生物經濟對農業可持續發展的影響

鄧心安，許冰茹，楊多貴

(1.中國農業大學人文與發展學院，北京 100193；2.中國科學院科技政策與管理科學研究所，北京 100190)

生物經濟對農業可持續發展的影響

鄧心安1，許冰茹1，楊多貴2

(1.中國農業大學人文與發展學院，北京 100193；2.中國科學院科技政策與管理科學研究所，北京 100190)

中國經濟社會跨過溫飽并進入中等收入階段，現有粗放型增長方式與發展模式不可持續，農業可持續發展面臨新的挑戰。正在興起的生物經濟與即將到來的生物經濟時代為農業發展帶來新的機遇:農業將具有 “雙基礎”地位；農業與生物相關產業互聯大融合；第二次綠色革命的時機正在成熟。通過玉米產業鏈案例的實證與歸納，進一步驗證生物經濟通過生物質產業鏈對農業發展的影響，一是為農業可持續發展賦予新的內涵；二是為農業綠色轉型提供新的發展觀與技術平臺。在討論中，重點詮釋了農業可持續發展需要適應生物經濟時代的新型農業發展觀的必要性及其理論意義。

生物經濟；農業可持續；生物質；生物質產業鏈；第二次綠色革命

1 引言

21世紀初以來，學術界對以無機化學品高投入為特征的現代農業模式進行了深刻反思，由此提出以可持續發展、可再生、生態、多元為其主要特征的 “后現代農業”[1]。對發達國家農業增長的實證研究表明，技術進步是農業可持續增長的關鍵因素，目的在于用更少的資源來獲取更多、更好的產出[2]。

生物經濟是以生命科學與生物技術的研究開發與應用為基礎的、建立在生物技術產品和產業之上的經濟，是一個與農業經濟、工業經濟、信息經濟相對應的新的經濟形態[3]。生物科技對作物和生物能源的革命性影響正在導致農業新的觀念轉變和轉型，即農業可能 “轉型為既生產生物燃料又生產食物和纖維的現代農業”[4]。針對人類面臨的食品與營養、健康、可再生能源與可持續原材料、環境可持續等挑戰，生物經濟將變革“4fs” (food，feed，fuel，fiber)生產方式，帶來農業發展觀念的轉型[5-7]。

中國現有粗放型經濟增長方式與農業生產模式不可持續，必然要發生變革。正在興起的生物經濟與即將到來的生物經濟時代，為農業可持續發展和綠色轉型帶來新的時代機遇。

2 農業可持續發展面臨新的挑戰

在經濟社會跨過溫飽并進入中等收入階段后，中國農業可持續發展面臨新的挑戰。其宏觀表現在以下三個方面。

2.1 國際橫向比較， “三農”指標相對落后，農業勞動生產率亟待提高

農業產值占國民生產總值 (GDP)比重、城鎮化率、農業勞動力占總勞動力比重，可作為宏觀反映農業發展問題輕重程度的3個指標 (簡稱“三農”指標)。相較于發達國家，中國的 “三農”指標普遍落后；部分指標也落后于發展中國家如巴西 (見表1)。指標隱含的信息表明:中國有數量眾多、比重過大的農民被束縛在有限的耕地上，在勞動生產率和土地生產率較低的狀態下 “搞飯吃”；農民的農業收入增長空間極為有限，城鎮化任務相當艱巨。

表1 “三農”指標的國際比較

2.2 國內縱向比較，農業指標 “雙下降”背后折射出的深層次問題

中國的農業產值占GDP比重、農業勞動力占總勞動力比重一直偏大，所對應的2條時間序列曲線，都隨著時間的推移而向下延伸并趨近于時間橫坐標 (見圖1)。

圖1中2個指標曲線背后隱含的問題是:未來農業會不會趨于 “消失”，還是部分演化為其他某種農業形態?農民會不會終結，還是演變成為某類 “新型農民”，大量農業勞動力轉移何處?此類問題涉及農業發展深層次問題，屬于農業哲學意義及其層面上的問題:農業發展的本質是什么；未來的農民什么樣[8]。只有實現農業轉型，發展新型業態，才可能破解該曲線折射出的農業趨于“消失”問題。

2.3 粗放型增長方式造成城鄉水土、空氣污染嚴重，農業環境不可持續

氣候變化對環境和農業的影響廣泛而巨大，因為極端氣候通常毀掉大片莊稼和農田。據聯合國機構預測，2049年世界某些地區的作物產量將減產50%，而同期全世界人口將達到90億，2100年達到110億，增加人口的大部分出生在缺少應對危機的發展中國家，農業與糧食危機又一次擺在世界面前[9]。

圖1 農業問題的兩個指標曲線

就中國而言，農業及其關聯產業的 “高投入、高能耗、高污染”發展模式導致:耕地過度墾殖和質量退化，包括土壤侵蝕、酸化、鹽漬化、沙化、農藥殘留；農村與城市的環境污染相互疊加，江河湖、近海及水田等水資源受到嚴重污染；有機廢棄物未得到有效利用，農業大區如華北、東北的秸稈處理以及霧霾問題嚴重，而霧霾直接導致作物吸收光熱的質量下降。以糧食為例，總產的 “十一連增”是建立在人工和化肥農藥等化學品高投入、水體及土壤大面積污染的基礎上，即便 “增長”是連續的，但其增長方式不可持續。1978—2013年，中國糧食產量增加近1倍，但化肥使用量增加了5倍以上。如果實施農業減 “肥”政策，或者執行 “到2020年化肥和農藥使用量的兩個零增長”政策方案，那么，要想不影響國家糧食安全、促進糧食生產的可持續發展，就必須改變以往 “大肥高藥”的所謂 “高產”發展觀與模式，并采取新的育種策略與方法。目前國內糧食及相關畜禽產品生產成本高、價格明顯高于國際市場，是現有發展模式的直觀反映。

3 生物經濟時代農業發展新的機遇

生物的特異性與生物過程的低碳環保、循環利用、可持續特征，使得生物經濟具有多樣化生態功能、綠色化經濟功能以及人本化社會功能。未來生物科技產品的普遍應用，標志著生物經濟發展到其成熟階段，人類經濟社會進入生物經濟時代。

3.1 生物經濟引領農業迎來 “雙基礎”時代

隨著生命科學與生物技術的突破性進展及其在農業、能源、生物制造、醫藥以及生態服務等領域的廣泛應用，農業將迎來 “雙基礎”時代。農業過去是工業乃至國民經濟的基礎。當代農業仍然是它們的基礎，同時進一步演進為生物經濟的 “雙基礎”:農業是生物質的基礎；生物質是生物經濟的基礎。與常規現代農業所不同的是，包括農業主副產品、農業與城市固體廢棄物以及藻類等多種形式的生物質，可作為一系列生物基產品的生產原材料，生產從高端醫藥，到中端生物能源、生物化學品、生物基材料，再到初級農產品以及生態服務，從而形成玉米、大豆、稻米、畜禽等不同系列、多層次的循環產業鏈。

3.2 農業與生物相關產業互聯大融合

生物經濟時代是生物、信息、物質大融合的時代?；蚴巧锎嬖诘谋举|基礎，儲存于其中的遺傳指令幫助生物協調其整個生命系統。生物、信息、物質大融合，是生物相關產業互聯融合的物質基礎。產業融合意味著產品及服務價值增加、產業鏈延長、物質與能量的循環利用。

作為邁向可持續未來的綜合平臺，生物經濟正在促進農業與其他生物產業互聯大融合。隨著生命本質高度一致性的被揭示及其產業化應用，生物相關產業呈高度融合趨勢，農業與工業尤其是其中的化工制造、能源、醫藥，以及旅游、生態服務等第三產業的界線漸趨模糊，邊界趨于淡化；農業正發展成為與其他產業有著廣泛聯系并相互影響的一個綜合部門，食品、營養、健康醫療、能源及其他生物基資源、環保、觀光與休閑旅游、生物多樣性及生態服務等都與農業有著越來越密切的關系。即便傳統農業的比重在下降，多種農業新型業態也會導致農業的領域與功能進一步拓展。

3.3 第二次綠色革命的時機正在成熟

農業是直接關系到食品營養、環境、生態以及能源等全球性危機的基礎性產業。發生于20世紀40—70年代的綠色革命給世界農業發展帶來巨大變化，解決了困擾當時社會的全球性糧食危機，但同時也在農業污染、生物多樣性等可持續發展方面產生了負面作用[10-11]。近現代農業發展史表明:當農業發展面臨重大問題或危機，適逢科技取得重大突破與整體性進展時，農業就會發生革命性變化。如20世紀70年代初以后限制性內切酶、連接酶等技術的突破，導致80年代植物轉基因革命。由于當今經濟社會正面臨新一輪食品短缺，以及日益嚴重的能源與環境危機，而生物科技正在取得新的突破與整體性進展，因而有政策研究者和科學家呼吁農業第二次綠色革命[9，11-12]，借此促進農業可持續發展，實現農業綠色轉型。

4 農業可持續發展實證分析——以玉米產業鏈為例

無論從播種面積還是從產量上來衡量，玉米均為中國第一大糧食作物。以玉米生物質產業鏈為例進行分析，具有典型代表性。

4.1 龍力玉米全株產業鏈

作為國內代表企業，山東龍力生物科技股份有限公司 (簡稱 “龍力”)成立于2001年，是以玉米、玉米芯及秸稈為原料，采用現代生物技術生產功能糖、淀粉及淀粉糖，利用廢渣生產燃料乙醇和高分子材料等系列產品的生物質綜合企業。

其上下游產品及服務的類型包括:傳統種植業——玉米；以低聚木糖、木糖醇為核心的新食品、營養及健康保健品；由燃料乙醇、沼氣及其發電構成的生物能源；通過酶解木質素生產的高分子材料；通過改變秸稈焚燒習俗、綜合利用有機廢棄物而創造出的有利于環境的生態產品與服務?？梢姡渖婕暗念I域與農業經第三次拓展后形成的新型農業體系及其6個子系統[3，8，11]的框架基本吻合 (見圖2左)。其中的生物基資源系統包括由燃料乙醇、沼氣及其發電構成的生物能源和生物材料兩大類型。

4.2 帝斯曼生物質產業鏈

作為國外代表企業，荷蘭皇家帝斯曼集團(簡稱 “DSM”)是一家致力于可持續發展的生命科學與材料科學的跨國公司[13]。其產品及服務的類型包括:維生素與抗生素、保健品、涂料與油漆、飼料成分、生物能源 (纖維素生物燃料和生物氣)、生物基材料、化學品結構單體 (生物基琥珀酸等)，以及個人護理、醫療設備、生命防護等健康醫療服務，涉及新型食品、營養、健康、能源、材料、環保等領域 (見圖2右)。

圖2 生物質農業拓展產業鏈

DSM將生物經濟作為創造可持續發展未來的綜合平臺，運用先進的生物科技手段和基于生物過程的可持續發展理念——以可再生的非化石型替代解決方案來滿足日益增長的需求，以玉米殘渣等生物質 (包含農業、工業及生活的有機廢棄物)為原料，生產環保、高效、可再生的生物基系列產品，并創造新的就業機會，增加農民收入，減少溫室氣體排放。

4.3 生物經濟產業鏈的意義與效益

作為生物經濟與農業相結合發展的經典案例，龍力玉米全株產業鏈和帝斯曼生物質產業鏈具有示范價值與普適意義。首先，具有重要性，玉米是中國也是世界主要農作物，秸稈重量約占全株3/4，生物量巨大。其次，具有可持續性，能源與環境問題屬于全球性危機問題，玉米生物質的循環利用，能夠為能源與環境問題的化解提供新的可持續發展途徑與思路。第三，具有可復制性，玉米產業鏈為其他農作物如大豆、小麥、高粱、水稻等的綜合開發利用提供了可資借鑒的經驗和模式。如果農業生產能夠做到廢物利用、循環發展，則可以減少農業污染與碳排放，改善農業生態，從而實現農業低碳環保與可持續發展。

在全球性不可再生的化石資源逐漸枯竭、成本上升，城鄉經濟需要綠色轉型的時代背景下，生物經濟產業鏈具有長遠的綜合效益。從經濟效益上講，將常規農業拓展到新型農業體系，延長了產業鏈，實現了玉米等系列加工產品的多級增值；從民生及社會效益上講，改變傳統農業的就業形態與人們的健康觀念，創造了農業新業態與“綠領”產業模式以及新的營養健康的生活方式，增加了就業，提高了農民收入；從生態效益上講，物盡其用，變廢為寶，在增加可再生能源及其他生物基產品供應的同時，減少有機廢棄物的排放，能夠解決困擾多年的秸稈處理問題，消除由秸稈焚燒帶來的污染。

5 結論與啟示

5.1 生物經濟賦予農業可持續發展新的含義

隨著全球性水、土地、能源等資源與環境危機的加劇，以及經濟社會普遍性低碳環保意識的增強，傳統的化石基工業制造正在被可再生的生物基綠色制造所替代。通過 “生物質-生物過程-生物經濟”思想與路徑，農業、生物醫藥、生物化工、生物能源、生物材料、生物環保與生物炭利用以及生態服務等利用可再生資源的眾多產業緊密互聯融合，聯結它們之間的共同點是:綠色制造與低碳環保、可再生與可持續。

農業是可再生的生物質的基礎，生物質是可持續的生物經濟的基礎，因而生物經濟賦予農業“雙基礎”地位，進而賦予農業可持續發展以革命性的新含義。新含義意味著，農業可持續發展不但包括傳統意義上的資源節約與循環利用，保護農業資源，減少農藥、化肥、農膜等化學品投入及由此造成的環境污染，而且更深刻地表現在:突破傳統的農業范疇，拓展農業領域與功能；變革傳統的 “化學過程”為可持續的 “生物過程”，從而變革傳統的農業及其相關生物產業的制造模式；運用農與 “非農”系統觀，推進城鄉一體化污染治理與生態保育。

5.2 第二次綠色革命為農業可持續發展提供新的手段

第二次綠色革命對農業綠色轉型具有深遠影響。以玉米為例，針對玉米飼料中存在大量不能為動物直接利用的植酸磷、工業發酵方式生產植酸酶耗能大成本高、如不添加植酸酶就造成畜牧養殖業中磷的大量浪費并對土壤水源產生污染等問題，運用轉基因等技術培育轉植酸酶玉米新品種，使玉米飼料自身成為 “生產植酸酶的綠色工廠”，便可以變革飼料生產方式，帶來養殖業的一項亞革命。從宏觀效益上來評價，植酸酶玉米不僅能夠減少使用無機磷，延緩磷礦資源枯竭，顯著降低成本；還可以增進牲畜對鐵、鋅、鈣、鎂、銅、鉻、錳等礦物質元素的吸收；更具可持續意義的是，能夠解決傳統養殖中使用工業化植酸酶成本高等問題，有效減少牲畜糞便對環境的污染。

植物轉基因是第二次綠色革命的主導技術。農業可持續發展意味著經濟、社會和環境三方面的統籌與和諧發展，而轉基因植物能夠從環境、經濟、社會問題三方面來滿足以上條件[14]:一是從環境方面，通過減少農用化學品投入、增加產量而減少耕地總量有利于保存生物多樣性，通過免耕、減少因化肥和燃料投入而引起的溫室氣體排放來保護氣候，通過節水、少耕等來保護資源；二是從經濟方面，能夠提高就業水平和產品競爭力；三是從社會方面，通過改善營養、增加食品供應等方式提高生活標準。因此，從總體上講，植物轉基因正在成為農業可持續發展新的革命性手段。

在第二次綠色革命中，微生物將扮演重要角色。研究新的微生物并開發新型功能菌種，不僅能夠發揮微生物在土壤肥力保育、營養元素循環轉化、環境凈化與生態系統平衡等傳統領域的重要作用，而且通過相關產業的綠色制造，促進農業拓展領域的可持續性。

5.3 農業可持續發展需要新型農業發展觀

玉米產業鏈案例表明:生物質產業鏈將農業與其他生物相關產業緊密地聯系在一起，并促進農業及相關產業的可持續發展；生物科技為農業領域與功能的拓展提供了內生動力，能夠促進農業綠色轉型。由此推之，玉米與其他植物產品如大豆、畜禽產品如雞蛋等共同構成不同類型和層次的生物質產業鏈體系，從而形成以生物質為核心的、可再生與可持續的、包含農與 “非農”對立統一關系的綠色產業網絡。該網絡在農業上的綜合體現，就是包含常規農業系統在內、并包括生物相關的農業拓展領域的新型農業體系[3，8，11]。

新型農業體系是面向生物經濟時代的農業綜合形態的假設。當代農業發展的實踐及農業形態演變的趨勢進一步驗明這一假設的正確性，因為它符合以下三項基本條件:一是具有實踐性，能夠解釋當代農業正在發生的拓展或變化；二是具有預見性，能夠預見未來時代農業可持續發展的趨勢；三是具有多功能價值，能夠邏輯自洽。

新型農業體系能夠解釋當代農業領域與功能正在拓展的事實現象 (內符)，又能夠預見并指導未來農業發展方向 (外推)，因而可望成為生物經濟時代未來 “現代農業”的愿景。

[1]王治河.綠色發展呼喚后現代農業[A].趙建軍，王治河.全球視野中的綠色發展與創新——中國未來可持續發展模式探尋[C].北京:人民出版社，2013:87-102.

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[12]新華網 .潘基文呼吁國際社會發起“第二次綠色革命”[EB/OL].(2008—05-15)[2015-07-03].http:// news.xinhuanet.com/newscenter/2008-05/15/content_8172663.htm.

[13]生物經濟發展研究中心.生物經濟發展的一個案例:帝斯曼[EB/OL].(2014-04-01)[2015-04-20].http:// www.bioec.org/data/2014/0401/article_525.html.

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(責任編輯 譚果林)

Impact of Bioeconomy on Sustainable Development of Agriculture

Deng Xin'an1，Xu Bingru1，Yang Duogui2
(1.College of Humanities and Development，China Agricultural University，Beijing 100193，China；2.Institute of Policy and Management，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China)

With the economic society stepping over subsistence and coming into the middle-income stage，the existing extensive growth mode and development model in China are unsustainable，and the agricultural sustainability is facing new challenges.The emerging bioeconomy and the upcoming bioeconomy era bring new opportunities to agriculture as below:agriculture will be given“double base”position；agriculture and bio-related industries are merging；and the second green revolution is upcoming.By empirical and inductive research on the case of corn industry chain，impact of bioeconomy on the development of agriculture are further confirmed through biomass industry chains:one is to give new meaning to agricultural sustainability；and the second is to provide a new concept of development and technology platforms for the green transformation of agriculture.In the discussion，the necessity and theoretical significance of the new concept of development based on the bioeconomy era that agricultural sustainability needs to adapt are mainly interpreted.

Bioeconomy；Agricultural sustainability；Biomass；Biomass industry chain；Second green revolution

F323.2

A

2015-07-16

鄧心安 (1963-)，男，湖北人，教授；研究方向:科技發展戰略與政策、生物經濟與農業發展。