現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)儀器在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化中的作用

時(shí)間：2016-11-14

隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的實(shí)施, 早已結(jié)束了農(nóng)業(yè)測(cè)試分析僅靠一把尺、一桿稱、咬一咬、摸一摸、用眼瞪一瞪的時(shí)代, 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和我國(guó)“入世”對(duì)現(xiàn)代科學(xué)儀器和分析科學(xué)已提出了一系列新的要求, 需要觀察、分析的對(duì)象從動(dòng)植物群眾、個(gè)體到細(xì)胞和基因, 既涉及動(dòng)植物本體性狀及其產(chǎn)品的品和加工、保鮮儲(chǔ)運(yùn), 也涉及其生理、生態(tài)和環(huán)境因子, 包含了大量的生物、化學(xué)、物理現(xiàn)象和參數(shù)?，F(xiàn)代科學(xué)測(cè)試分析和過(guò)程檢控儀器以及其他專儀器已滲透到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域,詳情請(qǐng)參看附表1 。以我國(guó)已公布實(shí)施的農(nóng)業(yè)常規(guī)分析測(cè)試的幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)為例, 各種分析儀器所要測(cè)試的組分或分已相當(dāng)廣泛(如附錄2 所示), 國(guó)外已實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)中,如美國(guó)(FDA 、EPA 等),歐盟標(biāo)準(zhǔn), 日本(JIS 等)所選用的分析儀器品種更多, 檔次更高,可以說(shuō)已涵蓋當(dāng)今所有的現(xiàn)代

科學(xué)儀器和分析技術(shù)。

1　科學(xué)儀器與分析科學(xué)在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化中的作用為更具體地說(shuō)明現(xiàn)代科學(xué)儀器和分析科學(xué)在實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和迎接“入世” 中的作用, 現(xiàn)舉幾個(gè)正在已實(shí)施中的“農(nóng)、牧業(yè)重大工程項(xiàng)目”和“入世” 后發(fā)達(dá)國(guó)家可能對(duì)我國(guó)實(shí)施技術(shù)壁壘為例子, 與讀者進(jìn)行交流和商討。

1.1 　“種子工程” 的來(lái)歷, 以及農(nóng)作物改良中心, 分中心項(xiàng)目建設(shè)中科學(xué)儀器的作用與需求1995 年西方出現(xiàn)“中國(guó)威脅論” 的思潮, 其中尤以美國(guó)的世界觀察研究所所長(zhǎng)布朗先生發(fā)表的研究報(bào)告和結(jié)論聳人聽(tīng)聞, 他在“誰(shuí)來(lái)養(yǎng)活中國(guó)” 一書(shū)中說(shuō):中國(guó)隨著工業(yè)化推進(jìn)、耕地不斷減少、肥力下降、水資源嚴(yán)重不足、環(huán)保惡化……未來(lái)30 年糧食產(chǎn)量是下降趨勢(shì)… …到2030 年將降低20 %……而到時(shí)人口將增加到16 億, 每年將不得不進(jìn)口3 .5 億多頓糧食, 比世界糧食總儲(chǔ)量還多…… 。他斷言:“將來(lái)沒(méi)人能養(yǎng)活中國(guó)” , 中國(guó)人將挨餓, 并波及全球, … …他的結(jié)論震驚世人, 也迎合中國(guó)抱著蔑視和敵視的人, 當(dāng)然更激怒了中國(guó)人, 中國(guó)政府和各界奮起反駁。因?yàn)樗活櫸覈?guó)已成功地利用僅占世界7 %的耕地養(yǎng)活了世界33 %人口的事實(shí), 他也擴(kuò)大了他所列的依據(jù)嚴(yán)重性, 更低估了中國(guó)有巨大的增產(chǎn)潛力。我們黨、國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人和專家深知糧食問(wèn)題的重要性,為了大力發(fā)展高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效農(nóng)業(yè), 擬定了實(shí)施21世紀(jì)我國(guó)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的諸多措施。鑒于國(guó)內(nèi)外許多實(shí)例證明, 良種在提高產(chǎn)量中的貢獻(xiàn)率約占30 %, 而要提高產(chǎn)品的質(zhì)量, 則幾乎取決于良種, 所以提出“ 種子工程” , 并列入國(guó)家“九五”至2010 年發(fā)展綱要。《種子工程》項(xiàng)目包含4 個(gè)內(nèi)容(環(huán)節(jié)), 即種子改良、原種繁植, 制種和種子規(guī)范化經(jīng)營(yíng)。其中種子改良是發(fā)展高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效農(nóng)業(yè)的源頭和持續(xù)發(fā)展的保證, 為此要建設(shè)十幾個(gè)農(nóng)作物改良中心,幾十個(gè)分中心。且為達(dá)到予期目的、則“工欲善其事, 必先利其器” , 必須使改良中心擁有一流的儀器設(shè)備, 才能吸引一流人才, 從事一流的研究, 取得一流的成果和效益, 依據(jù)國(guó)際科學(xué)裝備的發(fā)展?fàn)顩r和裝備模式。

1.2

我國(guó)農(nóng)業(yè)專用儀器很不成氣候, 大多是空白, 例如假種子、假農(nóng)藥、假化肥嚴(yán)重地抗害農(nóng)民, 也困擾農(nóng)業(yè)發(fā)展, 但至

今沒(méi)有相應(yīng)的、實(shí)用的快速檢測(cè)儀器;又如為提高我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì), 就需一系列品質(zhì)快速測(cè)定儀(如蛋白質(zhì)、脂肪、糖份、

稻米品質(zhì)、面粉粉質(zhì)等快速測(cè)定儀), 再如為了西部大開(kāi)發(fā)、恢復(fù)生態(tài)、發(fā)展旱地農(nóng)業(yè)、節(jié)水農(nóng)業(yè)、培育和推廣抗旱作物、

植被和林木,也需一系列檢測(cè)儀器, 如土壤/植物水勢(shì)儀、水分計(jì)、蒸騰儀、光合有效輻射儀、光合作用測(cè)定儀、莖流儀、

植物冠層分析儀、根系分析儀, 葉面積儀等, 這些農(nóng)業(yè)專用儀器在我國(guó)近乎空白, 國(guó)外過(guò)去也不多, 北京寶亞奇儀器有限公司專業(yè)生產(chǎn)土壤肥料養(yǎng)分速測(cè)儀、農(nóng)藥殘留速測(cè)儀、土壤墑情水分速測(cè)儀等農(nóng)業(yè)儀器，供研發(fā)農(nóng)業(yè)專用儀器的同志和農(nóng)業(yè)專家、學(xué)者參考。

(1)農(nóng)藥及殘留快速檢測(cè)儀, 是分光光度計(jì)、紙層析、或便攜式氣相色譜儀的專用化變種,近來(lái)又出現(xiàn)應(yīng)用生物傳感器和農(nóng)藥快速測(cè)定儀。

(2)土壤、肥料速測(cè)儀, 是分光光度計(jì)和離子選擇性電極的組合。

(3)種子純度測(cè)定儀是快速電泳儀的變種。

(4)近紅外農(nóng)業(yè)品質(zhì)分析儀是光柵紅外光譜儀或付里葉變換紅外光譜儀的外延和專用化的構(gòu)建。

(5)稻米品質(zhì)分析儀, 也稱直交鏈淀粉測(cè)定儀是運(yùn)用淀粉與碘的顯色反應(yīng)的專用分光光度計(jì)。

(6)面粉粉質(zhì)儀是面粉加水加溫?cái)嚢钑r(shí), 測(cè)定粘度變化、從而導(dǎo)出各種粉質(zhì)參數(shù)的專用粘度計(jì)。

(7)核磁共振快速油份測(cè)定儀是核磁共振能譜儀專一化儀器。

(8)各種脂肪酸和總脂肪測(cè)定儀是氣相色譜儀的專一化變種。

(9)土壤水份和水勢(shì)儀是時(shí)域反射儀的衍生。

(10)光合作用測(cè)定儀是以精密CO2 測(cè)定儀為核心的智能化儀器。

(11)蒸騰儀是精密溫度計(jì)、濕度計(jì)的組合或精密紅外測(cè)溫儀的外延。

(12)油菜仔硫甙、芥酸測(cè)定儀(最近由中國(guó)農(nóng)科院油料所研發(fā)成功的)是特定酶反應(yīng)和比濁法的有機(jī)結(jié)合。

(13)谷物和果品電子分級(jí)精選儀是色選儀的專用構(gòu)建。

(14)獸醫(yī)B 超儀, 超聲波測(cè)膘儀等均為超聲醫(yī)療儀器的外延。




2 　建議與展望

一百多年前, 門捷列夫有句名言:“ 科學(xué)是從測(cè)量開(kāi)始的” , 我國(guó)著名科學(xué)家錢學(xué)森更明確指出:“信息技術(shù)包括測(cè)量技術(shù), 計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù), 測(cè)量技術(shù)是關(guān)鍵和基礎(chǔ)?！弊罱醮箸竦?1 位院士再次提出振興我國(guó)儀器儀表工業(yè)的建議, 指出儀器儀表是信息產(chǎn)業(yè)的源頭, 是現(xiàn)代大生產(chǎn)中的“倍增器” ,是高新技術(shù)和科學(xué)研究的“催化劑” , 是軍事上的“戰(zhàn)斗力” ,受此啟迪, 我認(rèn)為現(xiàn)代科學(xué)儀器、分析科學(xué)和檢控儀器也必是農(nóng)業(yè)科技發(fā)展的“催化劑” , 現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的“倍增器” , 現(xiàn)乘此學(xué)術(shù)年會(huì), 就振興我國(guó)科學(xué)儀器,改善農(nóng)業(yè)科學(xué)研究手段, 研發(fā)農(nóng)業(yè)專用儀器提出以下建議和展望。

2.1 繼續(xù)搞好儀器行業(yè)調(diào)整、努力提高現(xiàn)有產(chǎn)品的質(zhì)量、性能和技術(shù)服務(wù)質(zhì)量,確立國(guó)產(chǎn)儀器的信譽(yù)。經(jīng)過(guò)近幾年產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整, 一些量大面廣的中、低檔儀器質(zhì)量和性能有著長(zhǎng)足的進(jìn)步, 例如上述“動(dòng)物保護(hù)”工程一期招標(biāo)中, 有十幾種國(guó)產(chǎn)儀器中標(biāo), 每種儀器中標(biāo)數(shù)量幾十臺(tái)到200 臺(tái), 國(guó)產(chǎn)儀器中標(biāo)金額約占招標(biāo)采購(gòu)總金額的30 %。這是一個(gè)好兆頭,建議繼續(xù)搞好結(jié)構(gòu)調(diào)整, 企業(yè)規(guī)模不求大, 但求精而專, 走專業(yè)化生產(chǎn)的路子, 自強(qiáng)不息地在性能、質(zhì)量、銷售和服務(wù)上力爭(zhēng)更上一層樓。

農(nóng)業(yè)生物技術(shù)發(fā)展中科學(xué)儀器的作用和需求當(dāng)今世界各國(guó)都在爭(zhēng)奪21 世紀(jì)生物技術(shù)制高點(diǎn), 生物技術(shù)的兩個(gè)主戰(zhàn)場(chǎng)是醫(yī)療與農(nóng)業(yè), 許多專家預(yù)言農(nóng)業(yè)生物技術(shù)將引發(fā)第二次綠色革命, 美國(guó)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)市場(chǎng)以年均增長(zhǎng)50 %的速率發(fā)展, 如今我國(guó)凡涉及農(nóng)業(yè)科技的院校、科研單位都千方百計(jì)地借助和寄托于生物技術(shù), 用此高新技術(shù)從事各領(lǐng)域的研發(fā), 以求取得突破性進(jìn)展。農(nóng)業(yè)生物技術(shù)將是可持續(xù)性優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、高效農(nóng)業(yè)技術(shù)的支持系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)外都看好農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的前景, 例如美國(guó)孟山都公司看到我國(guó)具有數(shù)十萬(wàn)份農(nóng)作物基因資源可以開(kāi)發(fā)利用, 擬投資數(shù)千萬(wàn)美元(據(jù)說(shuō)最后開(kāi)口為1 億美元), 愿與中國(guó)農(nóng)科院合作進(jìn)行農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究和開(kāi)發(fā), 最終因?qū)Ψ綀?jiān)持僅進(jìn)行上游和中游合作, 而我方為了確保國(guó)家的全局和長(zhǎng)遠(yuǎn)利益, 堅(jiān)持應(yīng)包括下游的全面合作、并對(duì)等控股, 因雙方對(duì)上述原則問(wèn)題上的分歧而告吹。農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的前景極好, 但在開(kāi)展農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究中需要一系列科學(xué)儀器支持, 其中絕大部分是生物技術(shù)專用儀器設(shè)備, 且其發(fā)展很快, 也很昂貴。有人說(shuō)“目前生物技術(shù)需要用錢堆起來(lái)的”實(shí)不為過(guò), 這些錢就是用于裝備儀器的。僅以作物基因開(kāi)發(fā)和利用、快速定向育種為目標(biāo)的生物技術(shù)研發(fā)為例, 參照國(guó)外的構(gòu)建模式, 十幾個(gè)環(huán)節(jié)中所需的科學(xué)儀器設(shè)備多達(dá)八十多種以上。

在實(shí)施綠色農(nóng)業(yè)、綠色食品、保障人民身體健康中科學(xué)儀器的作用隨著世界工業(yè)化, 特別是化學(xué)工業(yè)的的迅猛發(fā)展, 廢棄物的排放, 農(nóng)藥、獸藥的濫用, 城市垃圾焚燒等造成當(dāng)今生態(tài)環(huán)境惡化。1999 年震驚世界的劇毒性致癌物二惡英污染畜禽產(chǎn)品的事件, 近來(lái)又出沸沸揚(yáng)揚(yáng)的有關(guān)多氯聯(lián)苯(PCB)等致病化合物, 有毒元素, 以及導(dǎo)致內(nèi)分泌紊亂的化合物（EDC)和國(guó)內(nèi)外流傳的有關(guān)激素殘留的笑話, 都說(shuō)明致癌、致病、有毒、有害的化合物和元素已從污染環(huán)境和生態(tài)、進(jìn)而進(jìn)入農(nóng)牧產(chǎn)品, 進(jìn)入食品,而且這些化合物和元素大多以超痕量級(jí)和痕量級(jí)即能損害人們健康, 所以為保障人民健康, 就要借助于氣相和液相色譜儀(GC 和HPLC), 質(zhì)譜儀(MS)等科學(xué)儀器對(duì)農(nóng)藥、獸藥殘留進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè), 同時(shí)為了檢測(cè)上這超痕量和痕量級(jí)的二惡英、PCB、EDC 等化合物以及有毒無(wú)毒, 則需要高分辨色譜和高分辨質(zhì)譜聯(lián)用儀(HRGC -HRMS 、LC -MS)或高分辨色譜和串級(jí)質(zhì)譜聯(lián)用儀(HRGC -MS -MS 、LC -MS -MS)以及ICP -MS 等等,離開(kāi)這些科學(xué)儀器, 要解決世紀(jì)之毒、防患于未然, 可繼續(xù)搞好儀器行業(yè)調(diào)整、努力提高現(xiàn)有產(chǎn)品的質(zhì)量、性能和技術(shù)服務(wù)質(zhì)量,確立國(guó)產(chǎn)儀器的信譽(yù)。經(jīng)過(guò)近幾年產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整, 一些量大面廣的中、低檔儀器質(zhì)量和性能有著長(zhǎng)足的進(jìn)步, 例如上述“動(dòng)物保護(hù)”工程一期招標(biāo)中, 有十幾種國(guó)產(chǎn)儀器中標(biāo), 每種儀器中標(biāo)數(shù)量幾十臺(tái)到近200 臺(tái), 國(guó)產(chǎn)儀器中標(biāo)金額約占招標(biāo)采購(gòu)總金額的30 %。這是一個(gè)好兆頭,建議繼續(xù)搞好結(jié)構(gòu)調(diào)整, 企業(yè)規(guī)模不求大, 但求精而專, 走專業(yè)化生產(chǎn)的路子, 自強(qiáng)不息地在性能、質(zhì)量、銷售和服務(wù)上力爭(zhēng)更上一層樓。

2.2 本著“有所為, 有所不為” 的原則, 選擇有發(fā)展基礎(chǔ), 且應(yīng)用面較廣的品種, 采取切實(shí)可行的措施, 加大振興科學(xué)儀器的力度。

鑒于科學(xué)儀器國(guó)際上技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品更新?lián)Q代非?？? 而國(guó)產(chǎn)中檔以上的儀器的技術(shù)進(jìn)步很慢、差距還在擴(kuò)大, 要靠現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)科學(xué)儀器取得較重大的科技突破是不現(xiàn)實(shí)的, 在農(nóng)口, 凡屬較深層次科技項(xiàng)目, 或需與國(guó)際接軌的項(xiàng)目, 國(guó)產(chǎn)科學(xué)儀器的許多技術(shù)指標(biāo)、性能實(shí)難滿足要求(農(nóng)業(yè)樣品多組分共存、背景干擾嚴(yán)重、生物樣品的不均勻性, 以及捕測(cè)組分的微量化等因素所決定)。建議要正視現(xiàn)實(shí)差距, 本著“有所為, 有所不為”的原則、選擇如色譜儀、光譜議、中檔質(zhì)譜儀、電化學(xué)儀等已有一定基礎(chǔ)且應(yīng)用面較廣品種,采取切實(shí)可行的有力措施, 例如穩(wěn)定保持國(guó)家對(duì)振興

科學(xué)儀器的投資力度;設(shè)立風(fēng)險(xiǎn)投資基金;責(zé)成科技部、中科院協(xié)調(diào)管理, 組織強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合、協(xié)同攻關(guān)等等, 有望能逐步縮小差距。