农艺学硕士论文-福建省农艺学学科发展研究.doc

福建省农艺学学科发展研究专业类别：农业推广硕士专业领域：农村区域发展研究方向：农业推广研 究 生： 指导教师： 完成时间：二o一o年四月fujian agriculture and forestry university, master thesisstudy on how to develop agronomy discipline in fujian provinceprofessional categories：master of agricultural extensionfields：rural and regional developmentresearch：agricultural extensiongraduate： instructor： completion time：april 2010目 录摘 要5abstract61.绪论71.1研究背景与研究意义71.1.1研究背景71.1.2研究意义81.2研究范畴与基本概念的界定91.2.1研究范畴的界定91.2.2相关概念的界定91.3研究内容与研究路线91.3.1研究内容91.3.2研究路线101.4研究方法102.国内外农艺学学科发展概括112.1作物栽培技术的发展现状112.1.1以产量潜力为突破口的超高产技术发展成为热点112.1.2以品质、产量协同提高为重点的优质高产技术向纵深发展112.1.3以现代技术应用为特色的精准定量技术发展加速122.1.4以资源节约为重点的简化高效技术有了新发展122.1.5以作物生理高效机制为突破口的栽培理论与技术发展不断深入122.2作物遗传育种的现状132.2.1生物技术为特征的现代育种发展迅速132.2.2以关键性状改良为主的新品种不断涌现132.2.3以方法体系创建为核心的育种技术得到发展142.3作物种质资源研究142.3.1植物种质资源共享平台建设初见规模142.3.2作物种质资源保存检测技术日趋成熟，安全保存得以实现152.3.3作物种质资源鉴定初步实现了由表现型向基因型的跨越152.3.4种质创新更加注重引入外源基因，创新种质得到有效利用152.4作物生态学162.4.1生态适应性的研究162.4.2复合群体利用研究172.4.3作物信息生态的研究182.4.4作物生态养分的研究192.4.5分子生物技术在生态学上的应用研究202.5农业资源研究202.5.1土地资源的开发与利用研究212.5.2水资源领域研究212.5.3气候方面的研究222.5.4农业社会资源的研究223. 福建省农艺学研究现状233.1作物栽培技术233.2作物种质资源243.3作物遗传育种253.4作物生态学263.5农业资源学274.福建省农艺学研究与国内外研究的差距274.1作物栽培方面274.2遗传育种方面284.3作物种质资源方面284.4农作物生态学方面284.5农业资源学方面295.福建省农艺学学科发展趋势展望296.福建省农艺学学科发展的总体思路和重点领域306.1福建省农艺学学科发展的总体思路306.2福建省农艺学学科发展的重点领域306.2.1耕作栽培技术领域306.2.2作物遗传育种领域306.2.3作物种质资源学领域316.2.4农业资源学领域316.2.5作物生态学领域327.促进福建省农艺学学科发展的建议327.1加大农艺学研究的资金投入327.2建立学科持续发展的稳定机制327.3加大学科调整力度，拓宽学科发展空间，促进学科交叉337.4鼓励重大科技问题研究的学科配合与协作337.5加强人才培养和学科团队建设，精心打造高素质学科队伍337.6加强国际交流合作，推进学科人才培养和科技创新与国际接轨，提升福建省农艺学学科的国际影响力337.7发挥企业在农艺学研究中的作用34参考文献35摘 要 农艺学是研究农作物生产技术与原理的一门学科。它的主要研究领域包括：作物栽培技术、作物种质资源、作物遗传育种、农业资源学以及作物生态学等。农艺学是一门传统的重点学科，该学科的发展对“三农”问题的解决和全面建设小康社会都至关重要。总体而言，福建省农艺学学科在某些领域具有一定的优势，但是和国内外相比，还存在一定的差距。本研究分为六部分。第一，研究的绪论，包括福建省农艺学学科发展研究的背景和研究意义；研究范畴与基本概念的界定；研究的方法和技术路线。第二，国内外农艺学学科发展现状分析。通过文献的收集对当前国内外农艺学学科发展的现状进行归纳和总结，是分析福建省农艺学学科发展研究的基础。第三，福建省农艺学研究与国内外研究的比较分析。通过比较分析法分析福建省农艺学学科和国内外的发展差距。第四，福建省农艺学发展趋势预测。通过趋势预测法，预测福建省农艺学学科发展的趋势。第五，福建省农艺学学科的总体思路与重点领域。在比较了福建省农艺学学科发展与国内外的差距和对福建省农艺学学科发展的趋势预测的基础上确定了福建省农艺学学科发展的总体思路与重点领域。最后本研究在总结全文的基础上提出了加快福建省农艺学学科发展的对策建议。关键词：福建省； 农艺学； 学科； 发展； 研究abstractagronomy is a study of crop production technology and principles of a discipline. its main research areas include: crop cultivation techniques, crop germplasm resources, crop genetics and breeding, agricultural resources, and agro-ecology. agronomy is a traditional important discipline, developing this discipline has great importance to solve agriculture, countryside, and peasants problems and construct a moderately prosperous society. generally speaking, the agronomy research in fujian province has some advantage in some fields, however, compared to this study both in china and abroad, it still weak.the paper has six parts. the first part is an introduction to the research background, the targets and contents of this research and definitions of some academic concepts. the second part introduces agronomic development of academic disciplines both in china and abroad. through the collection of literature on the current status of development both in china and abroad to conduct agronomic subjects summed up and concluded. it is the basic study for an analysis of agronomic research in fujian province. part three analyzes the difference for agronomy research between fujian and other study institutions. by comparing the analysis method, this part analyzes the agronomy disciplines gap to fujian agronomy research. through the trend forecasting method, part four forecasts the agronomy development trend in fujian province. according to the disadvantages of the agronomy research in fujian province, part five puts forward the general way of how to develop agronomy research and its areas of focus. finally, the study summaries the whole paper and proposes some safeguards to develop agronomy research in fujian province.keyword：fujian province; agronomy；discipline；development; research1.绪论1.1研究背景与研究意义1.1.1研究背景首先，农业是一个弱质的行业。与工业和第三产业相比，农业是具有弱质性、需要特殊保护的产业，因为农业依赖于当地水、土、日照、气温等天然资源的配置，发展受到很多自然条件的限制，因而对农业进行保护已成为一种国际惯例。中国是人口大国，农业问题在我国始终占有举足轻重的地位。然而，我国多年来实行的是以农补工、优先发展工业的战略，这种对农业的负保护，导致了我国农业积贫积弱。农业的弱质特性对农艺学学科的发展研究而言是一个不可忽视的重要背景。第二，“三农”问题不断引起社会的关注。“三农”问题关乎大局，当前，从党中央国务院到地方各级党委政府，对“三农”问题的重视可以说提到了一个前所未有的高度。2010年中央一号文件又是姓“农”这是改革开放以来第12个关于“三农”问题的“一号文件”，也是新世纪连续第七个锁定“三农”的“一号文件”。社会各界包括媒体、学者、企业家对“三农”的关注也不断增加也对农艺学学科的发展研究产生重大的影响。第三，政府对农业科技研究的投入力度不断加大。根据中华人民共和国科技部的相关数据显示，我国农业科技研究资金自2001年设立以来，9年间中央财政累计投入26.5亿元，支持了4338项技术成果，引导地方财政和社会资金投入140亿元，开发新品种8560个，带动5200多万农民增收15。2009年，福建省省级财政加大投入着力推进农业科技创新和推广应用，促进农业走科学发展道路。目前已安排资金4835万元，支持推进农科教结合，发挥农业院校、农业科研单位在农业技术推广中的积极作用，促进科技成果更快转化为农业生产力；安排专项资金支持引进国外农业新技术、新品种，大力推广农业“五新”，支持农业科技成果进村入户；安排专项资金支持闽台农业合作，重点在品种改良、农作物栽培技术、畜牧养殖技术、农产品精深加工技术、保鲜和运输技术等方面加强合作，加快形成闽台合作农业产业体系。政府对农业科技投入的增加对农艺学学科的发展将会产生巨大的促进作用。第四，相关学科技术的迅速发展。一方面信息化的迅速发展给农艺学学科的发展带来新的机遇。信息化可以提高劳动生产率，提高产品质量，降低生产成本，增加产品品种，提高市场竞争力；提高资源利用率，实现经济增长方式的转变；能发展产品技术；提高现代化管理水平；促进精细农业的研究发展。另一方面，生物技术的发展给农艺学学科发展研究带来无限的潜力。当前生物技术在品种改良、抗病、育种等方面都有广泛的运用。2009年底中国已经开始批准转基因水稻和玉米商业化。生物技术的安全性和环境的安全性也是农艺学学科发展研究的必须研究的一个背景。1.1.2研究意义首先，有利于巩固农业在国民经济中的地位。农业是人类“母亲产业”，远在人类茹毛饮血的远古时代，农业就已经是人类抵御自然威胁和赖以生存的根本，农业养活并发展了人类，没有农业就没有人类的一切，更不会有人类的现代文明。社会生产的发展首先开始于农业，在农业发展的基础上才有工业的产生和发展，只有在农业和工业发展的基础上，才会有第三产业的发展。同时农业的发展制约着工业和其他产业的发展，粮食的安全问题仍然制约着拉动农村市场的消费要求，这些都要求巩固农业的基础地位，优先发展农业以推动整个国民经济的快速健康发展。其次，农艺学研究的科研投入具有很高的收益率。据国内外有关研究，科技储备量每增加1个百分点，粮食生产可增加04至05个百分点，经济作物产量增长24。我国农业科研投资回报率在73108(1965年2007年间)，这样的收益远远高于其它投资领域的预期收益，大体上也高于印度的40(1953年2001年间)和美国的3540(1940年2005年间)，以及澳大利亚的5868(1948年2006年间)等国家，但我国的农业科研投入在来源和规模上始终处于一种饥渴和不足的状态30。探究农艺学发展这一特殊现象的本质，从而寻出扭转的途径，将有十分重要的意义。 第三，有利于“三农”问题的研究和解决。我国是农业大国，农业是国民经济的基础，为人们提供了吃、穿、住、行等最基本的消费资料和重要的生产资料。农民占我国人口的70%，全国13亿人口中有9亿是农民，是社会的主要组成部分。改革开放以来，农业和农村的发展，为我国胜利实现现代化建设的前两步战略目标作出了巨大贡献，提供了坚实的基础。但是当前“三农”问题已经成为我国全面小康建设需要首先解决的问题。农艺学学科发展研究能促进农业的发展，特别是在农业科学研究领域的突破，从而在根本上促进农村的发展和农民的增收。第四，农艺学学科发展的研究有利于生态环境的保护和食品的安全。工业和城市的发展促进了社会进步，但是同时也带来了巨大的环境问题。以二氧化碳的排放为例，当前气候变化可能演变成全球公害；未来20年气候变化将成为全球性灾难，如海平面的上升将使许多国家从地图上消失，美国等许多主要粮食生产国将因遭遇严重干旱而出现粮食大幅减产。并且未来大气的增温值将是20世纪的2至10倍20；我国华北等地仍将保持继续变干旱的趋势；气候变暖严重影响全球的自然生态系统。因此农艺学学科的发展研究对生态系统的保护和食品安全生产，促进社会经济健康可持续发展具有重要的意义。1.2研究范畴与基本概念的界定1.2.1研究范畴的界定福建省农艺学学科发展研究的范畴主要包括：作物栽培技术、作物种质资源、作物遗传育种、农业资源学以及作物生态学等方面。1.2.2相关概念的界定农艺学是研究农作物生产技术与原理的一门学科。它的主要研究领域包括：作物栽培技术、作物种质资源、作物遗传育种、农业资源学以及作物生态学等13。农艺学是一门传统的重点学科，它的目标是实现农作物生产的高产、优质、高效、生态、安全，其研究水平的高低，对我国解决“三农”问题和新农村建设都是至关重要。1.3研究内容与研究路线1.3.1研究内容第一，研究的绪论，包括本研究的背景和研究意义；研究范畴与基本概念的界定；研究的方法和技术路线。第二，国内外农艺学学科发展现状分析。通过文献的收集对当前国内外农艺学学科发展的现状进行归纳和总结，是分析福建省农艺学学科发展研究的基础。第三，福建省农艺学研究与国内外研究的比较分析。通过比较分析法分析福建省农艺学学科和国内外的发展差距。第四，福建省农艺学发展趋势预测。通过趋势预测法，预测福建省农艺学学科发展的趋势。第五，福建省农艺学学科的总体思路与重点领域。在比较了福建省农艺学学科发展与国内外的差距和对福建省农艺学学科发展的趋势预测的基础上确定了福建省农艺学学科发展的总体思路与重点领域。第六，加快福建省农艺学学科发展的对策建议。在总结全文的基础上提出了加快福建省农艺学学科发展的对策建议。1.3.2研究路线加快福建省农艺学学科发展的对策建议研究的绪论国内外农艺学学科发展现状分析论福建省农艺学学科研究与国内外的比较分析福建省农艺学发展趋势预测福建省农艺学学科的重点领域福建省农艺学发展总体思路 图1 本研究的研究思路1.4研究方法（1）文献法：收集、整理、分析现有的关于农艺学学科发展的研究成果与资料。（2）重点人物访谈法：通过对与从事农艺学学科研究的相关部门的工作人员、著名的农业专家和学者的咨询和访问，找出福建省农艺学学科发展的不足之处，进一步深入分析福建省农艺学学科发展研究的方向和思路。（3）趋势预测法：通过对农艺学学科发展中的各类相关资料的分析，同时将近期农艺学学科发展的相关指标进行比较，得出福建省农艺学学科发展的变动方向和幅度等，来预测福建省农艺学学科发展的趋势。（4）比较研究法：通过对比福建省农艺学学科与国内外的发展，分析福建省农艺学学科的差距，借鉴其学科发展的成功经验。2.国内外农艺学学科发展概括从作物栽培技术、作物种质资源、作物遗传育种、作物生态学以及农业资源等5个领域入手收集国内外外文献，分析各领域近几年的研究进展。2.1作物栽培技术的发展现状2.1.1以产量潜力为突破口的超高产技术发展成为热点作物产量突破的可持续高产、超高产成为农艺学的研究重点。中国是世界上最大的稻米生产与消费大国；同时中国现有人口13.28亿(不含港澳台地区)，比美国多10亿，每年出生人口1600万，是全球人口最多的国家。根据国家人口计划生育委员会的人口发展预测，到本世纪30年代，即2033年前后，中国总人口的总量高峰将保持在15亿左右16。因此，作物产量的突破将关系未来中国人口的吃饭问题将也是我国农艺学研究的一个重要内容。近年来，我国以主攻单产兼顾优质、高效、质量安全的作物栽培技术创新和集成应用取得显著成效，并继续向纵深发展。近年来，国外在水稻、玉米、大豆和小麦的高产研究方面也取得较大的进展。例如美国北达科他州立大学农业实验室研制出了一种叫“rg7008rr”的抗除草剂转基因大豆品种，北达科他州立大学种植科学系教授al schneiter介绍，这个新品种比以前的“rg6008rr”品种每英亩产量要高2.8个百分点3。2.1.2以品质、产量协同提高为重点的优质高产技术向纵深发展作物产量与品质同步提高成为各国作物产业化发展的共同战略。近年来，我国以主攻单产兼顾优质、高效、质量安全的作物栽培技术创新和集成应用取得显著成效，并继续向纵深发展。以玉米为例，从1999年至2009年10年期间国家玉米改良中心以玉米种质创新研究为核心，向应用研究和基础研究延伸，创新了9个具有国际领先水平的高油玉米群体等一批育种新材料。国家玉米改良中心培育了43个省级以上审定的玉米新品种，其中国家审定品种12个，申请新品种保护17项30。十年来共获得省部级以上奖励9项，其中国家级奖励3项，省部级一等奖3项。2.1.3以现代技术应用为特色的精准定量技术发展加速作物栽培定量化、精确化、数字化技术已成为作物生产和作物栽培科技发展的新方向。发达国家作物生产实行定量化设计、精确化与数字化栽培管理。我国近年来，开展了精确定量栽培、数字化农作技术和作物生产信息化服务技术的研发，在作物生产管理中正在发挥重要作用。现代信息技术在作物生产中应用越来越广泛，近年来构建了一批服务于主要农作物生产的数据库及其管理系统，建立了主要作物生产信息化平台及服务体系，创新集成了数字化农作技术，目前正向作物栽培技术标准化、智能化、数字化和实用化方向发展。在国外当前北欧的整地技术和整地设备目前居世界领先地位。其中最具代表性的当属瑞典。瑞典年主伐面积为22万公顷，其中80%左右要进行整地。瑞典采运作业研究所和瑞典林学院经调查研究后结果表明，根据瑞典和芬兰的条件，剩余物多的迹地浅层整地使用锥形滚齿耙和鹤嘴锄式松土整地机效果最好。2.1.4以资源节约为重点的简化高效技术有了新发展以资源节约为重点的简化高效栽培技术创新与应用成为现代农业发展的主要方向。我国近年来在节约资源的基础上，开展大量的简化高效栽培技术研究，特别是主要农作物的节水、省肥、简化、高产的栽培技术取得了新的进展，一直在生产上发挥重要作用。以节水农业为例，当前国内主要的研究在以下三个方面：一是农学范畴的节水，如调整农业结构、作物结构，改进作物布局，改善耕作制度（调整熟制、发展间套作等），改进耕作技术（整地、覆盖等），培育耐旱品种等；二是农业管理范畴的节水，包括管理措施、管理体制与机构，水价与水费政策，配水的控制与调节，节水措施的推广应用等；三是灌溉范畴的节水，包括灌溉工程的节水措施和节水灌溉技术，如喷灌、滴灌等。当前国外在资源节约方面也有新的发展，以以色列的节水农业为例，滴灌技术是以色列最著名的节水灌溉技术，目前已经开发到第六代。该系统根据作物各类和土壤类型设置的滴灌控制系统，使田间用水效率显著提高，达到每立方米增产2.32公斤。2.1.5以作物生理高效机制为突破口的栽培理论与技术发展不断深入作物生理学与环境生态学研究相结合，在作物栽培中发挥了重要作用。以作物光合碳代谢为中心的光合性能、源库生理和产量构成研究为作物高产栽培奠定了理论基础；作物营养生理研究促进作物施肥技术进步；环境生理生态研究促进了作物抗逆高产栽培的技术创新。2.2作物遗传育种的现状2.2.1生物技术为特征的现代育种发展迅速依据生物遗传变异的原理，育种方法从杂交育种、诱变育种到多倍体育种、单倍体育种，再到细胞工程、基因工程、分子标记育种，生物育种技术在我国发展迅速，与发达国家在生物育种新技术差距正在减小。生物技术育种正成为提高作物产量和改善品质的主要途径。我国在重要基因克隆和功能鉴定领域取得巨大进展，在不到十年时间内我国科技人员获得了拥有自主知识产权的新基因上百个，获得了一批具有潜在应用价值的新基因，水稻基因组及重要功能基因克隆研究居世界先进水平，这些重要基因的获得为利用转基因技术培育作物新品种奠定了坚实的基础。在转基因作物品种培育方面，我国也取得了可喜成绩。中国是继美国之后第二个拥有自主知识产权抗虫棉的国家，目前已培育出转基因棉花新品种55个（国审），至2007年，国产转基因棉花新品种已累计推广1.9亿亩31。转基因植酸酶玉米和抗虫水稻的研发处于世界领先水平，抗虫玉米、抗病毒小麦等也已取得良好进展。在美国圣路易斯华盛顿大学、亚利桑那大学等机构的150名研究人员历时4年多完成了完成玉米全基因组测序工作 有望培育新品种。他们以代号为73的玉米品种为研究对象进行测序。结果显示，玉米共有10对染色体，约32万个基因，23亿个碱基，是目前已测序的植物中基因数量最多的品种7。2.2.2以关键性状改良为主的新品种不断涌现优良品种的选育正逐步由表现型选择向基因型选择、由形态特征选择向生理特性选择的转变，优质、高产、抗逆的有机结合已成为优良品种培育的发展目标和方向；品种改良取得大批具有显著应用效益的成果，推动了农业科技的进步。植物遗传转化是转基因生物产业化链条中极为关键的一个环节。目前，我国已经建立了水稻、玉米、棉花等作物的转化技术平台,其中水稻和棉花的转化技术平台初步达到了规模化。以水稻为例，我国在超级稻研究始终居于世界领先水平，在育种理论探索、种质材料创制以及新品种选育和应用等方面都有新突破。1999年，美国科学杂志专文介绍袁隆平的超级杂交稻选育理论。到2004年为止，我国已先后选育14个超级稻新品种(组合)。这些新品种通过了省级或国家级农作物品种审定，在百亩示范片验收平均产量超过10500 kg/hm2，有些新品种百亩片产量达到12000 kg/hm2；如四川农业大学选育的d优527和江苏省农业科学院选育的两优e32已通过越南的品种审定，d优527出口种子320 万公斤，创汇400万美元；2005年由中国水稻研究所育成的超级稻“国稻6号”的品种经营权以1000万元的价格成交29。湖南杂交水稻研究中心与湖南西城集团联合建立了博士后工作站及杂交水稻基因工程研究中心，专门从事超级稻基因组功能分析。2.2.3以方法体系创建为核心的育种技术得到发展近年来，通过生命科学及相关学科的渗透、交融和集成，作物遗传育种理论和方法不断拓展，在实现品种矮秆化和杂交化二次重大技术突破的基础上，细胞工程、分子标记、转基因以及分子设计等现代育种技术迅速发展。我国学者建立了甘薯、马铃薯、柑橘等植物的体细胞杂交技术体系，获得了大批中间体细胞杂交植株。我国学者率先培育出的高油单倍体诱导系，已经大规模应用于玉米育种中，大大加快了育种的进程。2.3作物种质资源研究2.3.1植物种质资源共享平台建设初见规模 自2003年国家科技基础条件平台建设启动以来，我国植物种质资源平台项目建设成绩斐然。在各有关部门和单位的积极支持、在财政部的大力支持和科技部的正确领导下，在农业部、教育部、国家林业局、国家中医药管理局、中国科学院等有关部门的大力支持及全国有关科研单位、高等院校及生产部门的大力协助下，中国农业科学院作物科学研究所联合全国271个单位的1893名科研人员开展了农作物、多年生和无性繁殖作物、热带作物、林木、药用植物、重要野生植物、牧草等植物种质资源的标准化整理、整合和共享取得了重大进展和显著成效。目前，研究制定了1570种植物种质描述规范、数据标准和数据质量控制规范；完成了35. 6万份植物种质资源的标准化整理、编目和数字化表达；向e平台提交了22. 3万份植物种质的共性描述数据，并通过8平台和植物种质资源信息共享网络系统，实现了30. 5万份种质资源的信息共享；繁殖更新了13. 2万份资源；补充完善了10. 3万份资源所缺乏的标志性信息数据；完成了7. 2万份濒危、珍稀种质资源的抢救性收集、整理和保护；实现了30. 5万份种质资源的实物共享13。国外对种质资源的保护和研究也取得较大的成果，以美国为例，美国原是一个作物资源贫乏的国家,近一个多世纪以来,由于大力加强种质资源的收集、考察、研究和贮存,已为美国的作物改良和农业发展提供了雄厚的基础,作出了巨大的贡献。近年来,美国政府更加重视这项工作,建立了健全的组织领导和比较完善的工作体系。2.3.2作物种质资源保存检测技术日趋成熟，安全保存得以实现经过近20多年的不断完善和发展，我国已基本建立起长期库、中期库、种质圃、原生环境保护点等相配套的作物种质资源保护体系，研究制定了一整套种子入库操作技术和贮藏标准并入库保存了39.2万份作物种质资源，长期贮藏数量居世界首位，其成果获国家科技进步一等奖。主要作物野生种质资源原生境保护取得了重要进展8。系统研究了原生境保护技术规范。在此规范指导下，建立了野生稻、小麦野生缘植物、野生大豆、野生蔬菜、野生苹果等86个原生境保护点。另外制定了鼓励农民参与的作物种质资源策略，在开发利用中实现可持续保护意识和观念逐渐被接受，农民参与式保护取得一定的成效。2.3.3作物种质资源鉴定初步实现了由表现型向基因型的跨越遗传多样性评价与核心种质建立取得重大进展。综合利用形态学、蛋白质、dna标记等分析方法，重点开展了不同年代育成品种的遗传多样性变化、地方品种的遗传构成、多样性的地理分化等方面的研究，建立了水稻、小麦、玉米、大豆、食用豆、棉花等核心种质和应用核心种质，以5%10%的样品代表了80%90%的全部种质的遗传多样性，极大地方便了研究和利用9。表型鉴定呈现精准化。对主要农作物种质资源开展了多年多点的精准鉴定，并依据各类作物种质资源描述标准、数据标准和数据控制规范，鉴定性状采集和处理数据，实现了作物种质资源鉴定评价的规范化、科学化，提高了鉴定数据和信息高效共享。同时利用现代分子生物学技术，在表现型的鉴定基础上，开展了大规模的基因型鉴定，明确了控制不同性状的基因及其遗传规律，初步实现了种质资源鉴定由表现型向基因型的跨越，鉴定数据和信息更加准确，利用更加方便和有效。新基因发掘初步走向高质量和规模化。2.3.4种质创新更加注重引入外源基因，创新种质得到有效利用优异种是育种的直接亲本来源，创新质量好、数量组的种质，将极大的促进作物育种的快速发展。当前种质创新技术也从传统的利用基因自然突变、种内杂交、远缘杂交、组织培养、无性系变异、人工诱变等手段，扩展到了借助分子标记辅助改良、通过基因工程直接转移外源基因、3个以上优异基因聚合等。一次创新的变异类型，培育新种质。为了拓宽育种遗传基础，通过远缘杂交等手段，将外源物种的期望基因转入栽培种，并在方法和材料创新方面取得显著进展。围绕高产、优质、抗病、抗率、高效利用水肥等育种目标，创造出一批育种新材料和遗传材料，例如，将普通野生稻的yld1.1和yld2.1两个高产基因位点转入栽培稻，创造出超级稻骨干亲本“q611”（恢复系），并开始提供育种家利用；通过普通小麦与冰草杂交，已创造出包含冰草多花多粒、抗旱、抗白粉病和条锈病等基因的普通小麦-冰草异源易位系30余个，育种家利用后已培育出普通小麦新品种2个；利用辐射诱变技术，创造出大铃、纤维品质优异的棉花新材料，培育出大铃优质杂交棉“中棉所48”，这些新品种目前正在生产上推广运用，产生了很大的社会经济效益24。2.4作物生态学作物生态学主要研究作物与环境的相互关系及其作用机制，从分子、细胞、组织、器官、个体到种群、群落甚至生态系统等都可以开展有关的研究，但是核心是探讨作物生长发育及产量形成对环境因素的响应机智与调控途径。随着现代生态学、生理学、信息学理论与方法不断创新与拓展，作物生态学的理论和技术正在得到不断的充实和提高，并在农业生产管理与环境资源利用方面发挥着日益重要的作用。当前加拿大和美国的生态学领域的研究近几十年来一直走在世界的前列。凭借先进的设备支持，以及充足的研究经费的投入，美国的科研机构在生态学的各个层面上进行了广泛、深入的研究，同时获得了丰硕的成果。作为科研力量主力军的美国国内众多的高等学校在生态学的研究中发挥着重要的作用。2.4.1生态适应性的研究从作物生长发育及产量、品质形成与环境要素关系出发进行的作物生态适应性研究，为推动我国作物品质生态区划、优势农作物产业带建设等奠定良好的理论基础和科技支撑。近年来，随着gis等地理信息技术在作物生态学的应用使得作物生态适应的评价和布局上更为直观和准确，我国开展了大从的区域作物生产潜力和品质气候生态领域的研究，取得的相关研究成果对指导国家及各地农业生产结构调整、区域农作物生产优化布局及优势产业带建设等起到积极作用，对实现作物高产、优质、高效、生态、安全作出重要贡献在作物生产潜力研究方面已经从最初的作物的光合潜力研究，逐步在充分考虑光照、温度、水分等综合因素考虑作物的生产潜力，并开始将农业气候生产潜力数值模拟与资源量化评价结合，模拟一定气候因子背景下农业生产所能达到的最高产量；利用计算机技术建立农业气候资源数据库，实现对农业气候资源信息的有效管理，并分析和评估光、热、水等农业气候资源配置对作物生长发育、产量形成的影响，为农业气候资源的有效利用提供了基础。近年来，大气co2浓度升高为主题的全球变化问题成为热点领域，围绕作物对全球变化中的生理生态响应，植物适应和进化的机理以及对有限资源的合理利用等问题，已经开展了人工模拟co2增加的大气环境中对作物生理、生长的变化进行研究，或在实验室或野外进行控制条件的实验或观测研究种群生长与竞争、群落结构与生产力及生态系统功能等；另一方面，将全球气候变化模型gcms与作物模拟模型结合起来，对农作物生产进行敏感性分析，包括温度升高和co2浓度升高对作物光合作用、蒸腾作用、气孔导度、水分利用效率的生态生理变化影响，以及作物生育期、熟制及复种指数变化等。此外，针对作物之间的化感作用研究己经步人了理论与应用相结合的全面发展阶段，在化感作用的遗传、化感物质分离与鉴定、作用方式及其机制等方面研究不断深人，并取得了重要研究进展，尤其在运用现代系统生物学技术研究非生物因子的化感作用方面不断深入。2.4.2复合群体利用研究近年来，复合群体在提高资源利用效率的优势在国内外已得到广泛证实，并被作为解决粮食安全、实现作物产品多样化、推动农业可持续发展以及解决农村剩余劳动力的重要手段而大面积推广应用作物复合群体生态作为我国特色和优势研究领域，针对复合群体的光能利用、作物竞争与产量的关系及生产潜力的系统研究、多熟种植模式的田间小气候的特征、调控技术的研究及群体结构优化研究等方面都取得了许多重要的成果，并在指导多熟制生产实践方面发挥了重要作用在充分利用不同作物生态位差异与互补原理，发挥作物复合群体在时间、空间资源集约高效利用特点，建立高产高效多熟种植模式原理及技术方面取得突出进展。在应用基础研究上，系统深人地研究了主要作物间套作复合群体结构中田间光能分布与利用，复合群体农田微气象因子动态变化规律，土壤水分、养分、生物活性的动态变化，土壤培肥与养分平衡，复合群体作物间的养分、水分竞争及互利关系及对产量、品质的影响机理；基于多样性种植系统中作物种间相互作用对根际养分、土壤养分、作物养分吸收的影响揭示多样性种植系统中养分资源吸收利用与病虫害控制间的内在关系和相互作用等；研究提出了不间断复合伞形结构、复合群休共生作物主辅换位、复合群体的时空协调统一等多熟种植复合群体的理想动态结构的构建规则等。在技术应用上，基于农田多熟制复合群体构建规则与关键调控技术，提出多熟群体的品种搭配优化，种植带型、间距、行比、密度优化，以及配套栽培管理技术等，在大幅度提高农田产生力同时，促进资源利用效率提高。近年来，国内外对农田作物及品种混合种植的病虫害防治、水分养分高效利用等开展了较为深人的研究。如通过不同抗性水稻品种多样性种植系统中养分吸收利用的基本规律及其与稻瘟病控制、水稻产量优势形成的相互作用研究，从分子水平l探索农作物多样性机理及其应用已经取得进展；通过研究大麦蚕豆、油菜蚕豆、玉米魔芋、玉米辣椒等多样性种植系统中作物种间相互作用及其对根际养分、土壤养分、作物养分吸收的影响效果，揭示了多样性种植系统中养分资源吸收利用特征与提高资源利用效率途径。当前国际上加拿大对森林生态系统的研究处于比较领先的地位，特别是试验区森林分类经营,加大天然林资源保护和退耕还林工程力度,发展优质高效的速生丰产用材林方面。2.4.3作物信息生态的研究作物信息生态是随着计算机及信息科学技术高速发展背景下开展的，目前已经是作物生态学研究和应用中最为活跃的一个领域。作物信息生态在实际应用中主要采用作物生态系统信息采集、信息处理技术、信息管理和利用技术等；作物生产系统模拟技术是指采用系统分析方法和计算机模拟技术对具有不同时空尺度的作物生产系统内部各成分的状态、相互关系及随时间的变化过程进行定量表达和动态模拟，包括从宏观的作物分布、种植制度、土壤与气候分布到微观的作物光合作用、干物质与养分积累和分配、产量与品质形成过程的定量描述与模拟。20世纪80年代以来，我国学者引进国外先进的建模思想和一些模型（如ceres)，在水稻、小麦、玉米、棉花等主要作物的模拟模型及个别生理过程模拟研究方面取得了一定成绩，已经研制出了一些具有自主版权的大型实用模型。近年来，在作物生长模拟模型基础上开发作物知识模型，以及利用模拟模型与知识模型的集成应用方面己经取得突出进展。作物知识模型作为描述作物与环境之间定量关系的动态量化模型技术，受到国内外农业信息技术研究的普遍重视。一方面，知识模型的开发为机理性的模拟模型与实用系统接轨架设了桥梁，弥补了模拟模型在实际应用上的局限性；另一方面，知识模型的解释性和通用性强，尤其在农业决策支持系统、专家系统的应用上，克服了单纯利用知识规则推理的功能单一性。作物管理知识模型系统的构建与应用，将作物生长模拟研究中的系统分析原理和动态建模方法应用于作物生产管理知识体系的定量化分析和数字化表达，有效解决了传统作物管理专家系统和作物栽培模式经验性强、适应性窄、定量化弱等难题，实现了作物栽培管理知识表达的模型化和数字化，以及作物栽培管理决策的精确化和科学化。近年来，在作物管理知识模型系统的设计与开发框架、作物管理知识模型的定量化算法、基于知识模型的作物管理决策支持系统及精确农作管理决策系统等方面，取得了较为突出的创新性进展，开发的小麦、水稻、棉花等主要农作物的智能化作物生产信息管理系统，已经有效服务于生产决策管理，推动了我国作物栽培学科理论和技术创新2.4.4作物生态养分的研究协调作物与土壤环境间的关系，提高资源的利用效率，在保证粮食安全，改善环境质量，推动农业的可持续发展是作物养分生态的重要任务。近年来，我国科学家先后在农田养分利用及其高效利用上作了大量的工作，通过对华北平原与太湖地区作物-土壤系统的氮素利用，揭示了施氮量增加，当季氮吸收率下降以及损失增加的规律，阐述了不同形态的氮损失与栽培条件的关系；困绕“产量效应与环境效应相协调”的要求，提出了“区域宏观控制与田块微调相结合，的施氮量推荐原则建立了以根层氮素调控为理论基础，土壤硝态氮测试手段的氮素实时监控的技术及相应的控制指标，运用模型计算与gis系统，建立了基于县域的氮素管理系统。随着人们对作物养分生态研究的深人提出了最佳养分管理技术。最佳养分管理是基于作物养分需求，是发达国家为了解决高产与环境保护的矛盾在长期生产时间中探索出来一套集成技术。最佳养分管理强调充分发挥作物品种的生物学潜力，通过综合利用土壤、植物和环境养分，最大限度地提高各种养分自用的利用效率。我国先后实施了配方施肥等项口，有效地提高了作物养分利用效率。目前最佳养分管理技术已经得到相应管理部门的重视，并给予了支持推动了相关技术的研发和推广，对于我国养分资源地高效利用起到了积极的推动作用。提高作物水分生态适应性和水分利用效率一直是作物生态学研究的重点领域，随着水分短缺问题日趋突出，如何用好有限的水资源，对降雨、土壤水以及地下水的充分合理利用已成为农业领域重大问题。2.4.5分子生物技术在生态学上的应用研究随着分子生物学技术的普遍应用，从分子水平研究作物与环境的关系及其作用规律是近年来的一个作物生态学的热点领域。一方面，探索作物相关基因的遗传分子生态特性，即作物基因功能通过特定环境条件及其作用模式完成的分子信息传递的机制，相关基因在不同发育阶段或特定基因在不同环境条件下的分子行为等；另一方面，在分子水平上解释作物生长发育过程中环境因素的变化规律、成因、机制及其生态效果，并由此影响作物生长发育的相应变化及其分子响应机理与调控技术。随着基于基因组学和蛋白组学的研究成果的不断涌现，对作物表观遗传学与环境之间的关系研究逐步取得突破，对作物分子适应与分子进化的理解不断深人。从分子水平上解析作物形态建成及生长发育的机制，对明确作物生理生态作用机理及进行分子水平调控，提高作物产量、品质及抗逆能力有重大意义和发展前景。如探讨作物光周期现象、春化现象的分子机理已经取得显著进展，通过研究作物生理生态过程的信号传递、功能基因定位等，能够深了解释其作用机理和调控途径。针对作物对逆境响应的分子机理研究也是近年来广泛重视的研究领域，对作物温度胁迫、水分胁迫、盐分胁迫、营养胁迫的响应基因及其蛋白质识别，与作物抗性有关的调控元件和因子分析，对各类胁迫信号的传导途径及从因定位等，对提高作物分子调控水平和挖掘作物抗逆能力有重大意义。近几年研究气候变化对作物生产的影响受到广泛重视，对温室效应产生的成因及其对作物生长发育影响的分子生态效应进行了大量研究，对紫外线辐射增强和cu：浓度提高的环境分子生态学过程与机理，以及作物对其响应的遗传分子生态学特性与调控对策等国内外已经有大量研究成果。2.5农业资源研究近年来，农业资源学在资源时空分布于配置、资源利用等方面的基础理论和关键技术取得较大的突破，我国耕地资源、水资源、农业气象资源、社会资源的开发和利用均达到较高水平，农业废弃物资源的循环利用得到了快速的发展，为现代农业的快速发展奠定了十分坚实的基础。当前国际上对农业资源的保护研究发展迅速，许多国家都实行工厂化生产农产品。例如led在植物设施栽培上的运用，农业气象的预测和农业自然灾害的预防方面都具有较高的水平。2.5.1土地资源的开发与利用研究在农业土壤资源开发与利用方面，完成了覆盖我国各主要农区的耕地质量评价指标体系，建立了适合我国不同地区农业特点的耕地质量培育模式和技术体系；探索了不同类型区后备耕地开发适应性评价已取得初步的进展；采取深耕和适度免耕等技术以及应用土壤改良剂快速熟化后备耕地已收到广泛的关注；初步明确了我国土壤污染现状及成因，提出了土壤污染优先控制区及控制对象；开展了土壤污染综合防治体系和土壤环境保护标准体系的建设。现代科学技术的使用促进了农业土壤学的应用更加模式化、数字化、智能化、标准化和网络化，有力地推动了农业土壤学的发展进程。当前在国外对土地的研究水平比较先进，例如澳大利亚有学者在土壤碳-氮-水-生物的农学效应和环境效应平衡的研究方面就为当前土壤管理提供新的研究思路。2.5.2水资源领域研究在农业水资源领域，近年来多尺度理论、动力学理论和系统工程理论已在水资源高效利用与作物节水等研究方面得到广泛的应用，与现代信息、生物和材料工程学的交叉融合也日益广泛。农田-区域-流域多尺度降水转化过程机制模拟与调控技术得到较快的发展，降水资源利用技术已从过去的经验性总结向高技术应用和工业化技术产品生产迈进。与集蓄雨水高效利用相配套的免耕技术及机械化机具的应用，在一定程度上解决了半干旱地区作物播种出苗和抗旱补灌问题。作物wue基因工程概论研究开始受到广泛重视，通过基因工程改良培育高高wue型和抗旱节水型作物新品种，已成为农业水资源学研究的一个新亮点。作物高效用水生理调控与非充分灌溉理论研究不断深入，相应的调控制剂研发日新月异，原材料开始由传统的化工原料转向绿色环保的天然生物材料，功能由单一向多功效转变。灌溉新理论、新技术和产品的研发速度明显加快，低成本、高效的微灌、喷灌及移动式抗旱灌溉机具逐步走向市场并实现