农业工程科技转型创新发展展望CSAE2013学术年会汪

中国农业工程学会2013年学术年会（CSAE2013）

农业工程科技转型创新发展展望汪懋华MaohuaWang中国工程院院士，国际欧亚科学院院士中国农业大学教授2013-8-19～20,

江苏省镇江市江苏大学VisionontheInnovativeDevelopmentofAgriculturalEngineeringScience&Technology

2/13/20241一、国家经济社会发展的重要转型期1.

实施“十二五”规划承前启后的关键一年

“转方式、调结构、重科技、惠民生”

国际金融危机对我国经济的冲击，表面上是对经 济发展速度的冲击，实际上是对经济发展方式和 结构的冲击。

扩大内需最大潜力在农村;

实现经济平稳较快发展基础支持在农业;

保障和改善民生重点在农民.

2/13/20242

“十二五”规划纲要明确了国家发展新阶 段的重要指导思想

把经济结构战略性调整作为加快转变经济发展 方式的主攻方向；

把保障和改善民生作为加快转变经济发展方式 的根本出发点和落脚点；

把建设资源节约型、环境友好型社会作为加快 转变经济发展方式的重要着力点；

把改革开放作为加快转变经济发展方式的强大 动力。

2/13/20243同步推进工业化、城镇化和农业现代化。充分 发挥工业化、城镇化对发展现代农业、促 进农民增收、加强农村基础设施和公共服 务的辐射带动作用，夯实农业农村发展基 础，加快现代农业发展步伐;

把保障国家粮食安全作为首要目标，加快转变 农业发展方式，提高农业综合生产能力;

推进农业结构战略性调整。发展“高产、优 质、高效、生态、安全”现代农业产业

体系，优化农业产业布局。建设农业生产 经营集约化、专业化、组织化、社会化 的新型农业经营体系；

加快农业科技创新，推进农业技术集成化、劳 动过程机械化、生产经营信息化。2/13/202442.

全面贯彻“十八大”精神的开局之年

至2020年全面建成小康社会。实现GDP和城乡 人均收入比2010翻一番.基本实现国家工业化.

促进“新四化”同步发展：信息化与工业化深度融 合；工业化与城镇化良性互动；城镇化与农业现 代化相互协调.

实施创新驱动发展战略。最关键的是要促进科技 与经济的结合；科技成果的工程化与产业化；将 科技创新与产业发展紧密融合。全面落实“经济建设、政治建设、文化建设、社 会建设、生态文明建设”五位一体布局。2/13/20245

农业现代化与城乡一体化是解决“三农”问题的根 本途径。着力破除城乡二元结构的体制障碍

2012年，全国仍有34%

劳动力在从事第一产业,仅创造了

10.1%

的GDP.

一半以上的农民人均纯收入只有城镇居民可支配收入的31.9%。

中国经济的阶段性特征：增长速度换挡期；结构调整阵痛期；前期刺激政策消化吸收期。改革只有进行时：

改革1.0–“先富论”

:

一部分人先富起来；竞争 性市场经济；“效率优先、兼顾公平”.

改革2.0

–“共同富裕”:

构建和谐社会,维护社 会公平,惠及百姓,生态文明,绿色发展.2/13/202461-547人均粮209kg人均粮268kg人均粮390kg人均粮316kg人均粮358kg人均粮385kg人均粮365kg人均粮398kg人均粮370kg人均粮398kg人均粮408kg人均粮424kg2003年人均粮

333kg2012年人均粮

435.4

kg

1949年人均粮

209

kg

1949(1亿)→1958(2亿）→1978(3亿)→1984(4亿)→1996(5亿)→2012(5.9亿)9年20年6年12年16年二、保障粮食安全和主要农产品的有效供给1.

粮食生产发展的回顾2/13/202471-5482012年粮食总产：58957万吨

人均占有粮：435.4公斤粮食单产：

353公斤/亩2004年以来粮食生产实现“九连增”2/13/202481-549粮食总产：38.8%→46%人均粮：458kg→714kg粮食总产：32.7%→30%

人均粮：389kg→

442kg粮食总产：9%

→6%

人均粮：

261kg→130kg2011年粮食生产与供给能力区域分布粮食总产：19.4%→18%

人均粮：

194kg→345kg2011

2001北方7省区粮食主产区南方6省粮食主产区东南和三直辖市粮食主销区201120112011西部11省市区供销基本平衡区

2001

2001

20012/13/202491-54101988年至2011年共23年期间东北四省区与南方五省区粮食生产变化数据

东北黑龙江、吉林、辽宁、内蒙四省区

：粮食总产

↑7868.3

万吨，23年年均增产粮食↑342

万吨

其中黑龙江：

粮食总产↑3819.4

万吨，23年年均增产粮食↑166万吨南方两湖、两广、江西五省区：

粮食总产↑1142.9

万吨,

23年年均增产粮食↑49.7万吨

其中广东省：

粮食总产↓288

万吨，23年年均减产粮食↓

12.5

万吨2/13/2024102.

其它主要农产品的供给能力大豆：2010

年我国总产1448.5

万吨；单产122.4kg/亩2012

年国产:1290万吨,

18%;

进口:5838

万吨， 82%，130

亿美元

国产大豆价：4500元/吨；进口价：4100元/吨1995进口29万吨2/13/202411

油菜籽：

面积:占全国油料作物～30%

.今年上半年进口184 万吨（90%来自加拿大)

含油率：进口～42%；国产～35%.

机械化水平 低，湖北亩均人工成本～600元

中国油脂总消费：约2700万吨,人均19kg.十年后 人均消费将达25kg2/13/202412

棉花:

2007种植面积8889

万亩，2013-6678万亩。与 2008相比：黄河流域棉区种植面积下降38%；总产下 降36%；长江流域棉区种植面积下降24%，总产下降 19%。 人工成本占植棉成本60%。国内棉花价比进口棉高出 4000-5000元/吨.

棉花自给率：

65-70%。

糖料：广西2012年糖料种植面积和食糖产量均占全国总量60%以 上。2013年1月南宁白糖报价5630元/吨

(成本6000元). 而泰国白糖到港价;4733

元/吨;巴西白糖:4877元/吨.

我国食糖业面临与大豆生产同样的命运。2/13/2024133.

我国现代畜牧业发展面临的问题

畜牧业总产值及其占农牧渔总产值比重30.9%32.1%33.7%29.6%33%35.5%32.3%30%33.6%8454.69538.812173.813310.812083.916124.920583.919468.420825.72/13/202414

我国1985到2012年人均消耗猪肉、牛肉、羊肉、禽肉、奶类和粮食动态图，其中除口粮明显下降外，动物性食品都明显上升口粮猪肉牛肉羊肉奶类禽肉2/13/202415畜牧业持续发展面对的几个重要问题

由“粮食安全”向“食物安全”的观念转变 粮食安全保障的基础还不稳固； 人均粮食供给保障能力，一半左右用于饲料等； 我国畜牧水产养殖饲料仍然主要居于粮食保障； 农畜产品和食品品质安全受日益增长的消费者的严 重关切.

我国肉、蛋、奶供给保障主要来源于农区2/13/202416由“传统耕地农业”向“粮草兼顾农业”转变

“人吃人粮，畜吃畜粮”。我国人均耕地资源紧缺，守住 18亿亩红线和耕地质量红线任务艰巨。

“草地农业”可增加农用土地约11亿亩，其中包含大量非 耕地、休耕地。还有河湖涨落带、滩涂等，不下一亿亩. 退耕还林地也可种草。种草实际可以促进粮食生产。

草食动物可充分利用植物的营养体（即籽实以外的植物 体）. 其营养物质可达粮食生产的3-5倍。

60亿亩草原有待科学利用–

科学家提出发展1/10人工 草地建议，发展人工牧草产业。种草节省劳力，季节性不强，多年生，病虫害少、减少面 源污染。

任继周，2012-5-28中国科学报-2/13/202417发展草产业有利于解决农业发展的不足

广种豆科牧草，加工成含蛋白质20%以上的饲料,用 于喂奶牛、猪、禽，可代替30-50%

饲料粮.

发展优质牧草饲养草食家畜，增加国民动物性食品消 费，减少粮食消费。

在植物生产中，其营养成分进入籽粒的只是一部分， 一半以上存在于茎叶中。

我国拥有世界第二大草地面积,世界第一的牧草种质资源, 乳制品质量却不占优势.“拿着金饭碗讨饭”。

2010年农业部统计：大陆奶牛饲养头数和总产奶量分别 为世界No.4和No.3，但每头产奶量排在世界No. 53，平均单产仅2.9

吨（美国9.3吨；日本7.5吨； 沙特11.7吨）-李毓堂，2012-5-28中国科学报-2/13/2024184.

建立现代农业产业体系

积极推进新型农业经营体系建设.构建集约化、专 业、组织化、社会化相结合的新型农业经营体系

积极稳妥引导土地有序流转，发展多种形式的适度规 模经营。2012年底，大陆家庭承包耕地流转比例已达

21.2%，目前大陆乡村户数2.68亿户，户均耕地不到7 亩。一年两熟地区户均耕种50—60亩，一年一熟地区户均 耕种100—120亩，就有规模效益。

培育新型农业经营主体。专业大户、家庭农场、农民 合作社、农业产业化龙头企业等新型农业经营主 体将快速发展。

大力发展农业社会化服务。目前，大陆农业公益性服 务机构已达15.2万个，经营性专业服务组织超过 100万个。

2/13/202419三.

农业工程科技创新发展研究1.

承前启后：提高对国际、国内学科发展历 史过程的认识，弘扬中国的农工文化。2.

我国农工科技发展的三阶段：

AE1.0

上世纪40年代

–70年代

AE2.0

上世纪80年代–新世纪初

AE3.0

2004之后：农机化促进法实施;

用现代物质条件装备农业，关注工程 科技领域新技术支撑四化同步发展， 创新环境显著改善。2/13/2024203.

凝练学科发展研究的重点方向(1).

农业机械化与装备工程(2).

农业水土工程(3).

农业信息与电气化工程(4).

设施农业生物环境工程(5).农业生物质资源化利用工程(6).农产品加工与品质安全保障工程(7).农业生物系统工程2/13/202421农业机械化发展，直接加速了农业科技进步。正深刻引领着作物品种 选育、耕作制度变革和栽培模式改进方向。农业科技创新方向日益 从以生物技术为主转向生物技术 与机械化技术并重。农业机械化 与农业科技的相互影响、互相渗透从没有像今天这样深入。现代农业靠科技，科技到田靠农机。深耕深松、精量播种、精准栽 培、均衡施肥等先进的农业生产技术，离开农业机械化光靠传统人 畜力根本无法实现。通过机械物化农业技术是大规模应用先进农业科技、实现现代意义精 耕细作的主要途径。在农业劳动力整体数量下降的今天，良种、良法的推广和使用，必然 要以农机化为载体，依靠具有较高技能的农机手或农机合作社成员 应用，否则难于有效推广实施。在培育新型职业农民中进一步发挥农业机械化的核心纽带作用。

（1）

农业机械化与装备工程张桃林副部长关于加快推进农业机械化的论述，【2012-7-16“求是”杂志发表】农机与农艺融合发展；良田、良种、良法三结合；全面推进农业生产过程机械化（种、养、加；产前、产中、产后）；节能减排绿色发展；把握农业装备工业转型创新机遇。2/13/202422（2）农业水土工程突破水、土资源制约、环 境友好的永续发展。

东北黑土变薄：北大仓黑土地表层黑土已由开垦初 期0.8-1米厚度，减少到目前0.2-0.3米。黑龙江省 黑土层厚度40厘米以下的已占50%，按目前流失 速度，黑土层将在40-50年内被剥蚀殆尽。东北白 浆土问题。

西部地区白色污染：新疆地膜覆盖面积年均3500 万亩（不含兵团)，年用地膜15万吨,折合每亩 4.29kg。连续10年以上用超薄地膜，残留土中地 膜可达5层膜总量。

高标准基本基本农田建设与农田基础设施建设。

水肥调控和太阳能光伏精细地面灌溉技术探索…。2/13/202423（3）设施农业生物环境工程的转型创新发展

植物工厂、现代加温温室、日光温室、塑料大棚、小拱棚；畜牧健康养殖；水产养殖；食用菌栽培等。结合区域光热资源条件、食物安全、绿色可持续发展，着力创新研究面向问题的先进科技解决方案。物联网农业应用优先切入的创新研究方向。（4）农业信息与电气工程

积极跟踪新一代信息技术与电气工程技术发展，推动智慧农业与智能化技术创新与产业化应用。新一代互联网、移动互联与移动终端、信息获取先进感知技术、物联网农业应用与行业云服务平台研究。节能、环保农业电气工程技术创新具有广阔前景，如农村电力系统节能、电机能效提升、无线电力传输、电力新能源农业领域应用创新等。2/13/202424

根据欧盟《提高高效电动机和驱动的市场份额研究 报告》显示，工业用电动机消耗电能占其工业用 电消耗的73%，我国约为75%。

据统计测算2011年，我国电机保有量约17亿千 瓦，总耗电量约3万亿千瓦时，占全社会总用电 量的64%，其中工业领域电机总用电量为2.6 万亿千瓦时约占工业用电的75%.我国电机效 率平均水平比国外低3~5%，目前在用的高效 电机仅占3%左右；从电机系统看，因匹配不 合理、调节方式落后等原因，电机系统运行效 率比国外先进水平低10~20%，2/13/202425

推广高效电机，淘汰在用低效电机，对电机系统 自身负载特点和运行工况进行匹配节能改造，可 从整体上提升电机系统效率5~8%，年可实现 节电1300~2300亿千瓦时，相当于2~3个三峡电 站的发电量。

实施《电机能效提升计划（2013-2015》：到

2015年实现电机产品升级换代；50%的低压三 相笼型异步电动机产品、40%的高压电动机产 品达到高效电机能效标准规范；累计推广高效电 机1.7亿千瓦，淘汰在用低效电机1.6亿千瓦， 实施电机系统节能技改1亿千瓦，实施淘汰电机 高效再制造2000万千瓦。预计2015年当年实现 节电800亿千瓦时，相当于节能2600万吨标准 煤，减排二氧化碳6800万吨.2/13/202426Resonantsystemsoftransferofelectric

energy.Thereisaneffectivewayoftransferofenergy,offeredN.

Teslain1897.Touseresonantsystemsoftransferofelectricenergyon

theincreasedfrequency1-100

kHz

whichdonotuseactivecurrentofconductivityintheclosedcircuit.VIESHdevelopedandtested.A20-kW,1-kHzresonanttransmissionlinebasedonasingle-conductorcable,1.2kminlength,hasbeensuccessfullyLineconductordiameter,0.08mm.

2/13/202427（5）农业生物质资源化利用。

如生物质资源评价、收集、加工处理、贮存与科学、高 效、多元化综合利用技术研究（6）农、畜、水、产品加工与品质安全保障工程。如：农产 品收获后工艺、增值加工、品质保护、动物防疫预警与 食品检测生物仪器即平台装备，食品安全可追溯系统技 术创新研究。

（7）农业生物系统工程。生物经济的快速发展工程服务于农业 资源、环境、生态、食品、健康领域的发展提供宽广的 拓展机会与无限的商机。农业工程师要拓展生物系统的 基础，开展协同创新。2/13/2024284.推进信息化与农业现代化的融合发展

关注新一代信息技术的快速发展

今后20年，信息科学技术将向普适化、低成本、智能 化、个性化应用方向快速发展。移动宽带互联已经成为信息产业革命的突破口。宽带 化、移动化、智能化、个性化、媒体化、多功能化正引 领信息泛在社会发展。

IPv6

应用发展指日可待，物联网、传感网发展将建立起 网络体系无处不在，人-

机-

物互联的三元信息世界。

软件将从产品向服务转型，通过云计算平台、数据中心平 台、服务平台、软件协同等组成现代信息服务平台，提 供开放的定制、租用服务。

8月7日，国务院印发“宽带中国”战略及实施方案。

2/13/202429信息化的发展是一个连续、不断演进的过

程,是从数字化开始，向着网络化和智能

化发展,具有明显的阶段性特征。信息化1.0数字化信息化2.0网络化信息化3.0智能化-周宏仁-2/13/202430信息化1.0：数字化当代的信息革命本质上是一场信息数字化的革命。信息化的进程是从数字化开始的。“信息化1.0”以数字化为主要特征，最初是数据、文字数字化，而后发展到图片、语音和视频的数字化，并在此基础上发展出各种各样的信息采集、处理、存储、传播和利用的计算机信息系统。其起点可以追溯到1951年，美国普查局将艾克特和穆克利在美国制造的世界上第一台商用计算机——通用自动计算机（UNIVAC）买去做人口普查的数据处理。-周宏仁-2/13/202431数字化，或计算机化，对人类的主要贡献体现在经济和管理领域，即劳动生产率得到了极大的提高，业务管理的有效性和效率有了极大的改善。数字化的进程还远远没有结束。一方面，物理世界巨大而丰富多彩，要根据人类工作、学习和生活的需要将其数字化，还有十分漫长的路要走；另一方面，许多种类的物理世界的信息，如人类的嗅觉和味觉信息，还没有完全找到数字化的方法，数字化还将继续发展是没有疑义的。此外，人们还在追求更高的计算机处理速度和更大的存储容量。

-周宏仁-2/13/202432信息化2.0：网络化“信息化2.0”以网络化为主要特征，网络化是以数字化的发展为前提的。没有数字化的网络不能算是信息时代或信息化意义上的网络，是没有生命力的。网络化的进程可以追溯到1969年美国国防部开始研发ARPA网。从ARPA网的计算机联网的思想开始，逐步发展出基于微机的局域网、广域网、城域网等，并最终导致互联网及各种其他网络在全球的普及和风起云涌的应用发展。20世纪90年代初中期，互联网在全球蓬勃发展，才真正开启了一个以网络化为特征的新时代。-周宏仁-2/13/202433网络化将数字化的威力近乎无限的放大，对人类的主要贡献不仅体现在经济和管理领域的变革，更体现在政治、社会和文化领域的变革；网络化已经对人类的经济社会形成巨大的冲击，使人们像暴风骤雨的前夜一般，更强烈地感受到信息时代的来临。信息化2.0也远没有结束，网络化还在以更猛烈的势头向前发展：由局域走向广域、全球甚至外层空间；由固定走向移动，走向泛在；由人与人的联网走向人与物、物与物的联网；由Kbps级的网络带宽走向Mbps级、Gbps级，等等，使信息的传递更快、容量更大、质量更高，也还远远没有走到需求的尽头。-周宏仁-2/13/202434信息化3.0：智能化“信息化3.0”以智能化为主要特征，是继数字化、网络化之后，人们对于充分发挥计算机和网络潜能的高层次应用的追求，也是信息化继续向高端发展的一个重要标志。智能化正在蓬勃发展之中；毫无疑问，这将是一个更为漫长的、不断发展的过程，有可能跨越整个21世纪。人们已经开发了许多的信息系统。但是，只有数据和信息的采集、存储、处理、检索和利用，这些系统还不能算是智慧的或智能化的系统，只能说是实现了数字化。这些系统的联网应用，也不能算是智慧的或智能化的系统，只能说是实现了网络化。-周宏仁-2/13/202435信息化向高端发展的主要特征近年来，宽带和移动宽带、云计算、传感网、物联网、智慧地球、泛在计算、智能物理系统等新概念、新思想、新技术层出不穷，在全球广为传播，充分反映了信息与通信技术及其应用在经过了几十年的发展之后，正在向高端发展。

泛在化

2

可视化1

智能化3-周宏仁-2/13/202436未来我国信息技术产业发展聚焦的六大任务新一代信息技术产业被列为七大战略性新兴产业之一主要涵盖:三网融合；移动互联；物联网；云计算等六大任务：

构建无处不在的信息网络； 实现信息器件和系统的变革性升级换代； 发展数据知识化产业：基于数据和知识的产业； 用信息技术提升传统产业，实现低成本信息化； 发展新的信息科学和以信息为纽带的交叉学科； 构建国家和社会的信息安全体系。2/13/202437以“服务三农、创新发展、应用驱动、引领未来”为宗旨，为农业和农村信息化提供坚实的科技支撑。推进农业信息化，要围绕转变农业发展方式，发展“高产、优质、高效、生态、安全”现代农业，通过信息技术改造传统农业、装备现代农业，通过信息服务实现小农户生产与大市场的对接，构建资源节约、环境友好的农业产业体系，提升农业可持续发展能力。重点提高农业生产经营信息化水平。推进农村信息化，要围绕统筹城乡经济社会协调发展，推进社会主义新农村建设，通过构建以信息网络为基础，信息资源为核心，信息产业为支撑，信息服务为宗旨的农村信息化体系，充分发挥信息化在建设社会主义新农村中的重要作用，促进农村公共事业发展和社会文明程度的提高。完善农村综合信息服务水平。加快推进农业与农村信息化2/13/202438

物联网农业领域应用研究优先领域

资源

–

农地整治重大工程监管；基本农田数量、 等级、利用效率、环境质量网络化管理;农 用水资源管理.

环境

–

农田土壤、地表与地下水环境、光热、 小气候…

生产

–

设施