農業科研信息化發展態勢與“十四五”展望

趙瑞雪，孫 坦，楊曉蓉，王 劍

（1.中國農業科學院農業信息研究所，北京 100081；2.中國農業科學院，北京 100081；3.農業農村部農業大數據實驗室，北京 100081）

1 科研信息化的內涵

科研信息化作為賦能科學研究活動的一種信息化形式，其本質是利用信息技術和相關服務來完善科學研究環境、加快科學研究過程的一種手段[1]?？蒲行畔⒒畛鮼碓从凇癳-science”和“e-research”(電子研究)，可被認為是上述兩個概念的綜合，即其內容既包括面向科研活動的基礎設施，也包括支撐科研行為的各類工具和環境[2]。因此，從某種意義上來說，科研信息化的發展并非取代傳統意義上的科研方式，而是通過先進信息技術在科研領域的深入應用，支撐甚至引領科研模式創新，推動科學技術不斷發展。

學術界對科研信息化的關注主要經歷了3 個階段：從早期的“面向技術的關注”和“應用的研究”，發展到現今“技術使能的研究（research enabled by infrastructure）”，數據分析、挖掘、處理、可視化與協同研究等已成為科研信息化關注的重點[3]。在實踐中，支撐科研協作和資源共享被公認為科研信息化基本任務，也是科研信息化在科研領域“融入環境，嵌入過程”的重要體現，其支撐和推動作用表現在3 個方面：

一是推動科研模式演進?？蒲行畔⒒鶐淼男畔⒒夹g與工具能夠強化對已有數據資源的深度分析與處理，支持研究成果的匯聚與共享，從而顯著提升科研人員的研究能力與協作水平，推動研究模式創新應用[4]。

二是促進團隊協作。科研信息化能夠突破各類舊有科研模式的壁壘，彌合時空與文化障礙，有效提升科研人員的信息共享和團隊協作效率，充分集聚人力和資源，降低成本，進而保障團隊科研協同創新的順利進行[5]。

三是強化知識共享與利用。在科研信息化體系下，科研人員能夠借助先進的信息技術搭建支撐開放共享的研究環境，推動知識資源的獲取、加工、保存和分享[6]，凝練集體智慧生成，有效推動研究者自我知識管理能力，增強研究團體的共同知識資源。

綜上可知，科研信息化作為一種賦能科研創新的信息化形式[7]，其的發展極大強化了信息技術與科學研究的融合，在基礎環境、資源共享與團隊協同的領域有效促進了科研活動的協作化、共享化與數字化，推動了大規模、跨地域和跨學科的科研協同創新，促進了科技的發展和科研模式的轉型升級。

2 國內外科研信息化發展現狀

科研信息化概念的提出，使其作為變革科研組織與活動模式、推動科技發展轉型的重要驅動力，成為世界各國的重要關注點之一，進而在發展戰略層面推出種種措施持續加快科研信息化的發展，不斷增強科研信息化建設力度，從而推動科研信息化迅猛發展。在美國，國家層面上推出了各類大數據戰略，集中加強科研基礎設施建設，以推動整體科研信息化的發展[8]。在這一背景下，美國國家自然基金委（NSF）發布了“面向21 世紀科學研究的網絡基礎設施”規劃，計劃投入1.17 億美元重點支持數據驅動型科研設施、新型計算機基礎設施、網絡基礎設施研發與建設[9]，其目標旨在構建一個科研信息化基礎設施生態系統，以實現對科學發現與創新的支撐。在歐盟，歐盟委員會制定了“地平線2020”戰略計劃，擬投入800 億歐元整合和開放現有的、具有泛歐意義的國家信息化基礎設施，并以此為基礎打造新型的世界級信息化基礎環境，實現服務于國家創新的開放、可信賴、可互操作的信息化基礎設施的目標[10]。在該計劃資助下，歐洲信息化基礎設施觀察站正式啟用，其所提供的可視化工具和大量基準指標，能夠公正、多維度地監測和分析、評估歐洲信息化基礎設施發展狀況，從而有力地支持了全歐范圍內信息化建設的持續改進和快速完善[11]。與此同時，包括日韓在內的其他國家從本國實際出發，紛紛制定相應的國家和機構戰略和計劃，大力推進科研信息化建設，以保障科技創新的國際競爭力[12]，涌現出CiNii Research（日本國立情報研究所學術信息服務門戶）、KISTI（韓國科學技術信息研究院）等信息化平臺與機構[13]。

我國政府高度重視科研信息化建設工作，先后推出了《國家重大科技基礎設施建設中長期規劃（2012—2030年）》等一系列政策文件[14]，為我國當前和今后一段時間科研信息化建設確立了方向。2018年12月，國家層面上的信息技術新基建的理念著重強調了“要加大制造業技術改造和設備更新，加快5G 商用步伐，加強人工智能、工業互聯網、物聯網等新型基礎設施建設”[15]。在此背景下，我國科研信息化建設加速向泛在智能、立體多維的方向演進，數字化、網絡化、智能化不斷發力于科研信息化的各項設施建設，技術體系化創新和產業生態競爭的特征日趨明顯，新型的基礎設施條件和新一代的網絡基礎體系已初步呈現。

綜觀國內外的近年來有關科研信息化建設的戰略規劃和相關愿景，高速科研網絡、高性能計算環境、大科學數據中心、科學計算工具、開放型科研協作已成為科研信息化建設的重點[16]。這意味著，科研信息化發展在不斷完善虛擬研究開發環境的同時，也將會提供開放的資源要素來支持科學研究人員對計算資源、數據以及專業知識的分享，從而實現推動跨學科領域協作的大型一體化科研平臺在全球范圍不斷發展[17]。由此可以預期，具備集成化和一體化特征的科研信息化工具及其設施環境必將有效推動數據密集型研究、跨部門協同研究等新型研究活動，不斷完善和發展創新領先國家的各項強國戰略，預期未來這一趨勢將持續增強，呈現出更為迅猛的發展態勢。

3 農業科研信息化態勢分析

以數字化、網絡化、智能化為特征的新一代信息技術正在孕育革命性突破，科研信息化作為新一輪科技革命的重要引擎，其發展應用領域將迎來集中爆發期。其中，農業科研信息化作為科研信息化的一個重要應用領域，能夠有效地推動農業科研活動與科研環境的信息化，加速數據與信息資源長距離、大范圍的傳輸與交流，實現突破時間、空間和物理障礙的協作與共享，從而對農業產業轉型升級具有深遠的意義。近年來，農業科研信息化展現出良好的發展態勢。

3.1 數據密集型科研范式推進新型農業科研基礎設施升級

科研信息化所引發的先進信息技術在科學研究領域的推廣與應用，科研范式也隨之發生了巨大的變革，科研信息化基礎設施提供的大規模計算、存儲能力以及科研儀器的開放式共享將推進海量數據的高效采集、存儲、分析，進而使數據成為科研創新的關鍵資源[18]。在農業領域，傳統農業科研活動中所注重的事物之間的因果關系已經不再是科研人員進行深度研究的必要步驟和關鍵，通過對農業各類基礎設施所匯聚的海量數據計算與處理所得到的相關性結果，已成為農業科研數據密集型科研范式的重要表現形式，而在這一新型科研范式的背后，則是農業科研突破原有學科、地域等條塊分割的限制，實現跨學科、跨機構、體系化、平臺化、協作化新型研究形式，而科研信息化所帶來的基礎設施升級改造也成為新型科研范式變革的內在需求[19]。其中對農業各個領域海量數據分析與處理的需求，也進一步催生了新型科研信息化基礎設施能力的提升與設備共享，進而成為農業各學科間開放式科學發展的重要支撐[20]。由此可以預期農業傳統意義上的九大學科在與信息化融合發展過程中，將充分利用先進的信息技術及其應用模式，持續加強開放式的網絡化協作科研和數據驅動的數據密集型科研加速發展，最終建立基于開放理念和先進技術的全新的科學組織范式。而農業科研信息化作為顛覆傳統農業創新研究手段和模式的重要抓手，其所帶來的新型數字基礎設施也必然成為支撐農業第四科研范式變革、實現科技創新跨越的基礎保障。

3.2 科研信息化成為農業科研治理體系現代化的重要抓手

傳統的農業科研治理方式由于具有較大的封閉性，使得農業機構與人員之間由于交流不足而導致重復勞動，從而造成了農業科研資源的巨大浪費。為了應對這一問題，借助科研信息化推動農業科研管理現代化，是新型農業科研治理體系的必然選擇。包括我國在內的世界各國已經將構建基于科研信息化的科研治理體系作為科研創新主要動力之一，不斷增強其建設力度[21]。而在農業領域，隨著科研活動的不斷深入，農業學科深度與廣度不斷擴展，各學科間的交叉融合程度也不斷增強，因此構建能夠覆蓋農業學科各領域的現代化科研治理體系，對于推動農業創新、提升農業科技發展水平具有重大意義，而這一科研治理體系的實現離不開農業科研信息化發展與應用。因此可以預期，隨著信息技術的飛速發展，科研信息化在農業科研治理各項改革舉措中發揮日益重要的支撐作用，同時農業科研治理現代化也直接對科研信息化的設施和支撐能力提出了更高的需求。這意味著，隨著科研信息化發展新時期的到來，農業科研治理體系現代化進程必將隨之加速，今后必將有越來越多的科研治理活動能夠借助科研信息化的支撐與保障，從而推動科研信息化成為支持科研體制、機制改革的重要支柱，賦能數字化、網絡化、智能化“三化融合”的農業科技創新治理新格局，引領“數據管理、數據決策、數據創新”的農業科研治理新業態，實現信息化治理帶來的高效能。

3.3 人工智能等新一代信息技術加速與農業科研活動交互融合

隨著人工智能和5G 等具有顛覆性的戰略性新技術突飛猛進，移動互聯、腦科學和智能技術應用場景不斷擴展，并推動信息技術與科研活動的融合呈現出革命性重構態勢[22]，人工智能技術作為一種新型信息技術所催生的研究模式，得到了世界各國的廣泛重視[23]。在農業領域，人工智能技術與農業科研的深度融合在加快研究進程同時，也極大地改變了農業科技創新的模式，推動農業科研活動逐步轉向以機器、人、網絡和物融合的混合智能系統與群智系統[24]。這意味著，人工智能技術一方面已成為農業機械、傳感器控制等領域智慧化發展的重要新引擎。另一方面，智能化技術與農業科研環境的融合顯著拓展和提升了表型數據、基因數據為代表的農業各學科數據獲取的范圍和計算存儲能力，促進了農業科研模式與創新能力的代際提升，推動農業數據生產要素價值的發揮。極大地提升了科研管理的決策能力和科研活動的感知、行動能力，引領了整體農業科研價值傳遞方式變革和創新網絡的發展。由此可以預期：“十四五”期間，信息技術與科研活動的交互與融合趨勢將日益強化，從而推動科研信息化成為農業科研活動智能化轉型的重要抓手。

4 中國農科院科研信息化建設進展

作為農業科研的國家隊，中國農業科學院長期以來重視科研信息化建設，并將其作為引領農業科研創新、推進一流科研院所建設的重要抓手，各項工作取得了顯著進展：在組織上，2010年中國農科院成立了院黨組領導下的信息化工作領導小組，統領全院信息化建設工作，相繼發布了《中國農業科學院信息化發展規劃(2014—2025)》《中國農業科學院“十三五”科研管理信息化工作方案》《中國農業科學院“十四五”信息化發展規劃》《中國農業科學院科研信息化發展報告》等綱領性文件與研究成果，有效推動了中國農業科學院科研信息化建設的良性發展；在基礎環境營造方面，中國農業科學院中關村院區已實現“萬兆主干，千兆桌面”出口雙鏈路的網絡環境，建成云計算基礎設施環境（IaaS）和高性能計算平臺系統、網絡安全態勢感知平臺以及云會務、云視頻和云文檔等多項應用平臺，服務于全院科研的信息化基礎環境建設已初具規模；在科研治理體系建設方面，中國農業科學院根據全院“一盤棋”的總體思路，持續推進“數字農科院”建設，全面覆蓋科研、人事、財務、成果轉化、國際合作、基建、黨建、研究生教育、數字出版等全板塊業務，實現全院各類單位業務與財務的貫通與深度應用；在科學傳播生態方面，全院已建成較為齊全的包含“1 個院級門戶網站＋36 個所級門戶網站”的院所兩級門戶網站群平臺，積極開展基于領域專家和自身力量的科普作品創作和傳播活動，“三位一體”特色化網絡科學傳播體系已初步形成。在科研信息化應用方面，中國農業科學院九大學科均建立了不同程度的科學數據采集、存儲和共享系統，并廣泛應用了物聯網、無人機、遙感等信息技術，特別是在園藝、植保、作物等學科已經大規模、持續開展了基于信息技術的基因組學分析，創新驅動的農業九大學科集群與信息化融合發展態勢正加速實現。

然而，隨著農業科研方式與科研要素的變化與演進，中國農科院的科研信息化還面臨著一些挑戰：在技術環境方面，科研信息化發展生態與基礎設施還不能完全適應 “三個面向”“兩個一流”的要求；在管理環境方面，科研管理信息化與融媒體科學傳播體系對全院科研活動的支撐作用還有待于進一步提升；在科研應用方面，數據密集型支撐環境與智能化、網絡化農業學科信息化應用能力還不能充分滿足第四科研范式轉型升級的需求。為此，“十四五”期間，中國農業科學院科研信息化建設應充分順應全球農業科研發展的要求，不斷利用數字技術，提升整體運營效率，實現經濟效益，在準確把握運營工作自身的優勢、劣勢，及時跟蹤了解存在問題的同時，做出科學、合理、有效的決策，實現“釋放數字紅利，共享發展成果”科研信息化建設目標。

5 “十四五”期間農業科研信息化發展展望

科研信息化作為國家科技與信息的重要保障手段之一，其已成為關乎于國家發展的重要發展戰略之一[26]。因此 “十四五”期間，農業科研信息化建設應把握時代發展潮流，以打造一流農業科研信息化數字底板為目標，加強戰略性和前瞻性信息技術應用研究，加速推進科研信息化與各項農業學科應用場景有效銜接，以信息化促進創新效率和創新效能的提升，從而實現農業科研信息化的持續性、引領性發展戰略，其相關發展框架如圖1 所示。

圖1 “十四五”期間農業科研信息化發展框架

5.1 完善農業科研信息化高質量發展生態體系

農業科研信息化建設不僅涉及網絡、數據、計算等技術要素，還涉及體制、機制、政策、理念、人員等管理因素，兩者缺一不可，互為促進[27]。為此，要發揮各方面要素的積極作用，完善農業科研信息化總體規劃與頂層設計，著力從科技應用、計算應用、學科應用3 個維度全面推進科研管理信息化生態建設，覆蓋科研活動各領域的管理信息體系，形成“科研自動化、轉化自動化、支撐自動化、管理自動化”發展態勢，提升科研信息化總體的技術適應性、架構開放性、業務配置靈活性，構建農業科研信息化發展的良好生態環境，強化科研信息化面向科研活動“融入環境，嵌入過程”的能力，有效促進科研模式的轉型和科技創新能力提升。

5.2 加速推進新一代農業科研息化基礎設施建設

面向農業各領域的基礎設施是農業科研信息化與科研活動深度融合的抓手，也是農業領域第四科研范式革命性變革的重要支撐[28]。同時，先進的農業科研信息化基礎設施也能夠有效促進農業各項學科應用場景的落地。為此，應面向農業科研創新實踐，加速構建新一代科研信息化基礎設施，充分借助戰略性信息技術，搭建服務各類農業創新單元的科研信息化基礎設施平臺，打造面向科研試驗基地和辦公園區的低功耗廣域物聯網，形成集高容量與高性能于一體的云存儲和云服務能力，為不同應用方向的農業科研活動提供全面的通道支撐。推動軟硬結合、功能齊全、服務高效的應用體系構建，為農業科技創新活動提供專業化、集成化、自助化的科研信息化基礎環境，支撐農業科研范式的轉型與升級。

5.3 提升農業科研大數據匯聚與計算能力

以國家戰略的高度積極推進農業科研大數據發展，充分貫徹中央及國家相關部門科學大數據發展的方針政策，面向大數據環境下科研活動痛點需求和發展態勢，進一步健全農業科學大數據融匯、治理體系，圍繞農業“今天”的現實需要加強大數據技術集成應用，圍繞“明天 ”的競爭需求加強數據治理關鍵核心技術攻關，圍繞“ 后天”的引領目標加強農業數據科學基礎研究和原始創新，研建農業科研大數據中心，構筑高性能計算資源池，充分利用現有的高性能資源池和標準的軟件平臺，研發具有深度學習等建模引擎模式和方法，以用戶需求為導向，建成支持新硬件、新架構和新技術的高性能計算先導試驗床，滿足多種應用需求的高性能計算需求，顯著增強適應農業數據科學發展的基礎性技術研發能力，積極應對數據密集型科研范式變革所引發的科研創新與管理的挑戰，打造集技術研發、高效計算、融合服務、成果共享于一體的農業科研大數據應用示范生態，助力農業科研創新平穩發展。

5.4 重視農業科研信息化應用效果

科研信息化應用的本質在于借助先進的信息技術對科研活動流程進行優化與再造，以提升科研創新和決策的協同化、規范化、科學化和高效化水平[29]。從這點意義上來說，管理、服務、協同是科研信息化應用的三個基本要素，而重視這三類要素所產生的效果則是增強科研信息化可持續發展能力的關鍵[30]。為此，農業科研信息化的發展要前瞻布局大數據和人工智能環境下的新型服務模式和服務平臺，充分應用先進的信息技術、服務模式和設施環境，為各項農業科研活動提供新工具、新路徑和新條件，建立學科領域信息服務平臺，增強學科研究團隊間的科研信息互聯互通，設計并推廣應用農業病蟲害識別與監控、基因編輯工具、數據智能采集、儀器設備故障診斷等應用系統，進一步加快補齊人工智能設計、智能農機裝備等關鍵核心技術突出短板，力爭在核心信息技術應用領域盡快實現彎道或者換道超車，從而強化農業科研信息化面向科研活動的融入能力，充分發揮科研信息化創新引領效能，實現農業信息化應用能力的跨越式提升。

5.5 大力推進復合型人才隊伍建設

人才作為支撐發展的第一資源，是農業科研信息化建設和應用的基礎[31]。為此，應進一步強化人才培育力度，著力培養面向科研信息化建設與應用各領域的復合型人才，充分發揮農業科研院所教育資源與人才隊伍優勢，構建信息技術與農業各大學科融合的交叉、復合型人才培育模式，在人才技能領域實現信息化與專業學科的嵌入和融合。加快推動信息化工作分類考評和激勵機制的建立，鼓勵科研單位設立信息化專職崗位，加強交叉、復合型信息化人才培養和引進，努力建成一支精干、高效、穩定的信息化專屬人才隊伍，解決科研信息化建設對人才的迫切需求，從而為農業科研信息化的持續性發展和應用提供人才基礎。

總之，農業科研信息化的發展推動了農業科研生態從人人互聯向萬物智聯的演進，戰略性信息技術對農業的支撐作用日益顯著，無論是信息機構還是科研機構，都將接受更加嚴峻的挑戰和沖擊，而以農業科研信息化促進創新發展也必將成為未來農業科技發展的重要戰略。為此，應當加強謀劃、盡早布局，構建支撐新型科研模式以及服務社會經濟發展的新一代農業科研信息化體系，對農業科技創新能力提供有效的支撐。