在21世纪初，作为尚未工业化的发展中国家，我国农业经济发展问题仍是国民经济发展的重大课题，传统农业被取代已成必然。

近代农业经历了19世纪末开始的、以育种和农业化学为主体的第一次科技革命，带来了20世纪农业和农业科技的繁荣。20世纪后半叶，又拉开了以生物技术和信息技术为主导的新的农业科技革命的序幕。站在新世纪门槛上翘首远望，在未来的10~20年，农业和农业科技的舞台上将会上演哪些精彩剧目。

当生物技术出现以后，人们越来越依靠分子育种，在动植物的遗传改良上大做文章，新的品种将层出不穷，品种在农业；增产中的贡献率将由现在的30%提高到50%。

品种是农业生产的原材料，原材料好，生产效果和效益就好。有了一个好品种，不需或稍需增加投入，就能显著提高产量和品质。品种还是重要的科技载体和橱窗，生物技术一出现，首先就在农业育种上引发了革命。常规育种技术主要是依靠育种专家的经验，对农用动植物作表型选择，只能利用有限的杂交优势。生物技术的伟大之处在于：可以对生物遗传信息进行实验室操作，可以在动物、植物、微生物，也就是在所有物种间进行基因的转移和重组；可以进行遗传改良的工程设计和施工；可以极大地扩展生物种质资源和杂种优势的利用，创造更加适合人类需要的新的物种，这是生物科学和技术的一次伟大革命。

图为江泽民主席在安徽农村考察

在品质育种上，如赖氨酸含量比普通的玉米高近50%的何用玉米、含油量高两倍的高油玉米、各类食品和工业加工用的特用玉米；富含可提高人体免疫力和抗癌能力的a维生素E和不饱和脂肪酸的油料作物、富含鞣花酸具抗癌作用的草莓、能降低胆固醇的植物黄油、富含抗癌蛋白的大豆等功能食品：不仅超高产，而且品质也好的超级水稻、没有豆腥味的大豆、吸油少的煎炸用土豆等。抗性育种上，如大家所熟悉的抗棉铃虫的棉花在我国每年有数十万公顷的种植，还有抗玉米螟虫的玉米、抗除草剂的大豆等等。

我刚得到一份关于转基因作物（GMO）2000年全球种植情况的报告，大豆、棉花、卡罗拉（加拿大的一种油料作物）积玉米四种作物已分别占其全球总播种面积的34%、16%、11%和7%。全球种植转基因作物面积达4400万公顷，其中美国3000万公顷、阿根廷1000万公顷、加拿大300万公顷，中国70万公顷。根据预测，未来5年种植面积将增加2倍；未来10年，种子市场交易额将由现在的30亿美元增加到250亿美元，这是1999年4月份美国商业杂志发表的。1999年年底，全球范围掀起了GMO风波，争论很激烈，但今年全球种植面积仍有增加。最近，我与有关专家和美国大企业的接触中了解到，对于转基因作物，主要不是科学问题，而是贸易问题。

对动植物品种的遗传改良，有很大的需求和广阔的发展空间。在病虫害抗性育种上已经有了好的开头，将不断得到扩展；全球性水资源的紧缺形势，将在提高作物的抗旱性上取得突破；我国北方土壤含磷高而有效性低，提高作物对土壤磷有效利用率的育种将取得重要进展；随着人们对食物质量的不断追求，优质和功能性食品的动植物育种会有新的发展；生物质能源、新型材料、生物反应器生产医用蛋白等替代性和特用性动植物育种将成为新的热点。从整体上看，生物技术岗处发展初期，动植物基因组和功能性、动植物杂种优势的分子机理、光合作用机理和提高光合利用效率等基础性和理论性研究具有重要意义，将成为研究热点。

微生物基因重组技术的出现，正在掀起农用生物制剂产业的一场革命。新一代生物农药、动物疫苗、生物肥料、动植物生长调节剂等将为农业带来新的活力，也为环境保护和可持续发展带来福音。

自1939年缪勒发现DDT的杀虫活性，进入了有机合成农药时期，大大提高了农药对农业害虫的杀伤力，为世界粮食生产作出了巨大贡献，但也造成严重的环境污染。1992年的世界环发大会上提出了一个目标，即本世纪末的农药使用面积中，生物农药要占到60%，以代替有机合成农药。现在已经是本世纪末了，美国才15%，中国不到1%，主要仍是技术上没有取得重大突破。

畜禽疾病主要靠防疫，防疫主要靠疫苗，而传统的灭活苗和弱毒苗都存在不少问题。1996年，台湾口蹄疫爆发，养猪业几乎全军覆没，损失上百亿美元。我国年畜禽饲养量约8亿头/只，死亡率是发达国家的3~5倍，因疾病死亡和不能正常生长的年损失约1000亿元，而疫苗生产的技术水平和能力远远没有跟上。

图为采用营养液种植的无土栽培蔬菜

应用微生物基因重组技术，可以将抗原基因导人对人体无害的微生物体而使之成为具有防疫能力的基因工程菌（或病毒），为生物农药和动物疫苗开拓了全新的领城。

生物技术使调节动植物生长的生物制剂也大放异彩。动物的生长是由其脑垂体分泌的一种多肽蛋白激素调控的，猪幼年时的生长激素分泌多，所以长得快，成年后分泌少了，长得就慢。科学家找到了猪生长激素基因，经分离、克隆和导入大肠杆菌，再通过大肠杆菌发酵生产出猪生长素（BST），注射到成年猪，使成年猪也能快长。PST的生物实验结果是，日增重可提高26%，节约1/4饲料，猪肉的风味品质更好。牛的生长素（PST）1993年就在美国实现了商业化，这种牛奶和奶制品在美国已占有约30%的市场。

农用生物制剂一般是在微生物层次上作基因操作，比动植物要简单得多，更有利于操作和取得成功。加之，农用生物制剂及其换代产品的需求很盛，又适于大规模的工业生产。90年代的生物技术产品主要在医药方面，专家预测，未来10年，农用生物制剂将有个大的发展。

人口增长和环境恶化，人类别无他途地选择了可持续发展。凡能提高土、水、肥、气等自然资源利用效率和保护环境的技术，都将成为农业技术体系中的新热点。

我国化肥的生产量和使用量居世界首位，每年用掉世界生产化肥总量的27.5%；单位农田面积的化肥使用量上，世界和美国平均每公顷不到10公斤，而我国是26.5公斤。但我国的单位化肥与粮食产出之比由1；16下降到1；2.4，报酬严重递减；我国氮肥的损失率高达40%，即每年约有2000万吨尿素，约380亿元的损失，且严重地污染了环境。提高化肥利用效率已是当务之急，其途径一是改进养分比例结构和分配供应办法；二是深化植物营养理论和推广先进施肥技术；三是用现代技术生产新型肥料品种。

化肥品种经历了单质肥、复合肥和专用复合肥的发展过程。现在发达国家约80%为复合肥和专用复合肥，德国巴斯福公司已生产含10种以上营养元素的化成复合肥，日本三菱公司已生产上百种专用复合肥。这几年，我国复合肥发展很快，但质量层次很低，假冒伪劣充斥。控释性专用复合肥是一种新的发展趋向，即通过包膜材料和技术，使肥料在土壤中能按作物不同生育期的不同需要而控制性地释放，做到合理供肥和最佳肥效，是农艺与工艺的科学结合。另外，利用3S技术作精确施肥则是农艺技术和信息技术的结合，可以显著提高肥料效率。

水资源和节水是世界性的关注热点。我国人均水资源量排在世界的第109位，是第13个贫水国，每年因干旱而损失粮食0.7~0.8亿吨，相当于年总产的1/6。但是，我国农用水损失率高达66%，每立方米水只能产生0.8公斤粮食，仅为以色列的1/5。现代农业节水已成为一个工程体系，包括储水技术、输水技术、灌水技术、保墒技术、提高作物耐旱性的技术等。据估计，我国的节水潜力在500~600亿立方米，相当于黄河的全年径流量。农业节水中，除大力推行低压管道输水、畦灌、微灌等成熟的节水技术外，生物性节水、保墒物质和全生物降解地膜技术等将成为研究重点和大有发展前途。

以温室和塑料大棚为主要内容的设施农业，是对土、肥、水、气综合高效利用的一种工厂化生产形式，在品种和季节上的调节功能是一般露地种植所不能比拟的。设施农业是结构设计、新型材料、自动控制、专用品种、专门栽培和植保技术的结合，是工程技术与农业技术的结合。设施农业在欧洲、日本、以色列等发达国家已相当普遍，我国起步较晚，但发展很快。80年代初我国园艺设施栽培面积仅7000公顷，现已达140万公顷，据专家预测，2010年将达到167万公顷。国外温室的发展重点在材料和自控，我国仍以普及型为主，特别是适合我国北方的日光温室。建立适宜于我国不同农业生态条件和农区要求的不同档次和类型的温室系列、设施条件下的专用品种、栽培和植保技术由经验到智能化，是今后相当长时间的一项重要任务。

图为中国杂交水稻之父袁隆平院士

信息技术对传统产业的改造，农业首受其惠，智能化、网络化、3S技术将使农业得到全面提升，使农业由经验走向科学。

农业呼唤信息技术。农业是利用光热水气土等自然资源从事有生命物质生产的一种产业，因而具有分散性、区域性、时变性、经验性，以及稳定和可控程度低的行业弱势。在我与计算机和信息技术的接触中，逐渐悟出信息技术将成为克服农业行业弱势的有力武器的道理，并提出新的农业科技革命是以生物技术和信息技术为主导的观点。

首先是农业专家系统 美国1986年首次提出著名的Gossym棉花专家系统；1996年，在荷兰召开的计算机农业应用国际会议上就有了上百种农业专家系统软件；中国也有20多个较成熟的农业专家系统和4个应用示范区。1998年12月科技部召开的全国农业信息化技术工作会议提出，农业专家系统是农业信息技术的突破口。农业上每一种产品的生产，都是个很大的动态系统，如种小麦，就涉及气候、土壤、水分、品种、植物营养和施肥、病虫草害和植保、栽培技术和耕作等庞大的动态变量系统。面对这个大系统，专家只有某一专长，农民凭经验种地，只有以计算机为工具的智能化的农业专家系统才能总其大成，使之由定性到量化，由零散到集成，由经验走向科学。

进一步提高农业专家系统的智能化和本土化程度，通过网络传送和PDA走到田间将成为一种趋势。虚拟技术正受到广泛重视和应用，如能引人农业专家系统，即可以形象地描述专家的系统推理和辅助决策，进行农田作物种植和畜禽饲养的生态和生产设计，使之上升到一个新的境界和平台。

网络技术无疑可以弥补农业的分散与闭塞弱势。据权威杂志DHM和SF的调查，1995年美国41.6%的家庭农场和46.8%的奶牛场已经使用计算机管理和进入各种专业网和因特网；荷兰稍低一些，分别为11%、35%；欧洲和日本也已进入实用阶段。我国90年代中期起步，这两年发展较快，今年有综合农业网站40多个，种植业网站30多个、畜牧业网站15个、水产业网站17个、地方性网站100多个。光纤化和宽带化的国家网络建设为农业网提供了良好的硬件条件，但农业的信息源和数据库、信息处理和服务、用户素质和培训等将是一个十分艰巨和长期的任务。

3S技术和精确农业（PA） 3S技术是指空间宏观信息采集的遥感技术（RS）、地面信息处理的地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS），三者的联合运用，构成一个信息采集、处理和可精确操作的体系。目前精度已达12平方米，即地面上出现这样微小的改变，操作就会相应地调整到最佳状态。如果将农业专家系统配置上去，就可以精确地进行犁地、播种、施肥、灌溉、喷药等农事操作。正是因为3S数字化技术适应了农田综合要素空间变异大的特点，使农事操作由粗放到精确。在1999年，美国9%的玉米农场的20%农田、明尼苏达州60%~80%的经济作物农场已采用PA技术。这才是近三四年的事，发展得很快很火，成为美国现代化农业体系中一颗耀眼的新星。精确农业是大势所趋，但现在刚刚开始，很不完善，特别是在为GIS准备各种地面信息资料和开展PA服务上，我国的任务特别大，要作长期的努力。

3S技术也是一套大地监测体系，可以进行农业资源和生态环境调查与动态监测；农业气象和生物灾害的测报；水土资源的科学管理；农作物种植状况和估产等的宏观测报，使农业由微观管理到宏观管理，由经验决策到科学决策。

现代技术和市场法则，使农业摆脱了粮棉油、猪牛羊的初级产品生产的束缚，向着食品、医药、能源、生物化工、观光休闲等多元化方向拓展，一、二、三产界限趋于模糊。

生产、加工、销售结合，科农工贸一体，形成不同层次终端产品的生产链，有利于各个环节的衔接和整体效率和效益的提高；有利于农业的延伸和拓展；有利于农民的增收和农业人口转移。下面举一个特用玉米生产链的例子，这种玉米的生产性状和产量同于普通玉米，但收获时通体茎叶仍保持鲜绿，是养牛的优质青饲料；它的籽粒含油量是普通玉米的2~3倍，可以生产保健用的玉米油；通过四级开发，可以生产高果糖浆、低聚糖、乙醇、工农业用酶、乳酸、全生物降解塑料等20多种产品，增值10多倍。1986年，美国的可口可乐和百事可乐两个大公司签署了以低热值、易分解和价格便宜的玉米糖替代蔗糖，就为公司增创数10亿美元，美国玉米带的玉米种植面积扩大了数10万公顷。80年代初，美国成立了特用玉米协会，推动特用玉米生产链的发展。

塑料和我们关系太密切，几乎无处不在，农用地膜的显著增产效果已为农民广泛采用。但是，石化产品生产的塑料极难降解，地膜残片在土壤里100年也降解不掉，现已陆续得到因多年使用地膜引起土壤肥力下降的报道，塑料已成为白色污染之源。这两年，市场上出现一些“可"降解塑料，实际上，是在聚乙烯塑料中加了20%左右的淀粉或碳酸钙，能使大块塑料变成小块，但80%的聚乙烯塑料变得更难回收，更加糟糕。全生物降解塑料是世界性的攻关目标，目前世界年生产塑料约4000万吨，我国也有300万吨，可见其市场潜力之大。我国用玉米或魔芋淀粉生产全生物降解塑料即将取得突破；国外通过基因工程也已取得含PHB（聚羟基J酸酯）的植株，用栽培农作物的方法生产全生物降解塑料的原料PHB将更加价廉易行。

1992年，英国约翰 · 克拉克教授宣布，他获得了6头转基因绵羊，羊奶中含有人的抗胰蛋白酶，引起世界轰动。科技界的轰动是因为这是首次成功地将人的基因转移到了动物；更大的轰动是在企业界，因为它将引发生物制药业的一场革命，蕴藏着巨大商机。动物乳腺是最佳的生产蛋白的器官，利用动物生物反应器技术，将目标基因在动物乳腺特异表达，生产价值昂贵的医用和农用多肽蛋白，已成为当今生物技术的重要前沿和市场竞争的热点，被称为朝阳产业和钻石产业。英国PPL公司的Antitrypsin已获准上市，美国的Genzyme公司和CTS公司，荷兰的PHP公司和Genpharming公司等利用生物反应器生产抗凝血酶I、人乳铁蛋白、EPO、干扰素等已进入临床实验阶段。我国也已获得含人血清白蛋白、胰岛素、干扰素等基因的牛、羊和兔。

化石能源终将有尽日，人们在为下个世纪寻求新的、洁净的可再生的能源。2000年2月份的《今日美国》报刊上有篇文章，我摘下了其中的两句：“石油的能源之王地位也许不久就会遭到废黜，农业作物有可能逐渐取代石油，成为获得从燃料到塑料的所有物质的来源，黑金可能被绿金所取代。”第二句是：“在今后的25年内，工业农场主能种植出足够的燃料和原料，我们几乎可以不依赖于外国的石油。据专家估计，利用5000万英亩尚未得到应用的农田，美国最终将每年可以生产750亿加仑的乙醇，而我们目前每年利用进口石油提炼的汽油总量是700亿加仑。”这是美国的战略性前瞻和思考。煤炭和石油是地质时期植物以其光合作用储存的氢能，成为化石性的能源。植物是最佳的氢能加工厂和贮存器，为什么不更加有目的地和科学地直接利用现代的植物呢？能源界将这种“生物质能源"作为21世纪最具潜力的一种新能源。

应用生物技术对动植物作遗传改良，通过生物体对可再生资源的利用，生产新能源和新材料、医（农）用蛋白和生物化工产品、无公害和功能性食品等，为21世纪的农业开辟了全新的、无限广阔的空间。农业正在由耕地向草地和林地，由陆地向海洋，由动植物向微生物，由物质生产向生态环境建设和旅游观光休闲等多元化方向拓展，一、二、三产的界限在模糊。

现代技术越发展，农业科技的含量和物化程度就越高，科技产品的品种和服务内容越多，农业科技产业将成为现代农业的兵工厂和后勤部，农业科技产业必将有个大的发展。

传统农业技术的经验性强，物化程度和传播效率很低。现代农业技术的量化和精确化、制作和加工工艺的提高，大大增加了技术的物化和产品化程度，上面说的优良品种、生物制剂、肥料农药、温室大棚、灌溉设施、信息产品等等，都是技术物化的产品。随着技术物化和产品化程度的提高，农业科技产业也兴旺起来，农业科技产品公司犹如雨后春笋。这些公司拥有技术、资金、机制、经营和开拓市场的优势，成为技术开发和传播的主导力量。我们知道，美国就业人口中从事农业生产的只有2%，不仅能满足国内需要，还有大宗农产品出口；但却忽略了另一个数字，即有约17%的就业人口，以公司等形式为农户提供先进的科技产品和服务，这是美国农业取得成功的重要因素。

现代育种技术是1913年首先在杂交玉米上取得突破的。先锋种子公司创始人亨利 · 华莱士1924年开始出售杂交玉米种子，1926年成立公司，现占有美国44%和世界22%的市场。杜邦和孟山都是有100和200年历史的跨国大公司，80年代初，在生物技术出现不久和还很不成熟时，就投巨资作战略性开发研究，现已成为世界转基因作物技术和市场的垄断者。我们熟悉的泰国正大集团，也是一个有数10亿美元的大型跨国农业科技公司，曾占有我国37%的饲料市场。

我国56%的就业人口从事农业生产，现代农业和市场经济发展很晚，农业科技产业尚在襁褓之中。我国种业的技术层次低，规模小，不成气候；90%的祖父母代原种鸡每年都要进口；农药的原药依靠进口，主要是组配制剂；优质多元化肥也要靠进口；温室大棚追求荷美法，节水设施言必以色列。我国生物技术产品的第一战役就“窝脖”，中国农科院的抗虫棉在市场上被孟山都公司压得抬不起头。至于猪、牛生长素、超级猪、生物反应器等的前景尚难预料。我国拥有最大的农业科技产品市场，但是我们的民族农业科技产业却十分幼弱。发达国家的高科技产业发展的历史长、基础好、实力强、动作快、野心大，在世界经济一体化中，每个跨国公司就是一支舰队。如果我们不能卧薪尝胆、奋发图强，也许不要10年，农业高科技产品市场将被这些舰队所占领，经济和技术殖民地的历史不应当在21世纪重演。发展我国民族的农业科技产业是一项十分紧迫的战略任务。

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本文摘自中科院院士、中国工程院院士、中国农业大学原校长石元春教授2000年11月8日在2000上海科技论坛上的综合报告。