《中国工程科技2040发展战略·农业领域报告》在系统分析全球农业发展面临的挑战与工程科技发展趋势的基础上，紧密结合农业农村现代化、乡村振兴、农业强国建设等战略与需求，提出面向2040年中国农业领域工程科技的发展思路、战略目标与总体架构，各子领域的重点任务、重大工程与重大工程科技项目，以及工程科技需求牵引的基础研究方向建议。

目录
总序 i
前言 vii
**章 面向2040年农业领域世界工程科技发展态势 1
**节 世界农业领域发展趋势分析 1
第二节 面向2040年农业领域世界工程科技发展趋势及影响 9
第二章 2040?年中国农业领域科技与社会发展愿景及需求 15
**节 2040年中国农业领域经济社会发展预测及需求 15
第二节 2040年中国农业领域工程科技需求分析 21
第三节 2040年中国农业领域经济社会与科技发展愿景 28
第三章 中国农业领域工程科技技术预见与发展能力分析 35
**节 中国农业领域工程科技2040技术预见 35
第二节 中国农业领域工程科技技术预见结果分析 39
第三节 中国农业领域工程科技体系发展能力分析 72
第四章 中国农业领域工程科技发展的战略构想 77
**节 发展思路 77
第二节 战略目标 80
第三节 重点任务 81
第四节 总体架构 87
第五章 中国农业领域工程科技重点任务和发展路径 90
**节 粮食安全 90
第二节 畜牧工程 94
第三节 水产工程 99
第四节 动物疫病 103
第五节 园艺工程 109
第六节 林草业与生态 114
第七节 农业工程 120
第八节 农产品贮藏与加工 125
第九节 农业资源环境 131
第十节 农村现代化 137
第六章 农业领域重大工程建议 143
**节 生物育种 143
第二节 智能农业装备 151
第三节 耕地保护与产能提升 156
第七章 农业领域重大工程科技项目建议 160
**节 种植业绿色高效低碳生产 160
第二节 重大动植物病虫害防控 163
第三节 生态健康养殖 167
第四节 海洋农业 169
第五节 林木碳汇功能提升与增值利用 172
第六节 草原草业高质量发展 175
第七节 农林资源高效循环利用 177
第八节 高水效农业 182
第九节 气候智慧型农业 186
第十节 山水林田湖草沙系统治理 189
第十一节 食品生物智造与绿色贮运 193
第十二节 数字乡村与农村现代化 196
第八章 农业领域工程科技需求牵引的基础研究方向建议 200
**节 重要农业生物性状形成机理与优异种质资源挖掘 200
第二节 农业重大生物灾害致病机理 201
第三节 农林产品品质形成机理与定向调控 202
第四节 新型高效绿色低碳投入品创制机理 203
第五节 多尺度农业水循环响应机制 204
第六节 耕地退化成因与土壤健康调控 205
第七节 农业信息精准感知与智能决策 206
第八节 农林生态系统固碳增汇机制 207
第九节 山水林田湖草沙系统耦合与稳定性机理 208
第十节 农业生物环境协同互作与智算基础 209
第十一节 农林天然产物代谢调控与高效转化机制 210
第十二节 农业重要微生物定向改造与发酵机制 212
第十三节 农业领域工程科技前沿交叉自由探索 212
第九章 农业领域发展推进措施与政策建议 215
参考文献 219
关键词索引 230

**章 面向2040年农业领域世界工程科技发展态势
　　**节 世界农业领域发展趋势分析
　　一、全球粮食安全发展态势
　　保障粮食安全是全球农业的永恒主题。近40年来，全球农业发展取得了显著的进步，总体上农产品生产能力显著提升，农业结构不断变化，基本保障了世界粮食安全，不断提高了人类营养供给水平。据联合国粮食及农业组织（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）统计数据库数据（https://www.fao.org/faostat），1961—2020年，世界总人口由31亿增加到75.8亿，增长了1.4倍；世界谷物总产量由8.8亿t增加到27.7亿t，增长了2.1倍；谷物单产由1351kg/hm2提高到3905kg/hm2，增长了近2倍；全球人均谷物占有量由285kg提高到388kg，增长了36%。但是，面向未来，全球粮食安全问题依然面临严峻挑战。目前全世界人口已超过80亿。根据《世界人口展望：2015年修订版》数据，到2050年世界人口将达到97亿，到2080年将达到108亿，到2100年将达到112亿。世界人口数量、结构以及空间（城市化）的变化将对粮食需求产生一定的影响。
　　未来全球粮食需求预计将大幅增加，特别是在非洲和南亚地区。联合国粮食及农业组织发布的《世界农业2030/2050年展望》（World Agriculture：Towards 2030/2050）预测，到2030年，全世界仍将有近6.7亿人食物不足，约占世界人口的8%，实现零饥饿的目标仍然面临严峻挑战，到2050年全球粮食产量需在2005—2007年的基数上增长1倍以上才能满足人口增长对于粮食的需要。尽管全球粮食产量急剧增长，但世界仍然面临持续的粮食安全挑战。根据联合国粮食及农业组织发布的《世界粮食与农业展望：2050年前景》（Looking Ahead in World Food and Agriculture：Perspectives to 2050）报告，未来全球作物产量的平均增长率将相对较低，单位生产成本将在一定程度上提高；全球粮食产量增长趋势变缓，且区域差距依然存在。2012—2050年，全球谷物（小麦、水稻和玉米）的平均产量预计增长约30%，相当于年平均增长率约为0.8%，远低于过去几十年的增长率（即每年1%—2%），水果和蔬菜的预期产量增长率也相似。全球粮食增产潜力存在明显的区域差异，中低收入国家的小麦和玉米增长率大于高收入国家（因为高收入国家已经接近其*大潜力）。到2050年，由于中低收入国家的技术进步空间有限以及气候变化对不同地区的影响不同，高收入国家和中低收入国家之间的作物产量差距预计仍然很大。
　　在畜牧业生产方面，根据联合国粮食及农业组织预测，未来全球牲畜数量表现出普遍增长趋势，但不同场景和地区之间存在一些差异。与中低收入国家相比，高收入国家的家禽和猪的数量增长率较低，可能是因为采取了农业系统转向经济、社会和环境可持续发展的策略。一些中低收入国家仍然是肉类的净进口国，且对可贸易饲料商品的国内需求持续扩大，特别是对谷物的需求，因此对谷物进口的依赖程度将进一步增加。
　　总体上，未来全球农业发展面临的挑战主要有以下方面：提供足够的粮食和其他农产品以满足日益增长和不断变化的全球需求，消除饥饿和粮食安全影响因素，保持和提高现有自然资源的生产力和可持续利用能力，适应气候变化以及为缓解气候变化的影响做出贡献[参见联合国粮食及农业组织发布的《粮食和农业的未来：2050年的替代途径》（The Future of Food and Agriculture：Alternative Pathways to 2050）]；影响未来粮食体系稳定性的主要有六大驱动因素：人口、生物物理和环境、创新、技术和基础设施、社会文化、经济和政治[参见联合国粮食及农业组织发布的《粮食体系风险：新趋势与新挑战》（Food Systems at Risk：New Trends and Challenges）]，需要增强技术创新、增加农业基础设施投入和政策支持，才能可持续保障未来全球人口的食物需求。
　　二、全球农业资源环境态势
　　（一）全球耕地资源不平衡状态将持续存在
　　联合国粮食及农业组织的统计数据库显示，全球耕地面积约有4.89亿hm2，人均耕地面积为0.18hm2，全球耕地资源区域不均问题较为突出，大洋洲人均耕地面积高达0.78hm2，北美洲人均耕地面积高达0.54hm2，亚洲（0.11hm2）尤其是东亚地区（0.08hm2）的人均耕地面积较少。2015年，联合国粮食及农业组织发布的《土地价值：通过可持续土地管理实现土地繁荣和积极回报》（The Value of Land：Prosperous Lands and Positive Rewards Through Sustainable Land Management）报告指出，全球52%的农业用地发生中度或重度退化现象。地球上大多数国家（约110个）不同程度受到土地荒漠化的影响，非洲情况*为严重，约有3/4的旱地受到影响，欧洲约1亿hm2的耕地发生退化，澳大利亚也是全球耕地退化*为严重的国家之一。《土地价值：通过可持续土地管理实现土地繁荣和积极回报》指出，土地退化造成的生态系统服务价值损失每年高达10.6万亿美元，折合870—1450美元/人；耕地资源的空间分布与人口分布存在极大的不均衡性，中国用不足全球9%的土地，生产了约占世界1/4的粮食，养活了约占世界1/5的人口；人均耕地面积小于0.12hm2的国家（代表国家：中国）是以农产品和食物进口为主的国家，人均耕地面积介于0.12—0.26hm2的国家（代表国家：德国）是农产品进出口基本平衡的国家，人均耕地面积大于0.26hm2的国家（代表国家：美国）是以农产品和食物出口为主的国家。随着世界人口仍在快速增长和工业化的推进，世界人均耕地面积将进一步下降，粮食安全压力将继续加大，耕地资源的紧平衡状态仍将进一步加剧。
　　为保护耕地数量与质量安全，世界各国政府启动了一系列行动与工程以推动耕地保护。针对土地沙漠化和荒漠化问题，联合国1994年通过了《联合国防治荒漠化公约》，主要目的是协助受严重干旱或荒漠化困扰的国家和地区防治荒漠化，截至2024年共有缔约方197个。该公约于1997年5月9日对中国生效。2015年，联合国将荒漠化防治纳入《变革我们的世界：2030年可持续发展议程》，提出到2030年实现全球土地退化零增长目标，形成了防治荒漠化的全球共识。中国启动了“三北防护林体系建设工程”，旨在治理荒漠化、沙漠化和水土流失问题，恢复植被、保持水源和土地资源。埃及政府推出了“新土地”重大工程，计划通过灌溉技术将尼罗河三角洲周边的沙漠开垦为耕地。此外，提高土地生产率也已成为重要的突破方向之一，包括通过轮作、间作、套作等方式提高空间及光温资源的利用效率，以及通过设施化栽培方式提高土地生产率，补光栽培、垂直农业、立体农业等已成为拓展农业发展空间的新业态。
　　（二）全球水资源紧缺将进一步加剧
　　全球水资源紧缺问题依然严峻，用水量和可利用水资源在时空分布上匹配度差，进一步加剧了水资源紧缺的风险。根据联合国报道，2022年仍有22亿人缺乏安全管理的饮用水服务，35亿人缺乏安全管理的环境卫生服务，20亿人缺乏基本个人卫生服务①。随着未来全球人口的不断增长，用水需求也将明显增加。此外，全球气候变化导致的极端气候事件（如干旱、洪水、极端降水等）可能加剧水资源在空间分布上的不均衡，热带亚热带的干热化可能对粮食安全产生深远影响。除了水资源的数量，其质量也面临巨大挑战，由于水体富营养化等问题，清洁可用的水资源数量进一步减少。尤其是在人口密度大且以灌溉为主的农业生产区，如美国大平原、中国东部、尼罗河三角洲以及印度等地区，水体富营养化已经成为迫切需要解决的环境问题。因此，未来亟须探索水资源及水环境双重压力下农业与水生态协同的重大工程科技创新与示范应用。
　　（三）全球农业环境污染形势严峻
　　目前，全球的氮、磷的排放量已经远远超过了造成环境灾难的安全阈值。环境内分泌干扰物、持久性有机污染物、抗生素、微塑料等新污染物也有可能造成潜在的负面生态健康问题。农药和农膜的大量使用是农田环境中新污染物的重要来源。联合国粮食及农业组织的统计数据库显示，自20世纪90年代以来，全球的农药施用量呈现明显的上升趋势，从1990年的230.4万t增长至2019年的416.9万t，增长了80.9%；农药施用强度从1990年的1.55kg/hm2增长至2019年的2.69kg/hm2，增长了73.5%。一项全球农药污染风险评估发现，世界上74.8%的农业用地存在农药污染风险，其中31.4%属于高风险类别。2019年全球农用塑料使用量高达1250万t，农膜的需求量预计将会从2018年的610万t增长至2030年的950万t，增幅约56%。其中约79%的塑料垃圾进入垃圾填埋场或自然环境，对陆地、淡水和海洋生态系统构成威胁。随着世界经济的发展，人类社会对主要农产品的需求已从满足温饱逐渐过渡到对高品质、高营养、特色化农产品的需求，以及对良好的生态环境质量的追求，构建可持续的农业发展模式已经成为世界共识。未来农业亟须构建农业生产与生态环境保护、人类社会发展相耦合的发展格局，创建绿色高产、高效优质的农业生产模式。
　　三、农产品国际贸易发展趋势
　　（一）2040年农产品国际贸易发展趋势
　　未来农产品国际贸易受各国农业资源禀赋供给、农产品需求及全球农产品国际贸易环境的综合影响越来越突出。农业科技发展在未来农产品国际贸易中将起到越来越重要的作用。总体看，2040年农产品国际贸易发展将呈现出以下特点。
　　1.科技创新将成为农产品国际贸易的重要推动因素
　　这一点主要表现为贸易农产品的技术含量和技术复杂度的提高，以及贸易手段的现代化。从全球来看，农业科技创新将成为现代农业发展的根本动力。各国政府通过支持基础研究、补贴应用研究和试验发展、推广农业科技、建设基础设施、开展信息服务等措施，促使科技在农业生产中发挥更加重要的作用。农业科技的发展与应用，将大大促进农业生产环节的节本增效，提升农产品的国际贸易竞争力。从产后贸易端看，现代农产品加工、信息通信技术、物流运输技术和贸易结算手段也将日益现代化，从而大大提高贸易效率。
　　2.资源禀赋依然是决定农产品国际贸易格局的根本因素
　　受农产品特殊性的影响，在技术没有颠覆性突破的情况下，水、土地等资源依然是农业生产的必需要素，因而拥有丰富农业资源的国家将依然拥有根本优势。在技术可以传播而水土不能移动、不能贸易的情况下，这些农业资源丰富的国家具有*特的资源优势，再加上其技术的创新和引进，使这些国家的资源优势转变为出口优势，这些国家将成为世界主要的农产品出口国。
　　3.绿色贸易将成为未来农产品国际贸易的重要趋势
　　长期以来，环境问题一直是贸易领域的重点关注话题。随着世界各国在环境保护和气候变化方面做出的努力，特别是以中国为代表的发展中国家在国际环境保护方面做出的巨大努力和获得的显著成绩，在贸易过程中由于产品的环境影响而造成不公平待遇的问题将日益得到改善。各国的现代农业将建立在资源环境可持续性的基础之上。在保护农业生态环境的原则下，通过科技创新提高生产要素的配置效率以及资源的利用效率，减少生态环境污染，建立环境友好型绿色产业，将成为未来农业发展的趋势，也将成为影响国际贸易格局的重要因素。