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| 21世纪农业科技与农业可持续发展 | |||||
| 作者：佚名 文章来源：跨世纪科技与社会可持续发展 点击数： 更新时间：2004-6-28 | |||||
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农业直接关系着社会的稳定和发展，是稳民心、安天下的战略产业。然而，农业的发展面临着巨大的挑战。面向21世纪，农业科技的发展大趋势为农业的可持续发展创造了良好的机遇。 第一节 稳民心、安天下的战略产业 一、农业技术进步与农业的历史变革 农业是利用生物的结构与功能转化太阳能和相应的生产资料，为社会提供食物、有机原料、生物能源、生存环境和游憩场所的多功能产业。广义的农业是一个包括种植业、畜牧业、林业、渔业、虫业、副业、传统的农副产品加工业、利用生物技术和现代工程技术对农副产品的精加工业，以及农工贸、产学研紧密结合的一体化产业大系统。本书所称的农业是包括林业在内的广义的农业。农业的发展经历了原始农业、传统农业到现代农业的巨大历史变革。 1、原始农业人类改造自然的第一次伟大革命 原始农业以动植物的驯化为开端，以铁器和畜力的广泛应用为终结，时间跨越约七、八千年。原始农业以“刀耕火种”为根本特征。人们以火开荒，用石制和木制工具播种，土地的休闲时间比较长。这种农业的生产力水平虽然还很低，但是对于人类社会的发展却发挥了重要的作用。它标志着人类从利用天然物到增值自然物的重大转折和飞跃，是人类改造自然的第一次伟大革命。它为人们定居、社会分工、社会组织的复杂化、物质文明和精神文明的发展创造了必要的条件。原始农业曾经是人类文明进步的起点和基础。 2、传统农业的产生 在奴隶制后期及其向封建制过渡时期，铁器农具，特别是铁犁和役畜的广泛使用，导致了传统农业的产生。传统农业大约经历了两千年。这一时期，人类对与农业生产关系密切的自然条件、季节变化、土壤肥瘠等有了进一步认识，开始懂得因时因地种植。畜牧业开始出现以放牧或游牧为主的生产方式。经济形式以自给自足、生产规模狭小的自然经济为主体。铁制农具和畜力的广泛使用构成了扩大农业生产和形成其它农业技术的基础，是蒸汽机发明和利用之前最重要的技术发明，是人类一次划时代的技术革命。这一时期，建立在经验基础上的农业技术开始产生。这一阶段创造的丰富多彩的技术和经验，使传统农业的生产力水平相对于原始农业又产生了新的飞跃。 3、现代科技和工业装备的现代农业 由于工业革命的推动和实验科学成果的应用，十九世纪中叶，一系列农业动力机械、生产工具、技术手段和科学理论开始逐步发展起来。20世纪的前50年内，现代农业进入单科突进的产生阶段。拖拉机、合成氨、玉米和小麦杂交品种、畜禽良种获得成功并迅速推广应用。近50年来，各门自然科学和各种技术纷纷被引入农业领域，形成了一套以农业科学为基础、以无机技术为主体的现代农业技术体系。良种、化肥和病虫杂草的化学防治的结合，导致了“绿色革命”的发生。现代农业具有一系列新特征：①机械化。机械力和电力代替畜力，机械代替手工农具，从而大大提高了农业劳动生产率，为农业劳动力的转移奠定了技术基础。②科学化。上个世纪提出的李比希的矿质营养学说、达尔文的杂种优势理论和孟德尔的遗传定律、魏伯格的光合作用理论等变成了直接的生产力，农业中的种子、施肥和水利灌溉都迅速转移到科学基础上来。生物技术、信息技术、原子能技术和遥感技术在农业领域的应用，使人们对农业的再生产过程的干预能力达到了空前的广度和深度。③社会化。在市场经济条件下，农业企业规模日益扩大，社会分工越来越细，协作范围越来越广。50年代开始，农业生产过程中的多种作业从农业部门分化出来，由专业公司承担。非农行业高速发展，工商人口大量增加，促进农产品市场不断扩大，农村经济向商品经济转化，为农业生产提供了强大的经济刺激。农业同农产品加工、销售以及同农业生产资料的制造、供应之间的联系日趋紧密，促进了农工商、产供销一体化的经济形式的产生。 4、面向21世纪的战略产业 随着科技在各个领域的应用，农业高科技化引起农业劳动生产率提高、所需农业劳动力数量下降。在发达国家，农业劳动力一般占2%～5%，农业已成为高投入高产出的产业。然而，一个国家无论经济如何发达，但粮食等农产品仍是人类最基本的生活必需品，是社会发展的重要的战略物资。面向21世纪，世界各国尽管社会制度不同，经济发达程度不同，但是都把农业作为国民经济的基础，作为稳人心、安天下的战略产业，甚至将食物安全与军事安全相提并论。发达国家如美国、欧共体各国、日本等都把农业视为国民经济中最重要的部门，把农业摆在极端重要的战略地位上，把“高效、低耗、可持续发展”的农业作为重要国策。其原因是：①农业能为解决国计民生的根本问题提供必要的生活资料和生产资料；②为人类生存、生活和消费提供环境保障；③发达的农业经济既能保证国内供需平衡，又可以对外换取外汇，平衡对外农产品贸易收支，还可以把农产品当作向发展中国家进行政治交易的战略武器；④大力发展农业经济，实现农业现代化，可以有效地缩小城乡、工农差别，保证社会的稳定和繁荣。⑤农业和农村经济的发展为工业的发展提供广阔的市场。总之，农业是经济发展、社会稳定、国家自主、人类进步的战略产业。 二、农业面临的新挑战 1、人口急剧增长，食物需求压力剧增 1800年，全球人口约10亿。1997年，世界人口已达到58亿，比1800年增长47亿。据联合国的预测，到下世纪末，世界总人口将达到110～190亿。世界人口的过快增长导致食物供给不足的威胁的产生，对农业产生了巨大的压力。非常矛盾的是，世界总人口增长主要来源于发展中国家，而这些国家还处于由传统农业向现代农业的转化过程中，农业生产力还非常低下。据联合国估计，1950年至1990年间，发达国家总人口增长了45％，而发展中国家却增长了143％。1950年发展中国家人口占世界总人口的67％，1987年这一比例上升为76％，2025年将上升为84％。很多发展中国家，特别是非洲国家，粮食的增长速度赶不上人口增长速度，人均食物消费水平在已经很低下的情况下还将呈下降趋势。所以，营养不良、饥荒和食物欠缺仍然是这些国家发展所面临的巨大难题。 2、自然资源退化，生态环境恶化 农业的发展依赖于良好的自然环境。然而，人口的过度增长和人类不合理的行为，造成一系列生态平衡的失调和自然环境的严重破坏，对未来农业产生非常不利的影响： （1）森林面积锐减。古代四大文明中心的兴起都得益于茂密的森林的滋润和保护，然而，这些文明却又毁灭或严重破坏了养育它的森林。历史上全球森林面积76亿公顷，到1975年减少到26亿公顷，现在每年以2000万公顷的速度在减少。如果按这种速度计算，再过200年，地球上森林就将完全消失。森林的减少引起严重的水土流失，加速生物物种灭绝，生物多样性受到破坏，动植物种质资源急剧减少，人类生存环境的安全失去保障。 （2）水土流失面积不断扩大，土壤退化和沙漠化。据联合国粮农组织的调查统计，自1945年以来的近50年中，全球共有2.96亿公顷土地因严重流失而退化，9.2亿公顷的土地因过度耕作而使地力衰退。 另据统计，现在世界年损失土壤量已增加到254亿吨，超过新土壤的年形成量。全球沙漠化已占陆地面积的1/7，还以每年600万公顷的速度在扩展。46亿公顷的耕地和草场受到沙漠化的威胁。另有100～150万公顷的耕地毁于盐碱和涝灾。 （3）水资源严重短缺。淡水不足已成为发展农业生产的制约因素。到2000年，许多发展中国家人均供水量将比1980年减少一半，其中约有41个发展中国家人均供水量不超过1000吨。到2035年，许多发展中国家人均供水量还将减少一半。到21世纪，水资源将成为人类生存和农业生产的稀有资源。 （4）环境污染加剧。现代农业过度使用农药、化肥，这些化学物质释放到环境中，流入江河，污染水、土和空气，通过食物链又进入人体，其结果轻则致病，重则致死。据联合国卫生组织统计，全世界有2/3的水体被污染，有10亿人饮用受污染的水，5亿人因此而得病。同时，生物圈的功能也受到严重破坏，危及农业的可持续发展。 3、自然灾害严重威胁着农业生产的稳定发展 （1）化石燃料的大量使用使释放到大气中的二氧化碳等气体急剧增加，导致温室效应愈演愈烈。其后果是气候异常，自然灾害愈发频繁。同时，导致全球气温上升，预计到2030年，全球平均气温将上升1.5～4.5C，使两极冰冠融化，海水膨胀，海平面上升4～6米。这些都将使农业生产受到巨大的威胁。 （2）臭氧层受到愈来愈严重的破坏。氟利昂在农业和制冷工业中的过度使用严重地破坏了地球大气平流层里的臭氧层，到1985年，南极上空的总臭氧量已减少了约50％。1990年的观测表明：臭氧层又遭到了进一步的破坏。臭氧层的严重破坏将给农业带来灾难性的后果。动植物的生长、繁殖都将受到破坏，产量急剧下降甚至绝收。 三、农业发展的新机遇 1、新的农业科技革命 解决农业发展所面临的问题的根本出路在于农业科技进步。本世纪60年代中期在发展中国家兴起的、以培育和采用农作物高产良种为中心的绿色革命，曾使农业取得了突破性的成就。在推广绿色革命的11个国家中，水稻亩产由70年代初的135公斤提高到80年代末的221公斤，增长63％。在我国，60年代中期南方稻区籼稻矮杆化的推广使亩产由200～250公斤提高到300～350公斤。70年代大面积推广杂交水稻，使全国水稻平均亩产由232公斤提高到328公斤。自80年代以来，我国又分别育成水稻、小麦、玉米、棉花和大豆等新品种230多个，并且均得到大面积的推广应用，取得了巨大的经济和社会效益。世界各国将充分吸收历史的成功经验，开展新的农业科技革命。1990年世界粮食理事会第16次部长会议提出，要在发展中国家开展第二次绿色革命，主要有三个发展方向：①在巩固水稻、小麦、玉米育种等第一次绿色革命成果的基础上，向高粱、谷子、木薯、香蕉等作物的研究以及林业、渔业等其它领域扩展。②在有效利用灌溉地的同时，向旱地、洼地、丘陵山地扩展。③利用生物技术发展农业，把常规技术与现代生物技术相结合，为发展食物生产、提高生产力水平，解决亿万人食物问题发挥重要作用。目前，全球范围内的新技术革命为开展新的农业科技革命创造了良好的条件。现代生物技术、信息技术、工程技术以及新材料、新能源等技术逐渐成熟，农业科技已进入综合集成的新时期。这为农业科技的发展和新的农业产业革命的发生展示了美好的前景，将导致21世纪的农业科技上一个全新的台阶。我国正在组织策划新的农业科技革命，制订新的农业科技革命纲要，为解决我国的农业问题和粮食问题提供必要的技术保障。 2、全球化趋势 在人类即将告别20世纪，跨入21世纪之际，由于科技、经济、政治和文化活动的推动，国与国、社会组织、人与人之间的关系正在加速进入一个前所未有的全球化的新时代。特别是经济全球化的趋势更是来势迅猛，市场经济体制在全球范围内迅速扩展，世界范围内的关税壁垒正在减少、信息化程度急剧提高。这些趋势为21世纪的农业战胜困难、迎接挑战也创造了良好的机遇。①有利于促进农业科技的国际交流与合作，使农业科技信息资源得到充分的共享。在２０世纪，农业科技的国际交流与合作已具有良好的发展基础，从某些方面促进了“绿色革命”的发生，取得了许多的成就。面向21世纪，国际学术交流与合作研究活动将日趋频繁，协作项目的规模将越来越大。特别是全球信息资源网络系统的建立和完善，为农业科技特别是农业高新技术进行全球性的综合研究、交流和转让创造了条件。它将从根本上丰富农业科技国际交流与合作的活动方式，扩大国际交流与合作的内涵。②使各国间的农业相互联系、相互依赖加强，有利于各国协调一致地行动，共同解决由单一国家难以解决的全球环境恶化和农业问题。③有利于有效地开展世界农产品贸易和更大程度地发挥市场的力量，更加合理地开发利用各国的农业资源和环境资源。现在，许多国家在谋求地区合作，以创造一个比较稳定的外部条件，促进农业发展和解决食品短缺问题。开放世界农产品市场、降低贸易保护程度、发展全球农产品贸易的大趋势，有助于降低生产成本、减少财政负担、减轻对于环境的破坏。 第二节 21世纪农业科技发展趋势 一、生物技术在农业科学技术中的主导地位将更加突出 生物技术能够定向地改变生物的某些性状，因而可能大幅度提高农产品的产量与质量和农业资源的利用率。科学家们推测，到2000年，运用农业生物技术及其相关增产措施,将占世界粮食增产量的5/6。目前，国际上生物技术在动植物新品种的培育等方面不断取得新进展。我国自70年代初开始即开展了农业和医药生物技术的研究与应用。1986年制订的“863”计划将生物高技术作为重要项目之一。我国已经在与农业有关的生物技术领域取得了重要的成就。21世纪，生物技术将在以下农业领域发挥巨大的作用。 1、农作物新品种塑造 由于分子生物学的发展，新品种培育的效率迅速提高。一是农作物品种改良的周期大大缩短；二是由过去对植株整体单一层次的改良发展到个体、组织、细胞和分子等多层次的改良。 （1）农作物转基因工程。利用基因转移和重组技术，可以打破异种之间的杂交障碍，实现植物不同种间甚至动物、植物、微生物和人类之间基因的转移和重组，创造出新的生物类型。现在，许多重要农作物如水稻、玉米、大豆、小麦等的基因图谱已经建立起来，为人类选择理想基因并对农作物的性状进行定向改良创造了条件。人类已经获得了水稻、玉米、大豆、棉花等20多种转基因作物，它们在产量、品质、抗病虫能力、抗逆性等方面都表现出了显著的优势。我国已育成一批抗病毒的烟草和番茄品系；转基因抗虫杨树、棉花和玉米也已经在大田试验成功，都能增加产量并保证质量；转基因马铃薯在田间试验既能抗细菌性青枯病，又能提高蛋白质含量；主要粮食作物水稻白叶枯病广谱抗性基因克隆成功。21世纪，农作物转基因工程将向抗病虫、抗病毒、抗菌、抗化学制剂、抗旱、抗盐碱、抗寒、抗高温、提高产品品质等方向发展，为农作物品种改良展示了非常美好的前景。 （2）作物杂种优势利用。杂种优势是两个遗传组成不同的亲本杂交产生的杂种一代在一系列生物学特性上优于双亲的现象。我国率先开发推广的三系杂交水稻，平均每亩增产50公斤以上。玉米、高粱、棉花、油菜等杂交品种比常规品种均增产25％左右。继首创水稻三系杂交之后，我国又成功地实现了两系杂交稻，且已推广300余万亩，平均单产提高10％以上，最高单产达730公斤。面向21世纪，作物杂种优势利用将有两大新趋势：①由近亲杂交向远缘杂交发展，以获取更丰富、更大的杂种优势。例如，将水稻的籼稻与粳稻杂交。②由几种主要农作物向多种农作物的杂种优势的全方位开发利用方向发展。 （3）植物细胞工程。这是在细胞水平上创造农作物新品种的技术领域。①利用细胞融合技术，打破物种远缘杂交的种属障碍，把两种植物的基因无性结合在一起，在细胞水平上对作物品种进行改良。目前，通过细胞融合已获得了大豆与烟草、番茄与马铃薯、烟草与颠茄、甘蓝与白菜等多种种间、属间和科间的作物。②利用花药培育新品种。我国通过这类方法育成的小麦、水稻、油菜等新品种的累计推广面积已达3000多万亩，产生了巨大的经济效益。植物细胞工程将是21世纪改良作物品种的一大领域之一。 （4）快速无性繁殖技术。利用植物细胞的全能性，通过无性繁殖途径，可以进行植物组织与细胞的培养和快速繁殖。在许多国家，植物种苗组织培养快速繁殖已进入商业化生产阶段，用于快速繁殖的植物种类已超过1000多种。我国已建立马铃薯、香蕉、兰花等100多种植物的快速繁殖技术与脱病毒技术，并已大面积推广应用，增产效果十分显著。组织培养是繁殖林木良种的重要手段，现在世界上用这一方法已获得200多种树木的完整植株。这项技术将在21世纪形成新兴的高科技人工种子、种苗制造产业，并向专业化和工厂化方向发展。 （5）生物固氮技术。氮素肥料的施用量在很大程度上影响着作物的增产幅度。然而，氮肥的生产对能源的耗费及其使用对环境的污染都是地球难以长期承受的。因此，利用生物和生物技术，将占空气总量79％的氮气的一部分转化成为高等植物能够直接吸收利用的以离子形式结合的氮的生物固氮技术就既具有巨大的挑战性，又特别具有发展前途。目前，国际上对固氮机理的认识在不断深化，细菌之间固氮基因的转移已经实现。我国在玉米和大豆固氮研究方面已取得成功，将开始大面积推广。美国已计划将固氮细菌基因转移到非固氮植物体内以培育出能够自造氮肥的作物。固氮树木研究也非常具有挑战性。在21世纪，生物固氮的突破将给肥料科学带来一场翻天覆地的变革。 2、超级树木 利用生物技术培育出各种各样的树木新品种。例如：培育树体粗壮的树木新品种，使其在单位时间内能够获得更高的产量；速生高产型高大乔木人工林可以增加木材产量。培育抗旱、抗盐碱、抗污染、抗病虫害树种，使许多不宜林地区变成为绿洲，以提高森林覆盖率。培育千姿百态的艺术型树种，用于城市绿化和美化环境。等等。 3、生物农药 化学农药的大量使用虽然取得了成效，但却严重污染环境，威胁着人类的生存。在生物防治技术基础上，生物技术的发展又进一步导致生物农药技术的发展。生物农药包括微生物农药、农用抗生素、基因工程农药和生物化学农药等，其中有些产品已开始进入实用阶段。生物农药容易降解、选择性强，对人畜安全性高，不如化学农药对环境污染严重，对21世纪可持续农业的发展将作出巨大的贡献。 4、动物品种改良与繁育新技术 培育高产、质优、抗逆的畜禽鱼和其它动物新品种，建立高产、优质、高效的动物繁殖生产体系，利用转基因动物作为生物反应器生产药物的物质，是21世纪养殖业技术发展的根本方向。 （1）动物基因工程改良。在20世纪，利用杂交方法对动物品种进行改良已取得了巨大的效益。21世纪，将基因工程技术应用于动物品种改良，把某些促进生长、优质高产、抗逆性强的基因转移到原来不具有这些功能的动物基因中，从而创造出动物新品种，其结果将给动物生产产业带来新的革命。目前，世界许多国家如美国、英国、中国、澳大利亚等在转基因动物研究方面进展迅速，已培育出转基因猪、牛、羊、兔和鱼等动物新品种，有些即将进入实用生产阶段。我国通过生长激素基因的转移，已获得快速生长的猪及其后代；转基因瘦肉型猪的饲料转化率提高了17％；转基因的鲤鱼生长也很快，现已进入中试阶段。随着基因标记技术的发展、各种动物基因图谱的建立以及基因重组技术的不断完善，到下个世纪，“超级猪”、“超级牛”、“超级羊”、“超级鸡”、“超级鱼”等多种超级动物和以精、优、小巧为特征的缩微动物都将成为现实。 （2）生物反应器和克隆人体器官技术。利用转基因动物作为生物反应器生产药用物质的技术和产业将在21世纪得到来势迅猛的发展。英国、美国和中国等国家都已在这方面取得良好的开端。中国的科学家已利用生物反应器在实验室成功地取得了白蛋白。生物技术还可以将动物作为载体动物生产人类器官。 1997年， 上海第二医科大学的曹谊林教授采用体外细胞繁殖的方法，在小白鼠身上克隆人耳成功。这是人体器官克隆的重大进步。 （3）动物繁育高效技术。主要有三大方向。①开发利用胚胎移植技术，可以从一头良种母畜上获取超出自然繁殖数量（一年之内即产生40～50个优良后代）且优良遗传性状相近的后代，显著提高优良母畜的繁殖效率。在美国、加拿大、英国等发达国家，胚胎移植技术已形成商业化生产的新产业。美国奶牛的60～70％是通过胚胎移植技术繁殖的。它的未来发展趋势是向多种动物，特别是珍稀动物的繁殖领域发展，并逐渐普及化。②利用动物的一个胚胎分割为多个胚胎从而产生多个完整的后代的胚胎分割技术，可以提高良种动物的繁殖效率。80年代中期，我国就已在绵羊胚胎分割方面取得了成功。目前已建立绵羊、山羊、奶牛、家兔等动物胚胎分割、胚胎克隆与体外受精等新技术，并成功地建立了试管牛、羊繁育技术体系。③发展动物性别鉴定和控制技术，进行定向繁育和饲养，提高经济、社会效益。 5、动植物病害诊断和单克隆抗体病害防治技术 细胞融合技术和动植物分子免疫学技术的结合导致了动植物病害基因工程诊断和利用单克隆抗体防治病害的技术的产生。这项技术由于诊断准确，抗体具有专一性、纯度高、生产成本低等优点，因此，它将是21世纪动植物病害诊断与防治方面一项划时代的技术。 6、人造食物和饲料生产技术 利用生物技术和生物化学等技术，还可以对食物和饲料生产进行变革。 （1）利用生物资源生产食物和饲料。目前，全球作物的生产量只占生物总产量的6％，粮食作物生产量中人类食用部分只占30～40％。如果通过微生物加工或酶工程的处理，可使其余生物资源如秸秆中的纤维素、木质素等分解为糖或转化为单细胞蛋白，作为食物或动物饲料，发展养殖业等，从而大大增加人类食物。 美国、中国、俄罗斯、芬兰等国已在开发这项技术，其成功和产业化将是解决21世纪食物、能源和减轻污染的可行途径。 （2）单细胞食物。在阳光下培养绿色细胞直接生产有机物质，为人类提供食物，这条途径能够保持粮食作物、果树和蔬菜等食物各自具有的原有风味，比用再生资源经微生物加工所提供的食品更受欢迎。它可能将最终替代传统农业生产，使农业生产工厂化，从而支撑21世纪甚至更长时期人类社会的生存与发展。 二、信息 |
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| 区域农业可持续发展的生态安 全球环境危机和农业可持续发 农业可持续发展与环境保护 加强生态农业建设，促进西部 |
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