農業4.0：為糧食安全和生態文明帶來什么？
——訪中國工程院院士金涌

□《中國農資》記者 徐騫

農業4.0：為糧食安全和生態文明帶來什么？
——訪中國工程院院士金涌

□《中國農資》記者 徐騫

在人類文明的進步中，農業文明的發展和革命是一條不容忽視的主線。從農用畜力的使用到化肥的出現和推廣，從中小型農機的應用到設施農業的普及，伴隨著社會經濟的快速發展，中國農業由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、現代化的農業4.0。什么是農業4.0？農業4.0對中國農業有何增益又如何實現？為此，記者特邀中國工程院金涌院士為行業揭開農業4.0的神秘面紗。

定義農業4.0：“農業-工業-信息業的高度融合”

中國經濟進入新常態，各產業均面臨著結構轉型升級、培養增長核心動力、實現穩定增長和進一步適應市場活力的挑戰。對一般人來說，“農業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“農業4.0”必須對人類農業發展的變遷有全局意識。他認為，“農業1.0”的開端是畜力和畜力農器具的使用以及人畜糞便的使用；從“農業2.0”開始，雜交育種和農藥開始使用，化肥出現并推廣，中小型農機、灌溉水渠系統應用于農業。而目前我們正處于廣泛實踐、不斷深化的“農業3.0”時代：大型農機、生物治蟲、除草劑廣泛運用，無土栽培，噴灌、滴灌，設施農業大面積推廣，微量元素、CO2施肥以及新型育種技術、緩釋化肥使用、農畜業聯合循環體系，測土配方施肥走向系統化。

“實現‘農業4.0’則需要農業-工業-信息業的高度融合。其主要表現形式包括GPS定位大田耕耘、土壤信息收集、管理、收獲系統；農業機器人、“互聯網+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、抗病基因片段植入作物，借以抗病乃至于降低農藥需求。”

綜合而言，“農業4.0”既是生態農業，也是智能農業。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，是循環經濟、低碳經濟、生態保護的主戰場之一，是國家經濟戰略發展新的著力點，加速邁進“農業4.0”是人口多、耕地少、水資源缺乏的中國的必然選擇。

生態農業是“農業4.0”的重要內涵

2013年中國人口約為13.61億，而預測顯示，2030年這一數字將達到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年糧食產量為6.2億噸/年，其中仍存在一定差距。英國經濟學人智庫報告，我國糧食安全指數在接受調查的107個國家中排在42位。”

從人均資源角度分析，中國農業的發展條件明顯低于歐美發達國家。人均耕地面積小，而且國內土壤貧瘠（多紅壤、黃土地），為保證糧食產量，國內單位耕地面積施肥量遠超發達國家安全上限，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%，農藥利用率為36.6%，利用率遠低于發達國家。

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，導致農產品中化學品成分含量增多而殃及人體健康安全。隨著農業面源污染不斷加重，土壤結構變差，農民盲目增加化肥農藥獲取掠奪式產量。如此循環的結果是耕地有效耕層普遍變淺、板結，生產能力下降，植株容易招致病蟲危害，農藥施放次數和施放量也相應增多。如此發展將成為惡性循環。”

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。在此基礎上，金涌認為，“農業4.0”時代首先要緊抓生態農業理念，減少面源污染，保護耕地土壤，利用綠色生態的農業投入品以及科學合理的施肥施藥手段實現農業的可持續發展。特別是環保部最近頒布了《土壤污染防治行動計劃》：開展土壤污染調查，掌握土壤環境質量狀況；推進土壤污染防治立法，建立健全法規標準體系；實施農用地分類管理，保障農業生產環境安全；強化未污染土壤保護，嚴控新增土壤污染；實施建設用地準入管理，防范人居環境風險；開展污染治理與修復，改善區域土壤環境質量；加大科技研發力度，推動環境保護產業發展；加強污染源監管，做好土壤污染預防工作；發揮政府主導作用，構建土壤環境治理體系；加強目標考核，嚴格責任追究，必須認真執行。生態農業是國家需求，有重大戰略價值。從經濟角度分析，生態農業有巨大投資容量和空間，規模可大可小，有巨大社會效益和經濟效益。技術方面，也有巨大發展空間，沒有尚需突破的技術制約，沒有重大資源、能源、環境的制約。“所以它是繼房地產投資，一帶一路，對外技術投資和產能轉移之后，最具現實意義的發展機遇之一。”

農業騰飛需要農資農技雙管齊下

“2015年3月農業部《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，提出到2020年重點發展環保新型肥：硝基復合肥、尿素硝酸銨溶液、控釋肥、液肥土壤調理劑、腐植酸、海藻酸、氨基酸、硝酸鉀等，這是農資產品革命的重要舉措。”金涌表示。他還提出：“針對目前國內農業施肥上的問題，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，農產品也更健康、更有病蟲害抵抗能力，減少農藥使用量40%—50%，同時農產品的風味和口感也能得以恢復，達到甚至超過有機農產品的水平。

真實的實驗效果也證實了這種觀點。雜交水稻（甬優12、15和538）使用水稻專用配方肥后，口感和風味達到了常規稻的水平。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，果實經農業部農產品產品質量檢測中心分析化驗，二者營養和風味芳香物質含量差異明顯，使用土豆專用配方肥的土豆，各種營養物質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。

在農技方面，金涌重點關注水肥一體化的發展，“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，可節水150億m3/年、節肥75萬噸/年，增收900億元。“現代滴灌下的農業相對于傳統農業，更能實現養分釋放速率與作物吸收速率的匹配。實現對作物全生命周期養分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20%，甜玉米可增產14%，西紅柿可增產20%，并可以改量、恢復作物品質和風味。而水肥一體化的扎根同時倒逼農資行業進一步重視水溶性肥料的研發推廣。”

“互聯網+農業”等生產模式亟待開發

隨著農業從勞動密集型向科技支持型轉變，控制生產成本需要引起足夠重視。事實上，國內現代農業發展的一個關鍵瓶頸就在于：農產品銷售利潤無法滿足提高設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營才能使科技投入發揮作用，能夠降低農產品成本。“要使農民真正獲利，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。這是現代化農業必由之路。”解決農產品價格高于進口價格，而使庫存量增加，農業補貼又違反世貿協定，政府處于兩難境地。

在條件齊備的基礎上，真正的“農業4.0”應該表現出的狀態，和全新的生產模式？金涌說：“未來農業中，‘互聯網+農業’或將成為主流。其主要表現為土壤、肥料、作物、水分、智能化管理，數字化、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、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，農產品增產、質量，生態全面提高，有效防止土壤退化、食品污染、生態危機。”

“農業4.0”時代，農業經營模式同樣需要深化改革。金涌表示：“現代農業需要土地集約化經營，通過土地使用權的適度集中，轉移有法保障各方合法利益分配，逐步自愿形成農-畜-蔬-林，農場式經營。通過投資、貸款，使用先進技術，保證農場高效益，使投資方、經營方、勞動力方都能從中獲利，這樣才能穩定發展。農業經營主體不斷壯大，才能容納新型生產力注入。而只有工業、服務業的融入帶來的新技術，才能使經營主體壯大帶來高效益。其融合機制包括農戶利益聯合模式、股份合作、承包轉移經營權、訂單農業、勞務合作、流轉聘用、家庭農場、服務網絡等具體表現。而實現土地集約化經營，需要政府引導、大中企業牽頭，提供風險保障和技術的穩定注入，用市場經濟代替小農經濟思維，提高品牌意識，并形成網上供銷服務。”