美國國家科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院聯(lián)合發(fā)布了題為Science Breakthroughs to Advance Food and Agricultural Research by 2030的研究報告，描述了美國科學(xué)家眼中農(nóng)業(yè)領(lǐng)域亟待突破的五大研究方向。

▍第二，新一代傳感器技術(shù)將成為推動農(nóng)業(yè)領(lǐng)域進(jìn)步的底層驅(qū)動技術(shù)。

量值定義世界，精準(zhǔn)決定未來。美國將高精度、精準(zhǔn)、可現(xiàn)場部署的傳感器以及生物傳感器的開發(fā)、應(yīng)用作為未來技術(shù)突破的關(guān)鍵。當(dāng)前傳感器技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，但主要還集中在對單個特征如溫度的測量上，如果要同時了解整個系統(tǒng)運行的機理，連續(xù)監(jiān)測多個特征的聯(lián)動能力才是關(guān)鍵。值得注意的是，新一代傳感器技術(shù)不僅僅包括對物理環(huán)境、生物性狀的監(jiān)測和整合，更包括運用材料科學(xué)及微電子、納米技術(shù)創(chuàng)造的新型納米和生物傳感器，對諸如水分子、病原體、微生物在跨越土壤、動植物、環(huán)境時的循環(huán)運動過程進(jìn)行監(jiān)控。新一代傳感器所具備的快速檢測、連續(xù)監(jiān)測、實時反饋能力，將為系統(tǒng)認(rèn)知提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，賦予人類“防治未病”的能力，即在出現(xiàn)病癥前就能發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。如果能在資源要素的利用環(huán)節(jié)即可精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)和定量識別可能出現(xiàn)的風(fēng)險問題，并能夠?qū)崟r進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，將徹底改變我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)利用方式。因此，新一代傳感器技術(shù)將是我國必須掌握的關(guān)鍵技術(shù)。

▍第三，數(shù)據(jù)科學(xué)和信息技術(shù)是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的戰(zhàn)略性關(guān)鍵技術(shù)。

數(shù)據(jù)科學(xué)和分析工具的進(jìn)步為提升農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究和知識應(yīng)用提供了重要的突破機遇。報告稱，盡管收集了大量糧食、農(nóng)業(yè)、資源等各類數(shù)據(jù)，但由于實驗室研究和生產(chǎn)實踐中的數(shù)據(jù)一直處于彼此脫節(jié)的狀態(tài)，缺乏有效的工具來廣泛使用已有的數(shù)據(jù)、知識和模型。大數(shù)據(jù)、人工智能、機器學(xué)習(xí)、區(qū)塊鏈等技術(shù)的發(fā)展，提供了更快速地收集、分析、存儲、共享和集成異構(gòu)數(shù)據(jù)的能力和高級分析方法。換句話說，數(shù)據(jù)科學(xué)和信息技術(shù)能夠極大地提高對復(fù)雜問題的解決能力，將農(nóng)業(yè)、資源等相關(guān)領(lǐng)域的大量研究成果應(yīng)用在生產(chǎn)實踐中，在動態(tài)變化條件下自動整合數(shù)據(jù)并進(jìn)行實時建模，促進(jìn)形成數(shù)據(jù)驅(qū)動的智慧管控。

▍第五，微生物組技術(shù)對認(rèn)知和理解農(nóng)業(yè)系統(tǒng)運行至關(guān)重要。

通過近年來大量的研究報道，我們知道了人體微生物對身體健康的重要性，相比而言我們對農(nóng)業(yè)中土壤、植物和動物的微生物組及其影響還不夠了解。隨著利用越來越復(fù)雜的工具探測農(nóng)業(yè)微生物組，美國有望在未來十年實現(xiàn)突破性進(jìn)展，建立其農(nóng)業(yè)微生物數(shù)據(jù)庫，更好地理解分子水平土壤、植物和動物微生物組之間的相互作用，并通過改善土壤結(jié)構(gòu)、提高飼料效率和養(yǎng)分利用率以及提高對環(huán)境和疾病的抵抗力等增強農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和彈性，甚至徹底改變農(nóng)業(yè)。其中，土壤和植物微生物組之間的相互作用表征至關(guān)重要。土壤微生物組與氣候變化中的碳、氮和諸多其他要素的循環(huán)息息相關(guān)，并通過一些尚未被人類認(rèn)知的過程影響著全球關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。加深對基本微生物組成部分的理解以及強化它們在養(yǎng)分循環(huán)中的作用對確保全球可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)至關(guān)重要。

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文章來源 | AIA國際期刊