农业4.0已来!中国工程院报告:AI赋能、绿色重构,21个前沿正重塑农耕文明

《2025全球工程前沿》汇聚中国工程院9个学部、100余位院士、700余位工程科技界专家智慧，采用“以专家研判为核心、以数据分析为支撑、专家研判与数据分析深度融合”的方法，从全球216万篇高影响力论文、53万项高影响力专利及科技新闻等多源数据中，遴选出189个工程前沿，其中工程研究前沿94个、工程开发前沿95个。

报告显示，2025全球工程前沿总体呈现四个鲜明趋势：

趋势一：人工智能助力工程范式迈向代际跃迁。AI for Engineering和Engineering for AI双向赋能，深度融合，推动工程实践迈入自动化、系统化、智能化全新阶段，实现工程效率、工程质量与复杂问题解决能力的根本性提升。

趋势二：场景驱动加速工程前沿转化为新质生产力。189个工程前沿中，77个与场景驱动紧密相关。场景驱动通过全流程、系统性验证，加速新技术、新产品、新业态落地转化与价值释放，倒逼工程技术创新迭代与产业转型升级，为培育和发展新质生产力注入强劲动能。

趋势三：工程创新疆域不断突破人类认知边界。189个工程前沿中，42个与疆域拓展紧密相关。工程创新持续向未知、极限、复杂领域拓展，不断提升人类认识和改造世界的能力，为拓展人类活动疆域提供更大规模、更低成本、更有价值的技术支撑。

趋势四：绿色低碳带动工程体系全链条深度重构。189个工程前沿中，58个与绿色低碳紧密相关。源头减碳、过程降碳到末端固碳的全链条工程创新路径正加速形成，带动工程体系的能源结构、技术路线、产业模式产生系统性变革。

在189个前沿方向中，农业领域发布了“Top10工程研究前沿”和“Top11工程开发前沿”。

9个领域的前沿数量分布

农业领域Top10工程研究前沿体现了农业研究正朝着多学科深度融合、智能化和可持续发展方向迈进，整体呈现出“机理解析精准化、技术应用智能化、系统管理数字化、资源利用绿色化”的鲜明特征。

农业领域Top10工程研究前沿

具体表现在以下方面：

（1）动植物性状形成与调控机制的深度解析，如“水产动物重要性状形成的遗传解析”“基于多维组学的作物性状遗传网络解析”和“园艺植物生长发育及代谢的表观遗传调控机制解析”，致力于从基因组、转录组、表观组等多层次揭示农艺性状的遗传基础与分子网络；

（2）农业系统智能管理与响应模型的构建，如“农田生态系统管理大模型构建”“基于雷达组网的害虫迁飞规律研究”和“人工智能辅助新型动物疫苗与药物靶点发现及分子设计”，突出大数据、人工智能（AI）、遥感与数字孪生技术在农业预测、决策和灾害防控中的核心作用；

（3）农业资源高效利用与生态互作机制的挖掘，如“根际生命共同体多界面生物级联增效机制”“畜禽消化生理与饲料养分互作机制”和“农业动物环境适应性状形成机制”，聚焦植物− 微生物− 环境互作、养分高效利用以及生物抗逆性调控；

（4）农业材料与绿色技术的前沿创新，如“高性能纳米纤维素基多功能复合材料”，体现农业向生物基材料、低碳制造和循环系统的延伸拓展。

从国家与研究机构表现来看，中国在多数前沿中占据核心地位，尤其在“农田生态系统管理大模型构建”和“水产动物重要性状形成的遗传解析”中核心论文占比分别达到100%和79.71%，显示出中国在智慧农业和遗传育种领域的显著影响力。美国、澳大利亚和欧洲国家（如挪威、丹麦、英国）则在动物营养、基因组学与材料创新方面保持较强实力。国际合作网络普遍存在，例如在畜禽营养与水产遗传领域形成中美、中欧等多边协作格局。

未来这些前沿将进一步融合多组学技术、人工智能、高性能传感与功能材料，推动农业由传统经验驱动向数据驱动和机制引导转型，实现从群体到个体、从田间到系统的全链条精准调控，为保障粮食安全、促进农业绿色转型和应对全球气候变化提供关键技术支撑。

农业领域的Top11工程开发前沿集中体现了现代农业向智能化、绿色化和高值化转型的强劲趋势，其研发焦点紧密围绕人工智能深度赋能、资源高效利用与可持续发展、动物健康与食品安全保障三大方向展开。根据核心专利数据统计分析，这些前沿在近年的技术开发活跃度、影响力及国际合作态势呈现出显著差异。

农业领域Top11工程开发前沿