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

□《中國農(nóng)資》記者 徐騫

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

□《中國農(nóng)資》記者 徐騫

在人類文明的進步中，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)機的應用到設(shè)施農(nóng)業(yè)的普及，伴隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，中國農(nóng)業(yè)由1.0迅速挺進到3.0時代。而近年來，又有很多專家學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對中國農(nóng)業(yè)有何增益又如何實現(xiàn)？為此，記者特邀中國工程院金涌院士為行業(yè)揭開農(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”

中國經(jīng)濟進入新常態(tài)，各產(chǎn)業(yè)均面臨著結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級、培養(yǎng)增長核心動力、實現(xiàn)穩(wěn)定增長和進一步適應市場活力的挑戰(zhàn)。對一般人來說，“農(nóng)業(yè)4.0”的概念還不清楚，它從何而來，又將向何去值得認真推敲。

在金涌院士看來，了解“農(nóng)業(yè)4.0”必須對人類農(nóng)業(yè)發(fā)展的變遷有全局意識。他認為，“農(nóng)業(yè)1.0”的開端是畜力和畜力農(nóng)器具的使用以及人畜糞便的使用；從“農(nóng)業(yè)2.0”開始，雜交育種和農(nóng)藥開始使用，化肥出現(xiàn)并推廣，中小型農(nóng)機、灌溉水渠系統(tǒng)應用于農(nóng)業(yè)。而目前我們正處于廣泛實踐、不斷深化的“農(nóng)業(yè)3.0”時代：大型農(nóng)機、生物治蟲、除草劑廣泛運用，無土栽培，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，測土配方施肥走向系統(tǒng)化。

“實現(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)機器人、“互聯(lián)網(wǎng)+購買”、銷售、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。”

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、土壤學、栽培學、分子生物學、化學工程學、機械工程學、信息工程學、工程管理學等多學科的交叉，是循環(huán)經(jīng)濟、低碳經(jīng)濟、生態(tài)保護的主戰(zhàn)場之一，是國家經(jīng)濟戰(zhàn)略發(fā)展新的著力點，加速邁進“農(nóng)業(yè)4.0”是人口多、耕地少、水資源缺乏的中國的必然選擇。

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

2013年中國人口約為13.61億，而預測顯示，2030年這一數(shù)字將達到14.5億以上。金涌介紹說：“我國糧食需求的峰值約為6.5億噸/年，而我國2015年糧食產(chǎn)量為6.2億噸/年，其中仍存在一定差距。英國經(jīng)濟學人智庫報告，我國糧食安全指數(shù)在接受調(diào)查的107個國家中排在42位。”

從人均資源角度分析，中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展條件明顯低于歐美發(fā)達國家。人均耕地面積小，而且國內(nèi)土壤貧瘠（多紅壤、黃土地），為保證糧食產(chǎn)量，國內(nèi)單位耕地面積施肥量遠超發(fā)達國家安全上限，但使用效率偏低。我國水稻、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%，利用率遠低于發(fā)達國家。

金涌表示：“化肥的過度施放，累加效應導致土地不堪重負，不僅污染土壤、水體、空氣，而且危及生物多樣性，導致農(nóng)產(chǎn)品中化學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，植株容易招致病蟲危害，農(nóng)藥施放次數(shù)和施放量也相應增多。如此發(fā)展將成為惡性循環(huán)。”

土壤對糧食安全、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，金涌認為，“農(nóng)業(yè)4.0”時代首先要緊抓生態(tài)農(nóng)業(yè)理念，減少面源污染，保護耕地土壤，利用綠色生態(tài)的農(nóng)業(yè)投入品以及科學合理的施肥施藥手段實現(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《土壤污染防治行動計劃》：開展土壤污染調(diào)查，掌握土壤環(huán)境質(zhì)量狀況；推進土壤污染防治立法，建立健全法規(guī)標準體系；實施農(nóng)用地分類管理，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境安全；強化未污染土壤保護，嚴控新增土壤污染；實施建設(shè)用地準入管理，防范人居環(huán)境風險；開展污染治理與修復，改善區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量；加大科技研發(fā)力度，推動環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)發(fā)展；加強污染源監(jiān)管，做好土壤污染預防工作；發(fā)揮政府主導作用，構(gòu)建土壤環(huán)境治理體系；加強目標考核，嚴格責任追究，必須認真執(zhí)行。生態(tài)農(nóng)業(yè)是國家需求，有重大戰(zhàn)略價值。從經(jīng)濟角度分析，生態(tài)農(nóng)業(yè)有巨大投資容量和空間，規(guī)模可大可小，有巨大社會效益和經(jīng)濟效益。技術(shù)方面，也有巨大發(fā)展空間，沒有尚需突破的技術(shù)制約，沒有重大資源、能源、環(huán)境的制約。“所以它是繼房地產(chǎn)投資，一帶一路，對外技術(shù)投資和產(chǎn)能轉(zhuǎn)移之后，最具現(xiàn)實意義的發(fā)展機遇之一。”

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行動方案》，提出到2020年重點發(fā)展環(huán)保新型肥：硝基復合肥、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：“針對目前國內(nèi)農(nóng)業(yè)施肥上的問題，需要測土施肥，不可作‘十全大補丸’，要避免某些元素富集。”

在金涌看來，施用植物專用配方肥，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，農(nóng)產(chǎn)品也更健康、更有病蟲害抵抗能力，減少農(nóng)藥使用量40%—50%，同時農(nóng)產(chǎn)品的風味和口感也能得以恢復，達到甚至超過有機農(nóng)產(chǎn)品的水平。

真實的實驗效果也證實了這種觀點。雜交水稻（甬優(yōu)12、15和538）使用水稻專用配方肥后，口感和風味達到了常規(guī)稻的水平。同樣品種的土豆（荷蘭15），使用土豆專用配肥和普通復合肥進行對比試驗，果實經(jīng)農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心分析化驗，二者營養(yǎng)和風味芳香物質(zhì)含量差異明顯，使用土豆專用配方肥的土豆，各種營養(yǎng)物質(zhì)含量達到或超過了上世紀六七十年代土豆的標準，并且均具有更好的耐儲性。

在農(nóng)技方面，金涌重點關(guān)注水肥一體化的發(fā)展，“水肥一體化的應用有效解決了作物全生育期對氮、磷、鉀吸收量及間斷施肥量不匹配。”目前，我國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75萬噸/年，增收900億元。“現(xiàn)代滴灌下的農(nóng)業(yè)相對于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，更能實現(xiàn)養(yǎng)分釋放速率與作物吸收速率的匹配。實現(xiàn)對作物全生命周期養(yǎng)分N、P、K匹配供應，如黃瓜對顆粒氮肥利用率16.4%，對滴灌氮肥利用率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、恢復作物品質(zhì)和風味。而水肥一體化的扎根同時倒逼農(nóng)資行業(yè)進一步重視水溶性肥料的研發(fā)推廣。”

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

隨著農(nóng)業(yè)從勞動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。事實上，國內(nèi)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個關(guān)鍵瓶頸就在于：農(nóng)產(chǎn)品銷售利潤無法滿足提高設(shè)施標準所帶來的成本提升。金涌認為，只有通過適度集約化經(jīng)營才能使科技投入發(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，科技進步和市場化運營的作用才能顯現(xiàn)。這是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)必由之路。”解決農(nóng)產(chǎn)品價格高于進口價格，而使庫存量增加，農(nóng)業(yè)補貼又違反世貿(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”應該表現(xiàn)出的狀態(tài)，和全新的生產(chǎn)模式？金涌說：“未來農(nóng)業(yè)中，‘互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)’或?qū)⒊蔀橹髁鳌Ｆ渲饕憩F(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，測土施肥能夠全面分析有機質(zhì)、pH值、全氮、全磷、全鉀、菌落、空間、時間分布，擁有智能感知、智能預警、智能分析、專家系統(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。”

“農(nóng)業(yè)4.0”時代，農(nóng)業(yè)經(jīng)營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，通過土地使用權(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)場式經(jīng)營。通過投資、貸款，使用先進技術(shù)，保證農(nóng)場高效益，使投資方、經(jīng)營方、勞動力方都能從中獲利，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)、服務業(yè)的融入帶來的新技術(shù)，才能使經(jīng)營主體壯大帶來高效益。其融合機制包括農(nóng)戶利益聯(lián)合模式、股份合作、承包轉(zhuǎn)移經(jīng)營權(quán)、訂單農(nóng)業(yè)、勞務合作、流轉(zhuǎn)聘用、家庭農(nóng)場、服務網(wǎng)絡(luò)等具體表現(xiàn)。而實現(xiàn)土地集約化經(jīng)營，需要政府引導、大中企業(yè)牽頭，提供風險保障和技術(shù)的穩(wěn)定注入，用市場經(jīng)濟代替小農(nóng)經(jīng)濟思維，提高品牌意識，并形成網(wǎng)上供銷服務。”