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智慧农业的关键“智慧”和重要体系
发布者:admin发布时间:2020-06-06 10:21:01

摘 要:现实中普遍存在的智慧农业,往往只是智能化农业。智能化农业只有与关键智慧和重要智慧体系结合起来,才算具备大智慧,才能成为真正的智慧农业。智慧农业的关键智慧包含绿色智慧和特色智慧,其中关键智慧必须通过智慧体系才能促进智慧农业的发展,才能解决农业发展中的关键问题。生物农业和物理农业是农业智慧体系的重要组成部分,将生物农业和物理农业有机结合,是智慧农业的发展方向。

我们通常认为,智慧农业就是应用现代信息技术成果,集成应用计算机与网络技术、物联网技术、音视频技术、3S技术、无线通信技术及专家知识,通过移动平台或者电脑平台及传感器对农业生产进行控制,实现农业产业的智能感知、智能分析、智能预警、智能决策、精准种养、可视管理。但实践中,如果我们仅停留在这些阐述上,往往只能算得上智能化农业。

具备绿色智慧,需要从资源、环境和生态三方面着手。资源着重于如何利用,环境着重于如何影响,生态着重于如何协调。

在资源方面,借助智能化手段,既有助于提高资源利用效率,还符合资源承载力,能够避免农业产生对资源的掠夺性经营。要不断提高资源质量以增加资源承载力,同时要加强资源循环利用,让资源在循环中增值,使有限的资源发挥更大的作用。例如,农业最重要的资源是耕地,而耕地是有生命的,生物群落是其中的重要成分。在耕地利用方面,虽然过度施用化学肥料和农药提高了一时的耕地利用率,但却严重破坏了耕地质量,尤其是致使土壤中的生物群落衰竭,酸碱失衡,直接影响植物根系的养分转化和循环。长此以往,耕地的承载力会不断削弱。相反,如果我们在智能化检测分析的基础上科学投入有机肥料和必需中微量营养元素,会不断培肥土壤,使耕地资源在利用中循环增值,承载力不断提高。

在环境方面,既要智能化分析并随时掌控环境污染存量,还要确定环境容量,不断化解环境污染的负面影响。农业活动造成的环境污染虽然从表面上看是面源污染(主要由农田生产造成)和点源污染(主要由规模化养殖造成),但本质上却是十分复杂的水、土、气、生污染链条循环富集的立体污染。例如,水污染不仅涉及到地表水污染,如江河湖塘的污染,更严重的是地下水污染;土壤污染主要由不合理的农业化学投入品(如化学肥料和化学农药)以及其他有害物质造成;气体污染也很复杂,农业排放的污染气体除了农药化肥造成的有害气体外,还有大量的温室气体;生物污染远不止农产品污染,而是整个生物链上的污染,不仅包括农业内部动植物以及微生物等生物群落间的循环污染,还包括食品农残在消费链上的循环污染。这种污染治理十分困难,一定要注重运用现代智能化手段源头防控,而不能仅仅偏重于末端治理。

与资源和环境相比,生态是最高层次。生态文明建设已上升到国家战略,农业是生态产业,更应重视。具体来说,既要借助智能化手段利用好生态服务功能价值,还要借助智能化动态监测界定当地的生态阈值,如利用3S技术,避免对生态造成系统性的破坏。通过智能化手段加强对农业农村生态空间的整体保护,修复和完善农业生态廊道,恢复田间生物群落和生态链,建设健康稳定的田园生态系统。智慧农业应遵循的原则是生产、生活、生态三生共赢,生产和生活不能破坏生态,同时生态建设也要与生产的发展和生活的改善相适应。智慧农业要有利于农业供给侧生态转型,这是根源问题,不解决这个问题,就没有高质量的农产品产地,从而很难提供优质农产品。

特色智慧是运用智能化手段建立各地自然禀赋的动态数据库,并根据其特点发展特色产业,这样,农业产业体系才能具有巨大的发展潜力和强大的市场竞争力。

每个地方都有自己特有的自然禀赋,除了大气候形成的自然禀赋以外,还有小气候营造的小范围自然禀赋,另外,地形地貌、林田湖草、土质水质等因素也能构建出特有的自然禀赋。这些因素对形成地理标识、生态原产地、道地药材等特色农产品有着重要作用,智慧农业必须运用智能化手段开发这些特色农产品以打造特色产业。

过去我们讲农业,只是讲一产,也就是农业生产,而对于农产品加工、物流和市场以及社会化服务等农业全产业链上的其他环节,考虑得很少。今后,智慧农业必须在产业链上加长加粗、做大做强,要利用信息收集、处理、反馈等智能化手段打造一二三产业融合的特色产业集群。此外,要进行产业创新,各地可根据常规农产品生产的废弃物特性和当地特有条件,发展废弃物资源化利用的静脉产业,这类静脉产业不仅能进一步挖掘当地特色禀赋的作用,还能促进生产常规农产品的动脉产业发展,并与之结合形成高盈利静动脉产业集群。我国农业废弃物资源化利用一直走不出困境,一个关键性的问题便是没有抓住特色价值增长点形成高盈利的智慧农业静动脉产业体系。

智慧农业除一二三产业纵向融合外,还要形成农业文化旅游横向融合。要让特色农业促进特色文化和特色旅游,反过来特色文化和特色旅游会提升特色农业品牌拉动农业发展;同时,以特色文化催生特色旅游,特色旅游带动特色文化,并以特色文化提升特色旅游品牌。这样,就会完整打造出农业文化旅游三类产业集聚的特色智慧航母。农业产地环境适合打造全域特色旅游的,要充分开发旅游资源,并用信息技术进行整合。此外,智慧农业还要发挥农业农村的多功能性,不仅提供安全的农产品,还要提供干净的水、气和环境,促进污染治理智能化。同时,考虑到特色文化对特色农业和特色旅游有着重要拉动作用,一定要充分挖掘当地的农耕文化、乡土文化、历史文化、民族文化,抓好文化振兴,通过智慧型价值链形成新型产业集群。

另外,智慧农业还要突破固有思维进行创新。例如粮食方面,除了粮食主产区的耕地粮食,还要有非粮食主产区的特色山水粮食。将来,中国的粮食产业体系应该是智慧型粮食产业体系,形成以耕地粮食为主,山水粮食为辅的立体粮食战略格局,改变单一的耕地粮食产业状况。山水粮食在每个地方都不一样,是典型的特色智慧农业范畴。例如,我国水域辽阔、山地广袤,但在粮食范畴内,水生植物淀粉一直被忽视,如菱角、芡实、芋头、莲藕等,山林植物淀粉的生产潜力也没有充分发挥,如板栗、核桃、杏仁、榛子、柿子等。这类山水粮食潜力巨大,各地如根据当地自然禀赋发展智慧型的功能性立体粮食产业,将大有可为。

关键智慧必须借助智慧体系才能促进智慧农业的发展,才能解决农业发展中的关键问题。长期以来,我们的农业科技体系偏重于高产,而忽略了生态。现实中,由于市场不完善,质量和价格很难对等,一般只能通过高产得效益,而不是通过生态得效益,要做到既生态又高效很难。而智慧农业必须具有高效生态的智慧体系,否则将不可持续,更谈不上智慧。

高效生态的智慧体系就是在常规农业体系中纠正化学投入品的过度使用,增加生物农业科技和物理农业科技的使用力度,从而在为农业带来更高经济效益的同时,还能产生更大的生态效益。换句话说,高效生态的智慧体系是基于生态理念建立起来的现代农业体系,具备大智慧。

生物农业是根据生物学原理建立的农业科技体系,强调通过促进自然过程和各种生物学过程来促进动植物生长,并建立起有效的生物防疫和生物保护体系,实现农业的生态平衡。生物农业科技除涉及生物肥料、生物农药、生物饲料和生物兽药外,未来还将更多地参与到动植物体内的代谢系统、免疫系统等生物学过程,使动植物健康生长,农产品高产优质。

同时,生物农业科技还将注重动植物等生物群落之间的物质与能量交换,以生物高效循环提升农业生产力,达到农业生态系统的多维循环增值。实践中这种循环的前提是系统内物质和能量再利用的资源化费用低于系统外对应资源输入的增加费用,可通过生物农业科技提高循环转化水平,降低系统内物质和能量再利用的资源化费用。

生物农业科技在土壤修复方面将发挥重大作用。当前人们普遍关注的是地上生产量,今后要更多地关注地下生产力,藏力于地。如果我们充分发挥生物农业科技修复土壤的重大作用,土壤中的生物群落会得到较快恢复,土壤的理化性状会越来越好,土壤的有机质含量和团粒结构比重会不断提高,耕地的质量问题也就迎刃而解了。在这样好的土地上,农产品供给也必然会稳步增长。

中国农业科学院原副院长章力建与笔者通过大量调研、历史资料分析以及相关科研文献和学术理论研究后,提出了具有中国特色的智慧型生态农业的特效模式中医农业,这是生物农业的新范畴。调研发现,多省农业基地上施用过以中草药为原料制成的植物性农药、土壤修复剂、叶面肥的种植业产品和饲喂过中草药的畜禽和水产品,不仅口感变好、产量增加,而且官方检测显示农残普遍大幅降低。此外,由于大量减少了化学投入品以及抗生素和激素的使用,总体上成本低于对照,而且显著减轻了农业生产造成的环境污染和农产品农残问题。通过查询相关学术研究,可以发现已有大量科研文献资料显示,中医的原理和方法对动植物有医治病虫害、促进健康生长的作用,并且能有效地修复农产品产地环境污染。在归纳分析的基础上,我们认为,中医农业就是将中医原理和方法应用于农业领域,利用中草药保护动植物生长、利用中草药+微生物+天然矿物营养元素的组合搭配促进动植物生长、利用药用植物与其他生物群落之间的促进、抑制作用优化动植物生长。

物理农业是物理技术和农业生产的有机结合,是利用光、热、声、电、磁等物理因子操控动植物的生长发育及其生活环境,从而减少对化学农业的依赖,提高自然生产力,最终获取高产、优质、安全的农产品。常规的物理农业就是我们常常见到的设施农业,通过大棚等人为设施增加植物的光、热供给,此外还有灯光诱虫、音乐养殖等。其实,物理农业远不止这些,用途潜力十分巨大。当前,以下物理农业方式值得高度关注:

在防疫和植保技术方面,用物理学方法杀灭病原微生物、害虫和杂草等不利于畜禽、鱼类和农作物生长的生物。例如,利用静电和电击技术杀灭螨虫和蝇类害虫;使用电磁辐射使禽畜养殖场环境净化为禽畜提供卫生的生活环境。

在生长技术方面,用物理学方法优化动植物生长。例如,应用空间电场与二氧化碳同补,使农作物产量倍增;应用光控生殖工艺,调理家禽、水生动物的生殖生长、排卵、受精等;利用强度适中的声波,刺激种子中的分子活性,使幼芽容易破皮而出,加快种子发芽速度;磁化处理种子,提高种子酶活性,使种子有更强的生命力和发芽率等。

智慧农业的实现,必将依靠生物农业与物理农业的有机结合,从而构建出智慧型高效生态农业体系。其实,智慧农业不仅仅是应用物联网、互联网等信息技术,这只是智慧农业的第一层次智能化农业。从深层次方面来看,智慧农业必须构建起生物科技与物理科技有机结合的体系,否则就不具备大智慧。实际上,将生物农业与物理农业结合起来,由跟踪型调控变成预见型调控,由外在型调控变成内外互动型调控,是智慧农业的发展方向。生物农业与物理农业科技的结合可以加强动植物的次生代谢。次生代谢的不同产物具有不同的效用,在参与生命活动的调节、参与光合作用过程、抗击灾害性天气和对抗病虫草害等方面都大有可为,可以有效提升我国农业的韧性。生物的次生代谢产物中也含有大量的人类必需的营养成分,如特殊氨基酸、白藜芦醇、儿茶素、异黄酮、番茄红素、叶黄素、叶酸、类胡萝卜素等。基于次生代谢产物通常所具有的功能性,相应的农产品可以对接药食同源、保健和特殊医学用途的三类功能性食品,再对接康养产业,可以形成庞大的智慧产业,未来发展空间、潜力无限,必须做强做大。

【本文作者为中国农业科学院农业经济与发展研究所研究员;本文受中国农业科学院科技创新工程项目(项目编号:ASTIP-IAED-2020-01)、中国农业科学院协同创新项目新时期国家粮食安全战略研究(项目编号:CAAS-ZDRW202012)资助】

[1]朱立志:《我国农业可持续发展的内涵、挑战与战略思路》,《理论探讨》,2014年第4期。

[4]章力建、朱立志、王立平:《发展中医农业促进农业可持续发展的思考》,《中国农业信息》,2016年第22期。

[6]唐静:《物理农业技术在农业生产中的应用研究》,《农村经济与科技》,2018年第16期。

[7]朱立志:《对新时期我国生态农业建设的思考》,《中国科学院院刊》,2013年第3期。

[10]刘立新、梁鸣早:《植物次生代谢作用及其产物概述》,《中国土壤与肥料》,2009第5期。

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