当前，全球第四次技术革命正在加速发展，生物、信息、新材料和新能源等领域颠覆性技术不断涌现，并不断向农业领域“渗透”，与传统农业科技交叉融合，推动新一轮农业科技革命，引领农业新质生产力，催生农业新业态、新产业、新模式不断涌现。根据综合研究分析认为，总体上全球农业科技发展进入了一个呈现“四个农业变革”“四极创新趋势”和“三大创新范式转型”特点的历史新阶段。
一、农业科技引领全球农业产业变革进入“四个农业时代”
一是新一代生物技术创新引领生物农业产业变革时代。基因组学、基因编辑、合成生物学、干细胞等前沿技术，不断创造新的基因、新的物种、新的产业，已经成为全球未来农业竞争力的优先热点和战略主导标志，将推进农业科技进入了新一代生物技术驱动发展的新时代。近年来基因组等多组学生物信息大数据构建日新月异，基因克隆效率大幅提高，基因叠加新技术实现了多基因融合、多性状复合的生物技术产品迭代升级。国际种业已进入BT+IT驱动的智能化育种4.0时代，成为诸多发达国家大力发展、竞相角逐并刻意垄断的战略性产业。农业微生物技术是新一轮农业科技革命的又一重要核心技术，利用农业微生物的食物制造发展潜力巨大。与此同时，未来5～10年，AI、合成生物学、材料学、化学与兽医学的交叉融合，将实现高端疫苗、药物、诊断试剂和抗生素替代品的智能化开发，实现全域数智化疫病精准防控。新一代农业生物技术将是未来科技投入的热点领域。
二是低碳生态技术创新引领绿色农业产业变革时代。绿色发展已经成为全球共识。绿色经济将成为世界经济新的增长点，也是全球产业竞争力的重要表征，将对技术创新以及产业发展形成强制性规则与倒逼机制。绿色技术创新将对世界产业发展绿色化起到重要推动作用。农业绿色低碳技术是世界各国实现农业绿色可持续发展的重要发展领域。绿色低碳、生态循环、有机农业、再生农业、多样化农业等技术日益受到青睐并成为未来农业新趋势。在农业节水领域，发达国家普遍注重生命需水信息获取、智能预报与通用作物水模型的发展，并注重物联网、大数据、人工智能等现代信息技术的应用；在土壤科技领域，发达国家普遍注重耕地土壤健康培育、养分循环利用、生物培肥、绿色可持续等技术和产业的发展，并十分注重合成生物学、人工智能、大数据、卫星遥感、近地传感、机器学习等现代先进技术的应用；在农业绿色投入品领域，生物肥料、生物农药、纳米农药、生物兽药等新型农业绿色投入品，逐步替代传统的“化学”农业投入品。
三是人工智能技术创新引领数字农业产业变革时代。全球进入数字化经济推动的新一轮高层次现代农业变革，以互联网、物联网、传感器、大数据等为技术基础的智能农业、智慧农业、无人农业、垂直农业等新业态成为重大战略前沿。发达国家争先布局人工智能技术在农业领域的创新应用。美国《至2030年推动食品和农业研究的科学突破》将人工智能等列为率先突破的技术方向，2023年版《国家人工智能研发战略计划》将农业列为优先发展的应用领域之一；《欧盟农业科技2030》、德国《2035耕作战略》等均将人工智能、机器人等列为重点发展的技术。孟山都公司、约翰迪尔公司等企业纷纷布局智慧农业。农业领域高端传感器、专用芯片、核心算法、机器人等关键技术成为推动智慧农业发展的底层驱动技术。大数据、人工智能、机器学习、区块链等技术的发展，为提升农业领域研究和知识应用提供了重要的突破机遇。总体上，智慧农业的“硬件”和“软件”的科技进步，将驱动全球农业更大范围的场景应用，大大加速农业的转型升级。全球农机和装备进入以信息技术为核心的智能化新阶段，加速向自主智能方向发展。
四是生命健康技术创新引领营养农业产业变革时代。追求营养健康的生活是人类永恒的目标。人类对农业与食品的需求已经从“吃饱”向“吃好”“吃得健康”更高级阶段转变。国际上形成了康养农业、医疗农业、人造食品、动物源人造器官等产业发展趋势。目前，食物营养学、生物信息学、医学、人工智能等学科的有机结合已经成为全球农业与食品的科技前沿。全球食品制造正从“资源依赖”向“效率提升”转变、从“安全导向”向“营养导向”转变、从“现代制造”向“数智制造”转变，呈现绿色化、营养化和数智化的发展趋势。食品感知技术正在向高度仿生化、智能化和多学科融合的方向发展，多组学、大数据分析等技术正推动精准制造个性化食品，食品工业机器人、食品智能制造加工系统和智慧工业厨房等实现了柔性加工、数字集成、感知物联和智能控制，新发危害物识别、非靶向筛查、数字化技术、区块链等推动食品安全迈入智慧监管、主动防控的智能时代，下一代食品AI技术将影响未来食品全产业链条的发展。
二、全球农业科技创新领域呈现“四极趋势”
一是农业科技向极宏观领域拓展。现代农业科技已经摆脱单一耕地资源向陆海空广阔空间、天地一体化拓展，由单一谷物为主向大食物观拓展，由第一产业向六次产业大农业领域拓展等。在陆地上，除了传统的耕地种植，现代农业科技还促使农业向更广泛的空间发展。海洋农业科技发展使得海水养殖品种不断丰富，如深海网箱养殖、工厂化循环水养殖等，大大提高了海产品的产量和质量；海洋生物资源的开发利用也为食品、医药、化妆品等行业提供了新的原料。航天技术的发展拓展太空农业的发展空间，太空农业技术将为地球农业的可持续发展提供有益的借鉴和技术支持。借助卫星通信、遥感等技术，实现天地之间信息的快速传递和共享，为农业生产提供全方位、实时的监测和决策支持。
二是农业科技向极微观领域深入。现代农业科技充分利用现代生物技术和信息技术，分子育种、细胞食物、微生物组学、合成生物、纳米农业、高光效作物等极微观层次探索发展。分子育种突破了传统育种方法受种源变异限制且杂交困难、成果突破难的瓶颈，培育出具有优良性状的新品种。未来，分子育种将与大数据、人工智能等信息技术深度融合，实现更加精准、高效的育种。在细胞培养领域，科学家们通过了解细胞对营养物质的需求，开发出更加个性化、精准的细胞营养产品。随着微生物组学的发展，研究土壤微生物组，可开发出新型生物肥料和生物农药，提高土壤肥力，促进作物生长，防治病虫害。基于微生物组学的个性化医疗和精准农业将成为未来的发展重点。合成生物学可用于开发新型的农业生物制品，如生物传感器、生物肥料、生物农药等。利用纳米材料的特殊性质开发新型的农业技术和产品，如纳米肥料、纳米农药等，并与其他农业技术的集成创新将成为未来纳米农业发展的重要方向。
三是农业科技向极端条件迈进。近年来，随着更精准的环境控制技术的发展，现代大规模高端设施垂直农业、沙漠农业、深地高原等极端环境的农业技术为科学家积极探索的新领域。随着科学技术的发展，北极圈以北和南极圈以南区域的极地农业也得到了发展。一些极地地区利用温室技术、无土栽培技术等尝试种植蔬菜、水果等作物，不仅为极地地区的居民和科研人员提供新鲜的农产品，同时也是人类应对未来地球气候极端变化的技术储备。随着深地技术的发展，利用地下空间资源进行农业生产的深地农业模式也呼之欲出。目前相关研究主要集中在深地环境对农作物生长的影响、地下空间的开发利用技术等方面，探索深地农业的可行性和发展模式。应对高原极端环境的农业生产、特有食材的加工技术、保鲜技术等成为科学界探索的重要方向。
四是农业科技向极综合交叉发力。农业系统是复杂巨系统，传统的单一田间地块、单一技术措施、单一研究视角、单一试验方法的研究范式已经不适应于解决复杂问题，已经很难再依靠“点”上的技术突破实现整体提升。美国国家科学院、工程院和医学院联合发布的Science Breakthroughs to Advance Food and Agricultural Research by 2030研究报告认为：整体思维和系统认知分析技术是实现农业科技突破的首要前提，跨学科研究和系统方法是农业领域亟待突破的五大研究方向的首选项。近年来，传统农业科学技术研究方向不断拓展，与工程科学、资源环境科学、生态学、社会学、经济学等学科交叉趋势越来越明显。不同学科的交叉融合不仅能够催生新的研究方法和技术，还有助于促进农业系统综合管理决策。传统粮食生产系统向良种良田良机良法“四良”融合、大数据信息综合、人物机融合等兼容性、集成化的更为复杂的“极综合交叉”趋势发展。
三、全球农业科技创新范式演变走向“三大转型”
目前，全球科技创新范式已经进入各领域深度交叉融合、多点突破与群发性突破密集、大国科技竞争日趋激烈的大变革时期，其核心就是在不断创造发展新质生产力。由此引发传统科研范式发生重大变化。未来农业科技创新，必须适应“三大转型”：
一是前沿交叉技术和颠覆性技术的群体性突破必将加快农业科技交叉融合创新范式转型。例如，基因编辑技术的出现，可以对调控动植物的重要经济性状基因进行操作，对创制优质、高产、抗病等动植物种质，培育具有优异性状的动植物新品种以及大规模解析动植物基因功能具有非常重大的意义。随着家畜干细胞系以及定向分化技术的建立，通过体外受精技术和全基因组选择育种技术，实现家畜的试管育种，未来将带来家畜育种技术的革命。美国等种业强国已逐步进入“常规育种+生物技术+信息技术+人工智能”的育种4.0时代。2022年美国国务院发布了新一版《关键与新兴技术国家战略》（National Strategy for Critical and Emerging Technologies），提出的生物技术战略涵盖了多组学、生物信息学、多细胞系统工程、基因组和蛋白质工程等前沿核心技术。
二是数字化智能化技术快速迭代必将加速农业科技非线性数据化智能化创新范式转型。目前，全球进入数字经济背景下的新一次高层次现代农业发展阶段，各国致力于利用物联网、大数据、人工智能等技术，实现农田信息的精准采集、高效传输、智能分析和科学应用，推动农业从传统模式向精准化、智能化的现代农业转变。美国国家航空航天局（NASA）开发的AVIRIS系统利用无人机搭载的多光谱和超光谱传感器实现对农田养分进行遥感监测。美国Trimble（国际精准农业领域的领先公司）开发的精准农业平台，将“FarmWorks”软件平台与精准施肥设备结合，利用实时土壤养分数据制定施肥计划。美国IBM公司开发的智能农业平台，结合大数据和AI技术，可为农民提供精准的施肥与灌溉方案。农业动植物生理传感器、动植物生长优化模型、装备管理与优化以及智能机器人等将是智慧农业技术未来的研究热点。
三是科学技术与产业深度融合必将加快产业导向为主导、企业创新为主体的农业创新体系深刻变革。当前，全球科技与产业的融合呈现加速趋势，以产业需求为导向的科技创新特征更加明显。农业新技术的应用为提高农作物产量、优化资源配置、减少病虫害损失，增强农业生产的可预测性和可控性带来了巨大突破，吸引了全球资本市场的关注和追捧。根据波士顿咨询统计，全球合成生物学市场规模2018年到2023年复合增长率达到27%，预计到2028年全球合成生物市场或达500亿美元。2022年全球生物育种市场规模已达到660亿美元，并逐年增加。2023年全球生物农药市场规模达410.93亿元，预计2029年全球生物农药市场规模将增长至838.32亿元。全球生物肥料市场规模2023年已达到103.42亿元，预计至2029年将会达到238.71亿元。据联合国粮农组织（FAO）报告显示，2022年全球智慧农业市场规模已达262亿美元。据估计，全球农业科技投资2019年至2024年间增长了近300%。更多投资人从医疗、新消费、互联网科技等行业跨界而来，合成生物、大数据、人工智能等技术成为跨行业的支撑和链接点，应用场景从其他行业迁移到农业，挖掘从底层技术的进步推动农业产业变革的机会。
【本文作者】
高旺盛 中国农业大学国家农业科技战略研究院院长、教授
陈源泉 中国农业大学国家农业科技战略研究院副院长、教授
李红军 中国农业大学图书馆副研究馆员
来源：智慧渔业先锋号微信号
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