福建省農藝學學科發展研究

福建省農學會

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福建省農藝學學科發展研究

福建省農學會*

農藝學是一門傳統的重點學科，該學科的發展對農業的發展、“三農”問題的解決和新農村建設都至關重要。本研究在總結概括當前國內外農藝學學科發展的現狀的基礎上，分析了福建省農藝學學科的發展與國內外該學科研究水平的差距；同時展望了福建省農藝學學科發展的趨勢；最后針對福建省農藝學學科的發展差距和發展的趨勢，提出了促進福建省農藝學學科發展的思路和建議。

福建省 農藝學 學科發展 研究

農藝學是研究農作物生產技術與原理的一門學科。它的主要研究領域包括：作物栽培技術、作物種質資源、作物遺傳育種、農業資源學以及作物生態學等。農藝學是一門傳統的重點學科，它的目標是實現農作物生產的高產、優質、高效、生態、安全，其研究水平的高低，對我國解決“三農”問題和新農村建設都是至關重要。

1 國內外農藝學學科發展概況

從作物栽培技術、作物種質資源、作物遺傳育種、作物生態學以及農業資源等5個領域入手收集國內外文獻，分析各領域近幾年的研究進展。

1.1 作物栽培技術的發展現狀

1.1.1以產量潛力為突破口的超高產技術發展成為熱點

作物產量突破的可持續高產、超高產成為農藝學的研究重點。中國是世界上最大的稻米生產與消費大國；同時中國現有人口13.28億(不含港澳臺地區)，比美國多10億，每年出生人口1600萬，是全球人口最多的國家。根據國家人口計劃生育委員會的人口發展預測，到本世紀30年代，即2033年前后，中國總人口的總量高峰將保持在15億左右。因此，作物產量的突破將關系未來中國人口的吃飯問題，也將是我國農藝學研究的一個重要內容。近年來，我國以主攻單產兼顧優質、高效、質量安全的作物栽培技術創新和集成應用取得顯著成效，并繼續向縱深發展。近年來，國外在水稻、玉米、大豆和小麥的高產研究方面也取得較大的進展。例如美國北達科他州立大學農業實驗室研制出了一種叫“RG7008RR”的抗除草劑轉基因大豆品種，這個新品種比以前的“RG6008RR”品種每英畝產量要高1.8蒲士耳。

1.1.2以品質、產量協同提高為重點的優質高產技術向縱深發展

作物產量與品質同步提高成為各國作物產業化發展的共同戰略。以玉米為例，從1999年至2009年10年期間，國家玉米改良中心以玉米種質創新研究為核心，向應用研究和基礎研究延伸，創新了9個具有國際領先水平的高油玉米群體等一批育種新材料。國家玉米改良中心培育了43個省級以上審定的玉米新品種，其中國家審定品種12個，申請新品種保護17項。10年來共獲得省部級以上獎勵9項，其中國家級獎勵3項，省部級一等獎3項。

1.1.3以現代技術應用為特色的精準定量技術發展加速

作物栽培定量化、精確化、數字化技術已成為作物生產和作物栽培科技發展的新方向。發達國家作物生產實行定量化設計、精確化與數字化栽培管理。近年來，我國開展了精確定量栽培、數字化農作技術和作物生產信息化服務技術的研發，在作物生產管理中正在發揮重要作用。現代信息技術在作物生產中應用越來越廣泛，近年來構建了一批服務于主要農作物生產的數據庫及其管理系統，建立了主要作物生產信息化平臺及服務體系，創新集成了數字化農作技術，目前正向作物栽培技術標準化、智能化、數字化和實用化方向發展。在國外，當前北歐的整地技術和整地設備目前居世界領先地位。其中最具代表性的當屬瑞典。瑞典年主伐面積為22萬公頃，其中80%左右要進行整地。瑞典采運作業研究所和瑞典林學院經調查研究后結果表明，根據瑞典和芬蘭的條件，剩余物多的跡地淺層整地使用錐形滾齒耙和鶴嘴鋤式松土整地機效果最好。

1.1.4以資源節約為重點的簡化高效技術有了新發展

以資源節約為重點的簡化高效栽培技術創新與應用成為現代農業發展的主要方向。我國近年來在節約資源的基礎上，開展大量的簡化高效栽培技術研究，特別是主要農作物的節水、省肥、簡化、高產的栽培技術取得了新的進展，一直在生產上發揮重要作用。以節水農業為例，當前國內主要的研究集中在以下三個方面：一是農學范疇的節水，如調整農業結構、作物結構，改進作物布局，改善耕作制度（調整熟制、發展間套作等），改進耕作技術（整地、覆蓋等），培育耐旱品種等；二是農業管理范疇的節水，包括管理措施、管理體制與機構，水價與水費政策，配水的控制與調節，節水措施的推廣應用等；三是灌溉范疇的節水，包括灌溉工程的節水措施和節水灌溉技術，如噴灌、滴灌等。當前國外在資源節約方面也有新的發展，以以色列的節水農業為例，滴灌技術是以色列最著名的節水灌溉技術，目前已經開發到第六代。該系統根據作物各類和土壤類型設置的滴灌控制系統，使田間用水效率顯著提高，達到每立方米增產2.32公斤。

1.1.5以作物生理高效機制為突破口的栽培理論與技術發展不斷深入

作物生理學與環境生態學研究相結合，在作物栽培中發揮了重要作用。以作物光合碳代謝為中心的光合性能、源庫生理和產量構成研究為作物高產栽培奠定了理論基礎；作物營養生理研究促進作物施肥技術進步；環境生理生態研究促進了作物抗逆高產栽培的技術創新。

1.2 作物遺傳育種的現狀

1.2.1生物技術為特征的現代育種發展迅速

依據生物遺傳變異的原理，育種方法從雜交育種、誘變育種到多倍體育種、單倍體育種，再到細胞工程、基因工程、分子標記育種，生物育種技術在我國發展迅速，與發達國家在生物育種新技術方面的差距正在減小。生物技術育種正成為提高作物產量和改善品質的主要途徑。我國在重要基因克隆和功能鑒定領域取得巨大進展，在不到10年時間內，我國科技人員獲得了擁有自主知識產權的新基因上百個，獲得了一批具有潛在應用價值的新基因，水稻基因組及重要功能基因克隆研究居世界先進水平，這些重要基因的獲得為利用轉基因技術培育作物新品種奠定了堅實的基礎。在轉基因作物品種培育方面，我國也取得了可喜成績。中國是繼美國之后第二個擁有自主知識產權抗蟲棉的國家，目前已培育出轉基因棉花新品種55個（國審），至2007年，國產轉基因棉花新品種已累計推廣1.9億畝。轉基因植酸酶玉米和抗蟲水稻的研發處于世界領先水平，抗蟲玉米、抗病毒小麥等也已取得良好進展。美國圣路易斯華盛頓大學、亞利桑那大學等機構的150名研究人員歷時4年多，完成了玉米全基因組測序工作，有望培育新品種。他們以代號為Ｂ73的玉米品種為研究對象進行測序。結果顯示，玉米共有10對染色體，約3.2萬個基因，23億個堿基，是目前已測序的植物中基因數量最多的品種。

1.2.2以關鍵性狀改良為主的新品種不斷涌現

優良品種的選育正逐步由表現型選擇向基因型選擇、由形態特征選擇向生理特性選擇轉變，優質、高產、抗逆的有機結合已成為優良品種培育的發展目標和方向；品種改良取得大批具有顯著應用效益的成果，推動了農業科技的進步。植物遺傳轉化是轉基因生物產業化鏈條中極為關鍵的一個環節。目前，我國已經建立了水稻、玉米、棉花等作物的轉化技術平臺,其中水稻和棉花的轉化技術平臺初步達到了規?；Ｒ运緸槔?，我國在超級稻研究領域始終居于世界領先水平，在育種理論探索、種質材料創制以及新品種選育和應用等方面都有新突破。1999年，美國《科學》雜志專文介紹袁隆平的超級雜交稻選育理論。到2004年為止，我國已先后選育14個超級稻新品種(組合)。這些新品種通過了省級或國家級農作物品種審定，在百畝示范片驗收平均產量超過10500 kg/hm2，有些新品種百畝片產量達到12000 kg/hm2；如四川農業大學選育的D優527和江蘇省農業科學院選育的兩優E32已通過越南的品種審定，D優527出口種子320萬公斤，創匯400萬美元；2005年由中國水稻研究所育成的超級稻“國稻6號”的品種經營權以1000萬元的價格成交。湖南雜交水稻研究中心與湖南西城集團聯合建立了博士后工作站及雜交水稻基因工程研究中心，專門從事超級稻基因組功能分析。

1.2.3以方法體系創建為核心的育種技術得到發展

近年來，通過生命科學及相關學科的滲透、交融和集成，作物遺傳育種理論和方法不斷拓展，在實現品種矮稈化和雜交化二次重大技術突破的基礎上，細胞工程、分子標記、轉基因以及分子設計等現代育種技術迅速發展。我國學者建立了甘薯、馬鈴薯、柑橘等植物的體細胞雜交技術體系，獲得了大批中間體細胞雜交植株。我國學者率先培育出的高油單倍體誘導系，已經大規模應用于玉米育種中，大大加快了育種的進程。

1.3 作物種質資源研究

1.3.1植物種質資源共享平臺建設初見規模

自2003年國家科技基礎條件平臺建設啟動以來，我國植物種質資源平臺項目建設成績斐然。在各有關部門和單位的積極支持、在財政部的大力支持和科技部的正確領導下，在農業部、教育部、國家林業局、國家中醫藥管理局、中國科學院等有關部門的大力支持及全國有關科研單位、高等院校及生產部門的大力協助下，中國農業科學院作物科學研究所聯合全國271個單位的1893名科研人員開展了農作物、多年生和無性繁殖作物、熱帶作物、林木、藥用植物、重要野生植物、牧草等植物種質資源的標準化整理、整合和共享，取得了重大進展和顯著成效。目前，研究制定了1570種植物種質描述規范、數據標準和數據質量控制規范；完成了35. 6萬份植物種質資源的標準化整理、編目和數字化表達；向e平臺提交了22. 3萬份植物種質的共性描述數據，并通過8平臺和植物種質資源信息共享網絡系統，實現了30. 5萬份種質資源的信息共享；繁殖更新了13. 2萬份資源；補充完善了10. 3萬份資源所缺乏的標志性信息數據；完成了7. 2萬份瀕危、珍稀種質資源的搶救性收集、整理和保護；實現了30. 5萬份種質資源的實物共享。國外對種質資源的保護和研究也取得較大的成果，以美國為例，美國原是一個作物資源貧乏的國家,近一個多世紀以來,由于大力加強種質資源的收集、考察、研究和貯存，已為美國的作物改良和農業發展提供了雄厚的基礎，作出了巨大的貢獻。近年來，美國政府更加重視這項工作，建立了健全的組織領導和比較完善的工作體系。

1.3.2作物種質資源保存檢測技術日趨成熟，安全保存得以實現

經過近20多年的不斷完善和發展，我國已基本建立起長期庫、中期庫、種質圃、原生環境保護點等相配套的作物種質資源保護體系，研究制定了一整套種子入庫操作技術和貯藏標準，并入庫保存了39.2萬份作物種質資源，長期貯藏數量居世界首位，其成果獲國家科技進步一等獎。主要作物野生種質資源原生境保護取得了重要進展。系統研究了原生境保護技術規范。在此規范指導下，建立了野生稻、小麥野生緣植物、野生大豆、野生蔬菜、野生蘋果等86個原生境保護點。另外制定了鼓勵農民參與的作物種質資源策略，在開發利用中實現可持續保護的意識和觀念逐漸被接受，農民參與式保護取得一定的成效。

1.3.3作物種質資源鑒定初步實現由表現型向基因型的跨越

遺傳多樣性評價與核心種質建立取得重大進展。綜合利用形態學、蛋白質、DNA標記等分析方法，重點開展了不同年代育成品種的遺傳多樣性變化、地方品種的遺傳構成、多樣性的地理分化等方面的研究，建立了水稻、小麥、玉米、大豆、食用豆、棉花等核心種質和應用核心種質，以5%～10%的樣品代表了80%～90%的全部種質的遺傳多樣性，極大地方便了研究和利用。表現型鑒定呈現精準化。對主要農作物種質資源開展了多年多點的精準鑒定，并依據各類作物種質資源描述標準、數據標準和數據控制規范，鑒定性狀采集和處理數據，實現了作物種質資源鑒定評價的規范化、科學化，提高了鑒定數據和信息高效共享。同時利用現代分子生物學技術，在表現型的鑒定基礎上，開展了大規模的基因型鑒定，明確了控制不同性狀的基因及其遺傳規律，初步實現了種質資源鑒定由表現型向基因型的跨越，鑒定數據和信息更加準確，利用更加方便和有效。新基因發掘初步走向高質量和規模化。

1.3.4種質創新更加注重引入外源基因，創新種質得到有效利用

優異種是育種的直接親本來源，創新質量好、數量組的種質，將極大地促進作物育種的快速發展。當前種質創新技術也從傳統的利用基因自然突變、種內雜交、遠緣雜交、組織培養、無性系變異、人工誘變等手段，擴展到了借助分子標記輔助改良、通過基因工程直接轉移外源基因、3個以上優異基因聚合等。一次創新的變異類型，培育新種質。為了拓寬育種遺傳基礎，通過遠緣雜交等手段，將外源物種的期望基因轉入栽培種，并在方法和材料創新方面取得顯著進展。圍繞高產、優質、抗病、抗率、高效利用水肥等育種目標，創造出一批育種新材料和遺傳材料，例如，將普通野生稻的yld1.1和yld2.1兩個高產基因位點轉入栽培稻，創造出超級稻骨干親本“Q611”（恢復系），并開始提供育種家利用；通過普通小麥與冰草雜交，已創造出包含冰草多花多粒、抗旱、抗白粉病和條銹病等基因的普通小麥——冰草異源易位系30余個，育種家利用后，已培育出普通小麥新品種2個；利用輻射誘變技術，創造出大鈴、纖維品質優異的棉花新材料，培育出大鈴優質雜交棉“中棉所48”，這些新品種目前正在生產上推廣運用，產生了很大的社會經濟效益。

1.4 作物生態學

作物生態學主要研究作物與環境的相互關系及其作用機制，從分子、細胞、組織、器官、個體到種群、群落甚至生態系統等都可以開展有關的研究，但其核心是探討作物生長發育及產量形成對環境因素的響應機制與調控途徑。隨著現代生態學、生理學、信息學理論與方法的不斷創新與拓展，作物生態學的理論和技術正在得到不斷的充實和提高，并在農業生產管理與環境資源利用方面發揮著日益重要的作用。當前加拿大、美國在生態學領域的研究近幾十年來一直走在世界的前列。憑借先進的設備支持，以及充足的研究經費投入，美國的科研機構在生態學的各個層面上進行了廣泛、深入的研究，同時獲得了豐碩的成果。作為科研力量主力軍的美國國內眾多的高等學校在生態學的研究中發揮著重要的作用。

1.4.1生態適應性的研究

從作物生長發育及產量、品質形成與環境要素關系出發進行的作物生態適應性研究，為推動我國作物品質生態區劃、優勢農作物產業帶建設等奠定良好的理論基礎和科技支撐。近年來，隨著GIS等技術在作物生態學的應用，作物生態適應的評價和布局變得更為直觀和準確，我國開展了大量的區域作物生產潛力和品質氣候生態領域的研究，取得的相關研究成果對指導國家及各地農業生產結構調整、區域農作物生產優化布局及優勢產業帶建設等起到積極作用，對實現作物高產、優質、高效、生態、安全作出重要貢獻。作物生產潛力研究方面，已經從最初的作物的光合潛力研究，逐步在充分考慮光照、溫度、水分等綜合因素考慮作物的生產潛力，并開始將農業氣候生產潛力數值模擬與資源量化評價結合，模擬一定氣候因子背景下農業生產所能達到的最高產量；利用計算機技術建立農業氣候資源數據庫，實現對農業氣候資源信息的有效管理，并分析和評估光、熱、水等農業氣候資源配置對作物生長發育、產量形成的影響，為農業氣候資源的有效利用提供了基礎。近年來，以大氣CO2濃度升高為主題的全球氣候變化問題成為熱點領域，圍繞作物對全球變化中的生理生態響應，植物適應和進化的機理以及對有限資源的合理利用等問題，已經開展了人工模擬CO2增加的大氣環境中對作物生理、生長的變化進行研究，或在實驗室或野外進行控制條件的實驗或觀測，研究種群生長與競爭、群落結構與生產力及生態系統功能等；另一方面，將全球氣候變化模型GCMs與作物模擬模型結合起來，對農作物生產進行敏感性分析，包括溫度升高和CO2濃度升高對作物光合作用、蒸騰作用、氣孔導度、水分利用效率的生態生理變化影響，以及作物生育期、熟制及復種指數變化等。此外，針對作物之間的化感作用研究已經步入了理論與應用相結合的全面發展階段，在化感作用的遺傳、化感物質分離與鑒定、作用方式及其機制等方面研究不斷深入，并取得了重要研究進展，尤其在運用現代系統生物學技術研究非生物因子的化感作用方面不斷深入。

1.4.2復合群體利用研究

近年來，復合群體在提高資源利用效率的優勢在國內外已得到廣泛證實，并被作為解決糧食安全、實現作物產品多樣化、推動農業可持續發展以及解決農村剩余勞動力的重要手段而大面積推廣應用。作物復合群體生態作為我國特色和優勢研究領域，針對復合群體的光能利用、作物競爭與產量的關系及生產潛力的系統研究、多熟種植模式的田間小氣候的特征、調控技術的研究及群體結構優化研究等方面都取得了許多重要的成果，并在指導多熟制生產實踐方面發揮了重要作用。在充分利用不同作物生態位差異與互補原理，發揮作物復合群體的時間、空間資源集約高效利用特點，建立高產高效多熟種植模式原理及技術方面取得突出進展。

在應用基礎研究上，系統深入地研究了主要作物間套作復合群體結構中田間光能分布與利用，復合群體農田微氣象因子動態變化規律，土壤水分、養分、生物活性的動態變化，土壤培肥與養分平衡，復合群體作物間的養分、水分競爭及互利關系及對產量、品質的影響機理；基于多樣性種植系統中作物種間相互作用對根際養分、土壤養分、作物養分吸收的影響，揭示多樣性種植系統中養分資源吸收利用與病蟲害控制間的內在關系和相互作用等；研究提出了不間斷復合傘形結構、復合群休共生作物主輔換位、復合群體的時空協調統一等多熟種植復合群體的理想動態結構的構建規則等。

在技術應用上，基于農田多熟制復合群體構建規則與關鍵調控技術，提出多熟群體的品種搭配優化，種植帶型、間距、行比、密度優化，以及配套栽培管理技術等，在大幅度提高農田產生力的同時，促進資源利用效率提高。近年來，國內外對農田作物及品種混合種植的病蟲害防治、水分養分高效利用等開展了較為深入的研究。如通過不同抗性水稻品種多樣性種植系統中養分吸收利用的基本規律及其與稻瘟病控制、水稻產量優勢形成的相互作用研究，從分子水平L探索農作物多樣性機理及其應用已經取得進展；通過研究大麥／蠶豆、油菜／蠶豆、玉米／魔芋、玉米／辣椒等多樣性種植系統中作物種間相互作用，及其對根際養分、土壤養分、作物養分吸收的影響效果，揭示了多樣性種植系統中養分資源吸收利用特征與提高資源利用效率的途徑。當前，加拿大對森林生態系統的研究處于比較領先的地位，特別是試驗區森林分類經營,加大天然林資源保護和退耕還林工程力度,發展優質高效的速生豐產用材林方面。

1.4.3作物信息生態的研究

作物信息生態是隨著計算機及信息科學技術高速發展背景下開展的，目前已經是作物生態學研究和應用中最為活躍的一個領域。作物信息生態在實際應用中主要采用作物生態系統信息采集、信息處理技術、信息管理和利用技術等；作物生產系統模擬技術是指采用系統分析方法和計算機模擬技術對具有不同時空尺度的作物生產系統內部各成分的狀態、相互關系及隨時間的變化過程進行定量表達和動態模擬，包括從宏觀的作物分布、種植制度、土壤與氣候分布到微觀的作物光合作用、干物質與養分積累和分配、產量與品質形成過程的定量描述與模擬。20世紀80年代以來，我國學者引進國外先進的建模思想和一些模型（如CERES)，在水稻、小麥、玉米、棉花等主要作物的模擬模型及個別生理過程模擬研究方面取得了一定成績，已經研制出了一些具有自主版權的大型實用模型。

近年來，在作物生長模擬模型基礎上開發作物知識模型，以及利用模擬模型與知識模型的集成應用方面已經取得突出進展。作物知識模型作為描述作物與環境之間定量關系的動態量化模型技術，受到國內外農業信息技術研究的普遍重視。一方面，知識模型的開發為機理性的模擬模型與實用系統接軌架設了橋梁，彌補了模擬模型在實際應用上的局限性；另一方面，知識模型的解釋性和通用性強，尤其在農業決策支持系統、專家系統的應用上，克服了單純利用知識規則推理的功能單一性。作物管理知識模型系統的構建與應用，將作物生長模擬研究中的系統分析原理和動態建模方法應用于作物生產管理知識體系的定量化分析和數字化表達，有效解決了傳統作物管理專家系統和作物栽培模式經驗性強、適應性窄、定量化弱等難題，實現了作物栽培管理知識表達的模型化和數字化，以及作物栽培管理決策的精確化和科學化。近年來，在作物管理知識模型系統的設計與開發框架、作物管理知識模型的定量化算法、基于知識模型的作物管理決策支持系統及精確農作管理決策系統等方面，取得了較為突出的創新性進展，開發的小麥、水稻、棉花等主要農作物的智能化作物生產信息管理系統，已經有效服務于生產決策管理，推動了我國作物栽培學科理論和技術的創新。

1.4.4作物生態養分的研究

協調作物與土壤環境間的關系，提高資源的利用效率，保證糧食安全，改善環境質量，推動農業的可持續發展是作物養分生態研究的重要任務。近年來，我國科學家先后在農田養分利用及其高效利用上作了大量的工作，通過對華北平原與太湖地區作物—土壤系統的氮素利用，揭示了施氮量增加，當季氮吸收率下降以及損失增加的規律，闡述了不同形態的氮損失與栽培條件的關系；圍繞“產量效應與環境效應相協調”的要求，提出了“區域宏觀控制與田塊微調相結合”的施氮量推薦原則，建立了以根層氮素調控為理論基礎，土壤硝態氮測試手段的氮素實時監控技術及相應的控制指標，運用模型計算與GIS系統，建立了基于縣域的氮素管理系統。

隨著人們對作物養分生態研究的深入，提出了最佳養分管理技術。最佳養分管理是基于作物養分需求，發達國家為了解決高產與環境保護的矛盾，在長期生產時間中探索出來的一套集成技術。最佳養分管理強調充分發揮作物品種的生物學潛力，通過綜合利用土壤、植物和環境養分，最大限度地提高各種養分自用的利用效率。我國先后實施了配方施肥等項目，有效地提高了作物養分利用效率。目前最佳養分管理技術已經得到相應管理部門的重視，并給予了支持，推動了相關技術的研發和推廣，對于我國養分資源的高效利用起到了積極的推動作用。提高作物水分生態適應性和水分利用效率一直是作物生態學研究的重點領域，隨著水分短缺問題日趨突出，如何用好有限的水資源，充分合理利用降雨、土壤水以及地下水已成為農業領域的重大問題之一。

1.4.5分子生物技術在生態學上的應用研究

隨著分子生物學技術的普遍應用，從分子水平研究作物與環境的關系及其作用規律是近年來作物生態學研究的熱點領域之一。一方面，探索作物相關基因的遺傳分子生態特性，即作物基因功能通過特定環境條件及其作用模式完成的分子信息傳遞機制，相關基因在不同發育階段或特定基因在不同環境條件下的分子行為等；另一方面，在分子水平上解釋作物生長發育過程中環境因素的變化規律、成因、機制及其生態效果，并由此影響作物生長發育的相應變化及其分子響應機理與調控技術。隨著基于基因組學和蛋白組學的研究成果不斷涌現，對作物表觀遺傳學與環境之間的關系研究逐步取得突破，對作物分子適應與分子進化的理解不斷深入。從分子水平上解析作物形態建成及生長發育的機制，對明確作物生理生態作用機理及進行分子水平調控，提高作物產量、品質及抗逆能力有重大意義和發展前景。如探討作物光周期現象、春化現象的分子機理已經取得顯著進展，通過研究作物生理生態過程的信號傳遞、功能基因定位等，能夠深入解釋其作用機理和調控途徑。

針對作物對逆境響應的分子機理研究也是近年來廣泛重視的研究領域，對作物溫度脅迫、水分脅迫、鹽分脅迫、營養脅迫的響應基因及其蛋白質識別，與作物抗性有關的調控元件和因子分析，對各類脅迫信號的傳導途徑及從因定位等，對提高作物分子調控水平和挖掘作物抗逆能力有重大意義。近幾年，研究氣候變化對作物生產的影響受到廣泛重視，對溫室效應產生的成因及其對作物生長發育影響的分子生態效應進行了大量研究，對紫外線輻射增強和CU:濃度提高的環境分子生態學過程與機理，以及作物對其響應的遺傳分子生態學特性與調控對策等，國內外已經有大量研究成果。

1.5 農業資源研究

近年來，農業資源學在資源時空分布與配置、資源利用等方面的基礎理論和關鍵技術取得較大的突破，我國耕地資源、水資源、農業氣象資源、社會資源的開發和利用均達到較高水平，農業廢棄物資源的循環利用得到了快速的發展，為現代農業的快速發展奠定了十分堅實的基礎。當前國際上對農業資源的保護研究發展迅速，許多國家都實行工廠化生產農產品。例如LED在植物設施栽培上的運用，農業氣象的預測和農業自然災害的預防方面都具有較高的水平。

1.5.1土地資源的開發與利用研究

在農業土壤資源開發與利用方面，完成了覆蓋我國各主要農區的耕地質量評價指標體系，建立了適合我國不同地區農業特點的耕地質量培育模式和技術體系；不同類型區后備耕地開發適應性評價已取得初步的進展；采取深耕和適度免耕等技術以及應用土壤改良劑快速熟化后備耕地已受到廣泛的關注；初步明確了我國土壤污染現狀及成因，提出了土壤污染優先控制區及控制對象；開展了土壤污染綜合防治體系和土壤環境保護標準體系的建設。現代科學技術的使用促進了農業土壤學的應用更加模式化、數字化、智能化、標準化和網絡化，有力地推動了農業土壤學的發展進程。當前國外對土地的研究水平比較先進，例如澳大利亞學者開展的土壤碳—氮—水—生物的農學效應和環境效應平衡研究，就為當前土壤管理提供新的研究思路。

1.5.2水資源領域研究

在農業水資源領域，近年來多尺度理論、動力學理論和系統工程理論已在水資源高效利用與作物節水等研究方面得到廣泛的應用，與現代信息、生物和材料工程學的交叉融合也日益廣泛。農田—區域—流域多尺度降水轉化過程機制模擬與調控技術得到較快的發展，降水資源利用技術已從過去的經驗性總結向高技術應用和工業化技術產品生產邁進。與集蓄雨水高效利用相配套的免耕技術及機械化機具的應用，在一定程度上解決了半干旱地區作物播種出苗和抗旱補灌問題。作物WUE基因工程概論研究開始受到廣泛重視，通過基因工程改良培育高WUE型和抗旱節水型作物新品種，已成為農業水資源學研究的一個新亮點。作物高效用水生理調控與非充分灌溉理論研究不斷深入，相應的調控制劑研發日新月異，原材料開始由傳統的化工原料轉向綠色環保的天然生物材料，功能由單一向多功效轉變。灌溉新理論、新技術和產品的研發速度明顯加快，低成本、高效的微灌、噴灌及移動式抗旱灌溉機具逐步走向市場并實現大面積應用，產品日趨標準化、系統化。高新技術在農業水資源現代化管理中的應用日益廣泛，3S技術的應用提升了農業水資源管理的現代化水平，數字渠道、數字灌溉區的發展大大促進了精準灌溉和農業水資源高效調度。農業水資源管理系統更加重視工程措施、農藝生物措施與管理措施的有機結合，并向標準化、規范化、模式化、定量化和智能化方向邁進。

1.5.3氣候方面的研究

在農業氣候資源利用與減災方面，通過特定區域從定性或半定量方面進行農業氣候資源的時間與空間特征分析，為研究相應區域農業氣候資源的充分利用和評價分析提供了有效依據。在區域農業氣候資源數據分析的基礎上，探索特定區域內農作物的適宜種植程度和作物本身即作物之間的組合、熟制以及復種指數等，已受到研究者的廣泛重視。同時根據區域農業氣候條件以及作物的氣候生態適宜性來確定區域的種植制度和作物區劃，從時間上充分利用農業氣候資源，也是近年研究的熱點。根據“最適因子律”和“最低因子限制率”，通過定量分析，分別從光能生產潛力、光溫生產潛力、光溫水生產潛力和農業自然生產潛力等不同層次，研究、模擬一定氣候因子背景下農業生產所能實現的最高產量，是近年受到研究者關注的重要方向；利用數學方法在多年平均氣候資料的基礎上，通過建立量化的指數或數學模型來綜合評價與分析區域農業氣候企業，在近幾年農業氣候資源量化評價與分析研究方面開始得到廣泛應用。利用計算機技術建立農業氣候資源數據庫，對農業氣候資源信息進行有效管理，分析和評估光、熱、水等農業氣候資源配置對作物生長發育、產量形成的影響，為農業氣候資源的有效利用提供了基礎。應用GIS定量采集、管理、分析具有空間特性的氣候資源，如數字高程度模型、GIS農業氣候資源數據、空間分析模型、農業氣候資源分析計算、氣候分區與定量分析及評價等，以及利用GIS技術快速方便地進行農業氣候資源小網格推算模式研究，也逐步受到重視。

1.5.4農業社會資源的研究

在農業社會資源方面。目前我國化肥資源的利用現狀是：(1)總量不足，品種結構不合理；(2)平衡施肥水平低，肥料效益低；(3)新型肥料研發進展緩慢，科技水平不高；(4)配方施肥等基礎工作薄弱，施肥盲目性大；(5)植物營養與肥料科學知識普及不足，將有機肥與化肥對立起來，把氨態氮、硝態氮與酰胺氮對立起來，導致土壤板結和土地生產力下降。在生物農業應用方面。由于生物農業具有的節能、環保、保護資源等優越性，近年來逐步成為世界各國的研究熱點和競爭的焦點。我國在生物農藥的研制方面具有一定的優勢，農抗120、中生菌素、白僵菌、綠僵菌等已在生產實際中得到較廣泛應用，并產生了較好的經濟和社會效益。在植物源農藥與開發方面，目前皂素煙堿可溶性乳劑、魚藤酮乳劑、雙素減水劑、油酸煙堿、茴篙素水劑已取得登記或小規模商品化生產。

近年來我國在農業資源領域的重大成果有：全國農業資源現狀與區劃、配置；測土配方與平衡施肥技術；作物生理節水灌溉技術與膜下滴灌；作物氣候生產潛力理論與重大氣象災害減災技術；微生物農藥；農林廢棄物循環利用技術；硫銨包膜肥和雜交水稻制種專用包膜復合肥；農用地膜覆蓋技術等。

2 福建省農藝學研究與國內外研究的差距

2.1 作物栽培方面

作物栽培理論與技術的體系薄弱。福建省作物栽培學科體系不完善，存在理論與技術不配套問題，與相關學科相比，科學性和先進性還有差距。

2.1.1關鍵栽培技術創新不足。目前我省栽培技術是在傳統技術基礎上的集成組裝，缺乏關鍵原始創新和現代高新技術在作物生產技術上的創造性應用，技術更新換代不明顯，作物生產信息化和數字農作技術水平與國內外的差距較大。

2.1.2多目標生產的關鍵技術難題沒有根本解決。超高產突破、優質高產同步、資源可持續高效利用、環境友好和農產品污染控制等技術難題還未從根本上解決，大面積中低產區的抗逆、更加高產高效的技術有待進一步研發。

2.1.3技術推廣體系不健全。目前，我省作物栽培與耕作研究體系和隊伍建設亟待加強，特別是技術推廣體系十分薄弱，生產者技術水平與勞動素質亟待提高。

2.2 遺傳育種方面

我省在農業品種的雜交方面具有較好的基礎和發展歷史，也培育了一些優良的品種，在國內外都具有一定的影響。

我省在水稻等作物的優質、高產和抗逆的基因克隆方面做了不少工作，也培育了一些優良的品種。但是由于我省作物基因組學研究起步較晚，和國內外的差距還較大。

2.3 作物種質資源方面

福建省作物種質資源考察收集尚未建立長效機制。因受項目和經費的限制，并沒有進行全面系統的實地調查和收集。我省一直沒有重視對特殊遺傳材料特別是基因組學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作物種質資源的基因型鑒定任重道遠。我省種質資源的基本農藝性的鑒定只處在一個初步的發展階段，尤其是基因型鑒定仍處于起步階段，優異基因發掘也僅限于水稻、小麥、玉米、大豆等少數作物。

2.3.2作物種質資源利用效率不高。我省雖然對現有的作物種質資源進行了初步鑒定評價，建立了部分作物的核心種質和應用核心種質，大力開展種質創新和新基因挖掘，并不斷提供生命科學和作物育種利用，但總體看，作物種質資源的利用率偏低。如何加速開發庫存種質資源，提高利用效率，已成為我省農藝學科學界高度關注的焦點問題之一。

2.4 農作物生態學方面

由于我省作物生產系統的多樣性和復雜性突出，我省作物生態研究的理論提升和技術創新與生產需求結合很緊密，尤其在作物生產生態學、作物復合群體生態學等方面有許多獨特之處，與國內和國際同類學科相比，優勢突出。但與國外同類學科比較，也存在明顯不足，主要表現在：

2.4.1作物生態基礎研究與原始創新方面不足。隨著分子生物學、現代信息學和新材料學等現代學科的快速發展，以及社會對作物產品品質、資源利用、質量安全、生態安全、應對全球氣候變化等要求越來越高，國際上作物生態學學科發展方向得到了快速拓展。作物分子生態、作物信息生態等是近年來國際上新興研究熱點領域，我省的總體研究水平相對落后，原創性的模擬模型、實驗方法較少，基本以引進、消化和集成應用為主。

2.4.2學科交叉創新能力不足。與國內外一流研究機構比較，我省作物生態學科的人員組成、專業人員組合和學術團隊的綜合性劣勢明顯。我國作物生態學科的學術隊伍多數源于農業氣象、作物栽培與耕作、農業生態等傳統專業，新興學科方向的高水平人才較少；學科之間的聯合協作較少，學術團隊專業背景多樣性差。

2.5 農業資源學方面

我省在農業資源學的某些領域盡管具有一定的特色和優勢，但總體比較仍然落后，在今后的發展中必須結合我省特點，注重農業資源高效利用理論、方法和技術的創新，逐步形成具有福建特色的農業資源學科。

由于經濟發展水平的限制，我省在農業水資源利用技術方面總體落后于國內外的先進技術。特別是在灌溉設備研發、雨水資源化利用、作物水分高效利用改良和現代農業水管理等領域還存在較大差距。

與國際上在農業氣候資源研究方面的全面推進相比，盡管目前我省在農業氣候區劃、農業氣候資源利用方面有一定的研究，但在基礎理論研究與氣候模式、農業氣候資源全國監測網絡建設、農業氣候資源監測技術及設備、農業氣候資源利用技術等方面還有較大差距。

3 農藝學學科發展趨勢展望

新的世界性農業科技革命正在興起并向縱深發展，農業科學已呈現出與生物技術、信息技術等基礎學科的更深層次的交叉、融合與滲透，學科發展綜合化的趨勢十分顯著。各類科學問題、經濟問題、社會問題等往往都帶有多學科特點，要解決制約我國經濟與社會發展重大科學與技術問題，必須依靠多學科的集成才能承擔起這一重任。如何在現有的農藝學學科基礎上，培育新的學科增長點，推進學科相互交叉、滲透，提升學科綜合實力和解決重大科技問題的能力，構建優勢學科群及學科發展平臺，是農藝學學科發展面臨的重大任務。

農藝學學科承擔著國家農業科技原始創新、開展前瞻性研究的重要使命，起著支撐現代農業技術進步的核心作用，也是聚集和培養高級農業科研人才進行農業科技國際合作與交流的主要依托。因此，農藝學學科除生產知識、理論、方法、技術等原始創新活動外，還要更好地服務于國家經濟與社會發展重大戰略需求，圍繞國家糧食安全、食物安全、營養健康、農民增收、資源高效利用、環境保護、新能源新材料等我國農業發展長期面臨的重大問題，開展自主創新研究，為建設具有中國特色現代農業提供理論、方法、途徑和技術指導。

《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006～2020年）》提出了從增強國家創新能力出發，加強原始創新、集成創新和引進消化吸收再創新；堅持有所為、有所不為，選擇具有一定基礎和優勢、關系國計民生和國家安全的關鍵領域，集中力量、重點突破，實現跨越式發展；從現實的緊迫需求出發，著力突破重大關鍵、共性技術，支撐經濟社會的持續協調發展；著眼長遠，超前部署前沿技術和基礎研究，創造新的市場需求，培育新興產業，引領未來經濟社會的發展戰略部署。在《綱要》確定的11個重點領域、68項優先主題、16個重大專項，以及重點安排的8個技術領域27項前沿技術和18個基礎科學問題和4個重大科學研究計劃中，有一半以上都涉及農藝學學科。

4 福建省農藝學學科發展的重點領域

4.1 耕作栽培技術領域

根據我省的資源特點，發展適合山地資源的栽培技術，對山地實用技術進行深入研究和創新，促進我省耕作栽培技術的進步。深入研究節水、省肥、節能的高效種植技術。同時加大宣傳力度，搞好耕作栽培技術培訓。讓廣大農民認識到先進的耕作技術對農業增效、農民增收、保護環境、發展農村經濟的重要意義，切實推進先進耕作栽培技術的推廣。加大對推廣實用和先進的耕作栽培技術的補貼力度。

4.2 作物遺傳育種領域

繼續開展農作物雜種優勢機理及利用新途徑研究,加強多QTL與上位性QTL檢測、作物分子設計育種方法、種質資源新基因發掘方法和組學數據分析方法等理論研究。以培育抗病蟲、抗逆、高產、優質等新品種為中心，重點突破功能基因克隆與驗證、規?；D基因操作、生物安全評價三大核心技術；與常規育種技術結合，建立和完善優異種質創新、新品種培育和規?；品N三大技術平臺；健全生物產業技術創新、生物安全評價和產業應用三大體系。加強作物基因組學中重要的理論和方法學等基礎研究，主要農作物重要經濟性狀的分子機理和分子改良的基礎研究，重要性狀形成的基因表達網絡解析和作物的分子設計育種等。

4.3 作物種質資源學領域

積極開展國外作物種質資源收集與引進工作，深入開展作物種質資源安全保護與監測關鍵技術研究，研究建立庫存資源生活力變化的動態監測體系，以及原生境、種質庫、種質圃、試管苗和DNA庫相配套的完整的現代化保存體系，確保我省作物種質資源的基因多樣性和長期安全保存。加速作物種質資源重要性狀鑒定評價技術研究及其應用，建立和完善作物種質資源表型評價國家標準或行業規范，開展有針對性的作物種質資源鑒定評價，構建我省主要農作物的“核心優異資源庫”。大規模開展作物種質資源等位基因多樣性分析與新基因發掘，綜合運用傳統技術與現代分子生物學技術，以福建特有和具有重要價值的作物種質資源為對象，進行系統的基因型分析，明確等位基因的多樣性變異范圍，并闡明其遺傳、生理生化特性和育種利用價值。發掘在高產、優質、抗逆、抗病蟲、營養高效等方面具有重大應用前景的功能基因及其分子標記，創造具有高產、優質、多抗、高效等多個優異基因聚合、綜合性狀良好的突破性新種質，為新品種培育和基礎理論研究提供必需的關鍵基因，并實現基因資源主權保護。建立和完善我省作物種質資源的電子基因庫、分子指紋圖譜數據庫，建立快捷的作物種質資源信息分析、管理和查詢系統，實現信息共享。

4.4 農業資源學領域

重點開展氣候變化、極端氣候事件和農業氣候資源變化對農業影響研究，開展農作物對氣候變化及極端天氣事件的響應機制、應對氣候變化戰略研究，發展應對氣候變化的理論和技術體系等研究。建立規?；?、成熟、高效的植物遺傳轉化再生體系，加強轉基因植物的安全性評估，盡快開展重要農作物功能性基因組研究，開展改善肥料利用率用于農業的控制釋放肥等新型專用肥料研究，開發低濃度、低能耗、低排放和零排放的肥料工藝，開發城市垃圾新肥源，開發具有抗蟲、殺菌、增產和抗旱等功能的新型復合肥料。建立適合福建水資源特點的節水型農作制度，突破節水抗旱超級品種選育的重大基礎理論和關鍵技術，構建挖掘作物節水抗旱生物潛能的應用基礎理論與技術，創建節水高效農業技術模式的設計平臺。加快信息技術、生物技術和材料科學在農業水資源研究中的應用，優先開發灌溉、旱作與生物綜合配套技術，重點突破精量灌溉技術、智能化農業用水管理技術及設備。

4.5 作物生態學領域

開展作物對氣候變化響應與適應的地上地下相互作用的生物學機制研究，明確未來氣候模式下我省作物生產的應對技術途徑和發展策略。開展作物產品質量安全的生態環境調控理論與技術研究，明確主要作物類對典型污染物的生態響應特征，作物產品對典型污染物的富集特征，并通過作物系統調控、產地生態環境調控，降低產地污染物的生物有效性，阻隔污染物在人類食物鏈中的傳遞，確保農產品質量安全。充分運用現代作物生理學、作物生化與分子生物學的原理與研究手段，研究作物產量與品質形成、資源高效利用、抗（耐）非生物逆境（溫度、水分、污染物等）脅迫的生態學機理及調控原理。將系統科學和信息技術應用于作物生長及生產系統的定量化分析和數字化表達，構建基于作物生態過程的作物生育與產品（產量和品質）形成的機理模型，設計和實現數字農作管理決策系統。加強作物優質高產復合系統的構建理論與技術研究，為單一作物長期連作下形成的土壤理化障礙、病蟲草害、品種退化等問題的解決提供理論基礎和技術途徑。

5 福建省農藝學學科發展的總體思路

全面落實科學發展觀，按照“面向、依靠、攀高峰”和“自主創新、重點跨越、支撐發展、引領未來”的科技工作指導方針，加強我省農藝學學科建設，整體提高我省農藝學學科科學與技術研究創新水平和國際競爭力。

6 促進我省農藝學學科發展的建議

6.1 加大農藝學研究的資金投入

資金是開展科學研究的重要保障，為了加快農藝學學科的發展，應增加研究資金的籌措與投入。一是要增加政府的財政預算資金，專項用于農藝學的研究與發展；二是發揮企業的融資作用，通過制定優惠政策，促進企業在農藝學研究的某些方面投資；三是做好社會的融資工作。

6.2 建立學科持續發展的穩定機制

農藝學學科的連續性和繼承性突出，研究的周期長；農藝學學科研究的科學與技術屬社會公益性的應用學科，難題多而復雜，條件差，項目與經費嚴重不足。因此，各級政府應把農藝學學科的研究作為創新研究項目，連續而穩定地列入國家和地方的重大科技計劃，從體制、政策和經費投入上給予高度重視和支持。

6.3 加大學科調整力度，拓寬學科發展空間，促進學科交叉

世界學科發展總的趨勢是更加走向綜合化，呈現出高度交叉、滲透、融合的趨勢。農藝學學科要適應跨學科合作以及復合型人才培養的要求，促進學科之間相互交流和滲透，處理好傳統優勢學科與新型特色學科的關系，營造具有特色的學科生態，構建一個學科特色更加鮮明、競爭優勢更加突出、結構布局更加合理的學科休系。要瞄準學科前沿和國家重大需求，準確把握農藝學學科的發展趨勢，積極發展新興學科和邊緣學科，培養新的學科增長點，實現學科建設的跨越發展。

6.4 鼓勵重大科技問題研究的學科配合與協作

從解決我省重大生產難題和影響我省作物生產水平提高的重要因素入手，在條件建設與科技立項上提倡多學科聯合，有效地建立作物科學不同層次的學科體系和協作網絡，從體制、機制和任務分工上解決分工不明、上下一般粗和重復嚴重等問題。

6.5 加強人才培養和學科團隊建設，精心打造高素質學科隊伍

針對目前我省農藝學學科隊伍綜合實力較弱，優秀人才持續向分子生物學、現代信息學等學科轉移的現實，要創造良好環境和條件，吸引和凝聚國內外高水平科技人才從事基礎農藝學學科研究。首先要構建有利于創新人才成長的文化環境，樹立求真務實、勇于創新、團結協作的科學精神，倡導學術自由和民主；建立并完善一套數量、質量并重，個人、團隊兼顧，短期、長效結合，以質量為主的學術評價機制。其次，圍繞學科發展加大高層次拔尖創新人才引進力度，造就一大批具有創新能力和發展潛力的學科帶頭人和學術骨干，有針對性地組建一批本學科學術團隊及創新團隊。要在保障現有隊伍穩定與提高的同時，著力挖掘青年學術骨干和研究生的培養潛力，為學科發展提供更多的后備力量，增強發展后勁。

6.6 加強國際交流合作，推進學科人才培養和科技創新與國際接軌，提升我省農藝學學科的國際影響力

開展多層次、多渠道的國際合作與交流，有效吸收國外先進的研究方法、技術和管理經驗，利用全球科技資源提升學科的科技創新能力，促進我省農藝學學科的跨越式發展和自主創新，提高學科國際競爭力。一方面，要不斷尋求國內學者廣泛參與區域和國際合作研究的機會和渠道，能夠在更多領域與國際研究機構和一流專家共同開展相關研究，融入國際研究團隊中；另一方面，大力促進與國際高水平大學和研究機構建立實質性合作，為學術帶頭人和青年教師創造到國外進行學術交流和開展合作研究的條件，鼓勵和吸引國際優秀科學家到國內兼職，開展教學和科研活動，聯合培養研究生等。

6.7 發揮企業在農藝學研究中的作用

要有效發揮政府在提升龍頭企業技術創新能力中的引導作用。注意培育行業領軍企業向農業科技型企業發展；完善競爭機制，促進公共部門與私人部門的有效分工與合作；增強企業的科技創新活動能力；完善知識產權保護體系。

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課題組成員：

1、陳啟鋒，原福建農學院副院長，教授、博導。

2、吳建華，福建省農學會會長，推廣研究員。

3、鄭 玲，福建省農學會秘書長。

4、蔡元呈，原福建省農學會秘書長，推廣研究員。

5、范水生，福建農林大學作物科學學院，副教授、博士。

6、邱生榮，福建農林大學金山學院，講師、碩士。

* 第一執筆人：朱朝枝，教授，博導，博士，福建農林大學學報編輯部主任，主要研究方向：農業可持續發展，農業多功能性產業等。