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    2014年,中央一号文件提出“把产业链、价值链等现代产业组织方式引入农业,促进第一、第二和第三产业的融合发展,以提升农业的附加价值、增加农民的收入”。


    2015年,国务院发布了《关于推进农村一二三产业融合发展的指导意见》,明确提出“以新型城镇化为依托,推进农业供给侧结构性改革,着力构建农业与二三产业交叉融合的现代产业体系”,并在发展产业融合方式、培养产业融合主体、完善产业融合服务等方面进行了全面部署。自此,我国正式开始从国家层面推动三次产业融合发展,将其作为解决新时期我国“三农”问题、实现全面小康社会目标的重要战略路径。


    事实上,三产融合的理念并非我国首创,它与日本推行多年的“第六产业”或“六次产业”具有相似的内涵。


    一、概况



    随着人类文明的进步,农业历经多次革命,可以概括为以下四个阶段,其标志性特点如下:


    (一)农业1.0


    畜力和畜力机具的使用;灌溉水渠系统的出现;人畜粪便作为肥料的使用。


    (二)农业2.0


    嫁接、杂交育种普遍使用,改善作物品质和增加产量;合成化肥和农药的出现和推广;中小型农机和灌溉机械的使用。


    (三)农业3.0


    大型农业机械的使用;无土栽培、喷灌、滴灌设施农业;缓释化肥、测土配方施肥技术、除草剂使用;基因诱导和转基因作物的出现;农畜业联合循环资源利用技术。


    (四)农业4.0


    21世纪初叶,正处于农业3.0技术深入发展,而且正蓄力迈向农业4.0创新发展的过程,有望在21世纪中叶发展为多学科交叉的生态农业4.0模式。展望生态农业4.0的主要特征表现为:农业-工业-服务业的高度融合;以GPS定位大田耕耘、信息收集、管理、收获的自动化系统为代表的精准农业;全生命周期管理的智能水肥药一体化管理;可降解地膜广泛使用;分子生物学育种;以合成生物学开展抗逆研究,提高作物胁迫抗性。


    生态农业4.0的内涵是远远宽泛于基础农业学科,它需要生物学、化学、物理学、电子信息学、机械工程学、工程管理经济学等多学科交叉、共同推进的大领域。


    生态农业4.0从产业属性来考察,学科横跨一二三产业。事实上,这一概念最早由东京大学教授、农业专家今村奈良臣于20世纪90年代中期提出的“第六产业”。


    二、日本“第六产业”发展特征与主要类型



    二战后,日本经济重心逐渐转向重工业和加工制造业,从而导致大量农村劳动力向城市迁移。到20世纪末,日本农村出现了严重的劳动力短缺、老龄化、性别比例失衡(女多男少)等问题。与此同时,耕地面积日益减少、农产品自给率持续下降等问题亦制约了日本农业和农村的发展。为吸引劳动力回流农村,缩小农业生产者与其他产业从业人员的收入差距,使农业发展焕发新的活力,今村奈良臣主张推动以三产融合为核心的六次产业化,形成生产、加工、销售和服务于一体的完整产业链,以创造新的附加价值,同时把更多的附加价值留给农业生产者。


    起初,今村奈良臣认为第六产业是农村地区一、二、三产业之和(即1 + 2 + 3 = 6)。在后来的实践中,他将其修正为一、二、三产业之积(即 1 × 2 × 3 = 6)。其中,“1”指农产品的初级生产,如葡萄种植;“2”指对初级农产品进行深加工并制造出新的产品,如以葡萄为原料酿制葡萄酒;“3”指在把第一、第二产业的产品从生产者转至消费者的过程中,涉及的运输、销售等与之有关的服务环节,如供游客观光、自主采摘葡萄和品尝葡萄酒的葡萄园。比起三者之和,相乘关系更加强调产业链上任何一个环节的产值都不能为零,否则第六产业的经济效益将降为零。由此可见,第六产业不是单纯的农工商合作,其特别强调第一产业在产业链、价值链中的主体地位。


    从日本的实践看,发展“第六产业”更强调产业之间的相乘,意在推动产业之间的融合,即鼓励农业生产者多种经营,实现经营多元化;发展农工商合作(包括农产品食品加工与流通、肥料等农资制造业、观光农业等),促进产业融合,延伸农业产业链,形成集农产品生产、加工、销售、服务于一体的完整链条,获取第二产业、第三产业的部分增值价值,从而产生乘数效应。


    “第六产业”涉及农业工程学、植物营养学、农业生态学、化学工程学、机械工程学、信息工程学、工程管理学、经济管理学、公共管理学等多学科的交叉,通过学科交叉与融合增强农业发展的活力,以及为工业和信息服务业提供载体和发展机遇,从而实现三产业的跨越式发展。因此,“第六产业”可以被认为是一个全新的综合产业。



    (一)主要特征


    第一,以满足消费者需求为出发点。第六产业的目的不仅是创造价值,其最终目的是要实现价值,只有设计并生产出能满足消费者需求的产品或服务,才能达到提升本地资源附加价值的目的。这从发展第六产业的基本步骤就可以看出,首先需要综合分析消费者需求特征和本地资源特征,然后才能设计出特定的产品或服务。


    第二,强调充分发挥本地资源优势。在满足消费者需求的基础上,发展第六产业还要注重因地制宜,把当地特色农产品与地方文化、历史底蕴、社会习俗、自然风光等相结合,充分利用当地的有形和无形资源,打造富有地方特色的产品或服务,并不断强化其品牌效应。


    第三,充分发挥当地居民的核心作用。日本政府在2010年颁布的《食品、农业和农村基本计划》中,就曾特别指出发展第六产业要运用当地居民的经验和智慧。第六产业强调在不让现有农村劳动力外流的同时,努力吸引城市劳动力回流,以解决农业、农村劳动力不足的现实问题。同时,第六产业还强调使农村的老人和女性成为新的经营主体,以发挥这部分劳动力的作用。


    第四,多功能性。随着第六产业不断发展,其逐渐呈现出休闲、教育和医疗保健等多样化功能。例如,农业科技教育基地、农业博览园等不但达到了发展第六产业的核心目的,还为消费者提供了解农业历史、学习农业技术、增加农业知识的机会,农业观光园或休闲农场这类形式也能为消费者体验乡村生活提供渠道。在医疗保健功能方面,主要表现为开发具有药用价值、美容保健功能的农产品。例如,日本岛松江市就利用当地特有的富含α-亚麻酸的白苏研发出了化妆品和酱油。


    第五,重视政府的引导和激励作用。政府是促进传统基础产业与第二、第三产业顺利融合的必要力量,而且政府还必须制定相关规划和政策措施引导和扶持第六产业的发展。此外,政府在鼓励产业创新方面也发挥着重要作用。例如,日本农林水产省制定的《农林水产技术基本研究计划》,就划定了第六产业应重点研发的技术领域,并要求政府积极与高等院校合作,共同研发新技术和新产品。


    (二)主要类型


    按照产业结合方式和主导产业的不同,日本第六产业可划分为不同的类型。


    按产业结合方式不同可把第六产业划分为3类:一是农业内部产业有机整合型,该类型在田园阶段实现价值增值,如种植业与养殖业结合形成的桑基鱼塘;二是延伸农业产业链型,该类型在加工阶段实现价值增值,如把茶叶的生产、加工与销售连接起来,实现茶叶的产供销一条龙经营;三是农业与其他产业交叉型,该类型在交流、体验阶段实现价值增值,如农业与旅游业结合形成的生态农业观光园。


    按照推动六次产业化的主导产业不同,则划分为两类:第一类被称为“上游六次产业化”,指以第一产业为主导力量来推动六次产业化,即由农产品生产者独自运营产品生产、加工和销售产业链,这是农村地区最常见的“自产自销”型经营模式,即农业从业者自己发展农业、建设种植园或创立土特产生产基地等,然后以此为基础发展实地参观项目并直接销售产品。


    日本发展“上游六次产业化”的主要目的是提升地区农业产量,增加农民收入、扩大市场容量。而发展“下游六次产业化”,指以第二和第三产业作为主要驱动力来推动六次产业化,实践过程中表现为由处在生产-加工-流通体系中的第二、第三产业中的大企业作为主要推动力量,因为大企业实力雄厚,更有能力实现农产品的高附加值、差异化和品牌化。


    三、以农业为主体的我国第六产业的科技支撑



    “第六产业”的术语在我国虽为新鲜事物,但类似的发展模式早已存在,人们所熟知的观光农业、教育农园、休闲农场、乡村旅游和农家乐等创意农业,都属于“第六产业”范畴。其实,生态农业4.0的建立过程,实际上是发展“第六产业”组合创新的过程。发展“第六产业”,不但可以获得重大经济、社会、环境效益,而且可以创造大量就业机会。“第六农业”的交叉组合,既符合我国创新发展和生态文明建设的总方针,又是彻底解决我国“三农”问题的主战场,是我国迈向生态农业4.0新的着力点。


    基于三农问题发展“第六产业”的核心是促进产业融合,通过农业-工业-信息服务业的高度融合,推进一二三产业之间的整合和链接。必须意识到,光靠农业本身实现增产增效难度极大。要突破农业发展的瓶颈,需要打破原有的产业界限与技术隔离,站在更高的起点审视未来的发展方向。发展以科技创新为支撑的现代农业,在提高粮食单产、保障粮食自给自足方面将发挥着巨大的作用。在发展“第六产业”的过程中,农业的科技变革是重中之重。特别是在种子、化肥、农药、农膜、土壤修复等多领域的科技进步与迭代,更是当务之急。


    (一)种子


    农作物良种的培育一直是农业科学家的主要研究开发领域,近年来中国的良种选种和培育取得了重大成果,如超级稻、超级麦,其他作物也相继发生了种子革命。目前我国良种普及率已达到80%~90%,对中国粮食的稳产、增产起到巨大的作用。然而,传统的常规育种方法具有选育周期长、预见性差、选择效率低的局限性。为了提高我国种业竞争力,提高新品种选育效果,需要推进多种育种手段的复合运用。以“第六产业”发展之契机,推进常规育种和生物、化工、物理技术育种相结合。如基于基因组学、表观组学、生物信息学以及工业微生物方法,借助生物化工的手段,开展以分子标记育种、转基因育种、分子设计育种为代表的高效高质的分子育种研究。从而打破物种界限,实现优良基因重组和聚合,实现对农作物新品种的定向选育。




    由于全球气候变化及人类活动,对作物生长产生重要影响的非生物逆境出现频次剧增,主要表现为水分(干旱和淹涝)、温度(高、低温)、盐碱、大气污染、环境污染等理化逆境,以及病害、虫害、杂草等生物逆境。为了提高作物的抗逆水平,需要应用合成生物学技术,从基因组成、表达调控、信号转导及代谢作用等方面开展抗逆研究,包括抗旱、抗盐碱、抗涝、抗风、抗冻、抗热、抗病虫害能力,导入相关基因改良作物的胁迫抗性,提高作物抗逆能力,推进无害或完全无合成化学品使用的生态农产品培育。下图展示的利用基因组学,包括功能基因组学、结构基因组学和比较基因组学在植物抗逆研究中的应用,借助分子生物学技术研究作物抵御逆境的机理,并将基因组信息用于今后作物抗逆性能改良,这将为突破目前抗逆研究瓶颈以及改造途径提供新的策略。

    (二)农药


    农药每年可使农作物损失减少30%~35%。可以说,农药是粮食安全的守护神。截止2014年,全国农药年使用量达到180.69万吨,但仅有30%~40%的农药被有效利用,真正作用于靶标生物的仅有0.1%。绝大部分农药经地表径流和土壤渗滤造成严重的环境面源污染,并大规模进入食物链,危及生态安全。


    过去针对病虫害,习惯于“补救性治疗”,防治处于被动状态。科学的病虫草害防治理念可借鉴“未病先治”的思想,可从两个思路着手,一是提高作物本身的免疫能力和代谢水平,如在化肥中添加微量元素、生长素、植物生长调节剂或制备抗生菌肥等;二是提供一个健康的“环境”,如清理、防治土壤中的大量病原体和致病菌,提供健康的“地下”环境,又如通过天敌控制病虫害,提供安全的生长生存环境。基于化学工程背景,可以开发环境友好、易降解、靶标明确、不易产生抗药性、作用方式特异、药效缓和、能促进作物生长并提高抗病性的新型农药,包括微生物农药、农用抗生素、植物源农药、生物化学农药和天敌昆虫农药等类型。如采用创制品种与杀虫剂相结合的“治虫防病”的防控新方法解决了水稻重大新病害??南方水稻黑条矮缩病毒(SRBSDV)的防控难题(见下图)。




    (三)化肥


    构建多元化肥料生产系统和科学肥料应用系统相衔接的融合系统,以测土施肥、水肥一体化、种肥同播、精准灌溉施肥等新型科学农业生产技术为引领,逐步纳入灌溉施肥装置及农膜回收、经济型作物肥料定制化、全水溶性肥料制造、肥料科学施用技术、田间实地指导、农技专家咨询、肥料信息查询等新型服务,为农民提供全方位的专业技术服务。


    新型肥料的发展趋势与农业发展息息相关,专用化、复合化、高效、安全、环保是主要方向,包括高效复混肥、缓释控释肥、功能水溶肥、专用配方肥等新型肥料。


    肥料的类型需要由通用型向作物专用型、由单一营养型向多功能型方向转变,注重大、中、微量元素合理配比和养分形态科学配伍。此外,重视开发具有抗逆、促生、改土等功能的肥料增效载体和关键原料能够让新型肥料的效益更上一层楼。要实现化肥的减量化,核心在于减磷、减氮。
    一系列水稻、马铃薯、小麦、棉花和玉米等重要农作物专用配方全营养肥的田间试验研究表明,在减少化肥施用量,特别是大幅度减磷、减氮的前提下,仍然取得了良好的收成,同时农作物的品质也得到了改善。


    生物肥料的升级换代与推广。中国使用人畜禽粪便等生物质作为农业肥料由来已久,为实现氮、磷、钾的循环利用起到了重要作用。目前,我国畜禽养殖每年产生约38亿吨畜禽粪便,居民生活有机废弃物每年排放总量达到22亿吨,有效处理率不到50%。新形势下可再生生物质肥料的循环利用是一个重要的社会问题。微生物肥料在解决生物肥料的循环利用、提高肥效、增加土壤肥力、生物防治、刺激作物生长、提高作物品质等方面有着独到的作用。在“第六产业”发展的指导下,可借助微生物学、基因工程、生物工程、发酵工程等学科的理论支撑,开展根瘤菌肥、抗生菌肥、真菌肥、联合共生固氮菌肥、解磷解钾菌肥、硅酸盐菌肥等多种复合微生物肥的研究。


    水肥一体化管理。作物在不同的生长周期对营养元素的需求有所差异,全生命周期自动化调控供给能够大幅度提高肥料的利用率,达到减肥增效的目的。“第六产业”强调产业之间的纵向交叉融合,以自动化技术、信息化技术为支撑,建立基于田块精准配方和全生命周期养分供给的大数据平台和综合调控“作物-肥料-土壤”系统,按照作物需水、需肥规律,推广测土配方施肥、精准施肥、精量穴播、滴灌和微喷灌施肥等技术,实现新型智能水肥一体化管理,以消费端需求倒逼化肥供给侧的转型升级。下图展示的是2015年全国水肥一体化技术示范推广工作会议中推广的基于农业物联网的水肥一体化智能灌溉系统。整个系统可协调工作实施轮灌,充分提高灌溉用水效率,实现对灌溉、施肥的定时、定量控制。可以预见:水肥一体化必将成为现代化农业发展中重要的一环,引领中国农业走向更广阔的领域。




    (四)农膜


    由于我国地域南北跨度大,海拔变化悬殊,为满足农业套种、抢农时、保墒、防霜等需求,农膜的使用呈现井喷式发展状态,2014年全国农用塑料薄膜使用量达258万吨。农膜的大规模使用带来严重地膜残留污染问题。普通的地膜原料一般为聚乙烯,自然状态下难以降解,残留积累量的上升会破坏土壤结构、影响作物发育、影响农事操作等。农膜回收又需要投入大量的人力物力。为彻底解决地膜污染问题,需要从源头上着手,即生产可降解薄膜及辅助材料,包括光降解地膜、生物降解地膜、光/生物降解地膜、植物纤维地膜等新型农用薄膜材料,以及高效价廉的光敏剂、氧化剂、生物诱发剂、降解促进剂等辅助剂,进一步提高准时可控性、用后快速降解性和完全降解性。


    以聚丁二酸丁二酯(PBS)可降解薄膜为例,理化所开发出可生物降解的薄膜级PBS生产工艺及生产装置,薄膜材料可降解为小分子CO2和H2O,极大地降低对土壤的污染,工艺已实现产业化,生产线年产达万吨级别。从长远的角度来看,完全可降解农膜的开发、生产和使用是解决农膜污染的必由之路,也形成了潜力巨大的新兴化工产业市场。



    (五)土壤污染修复


    土壤对粮食安全、水安全、能源安全、减缓生物多样性丧失及气候变化,有着不可替代的作用。近年来,由于化肥农药的过量施用,农膜残留、工业废弃物及生活垃圾的排放,导致全国超过1000万公顷的耕地受到不同程度的污染,约占全国耕地面积的15%~20%。


    土壤的侵蚀、板结、盐渍化、土壤有机质和养分枯竭、酸化和污染威胁到国家粮食安全、人居环境安全、生态安全甚至社会和谐发展。在土壤修复技术方面,借鉴化工分离传质理论,积极推动“治标治本”的新型土壤修复技术,包括热处理技术、土壤固化-稳定化技术、淋洗技术、氧化还原技术、电动力学修复技术和土壤性能改良技术等物理-化学修复技术,以及植物修复、微生物修复、生物联合修复等生物修复技术。




    土壤生物修复(以植物修复技术为例)主要利用植物的耐受性或特殊的结合反应能力,对污染物进行提取、转移、吸收、分解、转化或固定,从而削减、稳定,甚至去除污染物危害。同时,土壤修复技术需要产业链上下游配合,从源头上“严防死守”,建立土壤污染检测、风险评估的产业链,以及铺开修复工程,以防土壤污染的“二次转移”,推进土壤修复的有序化和细分化。


    (六)农产品高值化


    除了化肥、农药、农膜等传统支农产品和土壤修复、良种培育、作物抗逆等主干技术,其他涉农领域的技术创新也应大力推进。农业现代化的一个重要方向就是农产品高值化,运用技术实现农产品的深加工是完全可行的。比如,淀粉的衍生物有膳食纤维,将淀粉高值化后,价值会达到原来的10倍以上。但是,目前我国农产品高值化领域的化工技术支撑力量还很薄弱。以淀粉为例,发达国家用淀粉加工成的衍生物种类已达2000多种,我国还只有几百种。农业现代化的另外一个重要方向是农业废弃物资源化再利用,主要的方式有能源化、肥料化、饲料化和材料化等。

    如,生物炼制将是在“第六产业”视角下产业链的延伸,能够实现田间与餐桌之间的闭环循环体系。以生物质发酵联产生物燃料为例,利用低品位生物质生产气体生物燃料技术(见下图),可大幅度提高生物质发酵速度,气体生物燃料(H2和CH4)用于生活能源需求,沼液通过调配制成水性生物肥料,达到废弃物资源循环利用的目的。





    再如,在第六产业发展思想与理论指导下,针对我国沿海区域丰富的盐碱地(滩涂)、海水、太阳能等资源,打造极具发展前景的新兴高附加值产业。




    (参考文献  略)

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