许智宏院士:未来农业将与食品加工、医药等跨领域深度联合

许智宏/中国科学报

2020-09-29 09:19

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受到今年新冠肺炎疫情的影响,公众和学术界都很关心我国农业的未来。要思考这个问题,必须把它放到全球范围内来考虑。
很多因素决定了我们必须要在全球大环境下来看待问题。不光是中国农业,很多发展中国家也是如此,因为全球人口和耕地的分布是不平衡的。多数国家耕地很少,北美的耕地比较多,欧洲的耕地很肥沃,亚洲东部、东南亚南亚有比较好的耕地,而非洲耕地质量较差,很多地方属干旱、半干旱地区或沙漠,澳大利亚除了沿海少量的耕地外,中部是大片的沙漠。
由于耕地的分布和人口多少并不匹配,这就决定了粮食必须在全球贸易中满足不同地区对资源的需求。我国未来农业的发展,必须在口粮绝对保证的前提下,用好全球的市场和土地资源。
改革开放40多年来,中国人均粮食拥有量已经达到475公斤,而全球77亿人平均粮食拥有量为351公斤。从这点来讲,实际上我国农业总体上已经取得了很大的成绩。特别在水稻、小麦、玉米这些主粮上,生产和需求基本匹配。如果归纳我国农业发展的经验,如北京大学黄季焜教授说的“四大法宝”,就是制度创新、技术进步、市场改革、农业投入增长。这是我国农业已经取得的成就。接下来着重探讨未来的农业发展趋势。
我国农业发展面临的挑战
首先就是粮食安全。过去讲粮食安全关注的是吃饱饭,十几年前联合国粮农组织已经修改了粮食安全的定义。粮食安全意味着什么呢?就是要满足全人类对食品的需求,要满足人类的营养健康需求,还要满足人类对食品多样化的需要。
从这三个层面来讲,粮食安全在中国还是有问题的。虽然吃饱肚子没问题了,但现在开始重视营养需求了,还要满足多样化的需要。例如,有的地方爱吃粳稻,有的地方爱吃籼稻。由于对粳稻的需求增加了,杂交稻种植面积有所减少,常规稻的面积在增加,原因就是消费者更关心大米的品质,对优良品种的需求增加了。
然而,我国每年虽然有大量的农作物新品种审定,但其中同质化的现象非常严重。2019年玉米审定548个品种,水稻审定372个品种,这种现象在全世界是少有的,某种程度上可以说是一种乱象。
尽管改革开放是从三农开始的,但在我国经济转型过程中,最落后的还是三农,农产品进入市场是低水平上的商品流通。由此也带来一系列问题,包括城乡差距大、农民收入低等。农作物从生产到进入市场的产业链各个环节不能很好衔接。
以马铃薯为例,虽然产量提高了,现在全年马铃薯的产量已可达一季夏熟作物的产量,但鲜薯消耗不了多少,加工业跟不上,不少小淀粉厂污染问题没解决好,导致马铃薯“消化不良”。我们需要开发出更多的马铃薯产品,例如作为休闲食品,我国薯条、薯片消耗不少,但是我国产品的种类比美国少得多。近年来,我国农产品加工业有所发展,但与发达国家相比还是落后的。而未来大农业的发展必须要有很强的食品加工业来牵引。
在农业产业方面,我国原本具有资源优势的产业还未做强,这一点和发达国家相比差距也很大。例如,荷兰的花卉产业已经是全世界最强的。从新品种审定到形成全世界最大的花卉拍卖市场,每天大量的全球物流运输,小众的农产品花卉却成为全世界的老大。我国是很多重要花卉、果树的原产地,有丰富的遗传资源,但没有很好的利用。
又如,我国作为茶叶的原产地,茶叶种植面积和产量均是全球第一,面积和产量分别占全球60%和40%。然而中国茶叶产业仅仅是做大,还没有做强。我国的茶叶百强企业产值总和几年前还不足163亿元,不如一个不生产茶叶的英国的茶叶加工企业立顿的产值,说明茶产业尚未发挥应有的经济效益。
未来农业的发展需要市场引领。但各地发展茶产业时还没有从全球视角考虑,甚至没有从全国视野来看。茶叶作为大的木本作物,科学家还有很多的工作需要做。
比如对茶叶进行深加工,打造中国的品牌,提取茶叶保健成分做成保健品等。日本茶叶产量不多,但日本做的抹茶非常受欢迎,其实很多都是用中国产的茶叶作为原料,而我国喝茶还是传统的用开水泡的方式。
又如,过去喝茶是慢生活,现在年轻人生活节奏加快,能不能把茶叶加工成年轻人喜欢的形式,适应他们的需求,也是值得研究的问题。
农业要放在大农业的范围来考虑,即从农林牧副渔的角度来看,农业生产是一个整体,是相辅相成的。我国自然环境种类多样,很难找到一个统一的农业发展模式。东北土地面积大,可以像美国那样发展大农业;西南山区连片土地少,要根据具体情况发展小规模农业经营。
农业生产模式的确立需要结合科学家的工作,但同时,农业经济学家在这方面有很大的责任,他们应该更多地考虑未来中国不同地区的农业怎样发展。这对提高我国农业潜力、增加农民收入都会起到很大的作用。
未来农业将跨领域深度联合
未来的农业和工业很可能是融合在一起的。合成生物学把植物中的基因转移到微生物中去,用来生产某些特定的物质。这有可能完全改变当前某些农作物的生产方式。
比如中药材人参中,人参皂苷有很好的保健作用,但人参皂苷有300多种。通过大量的提纯和化学分析,科学家发现大概有五六种人参皂苷真正发挥生理功能,有的能提高免疫力,有的有消炎作用。但传统的从人参中提纯的方法能够得到的这类稀有人参皂苷很少。新的思路就是弄清楚相关的稀有成分的基因,转到微生物中去用发酵来生产,从而大幅度提高人参稀有成分的含量。
农业将与很多方面有越来越多的联合,包括食品加工、医药等。
美国科学院对美国农业未来发展提供的政策建议就走在了前面。今年,他们为美国政府提供的咨询报告提到农业发展的五大方向,其中四个都与信息技术相关,包括:整体思维和系统认知分析技术,这是农业科技突破的首要前提;新一代传感器技术,希望有更方便的传感器能够把大量的田间实验数据直接集中起来;数据技术科学及其在农业领域的应用,依靠大数据分析,来帮助处理海量信息;突破性的基因组学、精准育种技术和现代生物技术应用将加速传统育种、更加精确地育种;加强对微生物组技术的认知和理解,对农业系统运行也很重要。
中国科技工作者要思考未来农业科技如何与现代科学技术更紧密地结合起来。
必须重视农业科技
改革开放以来,农业科学受到了国家重视。但相对其他学科而言,对农业科学的重视还不够。我们希望国家能够不断支持农业科技。
实际上,农业在不断地发展,今天的农业跟几十年前,甚至二十年、十年前相比都有很大的不同。
以苗木产业为例,未来肯定是一个很大的产业,其中有很多科学问题亟待解决。生产和加工苗木的企业将实现高度自动化,这对信息化提出了更高的要求;很多花卉不是多年生的,而是春天种下、冬天死亡,次年还需购买新的苗木,这对育种栽培提出了更高的要求;土地资源匮乏的情况下,植物工厂悄然兴起,这对人工光照、营养管理都提出了更高的要求。
现代农业向科学家提出了很多问题,有些是过去想都没想到的问题。
既需要提高作物的营养成分,有时还需要去除掉不好的成分。这对作物科技工作者提出了新的问题,调控植物的营养成分必须对新陈代谢有更深入的研究。
因此,我国农业科技的基础研究和应用基础研究必须要持续加强。总的来讲,我国农业基础研究和应用基础研究是比较薄弱的。新技术的运用,如基因编辑技术对精准育种而言更快、更有效,应当得到支持。呼吁有相应的政策帮助科学家将最新的科技成果应用到产业当中。
发展新技术的时候,需要有一批专家,包括农业经济专家和科学家一起,向主管部门提出政策制定的建议,这样才能有助于农业科技快速发展。
(作者系中国科学院院士、北京大学教授。本报记者李晨根据其在中国农业科学院—北京大学战略合作座谈会上的主旨演讲整理。原标题:中国农业的发展现状与未来趋势)
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责任编辑:韩声江
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