姜仁華 熊興平 姚明哲


【編者按】? “十三五”期間,我國茶葉科技在眾多領域取得重大進展,依靠茶葉科技創新,茶產業得以實現高質量發展,成為助力農民增收和多地脫貧攻堅的支柱產業。當前,我國正處于實現“兩個一百年”奮斗目標的歷史交匯期,也是重要戰略機遇期。為了分析我國茶葉科技發展趨勢,探討“十四五”茶科技發展方向、目標和重點任務,謀劃“十四五”茶葉科技發展藍圖,讓茶科技更好地服務于茶產業,使茶產業成為鄉村振興的支柱產業,《中國茶葉》特開辟“‘十四五’中國茶科技展望”專欄,邀請全國茶界專家總結、分析我國茶葉科技各領域“十三五”進展,并對“十四五”發展方向和重點任務進行展望、規劃,助推我國茶產業高質量健康發展。
摘要:總結了“十三五”以來我國茶葉科技取得的重要成就,分析了茶產業、茶學學科發展趨勢以及茶產業對科技的需求,在此基礎上,提出了“十四五”期間我國茶葉科技發展的建議,以期為我國茶產業的高質量發展和茶葉科技的進步提供決策參考。
關鍵詞:茶葉;科學技術;“十三五”;進展;“十四五”;發展方向
Progress of Tea Science and Technology in
China and Meditation on Its Development
during the 14th Five-Year Plan Period
JIANG Renhua, XIONG Xingping, YAO Mingzhe
Tea Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Hangzhou 310008, China
Abstract: This article summarized the important achievements of science and technology in tea industry of China
since the 13th Five-Year, analyzed the development trend of tea industry, tea science and the demand for science and
technology. On this basis, suggestions on the development of tea industry science and technology during the "14th
Five-Year Plan" period were put forward in order to provide a reference for the high quality development of tea industry
and the improvement of tea science and technology in China.
Keywords: tea, science and technology, the 13th Five-Year Plan, progress, the 14th Five-Year Plan, development
direction
茶產業是富民產業、生態產業、健康產業、文化產業。“十三五”以來,我國茶產業發展迅速,生產規模不斷擴大,綜合產值不斷提升,在實施脫貧攻堅和鄉村振興中發揮了重要作用。目前我國茶葉種植面積、生產總量、消費總量、出口額均位居世界第一。與此同時,我國茶葉科技取得了長足的進步,有力地支撐了我國茶產業的快速、高質量發展。在看到成績的同時,我們也要清醒地認識到,我國茶產業發展也面臨著產能出現結構性過剩、生產成本持續上升、綜合效益仍有待提高、科技對產業的貢獻率需要進一步提升等挑戰。
“十四五”是我國茶產業和茶科技發展的重要戰略機遇期。2021年3月22日,習近平總書記在福建武夷山考察調研時指出,要把茶文化、茶產業、茶科技統籌起來。因此,總結“十三五”我國茶葉科技發展取得的重要成就,分析未來茶學學科發展趨勢以及茶產業對科技的需求,在此基礎上,提出“十四五”我國茶葉科技發展的建議,對我國茶產業的高質量發展和推動茶葉科技進步是非常有必要的。
一、“十三五”我國茶葉科技發展取得的成績
1. 獲得國家科技投入增幅明顯
“十三五”期間,國家對科技計劃管理進行改革,形成了新的國家科技計劃體系。茶葉領域在新的國家科技計劃體系中,獲得的國家科技投入大幅增加。在國家重點研發計劃方面,“化學肥料和農藥減施增效綜合技術研發”等6個專項安排了6項茶葉領域項目,合同國家財政經費達到1.32億元;在“主要經濟作物優質高產與產業提質增效科技創新”等6個專項中,以茶葉研究為主要內容,共有30項課題獲得了立項,合同國家財政經費約1.6億元;與“十二五”國家科技支撐計劃、973計劃、863計劃、行業專項等計劃支持的茶葉領域項目(課題)相比,立項項目(課題)數和國家財政經費支持額度增加4倍以上。在國家自然科學基金方面,茶葉領域共獲得各類別基金項目資助285項,合同金額達到1.2億元,其中獲得了2項優秀青年科學基金項目、1項重點國際(地區)合作研究項目、3項區域創新發展聯合基金重點項目,在項目類別和項目資助數、資助金額方面都取得了新的突破。
2. 科技產出量質齊升
(1)獲得獎勵成果數量不斷增加,質量提升明顯
至2021年5月的公布信息可見,“十三五”期間茶葉領域獲得省部級及以上獎勵成果107項次,其中省部級一等獎及以上獎勵14項,獲得3項國家科技進步二等獎(其中1項已完成公示)。與“十二五”相比,在獲獎類別方面,2016年首次實現省級自然科學獎零的突破,獎勵成果數量增加20.2%,高級別(省部級一等獎及以上)獎勵成果數量增加75%,且首次獲得省級特等獎1項、省級自然科學一等獎1項。
(2)SCI期刊發表論文數量增加明顯
在Web of Science中,以tea 或camellia為關鍵詞,結合摘要甄別,對中國大陸各學術機構在SCI期刊上發表論文進行了檢索(圖1),發表論文數從2011年的371篇增長到2020年1 684篇,數量逐年增加,“十三五”期間共發表SCI期刊論文6 119篇,比“十二五”增加1.26倍。在高質量期刊的發文數量也實現新高,在Nature Communications、Molecular Plant、PNAS、New Phytologist、Plant Journal等TOP期刊發表了多篇高質量論文,實現了茶學基礎研究的新突破。
(3)申請和授權發明專利數量總體有所增加
在智慧芽PatSnap全球專利數據庫中,以茶為關鍵詞,排除茶油和油茶等,對中國大陸2008—2020年申請和授權的發明專利進行了檢索(圖2),2016年專利申請和授權數達到最多,“十三五”期間發明專利申請數比“十二五”增加52.1%,但授權發明專利數只增加4.4%。
3. 科技創新取得新進展
(1)茶樹基因組與功能基因研究
在國際上率先完成茶樹全基因組測序,完成了4個染色體級別的基因組組裝[1-4],構建了1個茶樹基因組的精細圖譜[5],為推動茶樹重要功能基因的定位和克隆、分子標記輔助選擇育種奠定了基礎。鑒定出一批重要基因,如分離克隆出苦茶堿合成酶基因,明確了它在咖啡堿轉化為苦茶堿過程中催化N-9位甲基生成的機制[6],鑒定出調控花青素、兒茶素等品質成分合成、抗逆等性狀的關鍵基因[7-9]。
(2)茶樹資源與育種
新收集了一批野生近緣種等珍稀特異資源,使國家種質茶樹圃保存資源達到3 700余份,資源多樣性繼續保持世界首位;鑒定發掘出一批葉色變異[10]和功能成分特異的茶樹資源,為特異品種的選育和多元化產品開發提供了種源基礎。育成了一批優質特色無性系茶樹新品種,“十三五”期間全國登記新選育品種51個,獲得授權植物新品種權72個,品種支撐產業發展作用突顯,全國茶園良種化率達到68%。
(3)茶樹次級代謝研究
研究明確了茶樹中茶氨酸等一些重要次生物質的代謝途徑和調控機制,如進一步揭示了茶氨酸在茶樹中的生物合成及轉運分子機制[11],發現了咖啡堿新的代謝途徑[12],揭示了茶樹芳樟醇和橙花叔醇生物合成調控新機制[13]等。
(4)茶葉綠色生產技術研究
構建了茶園化肥減施增效的理論、方法和技術體系,集成創新化肥減施增效技術模式13套,技術模式推廣面積已超過14萬hm2,實現平均化肥減施37%、肥料利用率提升40%以上,節本增效明顯。
針對茶小綠葉蟬、茶尺蠖、灰茶尺蠖等我國茶園重要害蟲,攻克了昆蟲視覺信號電生理篩選、性信息素微量組分鑒定等技術難點,研發出天敵友好型LED殺蟲燈、黃紅雙色誘蟲板、新型性誘劑等綠色防控新產品,實現了茶園害蟲的精準、高效誘殺[14];集成提出茶園病蟲害綠色防控技術模式,實現化學農藥平均減施70%以上,極大地提高了我國茶園害蟲綠色防控技術水平。
(5)茶葉加工技術與裝備
研制出一批茶葉加工品質提升新技術和加工關鍵設備,超微茶粉(抹茶)、茉莉花茶等再加工茶加工技術和裝備取得較大進展[15-16],基于近紅外、機器視覺等茶葉水分、茶葉品質智能感知技術取得了突破,數字化加工技術在部分茶類開始應用,主要茶類基本實現連續化加工,茶葉加工裝備和技術水平明顯提高。
(6)茶葉加工化學
初步明確了綠茶、紅茶、白茶、黑茶等代表性茶類特征成分[17-19]。在茶葉中發現一些新成分,如在紅茶和半發酵茶中發現線粒體激活因子(MAF),在白茶中發現EPSF類新成分“老白茶酮”[20],在廣西白毛茶中發現8 種由茶氨酸與兒茶素轉化生成的新化合物C-8N-ethyl-2-pyrrolidinone-substituted flavan-3-ols,這些化合物具有抗氧化和抑制乙酰膽堿酶的活力[21]。
(7)茶精深加工
開發出冷溶、高香等高品質專用速溶茶,實現了速溶茶的終端化和高質化應用;茶葉功能成分綠色高效提制和合成技術取得進展,產品生產規模、安全性、純度得到提高,開發出一批以茶葉功能成分為原料的天然藥物、保健食品、功能食品及個人護理品,產品呈現多樣化、功能化、時尚化、方便化的特點[14, 21]。
(8)茶葉質量安全
開發出基于石墨烯和納米技術的快速茶葉農藥殘留樣品前處理技術[22-23],基于微流控紙芯片的茶葉中多酚含量、農藥殘留速測技術等[24-25];研究提出茶園農藥選用的評價體系,構建了以茶湯中農藥“有效風險量”制定MRL的新原則,修訂6項國際茶葉的農藥MRL標準,提出蒽醌等茶葉中危險物阻斷技術,創制了新煙堿農藥的單克隆抗體靶向識別現場快速檢測技術和產品,研究成果獲2019年度國家科技進步二等獎1項,使我國茶葉質量安全監管技術水平得到進一步提升[14]。
(9)茶與健康
通過人體流行病學長期調查、體外試驗或動物實驗等,進一步證明綠茶等茶類有益健康的功效,特別是一些細分名茶的功效。研究發現,經常飲用綠茶可以顯著減少因心血管和癌癥死亡的風險[26],黃大茶與綠茶、紅茶相比,具有顯著降血糖功效[27],君山銀針茶葉有較明顯的降血脂和改善肝組織脂肪性損傷的作用[28]等;進一步明確茶葉功能性成分的健康功效,發現了一些茶葉功能性成分的潛在功效及作用機制。研究明確了普洱茶中茶褐素減輕高膽固醇血癥的機制[29],綠茶中EGCG抗癌[30]、抗衰老[31]、抗輻射[32]機制,茶氨酸抗癌[33]、茶黃素抑制骨溶解[34]等的機制,發現EGCG是治療自身免疫性疾病的潛在化合物[35]等。
(10)茶業經濟
建立了國家茶葉全產業鏈大數據中心,采集與定期編制發布《中國茶產業(杭州)指數報告》,茶產業經濟研究從以生產端為主向消費市場研究拓展,產業政策支撐能力明顯加強,智庫作用逐漸發揮。
二、我國茶產業及茶學科發展趨勢
1. 未來我國茶產業發展趨勢
(1)茶產品市場需求趨向多元化
消費者對茶產品的需求將趨向優質化、特色化、便利化,對健康功能將更加關注,從過去單一飲茶向飲(料)茶、吃茶、用茶、玩茶、事茶等多用途方向轉變。
(2)茶葉生產方式趨向現代化
人們對美好生活的向往,將加快茶葉生產從依賴過量使用化肥、化學農藥向綠色生產方式的轉變;勞動力短缺和生產成本不斷攀升倒逼茶葉生產從勞動密集型向機械化、自動化、智能化方向轉變。
(3)茶產業業態趨向多樣化
茶業將從單一生產功能向生產、生態、生活“三生”融合發展,茶業一二三產業的融合,將不斷延伸茶產業鏈,提升價值鏈。
2. 未來茶學科發展趨勢
(1)與新興學科融合加快茶學基礎理論發展和技術創新
現代生物學理論和技術的快速發展,顯著提升茶學基礎研究水平,預期在茶樹重要性狀基因功能與遺傳規律、茶葉品質形成轉化與調控機理等方面的基礎研究將取得顯著進展,促進傳統茶樹育種向現代分子設計育種的轉變,帶動茶樹培育、加工技術的突破;信息技術、大數據和人工智能的發展將促進茶葉從傳統的農業生產向精準農業、從農產品初加工向自動化、數字化、智能化、定向化精準加工的升級改造。
(2)與生命健康學科的交叉發展催生茶學研究新熱點
近10余年來,茶葉健康功能的研究快速發展,伴隨著生物組學、營養組學和高通量篩選等技術的發展與應用,茶葉功能成分鑒定、評價、利用的研究將繼續成為未來茶學研究的熱點和重點,在此方面的突破必將催生形成茶葉功能利用新的生長點,為茶產業未來可持續發展提供重要支撐。
(3)綜合和集成解決方案成為茶業技術發展的重要方向
伴隨著我國茶產業向中西部的快速轉移,新產區茶業發展將面臨新的技術問題。當前茶葉產業普遍存在的名優茶機采率低、茶葉質量安全隱患等突出問題,以及茶業一二三產業融合發展的技術需求,都難以靠某個領域的研究群體、某單一方面技術突破來解決,客觀要求不斷加強茶學各學科方向和領域間協同創新,通過多學科、多領域聯合攻關,提出綜合和集成的解決思路和方案。
三、茶產業發展對科技的需求
我國茶產業發展面臨的機遇和挑戰,對茶葉科技進步提出了新的要求,同時也說明未來茶葉科技大有潛力、大有可為。
1. 勞動力短缺、生產成本升高短期內將不可逆轉,茶產業急需實現“機器換人”
茶產業是勞動密集型產業。近年來,采茶工短缺的產區占比越來越高,部分地區采工短缺矛盾已十分突出;現有生產方式依賴大量勞動力投入,茶園生產資料成本逐年增加,茶葉生產成本持續上漲,茶葉人工成本占比將會越來越高,茶葉利潤出現天花板。破解這些難題,亟需改變生產作業方式,發展茶葉高效節本田間生產技術、名優茶機采機制技術、茶園作業機械化和自動化技術以及茶葉加工機械化、自動化、智能化技術,促進茶葉生產從依賴過量使用化肥、化學農藥向綠色生產方式的轉變,從勞動密集型向機械化、自動化、智能化方向轉變。
2. 為確保茶產品的質量安全和減輕對環境的存載壓力,茶產業急需向綠色高效方向發展
茶葉生產過程中肥料、農藥等生產投入品的不合理施用對環境,如土壤、水源等的累積影響可能將在未來凸顯,茶葉加工過程中能源的不當選擇和茶葉深加工過程中有毒有害溶劑的使用都有可能對茶產品和周邊環境造成一定的影響。解決這些問題,急需選育高抗、高肥效品種,研發茶樹綠色高效低碳栽培技術、茶園病蟲害綠色防控技術、茶葉節能清潔化加工關鍵技術、深加工產品綠色提制技術以及茶產品質量安全快速、低成本、精準檢測技術和茶葉中農藥殘留、重金屬元素、環境污染物的風險評估技術等,以保障茶產品質量安全,減輕對環境的存載壓力。
3. 產品結構性過剩將會在未來一定時期存在,茶產業急需向穩面積、調結構、增效益方向發展
近年來茶產業規模持續擴張,茶產品結構性過剩壓力不斷加大,急需促進茶樹品種和茶葉產品品類結構調整;要進一步加強茶葉營養健康評價、營養富集調控技術、產品定向加工、功能挖掘與資源高效多元化利用新技術研究,研制高值化、個性化營養健康茶產品,拓展茶葉多元化利用,從供給端發力,滿足消費者對茶產品趨向優質化、特色化、便利化的需求,推動茶葉從過去單一飲茶向飲茶、吃茶和用茶等多用途方向轉變。
4. 茶產業業態趨向多樣化,急需多學科交叉和綜合集成技術支撐發展
茶業 “三產”“三生”融合發展,對茶葉科技提出了新的要求,單一學科技術已經難以滿足發展需求,需要把“茶文化、茶產業、茶科技”統籌起來,走依靠多學科協同攻關、區域綜合集成發展的技術創新路徑,推動茶產業高質量健康發展。
四、“十四五”茶葉科技發展建議
按照“四個面向”要求,以“提升茶葉科技高水平自立自強和支撐茶產業高質量發展”為目標,以實施“五大行動”任務為抓手,力爭在茶學基礎前沿和茶葉綠色發展、智慧發展、質量安全、營養健康等領域取得一批原創性科學發現、重大關鍵技術突破和重大產品創新,高效支撐我國茶學一流學科建設和鄉村振興戰略的實施。
1. 實施學科創新能力提升行動
一是進一步完善茶學學科體系,大力布局和促進新興交叉學科方向建設,培育“茶業數字化”“茶業智能化”等研究方向,發展壯大“茶與健康”等研究方向;二是促進新興學科與傳統學科融合發展建設,推動現代生物技術、新材料技術、智慧技術等新興學科與茶學傳統學科方向的融合發展,提升創新能力;三是推動茶文化、茶產業、茶科技統籌發展研究,滿足新時期我國茶產業進入新發展階段、貫徹新發展理念、構建新發展格局和實施鄉村振興對茶葉科技的新需求。
2. 實施種業創新能力提升行動
“一粒種子可以改變一個世界”。種子是農業的“芯片”,打贏種業翻身仗,技術創新是關鍵。一是加強茶樹種質資源收集、精準鑒定與利用。加強重點區域種質資源收集保存利用,開展高通量、智能化表型信息采集與組學大數據分析等精準鑒定技術研究;發掘、創制一批具備抗病蟲、特異功能性成分等重要性狀的新種質。二是加快茶樹高效育種技術創新。研發建立茶樹高效遺傳轉化技術體系,開展基因編輯技術、全基因組選擇育種等育種新技術研究,推動茶樹從傳統育種向精準定向育種方向發展;三是開展突破性品種選育。開展適合機采的優質、高產和高抗新品種選育,開展適合綠色生態茶園建設的抗病蟲、高肥效新品種選育,開展區域名茶專用品種選育,開展滿足消費新需求的專用新品種選育等。
3. 實施茶葉優質安全與營養健康提升行動
圍繞綠色發展理念,重點開展茶園省力節本高效生產技術研究及產品研制,茶園區域性暴發性害蟲和病害綠色防控技術與產品研究,名優茶機采機制關鍵技術及裝備研制,茶葉風險因子產地快速檢測技術與產品研究,集成建立茶葉高效綠色安全生產加工技術模式;構建不同品種、不同產地的茶產品評價和溯源系統,建立新“三品一標”全程質量控制生產體系;開展茶葉營養健康功效評價及關鍵成分互作效應研究、多元化營養健康特色茶產品的智造技術、茶葉營養健康成分含量的快速檢測技術及評價體系研究,建立茶產品營養健康評價體系,提出功能成分富集與高效利用技術,創制新型營養健康茶產品,滿足人民群眾日益增長的美好生活需要。
4. 實施數字茶業建設行動
針對我國茶園田間生產機械化水平不高以及茶葉生產和加工數字化、智能化水平低,導致生產用工成本高、產品品質不穩定等問題,基于農機、農藝技術融合的研究思路,采取專用化、輕量化、電控化和數字化設計理念,結合茶樹品種、茶樹生理、茶園種植、土壤和加工等農藝特性角度協同突破,系統開展茶葉生產、加工全程數字化、智能化關鍵技術裝備研究,構建茶園、茶葉、加工品質和機械裝備的協同智能制造體系,減少對勞動力的過度依賴,提高我國茶葉生產加工效能和數字化、智能化水平。
5. 實施茶產業區域協調發展行動
為鞏固拓展脫貧攻堅成果,做好脫貧攻堅與鄉村振興的有效銜接,重點在秦巴山區、武陵山區、大別山區、烏蒙山區等茶區,根據區域生態資源特點和產業存在的問題,綜合集成應用先進技術,研究提出適宜區域發展的茶葉綠色高效生產模式,建立茶產業特色鄉村振興示范區,為實現區域茶產業提質增效和實施鄉村振興提供強有力的科技支撐。
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