乡村振兴背景下农业工程的生态化发展*——生态农业工程

魏秀菊,廖 艳,朱 明

(农业农村部规划设计研究院/中国农业工程学会 北京 100125)

我国农业农村发展进入新阶段,2018 年国务院发布《乡村振兴战略规划(2018-2020)》,提出2035 年乡村振兴取得决定性进展,基本实现农业农村现代化,2050 年全面实现农业农村现代化,实现农业强、农村美、农民富的乡村全面振兴的目标。乡村振兴的总要求是“产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效、生活富裕”,涵盖政治、经济、文化、生态等多个方面[1]。其中,产业兴旺,需提升我国农业、加工业、旅游业等产业实力,提高农产品质量与附加值,要求农业绿色发展;生态宜居,需要建设美丽乡村,提升农村环境质量,建设良好生态环境,是乡村振兴生态内涵的直接体现;乡风文明,以推动乡村人文环境的建设为目标,包含农村居民环保意识的培养等;治理有效,要求实现乡村的科学管理,生态环境保护是重要内容之一;生活富裕,建设乡村居民生活富裕的社会,在提升经济效益目标的同时兼顾环境效益、生态效益和社会效益的统一。农业工程在农业农村现代化发展进程中做出了重要贡献,新时代乡村振兴命题对农业工程学科的发展提出了新的要求,其中,加强生态建设为重要内容之一,审视乡村振兴目标、实现措施和途径,面向农业工程,提出生态农业工程发展方向。

现代农业是“石油农业”,投入大量的化肥、农药,农业机械消耗大量能源,在实现农业的高效高产的同时,也带来了环境的巨大破坏和农业的不可持续发展。而生态化是人类文明的出路,也是农业走出困境进入可持续发展的题中之义[2]。农业工程学科已经有120 年的发展历史,创造了规模化、集约化生产的现代农业辉煌;同时在人口、资源、环境和能源约束趋紧条件下,也致力于环境友好、资源高效利用及节省能源的技术改造,并取得重大成就。但是,在整体协调、学科综合交叉应用、领域顶层设计方面,农业工程尚需针对全方位生态化发展进一步系统化、整体化、标准化,以适应乡村振兴时代背景下农业农村发展的需求。

在《服务于乡村振兴的农业工程发展战略研究》报告中,首次提出发展生态农业工程学科[3]。生态农业工程学科的基本内涵是将生态学原理、系统理论融入农业工程学科及工程技术中,强调经济、社会、生态3 方面的综合效益提升,实现农业农村的可持续发展。生态农业的思想起源于古老的农业文明智慧,但今天农业现代化已经高度发达,要克服其不完全生态化发展弊端、实现农业农村可持续发展,不必要也不可能回归到原始生态农业状态,而是在此基础上加以进阶,以生态理念结合现代农业工程学科、农业科学技术实现农业的可持续发展。农业工程的发展取得了极大进步,如何全方位适应乡村振兴发展途径和可持续发展目标,需要发展生态农业工程。为此,有必要首先探讨生态农业工程的内涵与定位,考察其在乡村振兴背景下的重要性及发展前景,并明晰发展方向等问题。

1 生态农业工程的概念和内涵及定位

1.1 生态农业工程的概念

在深入研究生态农业、生态工程、系统工程、农业生态工程理论及思想方法的基础上,结合我国农业农村发展阶段、乡村振兴发展的重大社会需求,以及农业工程学科的发展进程,笔者提出生态农业工程的概念,即生态农业工程是农业工程的生态化发展,是为了满足生态化社会及农业农村发展需求,在农业农村建设领域,利用生态学、系统工程学理论,采用生态工程技术方法,在农业工程技术体系中,综合农业、农村、自然、资源及环境因素,遵循整体、系统、循环和协调发展理念,提升农业工程学科的理论和方法,保障社会的粮食安全、食品安全和生态安全,并综合提高经济、社会和生态效益,实现农业的可持续发展[3]。

生态农业工程是在区域发展中,以生态农业理论为基础,结合农业工程理论,对区域生态农业应用农业工程技术,在实施规模化生产的设计中,尽量保证农业生物种群多样化、农业产业多样化、农业农村综合发展、三产融合发展、城乡融合发展,实现绿色植被最大化,水土资源高效、合理利用,实施物质、能量的多级循环,资源能源的再生运营,达到废弃物、污染及资源消耗最少化,实现经济、环境及社会效益同步增长和资源可持续利用的目标。

生态农业工程立足于农业工程,注重生态环境的保护,综合运用生态学原理、系统论思想和工程学方法,使农业在发展中实现“整体、循环、再生、协调”要求。生态农业工程是乡村振兴进程中农业工程的生态化发展,契合乡村振兴对农业农村建设、“三农”发展、生态文明建设的需求,实现农业生产、农村经济发展、生态环境保护、资源高效利用的统一,使农业走向新型的综合农业体系-生态农业,最终实现农业的可持续发展。因此,生态农业工程是实现生态农业的技术手段,是走向农业可持续发展的途径,是农业工程在乡村振兴需求中的进阶发展。

生态农业是把农业生产、农村经济发展和保护环境、高效利用资源融为一体的新型综合农业体系,是全面发挥农业生态系统服务功能,促进农业可持续发展的农业方式[4]。生态农业是农业未来的发展方向,农业本身就是一个生态产业[5]。生态农业依据“整体、协调、循环、再生”原则,运用系统工程方法,全面规划、合理组织农业生产,实现农业生产的高产、优质、高效和安全;强调通过人工设计的生态工程,实现生产过程中资源开发、环境保护、生态调节和生态循环[6-8]。我国探索通过生态农场建设来推进生态农业的发展,农业农村部先后在2020 年和2022 年发布《生态农场评价技术规范》和《推进生态农场建设的指导意见》[9-10],且在2021 年评审出我国第一批生态农场132 家。现代农业的支持技术是农业工程;显然,生态农业的实现,需要农业工程的晋级,而生态农业工程以农业农村为服务对象,是农业工程的生态化发展,正是实现生态农业的技术手段。生态农业工程的目标是发展生态农业,所以二者是路径和目标的关系,或者说是方法和对象的关系。

生态农业工程是农业工程生态化发展方向,在发展理念与内涵上全面提升传统农业工程生态化思想,主要体现为: 一方面,把生态学原理与现代农业工程科技进行集成,将生态科学成果系统融入现代农业工程中,在农业工程实施中对生态环境的保护、污染的治理等,保障农业生态系统的持久生产力,使农业朝绿色、可持续的方向发展;另一方面,尊重生态学规律,重视生物与生存环境之间的相互关系,注重生态环境保护,以生态贯穿整个农业工程技术发展体系,不但推动农业健康、稳定发展,同时还促进具有“共存、共生、共享”三共特征[2]的农村地区环境的改善、经济的发展。遵循这两方面的发展思想,生态农业工程既能弥补农业工程技术对生态环境保护系统性的不足,又能促进农村地区的整体发展与进步,因此提升农业工程科技的生态内涵,扩充农业工程科技的应用与影响范围,满足乡村振兴发展需求。

1.2 生态农业工程的定位

1.2.1 生态农业工程与农业工程的关系

在农业工程发展进程中,随着资源环境问题的出现,早期就赋予了资源节约、环境保护的可持续发展理念。美国于1907 年创立美国农业工程师学会,1930 年提出农业工程遇到土壤流失等严峻问题,提出农业工程学科要关注资源节约和避免环境污染的问题[11-12];中国的农业工程发展较晚,也在1990 年提出围绕资源节约、环境保护改革农业工程发展方向。从农业工程的各个分支和二级学科来看,均在不懈追求生态保护目标。例如农业机械化发展致力于信息化、智能化、节能环保的机械系统开发,保护性耕作及精准农业工程控制的发展;农业水土工程除了水土保持工程外的一系列节水灌溉、生态灌区发展等实践;农业生物环境工程致力于推动新型工业化种植和畜禽养殖的绿色发展、废弃物有效处理、资源化利用等;农村能源工程关注可再生能源、节能技术的开发利用以及能源环境与生态平衡的关系,如利用生物质能源技术建立可持续的能源供应体系等,均体现了农业工程的资源节约、环境保护、生态可持续发展理念及实践应用。

虽蕴含有生态保护理念,但长期以来,农业工程并没有将生态理念系统化统筹规划,各分支学科中较为单一、孤立,缺少应用中系统思想和发展路径,难以适应区域农业农村综合发展要求,同时也是农业工程学科发展的一种不平衡。学者程序[13]曾于2000 年指出,农业生态工程长期以来未进入我国农业工程学的主流,人才和技术设备均十分缺乏,呼吁农业工程学科加强生态化研究。以生态文明建设为重点的乡村振兴的时代命题,为拓展新的农业工程分支学科带来了难得的机遇,农业工程应抓住这一良机,将农业生物科学与生态、工程、经济、人文社会科学等进行融合,积极拓展和建设生态农业工程分支学科,更系统地集成农业工程技术中的生态因子,满足乡村振兴对生态文明建设的战略需求,致力于解决我国资源、环境、能源约束趋紧、可持续发展受阻的问题,更好地服务于我国农业农村发展。

1.2.2 生态农业工程、生态工程、农业生态工程的关系

生态工程由美国生态学家Odum 于1957 年提出,我国生态工程始自20 世纪70 年代末。生态工程主要以社会-经济-自然复合生态系统为对象,以可持续发展作为总目标[14],遵循生态系统的整体观,考虑了设计过程的复杂性和关联性,应用生态系统中的元素,最终实现和保证生态系统的健康[15]。生态农业工程立足于农业工程基础,是农业工程的生态化发展,也是农业工程的进阶。生态工程应用于农业领域,为农业生态工程,农业生态工程与农业工程交叉形成的科技体系,为生态农业工程,故生态农业工程也可以看作是生态工程的一个分支。

农业生态工程是将生态工程原理应用于农业生产的生产工艺体系和技术,在我国已有50 多年的发展历史,其实质是将生态学原理与系统工程方法和现代技术手段相结合,实现对农业资源的高效、综合利用,并促进农业的可持续发展[16-17]。本文所提出的生态农业工程,在发展目的、实施路径上,与农业生态工程有交叉,但并不是同一个概念。农业生态工程基于生态工程而发展,立足点是生态工程,涵盖范围比较广,应用于农业领域的生态工程工艺、方法和措施都属其范畴。而本研究定义的生态农业工程基于农业工程而提出,立足点是农业工程,是农业工程的生态化发展。农业工程至今已有约120 年发展历史,具有较成熟的学科理论基础、学科体系,生态化发展是其适应乡村振兴时代农业农村可持续发展要求的必然选择和发展趋势,生态农业工程是农业工程在农业农村发展新阶段的晋级和拓展。在学科范围上,生态工程与农业工程的交叉融合,是生态农业工程的范畴,这一范畴相对农业生态工程要窄一些[18]。此外,早期某些文献中,将农业生态工程也称为生态农业工程[19],为同一概念的两种称谓,与本研究提出的生态农业工程概念不同,特别强调生态农业工程是农业工程与农业生态工程的交叉领域。

为阐明生态农业工程与农业工程、生态工程、农业生态工程的关系,绘制了图1。从图1a 可知,生态工程在农业系统中的应用为农业生态工程,图中单横格阴影部分;农业工程与生态工程的交叉区域,网格阴影示意的区域,构成生态农业工程范畴,该领域亦可理解为农业工程与农业生态工程的交叉学科。可见,生态农业工程同时是农业工程和生态工程的分支,为农业工程与农业生态工程交叉学科,但二者并不完全等同,是两个不同的概念。他们的关系可进一步由图1b 表示。

图1 生态农业工程与农业工程、生态工程、农业生态工程的关系Fig.1 Relationship between Ecological Agricultural Engineering and Agricultural Engineering,Ecological Engineering,Agricultural Ecological Engineering

2 发展生态农业工程推进乡村振兴目标的实现

2.1 生态农业工程促进生态文明建设

农业的生态、绿色及高质量发展是乡村振兴的重要内容。农业是生态产品的重要供给者,乡村是生态涵养的主体区,生态是乡村最大的发展优势。乡村振兴,生态宜居是关键[1]。实施乡村振兴战略,统筹山水林田湖草系统治理,加快推行乡村绿色发展方式,加强农村人居环境整治,有利于构建人与自然和谐共生的乡村发展新格局,实现百姓富、生态美的统一。

良好的生态环境是一种公共的福祉。目前我国农业生产面临很严重的生态问题,资源消耗、耕地质量退化、农业环境污染加重等。据相关数据,我国农业污染量占全国总污染量的1/3～1/2,已成为土壤、水体、大气污染的重要来源[20];农业生态环境恶化及农药、化肥等过量使用,同时还引发农产品的质量安全问题。生态农业工程以“生态”为鲜明标记,在农业生产相关环节中实施生态化的农业工程技术,注重生态环境保护,实现乡村环境的生态宜居、人与自然的和谐发展。

中国规模化畜禽养殖产生了大量的畜禽粪污,种养循环技术能对畜禽粪污进行资源化利用。其中,沼气工程通过厌氧发酵生产沼气可用作生活能源,沼液和沼渣可作为肥料还田。好氧发酵将畜禽粪污中的复杂有机物分解转化后生成腐熟的有机肥[21]。2019 年,全国畜禽粪污综合利用率达70%,规模养殖场粪污处理设施装备配套率达63%。农业工程生态化的发展,是强调综合、整体、系统化地进行生态发展,有望进一步提高畜禽粪污的综合利用率,能更好地实现乡村生态和乡村人居环境的改善[22]。

2.2 生态农业工程支撑乡村产业发展

乡村产业发展是破解乡村发展难题、促进乡村振兴的根本之策。产业兴旺可用粮食综合生产能力、农业科技进步贡献率、农产品加工产值与农业总产值比、休闲农业与乡村旅游接待人次等指标来衡量[1]。生态农业工程技术的应用,能在这几个方面有效地推动乡村振兴的实施。

增强粮食综合生产能力,是确保粮食安全的重要途径。生态农业工程的系列工程技术与措施,可保护水、土、肥等生态环境因子或优化投入要素,有效提高粮食产量和产出能力。例如,保护性耕作采用少耕或免耕、秸秆还田、深松、病虫草害综合防治等技术[23-25],可增强土壤持水能力与水分利用率,并有效抑制风蚀水蚀,保障粮食生产。

我国农业农村存在严重的环境问题,但环境监测能力薄弱,影响对生态环境的治理。借助大数据、物联网、遥感等信息技术,农业农村信息化工程在生态环境监测和治理中发挥着重要的作用,体现农业科技进步的贡献。2020 年,我国农业生产信息化水平为22.5%,农业科技贡献率达60.7%,农业科技发挥着农业农村经济社会发展最重要驱动力的作用[26-27]。

农产品加工可充分利用农业资源,提升农产品附加值,同时减少资源和能源的浪费,消除农业废弃物可能造成的污染,生态效益和经济效益均十分突出[28],是我国推进农业供给侧结构性改革的重点和乡村产业发展的关键,处于融合产业链的核心地位[29]。我国农产品加工业产值与农业产值比值2020 年为2.4∶1。进一步增强对农业资源的利用深度和强度,是农业工程中农产品加工生态化发展的方向。

农业机械化发展,带来农业劳动生产效率的提高,为农业劳动力向二、三产业转移、向城市转移提供了条件,并促进乡村新业态的兴起。乡村旅游和休闲农业是农村第一和第三产业融合发展的典型代表,促进了乡村经济的多样化发展,也为农民提供更多的就业机会,是乡村振兴战略下乡村产业发展的新增长点。

2.3 生态农业工程支撑系统化乡村振兴发展

乡村振兴的总要求是“产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效、生活富裕”,分别体现或反映乡村振兴的经济基础、乡村经济与生态之间的协调关系、乡村人文环境的文明程度、农村社会健康发展保障以及乡村振兴的根本目标[30-31]。所以,乡村振兴是浩大的系统工程,要同时实现农业强、农村美和农民富。生态农业工程是系统性工程,能有力地促进农村三产融合发展,实现农业产业发展、农村生态环境保护、农民富裕,满足乡村振兴对农业科技系统性的内在要求。

生态农业工程通过农业与第二、第三产业的结合,可促进农村三产融合发展。农村三产融合发展可打破产业壁垒,延伸农业产业链,拓展农业产业范围,形成新业态和商业模式,创造农民增收途径[32-33]。农产品加工业、休闲农业与乡村旅游是农村三产融合发展的代表。其中,农产品加工能深度利用农业资源,并使农业初级产品生产向商品化加工、品牌化经营进阶[34];休闲农业与乡村旅游将乡村景观、地域文化、传统技艺、特色资源等充分结合,能将生态资源优势转化为产业优势。通过第一产业与第二或第三产业的融合,能提高农业综合效益,带动地方经济发展,促进乡村产业兴旺。

生态农业工程促进农业发展、农村生活、农民富裕的同步实现。农村能源工程对畜禽粪污等农业废弃物进行资源化利用,既实现能源供给的绿色化,减少农民生活成本支出,又显著减少农业面源污染,改善农村居民生产生活环境,同时还能提升土壤地力,增强农业生产能力。农业农村信息工程可以为数字农业、智慧农业的发展提供基础条件[35],并推动乡村的信息化服务,使乡村居民更好地享受现代化生活,同时通过农产品电商平台网络的建设,畅通循环经济,推动乡村经济新业态发展,使农民获得更高经济收入。这些表明生态农业工程的系列技术、措施是解决“三农”问题的重要途径,适应乡村振兴战略的系统化要求。

2.4 生态农业工程推动农业农村可持续发展

乡村振兴是我国当代的时代命题,是破解三农问题的关键举措。在农业发展进程中,“发展”和“保护”之间始终存在很大的冲突。我国农业综合生产力的高速增长,部分是以牺牲生态环境为代价的,而历史的经验与教训告诉我们,我国不能再走发达国家先污染、后治理的老路[36]。生态农业工程是农业工程的生态化发展,高度重视经济、社会效益与生态效益的统一,致力于保障粮食安全、食品安全和生态安全,实现乡村振兴和农业农村的可持续发展。

生态农业工程打破领域界限,按照整体、循环发展理念,统筹农牧结合,使种植业与畜牧业发挥互补效应,自然资源得到最大化利用并减少环境污染,同时还推进乡村的二三产业融合,促进农业的可持续发展。农牧结合是包括我国在内的亚洲农业的最主要生产方式之一[37]。农牧结合系统承担了我国大部分畜产品的生产与供应。据统计,我国猪肉产量的91%、牛肉产量的85%、羊肉产量的65%、牛奶产量的70%,都来自农牧结合系统[38]。中国太湖地区的农桑牧渔模式、关中地区的粮草轮作等,都是农牧结合的代表。生态农业工程推动现代农牧结合的发展,农牧结合系统的集约化、专业化与组织化程度将不断得到提高[37]。

生态农业工程提升农林复合系统,对农作物、林木、动物进行复合式生产经营,构建的人工生态系统具有环境友好和生态可持续的特征,能有效提升系统生态功能,减少风蚀、水蚀,增加生物多样性,提升土壤肥力,使土地得到可持续利用,并增强系统的生产能力[38]。如南方红壤丘陵地区的果间套种技术,既能治理水土流失,又能改善土壤结构、增加土壤表层有机质和有效水库容,提高抗旱能力[39]。北川退耕还林采用的林药、林茶桑、林草牧等农林复合经营模式,每年减少泥沙流失量近10 万 t,涵养水源超过10 万 m3,获得了十分显著的生态保护效果[40]。

3 生态农业工程发展前景

3.1 生态农业工程是粮食安全的重要保障

粮食是战略性商品,也是工业原料、战略储备物资[41]。粮食安全是关系国计民生的重大问题,也是实现乡村振兴的关键环节。在乡村振兴进程中,农业机械化、农田水利工程、高标准农田建设、设施农业、精准农业等农业工程进一步向生态化发展,能在更深远的层面上实现“藏粮于技、藏粮于地”,推动农业生产的提质增效,为我国粮食安全提供重要保障。

1)农业机械化工程。笔者以第一产业从业人数占比为主线,粮食安全为前提,定量研究农业机械化发展对农业农村经济建设的影响。选择我国近10年农业农村发展的相关数据,经统计分析发现,主要农作物耕种收综合机械化率逐年提高,从57%增加到72%,增加15 个百分点;农机化发展大幅度提高劳动效率,保障主要农作物种植面积稳中有升,粮食产量连续增加;第一产业从业人数占比从33%下降到23%,降幅达到10 个百分点,由于农机化发展提高了劳动效率,一产减劳不减种,保障了粮食安全[3]。生态化的农机化发展,通过精少量播种、高效绿色植保、化肥深施、种肥同播、水肥一体化等技术措施,在提高劳动生产率的同时更大程度地提高资源利用率、土地产出率,促进粮食增产,是“藏粮于技”的重要载体[42]。

2)农田水利工程。水利是农业的命脉,新中国成立以来粮食生产取得的重大成就,与农田水利事业的发展息息相关。农田水利工程可以适时解决耕地灌溉、农民饮水和畜牧业发展等问题,尤其在干旱半干旱地区更是保障农业生产的关键要素。截至2018 年底,全国耕地灌溉面积达6827.2 万hm2,节水灌溉工程面积为3613.7 万hm2,其中喷灌、微灌面积1133.8 万hm2,低压管灌面积1056.6 万hm2[3]。开展农田水利生态化灌区建设,通过科学规划、合理施工促进水土保持及灌区生态化发展,可减少耕地损失,涵养耕地水分,减少污染,提高灌区水土质量,保障灌区生态质量,为粮食生产提供良好的条件。

3)高标准农田建设工程。高标准农田建设的主体农业工程技术是土地利用工程,是农业先进技术与农业工程生态化综合集成技术的应用。我国人均耕地面积少,不到世界平均水平的50%;优质农田少,69%的耕地为中低产田,50%的耕地缺乏灌溉设施,耕地退化严重,客观上决定了土地供需矛盾将长时间存在[43-45]。提高耕地的单位面积产出,实现“藏粮于地、藏粮于技”,保障粮食安全。截至2020 年底,我国已完成8 亿亩高标准农田的建设[46]。高标准农田的综合生产能力增强,可促进农业生产方式的转型升级,改善生态环境,实现农民的节本增收。

4)设施种植与养殖工程。设施种植与养殖是设施农业工程技术,是使用人工技术手段,创造光温等环境因子可调控的利于动植物生长的环境,实现集约化周年生产,提高生产效率,保障重要农产品供应。可充分利用空闲地和废弃地进行生产,有效提高土地产出率;通过人工调控光、温、水等生产要素,可打破地域与季节的限制,实现高纬度地区生产及周年连续生产,扩大生产区域及提高复种指数;为动植物提供最佳生长环境,实现高产。农业工程在贫瘠土地上实现设施农业生产,在保障重要农副产品供应的基础上,不与粮食作物争田地,是应对我国人多地少这一农业发展约束条件的有效技术工程。2018年底,我国各类设施种植面积达4.1×106hm2,大棚、日光温室、连栋温室等使用年限10 年以上的设施总面积约1.9×106hm2,稳居世界第一[47]。

3.2 生态农业工程是缓解能源危机的重要举措

农村能源与环境工程是典型的生态农业工程的发展内容,包括能源节约、能源生产和生态环境保护几个大的方面。农村能源是乡村产业和农民生活不可缺少的资源。农村地区拥有丰富的太阳能、生物质能、小水电、地热及风能等可再生能源,但能源问题一直是农村发展的薄弱环节。发展光伏发电、生物质能等农村能源环境工程,能充分发掘农村能源资源潜力,构建清洁低碳、多能融合的农村现代能源体系,推动农村能源转型,缓解能源危机。

1)节能减排是生态农业工程的重要发展方向。农业机械精准化发展、信息化及智能化发展过程中,均包含动力装备、节能减排的相关技术革新改造内容。

2)可再生能源是石化能源的重要替代品。光伏发电、地热利用工程、水利水电及风能利用工程等均为清洁能源工程,可替代化石能源且不排放温室气体和有毒有害物质,不产生噪声,既解决能源不足的问题,又能避免对环境产生污染和破坏。可再生清洁能源工程作为生态农业工程技术的一个重要方向,在中国农村具有广阔的发展前景。

3)生物质兼具能源和资源属性。生物质能源是可再生能源的重要组成部分,农林牧业及其生产的废弃物均可为其资源,是未来化石燃料和原料的重要替代品。据统计,我国农作物秸秆、畜禽粪便、有机废弃物与农产品加工残余物每年可制备的生物质燃气产量分别约为600 亿m3、750 亿m3、90 亿m3和60 亿m3,总量达1500 亿m3[48]。对各类农业废弃物进行厌氧发酵制取生物质燃气,废弃物资源化能从根本上减少环境污染,改善农村生活条件,生物质能利用在我国农村有巨大的优势和发展空间。

3.3 生态农业工程是美丽乡村建设的有效路径

农村建筑工程、农业水土工程、农村能源环境工程等技术和措施,可以系统治理农村污水、垃圾,对农村建筑以及基础设施进行高标准建设,并治理水土流失,有效防控农药化肥等面源污染,对改善农村生态环境、促进乡村振兴战略实施、推进美丽乡村建设具有十分重要的现实意义[48]。

1)农村建筑工程建设美丽乡村。农村建筑工程涉及村落景观规划、民居建筑、乡村基础设施建设等内容。乡村空间是自然环境和社会环境的综合体,是承载乡村居民的生活和农业生产活动[49]的场地。生态化的农村建筑工程强调建筑与环境的协调、资源的节约,例如节能环保新材料应用,太阳能、沼气等可再生能源的应用等。在进行乡村建设时,生态农村建筑工程通过乡村科学规划和设计以保护乡村聚落特色,并在水电路气网讯等基础设施上配套完善,为乡村居民的生活幸福提供保障。

2)生态农业水土工程实施生态保护。生态农业水土工程包括农田水利工程和农村水利工程两部分,农田水利工程除了农田灌排水利工程、农村饮水保障工程外,最体现生态功能的是水土保持工程和污水治理工程。农业面源污染是我国水环境污染的“大户”,畜禽养殖、种植业和农村生活均是污染源[50]。污水资源化治理工程措施通过减少化肥施用、更换新型肥料及无害化处理畜禽养殖废弃物等,能有效减少农业面源污染,提高农村饮用水水质[51];此外还能减少水土流失,增加植被,改善农村生态环境,因此在美丽乡村建设中将大有用武之地。

3)农村能源环境工程。农村能源工程通过发展清洁低碳能源,在丰富农村能源供给的同时,显著减少对农田、水体、空气等的污染;农村环境治理可改善人居环境,提升村容村貌。如乡村地区广泛开展的“厕所革命”,通过如厕设施设计、排污管网建设、粪污无公害处理等,美化乡村地区的村容村貌、提高乡村居民的生活品质。

4)乡村景观绿化工程提高乡村人居环境质量。乡村绿化能够净化空气,提升景观美观度,营造优美宜居的美丽乡村。乡村绿化还可与乡村旅游业、林业等结合,通过种植经济树种和观赏植物,促进乡村经济发展[52-53]。如橡胶种植业就是云南西双版纳农村地区的支柱产业和主要创收产业。

3.4 生态农业工程是实现生活富裕的途径

生态农业工程首先服务于农产品生产,第一产业是社会发展的基础,提供加工产业发展的原材料,粮食生产是基础中的基础,是社会稳定的压舱石,是乡村生活富裕的先决条件。

农产品加工、农村运输业、乡村旅游与休闲农业、农产品电商等都是农村三产融合发展的重要方面,能够加快农业转型升级,破解农产品附加值低、交易成本高等突出问题,有效拓宽乡村居民的就业渠道,提高农民收入。农产品加工产业覆盖面宽,涉及粮、油等农产品品类,以及果品、蔬菜、畜产品、水产品等,与人们生活息息相关。2019 年,全国规模以上农产品加工企业8.1 万家,共吸纳3000 多万农民就业,带动小农户超过1 亿户;规模以上农产品加工业以22.4 万亿元的营业收入,占到全部规模以上工业主营业务收入的21.4%[54]。总体来说,我国农产品的深加工产品相对较少,农副产品综合利用差。要实现农产品价值增值,发展生态农产品加工工程,推动节能减排、废弃物资源化转化的层级利用,实现多级循环的生态化发展,是未来重要的发展方向。

农业运输产业和农村电商相结合,通过完善农村网络建设、构建农产品的互联网销售平台,可扩大农产品知名度和销售半径,使农产品更快地完成从生产到消费的过程,还会带动当地物流、仓储等相关产业的发展。2021 年,农村网络零售额达2.05万亿元,农产品网络零售额4221 亿元,农村网商、网店有1632.5 万家之多[55]。农业运输产业及农村电商的发展,直接取决于农业建筑工程及农村信息化电气化发展的状况,均为生态农业工程的重要内容。

3.5 生态农业工程拓展农业工程学科的内涵

生态农业工程学科是实现农业现代化及乡村振兴的技术支撑。农业工程科技面对我国农业农村发展的新阶段,必须根据乡村振兴战略的要求,充分审视中国农业农村特色及阶段性,丰富和拓展自身内容,更好适应乡村振兴发展需求。在学科上,世界范围内以美国为代表,自20 世纪90 年代开始越来越多地将生物科学或农业生物科学引入农业工程学科中,农业工程呈现以生物科学或农业生物科学为基础发展的趋势。我国农业农村特色明显,发展阶段与西方发达国家不同。自20 世纪70 年代以来,我国农业工程学科已经取得了较大的发展,作为初始阶段,可在农业工程一级学科下,增设生态农业工程二级学科,系统整合生态保护理念,突出和强调生态因子在农业工程科学中的地位,集成农业工程与生态工程研究成果,使零散、雏形的生态农业工程学科走向系统化,发展丰富农业工程学科内容,以适应新时期乡村振兴发展的重大需求。

4 生态农业工程的产业发展方向

农业工程科学是综合性应用交叉学科,生态农业工程建立在农业工程基础上,根据乡村振兴宏大社会需求而提出,是农业工程的生态化进阶。为更好地服务于乡村振兴,推进农业农村的可持续发展,提出以下生态农业工程发展方向。

1)多学科领域原理与技术的融合和协同发展。生态农业工程本身是基于农业工程学科的一门交叉科学,聚焦于经济、生态和社会效益兼顾的复合性目标,故发展应综合生态学、系统科学、工程学等多学科的原理与技术,并充分吸收和引入现代工程技术成果,如无人机、遥感技术等尖端科技。只有多学科的有机融合、协同发展,生态农业工程才能充分发挥自身优势,推进乡村振兴及农业现代化的实现。

2)推动标准化发展。应针对生态农业与农业工程的融合加强高层研究、战略规划和方案设计,制定农业工程生态化发展标准、乡村振兴评估标准体系,并制定发展生态农业工程推动乡村振兴的目标框架、核算框架、组织框架等。

3)发展高度综合组织化的生产模式。我国已有生态农业一般基于当地传统农耕生态智慧而发展,多为散发性的生产模式,与现代农业工程技术结合较少,未能在最大规模上发挥生态优势和生产潜力。有必要对不同地域的代表性生态农业模式进行总结并加以优化,以高度组织化的模式在适宜地区进行推广。生产模式由散发型变为高度综合化、组织化、现代化、工程化,有助于发挥各模式的区域规模效应,最大程度释放生产力。

4)应用研究和理论研究并重。农业工程在发展之初定位为应用性学科,生态农业工程在其基础上发展,以满足乡村振兴的重大需求。但理论研究和应用研究是学科的两翼,不可偏废。如果缺少深厚学术理论的支撑,生态农业工程的应用研究将难以深入和持续。农业本身有其特殊性,具有与自然资源要素天然共生的属性[2],基于生态科学开展学科研究,探索农业要素与各环境因子之间的复杂关系,是生态学的精髓。生态农业工程需遵循学科发展规律,致力于前沿焦点问题开展科技创新,促进自身的可持续发展,以更好地实现助力乡村振兴的应用目的。

5 生态农业工程待研究的问题

生态农业工程是立足于我国农业农村发展阶段、乡村振兴宏大社会需求提出的学科发展方向。生态农业、生态工程、农业生态工程学科已经发展了几十年,农业工程已经发展了120 年,生态农业工程是在这样的基础上,面对我国乡村振兴的发展要求而提出的农业工程生态化发展方向,也可以理解为农业工程的高级发展阶段。作为生态农业工程初期研究,本研究仅从乡村振兴的学科需求角度,提出生态农业工程的学科发展方向,有一定的局限性。关于学科的内涵、技术体系、评价体系等尚需深入研究。

1)生态农业工程学科体系研究。生态农业工程根据重大社会需求而提出,学科的基础理论、应用理论、研究范围、学科研究方向及其特色、知识架构、研究方法等需深入探讨,需要农业工程、农业生态工程及生态农业学者协作,根据生态农业工程的服务对象、基础知识、理论和实践能力要求,合理设置并统筹完善自身的学科体系。加强生态农业工程学科研究,强化具有支撑作用的基础学科、有优势的重点学科的地位。要注重需求导向,围绕乡村振兴国家战略下的农业农村发展重大需求进行规划设置;注重创新,追踪国际农业工程学科发展前沿,设置具有创新性的学科方向[23]。在实践应用中不断探索并深入研究,构建逐步完善的生态农业工程学科体系。

2)生态农业工程学科内涵的进一步探索。本研究初步定义了生态农业工程,但该方向与农业工程中各分支学科的统领连接,以及与生态农业、生态工程和农业生态工程的交叉及互补的关系、融合体系等还需进一步研究分析。

3)生态农业工程技术体系研究。农业工程学科已经成熟,生态农业工程需在原农业工程学科基础上,立足生态原理,探讨农业农村区域发展中的顶层设计、物质和能量的层级流动、循环技术体系,以及集生态农业、生态工程与农业工程于一体的系统配套技术体系;发展农业工程技术支持的以生态农业发展为目标的科技体系,把零散、孤立的仅实现生态农业局部发展的技术,按照生态化系统化思想连接起来,成为区域整体的技术体系和应用模式。

4)生态农业工程评价体系研究。面向生态农业发展,以农业农村可持续发展为终极目标,根据经济效益、社会效益和生态环境效益最大化原则,综合农业农村发展、乡村振兴的各项具体指标,纳入影响农业农村发展的各种因素,构建生态农业工程评价体系,对农业农村发展做出综合评价。这一研究将促进生态农业工程的发展,有力推进乡村振兴进程。

6 结论

为了全方位适应乡村振兴发展途径和可持续发展目标,本文提出农业工程的生态化发展,即生态农业工程,并重申生态农业工程的内涵与定位,在乡村振兴背景下的重要性、发展前景,以及发展方向和未来待研究范畴等问题进行了探讨,获得以下主要结论。

1)生态农业工程的概念[23]。生态农业工程是农业工程的生态化发展,是为了满足生态化社会及农业农村发展需求,在农业农村建设领域,利用生态学、系统工程学理论,采用生态工程技术方法,在农业工程技术体系中,综合农业、农村、自然、资源及环境因素,遵循整体、系统、循环和协调发展理念,提升农业工程学科的理论和方法,保障社会的粮食安全、食品安全和生态安全,并综合提高经济、社会和生态效益,实现农业的可持续发展。

2)生态农业工程的内涵。生态农业工程是立足于乡村振兴重大需求而提出,面向生态农业而发展,最终是实现农业可持续发展。现代农业的支持技术是农业工程,生态农业发展需要农业工程的生态化发展,生态农业工程是实现生态农业的技术手段。生态农业工程适应乡村振兴的发展需求,可保障农业生态系统的持久生产力,推动农业的可持续发展,并促进农村地区环境的改善、经济的发展;在定位上,生态农业工程可视为生态工程和农业工程的交叉学科。

3)生态农业工程推进乡村振兴目标的实现。有利于实现乡村环境的生态宜居、人与自然的和谐发展,促进生态文明建设;能通过增强粮食综合生产能力、提高农业信息化水平、增强对农业资源的利用深度和强度、助推乡村旅游和休闲农业的发展,对乡村产业发展发挥积极的促进作用;能实现农业产业发展、农村生态环境保护、农民富裕,满足乡村振兴对农业科技系统性的内在要求;能通过整体、循环发展理念,使发展和保护并行,实现农业农村的可持续发展。

4)生态农业工程适应乡村振兴系统化协同发展。可实现“藏粮于地、藏粮于技”,保障我国粮食安全;能构建清洁低碳的农村现代能源体系,缓解能源危机;能提高农村人居环境质量,推进美丽乡村建设;能推动乡村经济发展,提高农民收入水平;可拓展农业工程学科的内涵,具有广阔的发展前景。

5)生态农业工程发展重点。生态农业工程需多学科领域原理与技术融合协同发展、制订系列标准推动标准化、生产模式高度综合和组织化、应用研究和理论研究并重,并开展学科体系的系统研究、内涵的深度探索,以及推动技术体系、评价体系等方面的深入研究。