中国农业大学学报：试论生态农业的边界与科学技术原理(连载之一)
2024-6-2 17:04 |个人分类:生态科普|系统分类:科普集锦
[本博按] 什么样的农业才能叫生态农业？不解决这个根本问题，生态农业很难形成产业。另外，生态农业的边界在哪里？生态农业的科学原理与应用技术有哪些？生态农业能够解决所有农业问题吗？这些问题长期困惑生态农业的从业者、消费者和管理者。从即日起，笔者将采取连载的方式陆续回答上述问题，希望读者关注并提出批评意见。文章发表在中国农业大学学报 2024，29（6）：08⁃18.
试论生态农业的边界与科学技术原理
蒋高明1,2 刘美珍1,2 赵建设3
（1. 中国科学院植物研究所/植被与环境变化国家重点实验室, 北京 100093；
2. 中国科学院大学资源与环境学院, 北京 100049；
3. 河南中远有机农业研究所, 郑州 450053）
摘 要 由于生态农业概念模糊，加之边界不清，生态学界对生态农业科学原理与技术总结不够，公众对生态农业理解有误，阻碍了生态农业产业发展。在总结和归纳1982-2022年发表的相关文献基础上，本研究简要回顾了国内外生态农业提出的背景及其含义；分析了现代农业的9种主要形态及其特征；重新定义了生态农业概念；厘清了生态农业的边界；提出了指导生态农业发展的理论体系与科学技术。并以弘毅生态农场18年实践为例，验证了本研究提出的生态农业概念、理论与技术体系具有重要的应用与推广价值。
关键词 生态农业；科学原理；范畴；应用技术；食品安全
中图分类号（F323. 3） 文章编号 文献标志码 A
Discussion on the boundary of eco-agriculture and its scientific technology principles
JIANG Gaoming 1,2 LIU Meizhen 1,2 ZHAO Jianshe3
(1. State Key Laboratory of vegetation and environmental change, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093, China;
2. School of resources and environment, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
3. Henan Institute of Orangic Agriculture, Zhengzhou 450053, China)
Abstract Due to the unclear concept of eco-agriculture and the vague boundary, the scientific principles and technologies of eco-agriculture have not been well summarized, resulting in a serious misunderstanding of eco-agriculture in the society, which hindered the development of eco-agriculture industry. On the basis of summarizing the relevant literature published from 1982 to 2022, this study briefly reviews the background and significance of eco-agriculture concept at home and abroad, and analyzes the 9 main forms and characteristics of modern agriculture. The concept and the boundaries of eco-agriculture have been refined and clarified. Then we have proposed a theoretical system of science and technology to guide the health development of eco-agriculture. Finally, taking the 18 years practice of Hongyi Ecological Farm as an example, this study proves that the concept, theory, and technology of eco-agriculture proposed here have important application and promotion values.
Keywords modern eco-agriculture; scientific principles; category; application technology; food security
第一次绿色革命以来，农业科学技术不断更新，大量人工合成化学物质应用到种植和养殖过程中，提高了单位土地面积产出，满足了19个发展中国家对食物的需求[1]。然而，数量型农业以牺牲食物质量、生态环境和人类健康为代价[2]，该农业模式并不可持续，生态农业和有机农业应运而生[3-5]。
生态农业之所以重要，是因为其对环境与健康保护意义重大。现代农业高度依赖石化能源，依赖化学肥料、农药与地膜等，这些化学物质的生产、运输与使用，释放了大量温室气体[6-7]，造成严重的环境污染。过量施用化肥，尤其是氮肥，导致土壤酸化严重。以中国为例，2019年化肥平均使用量以N计为325 kg/hm2，远远超过世界平均水平123 kg/hm2 [8]。据不完全统计，中国公布使用的农药、化肥、添加剂、兽药等种类高达50 626种[9]。过量使用化肥，导致土壤酸碱度下降[10]、土壤板结、耕地质量下降、生产力降低、土壤侵蚀、土壤有机质流失等，全球每年仅与土壤侵蚀有关的公共和环境健康损失就超过450亿美元[11]。现代农业模式下，全球每年约460万t化学农药喷洒到环境中，其中99%释放到土壤、水体和大气中[12]。另外，农用地膜的广泛使用污染了农田环境，造成严重的“白色污染”[13]。
以第一次绿色革命为标志的数量型农业，忽略了食物的营养与健康功能，从而导致作物营养品质下降[14-15]，造成隐性饥饿问题，由此威胁着世界上20多亿人口[16]。隐形饥饿是由于营养不平衡，或缺乏某种维生素，或缺乏人体必须的矿物质，同时其他营养成分过度摄入，所产生的隐蔽性营养需求的饥饿症状。隐性饥饿能引起慢性疾病和其他健康失调[17]，如最常见的Fe、I和维生素A缺乏导致的各种疾病。最易受隐性饥饿威胁的人群是生育年龄的妇女、儿童和老人[18]。有研究表明，因农药污染，儿童智力也受到影响[19]。人类多种重大疾病爆发、寿命降低、不育不孕疾病流行与传统农耕方式改变密不可分[20-22]。
为解决现代化学农业带来的问题，国内外学者和政府都进行了各种理论探索与实践[23-24]。上世纪80年代，侯学煜[25]提出了“大农业” “大粮食”观点，指出森林、草原、农田、水域等应分别属于不同的生态系统类型，但从区域观点出发，山、水、林、田、湖、路、村是相互联系的，农、林、牧、副、渔构成了特殊的生态系统，其中不同子系统都能够生产或提供食物，不能搞“围湖造田”、“毁林开荒”、“向草原要粮”等极端的农业模式。侯学煜的上述观点，为生态农业发展奠定了重要理论基础。
1993年，由农业部等7个部委局组成的“全国生态农业县建设领导小组”，启动了第一批51个生态农业县建设工作[26]。2000年，国家启动了第二批50个全国生态农业县建设工作，同时提出在全国大力推广和发展生态农业的任务。2002年，农业部向全国征集到了370种生态农业模式或技术体系，并遴选出具有代表性的10个生态模式类型，包括北方“四位一体”模式、南方“猪-沼-果（稻、菜、鱼）”模式、平原农林牧复合模式、草地生态恢复与持续利用模式、生态种植模式、生态畜牧业生产模式、生态渔业模式、丘陵山区小流域综合治理利用型模式、设施生态农业模式和观光生态农业模式[27-28]。
生态农业经历近半个世纪的发展，引起了越来越多的关注。在政策层面上，中国加大了对生态农业的扶持力度。作为生态农业主要场所的生态农场，得到了国家农业农村部的重视。农业农村部按照《“十四五”全国农业绿色发展规划》有关要求，制定了《推进生态农场建设的指导意见》，以加快推进生态农场建设，促进农业绿色低碳转型[29]。
然而，在现代农业大背景下，生态农业没有起到遏制农业生态系统与人类健康退化的趋势。生态农产品没有得到市场认可，依然停留在小众范围之内。随着社会经济的发展与农业科学技术的不断进步，生态农业原有的含义已不适应当今发展需求，突出表现在概念模糊、边界不清，较多非生态农业元素如农药、化肥、地膜、激素，反季节种植与养殖、无土栽培等都混在生态农业中。由于生态农业的科学原理不明，人们将生态农业简单等同于原始农业，没有形成独特的产业。在陈旧理论指导下，生态农业所使用的科学技术被忽略，转而使用大量化学农业技术，严重阻碍了生态农业发展与生态文明建设。本研究试就生态农业相关热点问题，尤其从生态农业的概念、意义、范畴、科学原理与应用技术等方面介绍有关进展，以期为引领生态农业产业发展提供理论依据。
中国农业大学学报试论生态农业的边界与科学技术原理(连载之二)
2024-6-6 16:14 |个人分类:生态科普|系统分类:科普集锦
中国农业大学学报:试论生态农业的边界与科学技术原理(连载之二)
蒋高明 刘美珍 赵建设
1 当前农业的9种形态
表1梳理了当前可为人类提供食物的9种主要农业形态。集约化农业也叫单一农业，或采取精量播种、化肥深施、秸秆还田、节水灌溉等措施，提高农业资源利用率；或进行抢收抢种、抗旱排涝、大规模病虫害防治；或进行农田水利建设保障作物水分供应；或利用现代生物技术，让病虫害管理变得更简单；或利用信息技术、工程技术、肥料技术等，进一步提高农产品单位产量[28]。其中肥料技术应用最广，具体分类如下：按化学成份可划分为有机肥料、无机肥料(化肥)、有机无机肥等；按养分组成可划分为有单质肥料、复混（合）肥料（多养分肥料）等；按肥效作用方式可划分为可分为速效肥料、缓效肥料等；按肥料物理状况可划分为可区分为固体肥料、液体肥料、气体肥料等；按肥料的化学性质可划分为碱性肥料、酸性肥料、中性肥料等。除此之外，还有生物菌肥、矿物肥、叶面肥等。集约化农业使产量大幅度提高，为典型数量型农业，但在粮食增产的同时，带来环境污染、温室气体排放、生物多样性下降与人类健康隐患等问题。
设施农业是一类人工控制环境的农业模式，属高投入、高污染，资金、技术、劳动力密集型的农业模式。利用人工建造的设施，使传统农业摆脱自然束缚，实现工厂化生产。此农业模式打破了传统农业的季节性，实现农产品反季节供应[30-31]。设施农业包括设施园艺和设施养殖两大部分，前者是遍布世界各地温室蔬菜大棚，其中中国占85%以上；后者即集约化的养殖场。设施养殖主要有水产养殖和畜牧养殖两大类，其中水产养殖包括淡水养殖与海水养殖；畜牧养殖包括集约化养殖牛、羊、猪、鸡、鹅、鸭等，其中鹅和鸭等水禽类养殖在狭小的空间实现。设施农业里还分化出一种特殊类型，即不用土壤而用可吸收养分溶液的物料(如珍珠岩、蛭石、无毒泡沫塑料等)作为植物生长介质的栽培类型，这种不用土壤，不占耕地，通过营养成分有效供给，满足植物生长的技术，被誉为人类种植历史上的一次“大变革”，也称为“植物工厂”[32]。无土栽培不仅不受季节的限制，生长快、产量高，而且把农民从繁重的种植劳动中解放出来，实现植物生产的工厂化、自动化，持续为人们提供更多的食品。常用的无土栽培技术有水培、雾（气）培 、基质栽培等。该类农业模式也是一种典型的数量型农业，其带来的环境与健康问题尚未引起足够重视。
住宅农业是农户或市民在自家居住地发展起来的小型农业模式，该技术可以不用农药、化肥、除草剂、地膜、激素而生产优质蔬菜或瓜果。消费者亲自参与农业劳动解决农药残留问题。农户住宅绝大多数以一层的庭院为主，土地利用效率相对低。城市屋顶与阳台也可发展为安全的蔬菜生产空间，屋顶农业可增加水利用效率，将生活垃圾无害化处理，同时可生产有机食物。另外，住宅农业还可降低市政污水管网压力，增加小区绿地面积。然而，住宅农业通常面积较小，仅可部分满足消费者对优质蔬菜需求。
白色农业是利用微生物资源生产食物。该模式既包括真菌生产，还包括生物工程发酵工程和酶工程[33]。因微生物不需要光线，不能进行光合作用，且蘑菇产品为白色，故得名。另外，白色农业生产环境高度洁净，工人需穿戴白色工作服，故被形象化地称之为“白色农业”。但白色农业易发生“白色污染”。
蓝色农业是在海洋水体中开展的水产农牧化活动，是以海洋为生产场所的农业，包括在近岸浅海海域、潮间带以及潮上带室内外水池水槽内，所开展的海藻、虾、贝、鱼类的养殖等。在水生环境中，单位面积上水生植物光合能力高于陆地，且易于收获，因此水环境被认为是食物生长的理想之地[34-35]。海洋是巨大的资源宝库，开发利用海洋生物资源，可为人类提供大量食物，并为海洋保健品、海洋药物、海洋化工提供丰富的原料[27]。传统农业和畜牧业是除集约化种植和养殖以外的农业、畜牧业，其中种植业不使用农药化肥，以满足农民自身需求为主，极少量产品进入市场流通；传统畜牧业又分为种草养畜、天然放牧、生态草业3种形态，其中生态草业包含了部分生态农业内涵[36]。传统的渔业包括淡水渔业与海洋渔业捕捞，不包括集约化水产养殖。
生态农业是利用生态学原理设计的农业产业模式，多数学者对该种模式十分推崇，并寄予厚望[4, 27, 37-39]。对于生态农业模式，骆世明[28]分别从景观、群落、种群、个体与基因层次划分了景观、循环、立体、食物链、物种与品种搭配、复合等模式。
有机农业是通过第三方有机认证的农业模式，理论上要求不使用人工合成的化学物质，不能用转基因种子，但对反季节种植和集约化养殖没有特殊要求，地膜和除草布也允许使用。一般认为有机农业产量低于常规农业，但可通过多种农业形态弥补，如生物多样性与废弃物的循环利用。另外，有机农产品售价高于普通农产品，可吸引更多的农户参与其中[40]。
其他农业形态包括农林复合体、订单农业等。
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