚[7]，强化农业国家科技战略力量。

4.2 加快打造一批具有国际竞争力的创新高地

加快国家实验室建设，健全国家重点实验室体系，推进具有国家使命和创新绩效的现代科研机构改革。支持龙头企业组建创新联盟，推动产业链上、中、下游企业和中小企业融合创新。支持领军企业牵头组建创新联合体，推动产业链上、中、下游企业和中小企业融合创新。健全社会主义市场经济条件下新型举国体制，实行“揭榜挂帅”机制，实施一批具有前瞻性、战略性的重大科技项目，打好关键核心技术攻坚战[8]。加快在北京、上海等科技优势区建设一批具有国际竞争力的科技创新中心，充分利用国家重大基础设施平台效应，以强化国家科技战略。以长江经济带和粤港澳大湾区发展规划为纲要，以雄安新区为总体规划、“一带一路”倡议、南繁硅谷及成渝经济圈等国家重大区域战略，结合农业综合区划、农业农村部重点工作部署和现有科技创新资源条件，当前我国应重点在北京、天津、雄安新区、深圳、四川、浙江、江苏、湖北、黑龙江、吉林、新疆、内蒙古、山东、河南、海南等区域布局农业重大科技基础设施。

4.3 完善农业科研院所及相关企业资源共享制度

重视政府、科研机构、企业等农业科技创新主体之间的大跨度整合，通过建设农业重大科技基础设施，鼓励各类农业科技创新主体充分发挥各自能力和优势，整合互补资源，实现各方优势互补，牢牢把握农业科技创新与发展的内涵要求，建立产学研协同创新机制。整合农业科技资源，推进农业科学仪器设备、科学文献和科学数据的农业科技平台建设，加快建立并完善共享运营服务管理模式。充分高效利用农业重大科技基础设施资源，建立高效的运行机制，实现设施的充分利用。建立合理的管理制度和廉洁高效的保障机制，利用农业重大科技基础设施平台推动农业产业技术创新和科技成果产业化活动。

5 加强农业重大科研基础设施建设的具体路径

5.1 加强系统谋划，统领设施布局

重大科技基础设施是一个高度复杂系统工程，建设内容对国家科技创新影响深远，因此，科学基础设施建设必须加强系统谋划和顶层设计。国外经验也表明，科学制定战略行动纲要和发展线路图是欧美国家推进重大基础设施建设的重要手段。具体来看，我国应借鉴欧美国家重点领域多层布局的方式，明确建设重点、实现步骤及具体措施，充分发挥国家重大科技创新组织者的作用，加强科技创新体系规划布局，确立牵引目标、重大任务带动目标，加强跨部门、学科、军民优势资源和力量的整合，建立更加系统、完善、高效的国家创新体系[9]。

5.2 强化集群建设，注重部门统筹协调

重大科技基础设施建设类型多样，在加强与产业匹配前提下，应全域均衡，注重农业重大科技基础设施建设过程中的多方协同配合，形成加快推进工作的强大合力，项目建设工作领导小组与牵头部门统筹协调、全面推进并开展各项工作，相关单位应主动与牵头部门加强沟通、积极配合、细化措施，尤其是注重与地方政府之间的协作，统筹兼顾、统筹协调，及时协调并解决工作中出现的具体问题，切实顺利推进各项重点工作[10-12]。

5.3 尊重科学规律，注重产业匹配

农业重大科技基础设施需要围绕功能定位展开学科布局，形成具有不同特色的、学科融合的国际化前沿科学研究和技术研发机构群，配套相关产业创新企业，从而形成推动区域相关经济社会发展的科技创新高地，纵观全球农业重大科研设施、大科学装置、科学城建设经验，规划布局均选择在资源丰富的区域，尤其是智力资源丰富区域，进而为产生具有全球影响力的农业科技成果提供有力支撑。重大科技基础设施布局除了要考虑区域环境质量、配套服务、信息化程度等要素之外，对自然资源要素也具有一定的要求，尤其是与用于农业科学研究的土地、气候条件、种质资源等自然资源和自然条件极为密切，因此，在进行农业重大科技基础空间布局时，需要充分考虑农业生态区、作物主产区、降水条件、积温条件、土壤类型等诸多因素[13-14]。

5.4 重视生命周期管理，加强监督与评估

农业重大科技基础设施项目建设与以往注重设备购买不同，它更加强调原创性开发，注重科技从“0到1”的突破，是将工程技术、农业科研和现代管理相结合。它具有运营周期比较长、耗费资金巨大、维护成本高等特点，由于项目本身及周边环境的变化，项目运行中会出现新的风险。基于此，在农业重大科技基础设施项目建设和实施的各个阶段，需要对这些新的风险因素采取识别、度量、分配、应对与监控工作，通过开展农业重大科技基础设施全生命周期管理，应对设施建设和实施中的各种风险[15]。

5.5 坚持以人为本，加强人才队伍建设

培养科研总工程师，重点解决科研人员不懂工程、工程人员不懂科研的难题。人才是第一资源，农业重大科技基础设施作为聚集和培养高层次农业创新人才的开放平台，是提高农业科研机构农业创新能力的稀缺资源基础，也是提高国际影响力的重要窗口。建设和运行的技术基础设施必须依靠聚集了国内不同地区的高水平科学家的创新和优质农业科研团队，并以其开放共享的特点，能够吸引国际顶尖的农业研究学者参与重大农业科技基础设施建设和科学研究[16-17]。因此，坚持“人才是第一资源”的科学理念，立足国家使命，坚持引进与培养并重，围绕产业链布局创新链，围绕创新链布局人才链，协调创新、管理、转型、支撑四大人才队伍建设。大力引进高层次人才，实施高层次人才素质提升工程，优化农业科学院人才扶持政策，完善相关科研机构多层次培养体系，精准引进一批领军人才，培养一大批优秀青年人才。坚决实行干部任期制、任免制、交流制，形成优胜劣汰的明确用人方向，完善以实力为核心的人才评价体系，建设高素质干部队伍。

6 结语

在世界正经历百年未有之大变局和中华民族伟大复兴战略背景下，农业科技创新是打赢农业领域关键核心技术攻坚战的重要举措。坚持把农业科技自立自强作为国家农业发展的战略支撑，不仅是完善国家农业科技创新体系重要保障，强化国家农业科技战略力量的重要举措，还是实现农业技术革命的唯一出路。实现国家农业科技自立自强，需要从国家政策层面进行统筹规划，加大对农业关键核心领域重大基础设施建设的支持；需要从农业重大基础建设集群化布局，统筹协调重大战略科技力量和加强对农业重大科技基础设施生命周期的管理、监督与评估等多个方面来完善农业科技创新体系，促进我国农业科技发展变革和农业核心科技国际竞争力的提升。