二十世纪可归纳为四大科学革命：（1）遗传工程——细胞生物学和分子生物学以及组织培养；（2）原子能一原子的分裂；（3）空间时代——克服地球引力；（4）计算机革命——电子信息化。（1）和（4）项与农业研究的科学、技术学，和美国农业未来生产力直接相关。
计算机 计算机信息系统正在为农业生产和多层次的农业研究开创_场技术革命，如服务于学院、大学、国家实验室、州农业试验站、推广服务、农场组织和农户。计算机和“计算器”正在变得微型化、价廉、多用途和大容量。所有这些在人造卫星、电视卫星和光学纤维的新技术研制中平行地甚至同步地发展。现在已有可能立即得到全世界的市场信息、价格、贮存贮备、生产预报，以及食物和原料的信息。贮存资料和检索，传递研究发明等已经取得巨大的进展，并能预测重大进展，缩短从新技术发明到采用的时间。
未来的计算机将在农户水平上有广泛的效能，如管理决策、编制操作程序、改进通信，或者实行仪表化。管理决策至少包括喂饲牲畜的日料消耗，编制作物生产的灌溉、研制防治病虫草害、动物病害、饲养记录、驯养计划、籽粒干燥等模式，还可列举。
在农户水平的信息领域内将会实现定时天气预报、电子化市场、私人计算机到大型计算机的分配处理、资金电汇和教育网。农户水平上的仪表化控制包括控制局部农业环境和温室栽培中的生长因子、农业机械化中的机器人和监视猪、牛和养禽等生产。
利用计算机技术学中最尖端的发展之一是农业上的机器人控制。到1981年底日本已有10万个工业机器人，即占世界总量的80%。这种机器人每一天工作24小时，农业上利用机器人意味着在技术学上有了飞跃，可是直到现在仍是一台机器命令一项操作。在未来，一位操作者将管理许多台机器，机器可以连续操作，不会疲倦，做不理想的工作，无须休息，无需追加经费，且绝不会罢工。
遗传工程 我们正处在最伟大的生物学革命时代的中期，佐证是细胞生物学、分子生物学和组织培养的兴起。综观世界，从大型的跨国工厂到少数冒险的大单位不下有350家，不到五年时间已跨入生物技术学领域。仅美国预计就有175家工厂。美国最大的种子公司已结合了生物技术学联合公司、化学公司、石油公司或药物公司。
上述作用既影响深远且是一场挑战。公众资助的研究所内细胞生物学家和分子生物学家从事这项脑力劳动开始于1979年，而现在正在减退。这类人力资源从公众机构转移入私人机构，带来的问题是由谁来训练科学家，以及实施和资助未来的深化训练计划。生物学研究是否要保持在现在的公众机构里，是否要通过减免税款和盼望销售有潜力的种子、作物品种、微生物、疫苗等利润来支持私人机构？
遗传工程在基础研究和应用研究之间架起桥梁。有些成果发明迅即投入应用。在生物学中我们再也不能区分有实际成效的基础科学。在科学母质中的生物学家热衷于他们自己的研究工业化和商业化，并从中得到利润。对于未来，他们的追求在哪里呢？目标是利润，而不是公众利益，这样使研究陷入复杂性。化学公司里的种子公司已渴望提供育种场所、繁殖、作物生产、防疫和分配网。
现在盛行的生物技术公司大约10%从事产品生产，或者控制对农业有潜在重要性的系统。首先在农业上运用的遗传工程多半是动植物的病害防治，生产防护疫苗，食物技术学和生产新的杀虫剂。
美国和发展中国家最能广泛应用的真正可行的技术之一是单克隆（无性系）的抗体技术学。现在能应用和有潜在用途的包括动植物病害诊断、胚胎受精和选择优良的微生物。不久我们就能预测到在控制动物病害、人类医学以及可能合成新防护化学剂等方面的显著成就。已有一些极有希望的细菌合成杀虫剂。用人造干扰素处理已可抑制菸草花叶病毒的繁殖。所有这些将会得到指望，用于减缓杀虫剂抗性上升的问题。
遗传工程中目前最令人鼓舞的发展之一是用上了生长激素。1982年10月16日美国华盛顿、加利福尼亚、宾夕法尼亚三所大学和加利福尼亚州赛尔克（Salk）研究所组成的一组科学家宣布一项喜剧性的生长反应。具有生长激素的家鼠（rat）融合基因微量地射入大鼠（mice）卵，一些携带融合基因的小白鼠生长显著增加（倍增），超过对照。遗传工程如此剧烈地促进表型生长这是第一次。这项探索宣布，促进家畜动物生长、巨型性模式、研究矫正遗传病害，作为农业宝贵基因产物等手段找到新路子。
直接应用遗传工程，即上述提到的这种微生物学生产也许是首次，多数来自大肠杆菌，第二是特定作物的组织培养。
组织培养 细胞、胚、分生组织、单倍体和组织的培养，为作物生产提供了一个方便的、高效的、快速方法，又用于建立实验性的杂交系和商业生产上的遗传优良选系。这些是遗传工程发展的必然途径，最后才进入到利用领域。直接遗传改良的机会存在于这些作物中，如芦笋、土豆、香蕉、非洲油棕、繁殖果树的根茎（砧木）、各类观赏植物和森林树种。组织培养亦极大地促进研制许多对病害有毒素抗性的植物品系，如南方玉米叶斑病和对除草剂的耐性。玉米营养细胞块与除草剂或植物毒素有反应，这些植物毒素在植株成熟时才起反应。可以预期，试管内选择细胞极大地促进作物性植物中的遗传改良和病害抗性。
快速繁殖石刁柏的优良植株既能作为亲本培育F1杂种，又能无性繁殖后选择优良单株。最早的培养材料用石刁柏的营养体分生组织即芽，继代培养这些组织后长出小植株，这些有潜力的无性系能扩大许多倍。用石刁柏进行组织培养使优良的种苗快速繁殖，并改善了生产性、早熟和嫩枝的质量。
组织培养的可能性现已扩展到食用作物、森林作物和观赏作物。道格拉斯冷杉的造林学及其遗传控制，和火炬松人工林的生产力分别增加70 ~ 300%，超过天然林。优良树木组织培养的益处是缩短了生产商品木材需要的时间，使现在粗放管理树木的生产力成倍增长。经济上的可行性将支配着微量繁殖和组织培养的前景。组织培养将成为一个极端重要的资源工具。它亦将是作物和植物各类遗传工程必须通过的途径，因为转移必定是从实验室到田间的。
与此同时，经典的植物育种程序决不会废弃，也不会被替代。从分子生物学里出现的方法学将会提供强有力的新工具，这些工具又会提高那些程序的有效性和效率，这些工具亦已经驾驭我们进入最伟大的生物学革命时代。
食物处理和加工 展望二十一世纪的进程将目睹种种变化和许多成就。有许多成就将同新发展起来的包装术结合着，遗传工程将有重大的效益。制造乳酪用的凝乳酶从微生物合成，而不是从牲畜屠宰场的器官中来，这一点现在已经实现。美国制造乳酪已大量地采用微生物学的凝乳酶，就像人造增甜剂天门冬氨酸。
我们将看到少量乙烯即缺氧贮藏果蔬。控制气体量包装食物能延长贮藏期，无需冷冻或防腐剂。快速超高温处理和防腐包装为牛奶和果汁提供了同样的机会。热水（华氏115 ~ 122度）灭菌可以替代杀菌剂，防止果蔬贮藏的腐烂。这就势必会在靠近生产地扩大贮藏、再加工和改进包装。从包装、零售和场所角度看，较小的单元既安全又方便，弹性包装将尤为重要。在世界市场上周年供应鲜果和鲜蔬菜延伸多年。人们不重视空运，却注意贮藏技术学。收藏后的损失在田间和市场链内将有减少。收获后的生理学研究将受到资助和重视。中等含水量的食物将上升到主要地位。现代的年长一辈对防腐食物和再加工的肉类制品是不会接受的，根据经济学和年轻一代的爱好，将发现它的宽广市场。方便食物的比例将会增长。
饮食、食物源和疾病的关系将受到更多的关注。强调在产品内要降低含盐量和低含钠量，以及有一种趋势在肉类产品中避免利用硝酸盐和亚硝酸盐。这些将会引入新的卫生条例和政府颁发的食品条例。人类的饮食，将减少脂肪性热量和糖，平衡人体靠淀粉和纤维素食物来补偿。消极的需要（糖、盐、咖啡因、防腐剂）许多人竭力避免它。消费者将越来越与生产者疏远。现代众多的人类营养的书籍和有关饮食的深化图书规定了更明确需求的信息，以及必须吸引新的研究人才到这一领域。然而人的食物习惯是不会轻易或很快地改变的。人们所消费的食物是根据传统习惯、更注重外观、食味、色泽和质地，而不是营养价值。未来一代人对食物习惯的任何主要影响也许它源于学校中的饮食计划。
家畜的繁殖效率 未来将是现在的动物农业。已经提到的跟巨大进步相同步发展的新疫苗的遗传工程，和生产单克隆（无性系）抗体的杂种群，控制动物病害以及检别诊断，对快速地遗传改良家畜是有潜力的。
精液保存、妊娠检查、多产、超数排卵、非外科性胚胎和移植已是实际存在的事物。上述这些都能最大限度地增加遗传学上优良亲本的系谱数。非外科性的胚胎收集现在靠极灵敏的显微技术帮助，解决胚胎受精、冷冻和移植。在所有家畜动物中现在的遗传改良和提高生产力是带有革命性的。非外科性转移非冰冻牛胚胎有74%妊娠率。孪生牛的妊娠鉴定靠胚胎分裂。识别孪生小牛性别，每一个授体的成活胚胎数加倍也是容易的。英国剑桥动物生理学研究所的科学家，在一次分裂后一步使用胚胎转移技术学，从一头正常羊的胚胎生产出小四足的羊。单胚胎被分隔为四个相同单位，转移到接受体绵羊中。四个单位似乎是遗传学同一种动物的最大数目，它们可以从一头绵羊或一头牛胚胎来研究。所有这些发展，加上“替代母牛亲本”，为快速进展提供了相同的机会，以及需要回顾一下整个动物育种的领域。
改善家畜代谢和营养 通过改善饲养、管理和遗传学，新的领域正在崛起，如鼓励家畜生产更多的瘦肉和减少脂肪积累。首位选择目标是干扰若干种激素和组成代谢中的类固醇，有些已有成效。它们类似于饲料添加剂，像孕甾酮、雌激素、测验酮等。第二位选择目标应管理牛、猪等的生长激素，到二十一世纪这些生长激素将有效地调控奶牛、菜牛、禽和猪的生长和生产力。这些激素会促进所有农畜和鱼类生长，矫正遗传病，并作为家畜宝贵基因产品的工具。
地球上为人类利用的反刍动物有25亿头，饲料作物生产为他们提供了直接的营养输入。这里超出遗传改良和管理输入量几率的只有森林业。美国牲畜最主要的饲料作物是紫花苜蓿。美国种植3000万英亩，约占世界总量的一半。明显的技术学投入最近有了增长、非灌溉地每年作物产量每英亩超过10吨标界线。未来更会看到机械化收割、控制和化学处理，这些措施将大大地减少损失量和缩短田间吹晒的时间。
饲料中最重要的饲料成分是纤维素，它是世界上最丰富的有机化合物。估测全世界生产的纤维素每年有1千亿吨（干重）。这就是相当于地球上45亿居住者每人每天约生产150磅纤维素。在经济的基础上把它转化为食物只有靠反刍动物来完成。二十一世纪剩余的挑战将是木素的经济合算的生物转换，世界上第二个最丰富的有机化合物造福于人民。
微生物学转换和植物营养——生物固氮 氮素肥料是单一的、最重要的、工业输出进入农业生产。一直到现代的生物固氮研究呈现杰出成绩，生产复杂的基础信息，且从少量的实践知识发展到田间条件下增加作物生产。
控制微生物学的转移，包括氮素固定、病症障碍土壤、根集群细菌、菌根与根系的相互反应，以及减少硝化与反硝化作用时的氮肥损失，在未来作物生产中将起到越来越重要的作用。所有经济上重要的豆科作物受根瘤菌的侵染，却很少去发掘在田间条件下配上根瘤菌后生物固氮的增长潜力。未来的作用将是在微生物和寄主植物的遗传改良上联系起来。
从生物固氮提高作物生产力相联系的基础研究和应用研究是在一切植物科学中最易被忽视的科学之一。有四个主要的生物固氮系统与农业、林业和坡地相联系：根瘤豆科作物，对热带、亚热带地区水稻生产特别宝贵的红萍，放线菌 - 被子植物，以及螺旋菌 - 牧草共生体。生物固氮中的进展将对未来作物生产力越发显示它的杰出作用。此外，非豆科被子植物约有160个种，它们的根瘤内容纳固氮放线菌，可是只有少数放线菌在农业上是重要的。
选优的农业生产系统 从二十一世纪新农业的观点说明，注意力将集中在现在盛行的可选择的那些生产销售系统。它们有多种称呼，如集约农业企业、再生农业、自养农业、有机农业和田园化、自养的农业生态系统、农业生产系统管理、选优的农业系统等。保持现有的常规高产系统还要寻找可行的生产技术学，如果采纳它，挑战势必发生。能源、化肥、杀虫剂、土地、水、机械化、人力投资等资源投入的结果正在检查中。传统的生产系统被认为是浪费的、掠夺自然资源的，以及过度地使用化肥和杀虫剂带来环境危害、有机质缺乏以致水土流失。需要设计一种灵活的节能的耕作、栽培、收获和贮藏设备。未来的挑战将是发展综合利用资源的生产系统和销售系统，在长久的销售期内达到最大的生产规模，保持生产最大的稳定性，廉价优质并维持适宜的出口。这场挑战在农业和食物研究范围内尚未提出，而是针对新农业的。
综合防治害虫 我们必须寻找新的途径控制害虫。综合防治害虫系统——利用天敌（寄生物）、抗性品种、栽培措施、化学药剂——对最后的生存者是重要的——增产稳产、改善居住能力、减少支出是所有农业系统的要求。确保健康和安全越来越受到重视，不仅针对杀虫剂使用者，而且适用于邻近地区的人们和所有消费农产品的使用者。同样也关注于化学杀虫剂产生抗性的生物类型数的增长。现在大约有430种昆虫抗杀虫剂、100种病害抵抗真菌杀虫剂和细菌杀虫剂、36种杂草抗除草剂。未来将会看到化学药剂既用于防治害虫、又配上计算机编制的程序，达到减少用量和支出、处理的目标准确、使用安全、有杀伤效力、材料也有选择性。
从广义看即便在个别作物上用综合防治害虫仍旧只是一种概念。种植者没有采用过一个综合防治系统，且他们不用化学药剂。在协会级水平上的综合专业未曾有过，现在也不存在。因此至今描述棉花、苹果、玉米、紫苜蓿、小麦、花生、草莓和高粱作物上的昆虫防治系统仍局限在害虫、病害或杂草。它们决不能代表一个整体计划。大豆作物是唯一的例外，已考虑到四类害虫——昆虫、杂草、病害和线虫。从广义而言，害虫防治由公共机构安排、组织方面的先决条件和基金策略有了改变之后，才能变为现实性。真正有功效的综合防治研究和教育计划是阻碍专业的，科学家如此从事研究后会失去职业性的识别力。他们必定成为科学报告中许多作者中的一员，他们经常越过现行存在的授奖制度。综合防治害虫在这一代将不可能真正实现。
增强光合作用 光合作用是地球上最重要的生物化学过程。绿色植物每天贮藏在这颗星球上的能高达全世界现在消耗能的17倍。提高光合效率和收获指数是二十一世纪农业中较为重要的领域，可是至今进行的大多数光合作用研究直接为进一步认识这一过程的特性，而不是引向改善田间条件下的作物生产力。
有关通过提高光合作用率来增强农作物生产的研究以及技术学上的突破口有加快地面植被的初期生长、扩大叶面积指数、较为直立叶形的改良株型结构、延迟或减缓衰老、利用植物生长调节剂、光合作用优良的遗传选系、减弱光照并保持呼吸作用等。尤其是二磷酸核酮糖羧化酶和除草剂束缚蛋白能够干预遗传学变化，改变植物的光合作用行为，光合作用率和干物质生产都有明显的增长。
新作物 继食物、饲料、纤维新资源和再生能源资源后，人们一直在寻找新作物。有一些植物像希蒙得木属、臭瓜和大多数的大戟属种是沙漠作物。它们的生产力一直受到限制。要是没有灌溉，无水利化的沙漠其生产力低下。水越发受到限制，它会变成昂贵的资源。预期从食物生产到能量生产的作物不会有大的转变。
向日葵是美国七十年代发展得最快的作物。已在高原地区伸展300万英亩。葵花油供人类食用具有高度营养价值，也能作他用如内燃机汽车柴油之组成成分。食用作物苋的种子和它的枝叶已提供极多的广告宣传。银合欢是一种有希望的饲料豆科作物和森林树种，它对气候和土壤要求甚为特殊。新的粮食作物小黑麦是小麦与黑麦的杂交种，有高度生活力、产量高、适应性强，有营养价值。高赖氨酸玉米已在20年前发现，却仍在等待人们去采用。曾宣称过多年生谷物最适于防止土壤侵蚀，但在栽培和生产力上受到许多限制。
保护栽培——塑料革命 塑料薄膜现在已被广泛地应用于建筑型新温室，覆盖旧的玻璃温室，自制充气屋子或支持的泡沫屋子、自然光温室、采光小室、富含CO2的作物生长温室。塑料薄膜现在用于覆盖行间作物，播种苗床和作地膜。塑料管、横向排水沟、滴水系统等是滴灌系统的重要组成部分。薄膜亦用来包装许多容易腐烂的食用作物。研究温室植物引入泥炭模式、石棉、营养膜技术，包括精确地控制根系环境面的塑料膜。
现代塑料革命之日已到来，且陡然上升，栽培领域在延伸，如塑料玻璃温室、地坑、行间覆盖、池膜等。日本和西欧国家已在夸耀自己。地球上人口最多的国家，中华人民共和国几乎没有意识到发生了什么事件，或正在进行些什么。1981年中国的塑料地膜有5.5万英亩，1979年以来塑料温室总计建设3万英亩，大多数用之于食用作物生产。1979年之后中国每一个成功之年指出，使用塑料增长10倍，用它覆盖行间来提高产量，地膜用于延伸多种作物的生长季节，如番茄、黄瓜、辣椒、茄子、白菜、甜瓜、棉花、甘蔗和花生等。
新农业将会看到前十年利用塑料对作物生产的叠加发展，也包括利用白色或银色的薄膜抗抵害虫。生物学降解地膜已经进入有效使用阶段。塑料成为营养膜、溶液培养技术学、滴灌系统、自然光温室等的基本结构。法国大量利用地膜于大田玉米生产，加速成熟和增加产量。塑料薄膜和覆盖物无论在农业发达的国家和不发达国家中终将扩展，且推动作物生产力达到新的未开发的地理学边缘地区。它们的用途是二十一世纪农业中诸领域里的特征。
当我们规划新农业时——展望一下二十一世纪农业和在资源基础、新的技术学、科学效果中的巨大变化，我们已充分地注意到创造力、革命和人们的想象力即人类资源——一切资源中最大的资源，它也称为人力投资。人类的创造力是无限的。他们对新农业最大的贡献是无法预言的。
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* S·H·Wittwer曾是美国总统卡特的顾问，三次访问中国。这个报告是1983年8 ~ 9月访问中国时所作。