当前位置: 首页>>决策参考>>正文

中国至2050年科技发展路线图

2013年05月20日 17:49  点击:[]

中国至2050年科技发展路线图

——《创新2050:科学技术与中国的未来》中国科学院战略研究系列报告摘登

空间科技

空间科技领域是我国国家发展的重要战略领域。该领域中一个与人类社会发展密切相关的重要部分,就是对地观测及其应用。空间技术是实现空间科学和应用目标的重要技术支撑平台,并和空间科学与应用相互促进、共同发展。

在21世纪前半叶,中国的发展面临着如何履行大国责任、为人类的科学发展与文明进步作出重大贡献的问题,面临着如何牵引带动我国高技术领域的跨越式发展、实现科技领先,如何保护人类生存环境,以及如何提高人类生活质量、实现社会可持续发展等诸多重大问题。空间科学、技术和应用的发展将为上述影响到国家发展和现代化进程的重大问题提供大量的、有效的和不可替代的科学和技术解决方案。

本路线图主要针对我国“到21世纪中叶基本实现现代化、达到中等发达国家水平”的国家目标,分析了我国未来发展可能面临的主要问题,以及空间科技在国家战略发展中的重要作用,并在分析国际主要空间国家发展战略和空间科技领域前沿发展趋势的基础上,结合我国本领域的研究基础和现状,重点针对空间科学、对地观测及数字地球和相关空间技术,提出了我国至2050年空间科技领域的发展愿景、目标和发展路线图。

我国至2050年空间科技领域的发展愿景为:

以国家需求和科学技术关键问题为牵引,全面加强空间科学、空间技术、空间应用在国家发展中的重要地位,到2050年,使其在国家战略发展中承担和发挥应有的和突出的重要作用,为国家面临的重大问题提供大量的、有效的和不可替代的解决方案。

至2050年空间科技领域的发展战略目标如下:

战略目标1(空间科学发展战略目标):开展针对重大科学问题的前沿探索与研究,在黑洞、暗物质、暗能量和引力波的直接探测、太阳系的起源和演化、太阳活动对地球环境的影响,及其预报和地外生命探索等方面,取得原创性的突破进展,全面提升我国空间科学的研究水平,用重大科学成果提升中华民族在人类文明发展和科学文化上的贡献度。

通过战略目标1开展空间科学研究,在解答以下科学问题上取得重要进展:

1.宇宙是如何起源和演化的?

1

2.生命是如何起源和演化的,生命(包括人类)在地外空间的生存表现和能力是怎样的?

3.太阳和太阳系是如何影响地球和人类社会生存与发展的?

4.是否存在超越现有基本物理理论的新物理规律?

5.空间环境下的物质运动规律是怎样的?

战略目标2(空间应用发展战略目标):以发展对地观测基础设施、构建数字地球科学平台与地球系统模拟网络平台为主线,综合利用空间信息,模拟与预测气候变化、区域水循环与水安全、碳循环与生态环境、陆表覆盖变化、突发自然灾害等,以及寻找与发现新能源、新资源,大幅提升空间科技支撑发展的能力和水平,在我国发展新阶段所面临的能源与资源短缺等经济社会发展的瓶颈约束问题,和应对全球变化、生态退化、重大自然灾害等全球问题上形成重大突破,实现我国从空间应用大国向强国的战略性跨越。

通过战略目标2回答以下科学和发展问题:

1.全球变化对我国的主要影响表现在哪些方面?

2.我国区域变化的主要驱动因子有哪些,响应机制是什么?

3.造成影响的时间和空间尺度及规律是什么?

4.提高全球变化要素的探测、模拟与预测能力的途径是什么?

5.空间信息用于资源和能源勘查有哪些新方法和新途径?

战略目标3(空间技术发展战略目标):针对科学和应用两大需求,依据技术发展规律,突破关键和瓶颈技术,在超高分辨能力、超高精度时空基准、轻小型化空间飞行器和有效载荷、临近空间飞行器、深空超高速和自主航行,以及人类在空间的生存和活动能力等领域进入世界领先行列,为空间科学探索和空间信息应用提供强有力的技术支撑。

重点发展可能制约我国未来空间科学与应用发展的关键技术,形成重大突破,为我国未来的空间活动提供重要的技术支撑,为空间科学与应用的发展、带动相关高技术领域的跨越发展,提供有效的技术解决方案。

人口健康科技

生命科学的进步推动了人类对自身健康和疾病的认识,使传统临床医学转变成为以现代生物学知识和实验方法为基础的生物医学。新的科学技术突破及重大集成创新不断涌现:基因组学等生命大科学的出现,在人类健康事业发展进程中有可能发挥更加明显的作用;脑与认知科学已经成为生命科学和人类健康科学的热点与前沿;生命科学、物质科学、信息科学、认知科学与复杂性科学的融合孕育着重大的科学突破,将为人口健康领域带来重大变革。

作为世界人口大国,我国的基本国策在未来仍然是计划生育与优生优育。在计划生育方面,目前的避孕方法和手段远远不能满足人们对生殖健康的需要;同时,我国的人口质量控制也面临巨大的挑战,因此必须大力加强生殖医学基础研究,进一步完善中国

2

生殖科学和生殖健康研究体系。要从人口控制和生殖健康的基础研究入手,发展安全有效和使用方便的新一代避孕方法;建立生殖健康干预技术,初步实现利用基因矫正和辅助生育技术消除常见的遗传缺陷;降低人口出生缺陷,提高优生优育的水平。

合理营养是人类保证健康和抗御疾病的基础。当前,营养过剩和营养缺乏是困扰我国社会的主要公众健康问题。随着工业化、城镇化和人口老龄化的进一步发展,公众的营养健康问题将面临更严峻的挑战。要应对这类挑战,需要加强营养科学研究,全面深入地阐述中国人特定遗传背景下的营养需求和导致主要营养问题的原因和相关机理;为制订符合国人群体和个体遗传及生活方式特点的营养素标准和膳食指南等国家相关的政策提供科学依据。此外,我国目前食品安全的形势十分严峻,食源性疾病仍然是危害公众健康的重要因素之一。要充分利用现代科学技术,积极开展对食源性有毒有害物质的急慢性毒理和机理研究,并发展对有毒有害物质快速检测技术和平台,建立和健全食品安全数据库,建立我国食物安全监测与早期预警系统,确保我国公众的食品安全。

随着我国社会经济的进步,以及人口老龄化的加速,在短短几十年内,我国完成了从传染性疾病向慢性病的流行病学模式转变;早期严重威胁公众的疾病,如传染性疾病、孕产和围产期疾病等的危害范围和程度有了明显的下降,重大慢性病如癌症、心脑血管疾病、代谢性疾病和神经退行性疾病等则成为人类健康的主要威胁。尽管研究者已经对这些疾病的发病机制和诊治方法进行了长期和大量的研究,但是要对这些慢性病实现有效的防治还有很长的路要走。显然,我国人口健康领域的关键战略需求应该是,加强对这些重大慢性病的预防与控制,将抗击疾病的重心前移,坚持预防为主,促进健康和防治疾病结合,推动医学模式由过去的疾病治疗为主向预防、预测和干预为主的战略性转变。

世界各国人口流动的迅速增长已经成为当今社会的一个主要特征;此外,中国是一个人口大国,由于区域辽阔,地方性的传染性疾病会不断出现;广泛滥用抗生素而产生新的耐药株病原体,以及人类接触新的动物源病原体而产生新的疫病,都会导致新一轮的传染性疾病。这些情况使得生物安全成为当前国家安全的一个重要组成部分,需要我们建立健全的突发公共卫生事件处置机制,建立监测和防御新发传染病与再发传染病、突发公共卫生事件及生物防范生物安全网络体系,提高应对公共安全危机的能力。

由于我国社会节奏加快、社会竞争加剧和精神活动方式的改变,导致神经精神疾病的发病率明显增加,新的认知与行为障碍如网络成瘾正在成为困扰现代社会的严重问题。此外,人口的老龄化也导致神经退行性疾病发病率显著上升。解决认知、行为与精神障碍这个严重的社会问题,实现个人的身心全面健康,已经成为国家的迫切需求。要进一步加强对脑认知功能的物质基础和工作原理的研究,寻找心理、精神疾病发病的生物学基础,实行早期诊断和早期治疗,从而降低我国人群的心理、精神疾病的发病率,提高国民的智力和科技创新能力,促进和维持认知与心理和谐。

创新药物的研究与开发,集中体现了生命科学和生物技术领域前沿的新成就与新突破,体现了多学科交叉的高新技术创新与集成,是新世纪科技和经济国际竞争的战略制

3

高点之一,也是提高人口健康水平的重要支撑。要争取在较短时间内,通过加强创新技术的发展和创新药物的研发,缩短我国与发达国家的差距,实现由世界制药大国向世界制药强国的转变,推动我国医药产业的发展。在继续重视和努力发展化学合成新药的同时,要应用生命科学和其他现代学科的新方法和新技术,研究中药的物质基础和治病机理,发展融合中西医药学的疾病预防模式。要把生物技术药物作为我国医药领域的重点发展方向和新的生长点,大力推进现代生物技术药物的研发和产业。还要大力发展综合工程学、生物学和医学的理论和方法的生物医学工程技术,为疾病的预防、诊断、治疗和康复服务。

再生医学是通过机体内组织与器官中自身所具有修复功能的干细胞,或者植入具有多分化潜能的干细胞、功能组织与器官,来修复、替代和增强人体内受损、病变与有缺陷的组织与器官,达到治疗重大疾病的目的。干细胞作为再生医学的重要手段与研究核心,涵盖了基础与临床医学多个领域。随着干细胞技术的发展,基于干细胞的修复与再生能力的再生医学将有望成为继药物治疗、手术治疗后的第三种疾病治疗途径。

综上所述,制订我国人口健康的科技发展路线图的科技愿景,就是要在2050年前后,建立一个适应我国人口健康国情的普惠健康保障体系:以预防和控制重大慢性病为核心,将抗击疾病的重心前移,推动医学模式由疾病治疗为主向预测干预为主转变,由单一的生物医学模式向生物—环境—心理—社会的会聚医学模式转变,形成世界先进水平的生物安全、食品安全、健康营养生活方式的科技保障系统,建立中国特色突发公共卫生事件及生物防范体系,实现全民身体健康进而达到身心全面健康。形成以创新药物研发和先进医疗设备制造为龙头的规模化医药研发产业链,大幅提升我国生物医药产业的国际竞争力,使我国成为生物医药产业强国。

我国矿产资源工作的基本现实矛盾是,一方面对矿产资源的需求量很大,已探明的主要矿产严重短缺;另一方面,我国矿产资源找矿潜力巨大,矿产资源利用水平不高,与矿业开发有关的环境问题突出,对矿床的研究、勘查和开发程度偏低。如何挖掘我国矿产资源的巨大潜力、提高矿产资源利用效率,从而缓解我国已探明的主要矿产资源严重短缺的局面,确保矿产资源开发利用与生态环境建设协调发展,我们认为除合理利用国际资源、降低单位产值对矿产品的消耗量、提高矿业管理水平以外,还需要在系统认知我国岩石圈独特演化历史的基础上,重点解决巨量成矿物质聚集过程、矿床的时空分布规律、成矿模型与找矿模型的关系等与成矿理论和成矿规律

4

研究有关的三大科学问题;重点突破覆盖区和深部矿产资源探测、矿产资源高效清洁利用、矿产资源替代和循环利用等三个重要技术方向,并加强相关技术集成、试验示范和应用。

近中远期的战略安排是:2020年前,确定我国主要成矿区带的成矿规律和找矿远景;突破元素野外现场精确测定技术,航空物探技术,成矿信息高精度提取技术,东部地区深至2000米左右高分辨地球物理探测技术;提高重点矿山的矿产资源采、选、冶回收率和共伴生矿床综合利用率;开展紧缺矿产替代资源技术的先导性研究和开发;突破废旧金属高效回收利用技术;积极改善我国矿山生态环境状况。2020~2030年,建立我国大陆成矿理论体系;突破西部地区地下2000米以内矿产资源高效高精度探测技术;突破低品位矿和尾矿高效清洁利用技术;突破非水溶性钾资源的肥料化技术;基本恢复历史遗留废弃矿山生态环境,基本控制环境污染。2030~2050年,揭示地球系统与成矿系统的关系;突破地下3000米~4000米矿产资源探测技术;形成矿产资源高效清洁利用的整套核心技术;突破硅酸盐纤维替代大宗金属材料技术;基本建成我国可持续的矿产资源供给和利用体系,确保矿产资源开发利用与生态环境建设协调发展。

大致的指标是:2020年前,我国东中部地下2000米以内资源探明率达50%;矿产资源总回收率达50%,矿产资源综合利用率达45%,能耗下降20%,“三废”排放量降低30%,历史遗留废弃矿山生态环境恢复率达45%和污染环境修复率达30%以上,新建矿山土地复垦率达100%;重要矿产资源替代和循环利用率达20%~40%。2020~2030年,我国西部地下2000米以内资源探明率达50%;矿产资源总回收率达70%,矿产资源综合利用率达60%,能耗下降30%,“三废”排放量降低50%,历史遗留废弃矿山生态环境恢复率达65%和污染环境修复率达50%以上;重要矿产资源替代和循环利用率达30%~50%。2030~2050年,我国地下3000米~4000米以内资源探明率达70%;矿产资源总回收率达80%,矿产资源综合利用率达80%,能耗下降50%,“三废”排放量降低80%,基本控制矿产资源采、选、冶等生产环节对生态环境的破坏和污染;重要矿产资源替代和循环利用率达40%~60%。

构建安全、可持续能源供应体系无疑需要解决许科学技术问题,尤其是能源具有投资大、周期长、惯性强、关联多的特点,一旦方向选错或技术落后,将会在几十年的时间中处于技术受制于人的被动局面。

按照中国科学院党组的统一部署,由30多位专家构成的中国科学院能源领域战略研究组,从体现战略性、方向性和可操作性要求出发,以2008~2020年、2021~2035年、2036~2050年等3

5

个不同发展时期为时间节点,按照能源发展需求→重要能源科技问题→重要能源技术方向→技术发展路线图→创新能源技术总体部署→保障体系建设的逻辑构思编制了《中国至2050年能源科技发展路线图》。

在能源重要技术方向和路线选择上研究组遵循了五项基本原则:第一,对于通过自主研发、但在时间上已经无法跟上需求的技术,选择引进消化吸收的路线;第二,对于未来有良好的应用前景、但还没有进入规模化应用的技术,选择关键技术攻关与重点突破的路线;第三,对于未来具有重大需求,但目前尚处于科学研究、探索阶段的前瞻性技术,选择完全自主创新的研究路线;第四,已经成熟、或已规模化产业应用的技术,如水力发电,在本次路线图中不作选择;第五,对于影响能源科技路线选择的多种因素,按照资源性—贡献度—环境性—技术性(自主创新度)—实现度—经济性的优先顺序选择。

《中国至2050年能源科技发展路线图》报告最终凝练出了10个旨在引领我国能源科技发展、造就中国特色新型能源工业、满足经济社会发展需求的重要技术方向,包括高效非化石燃料地面交通技术、煤的洁净和高附加值利用技术、电网安全稳定技术、可再生能源规模发电技术、生物质液体燃料和原材料技术、深层地热工程化技术、氢能利用技术、天然气水合物开发与利用技术、新型核电与核废料处理技术、具有潜在发展前景的能源技术。

根据对能源需求、技术选择和各种技术路线的研究,我们认为:至2050年,中国能源科技需要分不同阶段突破各种关键技术难题,力争经过40余年努力,使中国的能源科技创新能力大幅提升,改变目前能源技术和装备主要依赖进口的现状,保障我国能源安全。中国能源科技创新近中远期发展的阶段目标是:

2020年前后,突破新型煤炭高效清洁利用技术,初步形成煤基能源与化工的工业体系;突破轨道交通技术、纯电动汽车,初步实现地面交通电动化的商业应用;在充分开发水力能源和远距离超高压交/直流输电网技术的同时,突破太阳能热发电和光伏发电技术、风力发电技术,初步形成可再生能源作为主要能源的技术体系和能源制造业体系。逐步提高核能、可再生能源和新型能源占总能的比重。

2035年前后,突破生物质液体燃料技术并形成规模商业化应用,突破大容量、低损失电力输送技术和分散、不稳定的可再生能源发电并网以及分布式电网技术,电力装备安全技术和电网安全新技术比重将达到90%,初步形成以太阳能光伏技术、风能技术等为主的分布式、独立微网的新型电力系统;突破新一代核电技术和核废料处理技术(ADS),为形成中国特色核电工业提供科技支撑。实现核能、可再生能源和新型能源的大规模使用。

2050年前后,突破天然气水合物开发与利用技术、氢能利用技术、燃料电池汽车技术、深层地热工程化技术、海洋能发电等技术,基本形成化石能源、核能、新能源与可再生能源等并重的低碳型多元能源结构。

6

学科交叉和研发工程化要求路线图的实现需要在时序上,基础理论和技术应用的衔接上,技术竞争力和制造业的协同发展上全面积极推进,还必须调动科技人员的积极性和创造力,促进全社会能源科技资源的高效配置和综合集成,形成以政府主导、市场配置资源、产学研结合的能源技术创新体系,大幅度提高我国能源技术、能源产品、能源装备的自主创新能力。作为路线图实现的保障措施,必须加强政策、规则、标准的研究制定,加强人才队伍、科技平台以及大科学装置的建设,保障必要的科技投入,促进能源科技发展保障体系的创新。

中国海洋经济近年来呈现快速发展趋势,特别是依托海洋高新技术的新兴产业增长快速。传统海洋产业的持续发展和转型升级需要知识和技术的创新,海洋新兴产业继续保持快速发展依赖于海洋高新技术的重大突破。中国对能源和战略性矿产资源的需求,促使开发海洋丰富的油气资源、能源和矿产资源。

社会发展对海洋科技提出较高要求,包括沿海居民的生存与发展、近海生态环境保护和污染治理、海洋灾害防治和预报、海岸带可持续发展等。中国近年来南海、东海相关海域主权遭遇挑战,依托海洋科技维护中国海域主权是今后相当时期的艰巨任务。

国际上,各临海国家纷纷推出了新的海洋发展战略和海洋科技发展规划。美国实施了海洋行动计划,绘制了未来10年海洋科技发展路线图;英国前瞻2025年,实施了《2025海洋计划》,全面发展海洋科技,尤其在海洋新能源的开发利用技术方面走在了前面;加拿大也实施了海洋行动计划,并将未来重点瞄准北极海域;日本推出了《海洋基本法草案》,全面推进其海洋强国战略;俄罗斯欲恢复其海洋强国地位,依托科技打造海洋军事和航运强国。中国周边国家越南、印度、韩国等也推出了雄心勃勃的海洋战略。

20世纪80年代以来,围绕海洋科技的发展,国际组织和众多国家相继推出了一系列大型联合海洋研究和观测计划,诸如地球系统的协同观测与预报体系(COPES)、全球海洋通量联合研究计划(JGOFS)、海岸带陆海相互作用研究计划(LOICZ)等等。从这些研究计划的发展和演变,可以看出国际海洋科技发展的前沿领域与发展趋势。

在国际海洋科技发展的大背景和大趋势下,通过国家“973”计划、“863”计划、科技支撑计划、国家自然科学基金等重大和重点项目以及国家专项等一系列计划的实施,中国在海洋科技领域取得了大发展和显著成就。但同时,中国海洋科技也面临诸多挑战:包括海洋科技总体水平尚需提高;科学研究处于从跟进向自主创新转变的关键时期;技术发展滞后不能满足海洋科学研究快速发展的需求;体制机制难以适应海洋科技快速发展的需求;科技投入仍显不足,人才队伍整体水平急需提高等等。

7

中国至2050年海洋科技发展的指导思想:

以科学发展观为指导,统筹考虑经济社会和科技的全面、协调和可持续发展,紧密围绕国家经济社会发展和海洋权益对海洋科技的需求,以“保障权益、增加财富、维持健康、安全利用、跨越发展”为发展方针,针对国家不同发展阶段的需求,突破传统框架束缚,围绕中国乃至全球当前和今后一段时间内面临的重大海洋科技问题,坚持“重大国家需求与科学发展前沿相结合、基础理论研究与技术能力建设相结合、前瞻布局与科学可行相结合”的原则,以“围绕需求,重点突破;发挥优势,引领发展;以人为本,发展队伍;长远规划,前瞻布局”的战略选择,对未来40年的海洋科技发展进行展望、预测;提出重大科技问题和解决的对策;明确2020年、2030年和2050年中国海洋科学技术的战略目标和发展路线。

至2050年发展目标:

中国海洋科技能力达到世界先进国家水平,不仅为建设成海洋强国服务,同时为世界海洋资源的可持续利用和海洋的健康安全作出重要贡献。海洋环境与安全:在西太平洋—东印度洋—青藏高原三角区海陆气相互作用和中国近海环流研究方面建立国际优势,在相关海区和地区建立现场观测和数值模拟研究的区域优势,确立中国在这两个领域的国际领先地位。海洋生态系统与安全:全面提升近海生态系统观测能力和深海大洋的探测能力,深化对海洋主要生命现象与生态过程的认知,提高对海洋自然和人类灾害的理解和预测能力,为建立可持续的基于生态系统水平的海洋管理和开发模式,保证稳定的海洋食物产出,确保清洁、健康、稳定的海洋生态环境,建立有保障的海洋生态安全体系提供科学指导。海洋生物资源:瞄准中国资源可持续开发利用的战略目标和节能减排的重大技术需求,高效开发利用海洋生物资源,对海洋渔业资源、海洋生物及化学资源、海洋微生物资源和海洋生物基因资源深入研究开发,实现海洋生物技术和海洋资源开发利用技术的创新与突破,满足中国经济社会发展的需求,促进中国海洋生物资源开发利用的可持续发展。海洋油气与矿产资源:全面提升海洋油气与矿产资源的探测能力和资源评价能力,深化对海洋油气成藏与海底成矿过程的认知,提高对海洋油气与矿产资源分布的了解,为海洋油气与矿产资源的勘探、开发和利用提供科学指导。海水资源:解决海岛及近岸区域的淡水缺乏,实现海水淡化廉价产出的规模化生产,海水化学资源可持续支撑化学工业发展,稀有战略资源实现规模化利用,海水资源利用成为社会经济发展的支柱产业之一。

根据上述目标,绘制了海洋科技发展总路线图以及相关分领域科技发展路线图。实现上述目标必须采取如下措施:(1)发展高新技术,实现海洋经济、环境和社会的协调发展;(2)创新科技体制机制,加强国内科技协作,促进全面发展;(3)加大海洋科技投入,加强基础设施建设,提升保障能力;(4)强化“人才、专利和标准”三大战略,推进技术创新;(5)加强国际交流与合作,提高引领发展能力;(6)提升海洋观测能力,实现海洋数据共享;(7)加强技术平台与基地建设,提升研究开发和产业

8

化能力;(8)实施海洋行动计划,开展长期观测研究;(9)加强海洋科普宣传,营造海洋强国氛围。

未来50年,全球农业将逐渐进入一个新纪元。经济发展将导致全球食物和纤维需求成倍增长,食物消费结构显著变化,并提高人类对农业多功能的需求。全球能源危机的加剧将诱发农业生物质能源产业的崛起。农业将不仅继续发挥其保障食物安全和国民经济发展等传统功能,还将担负起缓解全球能源危机和为人类生存提供优美环境等新的历史使命。未来农业将成为一个具有无限发展空间和潜力的行业。然而,发展机遇与巨大挑战始终并存。到2050年农业将不但要满足90亿人口对食物和纤维数量和质量的需求,而且生物质能源发展将直接威胁粮食和其他农产品的安全;同时,农业还将面临全球气候变化和资源环境恶化等带来的诸多风险。因此,未来50年,农业能否满足人类社会和经济发展的需求,科技进步将起到至关重要的作用。

未来50年,中国农业也将同全球农业一起逐渐步入一个农业发展新时代。在需求方面,食物和纤维需求总量将显著增长,除了大米和小麦需求在今后10年出现缓慢增长后将出现下降的趋势外,奶制品和水产品需求将增长3倍以上,畜产品、饲料粮、水果、食油和纤维总量需求将增长1.5~1.6倍,蔬菜和食糖需求将分别增长75%和1倍,而未来50年中国对农产品的需求结构也将发生根本性变化。食物需求总量和结构变化的主要驱动力依次是收入增长、城市化和人口增长。到2020年,中国农业将在资源紧迫、需求持续增长和日益多元化等一系列压力下,继续发挥其保障食物安全、改善人口营养和维护农民生计等传统功能,并开始承担起改善生态系统、减缓气候变化、提供观光农业和田园景观,以及提供文化和传统知识传承等新功能。2030年以后,农业多样化的新功能将不断加强。

面对这样一个发展趋势,未来50年中国农业发展需要同时应对巨大的机遇和挑战。农产品市场的扩张、农业比较效益的提高、农业生产结构的改善和农业科技的发展,等等,这些都将为中国未来农业发展提供难得的发展机遇;同时,一系列挑战也将纷至沓来,包括:农业在满足国内日益增长的农产品总量需求、质量和安全需求方面面临极大挑战;农业发展面临日益严峻的耕地和水资源安全及生态安全的巨大挑战;农业发展面临日益严重的小规模经营和农业现代化发展之间矛盾的挑战;全球及国内对农业生物质能源需求的扩张和对农业多功能需求的增长对中国的粮食安全和水土等资源超载压力的威胁和挑战;以及全球气候变化对农业的冲击和影响。很明显,未来中国农业发展需要在动植物增产潜力、资源管理利用与安全、农业生产与食品安全、生态和环境保护等

9

领域取得重大突破,才能满足社会和经济的高速发展。为此,需要制定科技发展线路图,来有效促进中国农业的发展。

本报告根据上述科技需求制定了中国至2050年农业科技领域发展路线图,主要包括五大领域,即植物种质资源与现代育种科技—动物种质资源与现代育种科技—资源节约型农业科技—农业生产与食品安全科技—农业现代化与智能化农业科技。路线图总体目标是:到2050年,通过以上各农业科技领域的重大创新和突破,使中国农业具备实现农业资源的可持续利用、国家食物总量和质量安全得到充分保障、农业进入传统功能与现代多功能并存的未来新农业所需要的科技支撑条件。

为达到以上总体目标,五个重大农业科技领域分领域分别拟定了至2050年的总体发展目标和路线图:

1) 在植物种质资源与现代育种科技领域,将主要以系统生物学的研究手段为主,采用重大产品导向的研发战略,充分发掘和利用我国丰富的基因资源优势,重点突破植物光能转化和利用效率,坚持开发基于基因组信息的关键生物技术,构建我国功能植物的产品研发创新体系,为我国农业生产的可持续发展提供科技支撑。

2) 在动物种质资源与现代育种科技领域,将主要利用系统生物学、生物信息学、组学及其技术、基因工程等生命科学和生物技术多学科的交叉融合研究手段,采用重大产品导向的研发战略,发展健康可持续发展的畜禽水产业,包括海洋渔业,为人类培育安全、生长快、蛋白含量高、产肉量高、饲料转化率高或抗病力强的畜禽水产品。

3) 在资源节约型农业科技领域,深入研究水分、养分、人工辅助能资源高效利用机制和途径,主要研发耕地保育与替代技术、工程—生物—化学节水技术、流域水资源知识管理技术、水—肥—能—体化管理的精确机械化施用技术、智能型化肥,全面建立节地型农业、节水型农业和节肥节能型农业三大生产技术体系,实现农业生产的集约化、机械化、规范化和配套产业化,实现农业生产力的持续提升和资源的持续利用。

4) 在农业生产与食品安全科技领域,加强农产品安全生产、重大病虫害防控,农产品营养保持,环境清洁控制、贮运保鲜和加工等领域的基础理论研究,关键技术突破和综合技术集成创新,建立农产品病虫害流行的预警防控系统、智能专家管理系统,以及从源头到餐桌的食品安全数字跟踪系统,实行精确监测和防控的“主动安全战略”。建立农产品安全生产的标准化体系和绿色生态环境,确保农产品在培育、养殖、贮运、保鲜及加工过程中的品质安全,提供绿色安全优质的农产品;实现精准化食品设计和品质调控,研发多样性的营养食品,改善膳食结构;创制“智能化个性营养食品”,满足个性化的营养需求,为提高全民的身体素质和健康水平提供个性化的功能食品。

5) 在农业现代化与智能化农业科技领域,通过农业信息关键技术的突破和高技术的武装,使我国农业实现“四化”,并构建一个推进我国农业研究不断创新的现代化平台:农业信息服务网络化、农业资源管理数字化、农业生产过程管理精准化、农业装备的智能化、农业虚拟化研究网络平台,大幅度提高农业生产效率、资源利用效率和农业持续创新能力。

10

为确保农业科技发展总体目标的实现,按照路线图方案设计要求,报告还对农业科技总体发展和分领域科技发展分别就近期(2020)、中期(2030)和远期(2050)的分阶段目标作了具体分解,并相应制定了为达成总体目标和分阶段目标的科技发展路线图。

至2050年农业科技领域发展路线图的实现,需要一系列的体制和政策保障。为保障至2050年农业科技领域发展总体路线图的实现,我国急需深化农业科技体制改革,明确未来50年国家农业科技创新体系和各阶段农业科技创新体系的主体变化路线图,加快科研和技术推广体系配套改革政策的出台,建立有效的激励机制,提高科技人员积极性,创建国家农业科技创新体系;急需国家建立农业长期科技投入机制,增加对农业科技的投入力度,改善农业科技投入结构,提高固定性经费拨款比例;完善相应的法律法规体系,包括知识产权保护、环境立法等;急需建立国家农业科技人才基金,引进和培养一大批杰出的将帅人才和创新团队,增强农业科技的自主创新能力。

生物质资源科技

生物质资源是地球上再生资源的核心组成部分,是人类赖以生存和发展的基础资源,是维系人类经济社会可持续发展最根本的保障。中国是全球生物质资源最丰富的国家之一,21世纪中国实现由生物质资源大国向生物质资源及生物经济强国转变将成为必然趋势。

生物质资源是人类繁衍和发展的物质基础,既是地球上重要的资源宝库,也是一个国用的少部分生物质资源外,绝大部分有着更大经济和社会价值的生物质资源尚未被人类认识和利用,数以万计的动物、植物和微生物蕴涵着解决人类可持续发展必需的衣、食、住、行所依赖资源需求的巨大潜力。21世纪,资源与环境问题已成为人类社会共同面临的重大挑战,影响着人类社会发展的进程与未来:全球化石能源将逐渐耗竭、生物资源高速消亡、气候变暖与环境污染日益严重、能源资源问题深刻影响人类经济社会及我国国家安全和长远发展。生物质资源将终究成为经济社会可持续发展和国家竞争力的基础。我国是全球生物资源最丰富的国家之一,从我国国情出发,面向未来,综合考虑需求、资源、环境、科技和经济等多方面因素,明晰我国生物质资源未来30~50年科技发展路线对前瞻性部署我国经济社会发展具有重要战略意义。

生物质资源科技领域发展路线图的总体目标是:

确保国家未来生物质资源可持续利用,为中国21世纪生物资源科技、生物产业和生物经济的发展提供资源安全保障,实现中国由生物质资源大国向生物质资源及生物经济强国的根本转变。

生物质资源科技领域发展路线图的主线思维是:

11

系统认知生物界的生物物质资源、功能性资源、基因资源和生物智能资源。通过基础性地部署生物质资源产生、演变、代谢调控等机理的目标研究;战略性地实施从生物群落—居群—个体—组织—细胞—基因完整性的需求研究和学科交叉融合;前瞻性构建生命规律研究的系统生物学理论和应用技术体系,从宏观生物资源和微观分子生物水平开发新型生物质资源的利用和发掘途径,为未来新能源和新材料、农业及食品、营养及健康、生态及环境领域发展提供生物质资源的科技支撑。

战略路径一:光合作用机理与提高作物及能源植物光能利用效率。揭示生物光合作用机理,解决生物光合原理应用技术的瓶颈;立足我国本土生物质资源,加强部署资源筛选评价及开发利用的理论和技术研究,突破现有遗传改良、基因工程、规模化种植和工业化生产的理论和核心技术的瓶颈,建成我国可持续生物能源的研发体系,最终实现我国生物再生能源技术规模化应用和商业化。

战略路径二:生物质能源。筛选优质高效的能源植物资源,建立能源植物在我国不同地域的繁育和生产基地;探索能源植物高效转能和蓄能的生物学机制,开展创新种质,优化规模种植及加工生产体系;建立完善的生物质能源转化的应用理论体系和技术集成,提高生物质能源的品级,实现大规模商业化应用生物质能源,以替代进口石油30%左右。

战略路径三:微生物资源发掘利用。微生物资源是人类赖以生存和发展的重要物质基础和生物科技创新的重要源泉。生命科学研究、预防医学研究、生物技术及其产业的研发、食品科学等都是建立在微生物资源基础之上。根据我国的生物技术现状和微生物资源开发利用现状,加强微生物资源研发及相关产业链体系建设,提升我国生物产业的竞争力。

战略路径四:战略生物资源的发掘和可持续利用。生物资源既是地球上最重要的可再生资源,也是一个国家重要的战略资源。加强我国特有生物战略资源研究、遏止物种消亡,并致力于我国战略生物资源保护和发掘利用,合理布局我国广袤非农牧边际土地的生物产业发展,保障国家经济和社会发展所需的生物能源、农林产业、生态环境和人类健康的源头生物资源安全和可持续利用。

战略路径五:基因组及基因资源。面向21世纪基因组和基因技术发展趋势并结合我国国情,致力于基因组资源挖掘、生物燃料分子开发、分子机器认识与改进;揭示生命系统的分子机器,认识分子机器在生命体中的调控,建立基于基因组数据库、基因组表达数据库、蛋白质表达和组装数据库基础上的系统生物学理论和应用技术体系,从微观分子生物水平开发新型生物质资源的利用和发掘途径。

战略路径六:生物质资源的特殊利用——仿生材料与仿生技术。自然界蕴藏着丰富的智能生物资源,“物竞天择”的生物世界是科学技术创新的知识宝库和学习源泉,是人类至今涉足甚微的智能资源库。通过仿生的智能特性研究,为设计和建造新的技术设备提供新原理、新方法和新途径。仿生科技与先进制造、先进材料和先进军事装备紧密

12

相关,报告的这部分仅限于与生物质资源相关的仿生材料和技术,并突出与能源和环境有关的仿生生物质资源,重点放在节能减排上。

经济社会发展对材料的需求是广泛而迫切的。国内支柱产业及高技术产业发展对新材料的需求不断增加,应对能源问题和挑战需要开发能源装备用结构材料和能源储存及转换材料,改善环境实现人与自然的和谐发展对环境友好材料和环境治理材料不断提出新要求,在自然资源不断枯竭的情况下需要发展新型材料和制备加工技术以及材料的循环使用和回收利用技术,人口健康对生物医用材料的需求包括医疗器械材料、人体植入材料、药物控释材料和早期诊断技术用新材料,对信息功能材料的需求也趋于多样化和高性能化,航空航天等重大工程和高性能武器装备对新材料提出更高更苛刻要求。

在未来时期内,对先进材料需求总体上将呈现如下几个重要趋势:对材料数量和种类的需求在相当长时间内将持续增加;将更加重视材料的质量、可靠性和成本;对能源材料、生物材料、环境材料的需求越来越迫切;在追求更高性能的同时,往往要求材料具有多种功能;更少依赖资源能源,减少对环境的污染和破坏。

目前我国材料生产与科研的整体水平还不高,尚不能完全满足我国经济和社会发展的需求,同发达国家相比仍具有较大的差距,没有形成比较完整相对独立的符合国情的材料体系。我国已经是材料大国,特别是传统材料生产能力提高很快,大多基础原材料的产量已经是世界首位,但许多高品质原材料如钢铁、铝、铜、水泥、橡胶、树脂、玻璃仍需要大量进口。我国传统材料目前都面临提高品质、降低成本、降低能耗和升级换代等问题。新材料跟踪仿制多,拥有自主知识产权尤其是具有原创性的成果少。

材料科学与工程是关于材料成分、制备与加工、组织结构、性能及材料使役行为之间相互关系及其应用的学科。材料科学与工程发展至今天,其主要的趋势表现在:纳米材料及纳米结构的研究开发被部署为材料科学研究战略的首位;与信息技术、生物技术、能源技术相关的材料技术得到迅速发展,并日益受到重视;通过不同材料之间的复合化或集成化优化材料性能或探索高性能新材料体系的研究层出不穷;材料深层次的微结构表征测定、超精细组装加工的新原理新技术已经成为推动材料科学开拓性发展的重要动力;计算材料学受到高度重视。

当前,人类经济社会发展面临能源、资源、环境等重大挑战,材料研究和使用必须充分关注其全寿命成本,即既要使材料易于制造和加工,要使材料具有更好的性能,又要减少对资源和能源的依赖,减少对环境的污染和破坏。因此材料的全寿命成本及其控制技术是材料领域最具广泛性、紧迫性和前瞻性的重大命题,是影响我国未来发展和现

13

代化进程的重大科技问题。目前和未来,围绕材料全寿命成本及其控制技术,其核心科技问题是:(1)材料使役行为的预测、设计与控制;(2)材料高效循环利用;(3)材料结构功能一体化;(4)材料结构与性能分析检测技术。

至2050年前后,我国将建成材料科学技术的完整创新体系,材料全寿命成本将成为材料研发和应用的引导因素;基础研究和新工艺新设备研发能力国际领先;实现由材料大国向材料强国的战略性转变,先进材料发展能够全面满足高新技术、可再生能源、生命与健康、环境保护的需求,支撑并引领人类经济社会发展。

为实现上述目标,未来材料科学与技术的重要突破可能表现在:a)计算材料学的发展,使材料组织结构与性能的关系得到系统准确的理解,从而使性能预测和材料设计成为可能,进而精确设计并控制材料制备过程;b)在传统材料不断性能升级的同时,各种新材料逐步研究成熟并获得应用,如新型能源信息生物材料、纳米材料、仿生材料等;c)实现材料结构功能一体化,进而发展出智能材料技术和高智能多级结构复合材料;d)高品质原材料的制备实现高效节能,广泛采用材料绿色制备和低成本高效循环再利用技术;e)材料近终形连续加工技术、材料器件一体化技术、智能可控加工技术得以广泛实施;f)服役条件包括极端条件下材料性能演化规律和机理得到清晰认识,材料和结构器件的失效过程能被准确评估预测,实现材料寿命周期全过程评估,材料损伤能被监测与修复;g)随着科学技术的全面进步,可以实现材料实时原位宏量的分析测试与表征;h)材料数据积累不断丰富并系统全面,设计制造和材料选择综合考虑全寿命成本,形成完善的具有我国特色的材料体系。

14

上一条:《创新2050:科学技术与中国的未来》解读 下一条:15所名校调研报告:中国大学如何形成办学特色

关闭