蔣高明宋彥潔
本文載《民主與科學》2017, No.167(04) 38-40
當今世界很多環(huán)境、社會、經(jīng)濟乃至軍事沖突的問題與農(nóng)業(yè)活動密不可分。全球變暖、環(huán)境惡化、生物多樣性減少、人類健康質(zhì)量下降, 以及人類繁殖力降低，與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)模式改變?yōu)榛瘜W農(nóng)業(yè)有很大的關系。而后者，恰恰是人們津津樂道的第一次綠色革命。
一、第一次“綠色”革命并非綠色
上世紀50年代以來，人類開展了以水稻、小麥等作物，由高稈變矮稈，并輔助農(nóng)藥、化肥、農(nóng)業(yè)機械等大量使用的第一次綠色革命。這場革命解決了19個發(fā)展中國家糧食自給問題。其成果一直影響到今天，直到轉(zhuǎn)基因技術出現(xiàn)。代表第一次綠色革命頂級技術的轉(zhuǎn)基因農(nóng)業(yè)，該技術整合了除草劑、殺蟲劑、機械、育種、農(nóng)業(yè)信息、氣候、水利等多種優(yōu)勢，讓農(nóng)業(yè)變得更簡單，在大面積耕地上(美國單個農(nóng)戶耕作土地面積最高紀錄高達1萬英畝)，投入少量的人工可獲得最大的經(jīng)濟回報。
但是，第一次綠色革命期間，全球人口同步激增，環(huán)境污染加劇，人類社會矛盾重重，可持續(xù)發(fā)展岌岌可危。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)是溫室氣體的一個重要來源：2001—2010年間，全球林地、農(nóng)業(yè)用地等土地利用格局變化產(chǎn)生的溫室氣體占全球溫室氣體排放的21%，其中單純農(nóng)業(yè)排放量就占11%，而適宜耕種的土地僅占地球陸地覆蓋面積的10%。農(nóng)業(yè)溫室氣體排放比例之所以如此之高，主要與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)依賴于石化能源，如生產(chǎn)和運輸化肥、農(nóng)藥和地膜等有關。同時，生產(chǎn)與使用這些化學物質(zhì)，排放了大量溫室氣體。
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)造成的環(huán)境問題非常嚴重。根據(jù)FAO報告統(tǒng)計，2014年全球化肥使用量為1.869億噸;預計到2018年，全球化肥需求量將每年增加1.8%。過量施用化肥，尤其是N肥，導致土壤酸化嚴重。在中國，從1981年到2015年，氮肥施用量增加了4260萬噸，土壤酸度下降了0.3-0.8。目前，中國化肥使用量已高達5900萬噸。過量使用化肥，還會導致土壤板結、耕地質(zhì)量下降、生產(chǎn)力降低、土壤侵蝕、土壤有機質(zhì)流失等。
第一次綠色革命背景下，全球每年約460萬噸化學農(nóng)藥噴灑到環(huán)境中，其中99%釋放到土壤、水體和大氣中，嚴重污染了人類賴以為生的生態(tài)環(huán)境。科學家甚至在格陵蘭島冰蓋和南極企鵝體內(nèi)檢測到高農(nóng)殘量，中國西藏南迦巴瓦山頂海拔4250米的雪中也檢測到了有機氯農(nóng)藥。在美國，每年治理由于農(nóng)藥使用而造成的環(huán)境和健康問題需要花費120億美元。
當前，塑料膜的使用問題越來越嚴重。2011年，中國的塑料薄膜覆蓋面積達到了2千萬公頃，總重量從1991年的32萬噸到125萬噸，覆蓋18畝耕地的近4億畝。大量農(nóng)膜的使用造成了嚴重的問題：一是食物尤其蔬菜中塑化劑(也稱增塑劑)超標，有些蔬菜塑化劑濃度高達1-2ppm。塑化劑為環(huán)境激素，會造成人類生殖系統(tǒng)紊亂;二是低溫焚燒(<850°C)產(chǎn)生二噁英等致癌物;三是在土壤中難以降解，造成耕地板結、作物減產(chǎn)。
為追求經(jīng)濟效益，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)農(nóng)畜分開，元素不能有效循環(huán)。所造成的環(huán)境問題是，一方面集約化養(yǎng)殖的動物排泄物造成環(huán)境污染，另一方面耕地缺乏的營養(yǎng)元素要靠工業(yè)生產(chǎn)化肥來滿足，而化肥生產(chǎn)與使用又造成多次污染。集約化養(yǎng)殖業(yè)給食品安全和人類健康帶來威脅，最具代表性的是利用牲畜和動物骨骼與內(nèi)臟等制成肉骨粉來喂牛，導致瘋牛病的發(fā)生。
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)過于重視作物的產(chǎn)量和口感，忽略營養(yǎng)性能，導致很多作物營養(yǎng)品質(zhì)下降。1950年至2015年，65年間，43種不同的水果和蔬菜的蛋白質(zhì)、Ca、P、Fe、維生素B和維生素C含量有明顯下降趨勢。很多研究表明，小麥Fe、Zn、Se含量也明顯下降。作物營養(yǎng)品質(zhì)的下降，帶來了隱性饑餓問題。當前，由于微量元素缺乏，如最常見的Fe、I和維生素A缺乏導致的隱性饑餓問題，威脅著世界上20多億人口，并引發(fā)大量慢性疾病和其他健康失調(diào)。
第一次綠色革命對生物多樣性尤其栽培物種的多樣性造成了重大威脅。農(nóng)業(yè)活動的集約化，導致生境破碎、土地利用改變、農(nóng)藥和化肥使用量增加、機械化強度增加等，從而造成生物多樣性損失。例如，蜜蜂作為全球生物多樣性的一個關鍵組分，能為農(nóng)作物提供重要的生態(tài)系統(tǒng)功能，但受生境破碎和農(nóng)藥等因素影響，其數(shù)量近年來嚴重下降，美國在1947—2005年間失去了59%的蜜蜂群落。除非農(nóng)業(yè)活動能夠可持續(xù)性發(fā)展，否則農(nóng)業(yè)系統(tǒng)和現(xiàn)存的自然生態(tài)系統(tǒng)將受到進一步破壞，世界上更多物種將面臨滅絕的危險。
二、教訓與經(jīng)驗
第一次綠色革命不可持續(xù)的一個教訓來自朝鮮人民民主共和國。朝鮮國土面積僅12萬平方公里，在中蘇兩大國支持下，迅速提升了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化裝備水平，僅用了17年的時間就實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機械化。1960年代，基本完成水稻灌溉;1970年代中期，完成了灌溉和農(nóng)村通電項目;1975年，野外作業(yè)如翻耕、插秧、磨粉全面實現(xiàn)機械化;增加化肥生產(chǎn)，到1980年，化肥的施用量以及增加到1000kg·ha-1。據(jù)世界銀行報道，在1985—1988年間，朝鮮人均收入是2000美元。一般認為，1979年的朝鮮已成為一個準現(xiàn)代化國家。
然而，由于1989年蘇聯(lián)解體，石油停供，農(nóng)機配件短缺，朝鮮農(nóng)業(yè)機械全面癱瘓。朝鮮政府動員城里人，重回農(nóng)村當農(nóng)民，使用鋤頭、鐵锨和鐮刀種地。這種城市化的“逆轉(zhuǎn)”異動，顯然有悖于人的天性，因而遭遇諸多阻力。報告指出，曾經(jīng)有一段時間，朝鮮80%的農(nóng)業(yè)機械和設備由于缺少燃料和配件而無法使用，由于找不到運輸卡車，已收割的糧食只能長期堆放在地里。當時，朝鮮人遭遇了饑餓的痛苦。
當年遭受“蘇聯(lián)解體、蘇東巨變”影響的不僅有朝鮮，還有古巴。但與朝鮮相反，古巴及時調(diào)整政策，終于化險為夷，順利實現(xiàn)了由現(xiàn)代化石油農(nóng)業(yè)向綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型，通過發(fā)展有機農(nóng)業(yè)擺脫了糧食危機。自1991年以來，古巴已建立了280 個在不同地區(qū)及省市層面設立的蟲害生物防治中心，用半工業(yè)或手工生產(chǎn)生物控制和預防蟲害的材料，被認為是一個名副其實的基層控制害蟲的革命。
古巴生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，得到了農(nóng)民、多個機構、大學和研究中心的支持，已成功找到替代短缺的燃料、肥料和農(nóng)藥的方法：以畜力牽引替代拖拉機和燃料使用;通過輪作、多種作物間作等豐富作物種植的多樣化;使用綠肥、堆肥、蚯蚓養(yǎng)殖、豆科作物種植、生物肥料(如菌根、根瘤菌)和生物質(zhì)等快速地增加土壤肥力;用種子保護和生物防控替代化學農(nóng)藥。到1999年，古巴的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)恢復，并在某種程度上達到了歷史性水平。
與朝鮮墨守現(xiàn)狀不同，古巴人果斷放棄“石油農(nóng)業(yè)”，廣泛動員民眾，迅速恢復傳統(tǒng)生態(tài)農(nóng)業(yè)。過去20年間，在有機肥獲取、土壤保持、作物與禽畜管理等方面，古巴取得一系列重要進展，實現(xiàn)了生態(tài)農(nóng)業(yè)的順利轉(zhuǎn)型，解決糧食短缺問題。以上兩個截然相反的例子充分說明，嚴重依賴石油化工的第一次綠色革命是不可持續(xù)的，而建立在元素循環(huán)原理基礎上的生態(tài)農(nóng)業(yè)，才具有抵抗各種風險的強大能力。
三、呼喚真正的綠色革命
未來幾十年間，世界人口將從60億增至90億，這樣，第一次綠色革命的成果就難以為繼。如何滿足龐大人口對食物需求? 如何解決農(nóng)業(yè)化肥污染和溫室氣體排放問題?一句話，糧食問題和生態(tài)環(huán)境問題對人類提出雙重挑戰(zhàn)。政府和各種農(nóng)業(yè)組織應積極探索更生態(tài)的耕作方式，發(fā)起以生態(tài)學為主導的第二次綠色革命。
生態(tài)學的解決方案，不是將眼光直接盯在提高糧食產(chǎn)量上，而是將人們廢棄的50%以上的作物地上部光合產(chǎn)物(以秸稈為主)，高效循環(huán)利用起來，通過植物生產(chǎn)(截獲太陽能)、動物生產(chǎn)(收獲肉奶等食品)、微生物生產(chǎn)(生產(chǎn)飼料和肥料)等，使單位土地面積升值，既增加了食物，又增加了肥料。有機肥增加后，將大量的中低產(chǎn)田改造，反過來可提高糧食產(chǎn)量，即實現(xiàn)循環(huán)農(nóng)業(yè)。在英國，持續(xù)了150年以上的洛桑試驗發(fā)現(xiàn)，施用有機肥的小麥產(chǎn)量平均比單純使用化肥的要高。
以生態(tài)學為主導的真正綠色革命對我國農(nóng)業(yè)有重大的指導意義。盡管官方宣布我國糧食已經(jīng)實現(xiàn)了“十二連增”，2015年就生產(chǎn)了6.21億噸糧，但僅大豆進口量已達8千多萬噸。1995年，布朗預測2030年前后中國國內(nèi)生產(chǎn)的糧食僅能滿足中國糧食總需求的41%，剩下的將從國際市場上進口，這一狀況不幸被言中，且提前驗證了布朗之問。
如果人口就地城鎮(zhèn)化，發(fā)展高效生態(tài)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，讓30%的農(nóng)業(yè)人口(約3.9億)生產(chǎn)足夠自己消費的優(yōu)質(zhì)食物，并可為剩余人口的10%提供優(yōu)質(zhì)食物。優(yōu)質(zhì)優(yōu)價，將在家從事農(nóng)業(yè)的人群收入，提高到比進城打工還要高。培養(yǎng)專職農(nóng)民，專門為人類生產(chǎn)安全的食物，其中主糧約2億噸糧，同時生產(chǎn)約1億噸的蔬菜。留守的農(nóng)村居民，優(yōu)先享受有機食品供應，加上城市的高消費人口，全國人消費有機食品比例達60%，超過目前發(fā)達國家5%～20%左右的比例。經(jīng)過合理規(guī)劃，我國利用其中約4億畝，在該主糧和主要果蔬有機生產(chǎn)系統(tǒng)中，利用現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)技術，每年可滿足2億噸糧食、3.25億噸蔬菜和1.04億噸水果的需求，其余的耕地可生產(chǎn)動物飼料或有機農(nóng)業(yè)肥料，將人與動物消耗的糧食分類生產(chǎn)，實現(xiàn)自給自足，減少進口壓力。
四、來自山東的成功案例
上述設想除了理論上的推導，能否具有可行性呢?在山東平邑縣弘毅生態(tài)農(nóng)場，來自中國科學院的科學家發(fā)展了一種產(chǎn)量與經(jīng)濟效益共贏的高效生態(tài)農(nóng)業(yè)模式。
他們首先用有機肥取代化肥。將作物秸稈加工成飼料養(yǎng)殖肉牛，再將腐熟牛糞作為肥料還田。其中秸稈飼料的加工與儲備是關鍵，該農(nóng)場自主研發(fā)了大型遮雨式分室青貯池，每年加工“微儲鮮秸草”1500噸。這種循環(huán)的生態(tài)模式最大限度地利用了每種產(chǎn)品的副產(chǎn)物，不僅減少了環(huán)境污染，改善土壤，增加了土壤生物多樣性，使有機蘋果園0-20厘米的蚯蚓密度是普通果園的5.3倍，并且提高了作物產(chǎn)量，使冬小麥和夏玉米在8年內(nèi)產(chǎn)量提高了65%，同時實現(xiàn)了生態(tài)上和經(jīng)濟上的效益。
其次在害蟲控制方面，他們以物理+生物方法取代殺蟲劑。通過脈沖式殺蟲燈、雞、野生鳥類、天敵昆蟲、人工除草控制越冬害蟲，實現(xiàn)了零農(nóng)藥使用前提下產(chǎn)量不減反增，由低產(chǎn)田改變成高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的“噸糧田”(小麥玉米周年產(chǎn)量)。
第三，對于雜草控制，他們停止使用對生態(tài)環(huán)境和人體健康都有害的除草劑，以人工+機械方法除草。農(nóng)場聘請經(jīng)驗豐富的農(nóng)民承包除草工作。在果園雜草控制方面，采取“以草治草”策略，種植一些高覆蓋且有固氮、固碳功能的本地草本植物，形成單優(yōu)種群，占據(jù)雜草生態(tài)位。這種除草方式，徹底杜絕了食物中的草甘膦殘留問題。
第四，停用地膜、人工合成激素、轉(zhuǎn)基因種子，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)安全產(chǎn)品，進行線上線下銷售，增加經(jīng)濟效益。由于優(yōu)質(zhì)優(yōu)價，深受城市消費者歡迎，平均每公頃效益是普通農(nóng)田的3~5倍。
上述生態(tài)農(nóng)業(yè)模式，解決了第一次綠色革命帶來的環(huán)境污染和人類健康等問題，實現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展，同時也帶來更高的經(jīng)濟效益。如果按照這種模式，中國僅需要2億畝耕地即可滿足中國人的主糧需求。
當然，這種模式的推廣，還需要政府的努力。政府應加強對該種植模式的補貼，擴大規(guī)模;在當?shù)亟⒀芯俊⒓夹g和教育部門，研發(fā)更多生態(tài)農(nóng)耕技術和方法;增加基礎設施建設，比如農(nóng)民培訓學校、通訊技術等，加強技術的傳播;完善生態(tài)產(chǎn)品的貿(mào)易、補貼機制，增加農(nóng)民收入;完善知識產(chǎn)權機制，對開發(fā)新技術的農(nóng)民的研究成果進行保護;同時加強對禁用非生態(tài)技術的管理等。如果全國大部分范圍內(nèi)成功實施生態(tài)農(nóng)業(yè)，或為人類可持續(xù)農(nóng)業(yè)指明了方向，堪為第二次真正的綠色革命。
(作者分別為為中國科學院植物研究所研究員、中國科學院植物研究所研究生)
（《民主與科學》是九三學社中央委員會主辦，以政論為主的綜合性期刊，以高、中級知識分子為主要服務對象。）
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