美国农业研究局近期科研重点及展望

作者简介 ：徐克 （），男 ，北京人 ，博士 ，馆员 ，研究方向 ：学科知识服务 、农业信息分析 。通信作者 ：杨小薇 （），女 ，湖南人 ，副研究馆员 ，研究方向 ：学科知识服务 、学科情报分析 。美国农业研究局近期科研重点及展望? 徐克孔令博邵长磊罗洁霞杨小薇（中国农业科学院农业信息研究所北京）摘要 ：美国农业迅猛发展的主要原因之一就是其高度发达的农业科技 。美国农业研究局 （）是美国最大的政府科研机构 ，其研究内容丰富 、研究方法先进 ，代表着美国农业公共研究的发展路径 。本文介绍了美国农业研究局的行政概况 ，并通过梳理总结其近期的农业科研进展和热点动态趋势 ，对中国农业科技发展方向提出了相关建议 。关键词 ：农业科技 ；营养健康 ；农业生产与保护 ；农业资源保护：美国是发达国家 ，发展水平处于世界领先地位 ，尤其是在农业领域 ，在一定程度上能够引领国际农业市场的走向 。美国农业之所以能够持续高速发展 ，其核心就在于背后拥有强大的科技支撑 。相关文献显示 ，美国农业科技进步贡献率超过了，农业科技对提高农业生产力 、转变农业生产结构和保证农民收入起到了举足轻重的作用 。因此 ，研习美国农业科技研究的最新进展和动态有助于完善中国农业科学研究的发展规划 ，对推进中国农业科技进步具有积极的借鉴意义 。本文试图通过对美国农业研究局 （）近期的工作进程进行阶段性总结 ，概括其相关科研成果和未来发展趋势 ，并对中国农业科研发展方向提出了相关建议 。 概况美国的农业科研体系经过余年的不断探索和实践 ，逐渐发展成为以联邦 、州 、县为纵深 ，综合研究开发 、推广服务和教育培训为一体的科技创新体系 。美国的科研机构主要包括政府科研部门 、州公立大学农学院和私人农业研究机构 。其中 ，政府科研部门主要指在美国农业部研究 、教育与经济任 务 组 （， ，）领导下的大研究局 （农业研究局 、经济研究局 、国家农业统计局和国家食品农业研究局 ），农业研究局则是其中最大的科研机构 ，承担了美国左右的公共研究任务 。 的基本情况（ ）是 美 国农业部最主要的研究机构 ，研究内容包括大领域个国家项目 ，现有课题约个 ，几乎覆盖了美国农产品 “从农田到餐桌 ”的整个产业链 。该局拥有科研人员和博士后 余名 ，其他工作人员 余名 ，财年可支配预算亿美元 。按照农业区域特点和地域资源条件 ，将美国划分为西太平洋地区 、中西部地区 、东北部地区 、平原地区和东南部地区个区域 ，通过设立区域研究中心和地区研究站 ，针对不同生态环境和气候变化所带来的农业问题进行差别研究 ，并找出适宜的解决方案 。 的研究目标的首要任务是保证美国的食物安全和农产品质量 、评估美国人民营养需求状况 、提升美国农业的国际竞争力 、保护农业自然资源环境 ，以及为农民提供良好的经济环境和基础设施 。在此基础上 ，以合理运用水和土壤等资源环境为抓手 ，保证农作物及畜产品的生产力和产品质量 ，在稳定农业生产的同时注重居民营养调配和农产品资源管理 ，确保美国人民的身体健康 。另外 ，还结合农业科学理论知识 ，做好成果转化和成果转让工作 ，加强与外部研究机构的合作关系 ，提升自身的影响力和技术使用效率 。 的职能架构隶属于，重点进行农业相关领域的基础理论研究和应用研究 ，下设个行政部门 、个地区研究中心和个国家农业图书馆 （图）。行政部门主要负责科研项目的规划 、协调 、支持等工作及日常行政工作 ，国家农业图书馆主要负责信息的储藏和传递工作 ，同时也参与政策制定和科研项目等研究工作 。个地区研究中心共设有多个地区实验室 ，重点解决临近地区农业生产者和经营者所面临的种植养殖 、资源环境 、可持续发展 、农产品质量 、人口健康和生物质能源利用等问题 。图 组织架构 的研究内容和科技支撑 年的五年计划自年成立至今 ，一直承担着国家级的重大科研课题 ，为美国政府和人民提供科技支撑 。在设立研究方向时 ，一般会以的总体需求为导向 ，在保证居民身体健康和生态环境的基础上保障粮食安全及农业发展体系建设 。为落实年的 政府绩效与结果法 ，每年就会建立一个未来发展计划 ，旨在明确这个时期内的工作重点 ，并于财年末形成工作报告 ，汇总一年以来的完成情况 。当前的五年计划是在年设立的 ，虽然每年都会根据具体需要进行微调 ，但是总体方向基本保持不变 。在此次计划中 ，将工作重心放在了提高农产品生产力 、提升应对气候变化能力 、加强自然资源开发利用率 、改善营养健康和儿童肥胖症状况及保证食品安全上 ，并将未来的研究方向锁定在大目标领域 ：营养 、食品安全与质量 ，自然资源和可持续性农业系统 ，作物生产与保护 ，以及畜牧生产与保护。每个目标领域下又细分为多个具体目标 ，融合在个国家级项目 、约个具体课题中 （表）。通过同行评议的方式对各个课题项目进行评估 ，以确保课题项目的质量和实施效果 。表 年 国家级项目分类目标领域 国家级项目分类营养 、食品安全与质量 人体营养 （）食品安全 （）农产品质量与利用 （）自然资源和可持续性农业系统 水资源可利用性和水域管理 （）大气与土壤 （）生物能源精炼 （）农业和工业副产品 （）草场 、饲料与牧场系统 （）农业系统竞争力与可持续发展 （）作物生产与保护 植物基因资源 、基因组学和基因改良 （）植物病害 （）作物保护与检疫 （）作物生产 （）畜牧生产与保护 食用性动物生产 （）动物健康 （）兽医和城市昆虫学 （）水产养殖 （） 财年重点问题研究进展第一 ，于年提出了的奋斗目标 ，即在年时 ，实现对生态环境不利影响减少，同时优质食物供应量提高。在这个大背景下 ，于年组织召开了重大挑战高层会议 ，将科研专家和政府管理者聚集起来成立领导小组 ，共同审议修改未来研究计划 ，并对当前研究项目的实施效果进行评定 。会议还成立了由多个部门共同组建的执行委员会 ，旨在消除部门之间的合作障碍 、实时监控项目实施进程 、促进内外部沟通交流 。第二 ，对于抗生素的耐药性研究一直是过去年美国农业部的研究重点之一 ，其在保护畜牧业和居民健康方面扮演着重要的角色 。年 ，对市政废水 、经市政废水处理后的水流 、牛饲养场径流集蓄池和猪饲养废水池调研发现 ，抗生素耐药细菌广泛存在于猪 、牛和人排放的废水中 ，其中以人排放废水中的耐药细菌种类最多 。同时 ，还通过某种特殊方法发现了包括阿奇霉素在内的种抗生素抗性基因 ，并应用该方法在牛体内成功找到 余种细菌菌株 ，发现了含有耐药细菌基因的新型细菌亚群 。第三 ，着手加快提升农业生产者对气候变化的应对能力 、降低温室气体排放 、增强碳固存能力 。在过去的一年里 ，极力帮助农民在恶劣气候条件下有序生产 ，加强巩固了降低一氧化二氮 、二氧化碳和甲烷排放的技术和管理系统 。例 如 ，的研究人员会对农业碳排放量进行统计 ，量化土壤健康程度 ，寻找最优轮作期和覆盖作物使用方法 ，目的就是将更多的碳储藏于土壤 、生物量和生物基产品中 ，减低大气中的碳含量 。另外 ，掌握了多项从牲畜粪便中获取营养物的技术 ，不仅减少了粪便气味 ，降低了一氧化二氮的排放 ，也为生产者提供了大量有机肥料 ，具有很大的市场价值 。同时 ，的研究人员还发现通过增加土壤中的碳储存量不但可以有效提升土壤健康 、减低干旱等极端天气所带来的负面影响 ，还能缩短土壤修复时间 。第四 ，联合美国国家科学技术委员会共同组建了微生物组图谱绘制快速行动委员会 。该委员会将全国的微生物组研究工作全部登记造册 ，为包括计算生物学 、生物信息学 、生物知识数据库 、高通量工具及其他跨学科领域的相关研究工作提供有针对性的服务 。例如 ，沙门氏菌引发的疾病每年大约会影响万美国人的身体健康 ，造成约人死亡 。的研究人员以孵化的小鸡为研究对象 ，发现接种疫苗或摄入益生元等两种方法都可以显著降低沙门氏菌在小鸡体内的存留时间 ，为预防该菌通过食物传播到人体内起到了关键作用 。另外在种植业方面 ，由于通过控制作物微生物可以增强种植环境的抗逆能力 、抑制种植作物的土传病害 ，而传统微生物序列的数据集十分繁杂 ，所以针对这一问题特别建立了基于网络的计算工具 ，以方便研究人员对某些核心微生物组进行研究 。 研究支撑和研究工具拥有大科研支撑 ，分别是种质资源库 、信息数据库 、国家农业图书馆和科学模型软件 。种质资源库包括丰富的动植物种质资源和微生物病原体资源 ，为种质保护 、克隆研究 、保持物种基因多样性和提升动植物健康状况起到了关键作用 。信息数据库涵盖了大类信息 ，一是种植 、养殖和市场流通方面的信息 ，二是动植物染色体组和表型方面的信息 ，三是土壤 、水源和气候等方面的信息 。国家农业图书馆不仅负责保存农业相关书籍和文献资料 ，同时也建立了将农业信息数字化的农业数据共享平台 。科学模型软件则可以帮助科研人员和公众对农业生产 、水资源管理 、病虫害治理 、动植物生长等农业相关研究进行模拟计算 ，为使用者提出合理化建议 。这些支撑工具在年也得到了强化 。例如 ，在信息数据库方面 ，完成了美国居民食物消费的问卷调查 ，发布了 年美国居民营养健康摄入量报告 ；关注了个月以下儿童的营养摄入和营养来源状况 ；将 余种食物和饮料分成大类 ，以便于研究美国居民的膳食模式 、评估美国居民的营养状况和健康风险 ；在国家营养数据库参考标准中加入了超过万种品牌食物的营养组成 ，为测算美国居民营养摄入量提供了更精确的数据 。在种质资源库方面 ，完成了种质资源信息网络的首次修正工作 ，为作物育种提供了坚实有力的保障 ；建立了动物种质资源信息网络 ，填补了公共部门在这一领域的空白 ；更新了猪基因转译研究数据库中有关参与合成黏蛋白和胶原蛋白的基因数据 。在科学模型软件方面 ，完善了牧场水文侵蚀模型 、水蚀预报模型的框架搭建和理论基础 ，并在全美国范围内进行应用推广 。总之 ，在完成纵向科研任务的基础上 ，也在不断强化自身的软硬件建设 ，提升科研队伍的综合实力 。 未来研究展望 营养 、食品安全和质量（）人体营养研究方面 。将全面测定美国居民的膳食模式 ，通过深入研究已完成的食物消费调查数据和分析品牌食物的营养组成 ，为培养居民健康饮食习惯 ，预防糖尿病 、肥胖症 、冠心病等慢性非传染性疾病提出合理化建议 ；明确人体所需各种营养物的功能 、生物利用度 、交互作用 ，以及它们对新陈代谢过程的影响 ；探索对由饮食摄入引起的生理反应或基因表达改变有影响作用的遗传和后天因素 ；探究农业生产过程如何对农产品的营养价值产生影响 。（）食品安全研究方面 。在未来几年 ，将明确种群系统对食品安全所产生的影响 、微生物的生存条件及其对环境的影响 ，通过系统生物学了解细菌 、病毒和真菌的致病原理 ，研发能够发现主要食源性细菌 、病毒和原生动物等病原体的新方法 ，创建能在生产和加工的关键时期有效降低或消灭病菌的预防策略 ，确保相关技术和数据可以安全地应用于食品生产过程之中 ；建立生物信息数据库 ，通过模型模拟在不同胁迫条件下病菌的行为特征 ，确定食品中病原菌的危险程度 ，研究能够识别食物中兽药 、化学物残留 、重金属 、持续性有机污染物和生物毒素的新技术 ，评估污染物毒性及其作用机理 ，并将所有数据转交相关监管部门 ，为其制定食品安全法规提供依据 ；找到由食源性病菌导致的抗生素耐药性的产生 、传播和作用过程 ，开发并测试相关抗生素替代产品 ，以减缓由居民日常饮食所引起的抗生素耐药性 。（）农产品质量和利用方面 。将把具有商业性质的采后技术应用于非食用性生物基产品和非食物的加工过程中 ，围绕食品市场化程度 、营养质量 、新生物活性和功能性食品及食品加工技术 ，打造更加准确的预测方法和测量体系 。 自然资源和可持续性农业系统（）水资源可利用性和水域管理方面 。将对已有的参考标准 、技术工具和理论知识进行升级改造 ，增加农业水资源的利用效率和农作物抗旱能力 ，加强水域管理和生态系统保护 ，减少农业耕种给土壤带来的侵蚀和沉积 。（）大 气 与 土 壤 及 农 业 和 工 业 副 产 品 方 面 。将持续关注土壤和空气质量 ，着力提高土壤恢复能力 ，保证极端气候条件下的有序生产 ，减少温室气体和动物废气的排放 ；通过提升土壤的生物成分及其他农业生态系统功能增加农业生产效率 ；对动物性产品生产过程中所积累的粪便 、沼气和其他附属产出进行回收利用 ；减少动物粪便和药用活性成分中病菌的数量及其对环境的影响 。（）生物质能源精炼技术方面 。将继续加深对生物质能源精炼技术的研究 ，降低其应用风险 、提升副产物价值 、增加其商业收益 ，使新的生物质燃料开发技术能够有效地与本国相关基础设施建设相结合 ；推进非食用性生物基产品及其增值加工等采后技术的商品化进程 。（）草场 、饲料与牧场系统方面 。将提供能够用作饲料 、铺设草坪 、开发生物质能源和预防草场 、牧场退化的优质种子 ；为草场 、牧场的经营者提供最新的技术方法 ，在保证牲畜正常活动的前提下减少运营成本 、最大限度地保护环境 ；评估土壤微生物和土壤生态系统对草场 、牧场等产量的影响 。（）农业系统竞争力与可持续发展方面 。将对现有资源进行整合 ，找出能够提升生产力 、利润率 、能源效应和自然资源管理效率等与农业系统有关的生产方案 ，并将具体措施定量化 。 作物生产与保护（）植物基因资源 、基因组和基因改良及作物生产方面 。将大力培育优良的作物品种和种质资源 ，研发作物基因改良和性状分析的创新方法 ，拓展作物基因组信息资源和生物信息技术 ；在鼓励公众使用植物 、微生物遗传资源信息的同时 ，着重注意相关数据的保存工作 ；扩展植物生物过程和分子过程的基础知识 ；为改良作物提供更加有效的生物技术方法 ；开发能够优化作物遗传潜力 、减轻生物和非生物胁迫 、提高生产效率的生产策略 ；提高授粉昆虫健康水平及其授粉能力 ，优化蜜蜂分类法和种质资源体系 。（）植物病害 、作物保护与检疫方面 。将继续鉴定和识别农作物中能够抵抗害虫 、线虫和植物病原体的抗性基因 ，增强寄主植物抗性 ，并将相关基因在商业可行范围内应用到作物品种之中 ；深入开展生物学和生态学的基础研究工作 ，为排除和识别节肢动物 、线虫类害虫 、杂草及植物病原体 ，减轻相关危害提供理论基础 ，并开展相关科研成果转化工作 ，为准确探明 、鉴定 、诊断相关病情提供最新 、最有效 、最安全的工具和方法 。 畜牧生产与保护（）食用性动物生产和水产养殖方面 。将确定与食用性动物生长健康 、养分利用 、生殖生理等有关的遗传和生理机制 ，用于提升动物性食品的生产效率 ；研发可以有效识别目标基因 、作用功能及其与环境交互作用的基因组学相关基础设施和应用工具 ，实现从基因层面对食用性动物进行改良 ；在保证经济 、环境可持续发展的基础上 ，开发最优化高效的动物食品生产系统 ；明确食用性动物的营养需求 ，测量传统饲料和非传统饲料的养分利用率 ，建立可以提高养分效率的饲养策略 ；描绘食用性动物的种质特征 ，丰富国家动物种质库的库存资源 ，保护动物的多样性 。（）动物健康 、兽医和城市昆虫学方面 。将通过与高校 、其他政府机构和产业界进行深入合作 ，研发包括遗传标记 ，鉴别基因序列 、抗体 、蛋白质的新方法 ，以及形态鉴定的详细说明等在内的能够探测病原菌和媒介节肢动物 ，保护牲畜免受其伤害的最新技术 ，提高动物性食品的产量和市场流通能力 。 对中国农业科技研究方向的建议年的中央号文件突出强调农业科技研发 ，要适应农业转方式调结构新要求 ，调整农业科技创新方向和重点 ，为中国农业科技的改革发展提供了强有力的政策保障 。诚然 ，无论是在农业科研基础还是科研条件等方面 ，中国与美国仍然存在着一定的差距 ，但是通过研究美国农业科技的研究重点和未来趋势 ，对把握中国农业科研方向有着一定的参考价值 。 关注食品营养和人体营养美国农业研究的一大特点就是时刻关注美国居民的营养健康状况 。在美国农业部年发布的第八版 美国居民膳食指南 表明 ，超过半数的美国成年人都患有至少一种可以通过调整饮食结构或加强体育锻炼起到预防效果的慢性疾病 ，为居民提出合理的膳食模式一直是美国政府工作的重中之重 。在中国 ，习近平总书记曾经明确指出 ，要把人民健康放在优先发展的战略地位 。国务院办公厅也于年印发了 中国食物与营养发展纲要 ，从数量保证 、质量保障和营养改善等个方面入手 ，优化食物结构 、强化居民营养健康 。不过 ，对居民营养摄入量的研究需要进行大量翔实的调研 ，而中国调研方式仍偏向于传统的入户调查和纸质问卷，尤其是在农村地区 ，电子化 、智能化程度不高 ，调研工作质量和效率较低 ，加之在外就餐比例和食物浪费现象明显增加 ，都给相关调研统计工作带来了不便 。所以 ，建立覆盖全国的营养健康监测 、采集 、发布系统 ，加强专项调查人员和专业分析队伍建设 ，推广普及科学合理的膳食模式也是中国农业科研工作不可或缺的重要环节 。 注重数据资源和大数据建设数据和数据库资源是开展农业研究的重要支撑 。美国农业数据建设经过多年来的不断完善 ，通过立法实现共享 、统一规范调查 、科学分析预报 ，严控发布流程，已经形成了一套集采集 、存储 、分析 、服务为一体的规范化 、精准化 、智能化流程体系 ，构建了从产前投入到消费流通 、从政府机构到私有企业 、从国家调控到市场调节的立体化信息网络 ，为保证农业科研工作的准确性和权威性奠定了坚实的基础 。近年来 ，在中央政策的带动下 ，中国农业大数据发展势头良好 ，尤其是在中国农业向规模化 、集约化转型的过渡时期 ，农业大数据有着无穷的发展潜力 。然而 ，由于中国农业数据资源建设正处于起步阶段 ，所面临的问题还有很多 。例如 ，中国涉农数据统计平台很多 ，但统计口径不一 ，缺乏统一的数据标准 ；各统计部门 、机构之间缺少交流协作 ，信息共享机制不完善 ，数据孤岛现象严重 ；历史数据众多 ，但数据质量普遍不高 ，难以对其进行有效的开发利用等 。因此 ，统筹中国农业大数据工作的规划布局 、加强农业数据的质量和标准化程度 、打造开放型的农业数据资源平台 、强化科研人员对农业数据的意识是实现中国农业信息化的必然选择 。 深化环境保护和可持续发展保护自然环境和生态资源的可持续发展是美国农业得以蓬勃发展的重要原因 ，特别是在低质水的利用管理 、能源作物的农艺实践 、降低温室气体排放 、农业化工原料生产过程中所产生废弃物的再利用 、牧草场和水流域管理等方面 ，通过模拟农业生产对生态环境带来的影响 ，预测自然环境的未来变化趋势 ，并根据预测结果适时调整相应政策措施 。而中国农业资源偏紧 ，农业发展与生态环境的矛盾不断突出 ，尤其是耕地质量不容乐观 ，耕地污染问题严峻 。一方面是由于历史原因导致的生态意识不足 ；另一方面也是由于科技水平滞后 ，难以应对日益增多的环境问题 。想要建设环境友好型社会 ，政府部门不单要根据中国国情建立长期的政策保障措施和严格的监督管理机制 ，更要发挥政府在促进资源合理配置中的主导地位 ，加大对相关科技研究的投入力度 ，打造新型环保科技队伍 ，形成依靠科技创新破解生态困局的良好格局 。参考文献侯廷永美国现代农业发展及其经验借鉴上海农村经济 ，（）： （ ） ：郭齐雅 ，于冬梅 ，俞丹 ，等、及年中国居民营养与健康状况调查监测比较分析 卫生研究 ，（）许世卫美国农业部信息采集和发布制度简介农业工程技术 ，（）（责任编辑陈瑨段丽君 ）