农业科研信息化发展态势与“十四五”展望

赵瑞雪，孙 坦，杨晓蓉，王 剑

（1.中国农业科学院农业信息研究所，北京 100081；2.中国农业科学院，北京 100081；3.农业农村部农业大数据实验室，北京 100081）

1 科研信息化的内涵

科研信息化作为赋能科学研究活动的一种信息化形式，其本质是利用信息技术和相关服务来完善科学研究环境、加快科学研究过程的一种手段[1]。科研信息化最初来源于“e-science”和“e-research”(电子研究)，可被认为是上述两个概念的综合，即其内容既包括面向科研活动的基础设施，也包括支撑科研行为的各类工具和环境[2]。因此，从某种意义上来说，科研信息化的发展并非取代传统意义上的科研方式，而是通过先进信息技术在科研领域的深入应用，支撑甚至引领科研模式创新，推动科学技术不断发展。

学术界对科研信息化的关注主要经历了3 个阶段：从早期的“面向技术的关注”和“应用的研究”，发展到现今“技术使能的研究（research enabled by infrastructure）”，数据分析、挖掘、处理、可视化与协同研究等已成为科研信息化关注的重点[3]。在实践中，支撑科研协作和资源共享被公认为科研信息化基本任务，也是科研信息化在科研领域“融入环境，嵌入过程”的重要体现，其支撑和推动作用表现在3 个方面：

一是推动科研模式演进。科研信息化所带来的信息化技术与工具能够强化对已有数据资源的深度分析与处理，支持研究成果的汇聚与共享，从而显著提升科研人员的研究能力与协作水平，推动研究模式创新应用[4]。

二是促进团队协作。科研信息化能够突破各类旧有科研模式的壁垒，弥合时空与文化障碍，有效提升科研人员的信息共享和团队协作效率，充分集聚人力和资源，降低成本，进而保障团队科研协同创新的顺利进行[5]。

三是强化知识共享与利用。在科研信息化体系下，科研人员能够借助先进的信息技术搭建支撑开放共享的研究环境，推动知识资源的获取、加工、保存和分享[6]，凝练集体智慧生成，有效推动研究者自我知识管理能力，增强研究团体的共同知识资源。

综上可知，科研信息化作为一种赋能科研创新的信息化形式[7]，其的发展极大强化了信息技术与科学研究的融合，在基础环境、资源共享与团队协同的领域有效促进了科研活动的协作化、共享化与数字化，推动了大规模、跨地域和跨学科的科研协同创新，促进了科技的发展和科研模式的转型升级。

2 国内外科研信息化发展现状

科研信息化概念的提出，使其作为变革科研组织与活动模式、推动科技发展转型的重要驱动力，成为世界各国的重要关注点之一，进而在发展战略层面推出种种措施持续加快科研信息化的发展，不断增强科研信息化建设力度，从而推动科研信息化迅猛发展。在美国，国家层面上推出了各类大数据战略，集中加强科研基础设施建设，以推动整体科研信息化的发展[8]。在这一背景下，美国国家自然基金委（NSF）发布了“面向21 世纪科学研究的网络基础设施”规划，计划投入1.17 亿美元重点支持数据驱动型科研设施、新型计算机基础设施、网络基础设施研发与建设[9]，其目标旨在构建一个科研信息化基础设施生态系统，以实现对科学发现与创新的支撑。在欧盟，欧盟委员会制定了“地平线2020”战略计划，拟投入800 亿欧元整合和开放现有的、具有泛欧意义的国家信息化基础设施，并以此为基础打造新型的世界级信息化基础环境，实现服务于国家创新的开放、可信赖、可互操作的信息化基础设施的目标[10]。在该计划资助下，欧洲信息化基础设施观察站正式启用，其所提供的可视化工具和大量基准指标，能够公正、多维度地监测和分析、评估欧洲信息化基础设施发展状况，从而有力地支持了全欧范围内信息化建设的持续改进和快速完善[11]。与此同时，包括日韩在内的其他国家从本国实际出发，纷纷制定相应的国家和机构战略和计划，大力推进科研信息化建设，以保障科技创新的国际竞争力[12]，涌现出CiNii Research（日本国立情报研究所学术信息服务门户）、KISTI（韩国科学技术信息研究院）等信息化平台与机构[13]。

我国政府高度重视科研信息化建设工作，先后推出了《国家重大科技基础设施建设中长期规划（2012—2030年）》等一系列政策文件[14]，为我国当前和今后一段时间科研信息化建设确立了方向。2018年12月，国家层面上的信息技术新基建的理念着重强调了“要加大制造业技术改造和设备更新，加快5G 商用步伐，加强人工智能、工业互联网、物联网等新型基础设施建设”[15]。在此背景下，我国科研信息化建设加速向泛在智能、立体多维的方向演进，数字化、网络化、智能化不断发力于科研信息化的各项设施建设，技术体系化创新和产业生态竞争的特征日趋明显，新型的基础设施条件和新一代的网络基础体系已初步呈现。

综观国内外的近年来有关科研信息化建设的战略规划和相关愿景，高速科研网络、高性能计算环境、大科学数据中心、科学计算工具、开放型科研协作已成为科研信息化建设的重点[16]。这意味着，科研信息化发展在不断完善虚拟研究开发环境的同时，也将会提供开放的资源要素来支持科学研究人员对计算资源、数据以及专业知识的分享，从而实现推动跨学科领域协作的大型一体化科研平台在全球范围不断发展[17]。由此可以预期，具备集成化和一体化特征的科研信息化工具及其设施环境必将有效推动数据密集型研究、跨部门协同研究等新型研究活动，不断完善和发展创新领先国家的各项强国战略，预期未来这一趋势将持续增强，呈现出更为迅猛的发展态势。

3 农业科研信息化态势分析

以数字化、网络化、智能化为特征的新一代信息技术正在孕育革命性突破，科研信息化作为新一轮科技革命的重要引擎，其发展应用领域将迎来集中爆发期。其中，农业科研信息化作为科研信息化的一个重要应用领域，能够有效地推动农业科研活动与科研环境的信息化，加速数据与信息资源长距离、大范围的传输与交流，实现突破时间、空间和物理障碍的协作与共享，从而对农业产业转型升级具有深远的意义。近年来，农业科研信息化展现出良好的发展态势。

3.1 数据密集型科研范式推进新型农业科研基础设施升级

科研信息化所引发的先进信息技术在科学研究领域的推广与应用，科研范式也随之发生了巨大的变革，科研信息化基础设施提供的大规模计算、存储能力以及科研仪器的开放式共享将推进海量数据的高效采集、存储、分析，进而使数据成为科研创新的关键资源[18]。在农业领域，传统农业科研活动中所注重的事物之间的因果关系已经不再是科研人员进行深度研究的必要步骤和关键，通过对农业各类基础设施所汇聚的海量数据计算与处理所得到的相关性结果，已成为农业科研数据密集型科研范式的重要表现形式，而在这一新型科研范式的背后，则是农业科研突破原有学科、地域等条块分割的限制，实现跨学科、跨机构、体系化、平台化、协作化新型研究形式，而科研信息化所带来的基础设施升级改造也成为新型科研范式变革的内在需求[19]。其中对农业各个领域海量数据分析与处理的需求，也进一步催生了新型科研信息化基础设施能力的提升与设备共享，进而成为农业各学科间开放式科学发展的重要支撑[20]。由此可以预期农业传统意义上的九大学科在与信息化融合发展过程中，将充分利用先进的信息技术及其应用模式，持续加强开放式的网络化协作科研和数据驱动的数据密集型科研加速发展，最终建立基于开放理念和先进技术的全新的科学组织范式。而农业科研信息化作为颠覆传统农业创新研究手段和模式的重要抓手，其所带来的新型数字基础设施也必然成为支撑农业第四科研范式变革、实现科技创新跨越的基础保障。

3.2 科研信息化成为农业科研治理体系现代化的重要抓手

传统的农业科研治理方式由于具有较大的封闭性，使得农业机构与人员之间由于交流不足而导致重复劳动，从而造成了农业科研资源的巨大浪费。为了应对这一问题，借助科研信息化推动农业科研管理现代化，是新型农业科研治理体系的必然选择。包括我国在内的世界各国已经将构建基于科研信息化的科研治理体系作为科研创新主要动力之一，不断增强其建设力度[21]。而在农业领域，随着科研活动的不断深入，农业学科深度与广度不断扩展，各学科间的交叉融合程度也不断增强，因此构建能够覆盖农业学科各领域的现代化科研治理体系，对于推动农业创新、提升农业科技发展水平具有重大意义，而这一科研治理体系的实现离不开农业科研信息化发展与应用。因此可以预期，随着信息技术的飞速发展，科研信息化在农业科研治理各项改革举措中发挥日益重要的支撑作用，同时农业科研治理现代化也直接对科研信息化的设施和支撑能力提出了更高的需求。这意味着，随着科研信息化发展新时期的到来，农业科研治理体系现代化进程必将随之加速，今后必将有越来越多的科研治理活动能够借助科研信息化的支撑与保障，从而推动科研信息化成为支持科研体制、机制改革的重要支柱，赋能数字化、网络化、智能化“三化融合”的农业科技创新治理新格局，引领“数据管理、数据决策、数据创新”的农业科研治理新业态，实现信息化治理带来的高效能。

3.3 人工智能等新一代信息技术加速与农业科研活动交互融合

随着人工智能和5G 等具有颠覆性的战略性新技术突飞猛进，移动互联、脑科学和智能技术应用场景不断扩展，并推动信息技术与科研活动的融合呈现出革命性重构态势[22]，人工智能技术作为一种新型信息技术所催生的研究模式，得到了世界各国的广泛重视[23]。在农业领域，人工智能技术与农业科研的深度融合在加快研究进程同时，也极大地改变了农业科技创新的模式，推动农业科研活动逐步转向以机器、人、网络和物融合的混合智能系统与群智系统[24]。这意味着，人工智能技术一方面已成为农业机械、传感器控制等领域智慧化发展的重要新引擎。另一方面，智能化技术与农业科研环境的融合显著拓展和提升了表型数据、基因数据为代表的农业各学科数据获取的范围和计算存储能力，促进了农业科研模式与创新能力的代际提升，推动农业数据生产要素价值的发挥。极大地提升了科研管理的决策能力和科研活动的感知、行动能力，引领了整体农业科研价值传递方式变革和创新网络的发展。由此可以预期：“十四五”期间，信息技术与科研活动的交互与融合趋势将日益强化，从而推动科研信息化成为农业科研活动智能化转型的重要抓手。

4 中国农科院科研信息化建设进展

作为农业科研的国家队，中国农业科学院长期以来重视科研信息化建设，并将其作为引领农业科研创新、推进一流科研院所建设的重要抓手，各项工作取得了显著进展：在组织上，2010年中国农科院成立了院党组领导下的信息化工作领导小组，统领全院信息化建设工作，相继发布了《中国农业科学院信息化发展规划(2014—2025)》《中国农业科学院“十三五”科研管理信息化工作方案》《中国农业科学院“十四五”信息化发展规划》《中国农业科学院科研信息化发展报告》等纲领性文件与研究成果，有效推动了中国农业科学院科研信息化建设的良性发展；在基础环境营造方面，中国农业科学院中关村院区已实现“万兆主干，千兆桌面”出口双链路的网络环境，建成云计算基础设施环境（IaaS）和高性能计算平台系统、网络安全态势感知平台以及云会务、云视频和云文档等多项应用平台，服务于全院科研的信息化基础环境建设已初具规模；在科研治理体系建设方面，中国农业科学院根据全院“一盘棋”的总体思路，持续推进“数字农科院”建设，全面覆盖科研、人事、财务、成果转化、国际合作、基建、党建、研究生教育、数字出版等全板块业务，实现全院各类单位业务与财务的贯通与深度应用；在科学传播生态方面，全院已建成较为齐全的包含“1 个院级门户网站＋36 个所级门户网站”的院所两级门户网站群平台，积极开展基于领域专家和自身力量的科普作品创作和传播活动，“三位一体”特色化网络科学传播体系已初步形成。在科研信息化应用方面，中国农业科学院九大学科均建立了不同程度的科学数据采集、存储和共享系统，并广泛应用了物联网、无人机、遥感等信息技术，特别是在园艺、植保、作物等学科已经大规模、持续开展了基于信息技术的基因组学分析，创新驱动的农业九大学科集群与信息化融合发展态势正加速实现。

然而，随着农业科研方式与科研要素的变化与演进，中国农科院的科研信息化还面临着一些挑战：在技术环境方面，科研信息化发展生态与基础设施还不能完全适应 “三个面向”“两个一流”的要求；在管理环境方面，科研管理信息化与融媒体科学传播体系对全院科研活动的支撑作用还有待于进一步提升；在科研应用方面，数据密集型支撑环境与智能化、网络化农业学科信息化应用能力还不能充分满足第四科研范式转型升级的需求。为此，“十四五”期间，中国农业科学院科研信息化建设应充分顺应全球农业科研发展的要求，不断利用数字技术，提升整体运营效率，实现经济效益，在准确把握运营工作自身的优势、劣势，及时跟踪了解存在问题的同时，做出科学、合理、有效的决策，实现“释放数字红利，共享发展成果”科研信息化建设目标。

5 “十四五”期间农业科研信息化发展展望

科研信息化作为国家科技与信息的重要保障手段之一，其已成为关乎于国家发展的重要发展战略之一[26]。因此 “十四五”期间，农业科研信息化建设应把握时代发展潮流，以打造一流农业科研信息化数字底板为目标，加强战略性和前瞻性信息技术应用研究，加速推进科研信息化与各项农业学科应用场景有效衔接，以信息化促进创新效率和创新效能的提升，从而实现农业科研信息化的持续性、引领性发展战略，其相关发展框架如图1 所示。

图1 “十四五”期间农业科研信息化发展框架

5.1 完善农业科研信息化高质量发展生态体系

农业科研信息化建设不仅涉及网络、数据、计算等技术要素，还涉及体制、机制、政策、理念、人员等管理因素，两者缺一不可，互为促进[27]。为此，要发挥各方面要素的积极作用，完善农业科研信息化总体规划与顶层设计，着力从科技应用、计算应用、学科应用3 个维度全面推进科研管理信息化生态建设，覆盖科研活动各领域的管理信息体系，形成“科研自动化、转化自动化、支撑自动化、管理自动化”发展态势，提升科研信息化总体的技术适应性、架构开放性、业务配置灵活性，构建农业科研信息化发展的良好生态环境，强化科研信息化面向科研活动“融入环境，嵌入过程”的能力，有效促进科研模式的转型和科技创新能力提升。

5.2 加速推进新一代农业科研息化基础设施建设

面向农业各领域的基础设施是农业科研信息化与科研活动深度融合的抓手，也是农业领域第四科研范式革命性变革的重要支撑[28]。同时，先进的农业科研信息化基础设施也能够有效促进农业各项学科应用场景的落地。为此，应面向农业科研创新实践，加速构建新一代科研信息化基础设施，充分借助战略性信息技术，搭建服务各类农业创新单元的科研信息化基础设施平台，打造面向科研试验基地和办公园区的低功耗广域物联网，形成集高容量与高性能于一体的云存储和云服务能力，为不同应用方向的农业科研活动提供全面的通道支撑。推动软硬结合、功能齐全、服务高效的应用体系构建，为农业科技创新活动提供专业化、集成化、自助化的科研信息化基础环境，支撑农业科研范式的转型与升级。

5.3 提升农业科研大数据汇聚与计算能力

以国家战略的高度积极推进农业科研大数据发展，充分贯彻中央及国家相关部门科学大数据发展的方针政策，面向大数据环境下科研活动痛点需求和发展态势，进一步健全农业科学大数据融汇、治理体系，围绕农业“今天”的现实需要加强大数据技术集成应用，围绕“明天 ”的竞争需求加强数据治理关键核心技术攻关，围绕“ 后天”的引领目标加强农业数据科学基础研究和原始创新，研建农业科研大数据中心，构筑高性能计算资源池，充分利用现有的高性能资源池和标准的软件平台，研发具有深度学习等建模引擎模式和方法，以用户需求为导向，建成支持新硬件、新架构和新技术的高性能计算先导试验床，满足多种应用需求的高性能计算需求，显著增强适应农业数据科学发展的基础性技术研发能力，积极应对数据密集型科研范式变革所引发的科研创新与管理的挑战，打造集技术研发、高效计算、融合服务、成果共享于一体的农业科研大数据应用示范生态，助力农业科研创新平稳发展。

5.4 重视农业科研信息化应用效果

科研信息化应用的本质在于借助先进的信息技术对科研活动流程进行优化与再造，以提升科研创新和决策的协同化、规范化、科学化和高效化水平[29]。从这点意义上来说，管理、服务、协同是科研信息化应用的三个基本要素，而重视这三类要素所产生的效果则是增强科研信息化可持续发展能力的关键[30]。为此，农业科研信息化的发展要前瞻布局大数据和人工智能环境下的新型服务模式和服务平台，充分应用先进的信息技术、服务模式和设施环境，为各项农业科研活动提供新工具、新路径和新条件，建立学科领域信息服务平台，增强学科研究团队间的科研信息互联互通，设计并推广应用农业病虫害识别与监控、基因编辑工具、数据智能采集、仪器设备故障诊断等应用系统，进一步加快补齐人工智能设计、智能农机装备等关键核心技术突出短板，力争在核心信息技术应用领域尽快实现弯道或者换道超车，从而强化农业科研信息化面向科研活动的融入能力，充分发挥科研信息化创新引领效能，实现农业信息化应用能力的跨越式提升。

5.5 大力推进复合型人才队伍建设

人才作为支撑发展的第一资源，是农业科研信息化建设和应用的基础[31]。为此，应进一步强化人才培育力度，着力培养面向科研信息化建设与应用各领域的复合型人才，充分发挥农业科研院所教育资源与人才队伍优势，构建信息技术与农业各大学科融合的交叉、复合型人才培育模式，在人才技能领域实现信息化与专业学科的嵌入和融合。加快推动信息化工作分类考评和激励机制的建立，鼓励科研单位设立信息化专职岗位，加强交叉、复合型信息化人才培养和引进，努力建成一支精干、高效、稳定的信息化专属人才队伍，解决科研信息化建设对人才的迫切需求，从而为农业科研信息化的持续性发展和应用提供人才基础。

总之，农业科研信息化的发展推动了农业科研生态从人人互联向万物智联的演进，战略性信息技术对农业的支撑作用日益显著，无论是信息机构还是科研机构，都将接受更加严峻的挑战和冲击，而以农业科研信息化促进创新发展也必将成为未来农业科技发展的重要战略。为此，应当加强谋划、尽早布局，构建支撑新型科研模式以及服务社会经济发展的新一代农业科研信息化体系，对农业科技创新能力提供有效的支撑。