依靠科技进步 发展低碳农业

翁伯琦，雷锦桂，胡习斌，王义祥，江枝和

福建省农业科学院农业生态研究所，福建 福州 350013

如何应对全球气候变化，已引起世界各国的高度关注。1997年 12月出台了《京都协议书》[1]，2007年12月联合国气候变化大会在印尼通过了《巴厘路线图》[2]，2009年12月7月18日，近200个国家和地区的代表又聚会丹麦首都哥本哈根，商讨《京都协议书》第一承诺期结束后全球的策略与举措。中国作为负责任的发展中国家已庄严承诺，到2020年实现单位国内生产总值（GDP）下降40%～45%[3]，目标十分明确，任务异常艰巨，当前各行各业都在积极探索节能减排对策。[4]全球范围兴起的低碳经济热潮，正风声水起，汹涌而至，如何顺势而发，怎样切情探索，人们都在积极寻求发展策略。在农业领域，如何有效依靠科技进步，因地制宜发展低碳农业，创建富有中国特色的持续农业的发展问题，迫在眉睫。

专家认为，气候变化和已走向末路的化石燃料时代，给农业和人类发展带来新的挑战。气候变化造成的水资源短缺与燃料价格波动都将直接影响到粮食生产的稳定性。与此同时，农业用地释放出大量的温室气体，超过全球人为温室气体排放总量的30%，相当于150亿t[5]，如何固碳减排，无疑也是现今及未来相当长历史时期农业发展的重要目标与努力方向。现阶段人们关注低碳经济，以讲工业的多，讲城市的多，讲乡村的少，讲农业的少，实际上发展低碳农业潜力巨大。就理论意义认识，我国是一个气候条件复杂，生态环境脆弱，自然灾害频发，易受气候变化影响的国家。因此，减轻全球气候变暖对我国粮食安全与农业安全的影响，增强农业抗御气候风险的能力，应当成为我国加强应对能力建设与推动农业可持续发展的重要任务。就实践意义而言，低碳农业是一个发展目标，要通过一系列技术对策实施，使之实现高产、优质、高效、安全、生态的综合效益。为此，结合农业生产实际，贯彻科学发展战略，应对全球气候变化，积极寻求技术对策，构建低碳农业模式，促进生态经济发展。通过对一系列适用的资源节约型，环境友好型与生态文明型的配套技术的攻关，并推广与应用，发挥集成效应，这无疑要大力依靠科技进步，使传统农业产业与耕作方式优化转型，实现新的跨越。

1 低碳经济是持续发展的共同追求

目前，“低碳”两字似乎已经成为各主流媒体的热门词汇，出现频率甚高，关注程度炙热。发展低碳经济不仅成为很多研究者与决策者的共识，也成为不同行业与不同区域的共同追求。如何发展低碳经济，怎样实现转型升级？这无疑是令人瞩目的新课题。毋庸置疑，虽然在技术层面上，我们对低碳经济可能还不是十分明确。但可以预见的是，作为人类一种新的经济发展模式，低碳经济发展必定会给全球发展带来巨大而深远的影响。

事实上，低碳经济之所以能够迅速在全世界范围内引起巨大共鸣，其主要原因在于我们正遭受着由于高碳发展所引发的种种危机，最明显的例证就是全球气候变化。有人预测，倘若全球仍然按现在的高能耗状态发展下去，到 2100年，全球平均温度将上升1.4 ℃至5.8 ℃[6]，北极夏季冰川将消失殆尽，北冰洋将变成无冰洋，威尼斯、伦敦、纽约、东京、孟加拉国大片地区以及美国佛罗里达州等地将被淹没，全球1/3的大地变成沙漠。此外，联合国《保护生物多样性围际公约》执行秘书艾哈迈德·朱格拉夫指出：如今，每天有超过150个物种彻底消失，每年则有1.8万到5.5万个物种变为濒危物种[7]。如此的情形，绝非危言耸听。众多事例业已告诫人们，科学发展,善待自然，决不可为所欲为。

持续发展是人类共同的追求。为此，必须因地制宜选择正确的发展道路与适宜的发展模式。人们之所以关注低碳经济，之所以推广低碳技术，其愿景与期望是十分明确的，其意义与影响也是不言而喻的。很显然，要寻求经济持续发展的良方，就必然要考虑积极发展低碳经济。在全球携手应对气候变暖、减少温室气体排放的背景下，政治、经济、环保等领域的专家认识到，发展低碳经济是解决气候变化与经济发展矛盾的有效途径。一方面，低碳经济和低碳技术可以减少二氧化碳的排放，有效应对气候变化；另一方面，通过对新技术的投入和发展绿色经济，可以增加就业，促进经济增长。例如，煤炭、钢铁、石油等支柱产业曾经促进了我国很多城市的快速腾飞，但也在短短的几十年内让 40余个城市资源枯竭[8]，陷入发展危机，有的城市甚至曾经连续几次被联合国评为世界污染之都[9]。如果继续这样的发展道路，城市不仅得不到持续健康的发展，生态环境还将进一步恶化，从而影响人们的生活质量，离宜居的生活将会越来越远。

低碳经济的提出既是为了应对气候变化，但又超出了气候变化本身。据政府间气候变化专门委员会（IPCC）报告，全球1970年代至今，温室气体排放量的近70%来自于能源、工业、交通以及住宅与建筑四大部门[10]。低碳经济就是要对高耗能行业进行“减碳”[11]的改造和转型，通过以减少温室气体排放为前提来谋求最大产出，是通过人类的经济行为实现人与自然的和谐相处，进而增强人类活动可持续性的一种新的发展模式。毫无疑问，低碳经济引发的是一场系统的新技术革命，以能源的技术创新为核心，紧密联系信息技术、管理经营、农业生产等领域，其可实现节能减排和促进经济发展的双重目标，从而倡导“低碳”的生产生活方式。

未来的 30年，低碳经济对于我国既有挑战，也是机遇。在全球将低碳经济作为新的经济增长点来投资、规划和发展的时期，也正是我国处在落实科学发展观、转变经济增长方式的关键时刻，因此发展低碳经济将推动我国尽快摆脱金融危机的影响，促进经济持续、健康、快速发展。就具体举措而言，抓好节能减排工作是重心，其不仅是基础性工作，也是一项民心工程。在发展低碳工业与农业的过程中，通过率先发展节能减排项目，不仅可以吸引资金和技术，促进产业升级和优化，还将提高能源效率，优化经济结构，促进消费者行为的低碳性，使之成为发展经济的一个新机遇。

当今，世界主要发达国家已将发展低碳经济作为应对金融危机的主要抓手之一。为了摆脱全球金融危机，发达国家纷纷将刺激经济的重点放在新能源开发、节能技术和智能电网等领域，将低碳经济、低碳技术作为新的战略增长点。根据相关资料分析，许多发达国家都将发展新能源和提高能效作为应对气候变化的核心措施之一。作为有效的政策引导，一般都是通过政府投资或鼓励私营部门加大投资来实现向低碳经济的转型。这些投资、计划有助于缓解金融危机对全球经济的冲击，而且效果已经开始显现。此外，国际能源署在《世界能源展望2008》中估计，未来 30～40年，全球每年低碳经济投资将至少在5000亿美元以上[12]。

目前，虽然工业节能[13]、植树造林[14]、草原恢复[15]等举措被公认为减少温室气体排放的重要手段，但从科学角度分析，农业和农村的碳减排贡献也不能忽视。随着农民生活水平的不断提高，农民对能源的需求量将急剧膨胀，存在着与城市争能源的问题，温室气排放潜力必将释放出来。如果我们发展生态循环农业，则既可变废为宝，促进农区畜牧等产业业发展，解决秸秆焚烧等造成的环境污染问题。更值得关注的是，如果充分发挥耕地土壤的固碳功能，将有利于中国政府碳减排目标的实现[16]。土壤是个巨大的碳库，其主要为有机碳，大部分来自动植物、微生物残体、排泄物、分泌物等，而且这些成分分解后以土壤腐殖质形式存在，相对稳定。然而长期以来“用地不养地”，导致土壤有机质下降严重。中国科学院的数据表明，东北地区坡耕地黑土层厚度已从60～70年前的80～100 cm减少到现在的20～30 cm，土壤有机质含量由12%下降到2%～3%，大量的碳以温室气体的形式进入大气中，85%的黑土地处于养分亏缺状态[17]。

据测算，我国目前有1.2亿hm2农田[18]，按平均容重1.2 t/m3计算[19]，如将土壤有机质含量提高1%的话，相当于土壤从空气中净吸收了 306亿 t CO2，如果以30年来时间完成，则每年也约有10亿t CO2被固定在耕地里。目前，我国经济活动排放的二氧化碳约为70亿t，2015年将超过100亿t。根据我国在哥本哈根会议宣布的减排目标，到2020年单位GDP二氧化碳排放减少40%～45%的计算，则至少要减少 28～31.5亿 t绝对碳排放，按照保守估计的耕地固碳量测算，其贡献率也将达32%以上[20]。因此，耕地固碳是农业产量提高的副产物，从技术而言，具有较强的可操作性。

当然，我们也要注意到，发展低碳经济不是一蹴而就的。它需要一个长期的过程，需要决策者做出详细的、切实可行的、符合区域与行业实际的规划。如何抓住先机，促进低碳经济发展，尚需人们付出更多的努力，更多的探索，更多的创新。

2 循环农业是低碳农业经济的载体

何谓循环农业呢？从理论内涵来认识，循环农业是指在农作系统中推进各种农业资源往复多层与高效流动的活动，以此实现节能减排与增收的目的，促进现代农业与农村的可持续发展。通俗地讲，循环农业就是运用物质循环再生原理，物质多层次利用技术实现较少废弃物的生产以及提高资源利用效率的农业生产方式[21]。

循环农业，其创意与运作自古有之。我国传统农作采用的是一种初级的循环生产方式，是经济产出和人类需求都处于低级阶段的低层次循环农业。在生产过程中，结合劳动力、简单技术与土地，并利用农业投入品及光水等自然资源，创造出满足生命需求的农产品，其后，城乡生产和生活中几乎所有的“废弃物”都被用作肥料，返回土壤，参加“再循环”。如此年复一年，周而复始，形成中国农耕文明的优良传统。该阶段的循环农业的特点主要体现一是很少有废弃物，二是产生的废弃物可充分再利用。

现代循环农业必须遵循“4R”原则。一是“减量化”[22]，尽量减少进入生产和消费过程的物质量，节约资源使用，减少污染物的排放；二是“再利用”[23]，提高产品和服务的利用效率，减少一次用品污染；三是“再循环”[24]，物品完成使用功能后能够重新变成再生资源；四是“可控化”，通过合理设计，优化布局接口，形成循环链，使上一级废弃物成为下一级生产环节的原料，有序循环，实现“低开采、高利用、低排放、再循环”。现代循环农业通过科学研究，合理配置，能最大限度地利用物质和能量，有效防控有害物质或不利因素进入循环链，提高经济运行的质量和效益，达到经济发展与资源节约、环境保护相协调，并符合可持续发展战略的目标。

多年的实践业已表明，循环农业除了具备一般循环经济的运作规律外，还保持着与农业自身发展相适应的六个特点：一是有条不紊的食物链条。农业内部参与循环的物体往往互为食物，以生态食物链的形式循环，循环中的各个主体互补互动、共生共利性更强；二是富有活力的绿色生产。循环农业对产品的安全性更为强调控制化肥农药的施用量；三是回归大地的干净消费。在循环农业的运行过程中，主副产品在“吃干榨净”后回归大地；四是有利净化的合理流程。“万物土中生”，“万物离不开水”，土壤、耕地和水资源的保护和可持续利用要予以特别关注；五是比较宽广的应用领域。不仅包括农业内部生产方式的循环，而且包括了对农产品加工后废弃物的再利用；六是双赢互利的和谐措施。清洁和增收有机结合，既要洁净，又要增收，二者不可偏废[25]。

科技兴农，发展循环农业，不仅要利用新兴的农业科学技术，还要加强现代工业技术成果在农业上结合与应用。为此，要把握好三个环节：其一，依靠科技进步。要加强循环农业生产中的科技支撑力度，加强循环农业关键技术的引进与集成，组装应用现有农业科技成果，通过各级推广渠道，构建循环农业生产全过程的技术体系。其二，实施组装配套。例如，[26]秸秆直接还田既可增加土壤有机质，又可归还农田急需的养分。实践表明，如果操作不当，会降低下茬作物产量及水分的流失，为此可通过机械切碎、翻压技术优化、加氮调肥、病虫害防治等耕作配套技术，提高其生产效益和增强可续发展能力。其三，政策引导扶持。要加强宣传力度，要建立多部门联动机制，强化多元扶持，加大政府投资力度，保证其持续发展。

人们已经注意到，随着农业社会向工业社会的演变，农业的生产方式发生了显著变化。首先是农业生产过程中充分的利用现代科学研究的成果，大量运用农业机械，施用化肥农药，从而使农业劳动生产率大幅提高，农产品产量大幅增长。其次在受益于科学成果同时也带来了负面影响，化肥、农药的滥施，塑料薄膜的废弃，导致土壤质量下降，农药残留的事例不断涌现，正冲击着食品安全的防线；再次，由于生产过程中的化石燃料的广泛应用，养殖业的畜禽粪便不合理处置，家庭新型燃具的使用，影响了秸秆的充分利用等，造成了环境污染日益严重[27]。面对出现的新挑战，各行各业都在探索应对之举，积极探索开发利用农产品可食用部分以外的资源和循环利用的新途径，创立了模式，积累了经验，但就规模和深度而言，都有待于完善与提升，有待于总结与推广。

于我国而言，循环农业尚处于起步阶段，需要进一步开发和深入研究。就发展对策而言，应着力抓好六个重点环节：一要突出“绿色”，调整结构。农业结构的战略性调整已取得明显成效，今后要在结构优化上下功夫，要突出发展绿色食品、无公害食品和有机食品的生产，同时注重保护水土，节约资源。二要保护耕地、提升质量。坚持推广秸秆返田与保护性耕作技术，生物防治技术，发展节水农业等，实现种地与养地有机结合，加强耕地质量工程建设。三要项目带动、企业参与。农村发展农产品加工或其他工业，要做到防污于未然，必须做到低排污与达标排放。四要发展沼气、有效转化。最近几年，各地还以户用沼气工程为重点，结合农村改圈、改厕、改厨，大力推广以“猪—沼—菜[28]（粮—果—渔）”等为主要内容的生态模式，实现村庄庭院废弃物再生利用的良性循环。有效的实践已充分说明循环农业与科技、经济与环保可以实现相互支持与良性互动。五要优化布局、整体规划。因地制宜发展循环农业，建立适宜的循环模式，并依照不同模式的特定优势，进行布局配置、结构调整，延长产业链、优化循环节，促进循环农业的健康、安全、有序生产。六是正确引导、有序推动。发展循环农业要加强领导，需要政策引导，强化多元扶持，加以辐射拓展，促进循环农业的可持续发展。

实践证明，循环农业作为一项环境友好型农作方式，其有序的运作与优化的建模必将成为发展低碳农业经济的有效载体，其具有较强的社会效益、经济效益和生态效益。目前的循环农业模式多以个体的自我发展为主，诸多环节的技术难以及时到位，迫切需要政府部门及科研院所的大力支持。只有不断输入技术、信息与资金，使之成为充满活力的系统工程，才能更好地推进农村资源的循环利用与现代农业的持续发展。

3 科技进步是发展低碳农业的动力

低碳农业，是以高效益，低能耗、低污染，低排放为基础的农业发展模式。专家认为，低碳农业的实质是资源高效利用，绿色产品开发，发展生态经济的问题，核心是科技进步，固碳减排，产业升级和管理创新以及人类生存与发展观念的根本性转变。发展低碳农业，必须依靠科技进步。就实践意义而言，要切情抓好三个环节：

一是减量化技术的运用——推行“九节一减”。[29]九节即节地、节水、节肥、节药、节电、节油、节柴（节煤）、节粮，一减就是减少从事“一产”的农民。以节柴为例，足可以说明减量化技术的有效性。俗语道，节柴等于减排，造林就是固碳。实践业已表明，森林生态系统是陆地中重要的碳汇和碳源，在这个系统中，森林的生物量，植物碎屑和森林土壤固定了碳素而成为碳汇，森林以及森林中微生物、动物、土壤等的呼吸、分解释放碳素到大气中成为碳源。在陆地生态系统中，森林生态系统作为吸收二氧化碳释放氧气的一个大碳汇，在碳循环中起着非常重要的作用。全球森林面积为 41.61亿hm2，其中热带、温带、寒带分别占32.9%、24.9%和42.1%。全球陆地生态系统地上部的碳为562 Gt，森林生态系统地上部的含碳量为483 Gt，占了86%。全球陆地生态系统地下部含碳量为1272 Gt，而森林地下部含碳约927 Gt，占整个世界土壤含碳量的73%[30]。但随着森林破坏，过量砍伐，林地退化以及一些干扰因素的影响，森林生态系统就可能成为碳源，这将加剧全球的温室效应。

国内外的一些研究表明，温带和北部寒带森林是碳汇，如北方森林每年净吸收碳量为0.4～0.6 Pg碳，俄罗斯森林每年固碳0.36～0.45 Pg碳。在温带，森林每年净吸收碳量为0.17～0.35 Pg碳，美国东南部的森林生态系统每年固碳0.07 Gt碳。此外，森林蓄积每生长1 m3，平均吸收1.83 t CO2，放出1.62 t O2[31]。人工林的固碳作用更加显著，如人工按树林生产力相当于天然林（针叶林）的20～30倍，5～7年就可以成材，生物量相当于原始林在自然情况下 100～150年产量[32]。不言而喻，如果突破技术环节，加快人工林培育，减少林材消耗，扩大森林资源，则是有效的“贮碳”措施。从发展战略高度认识，抓好“九节一减”，不仅可以降低生产成本，增加农民收入；还可增强土壤的固碳能力，保护农业生态环境，减少温室气体排放。此外，发展循环农业、低碳农业，应对气候变化，也是建设社会主义新农村有效实现形式。

二是再利用技术的运用——充分挖掘潜力。发展现代低碳农业，其目标依然是高效，低耗、高产、安全、生态。除了要注重扶持种养业之外，要着力发展加工产业，对农产品进行深度加工。同时将各类农产品加工后的副产品及有机废弃物化害为利，变废为宝，进行系列开发、深度加工，有时其效益超过主产品的效益，既节约了能源资源，又解决了对生态环境的污染，可以有效地控制温室气候排放。如何充分挖掘潜力，这就要求我们要因地制宜建模式，技术创新求突破，让农业废弃资源得以充分利用。以农作物秸秆再利用为例，其开发潜力巨大。

首先是要挖掘秸秆潜力。我国每年产生的秸秆量达7亿t，60%以上的秸秆被闲置浪费或在田间直接焚烧。按照中国科学院蒋高明研分析，目前用来养殖的秸秆约占25%，如加上把闲置烧掉部分的秸秆25%转化为饲料，则可养活20亿头羊或4亿头牛。再按照40%的保守屠宰率[33]以及“1斤肉等于5斤粮”（扣除养殖过程中需要的2斤粮后为3斤粮）推算，相当于从秸秆里得到3.6～4.2亿t粮食，这等于在2004年粮食总量的基础上增产41%。因此，从烧掉的秸秆中“夺粮”是最大的粮食增产计划。其次是要挖掘土壤潜力。尽管我国有 18亿亩农田，实际上高产稳产田占不到1/3，如果提升中低产田，具有较大的增产空间。试验表明，改良土壤最好的办法是用有机肥养地。据估算，秸秆占中国有机资源总量比例在l2%～19%之间，其氮、磷、钾等养分资源占有机养分资源的25%～35%[34]。如将全国50%的秸秆利用起来，可增加牛粪32.8～38.3亿t。这些肥料均为有机肥，折合2835～3310万t硫酸胺。如果以有机肥养地，则可把部分地区的中低产田改良为高产或中产田，从而减小粮食生产的压力。再次是要挖掘草原潜力。[35]全国草原面积近4亿hm2，约占国土面积的40%，目前许多的山地丘陵的草地均没有得到有效的利用。据调查，我国每年有1.2亿t粮食是作为饲料消耗的，其中鸡是耗粮大户。如将鸡放养于草原，让其自觅食物满足自身一部分需要，可减少饲料投喂，保守估计仅从鸡嘴里就可“夺食”329亿kg，相当于增产6.8%的粮食产量[36]。可以看出，畜牧养殖业如果充分利用草和灌木等资源，则将充分节省粮食，必会促进我国低碳农业经济的发展。

三是再循环技术的运用——强化综合开发。进入 21世纪，依靠水土为中心的传统农业将接近或达到承载能力的临界状态，这就需要寻求新的出路。专家预测，可出三方面着手，探寻循环利用，实现低碳农业目标的新出路。出路之一就是微生物的利用，专家们称之为白色农业[37]。它是把传统农业的动植物资源利用扩展到微生物资源利用，创建以微生物产业为中心的新型工业化农业。目前运用最广泛最富有成效的是沼气，沼气的残留物——沼液可以代替农药、（叶面肥）沼渣可以代替化肥，是广大农村发展安全优质农产品必不可少的重要条件。出路之二是将农村各种废弃物化害化为利、变废为宝，进行循环利用、深度利用。出路之三是充分利用太阳能和智能代替化学能。这三条新出路，是以发展农村低碳农业的着力点，可有效地减少温室气体排放，应对气候变化。

目前，对于秸秆资源的综合利用就是发展低碳农业的一个突出范例。我国是个农业大国，秸秆资源丰富，从古至今就有利用秸秆资源的传统，合理利用秸秆资源，保护环境，直接关系到国民经济的可持续发展。通过科研攻关，政策引导，技术推广，秸秆的利用已实现一料“四用”，提高了资源利用效率。一是用秸秆作肥料。对土壤肥力而言，秸秆还田无疑会增加土壤有机质含量，从而提高土壤肥力。这是由于秸秆本身就是有机物质，是土壤有机质的主要来源[38]。二是用秸秆作原料。目前秸秆在建筑材料领域内目前的应用已相当广泛，秸秆消耗量大、产品附加值高，又能节约木材，因此可利有用秸秆做各种类型的纤维板、木塑型材，以此大大减少高耗能的钢材、水泥、砖瓦的运用，缓解对森林的砍伐。此外，还可利用秸秆生产替代塑料的可降解包装材料、一次性降解餐具、活性碳等，这些技术的应用减轻了对生态的破坏及碳排效应。三是用秸秆做饲料。中国民间素有利用秸秆作粗饲料养畜的传统。随着青贮、氨化、“人工瘤胃”等秸秆发酵技术以及品种改良、科学补饲技术和快速育肥技术的普及，中国农作物秸秆的利用步伐明显加快。据测算，利用“人工瘤胃”技术开发的猪饲料，育肥1头猪可节省粮食 100～150 kg，养殖母猪可节省4/5粮食。四是用秸秆做燃料。秸秆来源广，取材方便，资源丰富，是优质的生物质能源。当前，生物质能源的开发是个新兴产业，随着农村经济和生产水平的提高，秸秆直接燃烧已显落后，农民迫切需要优质、清洁、方便的能源，这为秸秆作为生物质能源的开发提供了契机。目前已研究开发了生物质能源多联产综合利用等技术，利用该技术除了产生大量的热值外，还生产了气、液、碳等副产物，可作为消毒液、农药、肥料、肥料缓释剂、生活用碳等用途。该实用技术的应用前景是十分广阔，这足以说明依靠科技进步，可以大幅度提高废弃物资源化综合利用水平与效率，发展低碳农业离不开科学技术。

4 结语

低碳经济不仅是经济发展思维，而且是全社会的发展思维，关乎经济发展模式与人们的生产生活习惯、产业结构发展。由此引申，低碳农业是低碳经济的一个追求的目标，它是一个复合的技术体系，其涵盖了绿色农业、循环农业、生态文明、可持续发展理念，从某种程度上说，与中国提出的科学发展观不谋而合。低碳农业是新经济，是新的产业革命、技术革命，新的经济增长点，如何通过科学技术的突破，改造提升低碳农业技术，发展低碳农业生产、改变农业现有的“高能耗、高污染”的生产状况，实现低碳生产生活方式的转变，这必将是众多的科研工作者追求的目标。

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