農(nóng)業(yè)4.0：為糧食安全和生態(tài)文明帶來(lái)什么？
——訪中國(guó)工程院院士金涌

□《中國(guó)農(nóng)資》記者 徐騫

農(nóng)業(yè)4.0：為糧食安全和生態(tài)文明帶來(lái)什么？
——訪中國(guó)工程院院士金涌

□《中國(guó)農(nóng)資》記者 徐騫

在人類(lèi)文明的進(jìn)步中，農(nóng)業(yè)文明的發(fā)展和革命是一條不容忽視的主線。從農(nóng)用畜力的使用到化肥的出現(xiàn)和推廣，從中小型農(nóng)機(jī)的應(yīng)用到設(shè)施農(nóng)業(yè)的普及，伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國(guó)農(nóng)業(yè)由1.0迅速挺進(jìn)到3.0時(shí)代。而近年來(lái)，又有很多專(zhuān)家學(xué)者將目光投向了更為理想化、集約化、現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)4.0。什么是農(nóng)業(yè)4.0？農(nóng)業(yè)4.0對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)有何增益又如何實(shí)現(xiàn)？為此，記者特邀中國(guó)工程院金涌院士為行業(yè)揭開(kāi)農(nóng)業(yè)4.0的神秘面紗。

定義農(nóng)業(yè)4.0：“農(nóng)業(yè)-工業(yè)-信息業(yè)的高度融合”

中國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入新常態(tài)，各產(chǎn)業(yè)均面臨著結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)、培養(yǎng)增長(zhǎng)核心動(dòng)力、實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)和進(jìn)一步適應(yīng)市場(chǎng)活力的挑戰(zhàn)。對(duì)一般人來(lái)說(shuō)，“農(nóng)業(yè)4.0”的概念還不清楚，它從何而來(lái)，又將向何去值得認(rèn)真推敲。

在金涌院士看來(lái)，了解“農(nóng)業(yè)4.0”必須對(duì)人類(lèi)農(nóng)業(yè)發(fā)展的變遷有全局意識(shí)。他認(rèn)為，“農(nóng)業(yè)1.0”的開(kāi)端是畜力和畜力農(nóng)器具的使用以及人畜糞便的使用；從“農(nóng)業(yè)2.0”開(kāi)始，雜交育種和農(nóng)藥開(kāi)始使用，化肥出現(xiàn)并推廣，中小型農(nóng)機(jī)、灌溉水渠系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)。而目前我們正處于廣泛實(shí)踐、不斷深化的“農(nóng)業(yè)3.0”時(shí)代：大型農(nóng)機(jī)、生物治蟲(chóng)、除草劑廣泛運(yùn)用，無(wú)土栽培，噴灌、滴灌，設(shè)施農(nóng)業(yè)大面積推廣，微量元素、CO2施肥以及新型育種技術(shù)、緩釋化肥使用、農(nóng)畜業(yè)聯(lián)合循環(huán)體系，測(cè)土配方施肥走向系統(tǒng)化。

“實(shí)現(xiàn)‘農(nóng)業(yè)4.0’則需要農(nóng)業(yè)-工業(yè)-信息業(yè)的高度融合。其主要表現(xiàn)形式包括GPS定位大田耕耘、土壤信息收集、管理、收獲系統(tǒng)；農(nóng)業(yè)機(jī)器人、“互聯(lián)網(wǎng)+購(gòu)買(mǎi)”、銷(xiāo)售、追溯；全生命周期智能水肥一體化管理；生物肥利用，分子生物學(xué)育種，改善作物品種和品質(zhì)、抗病基因片段植入作物，借以抗病乃至于降低農(nóng)藥需求?！?/p>

綜合而言，“農(nóng)業(yè)4.0”既是生態(tài)農(nóng)業(yè)，也是智能農(nóng)業(yè)。它涉及植物學(xué)、土壤學(xué)、栽培學(xué)、分子生物學(xué)、化學(xué)工程學(xué)、機(jī)械工程學(xué)、信息工程學(xué)、工程管理學(xué)等多學(xué)科的交叉，是循環(huán)經(jīng)濟(jì)、低碳經(jīng)濟(jì)、生態(tài)保護(hù)的主戰(zhàn)場(chǎng)之一，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略發(fā)展新的著力點(diǎn)，加速邁進(jìn)“農(nóng)業(yè)4.0”是人口多、耕地少、水資源缺乏的中國(guó)的必然選擇。

生態(tài)農(nóng)業(yè)是“農(nóng)業(yè)4.0”的重要內(nèi)涵

2013年中國(guó)人口約為13.61億，而預(yù)測(cè)顯示，2030年這一數(shù)字將達(dá)到14.5億以上。金涌介紹說(shuō)：“我國(guó)糧食需求的峰值約為6.5億噸/年，而我國(guó)2015年糧食產(chǎn)量為6.2億噸/年，其中仍存在一定差距。英國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)人智庫(kù)報(bào)告，我國(guó)糧食安全指數(shù)在接受調(diào)查的107個(gè)國(guó)家中排在42位?！?/p>

從人均資源角度分析，中國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展條件明顯低于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家。人均耕地面積小，而且國(guó)內(nèi)土壤貧瘠（多紅壤、黃土地），為保證糧食產(chǎn)量，國(guó)內(nèi)單位耕地面積施肥量遠(yuǎn)超發(fā)達(dá)國(guó)家安全上限，但使用效率偏低。我國(guó)水稻、小麥、玉米三大糧食作物的化肥利用率為35.2%，農(nóng)藥利用率為36.6%，利用率遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家。

金涌表示：“化肥的過(guò)度施放，累加效應(yīng)導(dǎo)致土地不堪重負(fù)，不僅污染土壤、水體、空氣，而且危及生物多樣性，導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品中化學(xué)品成分含量增多而殃及人體健康安全。隨著農(nóng)業(yè)面源污染不斷加重，土壤結(jié)構(gòu)變差，農(nóng)民盲目增加化肥農(nóng)藥獲取掠奪式產(chǎn)量。如此循環(huán)的結(jié)果是耕地有效耕層普遍變淺、板結(jié)，生產(chǎn)能力下降，植株容易招致病蟲(chóng)危害，農(nóng)藥施放次數(shù)和施放量也相應(yīng)增多。如此發(fā)展將成為惡性循環(huán)?！?/p>

土壤對(duì)糧食安全、水安全、能源安全、減緩生物多樣性喪失及氣候變化，有重要作用。在此基礎(chǔ)上，金涌認(rèn)為，“農(nóng)業(yè)4.0”時(shí)代首先要緊抓生態(tài)農(nóng)業(yè)理念，減少面源污染，保護(hù)耕地土壤，利用綠色生態(tài)的農(nóng)業(yè)投入品以及科學(xué)合理的施肥施藥手段實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。特別是環(huán)保部最近頒布了《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》：開(kāi)展土壤污染調(diào)查，掌握土壤環(huán)境質(zhì)量狀況；推進(jìn)土壤污染防治立法，建立健全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系；實(shí)施農(nóng)用地分類(lèi)管理，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境安全；強(qiáng)化未污染土壤保護(hù)，嚴(yán)控新增土壤污染；實(shí)施建設(shè)用地準(zhǔn)入管理，防范人居環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；開(kāi)展污染治理與修復(fù)，改善區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量；加大科技研發(fā)力度，推動(dòng)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展；加強(qiáng)污染源監(jiān)管，做好土壤污染預(yù)防工作；發(fā)揮政府主導(dǎo)作用，構(gòu)建土壤環(huán)境治理體系；加強(qiáng)目標(biāo)考核，嚴(yán)格責(zé)任追究，必須認(rèn)真執(zhí)行。生態(tài)農(nóng)業(yè)是國(guó)家需求，有重大戰(zhàn)略?xún)r(jià)值。從經(jīng)濟(jì)角度分析，生態(tài)農(nóng)業(yè)有巨大投資容量和空間，規(guī)?？纱罂尚。芯薮笊鐣?huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。技術(shù)方面，也有巨大發(fā)展空間，沒(méi)有尚需突破的技術(shù)制約，沒(méi)有重大資源、能源、環(huán)境的制約?！八运抢^房地產(chǎn)投資，一帶一路，對(duì)外技術(shù)投資和產(chǎn)能轉(zhuǎn)移之后，最具現(xiàn)實(shí)意義的發(fā)展機(jī)遇之一?！?/p>

農(nóng)業(yè)騰飛需要農(nóng)資農(nóng)技雙管齊下

“2015年3月農(nóng)業(yè)部《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》，提出到2020年重點(diǎn)發(fā)展環(huán)保新型肥：硝基復(fù)合肥、尿素硝酸銨溶液、控釋肥、液肥土壤調(diào)理劑、腐植酸、海藻酸、氨基酸、硝酸鉀等，這是農(nóng)資產(chǎn)品革命的重要舉措。”金涌表示。他還提出：“針對(duì)目前國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)施肥上的問(wèn)題，需要測(cè)土施肥，不可作‘十全大補(bǔ)丸’，要避免某些元素富集?！?/p>

在金涌看來(lái)，施用植物專(zhuān)用配方肥，由于氮、磷施用量的大幅度降低以及其他中量（鈣、硫、鎂）、微量（鐵、錳、硼、鋅、鉬、銅等）元素的配合作用，植物所吸收的氮、磷元素基本上得到了代謝，植物更為健康，避免了氮、磷殘留的同時(shí)，農(nóng)產(chǎn)品也更健康、更有病蟲(chóng)害抵抗能力，減少農(nóng)藥使用量40%—50%，同時(shí)農(nóng)產(chǎn)品的風(fēng)味和口感也能得以恢復(fù)，達(dá)到甚至超過(guò)有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品的水平。

真實(shí)的實(shí)驗(yàn)效果也證實(shí)了這種觀點(diǎn)。雜交水稻（甬優(yōu)12、15和538）使用水稻專(zhuān)用配方肥后，口感和風(fēng)味達(dá)到了常規(guī)稻的水平。同樣品種的土豆（荷蘭15），使用土豆專(zhuān)用配肥和普通復(fù)合肥進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，果實(shí)經(jīng)農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心分析化驗(yàn)，二者營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味芳香物質(zhì)含量差異明顯，使用土豆專(zhuān)用配方肥的土豆，各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量達(dá)到或超過(guò)了上世紀(jì)六七十年代土豆的標(biāo)準(zhǔn)，并且均具有更好的耐儲(chǔ)性。

在農(nóng)技方面，金涌重點(diǎn)關(guān)注水肥一體化的發(fā)展，“水肥一體化的應(yīng)用有效解決了作物全生育期對(duì)氮、磷、鉀吸收量及間斷施肥量不匹配?！蹦壳?，我國(guó)適宜水肥一體化面積為5億畝，如果2020年水肥一體化能到1.5億畝，可節(jié)水150億m3/年、節(jié)肥75萬(wàn)噸/年，增收900億元?！艾F(xiàn)代滴灌下的農(nóng)業(yè)相對(duì)于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，更能實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分釋放速率與作物吸收速率的匹配。實(shí)現(xiàn)對(duì)作物全生命周期養(yǎng)分N、P、K匹配供應(yīng)，如黃瓜對(duì)顆粒氮肥利用率16.4%，對(duì)滴灌氮肥利用率49.3%，棉花膜下灌溉氮肥利用率47%-66%，棉花可增產(chǎn)20%，甜玉米可增產(chǎn)14%，西紅柿可增產(chǎn)20%，并可以改量、恢復(fù)作物品質(zhì)和風(fēng)味。而水肥一體化的扎根同時(shí)倒逼農(nóng)資行業(yè)進(jìn)一步重視水溶性肥料的研發(fā)推廣?！?/p>

“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”等生產(chǎn)模式亟待開(kāi)發(fā)

隨著農(nóng)業(yè)從勞動(dòng)密集型向科技支持型轉(zhuǎn)變，控制生產(chǎn)成本需要引起足夠重視。事實(shí)上，國(guó)內(nèi)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵瓶頸就在于：農(nóng)產(chǎn)品銷(xiāo)售利潤(rùn)無(wú)法滿足提高設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)所帶來(lái)的成本提升。金涌認(rèn)為，只有通過(guò)適度集約化經(jīng)營(yíng)才能使科技投入發(fā)揮作用，能夠降低農(nóng)產(chǎn)品成本。“要使農(nóng)民真正獲利，只有政府政策扶持，科技進(jìn)步和市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)的作用才能顯現(xiàn)。這是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)必由之路?！苯鉀Q農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格高于進(jìn)口價(jià)格，而使庫(kù)存量增加，農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼又違反世貿(mào)協(xié)定，政府處于兩難境地。

在條件齊備的基礎(chǔ)上，真正的“農(nóng)業(yè)4.0”應(yīng)該表現(xiàn)出的狀態(tài)，和全新的生產(chǎn)模式？金涌說(shuō)：“未來(lái)農(nóng)業(yè)中，‘互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)’或?qū)⒊蔀橹髁?。其主要表現(xiàn)為土壤、肥料、作物、水分、智能化管理，數(shù)字化、信息化、智能化，土、肥、水精確管理，測(cè)土施肥能夠全面分析有機(jī)質(zhì)、pH值、全氮、全磷、全鉀、菌落、空間、時(shí)間分布，擁有智能感知、智能預(yù)警、智能分析、專(zhuān)家系統(tǒng)，農(nóng)產(chǎn)品增產(chǎn)、質(zhì)量，生態(tài)全面提高，有效防止土壤退化、食品污染、生態(tài)危機(jī)?！?/p>

“農(nóng)業(yè)4.0”時(shí)代，農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)模式同樣需要深化改革。金涌表示：“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)需要土地集約化經(jīng)營(yíng)，通過(guò)土地使用權(quán)的適度集中，轉(zhuǎn)移有法保障各方合法利益分配，逐步自愿形成農(nóng)-畜-蔬-林，農(nóng)場(chǎng)式經(jīng)營(yíng)。通過(guò)投資、貸款，使用先進(jìn)技術(shù)，保證農(nóng)場(chǎng)高效益，使投資方、經(jīng)營(yíng)方、勞動(dòng)力方都能從中獲利，這樣才能穩(wěn)定發(fā)展。農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體不斷壯大，才能容納新型生產(chǎn)力注入。而只有工業(yè)、服務(wù)業(yè)的融入帶來(lái)的新技術(shù)，才能使經(jīng)營(yíng)主體壯大帶來(lái)高效益。其融合機(jī)制包括農(nóng)戶(hù)利益聯(lián)合模式、股份合作、承包轉(zhuǎn)移經(jīng)營(yíng)權(quán)、訂單農(nóng)業(yè)、勞務(wù)合作、流轉(zhuǎn)聘用、家庭農(nóng)場(chǎng)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等具體表現(xiàn)。而實(shí)現(xiàn)土地集約化經(jīng)營(yíng)，需要政府引導(dǎo)、大中企業(yè)牽頭，提供風(fēng)險(xiǎn)保障和技術(shù)的穩(wěn)定注入，用市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)代替小農(nóng)經(jīng)濟(jì)思維，提高品牌意識(shí)，并形成網(wǎng)上供銷(xiāo)服務(wù)?！?/p>