现代农业科学仪器在农业现代化中的作用

时间：2016-11-14

随着农业现代化的实施, 早已结束了农业测试分析仅靠一把尺、一杆称、咬一咬、摸一摸、用眼瞪一瞪的时代, 农业现代化和我国“入世”对现代科学仪器和分析科学已提出了一系列新的要求, 需要观察、分析的对象从动植物群众、个体到细胞和基因, 既涉及动植物本体性状及其产品的品和加工、保鲜储运, 也涉及其生理、生态和环境因子, 包含了大量的生物、化学、物理现象和参数。现代科学测试分析和过程检控仪器以及其他专仪器已渗透到现代农业的各个领域,详情请参看附表1 。以我国已公布实施的农业常规分析测试的几个标准为例, 各种分析仪器所要测试的组分或分已相当广泛(如附录2 所示), 国外已实施的标准中,如美国(FDA 、EPA 等),欧盟标准, 日本(JIS 等)所选用的分析仪器品种更多, 档次更高,可以说已涵盖当今所有的现代

科学仪器和分析技术。

1　科学仪器与分析科学在农业现代化中的作用为更具体地说明现代科学仪器和分析科学在实现农业现代化和迎接“入世” 中的作用, 现举几个正在已实施中的“农、牧业重大工程项目”和“入世” 后发达国家可能对我国实施技术壁垒为例子, 与读者进行交流和商讨。

1.1 　“种子工程” 的来历, 以及农作物改良中心, 分中心项目建设中科学仪器的作用与需求1995 年西方出现“中国威胁论” 的思潮, 其中尤以美国的世界观察研究所所长布朗先生发表的研究报告和结论耸人听闻, 他在“谁来养活中国” 一书中说:中国随着工业化推进、耕地不断减少、肥力下降、水资源严重不足、环保恶化……未来30 年粮食产量是下降趋势… …到2030 年将降低20 %……而到时人口将增加到16 亿, 每年将不得不进口3 .5 亿多顿粮食, 比世界粮食总储量还多…… 。他断言:“将来没人能养活中国” , 中国人将挨饿, 并波及全球, … …他的结论震惊世人, 也迎合中国抱着蔑视和敌视的人, 当然更激怒了中国人, 中国政府和各界奋起反驳。因为他不顾我国已成功地利用仅占世界7 %的耕地养活了世界33 %人口的事实, 他也扩大了他所列的依据严重性, 更低估了中国有巨大的增产潜力。我们党、国家领导人和专家深知粮食问题的重要性,为了大力发展高产优质高效农业, 拟定了实施21世纪我国农业持续发展战略的诸多措施。鉴于国内外许多实例证明, 良种在提高产量中的贡献率约占30 %, 而要提高产品的质量, 则几乎取决于良种, 所以提出“ 种子工程” , 并列入国家“九五”至2010 年发展纲要。《种子工程》项目包含4 个内容(环节), 即种子改良、原种繁植, 制种和种子规范化经营。其中种子改良是发展高产优质高效农业的源头和持续发展的保证, 为此要建设十几个农作物改良中心,几十个分中心。且为达到予期目的、则“工欲善其事, 必先利其器” , 必须使改良中心拥有一流的仪器设备, 才能吸引一流人才, 从事一流的研究, 取得一流的成果和效益, 依据国际科学装备的发展状况和装备模式。

1.2

我国农业专用仪器很不成气候, 大多是空白, 例如假种子、假农药、假化肥严重地抗害农民, 也困扰农业发展, 但至

今没有相应的、实用的快速检测仪器;又如为提高我国农产品质, 就需一系列品质快速测定仪(如蛋白质、脂肪、糖份、

稻米品质、面粉粉质等快速测定仪), 再如为了西部大开发、恢复生态、发展旱地农业、节水农业、培育和推广抗旱作物、

植被和林木,也需一系列检测仪器, 如土壤/植物水势仪、水分计、蒸腾仪、光合有效辐射仪、光合作用测定仪、茎流仪、

植物冠层分析仪、根系分析仪, 叶面积仪等, 这些农业专用仪器在我国近乎空白, 国外过去也不多, 北京宝亚奇仪器有限公司专业生产土壤肥料养分速测仪、农药残留速测仪、土壤墒情水分速测仪等农业仪器，供研发农业专用仪器的同志和农业专家、学者参考。

(1)农药及残留快速检测仪, 是分光光度计、纸层析、或便携式气相色谱仪的专用化变种,近来又出现应用生物传感器和农药快速测定仪。

(2)土壤、肥料速测仪, 是分光光度计和离子选择性电极的组合。

(3)种子纯度测定仪是快速电泳仪的变种。

(4)近红外农业品质分析仪是光栅红外光谱仪或付里叶变换红外光谱仪的外延和专用化的构建。

(5)稻米品质分析仪, 也称直交链淀粉测定仪是运用淀粉与碘的显色反应的专用分光光度计。

(6)面粉粉质仪是面粉加水加温搅拌时, 测定粘度变化、从而导出各种粉质参数的专用粘度计。

(7)核磁共振快速油份测定仪是核磁共振能谱仪专一化仪器。

(8)各种脂肪酸和总脂肪测定仪是气相色谱仪的专一化变种。

(9)土壤水份和水势仪是时域反射仪的衍生。

(10)光合作用测定仪是以精密CO2 测定仪为核心的智能化仪器。

(11)蒸腾仪是精密温度计、湿度计的组合或精密红外测温仪的外延。

(12)油菜仔硫甙、芥酸测定仪(最近由中国农科院油料所研发成功的)是特定酶反应和比浊法的有机结合。

(13)谷物和果品电子分级精选仪是色选仪的专用构建。

(14)兽医B 超仪, 超声波测膘仪等均为超声医疗仪器的外延。




2 　建议与展望

一百多年前, 门捷列夫有句名言:“ 科学是从测量开始的” , 我国著名科学家钱学森更明确指出:“信息技术包括测量技术, 计算机技术和通信技术, 测量技术是关键和基础。”最近王大珩等11 位院士再次提出振兴我国仪器仪表工业的建议, 指出仪器仪表是信息产业的源头, 是现代大生产中的“倍增器” ,是高新技术和科学研究的“催化剂” , 是军事上的“战斗力” ,受此启迪, 我认为现代科学仪器、分析科学和检控仪器也必是农业科技发展的“催化剂” , 现代化农业生产的“倍增器” , 现乘此学术年会, 就振兴我国科学仪器,改善农业科学研究手段, 研发农业专用仪器提出以下建议和展望。

2.1 继续搞好仪器行业调整、努力提高现有产品的质量、性能和技术服务质量,确立国产仪器的信誉。经过近几年产业结构调整, 一些量大面广的中、低档仪器质量和性能有着长足的进步, 例如上述“动物保护”工程一期招标中, 有十几种国产仪器中标, 每种仪器中标数量几十台到200 台, 国产仪器中标金额约占招标采购总金额的30 %。这是一个好兆头,建议继续搞好结构调整, 企业规模不求大, 但求精而专, 走专业化生产的路子, 自强不息地在性能、质量、销售和服务上力争更上一层楼。

农业生物技术发展中科学仪器的作用和需求当今世界各国都在争夺21 世纪生物技术制高点, 生物技术的两个主战场是医疗与农业, 许多专家预言农业生物技术将引发第二次绿色革命, 美国农业生物技术市场以年均增长50 %的速率发展, 如今我国凡涉及农业科技的院校、科研单位都千方百计地借助和寄托于生物技术, 用此高新技术从事各领域的研发, 以求取得突破性进展。农业生物技术将是可持续性优质、高产、稳产、高效农业技术的支持系统。国内外都看好农业生物技术的前景, 例如美国孟山都公司看到我国具有数十万份农作物基因资源可以开发利用, 拟投资数千万美元(据说最后开口为1 亿美元), 愿与中国农科院合作进行农业生物技术研究和开发, 最终因对方坚持仅进行上游和中游合作, 而我方为了确保国家的全局和长远利益, 坚持应包括下游的全面合作、并对等控股, 因双方对上述原则问题上的分歧而告吹。农业生物技术的前景极好, 但在开展农业生物技术研究中需要一系列科学仪器支持, 其中绝大部分是生物技术专用仪器设备, 且其发展很快, 也很昂贵。有人说“目前生物技术需要用钱堆起来的”实不为过, 这些钱就是用于装备仪器的。仅以作物基因开发和利用、快速定向育种为目标的生物技术研发为例, 参照国外的构建模式, 十几个环节中所需的科学仪器设备多达八十多种以上。

在实施绿色农业、绿色食品、保障人民身体健康中科学仪器的作用随着世界工业化, 特别是化学工业的的迅猛发展, 废弃物的排放, 农药、兽药的滥用, 城市垃圾焚烧等造成当今生态环境恶化。1999 年震惊世界的剧毒性致癌物二恶英污染畜禽产品的事件, 近来又出沸沸扬扬的有关多氯联苯(PCB)等致病化合物, 有毒元素, 以及导致内分泌紊乱的化合物（EDC)和国内外流传的有关激素残留的笑话, 都说明致癌、致病、有毒、有害的化合物和元素已从污染环境和生态、进而进入农牧产品, 进入食品,而且这些化合物和元素大多以超痕量级和痕量级即能损害人们健康, 所以为保障人民健康, 就要借助于气相和液相色谱仪(GC 和HPLC), 质谱仪(MS)等科学仪器对农药、兽药残留进行严格的检测, 同时为了检测上这超痕量和痕量级的二恶英、PCB、EDC 等化合物以及有毒无毒, 则需要高分辨色谱和高分辨质谱联用仪(HRGC -HRMS 、LC -MS)或高分辨色谱和串级质谱联用仪(HRGC -MS -MS 、LC -MS -MS)以及ICP -MS 等等,离开这些科学仪器, 要解决世纪之毒、防患于未然, 可继续搞好仪器行业调整、努力提高现有产品的质量、性能和技术服务质量,确立国产仪器的信誉。经过近几年产业结构调整, 一些量大面广的中、低档仪器质量和性能有着长足的进步, 例如上述“动物保护”工程一期招标中, 有十几种国产仪器中标, 每种仪器中标数量几十台到近200 台, 国产仪器中标金额约占招标采购总金额的30 %。这是一个好兆头,建议继续搞好结构调整, 企业规模不求大, 但求精而专, 走专业化生产的路子, 自强不息地在性能、质量、销售和服务上力争更上一层楼。

2.2 本着“有所为, 有所不为” 的原则, 选择有发展基础, 且应用面较广的品种, 采取切实可行的措施, 加大振兴科学仪器的力度。

鉴于科学仪器国际上技术进步和产品更新换代非常快, 而国产中档以上的仪器的技术进步很慢、差距还在扩大, 要靠现有国产科学仪器取得较重大的科技突破是不现实的, 在农口, 凡属较深层次科技项目, 或需与国际接轨的项目, 国产科学仪器的许多技术指标、性能实难满足要求(农业样品多组分共存、背景干扰严重、生物样品的不均匀性, 以及捕测组分的微量化等因素所决定)。建议要正视现实差距, 本着“有所为, 有所不为”的原则、选择如色谱仪、光谱议、中档质谱仪、电化学仪等已有一定基础且应用面较广品种,采取切实可行的有力措施, 例如稳定保持国家对振兴

科学仪器的投资力度;设立风险投资基金;责成科技部、中科院协调管理, 组织强强联合、协同攻关等等, 有望能逐步缩小差距。