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农业野外科学观测试验站建设思考

2020-09-02 11:52 来源:小学科学论文 人参与在线咨询

摘要:野外科学观测试验站是种质资源、农业生态、资源环境等学科开展创新研究的基础条件。文章阐述了农业野外科学观测试验站建设的重要性,分析了农业野外科学观测试验站的建设现状与存在的问题,从优化学科区域布局、完善开放共享机制、提升条件保障能力、设立观测研究专项、理顺管理运行机制等方面提出了加强农业野外科学观测试验站建设的措施建议。

关键词:农业;野外科学观测试验站;建设;国家粮食安全;生态安全;乡村振兴

习近平总书记在党的十九大报告中指出,要树立和践行绿水青山就是金山银山的理念,坚持人与自然和谐共生,建设美丽中国发展战略。农业野外科学观测试验站是开展作物种质资源、农业土壤学、农业气象学、农业高效用水、植物保护科学等研究高度依赖的基础条件平台,是推进农业科技创新、保护农业生态环境的重要支撑,对创新我国农业基础理论和方法、保障国家粮食安全和生态安全、服务乡村振兴国家战略具有十分重要的战略意义。

1建设农业野外科学观测试验站的重要性

野外科学观测试验站是农业科学技术发展的奠基石。野外科学观测试验站通过对农业生产关键要素的观测监测、数据积累,以及对生产过程的实证研究、预测预警与集成示范,为创新农业基础理论与方法、服务政府决策与产业发展、保障国家粮食安全与生态安全发挥了重要作用。

1.1创新农业基础理论和方法的基础支撑

农业科学技术的发展高度依赖野外科学的观测、监测和定位试验,只有全面系统、时时动态地把握各种农业生产要素的基本情况和发展变化并探明相互关系,才能更好地发现农业客观规律和发展趋势,推进农业基础理论创新和关键技术研发。野外科学观测试验站是开展农业科学野外观测、实验、研究和示范的基础平台,对于认识和探索自然规律、丰富和发展农业基础理论与方法具有重要作用[1]。

1.2服务政府决策和产业发展的重要依据

农业生产具有多样性、复杂性、区域性等特征,在主要农业类型区合理布局农业野外科学观测试验站,通过长期系统的动态观测和分析,全面、准确、及时地掌握农业发展现状,为科学有效地辨识区域农业生产面临的主要限制因素,以及指导农业农村经济发展提供坚实的基础数据支撑,为制订农业和农村经济发展规划提供科学依据,也为不同农业功能区农业的综合发展指出方向和途径。另外,研究与区域资源和社会发展需求相适应的优势特色产业布局,开展不同农业类型区生态农业、循环农业、设施农业、景观农业等农业发展模式研究,服务乡村振兴国家战略和产业扶贫。

1.3保障国家粮食安全和生态安全的必要条件

从农业可持续发展和绿色发展来看,通过强化野外科学观测试验站建设,对土、肥、水、气等农业生产关键要素进行长期系统的动态观测、科学评价与预测预警,有助于提高农业资源利用效率,破解生态环境污染问题,优化农业生产结构,研制绿色栽培技术规范与标准,构建农业资源高效可持续利用模式,服务国家粮食安全和生态安全。

2农业野外科学观测试验站建设现状

我国农业野外科学观测试验站建设工作起步较晚,近年来,随着国家有关部门和农业科研单位对野外科技工作重要性的认识日益提高,农业野外科学观测试验站在平台建设、数据积累、监测研究等方面开展了大量工作,积累了丰富经验,具备了较好的发展基础。

2.1初步构建了农业野外科学观测试验站体系

20世纪60—70年代,中国农业科学院先后建成湖南祁阳、山东德州等资源环境科学试验站,组建了全国土壤肥力监测网络[2]。1999年,科技部启动国家野外科学观测研究站试点建设工作,共布局建设了105个国家野外站,形成了生态系统、特殊环境与大气本底、地球物理、材料腐蚀等4个类型的野外观测研究站网络[3],其中,在农田生态系统建设了20个国家野外站。2018年6月,科技部正式印发了《国家野外科学观测研究站管理办法》,对国家野外科学观测研究站的功能定位、职责任务进行了梳理、明确,并将农学单独列出来,与生态学、地学、环境科学等学科领域并列纳入支持范围[4]。2019年6月,科技部制定了《国家野外科学观测研究站建设发展方案(2019—2025)》,明确要求围绕保障国家粮食安全、促进农业绿色安全高质量发展等重大战略需求,系统布局农田和农业生态系统、农业资源高效利用、农业环境监测与保护、农业动植物种质资源与病虫害防控等国家野外站。2005年以来,为加快农业科学技术创新,获取长期、稳定、直接、综合的农业科研原始资料和基础数据,原农业部开始在全国开展农业野外科学观测试验站建设工作,陆续布局了野外科学观测试验站、学科群农业科学观测实验站、现代农业产业技术体系综合试验站,启动实施了农业基础性、长期性科技工作,遴选命名了116个国家农业科学观测实验站[5-6]。至此,我国农业野外科学观测试验站体系基本形成。

2.2促进了粮食增产和农业可持续发展

农业是我国经济和社会发展的基础。通过农业野外科技考察和科学试验工作,查清了我国耕地资源数量、质量和利用状况,为我国粮食生产布局提供了基础数据,摸清了我国农作物种质资源的分布,收集了一大批优良的种质资源,为保障国家粮食安全、保护农业生态环境、实现农业可持续发展提供了理论基础、技术关键和生产模式,推动了农业科技自主创新。在耕地方面,以陵县、禹城、封丘、曲州、栾城、商丘等野外试验站为基地,针对不同类型的低产土壤开展了大规模的综合治理,建立了适合当地特点的农业综合试验示范区,有效地控制了大面积盐渍化,大幅度提高了粮食单产和总产,获得了1993年国家科技进步特等奖。在作物种质资源方面,1981—2000年,中国农业科学院牵头组织全国种质资源协作攻关项目组,承担完成了“中国农作物种质资源收集保存评价与利用”项目,创建了世界上唯一的与长期库、复份库、中期库相配套的种质保存完整的技术体系,长期安全保存种质资源达180种作物33.2万份,位居世界首位[7]。

2.3推动了农业基础理论创新和关键技术研发

农业野外科学观测试验站针对不同区域土壤气候条件和农业产业特点,开展了长期定位试验、数据观测监测和研究示范,积累了大量的长期性、基础性数据,为农业基础理论研究和关键技术开发提供了数据支撑。廊坊试验站通过10多年连续长期的定位观测,揭示了转基因抗虫棉种植区棉铃虫和盲椿象种群地位的演替等规律,研究成果在Science和Nature期刊上发表,入选2008年“中国十大科技进展”。甘谷试验站历经30年的观测研究,提出了中国小麦条锈病流行成灾机理及其综合治理技术体系,为我国小麦条锈病的有效防控作出了重要贡献。农业野外科学观测有力支撑了国际气候变化的多边谈判,河南封丘、山东禹城、江苏常熟、西藏那曲等试验站,围绕气候变化对我国粮食安全的影响,开展联网观测研究,揭示了农业重要生态系统适应气候变化的机理,准确地估算出我国农业温室气体排放现状并预测未来发展趋势,为应对气候变化国际谈判提供了重要的支撑。

2.4培养了一批优秀的农业科学观测研究人才队伍

经过几十年的建设,我国农业野外科学观测试验站建立了一支数量可观的观测与研究队伍,培养造就了一批优秀科学家,培育了宝贵的野外科学精神,已成为国家农业科技创新体系的重要支撑。湖南祁阳试验站围绕我国红壤培肥与改良工作,长期开展基础性的科学数据观测监测,打造了令人敬佩的“执着奋斗、求实创新、情系三农、服务人民”的祁阳站精神,成为新时期农业科技战线上的一面旗帜。内蒙古呼伦贝尔试验站针对草甸草原区开展多项长期观测,为阐明草甸草原生态系统变化过程和机理奠定了坚实的基础,被授予“国家级青年文明号”称号。2009年,科技部对在野外科技工作中作出突出成绩的个人和集体予以表彰,授予20名同志“全国野外科技工作突出贡献者”称号,其中,包括农业领域野外科技专家7人[8],占总数的1/3。

3农业野外科学观测试验站建设中存在的问题

同时要看到,国际农业科技不断向基础研究前移,技术创新日益呈现多学科交叉、多领域融合的加速发展态势,保障国家生态安全与生物安全,支撑乡村振兴、发展区域经济等重大战略需求的迫切性日益增强,与这些新任务、新使命相比,我国农业野外科学观测试验站发展还存在学科与区域布局不平衡、观测手段和设施不齐备、开放共享机制不完善等问题。

3.1学科和区域布局不平衡

农业野外科学观测具有分布广、跨度大、学科多、数据杂的特点,个别区域和学科领域分布较密,而某些重要学科领域和区域布局又过于稀疏,甚至空白,区域和学科布局有待进一步优化调整。

3.2科学观测手段和设施不齐备

长期以来,我国农业野外科学观测研究工作缺少明确而稳定的国家投资机制,投资强度波动大且不连续,导致多数野外站的基础设施条件差,观测和试验条件落后,仪器设备水平难以与国内外先进水平接轨,缺乏持续稳定的运行经费,严重影响农业野外观测监测工作的系统性和连续性。

3.3科学数据开放共享机制不完善

目前,国家层面正在组织制定统一的观测标准与技术规范,尚未形成实质性的联网观测研究。总体来看,农业观测资源和数据资料的共享机制不完善,共享服务面窄、共享水平低,急需加强观测试验数据的开放共享与集成运用。

4加强农业野外科学观测试验站建设的建议

根据农业野外科学发展的战略需求和建设现状,通过进一步优化学科区域布局、完善共享机制、提升条件保障能力、设立观测研究专项、理顺管理运行机制等措施,推动农业野外科学观测试验站的长期稳定发展,为保障国家粮食安全、生态安全,实现农业绿色发展提供基础支撑。

4.1加强顶层设计,优化学科区域布局

随着国家乡村振兴战略、绿色发展等重大战略的实施,急需按照中国综合自然区划、国家粮食生产功能区、重要农产品生产保护区分布和我国土壤类型分布状况,综合考虑农业生产的典型性、代表性,全面科学规划布局,强化农业水资源利用、土壤质量提升、农田环境监测和病虫害控制,优化资源配置,形成层次清晰、功能完善,覆盖全国主要农业区域的野外科学观测研究网络。

4.2构建数据中心,完善野外科学共享机制

根据农业野外科学观测数据学科特点、产生方式和联网观测需要,建设野外科学数据处理平台,加强农业野外科学数据分析挖掘,开发专业化的数据处理系统,形成农业野外科学大数据中心,构建从数据到知识的桥梁与机制,建立科学数据发布和定期报告制度。开展基于云计算的农业野外科学大数据示范应用,提供特色化的数据服务,支持科学数据开放共享,提升农业科学大数据服务于国家重点战略需求的能力。

4.3提升条件保障能力,建设智慧型野外台站

根据农业野外观测研究的标准体系,结合野外站功能定位和长期观测研究任务,加强标准化观测样地、控制实验设施、样品和标本库、生活设施和观测设备等基础条件建设。制定专项观测仪器修购方案,配置标准的专项观测仪器,探索建设一批农业野外重大科技基础设施,提升野外站专项观测研究能力。推进农业野外站物联网系统建设,提升试验站自动监测、实时传输等信息化水平,建设智慧型野外台站[9]。

4.4面向农业科学前沿,设立专项观测研究项目

面向国际农业科学发展前沿,根据土壤质量、农业环境、植物保护等不同类型野外站学科特点,制定野外科学观测和控制实验方案,并统一组织和实施联网观测和实验,部署面向重大科学问题的专项观测研究工作,拓展观测和研究领域,将更多的社会、经济要素纳入观测与研究范畴,加强多站协同研究创新能力[10],实现农业科学长期稳定联网观测,提高我国在国际农业生态环境领域的影响力和竞争力。

4.5加大稳定支持力度,理顺管理运行机制

根据农业野外科学试验站的功能任务,加大经费稳定支持力度,重点开展野外观测、研究工作,充分满足野外试验站的发展需求[11]。强化评估考核结果应用,对野外试验站实行分级支持。同时,要把野外试验站作为一个相对独立的科研基地,配备完善的实验室、办公室、住宿条件,以保障野外试验站工作的顺利开展;建立野外试验站激励机制,在工资收入、岗位津贴、出差补助、职称晋升条件与名额等多方面予以倾斜,鼓励野外科研人员安心工作。

作者:刘建安 单位:中国农业科学院

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