2010年我国农业科技进步贡献率达到53%，农业科学技术已经成为促进我国农业和农村经济发展的首要因素。2011年我国粮食产量实现八连增，农业科技功不可没。
2012年中央一号文件再次聚焦农业科技创新，要求着眼长远发展，力争在世界农业科技前沿领域占有重要位置；面向产业需求，着力突破农业重大关键技术和共性技术。国务院《全国现代农业发展规划》提出，依靠科技引领和支撑建设现代农业，着力推进“三化同步”。农业科技肩负着历史使命，面临新的发展机遇，但也在各科学领域面临着挑战。
发展现代农业，推进“三化同步”，必须确保粮食安全，提高农产品质量安全，促进农业生态安全，提高农民收入，建设新农村。实现以上目标，我国农业面临一系列环境制约和挑战。
全球气候变化影响加深，自然灾害影响加剧。气候变化与我国典型不稳定的季风气候叠加，使农业生产遭受极端天气气候事件的概率增加。应对和减缓气候变化对农业的影响，要在掌握气候波动和变化规律的基础上制定相应的对策，发展低碳农业减少农业温室气体排放，加强农业灾害风险管理，立足于抗灾减损增产。
农业污染局部改善整体加剧，环境约束加深。转变发展方式，建设两型社会，推行节能减排降耗，要求农业和农村有所作为，这势必约束传统农业的发展，必须另寻出路。
农产品产地环境隐患凸现，农产品质量安全面临挑战。全民健康和安全意识的增强对农产品质量提出了更高要求，而在水土资源紧缺和环境污染状况未根本好转的情况下，农产品质量受到农业自身和外部的影响，改善产地环境的任务异常艰巨。
农业生物多样性减退，农业稳定性面临挑战。源于西方发达国家的商业化农业（农业产业化）在农业产业快速发展的同时，也破坏了多样化的农业生产形势，导致农业生物多样性减退，自然农业生态系统具有的自我防御和恢复功能丧失，动物疫病和植物病虫害等呈现爆发式发生特点。此外，高速发展的国际贸易也使农业外来入侵生物呈加剧的态势，转基因动植物的释放也加剧了环境风险。
农业环境管理亟待完善。我国很多应对农业环境的问题还处于探索甚至概念炒作阶段，还没有形成完善的法律和制度约束。
农业应对和减缓气候变化影响及防灾减灾。重点部署农业主要动植物相应气候变化机理和灾变过程控制机理、农业温室气体排放过程与调控机理、气候变化对粮食安全生态安全农业水安全影响模拟与过程调控等重大应用基础研究，开展农业固碳减排潜力开发适应气候变化对策、农业气象灾害防控新技术与产品、农业灾害风险管理理论与方法、基于物联网的实时农情监测预警等前沿高技术和关键技术的研究，发展农业碳交易方法学、低碳农业和绿色增长理论与方法。
农业污染控制、生态健康与产地环境修复。重点部署农业生态系统碳氮水关系及其环境效应、农业污染物迁移规律与调控机理、农业复合生物群体的相互作用机理和环境效应、农业环境退化过程与纳米和生物技术调控机理等重大应用基础研究，开展农村面源污染控制总体方案与清洁生产技术、绿色农业投入品研制与应用、新型高效纳米药物载体与新制剂创制、农业废弃物循环利用技术及其环境效应等前沿高技术和关键技术的研究，发展循环农业理论和方法。
现代农业环境工程技术及节能降耗。按照“环境替代资源”理念，重点部署动植物对设施环境应变机理与环境过程调控、植物工厂环境精准调控理论与方法等重大应用基础研究，开展设施水耕立体栽培与品质营养控制、设施节能与新能源利用技术与装备、现代植物工厂精准控制技术与模式、设施规模养殖低排放清洁生产新工艺等前沿高技术和关键技术的研究，发展大厦农业、岛礁农业理论和模式，建立设施农业和植物工厂标准。
农业水资源高效利用与水环境保护。重点部署主要粮食作物高效用水机理与过程调控原理、作物水分胁迫信号通信气孔行为控制、粮食主产区农田生态系统碳氮循环及水分生产力形成过程与调控机理等重大应用基础研究，开展农田降水转化动力学模型与调控技术、农业水资源承载力与节水型农作制度、生物性节水理论与旱作农业关键技术、粮食主产区节水增粮技术与装备、农业节水生化制剂等前沿高技术和关键技术的研究，发展作物水分生产力和农业用水效率评估的理论与方法，创立区域节水增产的模式和技术体系。
现代农业模式与技术。重点在不同区域开展种养殖业和设施农业综合技术集成，突破低碳农业、循环农业、农业固碳减排增汇、环境工程控制等重大关键技术，并作出区域性的示范，引领和支撑现代农业发展。
加强农业环境领域的科学发现和技术创新，需要创新组织管理模式和运行机制，促进领域自主创新，引领现代农业发展。
推动领域协同创新，促进科研大联合。针对农业环境问题显著的区域性特点，以农业部农业环境重点实验室为核心，农业环境科研协作网（成立于2007年）为骨干，农业环境科研和产业技术创新战略联盟（成立于2011年）为依托，动员和组织全国科技力量设立统一的科学观察和技术试验，建立信息共享平台，实施协同创新。
组建农业环境科学研究中心，完善科研基础设施。打破现有科研机构条款分割的状况，按照主要的农业环境科学问题、重大前沿高技术和关键技术谋划建立农业环境科学中心，建设大型农业环境模拟舱。在全国主要农业产区（松嫩三江平原、黄淮海平原、长江中下游及成都平原）和生态类型区（西北黄土高原和西南高原）建立农业环境区域创新基地，按照国家需求系统研究区域环境问题的解决方案和关键技术。
加强创新团队建设，提高科技创新竞争能力。引进和培养站在国际农业环境科技前沿、推动重大科技创新的战略科学家、学术领军人物和创新骨干力量，造就一支从事农业环境科学发现和技术创新、分工合理、上下游有机衔接的精干创新团队，大幅度提高农业科技原始创新能力和国际科技竞争力。
创新管理模式和运行机制，提高科技创新效率。建立“稳定、协作、激励、竞争”的运行机制，形成“龙8long8国际科学、民主、和谐、奉献”的创新文化，完善农业环境公益性科学研究的评价体系和绩效考核指标，显著提高农业科技创新效率。