回顾这十年 农业科研国家队做了这几件事

2022-10-10 14:57:37 admin 27


      九月,收获的季节,全国19.18亿亩耕地上,都飘着成熟的气息。

许多人对丰收的想象还停留在人工掰玉米、割水稻、挖红薯的时候,真正的丰收,已经和过去完全不一样了。

收割机不但包办了平原上的耕、种、收,也能爬上丘陵梯田,让山地上的农民们,摆脱弯腰收割、挥汗如雨的体力劳动。设施农业逐渐普及,蔬菜瓜果变成了四季供应的商品。种业振兴,让中国人的饭碗中装满了中国粮,餐桌上摆满了中国菜。小时候的风味慢慢找回来了,小时候让农民损失惨重的病虫害,被控制住了。化肥农药渐渐变少,食品安全率在不断提升。

回顾过去十年,中国农业的生产方式,发生了天翻地覆的变化,农业科技的进步无疑是最重要的基础之一。据国家发改委日前发布的数据显示,我国农作物耕种收综合机械化率超过72%,全国农产品加工转化率达到70.6%,农业科技进步贡献率达到61%。

9月28日,中国农科院发布十大标志性科技成果,这些成果中,或许能够看到中国农业现代化历程中,留在大地的一个个脚印。

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  抗旱适水种植技术试验田。中国农科院供图


藏粮于技,解开粮食丰产的秘密 


2020年10月,新疆奇台,一处玉米密植高产示范田中,农业农村部玉米专家指导组组织的专家们,在这里进行了一次测产。测产的对象,是中国农科院作物科学研究所栽培与生理创新团队试验的新技术。团队在这里,已经连续进行了12年研究和推广。

测产结果打破了此前玉米产量1517.11公斤的全国高产纪录,达到1663.25公斤,一次性提高了146.14公斤。每亩穗数达到8600穗,单穗粒重达到了192克。

中国是人口大国,14亿人的饭碗,依赖耕地上的产出,这是粮食生产中永恒追求的对象。而在今天,育种领域最前沿的技术,非作物组学和遗传学育种不可。

我国农业科技起步较晚,但在作物组学和遗传学等前沿科技领域发展极快,已经追上了发达国家,进入第一梯队,多次攻克世界性难题,推动全球农业科技进步。

2018年,中国农科院副院长、中国工程院院士万建民领衔的科研团队,在持续十多年攻关后,第一次找到水稻的“自私基因”。这也是人类第一次在植物中找到“自私基因”,发现了水稻杂交中“杂种不育”的原因。这为解决“杂种不育”难题,推进水稻籼、粳亚种杂交奠定了基础。

水稻是两大口粮之一,水稻产量提升,和粮食安全紧密相关。如“中嘉早17”,这个由中国农科院中国水稻研究所和嘉兴市农业科学研究院联合选育的早稻品种,是30年来唯一一种年应用超千万亩的早稻品种,覆盖20%长江中下游早稻面积,年应用面积稳居南方稻区第一位。该品种高产、抗逆、广适,而且米粉加工品质优良,加工企业累计销售米粉超3亿吨。

 

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  超级专用早稻品种“中嘉早17”。中国农科院供图


类似的成就还有很多,如小麦品种“中麦578”。在高产示范田中,平均亩产达到841.5公斤,大豆品种“中豆63”,刷新了南方大豆亩产纪录,理论亩产达到336.89公斤。

粮食安天下,我国粮食不但实现了十八连丰,最重要的水稻、小麦两大口粮,也实现了品种百分之百自主。育种科技的发展,使中国粮用中国种得到了保障。

藏粮于地,保住我们珍贵的耕地

耕地是粮食生产的基础,中国用不足全球9%的土地,养活了全球四分之一的人口,创造了农业生产的奇迹。但同时也要看到,长期高负荷使用土地,也给耕地带来了沉重的压力,造成了重重问题。

东北黑土地退化、南方红黄壤酸化、北方旱地缺水,还有盐碱地、设施农地、后备耕地等各有难题。事实上,我国中低产田占比高达2/3以上,优质耕地资源十分紧缺。

改良耕地,保护耕地,提升耕地质量,是农业科学家们长期的课题。在湖北祁阳,有一座建了六十年的南方红壤实验站,来自中国农科院的专家们,一代代传承,致力于改良中低产田,治理土壤酸化等问题。

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在南方红壤区域,我国科学家研发出了多套酸化治理技术体系。中国农科院供图


几十年来,仅就南方红土地上的问题,中国农科院的科学家们,已经研发并集成出众多技术体系。如集成典型红壤农田酸化综合防控技术,在南方六省大面积推广示范,使示范土壤pH值提高0.2-10个单位,助力粮食增产12%以上。还有南方低产水稻土改良与地力提升技术体系,在示范区提升地力1个等级,亩均增产100公斤以上。


更大的范围内,我国主要粮食产区,多种土壤有机质提升的关键技术逐渐建立。这些技术的示范区中,土壤有机质含量有效提升。


耕地是复杂环境,人类的种植、管理等,都在不断地改变耕地的环境。单一的技术很难普遍推广,也很难长期有效。为此,科学家们建成了“天空地一体化”农田生产感知监测体系,为耕地资源和农业生产装上“天眼”。中国农科院农业资源与农业区划研究所研究员吴文斌在一次演讲中介绍,在今天,农业生产已经进入4.0时代,这个时代中,信息成为农业生产的要素之一,互联网、物联网、大数据、云计算、自动化、智能机器人等,越来越多地参与到农事之中。

一项耗时21年,整合了40年全国土壤数据的“高精度数字土壤”,或许可以成为农业进入4.0时代的佐证。“高精度数字土壤”不仅是土壤资源的整合,更具有分析、预报土壤变化的能力。

在黄土高原、东北平原、南方水乡,耕作的人们或许只是在年复一年地种植,但远在千里的北京,却可以了解到这些地方耕地的变化,并对土壤资源利用与环境管控进行分区、分类的精准施策。

虫口夺粮,抢回那些隐形耕地 

病虫害是农业生产的大敌,人类、农作物、病虫害之间,一直都在进行着隐秘而激烈的斗争。

在我国,常年发生的有害生物种类达到1600多种,其中可能造成严重危害的也有100多种。如果不进行防治,粮食作物损失将在15%以上,棉花损失将在20%-25%,果蔬损失将在25%以上。而完善的病虫害防治技术和体系,使我国每年挽回粮食损失两千亿斤左右,接近全部粮食产量的六分之一。也就是说,我国植保工作在粮食方面的贡献,相当于让我们拥有了三亿亩的隐形耕地。

科技,是人类对抗病虫害的利器。历史上反复造成灾难的蝗虫,也就是东亚飞蝗,在新中国成立之初就被有效解决了。如今,东亚飞蝗仍旧生存于自然界中,但已经不可能再造成大面积灾害了。

但新的灾害总在不断出现。2019年底,草地贪夜蛾入侵我国,严重威胁我国玉米的安全生产。但很快的时间里,我国就构建了草地贪夜蛾实时监测预警技术体系,研发了理化诱控、生物防治、化学防治关键技术,提出“分区治理、绿色防控”技术方案。

“其实在入侵之前,我们就开始对草地贪夜蛾扩散的路径进行监控,建立了相关的预案,并在入侵之后,建立了更加完善的检测、预警、防治体系。”中国农科院植保所研究员王振营说。

2021年,草地贪夜蛾防控技术方案入选农业农村部重大引领技术,并由联合国粮农组织向全球推荐。

过去数十年中,我国曾取得众多令人瞩目的成就。如今,这些领域的科技仍在不断进步,如对抗棉铃虫过程中,育成了Bt抗虫棉,打破了国外对抗虫棉的垄断,解决了我国棉花生产中最重要的虫害问题。2021年3月,中国农科院棉花研究所棉花虫害防控与生物安全创新团队,再次创新了转基因抗虫棉对非靶标生物影响的评价方法。这一方法,为抗虫棉新品种的开发提供了科学依据。

棉铃虫是超级害虫,不仅危害棉花,还危害多种作物。和棉铃虫类似,还有一种超级害虫烟粉虱,是蔬菜生产的大敌,它会危害600多种植物,多种蔬菜深受其害。2021年3月,中国农科院蔬菜花卉研究所张友军团队,在历时二十年的研究后,在《细胞》杂志上发表封面文章,解释了烟粉虱广泛寄主适应性的秘密,为防治烟粉虱奠定了基础。

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  “吃遍”植物界的烟粉虱。中国农科院供图


种业破局,突破“卡脖子”的种源


在粮食领域,两大口粮品种百分之百自主。但在畜禽、蔬菜等领域,种源依赖进口的现象依然存在,尤其在一些特定品种中,长期且高度依赖进口,如加工肉类产品所使用的肉鸡、肉鸭、肉牛等。

鸡肉是世界第一大、中国第二大肉类生产和消费品,目前,我国白羽肉鸡年出栏量达到了65亿只,占全部鸡肉的一半以上。

白羽肉鸡进入我国已有40多年,但过去,种源几乎全部依赖进口。与此同时,相关的育种科研,也一直在进行。2021年12月,我国自主育成的“圣泽901”“广明2号”“沃德188”三个白羽肉鸡新品种通过国家审定,标志着白羽肉鸡种源全部依赖进口的历史正式结束。

主持“广明2号”白羽肉鸡育种的中国农科院畜牧研究所研究员赵桂苹告诉记者,我国自主育成的白羽肉鸡,生长速度、产肉率、料重比(饲料体重比)等,都能和国际上的品种持平。

2021年9月,中国农科院成立白羽肉鸡研究中心,中国农科院北京畜牧兽医研究所副所长文杰表示,白羽肉鸡研究中心的目标是通过产学研结合,支撑我国白羽肉鸡产业的发展,预计到2025年,国内的品种占有率达到30%,到2030年能够达到50%。

和鸡肉类似,我国肉牛养殖中,品种也一直依赖进口。为此,中国农科院创制了大动物全基因组选择分子育种技术,自主培育成我国首个具国际竞争力的肉牛新品种“华西牛”。

华西牛的育成,几乎和我国肉牛市场的发展时间同样长。中国农科院畜牧兽医研究所研究员刘俊雅,是华西牛育种的主持者之一。他告诉记者,华西牛的培育工作起始于1978年,经过43年的杂交改良和持续选育,形成了当前体型外貌一致、生产性能突出、遗传性能稳定的专门化肉用牛新品种。预计2025年新品种的自主供种率达60%,可打破当前我国肉牛核心种源严重依赖进口的局面。

这场突破种源“卡脖子”的攻关,不只有鸡和牛。在鸭子育种中,我国培育出赶超国际同类品种的“中新白羽”“中畜草原”白羽肉鸭和烤鸭专用“Z型北京鸭”等,重新夺回了市场话语权。还有世界上首个适宜舍饲化的肉用型牦牛“阿什旦牦牛”,世界上首个适应高山寒旱生态区的细毛羊品种“高山美利奴羊”等。

寻回风味,小时候的味道究竟是啥

随着农业现代化水平的提升,中国人的吃饭问题早已解决,粮食、蔬菜、水果、肉蛋奶等极大丰富,吃不饱的时代一去不返。

一组数据或许可以证明中国农业生产的进步。我国粮食产量全球第一,每年生产全球24%以上的粮食;我国蔬菜产量全球第一,每年生产全球50%以上的蔬菜;我国水果产量全球第一,每年生产全球近50%的水果;我国肉类产量全球第一,每年生产全球20%以上的肉类产品……

然而,在食物极大丰富的同时,也有很多人感叹:很多东西,再也没有了小时候的味道了,比如西红柿、黄瓜、大米……

事实上,在追求高产的过程中,风味物质确实一度被忽略。但随着社会的发展,育种家们也在关注产量的同时,开始关注食物的味道。

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  好吃的黄瓜,解决“黄瓜苦味难题”。中国农科院供图


中国农科院基因组所研究员黄三文团队,就是关注味道的团队之一。

味道或者风味是一种非常难于描述的作物性状,影响它的因素也非常复杂,并不是一两种化合物或者基因就能决定的。而2012年完成的番茄全基因组绘制,使得这一研究有了可行的基础。

关于风味的研究漫长而复杂,它不仅是科学问题,更是人们的口味问题。此后,一场由科学家和170位“品尝专家”共同参与的实验开启。科学家们对世界范围内的400份代表性的番茄种质进行了全基因组测序和多点多次的表型鉴定,利用全基因组关联分析和连锁分析,最终鉴定了影响27种风味物质的200多个主效的遗传位点。

研究在2017年取得了关键性的突破。《科学》杂志以封面报道形式,介绍了中美科学家关于番茄风味改良的化学和遗传学路线图研究成果,其中的中国科学家就是黄三文团队。

同样的研究也在水稻、谷子、油料作物等领域进行。在口粮方面,中国农科院育成的多个品种实现了量质齐升,如“中麦895”,同样是兼具高产和优质的小麦品种。

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  抗高温小麦新品种“中麦895”。中国农科院供图


绿色科技,留住传统的金山银山


科技的发展,并不一定与自然背道而驰。随着社会的进步,越来越多的绿色科技、生态友好型技术被研发出来。


在山西寿阳,一座建站三十年的“旱地农业重点野外科学观测试验站”,静静地矗立在黄土高原上。中国农科院副院长梅旭荣是最早来到这里的科学家之一,当时,他们在村里租了村民十多间民居,在一个原本是牛圈的地方,建起了试验田。


上世纪八十年代,梅旭荣就开始从事旱地农业技术的研究工作。他还记得,最早推行的旱地农业技术是秸秆还田覆盖技术,于1988年在山西长治屯留区开始推广。寿阳站建成后,更多的旱地农业技术被研发出来,集成为一个个完善的旱地农业技术体系。


到现在,这些技术在北方旱区广泛使用,包括高效旱作、抗旱适水种植关键技术与装备等。


“抗旱技术并不是完全和自然对抗,而是吸收我国数千年旱作农业的经验,尽可能地适应北方旱区的自然环境,比如培育抗旱品种,保湿保墒,提高降水利用率等。”梅旭荣介绍,“当前,我国旱地水资源利用率已提升至68%,在我们的试验田中,水资源利用率最高可以达到70%,远比全球平均水平50%高。”


这些技术,既有来自传统旱作经验的部分,也有利用现代科技,适应自然的部分。近年来,有机旱作农业技术发展迅速,在最早推广旱地农业技术的山西长治,有机旱作已成为当地主要推动发展的农业生产方式。


在今天,生态发展、绿色发展,逐渐成为人们的共识,农业科技也是如此。据介绍,中国农科院聚焦我国农业资源约束趋紧、环境污染日益加重等问题,研创出系列农业绿色生产技术和产品。如研发出我国首个植物免疫蛋白质生物农药“阿泰灵”和易降解缓释肥料,创建了农药高效低风险和养分资源高效利用等技术体系,实现农药减量20%以上、化肥减施10%以上。


过去多年中,化肥、农药等多种因素导致的农田面源污染问题日趋严重。为此,中国农科院创建了全国农田面源污染监测和减排技术体系,到目前,应用面积已经超过了2亿亩,仅这一体系,就节约了氮磷化肥折纯87万吨。中国农科院专家团队还创新了畜禽废弃物控污利用关键技术,应用企业超1.3万个,实现污水减量30%以上。


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  畜禽废弃物资源化利用技术应用场景。中国农科院供图


食安天下,面向生态与生命健康


民以食为天,食物的安全,和人们的生命健康息息相关,也和生态安全紧密相连。

现代农业科技发展中,生态安全、食物安全同样是重要的方向和内容。吃得饱、吃得好之外,还要吃得安全、吃得健康。

在今天,庞大的物流,对食品快速检测的需求越来越高。据了解,中国农科院目前已经研制了系列农药抗体及快检产品,数量占同类产品总数的80%以上。而科学家们研发的快速智能识别技术和系统,可在5分钟里同时判断6种以上目标物。

黄曲霉素是食品中最重要的毒害物质之一,也是迄今发现的毒性和致癌性最强的真菌毒素。2012年,中国农科院油料作物所研究员李培武,带领农业农村部生物毒素检测重点实验室科研团队,成功破解了黄曲霉毒素高灵敏快速准确定量检测的技术难题,研制出黄曲霉毒素系列检测仪器和配套产品。如牛奶等单个样品,从取样到结果打印最快9分钟即可完成,比国外同类产品快一半,灵敏度同样高于国外,打破了发达国家的技术垄断。如今,这一技术已经广泛应用到各种农产品、加工产品的检测中。

韭蛆是常见的农业害虫,还是韭菜生产中的“顽疾”,很难防治。中国农科院蔬菜花卉研究所张友军团队历经17年研发,找到了韭蛆的致命“弱点”和制约其种群增长的关键因子,开发成食诱剂产品。另外,还首次明确了高温是抑制韭蛆种群增长的关键因子,并利用韭蛆与韭菜对高温耐受性的差异,开创性地发明了“日晒高温覆膜”防治韭蛆新技术,在无须使用任何化学药剂的情况下,就能将韭蛆100%杀死。

农业农村部发布的数据显示,2021年,我国农产品质量安全例行监测合格率为97.6%,农业科技的发展,是最关键的原因之一。

除了保障入口的食品安全之外,如何保障人和畜禽接触导致的健康隐患,也是科学家们研究的课题之一。如禽流感,这种人畜共生的疾病,曾在全球多次引发大规模公共卫生问题。中国农科院禽流感疫苗研发创新团队在国际上率先研发出高效二价禽流感灭活疫苗,阻断了H7N9病毒从动物向人类传播,自2017年至今已累计推广应用超过700亿剂。

振兴乡村,实验室在田间地头


农业科技是应用性极强的领域,无数常年在田间地头工作的科研工作者,在大地上收获研究成果,又把这些成果带回到地里。

中国农科院党组书记张合成介绍,在脱贫攻坚到乡村振兴的历程中,中国农科院先后派出了700多个专家团队、1.2万人次科技人员,辐射带动40多万贫困人口增收。

2022年9月,山西吕梁兴县蔡家会镇柳林村种业基地,来自中国农科院作科所的专家团队,和众多本地的种植户、农产品加工从业者一起,在田间调研杂粮长势,专家们在这里举行“田间课堂”,为种植户解难答疑。

“田间课堂”是中国农科院科技助农的常规行动之一。据了解,仅作科所一个研究所,就已在全国粮食主产区建立了30多个玉米、小麦、水稻等作物的规模化示范田,通过“田间课堂”带动区域粮食作物提质增效,并且在三区三州建立了13个谷子、荞麦、食用豆等杂粮作物“田间课堂”。

除了“田间课堂”,多种助农方式也在不断推行。张合成介绍,中国农科院针对不同区域的特点,派出众多一流的专家,对各个地方进行长期帮扶,多年来,出现了众多被当地百姓信赖和称赞的专家。

除此之外,应对日渐增多的极端气候、各种突发的农业灾害,中国农科院还建立了一个全天候常态化农业科技服务体系。张合成介绍,2021年河南特大暴雨,中国农科院派出14个研究所70多位专家,奔赴一线提供抗灾技术服务;2021年北方秋汛,中国农科院派出17个研究所100多位专家奔赴5省69个受灾县开展抢收抢种技术服务;2022年开春以后,又派出11个科技小分队、31个科技工作小组到夏粮主产省,开展夺夏粮丰收专项行动。

“夏粮不丰收,我们不收队。”当时参与夏粮丰收专项行动的作科所研究员肖永贵说道。

2022年夏季,南方旱情发生后,同样有众多的队伍和科学家深入南方10省,在田间地头进行抗旱技术指导,为秋粮的收获,保住每一粒珍贵的粮食。


(单位:中国农业科学院科技管理局、中国农业科学院人事局 )

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