現代智慧生態農業：未來30年中國農業方略

現代智慧生態農業：未來30年中國農業方略

——三位院士對話農業現代化

劉旭 中國工程院院士

李文華 中國工程院院士

趙春江 中國工程院院士

習近平總書記指出，沒有農業農村現代化，就沒有整個國家現代化。面向2050年我國全面建成社會主義現代化強國的目標，中國農業應該怎麼走？近日，中國工程院院士劉旭、李文華、趙春江領銜開展的中國智慧生態農業相關研究成果發佈，提出未來30年應堅持發展“現代智慧生態農業”這一基本方略。本期對話邀請三位院士，共同探討實施該方略的政策建議、發展趨勢和技術路線。

解決未來供需矛盾的重要途徑是提高長期農業全要素生産率

主持人：改革開放以來，我國農業發展取得了巨大成就，但糧食安全與主要農産品有效供給及品質安全的壓力始終存在，那麼，未來30年我國農業發展主要有哪些新的需求和挑戰？

劉旭：根據目前掌握的情況，可以對未來需求變化趨勢進行大致的推斷，未來我國農産品消費的總量會隨著人口規模的變化先增後減，預計在2035年前後，食物消費總量將達到高峰，之後會呈現減弱趨勢。但是，隨著收入增長和消費結構升級，居民對農産品品質需求會有所提高，食物需求結構將朝向高質高值、綠色有機的農産品轉變，未來以養殖業為主的高蛋白産品消費會進一步增長，並且在蔬菜、水果方面的需求會更多樣化，對於食物供給品質，尤其是在綠色有機食物方面的要求將會更高。在地區衝突、極端天氣以及新冠肺炎疫情等因素的影響下，國際農産品供應鏈顯示出其脆弱性。因此，每人平均收入的增長對食物需求從總量、結構和品質等方面都提出更高的要求，糧食總體供需難以平衡將會成為我國食物安全面臨的主要挑戰。

趙春江：解決未來有限資源供給和日益增長的食物需求矛盾的重要途徑，是提高長期農業全要素生産率，這也是實現“藏糧于地、藏糧于技”的重要手段。雖然近年來我國農業公共科技投入支出不斷增長，但農業全要素生産力的增長速度逐步放緩。除技術、制度和政策方面的因素以外，現有生産組織方式限制了機械化推廣和農業生産規模經濟的實現，也導致了農業産業鏈延伸程度不足和農産品增值跨環節分配不合理、農業生産中人地兩類要素的流動不匹配等，進而導致農業全要素生産率不高，主要農産品缺乏國際競爭優勢。如何提升農業生産力，已經成為推進農業發展和農村轉型的緊迫任務。

未來進一步減少對農業勞動力的需求，進一步提高農業勞動生産率，是新時期農業發展的必然選擇。同時，生物技術、資訊技術、工程技術、人工智慧等現代技術的發展對新時期的農業勞動力素質提出了更高的要求，但我國農民的整體教育程度遠遠落後於發達國家。即便是接受了涉農教育，但有很大部分學生畢業後不到農業部門就業。如果農業勞動力素質、農戶生産能力以及農業經營規模都遠在現代生産力水準要求線之下，以其為基礎的科技應用、産品品質、市場準入、維生收入、從農熱情等等都將日益變得難以為繼，現代農業也就因此而成為一個可望不可即的奢望。

李文華：當前，我國資源環境問題依然嚴峻，如水土資源方面約束趨緊，資源利用效率不高，耕地品質下降等。此外，生態功能退化風險仍在，面臨如氣候變化導致極端氣候災害頻發、農業結構單一化、生物品種多樣性銳減等問題。隨著國際農業發展邁入新階段，實現農業生態功能持續提升和可持續發展，我國農業將持續面臨著低碳與綠色發展的挑戰。

主要發達國家加快佈局智慧農業、生態農業、生物農業

主持人：從國外的實踐來看，現在國際上農業的發展趨勢是什麼？

李文華：當前，新一輪技術革命方興未艾。國際農業經歷了機械化、化學化、資訊化的串聯式發展過程，現在已進入了智慧型、可持續發展的農業新階段。主要發達國家在加快佈局智慧農業、生態農業、生物農業等，搶佔農業科技創新和産業發展制高點。

聯合國糧農組織先後推動提高生産力、增強適應性和發揮農業多功能的全球重要農業文化遺産（GIAHS）、生態農業（Agroecology）與氣候智慧型農業（ClimateSmartAgriculture）計劃。這些計劃的核心表現在三個方面：一是在不破壞土地可持續生産能力的基礎上，提高單位面積生産力；二是加強自然生態系統對農業的庇護作用；三是發揮農業的多種功能，強調經濟、生態與社會效益的全面提高。

趙春江：智慧農業工程科技的發展已成為國際上現代農業技術發展前沿。世界主要發達國家都將推進現代資訊技術與農業的深度融合作為實現創新發展的重要動能，在前沿技術研發、數據開放共用、人才培養等方面進行了前瞻性部署。

主要發達國家和地區組織圍繞智慧農業分別出臺了相關戰略計劃，如美國的“面向2030年食品和農業的科學突破”、歐盟的“農業科技2030”、日本的“數字農業、食品、農業、農村基本計劃”等，將現代資訊技術廣泛應用於整個農業生産活動和經濟環境，加快推進智慧農業發展，激活農業數字經濟。

現代智慧生態農業是一個可持續的複合農業生態系統

主持人：我們的國情和農情決定了不可能照搬國外農業現代化的經驗。習近平總書記提出“必須探索出一條具有中國特色的現代農業發展之路”。結合國內外的實踐來看，到2050年全面實現農業農村現代化，中國農業應該怎麼走？

劉旭：要實現農業強而永續、農民富而體面、農村美而生態的美好願景，不僅要提高産品産量，還須提高産品品質、確保食品安全。不僅要提高土地産出率、獲得經濟效益，還應發揮生態系統的多種環境服務功能並促進農村的可持續發展，同時確保農産品品質與國內外市場的競爭力，並能緊跟國際農業技術和管理髮展前沿。這就需要探索一條綜合發展的道路。

2018年9月，習近平總書記在北大荒建三江國家農業科技園區考察時指出“中國現代化離不開農業現代化，農業現代化關鍵在科技、在人才。要把發展農業科技放在更加突出的位置，大力推進農業機械化、智慧化，給農業現代化插上科技的翅膀。”在總結農業發展的經驗與問題以及研判未來發展趨勢的基礎上，我們認為，發展現代智慧生態農業，即強化生態理念和智慧手段，並結合現代生物技術與裝備技術應用，與農業現代化和鄉村振興戰略的要求高度吻合，是我國未來農業發展的必然選擇，是具有中國特色、適應中國國情的農業可持續發展道路，可作為我國未來30年基本方略。

主持人：如何更確切地理解現代智慧生態農業的內涵？它的發展目標是什麼？

趙春江：現代智慧生態農業聚焦“智慧、生態、現代”三個關鍵詞，是以生態為主線，以智慧為手段，突出以生物技術和資訊技術為支撐的現代農業。它是通過先進的多領域的科技與生産深度融合，大幅提升農業生産力與效率，通過人工智慧、大數據、雲計算實現産前生産資料科學銜接、産中生産要素精準配置、産後産品供需完美對接，通過農業産業鏈中物質系統良性迴圈，實現資源高效利用與生態功能持續提升，最終實現生産、生態和生活協同共榮，生物技術、資訊技術和裝備技術耦合發展，現代化、智慧化和生態化融合和效率、效益和效果並舉的農業發展基本方略。

李文華：系統觀、整體觀是現代智慧生態農業最大的特點，它不強調某一農藝措施，而是重視農業系統的結構調整；不強調單一技術，而是重視技術的綜合整合；強調農林牧副漁大系統的結構優化和“介面”強化，從而充分而合理地利用自然資源，維護生態平衡，達到良性迴圈、整體優化的目的。它的核心是從單純追求經濟效益的最大化，轉變為追求經濟效益、社會效益和生態效益的全面提高，是一個可持續的複合農業生態系統。

劉旭：發展現代智慧生態農業，核心是要實現農業發展的兩個基本目標。一是確保國家糧食安全目標，這依賴於資訊技術、生物技術、裝備技術的創新和突破，實現糧食生産規模化和現代化。至2050年，確保穀物自給率達到85％以上，其中口糧自給率達到95％以上。二是實現高效綠色高值農業與永續發展目標。至2050年，綠色、安全、營養型蔬菜水果産量大幅增長；農業生産實現“碳中和”，生態環境得到根本改善；形成資源利用高效、産地環境良好、田園風光優美的農業永續發展格局。

高效是現代智慧生態農業的出發點和落腳點

主持人：推進現代智慧生態農業發展，在“現代化、智慧化、生態化”方面分別有哪些重點？

劉旭：“高效”始終是現代智慧生態農業的出發點和落腳點，因此發展現代智慧生態農業首要是推進效能提升戰略，提高農業生産率。首先，進一步夯實“藏糧于地”，不斷提升“藏糧于技”，切實創新“藏糧于策”，而“藏糧于技”的重點是基於現代生物技術培育高産、優質、抗逆和適應性廣的新品種，這是農業生産産量增長貢獻最大的技術。其次，提升農業科技創新能力，加強生物種業、生物製品和生物處廢（廢棄物生物處理）創新與應用，建立現代智慧生態農業的科技創新體系。第三，提高農機裝備的資訊感知、智慧決策和精準作業能力，大力推進農業生産全程機械化、裝備智慧化、服務社會化、管理智慧化，實現農産品生産和加工現代化。

趙春江：發展現代智慧生態農業要推進系統優化戰略，推進智慧農業技術在農業生産全過程的應用，實現生産智慧化、作業精準化、管理數字化和服務網路化。“農業現代化，種子是基礎”，要推動現代資訊技術與育種深度融合，搶佔農業智慧設計育種技術及其産業發展制高點；利用人工智慧和多組學綜合技術解析生物物質形成機制來精準調控動植物生産發育及其代謝途徑，實現精準種植養殖；全面構建“全鏈條、網路化、嚴標準、可追溯、新模式、高效率”的資訊高度對稱的現代化智慧農産品供應鏈，提高農産品流通效率；構建智慧化的農業農村綜合資訊服務網路，促進科技、人才、土地、資金等要素科學化配置。

李文華：推動資源高效迴圈利用戰略，是發展現代智慧生態農業的必由之路。具體而言，可以從三個方面開展。在宏觀層面，通過區域資源、生態與産業佈局優化配置和農業功能拓展，提高農業生態系統功能與農業生産的生態化水準，比如促進農業文化遺産發掘與保護，推動以農業系統為本底的具有自然文化教育功能的休閒農業、鄉村旅遊發展。在中觀層面，發掘多樣種植、種養結合、農林複合、景觀優化等農業生態系統，實現農業生産系統物質的有效迴圈。在微觀層面，推進生物處廢、水肥精準控制等技術應用，實現農業生産全過程廢物處理，減少農業生産環境影響。

主持人：看來發展現代智慧生態農業是一個複雜的系統工程，在政策支援體系方面如何做進一步的完善？

劉旭：發展現代智慧生態農業必須充分發揮科技和人才的引領作用。構建支撐現代智慧生態農業創新發展的創新型科技體系，建議在科研院所的學科體系設置上建立跨學科、跨領域的技術創新機制；加大對現代智慧生態農業發展的核心技術及關鍵瓶頸技術研發投入；大幅提升生物育種與關鍵基因發掘、智慧農機裝備、綠色投入品創制等領域的研發與創新能力，把握國際競爭主動權。

構建新時代農業人才體系，進一步推進農業高等教育改革，努力打破學科間的藩籬，倡導“將論文寫到大地上”的理念，培育一批跨學科、複合型的農業科技人才；逐步推行農民職業資格認證制度，實施“終身教育工程”，造就一批能生産、會管理、懂經營的“新型職業農民”。

趙春江：我國現代農業發展面臨的最大制約是農業經營規模過小。完善現代化農業經營體系，首要堅持和完善農村基本經營制度，引導土地經營權規範有序流轉，通過現代資訊技術與管理技術降低農地流轉交易成本；支援種養大戶、家庭農場、農民合作社、涉農企業等新型經營主體發展，推進多種形式適度規模經營和專業化生産；發展三産貫通、城鄉融合的農業農村數字經濟的新業態。

面對我國小農戶小地塊的國情，要大力構建現代社會化農業服務體系，發展以農機智慧裝備服務、農業精準生産技術服務、農業産銷體系金融服務等為代表的全程覆蓋、區域整合、配套完備的新型專業化、社會化服務體系等，讓農戶享受現代科技帶來的紅利。

現代智慧生態農業是資訊科技與農業的深度融合

主持人：能否結合您的專業領域談談，推進現代智慧農業發展需要哪些技術方面的創新和突破？

劉旭：農業是生物技術應用最廣泛的領域之一。實踐表明，生物技術是推進農業綠色發展的最有效技術。

發展現代智慧生態農業，重點是要創新生物技術。與産業化密切相關的現代農業生物技術主要包括用於動植物新品種選育的轉基因技術、基因編輯技術及其基因測序與分析和分子設計育種的生物晶片技術、分子標記技術等，用於生物廢物處理的原子轉移自由基聚合技術，用於生物製造的酶工程技術、發酵工程技術、生物合成技術等。未來農業生物技術會向更加精確化、定向化、標準化、智慧化和工程化方向發展，不僅將推動傳統農業産業技術的革命進步，同時將帶動生物製造和生物廢物處理等技術的發展，並由此推動環境的改善與綠色發展。

李文華：現代智慧生態農業很重要的一個目標是在有效實現農業生産功能的基礎上，減少農業生産對生態環境的負面影響，這一目標的實現需要依賴各種現代高效生態技術的加持和支撐。

為應對農業生産的環境問題，我國的農業生態技術體系應該依據生態適宜性原則，從生態經濟系統結構合理化入手，包括創新水資源、土地資源、化肥農藥等資源投入的精準化技術體系；創新包括廢棄物資源化利用技術和高效立體種養技術兩大類的物質迴圈利用技術體系，如桑基魚塘、“豬-沼-果”等是我國乃至全球高效立體種養技術體系的典型代表；創新以稻漁綜合種養、“魚菜共生”等為代表的物種共生技術體系，通過技術手段利用生物之間的共生關係可以實現更高的産量。

趙春江：發展現代智慧生態農業需要不斷創新資訊技術以提升農業、創新裝備技術以武裝農業。資訊技術可以給機器賦能，讓機器更加智慧化，還可以增強人的智慧。從應用的角度看，智慧農業技術可以概括為動植物資訊獲取技術、農業生産智慧決策管理、農事活動精準作業、農産品智慧流通、農業環境、“雙碳”監測與評估等技術。

智慧化的裝備可以強化工具手段，大幅提升農業生産效率。今後我國農業裝備技術應面向主要糧食作物和經濟作物、設施農業、畜牧養殖、農業廢棄物加工利用等生産環節智慧化精準生産需要，建設以資訊技術、物聯網技術、衛星定位技術、智慧裝備技術為核心的農業機械智慧化技術裝備體系，實現“機器換人”。

把握住“十四五”關鍵時期開展試點示範工程

主持人：對於推動現代智慧生態農業戰略的落地，您認為有哪些比較具體的實施路徑？

劉旭：現代智慧生態農業的發展是一個複雜而漫長的過程，我認為要抓住兩個關鍵：一是把握住“十四五”這個關鍵時期，開展現代智慧生態農業試點示範工程，“由點及面”推動現代智慧生態農業的有序發展。以縣域為單位探索實施的具體方案和保障措施，涵蓋適合東北、黃淮海、長江中下游和南部丘陵山區等不同區域的不同發展模式。“十四五”期間構建可複製模式並開始大範圍推廣，作為鞏固拓展脫貧攻堅成果同鄉村振興有效銜接的重要手段。

第二個是抓住人才振興這個鄉村振興的關鍵。建議啟動高等院校農業教育提升、農業科研與推廣人才創新、高素質農民培育示範、高素質農村經營與管理人才等工程。到2035年基本建成能有效支撐農業農村現代化的人才培育與管理體系。

李文華：隨著生態環境和資源條件“緊箍咒”越來越緊，農業農村環境治理的要求也越來越迫切。一方面，開展種養結合模式創建工程勢在必行。建立以養殖企業為主體，以物質迴圈為核心，種養一體、廢物就地消納的規模化生態農業模式，探索政府指導、企業和農戶合作的市場運作機制。預期在“十四五”期間、2035年和2050年覆蓋率分別達到10％、30％和80％。同時，要啟動現代生産生活廢棄物處理工程，包括實施生産與生活廢棄物規範化管理和基於生物等技術的無害化處理、實施土壤生態健康培育工程、設立生物處廢國家重大研發項目、培育壯大廢棄物處理産業等。2025年創建並完善規範化管理和廢棄物處理産業，2035年和2050年廢棄物處理率分別達到80％和100％。

趙春江：面向數字中國、鄉村振興、食物安全等國家戰略需求，應整合衛星遙感、物聯網、大數據、人工智慧、區塊鏈等現代資訊技術，研究農業資源與環境、農業生産與經營、農産品加工與流通、農業碳匯與碳排放涉農數據採集與整合分析關鍵技術，制定農業大數據標準，構建農業全産業鏈高品質發展大數據監測平臺，為政府管理決策、企業生産經營、農民資訊服務、居民放心消費等提供科技支撐。到2025年，大數據監測平臺評估能力覆蓋主要涉農部門和50％以上的農業生産經營主體；到2035年，涉農部門全覆蓋、經營主體覆蓋達80％。

主持人：到2050年實現全面現代化，我們還有很長的路要走。而面對國際市場和氣候變化等不確定性，如何找準中國農業現代化之路？三位院士提出現代智慧生態農業，回答了中國農業該怎麼走，如何全面實現農業現代化、智慧化、生態化等一系列重大問題，為我國農業現代化之路提供了一種重要選擇。（主持人 焦宏 楊瑞雪）

（本文采寫得到中國科學院地理科學與資源研究所閔慶文研究員的大力支援。）