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生态种养转一体化开创现代生态农业高质生态食品新时代

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一、钱学森院士倡导的第六次产业革命——知识密集型农业产业,指的就是生态种养转一体化和产加销融合化。

钱学森院士是我国火箭、导弹、航天科技和系统科学技术的奠基人,驰名中外的杰出科学家,在他的晚年即二十世纪八、九十年代,以他博大精深的系统思想和大成智慧,预见和阐述了二十一世纪即将兴起的第六次产业革命,是我们学习、继承、借鉴的宝贵思想财富。

科学、技术、产业间的关系为,科学革命摧生技术革命,技术革命带动产业革命。第六次产业革命是当代科学技术发展的必然结果。钱学森认为,产业革命就是科学技术、生产力发展而引起的生产体系和经济结构的飞跃。钱学森院士1984年5月1日在给国务院水利部水电出版社昌宗耀的信中,对人类历史上历次产业革命进行了划分,预言将出现第六次产业革命——第一次产业革命为农牧业的出现和兴起,第二次产业革命为手工业商品交换的出现和发展,第三次产业革命为大工业革命,第四次产业革命为国家以至跨国大生产体系,第五次产业革命为计算机、信息组织起来的生产体系,第六次产业革命为高度知识技术密集的大农业、农工商综合生产体系,将出现在21世纪的中国。

钱学森论第六次产业革命的典型代表,一是钱学森1984年12月23日在中国农业科学院第二届学术委员会上的讲话,在讲话中,钱学森指出,第六次产业革命就是建立农业型知识密集型产业。知识密集型产业,就是把所有科学技术都用上,靠高度科学技术生生产。而农业型产业就是以太阳光能为直接能源,靠植物的光合作用为基础,来进行产品生产的生产体系,在充分利用植物光合作用产品时,应尽量插入中间环节,利用中间环节生产有用产品,例如用稭杆、树叶、草加工配合饲料,发展牛羊兔等畜牧业,牛粪也可种蘑菇,也可养蚯蚓,加工成鱼饲料或运到沼气池生产燃料气体,蚯蚓粪、塘泥和沼气渣用来还田。它已不是传统农业,不是单方面生产,而是一种生产体系,一种产业。共特点是以太阳光能为直接能源,利用生物(植物、动物、微生物)来进行高效益的综合生产。农业产业是以种植业粮食经济作物为基础,建立包括农、林、牧、畜、禽、鱼、虫(蜜蜂、蚯蚓)菌业,微生物(沼气、单细朑蛋白)业、副业、工业十业并举的农业产业体系。钱学森论第六次产业革命的典型代表,二是1995年1月钱学森等专家向中央领导呈送的《我们应研究如何迎接21世纪》的建言,在建言中,钱学森等专家预言,中国在21世纪必将迎来“第六次产业革命”,第六次产业革命起步时间大约在2020年,我们应着手积极准备。这次产业革命的实质是以太阳光为

能源,利用生物(植物、动物、菌类)水和大气,通过农、林、草、畜、禽、菌、药、鱼加上工、贸等形成新的知识密集型农业产业。这是旨在消灭几千年来形成的城市和乡村差别的产业革命,它将大大促进人与自然之间的协调发展,也将实现人口、经济、社会、资源和生态环境的协调发展,使中国快步进入可持续发展的新阶段。

钱学森论第六次产业革命,归纳起来有如下几个要点:一是在信息革命之后,在21世纪的中国将迎来第六次产业革命,起步时间约在2020年,将会引发农业生产体系和经济结构大变革;二是第六次产业革命是知识密集型农业产业,或是高度知识和技密集的大农业农工商综合生产体系,所谓知识技高度密集就是把所有科学技术都用上,不仅是农业科技、生物科技的系统集成综合应用,更是农业工业化、信息化、知识化、生态化技术的系统集成综合应用;三是所谓农业产业体系或大农业产业体系,就是在以太阳光能为能源,利用生物进行高效益的综合生产,这个过程中要充分利用植物、动物、微生物生物资源,尽量加入中间环节,是包括农、林、草、畜、禽、鱼、虫、菌业(微生物业)加上工、贸形成的新型大农业产业体系,也就是生态种植业、养殖业、有益菌类转化业融合一体化及在此基础上的产加销(农工贸)融合一体化(生态种养转一体化是农业生产体系变革,产加销(农工贸)一体化是经济结构变革)。

二、生态种养转一体化是现代生态农业区别于传统有机农业、当代化学农业的本质特征

传统农业——种养结合有机农业

当代农业——种养分离化学农业

未来农业——生态种养转一体化现代生态农业

农业的实质是人类利用地球生物圈生物和环境制造生产食物和生物质资源的过程。地球生物圈生物进化顺序是微生物——植物——动物——人类。人类为了生存,早就学会了种植植物和放牧饲养动物获得食物,并逐步发展成种植业和畜牧养殖业,成为传统农业的主要生产内容;人类对微生物的发现、认识和利用长期滞后于对植物、动物的认识利用,这是因为微生物个体微小(纳米——微米尺度),人眼睛不能直接看到,只能借助显微镜才能看到,微生物的分离、培养、其种类、结构、功能及有益微生物的开发利用,都必须在专用实验室,专用仪器设备和超净环境下,由专业技术人员操作下才能完成,如果说植物种植、动物放牧养殖是普通农民就能办的事,而微生物转化开发利用,因知识技术密集,必须由训练有素的专业科技人员才能完成。人类对植物、动物、微生物的认识利用,及在此基础上对植物、动物、微生物之间,植物——动物——微生物与环境之间关系——生态平衡与可持续发展关系的认识利用,经历了漫长曲折的发展历程。

从人类利用地球生物圈植物——动物——微生物和环境制造食物和生物质资源的发展演变历程看,已经历了种养结合的传统有机农业、种养分离的当代化学农业两个发展阶段,现正向以可持续发展为目标的生态种养转一体化现代生态农业新阶段转化、过渡、发展。

种养结合传统有机农业

种植业发达,种植业养殖业结合,种植业除提供植物性食品外,利用种植业副产品生物质资源(稭杆、糠、麸、饼粕等)饲养畜禽,为种植业提供耕作、运输动力(畜力)、有机肥(畜禽粪便),并为人类辅助、补充提供动物性食品;靠施用有机肥,种植豆科作物并与禾本科粮食作物轮作,保持土壤肥力;靠作物轮作倒茬、间作套种等耕作栽培措施,预防病虫危害。直到16世纪中期列文虎克制成显微镜人类第一次看到微生物的真面目之前,人类对微生物一直处于不知不觉的“无知”状态,对微生物的利用处于依靠经验、自然菌——自然发酵阶段,产品有发酵“堆肥”,发酵饮料食品如酒、醋、酱、泡菜、发面馒头等。种养业基本是“靠天吃饭”,综合生产能力低,产量水平、土地生产率、劳动生产率、商品率都很低,但农产品质量好,基本都是天然有机无污染食品。由于种养结合,施用有机肥,维持地力不衰,靠轮作倒茬等耕作栽培措施预防病虫危害,环境资源总体安全,维持低水平可持续性。

种养分离当代化学农业

机器的发明、工业的发展,带动了种植业,养殖业的机械化、规模化、专业化,种植业、养殖业由传统农业的种养结合走向种养分离;种养业严重分离导致两个结果,第一是导致种植养殖业除食品外的副产品——生物质资源(稭杆、畜禽粪便)大量积压、废弃、浪费;第二是除少数经济作物继续施有机肥外,大面积粮田不再施用有机肥,改为大量施用化肥,在规模集约种植下,大量施用化学农药、除草剂防治病虫草危害,专业化规模养殖下,大量使用抗生素预防传染病害;使种养分离的化学农业成为有别于传统农业的鲜明特点。到19世纪中期,经几代科学家几个世纪的努力,人类对微生物的种类、结构、特性、应用功能逐步有了认识了解,对微生物的利用从自然发酵到20世纪40年代的发展为工业发酵,20世纪70年代后,生物科学、生物工程技术的发展,带动微生物发酵工程的兴起,微生物肥料、农药、饲料开始在种植、养殖上应用,菌物业(食用菌栽培转化)有了长足发展,但尚未与种植、养殖业有效整合,总体上微生物转化仍处于生态“缺位”状态。种养分离的化学农业一方面使种养业产量水平成倍提高,农产品日以丰富,同时土地生产率、劳动生产率、商品率也都大幅度提高;另一方面种养业副产物生物质资源大量积压、废弃、浪费,废弃的生物质资源和剩余的化肥、农药(化肥利用率仅30-50%,农药标靶利用率不到10%)、抗生素成

为“污染源”,对农产品及环境(土壤、地下水、空气)造成严重污染,同时造成能源资源的过度消耗,已对人类健康和生态环境的可持续性形成严重威胁和挑战。

生态种养转一体化现代生态农业

近年农业生态系统科学技术异军突起,生物技术、微生物技术加速发展,及微生物发酵工程的开发和系统应用,带动了微生态制品、菌物转化、微生物转化的加快发展,由量变到质变,使有益微生物转化从过去长期生态“缺位”转变为生态“上位”,利用种养业提供的生物质资源,经微生物转化开发生产微生物肥料、微生物饲料、微生物农药、微生物调节剂、微生物环保制剂(水质、土壤改良剂)等应用于种植业、养殖业,经微生物转化,把原来相互分割、独立运营的种植业、养殖业、相互衔接、有机融合,形成种植业——养殖业——微生物转化业生态平衡、生物质资源多级、高效利用的生态种养转一体化新的生产体系。微生物转化生态“上位”(生态种养转一体化的“关键生态位”和“牛鼻子生态位”)和生态种转一体化新的生产体系的建立,是对种养结合传统有机农业和当代种养分离的化学农业优点的继承、缺点的扬弃和总体上的颠复性创新,是现代生态农业区别于传统小农有机农业和当代专业化化学农业的本质特征。

微生物转化生态上位和建立生态种养转一体化新的生产体系,形成环境——生物资源、多级生物质资源的高效综合利用和能量、物质、生态经济的良性循环运转,可从根本上解决农产品和环境的污染问题,实现农产品安全、优质、高产、低耗、高效的统一,并节约资源,保护生态环境,实现农产品质量数量安全与环境资源安全的协调统一,最终实现人类与生物环境可持续发展的理想目标。

三、生态种养转一体化开创现代生态农业、高质生态食品新时代

现代科学技术特别是生态、生物、微生物科学技术的发展,为建立发展种养转一体化新的生产体系创造了必需的技术物质条件,本人研究开发集成的“现代生态农业基本理念(核心是生态种养转一体化)+ 集成模块化构建方法 + 三项发明专利构建形成的‘高质生态栽培’和‘生态种养转一体化’基础的共性技术”(1)(2),为企业建设发展生态种养转一体化现代生态农业,搭建起集成模块化、流程化、既科学高效又易操作管理的技术“平台”,从现在开始至今后的10年,是龙头企业开发建设生态种养转一体化生产体系、开发生产高质生态食品的“黄金发展机遇期”。

建设生态种养转一体化现代生态农业产业体系,可实现以下几个颠覆性飞跃发展变化:

(一)从根本上解决农业面源污染实现食品安全环境友好

微生物转化生态上位,大力发展微生物转化业,把生态种植、生态养殖、有益菌转化顺

序连接,形成生态种养转一体化生产体系,可充分利用三级生物质资源(作物稭杆、畜禽粪便、食用菌渣等),经有益微生物转化,生产微生物肥料、微生物饲料、发酵基料(食用菌栽培料),微生物农药、调节剂及微生物食品、药品、燃料(生物沼气)、新材料、生物化工原料等,这样一方面充分、合理、多级、高效利用生物质资源,杜绝了过去生物质资源的大量积压废弃浪费现象,另一方面微生物肥料、微生物饲料、发酵基料、微生物农药、调节剂是生态种植、生态养殖、菌物转化(食用菌栽培)的生态型有机生产资料,这些生态型有机生产资料连续多年使用,就会在生态种养转生产系统形成有益菌(复合有益菌群)生态“占位”、占绝对优势的生态环境,就可基本不施或控施(缓/控释)化学肥料、农药就能预防控制病虫危害,维护生态种养转生产系统安全、高效运转。这样就可做到从源头上断绝农业面源污染的两个污染源——一是废弃生物质资源(稭杆焚烧、规模养殖粪便污水随意排放)污染,二是大量施用化肥、农药污染(化肥氮肥利用率30%,70%是污染源,农药标靶利用率不到10%,90%以上是污染源)。有益微生物转化生态“上位”,建设生态种养转一体化现代生态农业生产体系,可从根本上解决农产品和环境污染问题,是实现食品安全、保护生态环境的根本保障。

(二)优化食品结构“素荤菇”组合实现平衡膳食

影响人体健康的因素,除遗传和环境因素外,人的生活方式起主要决定作用、占60-70%的比重,在人的生活方式中平衡膳食是重要因素之一(平衡膳食是人体健康四大基石“合理膳食、适量运动、戒烟限酒、心理平衡”之一)。平衡膳食虽然重要,但做到平衡膳食并不容易,特别是日常饮食,真正做到平衡膳食可以说困难重重。生态种养转一体化生产体系,克服过去种植、养殖、食用菌(菇类)独立分散生产经营,农产品(食品)结构很难统一安排优化的缺点,把生态种植、生态养殖、菌物转化、有益菌转化在生态种养转一体化基础设施(半地下阴阳两面连栋日光温室、又名“复合土墙——冠层结构生态节能日光温室”)中互相衔接,按比例、协调、有序安排生态种养转生产(温阳面安排生态种植,阴面安排菌物转化,阳面、阴面都可安排生态养殖),就自然生产出“素荤菇”组合架构的产品,也就是说,生态种养转一体化的生产体系,为生产“素荤菇”组合架构的食品,提供生产体制机制上的根本保障。“素荤菇”组合架构是实现平衡膳食有效途径,它使人们的一日三餐平衡膳食变得方便、容易。“素荤菇”组合即以素食为主,素荤菇组合搭配的膳食结构,符合种养转生态系统顺序、能级和生态经济原理;符合人类牙齿臼齿、犬齿比例、胃肠道长短、微生物种群、酶系统介于草食动物、肉食动物之间而偏向于草食动物的生理特点;符合中国人及东方人的饮食习惯;符合人体健康对全营养平衡膳食的迫切需求。为指导中国居民平衡膳食,

中国营养学会专家委员会于1997年制订发布了“中国居民平衡膳食宝塔”,并在2007年、2016年先后两次进行了修订,但新修订的平衡膳食宝塔仍没有菇类食品,不能不说是一个严重缺点,应以素荤菇组合为基本架构对其进行补充修订,以适应生态种养转一体化生产体系产品结构新特点,使新的平衡膳食宝塔更科学合理、更方便实用,为中国居民健康作出新贡献。

(三)开发生产三级高质生态食品开创安全、平衡、食疗三结合预防保健新时代

高质生态食品开发生产示意图

建设生态种养转一体化生产体系,通过特许连锁经营,由加盟生产基地生产提供无污染、素荤菇组合食品原料,同时安排占总体三分之一以上药食两用富含功能组分的品种生

产(菇类食品是富含多糖类、生物碱、萜类、甾醇类等多种功能组分的药食兼用食材,加上植物、动物富含功能组分的名优特品种,使药食两用富含功能组分的品种达总体1/3以上是轻而易举的事),这样由加盟基地提供的食品原料,同时具有无污染、素荤菇组合、富含多种功能组分药食两用的鲜明特点,用这种无污染、组合、多功能性食品原料开发生产的三级高质生态食品——组合保鲜包装生鲜食品、加工全营养方便保健食品、主食菜肴汤粥搭配生态餐饮食品,成为可满足人们日常餐饮需要的安全、平衡、食疗三结合的系列高质生态食品。

知识技术密集,高附加值的高质生态食品,是现代食品的新高峰,与目前市场上的“无公害食品”、“绿色食品”比,其具有系统高标准的安全性,与目前市场的“有机食品”和所谓“生态食品”(多数仅种养结合是“初级生态食品”或“过渡性生态食品”)比,其具有“素荤菇”组合架构,含多种功能组分药食两用的优势,是目前至今后一段时期新“兰海”耀眼的食品“明星”,有极强的市场竞争力和旺盛的生命力。三级高质生态食品可满足中国居民“在家自己做饭”、“外出方便餐饮”、“饭店聚餐生态餐饮套餐”全方位平衡膳食需求;三级高质生态食品集系统安全性、方便平衡膳食、药食两用食疗养生于一体,开创预防保健新时代,对健康人群的预防疾病,对亚健康人群的调理修复,对慢性病(肥胖、高血脂、高血压、糖尿病、心脑血管疾病、肿瘤等)人群的辅助治疗康复,及对全面提高中国居民身体健康素质,延长健康寿命,提高生命——生活质量,都具有划时代重大而深远的影响。

参考文献

(1)靳玉环.现代生态农业基本理念、集成模块化构建方法和基础共性技术[J].创新时代,2017(4):论道专栏92-95.

(2)靳玉环.“高质生态食品 + 互联网”——下一个强动“风口”第二部分[M].中国专利转让网,2017-4-16.

(作者:靳玉环,河北省农林科学研究院粮油作物研究所已退休耕作栽培研究员,享受国务院特殊津贴专家,联系电话:15832138390)

·上篇文章:现代生态农业基本理念集成模块化构建方法和基础共性平台技术
·下篇文章:第二十二届全国发明展览会暨第二届世界发明创新论坛
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