生态农业科技,现代农业发展的选择

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  合理利用生态系统平衡稳定和动植物生长的内在规律,为农业发展方式转变与增长动力接续提供广阔发展路径
  改革开放30多年来,我国农业取得了举世瞩目的成就,也为中国粮食安全做出了重大贡献,但农业和粮食生产依然是国民经济最薄弱的环节。目前我国农业的发展日益受到资源与环境因素的制约,特别是农产品安全问题持续增加,削弱了我国农业经济持续增长赖以维持的根基,我国亟待一种新型的农业发展模式取而代之,这种模式就是生态农业。生态农业不是传统农业,作为实现我国农业可持续发展的最佳选择,生态农业更需要科技的支撑。生态农业科技体系是基于现代农业、能量和物质循环、生态学和营养管理等科学技术体系,其合理地利用生态系统平衡稳定和动植物生长的内在规律,为农业发展方式转变与增长动力接续提供了广阔发展路径。
  生态农业发展需要技术支撑
  近年来,我国频繁曝出问题农产品安全事件,从“致癌草莓”到“问题西瓜”,从“蛆虫橘子”、“催熟香蕉”到“毒韭菜”,层出不穷的问题农产品事件让很多消费者“谈之色变”,产地农民遭受损失,给整个产业带来负面影响。可以说,我国现在已经农产品的生产体系亟待改善。
  目前,随着生活质量的提高,越来越多的人注重食品安全。食品安全问题也屡次成为中国两会上的焦点问题。于是,我们看到国家对此也越来越重视,2014年“中央一号文件”提出,要强化农产品质量和食品安全监管,建立最严格的覆盖全过程的食品安全监管制度。2015年“中央一号文件”进一步提出,要在资源环境硬约束下保障农产品有效供给和质量安全。
  在政策的指引下,发展生态农业,生产生态食品、无公害蔬菜、无污染水果、绿色食品已经成为很多地区优先支持的产业,我国生态食品的市场需求也越来越大,生态农业的经济价值正在大幅度提高。比如湖北鄂州市是我国著名的优质农产品基地,当地就依靠生态农业迅速致富。据报道,湖北鄂州市已经培育出有机稻、生态鸡、绿色茶等无公害农产品84个,绿色食品24个,有机食品26个,生态农业新格局初步显现。当地的“梁道”牌有机大米“喝”的是山泉水,施的是有机肥,用生物方法杀虫,2015年预计能产150万斤大米,价格每斤58到98元,已经预订一空。当地的 “梁心”牌有机番茄,每斤以近20元的价格,畅销武汉中百等各大超市,供不应求。
  这是“生态农业”的力量,也源自人们对美好生活的向往。
  不过,对于“生态农业”,很多人还存在着误解,以为生态农业就是不施农药、化肥、甚至不用机械电力,以为只有这样才是符合生态学原理的。实际上这只是单纯地倒退到传统农业阶段,而不是真正的生态农业。
  真正的生态农业不是向原始农业的倒退,不是仅仅不使用化学农药和肥料,甚至对作物生虫得病采取听之任之态度的“靠天吃饭”式的生产,而是基于现代农业、生物、管理等科学技术综合应用的现代化高科技生产方式,是基于生态保护的理念、充分利用生态系统平衡稳定和动植物生长的内在规律,达到保质保量、稳产高产的农业形式。
  生态农业所追求的目标是高效益和无污染,而要实现这个目标就必须更多地利用现代高新技术才能实现,比如种养优化技术、田间管理技术、物质能量多级有效利用技术、环境综合整治技术等。这些技术的应用不仅能够保证使生态农业的生产过程有足够的物质循环强度和能量流动通量,同时避免那些重污染、难以降解的、易于通过食物链富集的物质进入到农业生态系统中。
  比如种养优化技术就包括利用生物共生原理的间作套种技术、和模拟生态系统的立体结构、充分利用立体空间营养生态位的立体种养技术等。田间管理技术则包括水肥一体的喷灌、微灌、滴灌系统等节水灌溉技术,配方施肥及精确施肥等科学施肥技术,以及病虫害无公害综合防治技术。还有物质能量多级有效利用技术,主要是利用循环原理和生态系统“闭路控制”原理,采用废物再生利用方式,将彼此不相关联的生产形式整合为循环式无废物生产形式。
  可以说,生态农业发展一定需要技术支撑,随着生态农业的进一步发展,一些新技术如无土栽培、新能源生产和利用、污水处理等工程技术也正在被广泛应用于生态农业,这些现代高新技术的应用必将会更大地促进生态农业的发展。
  现代农业更强调高新技术的应用
  传统农业主要依赖资源的投入,而现代农业则需要依赖不断发展的技术与工程投入在保持产量和效益。现代农业突出现代生态农业科技的先导性、农工科贸的一体性、产业开发的多元性和综合性的基础上,还强调资源节约、环境保护的绿色性,因而现代农业也是生态农业,发展现代农业也担负着维护与改善人类生活质量和生存环境的使命。
  2015(第三届)中国粮食与食品安全战略峰会上,国务院发展研究中心资源与环境政策研究所研究员程会强在“农业生态科技与粮食安全”专题研讨会上向大家展示了德青源可持续发展的生态农业模式,引起了参会者广泛的兴趣。
  德青源蛋鸡的养殖规模增加到300万只后,每天鸡粪的产量得212吨,洗蛋、液蛋加工所产生的废水产量为300吨。为了解决蛋鸡的排泄物问题,2007年,德青源的一期沼气工程就开始产气。工程把鸡粪、废水混合发酵,每天产沼气1.5万立方米,除厂区自用外,还通过铺设地下管道,输送给距离厂区最近的水峪新村使用,村里500多农户是德青源清洁能源的第一批受益者。
  2009年,德青源沼气二期工程竣工。这一次,德青源利用沼气发电,建成了世界上第一个以鸡粪为原料的沼气发电工程,将鸡粪转化成为清洁能源,每年可发电1400万度,输送到华北电网。德青源作为全球环保基金在中国投资的生态农业项目,不仅开创了可持续发展的生态农业模式,实现了生态养殖、食品加工、清洁能源、装备制造、有机肥料、订单农业、有机种植的循环。同时本着“取之自然,回报社会”的原则,通过沼气发电、污水处理、太阳能利用等生态科技,实现了资源的最大化应用和保护,促进了人与自然的和谐统一。其独创的“订单农业—生态养殖—食品加工—清洁能源—装备制造—有机肥料—有机种植”循环经济模式,不仅成为国家高新技术产业化现代农业示范基地和全国农业标准化示范区,也是国家发改委认定的首批国家循环经济教育示范基地。   同时,鸡的饲养过程中也非常注重动物福利,这更需要技术的支持。鸡如果吃劣质的饲料,在很恶劣的环境下长大,就容易得病,需要用大量的抗生素,导致鸡蛋内抗生素超标、农药残留超标和激素超标。而德青源对于鸡的健康除了重视鸡的饲料和成长环境之外,还非常注重鸡的免疫,一只蛋鸡从出生到第17周,德青源要通过点眼睛、点鼻子等方式,对其进行23次免疫。仅为了防止禽流感,德青源就要对蛋鸡进行3次免疫接种。鸡蛋生下来之后,蛋壳上有沙门氏菌、大肠杆菌等病菌,德青源是目前中国唯一对蛋壳进行清洗、烘干和消毒的企业。
  从德青源的案例可以看到,现代农业是生态科技技术和农业生产的有机结合,是利用具有生物效应的现代技术来操控动植物的生活环境及其生长发育,促使传统农业逐步摆脱对化学农药、化学肥料、抗生素等化学品的依赖,以及自然环境的束缚,最终获取优质、高产、无毒农产品的环境调控型农业。这些新技术的应用,不仅可以提高单位农产品产量,还可以改善农产品品质,减轻劳动强度,节约能耗和改善生态环境。正是新的农业技术的应用,让现代农业不仅具备较高的综合生产率,包括较高的土地产出率和劳动生产率,也让农业成为一个有较高经济效益和市场竞争力的产业。
  核心是实现能量和物质循环利用
  生态农业科技发展到现在,已经包括生物技术、信息技术、耕作技术、节水灌溉技术等农业高新技术,这些技术使现代农业成为技术高度密集的产业。不过纵观这些技术的作用方式,可以发现主要是通过生态技术的改进和科学应用,缓解资源的有限性与农业生产发展的资源需要增长之间的矛盾,有效提高资源利用率和产出率。其中的核心理念则是实现能量和物质循环利用,减少能源和资源的浪费和污染的产生。
  这里以三个案例来说明农业生产中能量和物质循环利用的主要过程。
  第一个案例来自北京通州区宋庄奶牛合作社。两年前,这个合作社外的牛粪堆积如山,一公里外都能闻到臭味;现在这里每天产生的牛粪生产的沼气却可以直接用来发电,刚好满足 500 头牛挤奶的用电消耗,发电后的粪渣也变成了无污染高效能的肥料。此外,沼气发酵需要温度,在冬天发电机产生的热可以传导回沼气池,为池内不断加温,保证冬天照常供应沼气。在欧洲,很多国家都对牛粪排放收重税,北京目前也规划将养牛场迁出六环外。不过,随着沼气发电技术的不断成熟,养牛场达到一定规模后,大量的牛粪是可以通过内部循环达到低排放的,事实证明此技术可以在京郊推广,养牛场利用牛粪发电进行微循环使用的方法也逐步被更多的企业采纳。
  第二个案例则是江苏金太阳奶业公司。同样是奶牛饲养企业,这里的240多头奶牛每天产生的牛粪超过3吨,牛粪污染一直是公司经营中的一大难题。为了处理好牛粪,该公司引进了“农业固体废弃物无公害化处理技术”,用蚯蚓“吃”牛粪。不过,牛粪并不能直接给蚯蚓食用,而是需要经过沤制无害化处理。“沤制过的牛粪,更有利于蚯蚓消化。奶牛场每天产出的3吨牛粪被它们消化后,就转化成1.5吨左右的蚯蚓粪。”于是,金太阳奶业公司又多出了一个重要的增收环节,即用蚯蚓粪种植葡萄。由于蚯蚓粪是上好的肥料,种出的葡萄口感非常好,也是绝对的绿色食品。葡萄上市后,每亩收益将达万元。
  第三个案例是辽宁田园实业有限公司。我国每年产生秸秆近八亿吨,主要作物包括玉米、水稻、小麦、棉花和油菜五大类。近年来,由于大量燃烧秸秆,我国每年入秋以后华北、华东、华中地区都会经历一场大范围的雾霾天气。秸秆的多渠道、多模式综合利用就成为我国农业生产实现可循环和可持续发展的一项重要工作。辽宁田园实业有限公司近年来大力发展食用菌生态农业,在食用菌的核心作用下,秸秆资源被多级利用、多级产出。辽宁田园在实践中总结形成了“秸秆、畜禽粪→蘑菇菌料→蘑菇→废菌料→有机肥→还田”的循环经济模式,主要是通过蘑菇等真菌菌丝体将农作物秸秆中的纤维素、半纤维素、木质素等分解成葡萄糖等小分子化合物,生产出美味营养的双孢菇产品。十年来,辽宁田园累计转化利用畜禽粪80万余吨,转化利用秸秆50万余吨,生产鲜菇17万余吨,生产有机肥50万余吨,有力改善了当地生态环境。辽宁田园的发展过程,证实了工厂化生产食用菌循环经济产业有非常广阔的前景和生命力。
  从以上的案例可看出,实现生态农业的发展,关键是将食物链理论、生态位原理、资源稀缺性序列替代理论等渗透于农业生产过程,提高资源配置中生物资源比重,以多层次的资源配置充分利用空间,实现劳动投入更密集、能源利用更有效、土地生产力发挥更充分,提高资源配置效率。这样就能最大限度地减少能源和资源消耗,充分利用自然规律,在保护和提升生态系统健康、稳定和活力的基础上,获得更多的粮食和农业产品,从而达到区域生态的良性循环,让农业本身成为一个良好的可循环的生态系统。
  以更低的代价来实现农业增产增收
  “悠悠万事,吃饭为大”。习近平总书记指出,中国人的饭碗任何时候都要牢牢端在自己手上,中国人的饭碗应该主要装中国粮。但是,我们要看到,中国是有十几亿人口的人口大国,而且人口还在增加,消费水平还在提高,粮食需求也在不断增加。中国粮食产量实现“十三连增”的背后,是拼投入、拼资源、拼消耗,过度开发农业资源,大量使用化肥、农药、农膜等化学投入品的结果,这也付出了很大的资源环境代价。
  那么,能不能以生态农业科技的应用来代替农药和化肥的巨大投入,并解决粮食增产速率明显变缓及资源环境代价越来越高的双重挑战呢?
  答案来自中国的农业科研工作者,他们已经用实际行动证实了舍弃农药和化肥的巨大投入也能实现农业的增产增收。
  2014年9月4日,国际顶级刊物《自然》(Nature)发表研究论文《以更低的环境代价获得更高的作物产量》。这篇文章重点介绍了中国农业大学张福锁教授研究团队联合农科院、中科院等科研单位,共同破解我国农业高产高效的理论与技术问题。文章指出,依靠测土配方施肥技术,高产栽培与高效养分管理技术,土壤-作物系统综合管理技术,农产品套种技术等,可以在农药和化肥投入较小的情况下实现粮食的稳定高产和经济效益最大化。   比如测土配方施肥技术,可以提高化肥利用率5%-10%,增产率一般为10%-15%,高的可达20%以上。实行测土配方施肥不但能提高化肥利用率,获得稳产高产,还能改善农产品质量,是一项增产节肥、节支增收的技术措施。
  应用土壤-作物系统综合管理技术,可以使水稻、小麦、玉米单产平均分别达到8.5、8.9、14.2吨/公顷,实现了最高产量的97-99%,这一产量水平与国际上当前生产水平最高的区域相当。研究证明,土壤-作物系统综合管理在大幅度增产的同时,能够大幅提高氮肥效率。
  根据这些可靠的数据,也让我们看到了科技的魅力。相关专家分析指出,到2030年,我国农业只要在保持2012年种植面积的基础上,实现这一产量水平的80%,不仅能保证直接的口粮消费,而且保证不断增长的饲料粮需求。同时可减少活性氮损失30%、减少温室气体排放11%。
  与此同时,我们也看到更多的生态农业技术正在被越来越多地推广。比如作物套种技术,已经发展成为上千种套种模式在神州大地上推广。广西金穗农业集团有限公司是我国著名的香蕉生产企业。金穗集团将火龙果和柑橘与香蕉进行套种,使土质结构得到改善,也会让土地在一定程度上得到休整,最大限度抑制“香蕉巴拿马病”的发生和蔓延。云南玉溪市发展种植芒果套种三月瓜、芒果套种豇豆、青枣套种茄子、青枣套种辣椒、青枣套种毛豆等多种套种模式,取得了稳定的收入和效益。在浙江诞生的武义油茶套种山稻模式试验成功后,引起浙江省政协、省林业厅等部门高度重视,这种技术无需浇水施肥,更不使用除草剂、农药,生长中期只拔一次草,每亩居然能收获200公斤以上山稻。武义山稻套种技术已推向江西、福建、四川、湖南、湖北、河南、北京等15个省市及浙江省内25个县市。
  还有近来发展迅速的水肥一体化技术。目前正逐步由棉花、果树、蔬菜等经济作物扩展到小麦、玉米、马铃薯等粮食作物,每年推广应用面积3000多万亩。与传统灌溉施肥方式相比,水肥一体化技术可实现每亩节水150方以上,水分利用效率提高20%—50%,节肥20%—30%,肥料利用率提高20个百分点。发展水肥一体化技术可大幅提高水肥利用效率,突破水肥资源约束,促进农业由资源消耗型向资源高效型转变。
  总之,中国生态农业立足于我国国情和农业发展现状,与当前国内的经济发展水平相适应,被誉为“21世纪农业的最佳生产模式”。 农业生态技术虽然有技术理性的一面,但是在农业生产过程中更充分体现对自然生态系统的人文关怀,体现对动植物自然生长规律的充分尊重,体现对生态系统各要素之间关系的深刻理解,体现对人与自然和谐共处、依靠自然、保护自然、永续地利用自然规律更高水平的驾驭和把握,从这个角度上看,以农业生态技术为根本的中国现代农业和生态农业,将真正实现“持续”与“发展”有机结合,并将成为实现我国农业可持续发展目标的最佳选择。
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