“第六產(chǎn)業(yè)”發(fā)展及其化工技術(shù)支撐

金涌，羅志波，胡山鷹，陳定江，朱兵

（清華大學(xué)化學(xué)工程系，北京 100084）

“第六產(chǎn)業(yè)”發(fā)展及其化工技術(shù)支撐

金涌，羅志波，胡山鷹，陳定江，朱兵

（清華大學(xué)化學(xué)工程系，北京 100084）

當(dāng)前傳統(tǒng)的小農(nóng)經(jīng)濟(jì)已經(jīng)無(wú)法擔(dān)負(fù)起保證農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收的重任，也不利于食品安全和環(huán)境保護(hù)，發(fā)展集約化經(jīng)營(yíng)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)是大勢(shì)所趨?！暗诹a(chǎn)業(yè)”正是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一劑對(duì)癥良方。其中，在我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，以化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等為代表的化工產(chǎn)品對(duì)于提高糧食單產(chǎn)、保障糧食自給自足方面作出了重要的貢獻(xiàn)。然而，資源的緊缺、環(huán)境的變化以及農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，對(duì)支農(nóng)化工產(chǎn)品及農(nóng)化服務(wù)提出了新的要求。本文簡(jiǎn)要回顧了我國(guó)農(nóng)業(yè)革命的發(fā)展歷程，剖析“第六產(chǎn)業(yè)”的內(nèi)涵，闡述在“第六產(chǎn)業(yè)”視角下，化學(xué)工程及農(nóng)化產(chǎn)業(yè)對(duì)農(nóng)業(yè)革命發(fā)展的重要支撐作用。特別地，農(nóng)化產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)在于開發(fā)節(jié)能、環(huán)保、高效、綠色的新型支農(nóng)化工產(chǎn)品，包括新型化肥、新型低毒農(nóng)藥、高性能可降解農(nóng)膜等。與此同時(shí)，需要改革傳統(tǒng)的化肥施用形式，推廣配套的水肥藥一體化灌溉技術(shù)。此外，“治標(biāo)治本”的新型土壤修復(fù)技術(shù)、良種培育技術(shù)、作物抗逆性能改良技術(shù)、農(nóng)產(chǎn)品高值化技術(shù)、農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用技術(shù)等其他涉農(nóng)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新也應(yīng)大力推進(jìn)，農(nóng)業(yè)組織形式改造與農(nóng)化服務(wù)升級(jí)也是必不可少的。在“第六產(chǎn)業(yè)”發(fā)展的背景下，農(nóng)化產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)會(huì)，隨著新型化工產(chǎn)品及先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，可望取得重大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

第六產(chǎn)業(yè)；化學(xué)工程；農(nóng)化產(chǎn)業(yè)；化肥；農(nóng)藥；農(nóng)膜

“農(nóng)為邦本，本固邦寧”，中國(guó)對(duì)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展之路進(jìn)行了長(zhǎng)期的探索，利用不到世界9%的耕地、5%的淡水資源，創(chuàng)造出產(chǎn)出世界25%的糧食、養(yǎng)活世界人口20%的奇跡[1]，初步形成優(yōu)質(zhì)、安全、高效的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系。隨著國(guó)內(nèi)外環(huán)境條件變化和長(zhǎng)期粗放式經(jīng)營(yíng)累計(jì)的深層次矛盾逐步顯現(xiàn)，包括農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格倒掛、農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼受世貿(mào)組織限制、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全（肥料、農(nóng)藥殘留）、農(nóng)業(yè)污染與環(huán)境惡化（農(nóng)膜殘留、水體污染、土壤污染以及氨氮揮發(fā)導(dǎo)致的大氣污染）等[2-4]，農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)也是前所未有的。要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化，農(nóng)業(yè)發(fā)展需從“生產(chǎn)導(dǎo)向”轉(zhuǎn)向“消費(fèi)導(dǎo)向”，需要促進(jìn)一二三產(chǎn)業(yè)的融合互動(dòng)，以發(fā)展“第六產(chǎn)業(yè)”之契機(jī)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的騰飛。化學(xué)工程，正是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)邁向生態(tài)農(nóng)業(yè)及發(fā)展“第六產(chǎn)業(yè)”的重要技術(shù)支撐。本文通過(guò)簡(jiǎn)要回顧農(nóng)業(yè)革命的發(fā)展歷程，剖析“第六產(chǎn)業(yè)”的內(nèi)涵，闡述在“第六產(chǎn)業(yè)”視角下，化學(xué)工程及農(nóng)化產(chǎn)業(yè)對(duì)農(nóng)業(yè)革命發(fā)展的重要支撐作用，為農(nóng)化產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和進(jìn)一步制訂農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略提供思路與參考。

1 “第六產(chǎn)業(yè)”及其發(fā)展概況

隨著人類文明的進(jìn)步，農(nóng)業(yè)歷經(jīng)多次革命，可以概括為以下幾個(gè)階段、其標(biāo)志性成果如下[5-8]。

農(nóng)業(yè)1.0：畜力和畜力機(jī)具的使用；灌溉水渠系統(tǒng)的出現(xiàn)；人畜糞便作為肥料的使用。

農(nóng)業(yè)2.0：嫁接、雜交育種普遍使用，改善作物品質(zhì)和增加產(chǎn)量；合成化肥和農(nóng)藥的出現(xiàn)和推廣；中小型農(nóng)機(jī)和灌溉機(jī)械的使用。

農(nóng)業(yè)3.0：大型農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用；無(wú)土栽培、噴灌、滴灌設(shè)施農(nóng)業(yè)；緩釋化肥、測(cè)土配方施肥技術(shù)、除草劑使用；基因誘導(dǎo)和轉(zhuǎn)基因作物的出現(xiàn)；農(nóng)畜業(yè)聯(lián)合循環(huán)資源利用技術(shù)。

21世紀(jì)初葉，正處于農(nóng)業(yè)3.0技術(shù)深入發(fā)展，而且正蓄力邁向農(nóng)業(yè)4.0創(chuàng)新發(fā)展的過(guò)程，有望在21世紀(jì)中葉發(fā)展為多學(xué)科交叉的生態(tài)農(nóng)業(yè)4.0模式。展望生態(tài)農(nóng)業(yè)4.0的主要特征表現(xiàn)為[9-11]：農(nóng)業(yè)-工業(yè)-服務(wù)業(yè)的高度融合；以GPS定位大田耕耘、信息收集、管理、收獲的自動(dòng)化系統(tǒng)為代表的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)；全生命周期管理的智能水肥藥一體化管理；可降解地膜廣泛使用；分子生物學(xué)育種；以合成生物學(xué)開展抗逆研究，提高作物脅迫抗性。所以生態(tài)農(nóng)業(yè)4.0的內(nèi)涵是遠(yuǎn)遠(yuǎn)寬泛于基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)學(xué)科，它需要生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、電子信息學(xué)、機(jī)械工程學(xué)、工程管理經(jīng)濟(jì)學(xué)等多學(xué)科交叉、共同推進(jìn)的大領(lǐng)域。

生態(tài)農(nóng)業(yè)4.0從產(chǎn)業(yè)屬性來(lái)考察，學(xué)科橫跨一二三產(chǎn)業(yè)，日本農(nóng)學(xué)專家今村奈良臣曾提出它是由“第一產(chǎn)業(yè)農(nóng)業(yè)”＋“第二產(chǎn)業(yè)工業(yè)”＋“第三產(chǎn)業(yè)信息服務(wù)業(yè)”的總合，或“第一產(chǎn)業(yè)農(nóng)業(yè)”ד第二產(chǎn)業(yè)工業(yè)”ד第三產(chǎn)業(yè)信息服務(wù)業(yè)”，凝練為“第六產(chǎn)業(yè)”，取義為一、二、三產(chǎn)業(yè)之和或之積[12-14]（見(jiàn)圖1）?！暗诹a(chǎn)業(yè)”更強(qiáng)調(diào)產(chǎn)業(yè)之間的相乘，意在推動(dòng)產(chǎn)業(yè)之間的融合，即鼓勵(lì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者多種經(jīng)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)多元化；發(fā)展農(nóng)工商合作（包括農(nóng)產(chǎn)品食品加工與流通、肥料等農(nóng)資制造業(yè)、觀光農(nóng)業(yè)等），促進(jìn)產(chǎn)業(yè)融合，延伸農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，形成集農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、加工、銷售、服務(wù)于一體的完整鏈條，獲取第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)的部分增值價(jià)值，從而產(chǎn)生乘數(shù)效應(yīng)[14]?！暗诹a(chǎn)業(yè)”涉及農(nóng)業(yè)工程學(xué)、植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)、農(nóng)業(yè)生態(tài)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)、經(jīng)濟(jì)管理學(xué)、公共管理學(xué)等多學(xué)科的交叉，通過(guò)學(xué)科交叉與融合增強(qiáng)農(nóng)業(yè)發(fā)展的活力，以及為工業(yè)和信息服務(wù)業(yè)提供載體和發(fā)展機(jī)遇，從而實(shí)現(xiàn)三產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。因此，“第六產(chǎn)業(yè)”可以被認(rèn)為是一個(gè)全新的綜合產(chǎn)業(yè)。

“第六產(chǎn)業(yè)”在日本成功的實(shí)踐，顯示出強(qiáng)大的生命力?！暗诹a(chǎn)業(yè)”的術(shù)語(yǔ)在我國(guó)雖為新鮮事物，但類似的發(fā)展模式早已存在，人們所熟知的觀光農(nóng)業(yè)、教育農(nóng)園、休閑農(nóng)場(chǎng)、鄉(xiāng)村旅游和農(nóng)家樂(lè)等創(chuàng)意農(nóng)業(yè)，都屬于“第六產(chǎn)業(yè)”的范疇。其實(shí)，生態(tài)農(nóng)業(yè)4.0的建立過(guò)程，實(shí)際上是發(fā)展“第六產(chǎn)業(yè)”組合創(chuàng)新的過(guò)程。發(fā)展“第六產(chǎn)業(yè)”，不但可以獲得重大經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益，而且可以創(chuàng)造大量就業(yè)機(jī)會(huì)[15]。“第六產(chǎn)業(yè)”的交叉組合，既符合我國(guó)創(chuàng)新發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的總方針，又是徹底解決我國(guó)“三農(nóng)”問(wèn)題的主戰(zhàn)場(chǎng)，是我國(guó)邁向生態(tài)農(nóng)業(yè)4.0新的著力點(diǎn)。

圖1 “第六產(chǎn)業(yè)”概念圖

2 化工對(duì)“第六產(chǎn)業(yè)”的重要支撐

“第六產(chǎn)業(yè)”的核心是促進(jìn)產(chǎn)業(yè)融合，通過(guò)農(nóng)業(yè)-工業(yè)-信息服務(wù)業(yè)的高度融合，推進(jìn)一二三產(chǎn)業(yè)之間的整合和鏈接。必須意識(shí)到，光靠農(nóng)業(yè)本身實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效難度極大。要突破農(nóng)業(yè)發(fā)展的瓶頸，需要打破原有的產(chǎn)業(yè)界限與技術(shù)隔離，站在更高的起點(diǎn)審視未來(lái)的發(fā)展方向。其中，以化學(xué)工程，特別是農(nóng)化服務(wù)為支撐的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，在提高糧食單產(chǎn)、保障糧食自給自足方面發(fā)揮著巨大的作用。在發(fā)展“第六產(chǎn)業(yè)”的過(guò)程中，農(nóng)化產(chǎn)業(yè)的變革是重中之重。特別是在化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、土壤修復(fù)等多方面的進(jìn)步與迭代，更是當(dāng)務(wù)之急。與此同時(shí)，支撐“第六產(chǎn)業(yè)”的發(fā)展，化工行業(yè)也將迎來(lái)新的突破口。

2.1 肥料工業(yè)技術(shù)

化肥革命對(duì)于解決世界糧食危機(jī)可謂意義深遠(yuǎn)，據(jù)估算，化肥對(duì)世界糧食生產(chǎn)的貢獻(xiàn)率達(dá)到40%～60%[16]，化肥對(duì)世界農(nóng)作物增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率，不亞于育種。2015年，中國(guó)農(nóng)用化肥施用折純量達(dá)到6022.60萬(wàn)噸[17]，為保證我國(guó)高糧食自給率起到了關(guān)鍵的支撐作用。與此同時(shí)，由于化肥過(guò)量施用及效率低下（30%～40%）[18]，導(dǎo)致土壤性狀惡化、環(huán)境污染、產(chǎn)品品質(zhì)下降、投入產(chǎn)出比變大等。化肥在帶來(lái)效益的同時(shí)也為土壤的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了資源約束。農(nóng)業(yè)部在2015年發(fā)布了《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》，積極推進(jìn)農(nóng)業(yè)“轉(zhuǎn)方式、調(diào)結(jié)構(gòu)”。借鑒“第六產(chǎn)業(yè)”發(fā)展理念，化肥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向如下。

2.1.1 著力開發(fā)新型肥料及增效載體

新型肥料的發(fā)展趨勢(shì)與農(nóng)業(yè)發(fā)展息息相關(guān)，專用化、復(fù)合化、高效、安全、環(huán)保是主要方向，包括高效復(fù)混肥、緩釋控釋肥、功能水溶肥、專用配方肥等新型肥料[20-21]。植物所需的礦物元素有十幾種，作物對(duì)各種元素的需求各不相同，需求量最大的是氮、磷、鉀，但制約作物產(chǎn)量的往往是最缺乏的礦物元素，稱為“最小養(yǎng)分率”，也被形容為“木桶理論”[22]。肥料的類型需要由通用型向作物專用型、由單一營(yíng)養(yǎng)型向多功能型方向轉(zhuǎn)變，注重大、中、微量元素合理配比和養(yǎng)分形態(tài)科學(xué)配伍。此外，重視開發(fā)具有抗逆、促生、改土等功能的肥料增效載體和關(guān)鍵原料能夠讓新型肥料的效益更上一層樓。要實(shí)現(xiàn)化肥的減量化，核心在于減磷、減氮，清華大學(xué)郭志剛副教授團(tuán)隊(duì)[23]開展了一系列水稻、馬鈴薯、小麥、棉花和玉米等重要農(nóng)作物專用配方全營(yíng)養(yǎng)肥的田間試驗(yàn)研究，試驗(yàn)在減少化肥施用量，特別是大幅度減磷、減氮的前提下，仍然取得了良好的收成，同時(shí)農(nóng)作物的品質(zhì)也得到了改善。以雜交稻為例，推廣一萬(wàn)畝將減少化肥使用量200噸左右，其中純氮減量約30噸，五氧化二磷約20噸，提高糧食產(chǎn)量700噸左右。

2.1.2 生物肥料的升級(jí)換代與推廣

中國(guó)使用人畜禽糞便等生物質(zhì)作為農(nóng)業(yè)肥料由來(lái)已久，為實(shí)現(xiàn)氮、磷、鉀的循環(huán)利用起到了重要作用。目前，我國(guó)畜禽養(yǎng)殖每年產(chǎn)生約38億噸畜禽糞便，居民生活有機(jī)廢棄物每年排放總量達(dá)到22億噸，有效處理率不到50%[24-25]。新形勢(shì)下可再生生物質(zhì)肥料的循環(huán)利用是一個(gè)重要的社會(huì)問(wèn)題。微生物肥料在解決生物肥料的循環(huán)利用、提高肥效、增加土壤肥力、生物防治、刺激作物生長(zhǎng)、提高作物品質(zhì)等方面有著獨(dú)到的作用。在“第六產(chǎn)業(yè)”發(fā)展的指導(dǎo)下，可借助微生物學(xué)、基因工程、生物工程、發(fā)酵工程等學(xué)科的理論支撐，開展根瘤菌肥、抗生菌肥、真菌肥、聯(lián)合共生固氮菌肥、解磷解鉀菌肥、硅酸鹽菌肥等多種復(fù)合微生物肥的研究[26-28]。

此外，生物煉制將是在“第六產(chǎn)業(yè)”視角下產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，能夠?qū)崿F(xiàn)田間與餐桌之間的閉環(huán)循環(huán)體系。以生物質(zhì)發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)生物燃料為例，邢新會(huì)等[29-32]提出利用低品位生物質(zhì)生產(chǎn)氣體生物燃料BioHythane技術(shù)（見(jiàn)圖2），可大幅度提高生物質(zhì)發(fā)酵速度，氣體生物燃料（H2和CH4）用于生活能源需求，沼液通過(guò)調(diào)配制成水性生物肥料，達(dá)到廢棄物資源循環(huán)利用的目的。

圖2 低品位生物質(zhì)兩階段發(fā)酵生產(chǎn)BiohyThane的概念設(shè)計(jì)[29-30]

2.1.3 智能水肥一體化管理

作物在不同的生長(zhǎng)周期對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的需求有所差異，全生命周期自動(dòng)化調(diào)控供給能夠大幅度提高肥料的利用率，達(dá)到減肥增效的目的?！暗诹a(chǎn)業(yè)”強(qiáng)調(diào)產(chǎn)業(yè)之間的縱向交叉融合，以自動(dòng)化技術(shù)、信息化技術(shù)為支撐，建立基于田塊精準(zhǔn)配方和全生命周期養(yǎng)分供給的大數(shù)據(jù)平臺(tái)和綜合調(diào)控“作物-肥料-土壤”系統(tǒng)，按照作物需水、需肥規(guī)律，推廣測(cè)土配方施肥、精準(zhǔn)施肥、精量穴播、滴灌和微噴灌施肥等技術(shù)[33-35]，實(shí)現(xiàn)新型智能水肥一體化管理，以消費(fèi)端需求倒逼化肥供給側(cè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。圖3展示了在2015年全國(guó)水肥一體化技術(shù)示范推廣工作會(huì)議中推廣的基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的水肥一體化智能灌溉系統(tǒng)[36]。整個(gè)系統(tǒng)可協(xié)調(diào)工作實(shí)施輪灌，充分提高灌溉用水效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)灌溉、施肥的定時(shí)、定量控制。可以預(yù)見(jiàn)：水肥一體化必將成為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展中重要的一環(huán)，引領(lǐng)中國(guó)農(nóng)業(yè)走向更廣闊的領(lǐng)域。

圖3 水肥一體化智能灌溉系統(tǒng)[36]

2.2 農(nóng)藥工業(yè)技術(shù)

農(nóng)藥每年可使農(nóng)作物損失減少30%～35%[37]，可以說(shuō)，農(nóng)藥是糧食安全的守護(hù)神。截止2014年，全國(guó)農(nóng)藥年使用量達(dá)到180.69萬(wàn)噸[17]，但僅有30%～40%的農(nóng)藥被有效利用，真正作用于靶標(biāo)生物的僅有0.1%[38]。絕大部分農(nóng)藥經(jīng)地表徑流和土壤滲濾造成嚴(yán)重的環(huán)境面源污染，并大規(guī)模進(jìn)入食物鏈，危及生態(tài)安全[39]。過(guò)去針對(duì)病蟲害，習(xí)慣于“補(bǔ)救性治療”，防治處于被動(dòng)狀態(tài)?？茖W(xué)的病蟲草害防治理念可借鑒“未病先治”的思想，可從兩個(gè)思路著手，一是提高作物本身的免疫能力和代謝水平，如在化肥中添加微量元素、生長(zhǎng)素、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑或制備抗生菌肥等[40]；二是提供一個(gè)健康的“環(huán)境”，如清理、防治土壤中的大量病原體和致病菌，提供健康的“地下”環(huán)境，又如通過(guò)天敵控制病蟲害，提供安全的生長(zhǎng)生存環(huán)境[41]。基于化學(xué)工程背景，可以開發(fā)環(huán)境友好、易降解、靶標(biāo)明確、不易產(chǎn)生抗藥性、作用方式特異、藥效緩和、能促進(jìn)作物生長(zhǎng)并提高抗病性的新型農(nóng)藥，包括微生物農(nóng)藥、農(nóng)用抗生素、植物源農(nóng)藥、生物化學(xué)農(nóng)藥和天敵昆蟲農(nóng)藥等類型。如宋寶安等[42-43]采用創(chuàng)制品種與殺蟲劑相結(jié)合的“治蟲防病”的防控新方法解決了水稻重大新病害——南方水稻黑條矮縮病毒（SRBSDV）的防控難題（見(jiàn)圖4）。引用錢旭紅院士的愿景：對(duì)于農(nóng)藥這只“翩翩起舞”的蝴蝶，以化工技術(shù)的進(jìn)展為支撐，不斷開創(chuàng)新農(nóng)藥，驅(qū)除“魔鬼”，讓美好、善良的“天使”在田間翩然起舞[44]。

2.3 農(nóng)膜工業(yè)技術(shù)

由于我國(guó)地域南北跨度大，海拔變化懸殊，為滿足農(nóng)業(yè)套種、搶農(nóng)時(shí)、保墑、防霜等需求，農(nóng)膜的使用呈現(xiàn)井噴式發(fā)展?fàn)顟B(tài)，2014年全國(guó)農(nóng)用塑料薄膜使用量達(dá)258萬(wàn)噸[17]。農(nóng)膜的大規(guī)模使用帶來(lái)嚴(yán)重地膜殘留污染問(wèn)題。普通的地膜原料一般為聚乙烯，自然狀態(tài)下難以降解，殘留積累量的上升會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)、影響作物發(fā)育、影響農(nóng)事操作等。農(nóng)膜回收又需要投入大量的人力物力。為徹底解決地膜污染問(wèn)題，需要從源頭上著手，即生產(chǎn)可降解薄膜及輔助材料，包括光降解地膜、生物降解地膜、光/生物降解地膜、植物纖維地膜等新型農(nóng)用薄膜材料[45-47]，以及高效價(jià)廉的光敏劑、氧化劑、生物誘發(fā)劑、降解促進(jìn)劑等輔助劑[48]，進(jìn)一步提高準(zhǔn)時(shí)可控性、用后快速降解性和完全降解性。以聚丁二酸丁二酯（PBS）可降解薄膜為例，郭寶華等[49-51]開發(fā)出可生物降解的薄膜級(jí)PBS生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)裝置，薄膜材料可降解為小分子CO2和H2O，極大地降低對(duì)土壤的污染，工藝已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，生產(chǎn)線年產(chǎn)達(dá)萬(wàn)噸級(jí)別（見(jiàn)圖5）。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看，完全可降解農(nóng)膜的開發(fā)、生產(chǎn)和使用是解決農(nóng)膜污染的必由之路，也形成了潛力巨大的新興化工產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)。

圖4 基于水稻細(xì)胞S7-1基因表達(dá)篩選南方水稻黑條矮縮病毒（SRBSDV）抗病藥物[42]

2.4 土壤修復(fù)技術(shù)

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，有著不可替代的作用，2015年啟動(dòng)為國(guó)際土壤年。近年來(lái)，由于化肥農(nóng)藥的過(guò)量施用，農(nóng)膜殘留、工業(yè)廢棄物及生活垃圾的排放，導(dǎo)致全國(guó)超過(guò)1000萬(wàn)公頃的耕地受到不同程度的污染，約占全國(guó)耕地面積的15%～20%[52]。土壤的侵蝕、板結(jié)、鹽漬化、土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分枯竭、酸化和污染威脅到國(guó)家糧食安全、人居環(huán)境安全、生態(tài)安全甚至社會(huì)和諧發(fā)展。化學(xué)工程作為“第六產(chǎn)業(yè)”的重要支撐，在土壤修復(fù)與治理方面具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)。在土壤修復(fù)技術(shù)方面，借鑒化工分離傳質(zhì)理論，積極推動(dòng)“治標(biāo)治本”的新型土壤修復(fù)技術(shù)，包括熱處理技術(shù)、土壤固化-穩(wěn)定化技術(shù)、淋洗技術(shù)、氧化還原技術(shù)、電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)和土壤性能改良技術(shù)等物理-化學(xué)修復(fù)技術(shù)，以及植物修復(fù)、微生物修復(fù)、生物聯(lián)合修復(fù)等生物修復(fù)技術(shù)[53-56]。圖6列舉了3項(xiàng)土壤修復(fù)的案例[53]。其中，異位化

學(xué)淋洗技術(shù)的基本原理是利用淋洗液沖洗土壤的污染物，從而將污染物從土層中抽提出來(lái)，進(jìn)行分離和處理，關(guān)鍵在于選配經(jīng)濟(jì)高效的淋洗劑。原位土壤沖洗技術(shù)主要借助淋洗液或化學(xué)助劑與污染物結(jié)合，并通過(guò)淋洗液的解吸、螯合、溶解或固定化等化學(xué)作用實(shí)現(xiàn)修復(fù)目的。土壤生物修復(fù)（以植物修復(fù)技術(shù)為例）主要利用植物的耐受性或特殊的結(jié)合反應(yīng)能力，對(duì)污染物進(jìn)行提取、轉(zhuǎn)移、吸收、分解、轉(zhuǎn)化或固定，從而削減、穩(wěn)定，甚至去除污染物危害。同時(shí)，土壤修復(fù)技術(shù)需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游配合，從源頭上“嚴(yán)防死守”，建立土壤污染檢測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的產(chǎn)業(yè)鏈，以及鋪開修復(fù)工程，以防土壤污染的“二次轉(zhuǎn)移”，推進(jìn)土壤修復(fù)的有序化和細(xì)分化。

圖5 聚丁二酸丁二酯（PBS）可降解薄膜生產(chǎn)及循環(huán)利用流程[49-51]

圖6 土壤修復(fù)技術(shù)范例[53]

2.5 良種培育與作物抗逆技術(shù)

農(nóng)作物良種的培育一直是農(nóng)業(yè)科學(xué)家的主要研究開發(fā)領(lǐng)域，近年來(lái)中國(guó)的良種選種和培育取得了重大成果，如超級(jí)稻[57]、超級(jí)麥，其他作物也相繼發(fā)生了種子革命。目前我國(guó)良種普及率已達(dá)到80%～90%，對(duì)中國(guó)糧食的穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)起到巨大的作用。然而，傳統(tǒng)的常規(guī)育種方法具有選育周期長(zhǎng)、預(yù)見(jiàn)性差、選擇效率低的局限性。為了提高我國(guó)種業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，提高新品種選育效果，需要推進(jìn)多種育種手段的復(fù)合運(yùn)用。以“第六產(chǎn)業(yè)”發(fā)展之契機(jī)，推進(jìn)常規(guī)育種和生物、化工、物理技術(shù)育種相結(jié)合。如基于基因組學(xué)、表觀組學(xué)、生物信息學(xué)以及工業(yè)微生物方法，借助生物化工的手段，開展以分子標(biāo)記育種、轉(zhuǎn)基因育種、分子設(shè)計(jì)育種為代表的高效高質(zhì)的分子育種研究[58-60]。從而打破物種界限，實(shí)現(xiàn)優(yōu)良基因重組和聚合，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物新品種的定向選育。

由于全球氣候變化及人類活動(dòng)，對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生重要影響的非生物逆境出現(xiàn)頻次劇增，主要表現(xiàn)為水分（干旱和淹澇）、溫度（高、低溫）、鹽堿、大氣污染、環(huán)境污染等理化逆境，以及病害、蟲害、雜草等生物逆境。為了提高作物的抗逆水平，需要應(yīng)用合成生物學(xué)技術(shù)，從基因組成、表達(dá)調(diào)控、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及代謝作用等方面開展抗逆研究，包括抗旱、抗鹽堿、抗?jié)?、抗風(fēng)、抗凍、抗熱、抗病蟲害能力，導(dǎo)入相關(guān)基因改良作物的脅迫抗性，提高作物抗逆能力，推進(jìn)無(wú)害或完全無(wú)合成化學(xué)品使用的生態(tài)農(nóng)產(chǎn)品培育[61-64]。圖7展示了利用基因組學(xué)，包括功能基因組學(xué)、結(jié)構(gòu)基因組學(xué)和比較基因組學(xué)在植物抗逆研究中的應(yīng)用[65]，借助分子生物學(xué)技術(shù)研究作物抵御逆境的機(jī)理，并將基因組信息用于今后作物抗逆性能改良，這將為突破目前抗逆研究瓶頸以及改造途徑提供新的策略。

2.6 其他化工技術(shù)

除了化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等傳統(tǒng)支農(nóng)產(chǎn)品和土壤修復(fù)、良種培育、作物抗逆等主干農(nóng)化技術(shù)，其他涉農(nóng)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新也應(yīng)大力推進(jìn)。農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的一個(gè)重要方向就是農(nóng)產(chǎn)品高值化[66]，運(yùn)用化工技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的深加工是完全可行的。比如，淀粉的衍生物有膳食纖維，將淀粉高值化后，價(jià)值會(huì)達(dá)到原來(lái)的10倍以上。但是，目前我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品高值化領(lǐng)域的化工技術(shù)支撐力量還很薄弱。以淀粉為例，發(fā)達(dá)國(guó)家用淀粉加工成的衍生物種類已達(dá)2000多種，我國(guó)還只有幾百種[67]。農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的另外一個(gè)重要方向是農(nóng)業(yè)廢棄物資源化再利用，主要的方式有能源化、肥料化、飼料化和材料化等，化學(xué)工程在其中提供的技術(shù)有飼料化、肥料化、生物質(zhì)固化、生物質(zhì)氣化、生物質(zhì)熱解制生物燃料、制復(fù)合材料、制造化學(xué)品等[68]?；ぜ夹g(shù)的發(fā)展與農(nóng)業(yè)發(fā)展息息相關(guān)，可以說(shuō)，農(nóng)業(yè)的許多重大進(jìn)步都與化工領(lǐng)域的革命性突破密不可分，合成氨工藝的發(fā)明，突破了天然肥料的制約；石油化工的發(fā)展，催生農(nóng)膜、農(nóng)藥等支農(nóng)產(chǎn)品的興起；生物化工的應(yīng)用，為育種、抗逆、生物肥料、生物農(nóng)藥等的開發(fā)提供新的途徑。如今，化工技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的滲透進(jìn)一步加深，對(duì)推動(dòng)農(nóng)業(yè)的發(fā)展起到了舉足輕重、不可替代的重要作用。未來(lái)，在推進(jìn)“第六產(chǎn)業(yè)”的發(fā)展過(guò)程中，化學(xué)工程將要承擔(dān)更多的責(zé)任。

2.7 農(nóng)業(yè)組織形式改造與農(nóng)化服務(wù)升級(jí)

實(shí)現(xiàn)土地集約化經(jīng)營(yíng)是發(fā)展“第六產(chǎn)業(yè)”的必要條件[69]，是影響我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)能釋放的關(guān)鍵因素，是提高我國(guó)農(nóng)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的一劑良藥。農(nóng)民在技術(shù)水平、資源整合、價(jià)格談判等方面處于弱勢(shì)地位，難以適應(yīng)生產(chǎn)、加工、銷售一體化的集約模式。只有農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體的不斷壯大，才能容納新型生產(chǎn)力的注入，特別是以全生命周期水肥一體化智能管理技術(shù)為代表的新一代化工技術(shù)，才能為經(jīng)營(yíng)主體帶來(lái)更高的效益[70]。探索適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，符合農(nóng)民利益，引導(dǎo)企業(yè)融合，加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)保障的融合機(jī)制是農(nóng)業(yè)騰飛的原動(dòng)力。其中，農(nóng)化產(chǎn)業(yè)思維模式的轉(zhuǎn)變能為“第六產(chǎn)業(yè)”的發(fā)展以及農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)保駕護(hù)航。農(nóng)化產(chǎn)業(yè)應(yīng)從單純的產(chǎn)品提供商轉(zhuǎn)變?yōu)榧a(chǎn)品-農(nóng)化服務(wù)為一體的服務(wù)提供商[71]。以肥料制造業(yè)為例，肥料生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)轉(zhuǎn)變思維，構(gòu)建多元化肥料生產(chǎn)系統(tǒng)和科學(xué)肥料應(yīng)用系統(tǒng)相銜接的融合系統(tǒng)，以測(cè)土施肥、水肥一體化、種肥同播、精準(zhǔn)灌溉施肥等新型科學(xué)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)為引領(lǐng)，逐步納入灌溉施肥裝置及農(nóng)膜回收、經(jīng)濟(jì)型作物肥料定制化、全水溶性肥料制造、肥料科學(xué)施用技術(shù)、田間實(shí)地指導(dǎo)、農(nóng)技專家咨詢、肥料信息查詢等新型農(nóng)化服務(wù)，為農(nóng)民提供全方位的專業(yè)技術(shù)服務(wù)[72]。農(nóng)化產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)為解決去產(chǎn)能、謀發(fā)展提供新的思維方式及業(yè)務(wù)模式，也為農(nóng)化產(chǎn)業(yè)的再一次騰飛提供更強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力。

3 結(jié)語(yǔ)

在國(guó)家“十三五”的開局之年，也是全面建成小康社會(huì)決勝階段的開局之年，我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展要從主要追求產(chǎn)量增長(zhǎng)的“拼資源、拼環(huán)境”粗放式發(fā)展，轉(zhuǎn)變到“數(shù)量、質(zhì)量、效益并重”的軌道上來(lái)。農(nóng)業(yè)的發(fā)展思維與方式，要由孤立的“第一產(chǎn)業(yè)”升級(jí)為“第六產(chǎn)業(yè)”，推進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的深度調(diào)整，從根本上保障現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展?！暗诹a(chǎn)業(yè)”的發(fā)展需要構(gòu)建三產(chǎn)業(yè)聯(lián)動(dòng)發(fā)展的格局，突出工業(yè)支撐，彌補(bǔ)服務(wù)業(yè)短板，加快發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。其中涉及農(nóng)業(yè)工程學(xué)、植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)、產(chǎn)業(yè)生態(tài)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)、經(jīng)濟(jì)管理學(xué)、公共管理學(xué)等多學(xué)科的交叉，例如基于現(xiàn)代化信息技術(shù)和作物栽培管理輔助決策技術(shù)推進(jìn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展；基于農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化、智能化、信息化推進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)的實(shí)現(xiàn)等。新一代工業(yè)和信息技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)、“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)或云計(jì)算等在“第六產(chǎn)業(yè)”發(fā)展背景下，也將倒逼農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)供給側(cè)改革，引導(dǎo)農(nóng)業(yè)發(fā)展從“生產(chǎn)導(dǎo)向”轉(zhuǎn)向“消費(fèi)導(dǎo)向”。

在我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，以化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等為代表的化工產(chǎn)品對(duì)于提高糧食單產(chǎn)、保障糧食自給自足方面作出了重要的貢獻(xiàn)。然而，資源的緊缺、環(huán)境的變化以及農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，對(duì)支農(nóng)化工產(chǎn)品及農(nóng)化服務(wù)提出了新的要求。為此，應(yīng)大力開發(fā)新型化肥、新型低毒農(nóng)藥、高性能可降解農(nóng)膜等農(nóng)化產(chǎn)品。與此同時(shí)，需要配套使用新技術(shù)，如大力推廣水肥藥一體化灌溉技術(shù)。除了化肥、農(nóng)藥和農(nóng)膜等傳統(tǒng)支農(nóng)產(chǎn)品，其他涉農(nóng)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新也應(yīng)大力推進(jìn)，包括“治標(biāo)治本”的新型土壤修復(fù)技術(shù)、良種培育技術(shù)、作物抗逆性能改良技術(shù)、農(nóng)產(chǎn)品高值化技術(shù)、農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用技術(shù)等。好的化工產(chǎn)品和技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化是一個(gè)難題，要落地到田間地頭，仍需要加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)推廣，農(nóng)業(yè)組織形式改造與農(nóng)化服務(wù)升級(jí)是強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力，配套的政策扶持以及產(chǎn)學(xué)研政的聯(lián)合攻關(guān)也是必不可少的。

未來(lái)化工產(chǎn)品及先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，可望取得重大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。以新型高效肥為例估算，若推廣十億畝，將減少使用純氮300萬(wàn)噸，相當(dāng)于400萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，節(jié)約五氧化二磷200萬(wàn)噸，相當(dāng)于1000萬(wàn)噸磷礦，因而減排3000萬(wàn)噸CO2，并為降低霧霾和修復(fù)水體作出貢獻(xiàn)。

致謝感謝清華大學(xué)化學(xué)工程系邢新會(huì)、郭志剛、郭寶華、王亭杰、劉錚教授提供的寶貴資料，在此謹(jǐn)向他們表示誠(chéng)摯的感謝！

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Development of the “Sixth Industry” and its support by chemical technology

JIN Yong，LUO Zhibo，HU Shanyin，CHEN Dingjiang，ZHU Bing
（Department of Chemical Engineering，Tsinghua University，Bejing 100084，China）

At present，the traditional small-scale peasant economy has been unable to take on the responsibility of guaranteeing agricultural production and farmers' income increase. It is not conducive to food safety and environmental protection. The development of intensive agriculture is the general trend. The "Sixth Industry" is the development of modern agriculture as an excellent remedy for this situation. Among them，chemical products，such as chemical fertilizers，pesticides and agricultural plastic films，have made important contributions to the improvement of grain yields and the self-sufficiency of grain in China's agricultural development process. However，for the shortage of resources，changes in the environment and the development of agricultural modernization，it has put forward new demands of the agricultural chemical products and agrochemical services. This paper briefly reviews the development course of China's agricultural revolution，analyzes the connotation of the "Sixth Industry"，and expounds the important supporting role of chemical engineering and agrochemical dustry to the development of agricultural revolution under the perspective of "SixthIndustry". In particular，the transformation of the agrochemical industry should focus on the development of new agricultural chemical products including new chemical fertilizers，new low-toxicity pesticides and high-performance degradable plastic film. The traditional form of fertilizer application is also need to reform，which can promote the integration of water and fertilizer integrated irrigation technology. In addition，other agricultural-related technology innovation，such as new soil remediation technology，seed cultivation technology，crop resistance technology，high-value agricultural technology and agricultural waste utilization technology should be vigorously promoted. The transformation of agricultural organization form and upgrade of agrochemical service are also indispensable. In the development of "Sixth Industry"，agrochemical industry will usher in new development opportunities. With the application of new chemical products and advanced technology，the resulting social and economic benefits will be very considerable.

Sixth Industry；chemical engineering；agricultural chemical industry；fertilizer；pesticide；agricultural plastic film

S-1

A

1000–6613（2017）04–1155–10

10.16085/j.issn.1000-6613.2017.04.001

2016-12-21；修改稿日期：2017-01-20。

國(guó)家自然科學(xué)基金（L1522024）及中國(guó)工程院基金（2015-ZCQ-009）項(xiàng)目。

金涌（1935—），男，博士，教授，中國(guó)工程院院士，主要從事化工流態(tài)化技術(shù)以及循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論研究。E-mail：jiny@mail. tsinghua.edu.cn。聯(lián)系人：胡山鷹，教授，主要從事生態(tài)工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究。E-mail：hxr-dce@tsinghua.edu.cn。