高科技与现代农业 -石元春

wangluo

　　
　　主讲人简介
　　石元春，1991年当选为中国科学院院士，1994年当选为中国工程院院士，中国科协副主席、中国农学会副会长，曾任中国农业大学校长，石元春院士是我国著名的农学专家，在农业领域有过突出贡献，发表过多篇学术专著。
　　内容简介
　　农业有一万多年的历史，每一次的工具上和科学技术上的重大突破和革命，都会给农业带来新的动力，使它上到一个新的台阶。从19世纪中叶开始，农业科技革命给现代农业的发展带来了新的机遇。
　　在1840年，一个德国的化学家李比锡提出了矿质营养学说，他认为有机物腐烂以后会变成一种简单的无机物，变成一种矿物质能够被土壤吸收。就是这一点，在整个农业上它具有重大的推进意义。自从有了这样一个学说以后，就开辟了化肥的这样一个领域。在以化肥为主体的第一次近代农业科技革命，带来了农药、拖拉机等先进的近代技术，也就带来了20世纪农业的高速发展，这些新的技术的应用，它给20世纪的农业产量，带来了非常巨大的变化，20世纪的粮食单产的年均增长量增加了30倍。我们建国以后，化肥增长了720倍，机械动力增长了6125倍，灌溉面积增长了3.5倍。由于新的技术的应用，我们粮食的产量增长了4.5倍，肉类增长了27倍，而我们的耕地面积减少了两千万公顷。但是我们产值却提高了，这就是因为有了近代的科技革命，带来了农业的大发展。而近几十年，农业技术更因为新的技术的出现，而有了更大的发展机遇。一个就是基因的发现，使农业也可以进入基因育种时代，可以有转基因植物、动物的出现。另外一个就是信息技术的发展。由于有了信息技术，可以使以前经验量化的东西定性化，不精确的东西精准化。这两项技术的出现，给现代农业的发展，带来了重大的转机。在2001年，江泽民同志在国际农业科技工作会议上，他曾经说过这样一段话：“中国农业已经进入新的发展阶段，针对农业新阶段的要求，中国正在探讨新思路，制定新对策”。所以我们大家都应当很好的努力，农业正在进入一个新的发展阶段，现代农业是对全球和中国提出了挑战，如果我们能够抓住这样一个历史性的机遇，我们古老和相对落后的这种中国的农业，将会实现一次新的跨越和腾飞。
　　全文
　　同志们，今天很高兴和大家在一起探讨一个问题，就是高科技和现代农业的这样一个很好的课题。农业已经有一万多年的历史了，每一次的工具上和科学技术上一次重大突破和革命，它都会给农业带来一个新的动力，使它上到一个新的台阶。我远的不说了，我想说一下从19世纪中叶开始的这一次农业的科技革命。
　　首先是在19世纪40年代，有一位德国的化学家李比锡，他认为有机物质腐化以后，变成一种矿物质被土壤吸收了。就是这一点在整个农业上具有重大的推进意义。自从有了这样一个学说以后，开辟了化肥生产的这样一个领域。真正的主要化肥生产是20世纪，大家可以看到这个数据里面，就说明1913年的化肥，全世界才使用了51万吨。可是到1994年，80年以后，全世界使用化肥的量是7276万吨，那么就说增长了143倍。八十年增长了143倍，化肥发展非常快。
　　我举一个很简单的例子，三十年代这个变化例子，在1960年到1990年这三十年间，在全世界的农药销售额，由8.5亿美元增加到234亿美元。增长得非常快，这是说的农业化学这一块。第一台拖拉机什么时候开始的呢？我想大家不一定都很清楚，我可以告诉大家，1902年开始了第一台带自走式的，带内燃机的拖拉机在美国出现了。拖拉机也就是1920年，就是20世纪初叶才出现了拖拉机。
　　那么这几件事情产生以后的话，我们总结一下，就说19世纪中叶开始的，以生物科学和农业化学为主题的第一次的近代的农业科技革命，就出现了什么呢？出现了化肥、农药和拖拉机，这些先进的技术带来了20世纪农业的高速发展，你们也许觉得这个化肥、农药都很普通的事，可是在20世纪初绝对是最高的，最新的技术。
　　大家看看它给20世纪的产量发生什么变化？20世纪的粮食单产的年均增长量，这有点绕嘴，把它换成粮食，平均每公顷每年增加多少公斤，叫做单产的年均增长量。拥有了这个技术以后，就使得20世纪前五十年和后五十年之间发生了很大的变化。前五十年平均每公顷每年只增加1.4公斤的粮食，那么大家再看看后五十年怎么样，43公斤。这个差不多三十倍呀，增长了三十倍呀。刚才说了这个是全世界的，我们再看看我们中国的。中国最典型了，1949年正好我们新中国建立，我们看看1949年到1999年这五十年间中国的投入和产出的情况。化肥增长了多少倍？增长了720倍。机械动力增加了多少倍？增长了6125倍。灌溉面积增加了多少？增加了3.5倍。由于新的技术和物化的产品大量的投入，投入以后，它产出当然就会发生变化。我们粮食的产量总产增加了4.5倍，我们过去才一万多亿吨的粮食，而现在五万吨粮食，这个肉类的话增加了多少倍？增加了27倍，否则我们今天吃不到这么多肉。还有禽蛋增加了53倍，那么你们就会提出一个问题，增加了那么多，是不是因为我们的耕地面积增加了呢？我现在给大家一个数据说明一下，在这五十年间，我们国家的耕地面积不是增加了，而是由9.75亿公顷减少到9.55亿公顷，减少了两千万公顷。我们耕地减少了，这是动态的减少，但是我们的产值多了，哪里来的？都是因为有了近代的科技革命。
　　刚才我谈到第一次科技革命，谈到杂交玉米、杂交水稻等等，它还是常规的。现在我们仍然还是以常规的育种技术为主，但是有了生物技术以后，它就引发了常规育种技术的一场革命，为什么首先它重视品种呢？因为动植物的品种是农业生产的原材料，我们几乎所有的农事活动，都是为了对品种的加工和再生产。我们搞施肥呀、灌溉呀、或者防疫呀等等，最后都是为了加工品种，使这个品种在它的繁殖过程中，取得更好的产品。所以从原始农业到近代农业，品种的选育始终处在农业技术基础体系的中心位置。
　　生物技术的伟大之处就在于它可以对生物的遗传信息进行实验室操作，它可以进行实验室操作，可以在动物、植微生物，也就是在所有的物种之间对它进行基因的转移和重新组合，可以做遗传改良的工程设计。在这个过程中，可以注入和产出作物原来没有的一些新的特性，产生一些新的物种。这样就将动植物育种推向一个崭新的时期，这是生物科学和技术的一次非常伟大的革命。
　　首先开始的是在80年代开始注入某些新的特性，比如说它能够抗虫、抗病、抗除草剂，它能耐旱、耐盐、耐低温等等，它原来的作物没有这些特性，现在它可以有了。我举个例子就是说，特用的玉米，有的玉米专做饲料用的，有的可以专做工业用的，还可以专做食品用的，罐头玉米，水果玉米，蔬菜玉米呀，各式各样的。还有的比如说有人爱吃大豆、豆腐，但是不爱吃那个豆腥味，但是它可以把大豆里面豆腥味去掉。还有大家知道麦当劳都吃那个炸薯条，炸薯条你们都不要紧，可以吃，因为你们不胖。外国人又爱吃、又爱胖，脂肪太多了，所以他又想吃炸薯条，又怕长胖，很矛盾。通过基因的转移，土豆能够炸出跟现在薯条一样的风味，但它里面吸收的油份不是很多，很快麦当劳店里面生意就更好了，大家也敢吃它了。
　　我还举个例子，很有意思的例子，外国人的主食是土豆，土豆泥、土豆条，外国小孩跟中国小孩不爱吃饭一样，他也不爱吃土豆。可是他爱吃巧克力，可以把巧克力味道的这种基因导入到土豆里面，这样小孩就爱吃土豆了。这样事情我们可以进行设计，可以进行施工的。
　　那么这种通过基因改良的这样一些作物的全球种植面积发展非常快，下面再跟大家说说畜禽，畜禽的胚胎工程，育种的超速排卵。另外呢，好的胚胎它不是产一个子，而是产好几个，变成两个，或者四个的。高质量的胚胎，性别可以控制，公畜和母畜可以控制。另外大家知道克隆技术已经趋于成熟和实现商业化，遗传改良的猪种，这个世界上非常的关注，非常关注这个遗传改良的猪。现在我想用第六届国际遗传学应用于畜牧生产学术会议上的一个共识，和一个预测的资料告诉大家，如果用这种猪的话，它的日增重可以达到1.2公斤，每天猪增长1.2公斤。那么我们国家猪平均是多少？才0.65公斤。那么瘦肉率它也提高了，由50％多提高了70％。产子率可以产到11个，甚至可以产到15个。那么我跟有些同志们介绍这个时候，他们都会提出一个问题，这个猪肉不好吃。我可以告诉大家，这个猪肉非常好，很好吃。因为氨基酸的比率也有提高，所以有人说，因为大家都害怕了，西瓜不甜，化肥施多了，猪长得太快了，那准是不好吃。我们有这种现象，但是我们在科学上还是能够得到解决的。
　　那么如果按照1998年国际会议上的指标来看的话，我们中国现在的水平要达到新的水平的话，就会具有翻一番的潜力了。大家看看这个牛，胚胎工程牛，这在美国已经商业化了，有一百多家的牛胚胎公司。有上千万头的胚胎工程牛，那么我们国家目前在新疆，这方面的教授做得非常漂亮，我去过好几次了，就是把这样一个胚胎工程技术的话，它可以在全世界范围里面，来选择牛的种子资源进行最好的结合设计和搭配。那么在这种情况之下，所以我们现在国内已经有很多这方面的事情了，选择以后，就利用国内的某一头牛来给它借腹怀胎，就把这个胚胎呀，设计好了，做的这个胚胎，人工胚胎，移植到载体牛的子宫里面去。通过它再产出来，那么这个产出来的这个小牛呢？母牛没关系，只是营养关系。所以这个技术已经商业化了，而且是非常成功的。
　　除了生物的胚胎工程以外，还有一个是农业上要用大量的生物制剂，拥有生物技术以后，它就发生很大的变化了。微生物基因重组技术的出现，正在掀起农用生物制剂产业的一场革命。新一代的生物农药、动物疫苗、生物肥料、动植物生长调节剂，将如雨后春笋一般的发展，为农业带来新的活力，也为环境的保护和可持续发展带来福音。
　　在1992年的时候，大家知道在巴西的里约热内卢召开了一个非常有名的会议，就是环境与发展大会。当时是我们国家的李鹏总理参加的，当时那个时候1992年提了一个很宏伟的计划，说希望在20世纪末，农药里边用生物农药用到60％来替代有机农药，减少对环境的污染。60％的替代，这是1992年说的，可是到了20世纪末，我们现在21世纪，美国才15％，中国还不到1％，还是有合成农药。为什么？就是因为有些关键技术没解决，另外疫苗，大家知道现在口蹄疫，好多病吧，发展非常的厉害，那么实质问题还是与我们疫苗有关系。传统疫苗有很多得好处，做了很大的功劳，但是它有自身的很多的缺陷，也是技术上没有得到很好的突破。自从有了微生物重组以后，可以用基因工程菌来进行生产农药。就可以得到一个技术上的一个大的突破，所以基因工程苗的话，有很多的优点，我也可以告诉大家，在80年代的中期呀，发达国家已经开始用了基因工程疫苗，如果我们要生产一百亿只鸡的疫苗，产值一年，大约是十亿元的话，用常规的方法生产我们需要五千万个鸡胚，就是要五千万个鸡蛋才能完成这样一个疫苗的生产。如果我们用生物反应器的技术，两头牛够了，耗能上可以少五千倍，成本可以减八千倍，高技术的魅力就在于此。
　　好，生物技术说了半天了，换个口味，说一点信息技术，我在1999年就写了篇文章，叫做《农业呼唤信息技术》。为什么农业呼唤信息技术？我们农业是从事生物生产的一种行业，因为生物生产它是有生命的物质，非常复杂，用自然资源。所以它给行业上带来一种弱势，它很分散，土地很分散，不能把所也的土地集中在车间里边，不可能。很分散，而且区域性很强，还有识别性很大，今年这样明年那样。春天这样，夏天那样。所以农业是经验性很强，而且稳定性和可控程度都很低，这是行业带来的弱势。我常常对那些其他的专家说，我说你们可别以为我们搞农业的人智商低，不是我们的智商低，而是什么？而是农业太复杂，我们从事的是生命运动的研究。
　　但是客观还是存在，确实不如工业那样精确、量化，那么这样一个传统农业，通过信息化就可以对它进行相当大程度的改善，比如说智能化的专家系统，我们要种植小麦、种植玉米、种植棉花，你要有土壤的问题，有肥料的问题，肥料问题还有有机肥、无机肥，还有微量肥料等等。还有农业气象的专家，还有什么育种的专家、栽培的专家、耕作的专家，还有防病的，还有防虫的，拖拉机的，等等，你们有多少系，它就有多少专家。这么多人他都钻一行，综合起来到农民那儿去不管那么多了，他的经验就这么走了，现在这么多的专家的智慧，怎么把它集成起来？用我们的人脑去表达的话，一个人的人脑很难有这么大的能力，万能博士还是很少的。那么我们可以用计算机和信息技术，能够把它人工智能化，所以叫做专家系统。这方面的话，我们国家在1998年，科技部就把它作为农业信息的突破口，所以智能化的这个农业专家系统，使得农业由定型走向量化，由经验走向科学。除了这个系统，我们把一些个经验的东西、半定量的东西，这种东西我们把它集成，完了以后把它智能化，同时我们把智能化的东西把它传输出去。把信息呀，通过网络技术把它传输，现在到2002年，各种农业网站已经发展到了两千二百多家。去年我很高兴，去年秋天成立了一个九亿网，专门为九亿农民服务的一个学习网。有了网络技术，就使得农业由分散，农业很分散，信息很不灵，封闭呀，到了信息非常灵通，农业情况就有了很大的改善。
　　好，我再讲尽3SPA技术，你看看一个拖拉机好像很一般，不是很特殊的。但是如果一个拖拉机，带上了全球定位系统，带上了地理信息系统，同时要带上农业专家系统。如果我这块地种玉米，我带着棉花的专业系统，这三个武器拿在手上，这个拖拉机身份就大大的抬高了。农民的土地的情况非常不一样，但是农民的耕作都是一样的，那么我们一样的播种、一样的犁地、一样的施肥、一样的灌水，这实际上，这一百亩地里边土壤和作物长得很不一样，都被模糊掉了。现在我们有了这三个武器以后，就可以每三十平方米，这么小单位发生的变化，它都可以调整它的施肥等等。十二平方米就跟你们宿舍差不多，那么小一个范围有了变化了，马上就会调整，调整什么呢？调整它的施肥、喷药、耕作和灌溉，这样就可以做得很精细。那么有了3SPA技术以后，就使农业从粗放到了精确，在近几年间这个3SPA的服务在美国是如火如荼啊。有了3S这套体系以后，农业的资源和生态环境的调查就可以做得很漂亮，还可以对气象和生物灾害的测报，对水土资源做出管理，农作物的种植状况以及估产等等。水稻估产的准确度已经达到90％以上，所以这样的话呢，就使得我们的农业由一种微观的管理进入到一种宏观的管理，可以在一个县、一个市、一个省、乃至全国进行宏观管理。
　　好，我刚才讲完了信息，下面我再讲讲现代工程技术。第一个我讲讲肥料的问题，你们也许不知道这个数据，我告诉大家，我们国家生产和使用化肥的总量居世界的首位，排在第一，全世界生产的化肥的27.5％，都给我们用了。全世界生产化肥的四分之一以上，都让我们用掉了，我们用的量相当大。是不是我们施化肥越多，产量越高呢？不一定。所以这样的话，就涉及到我们化肥利用效率的问题，我们过去一斤化肥能够生产十六斤的粮食。现在降到一斤化肥只能生产两斤四两粮食，化肥的报酬严重的递减。我们氮肥的话，差不多一半是损失掉了，等于我们每年要损失多少？是380亿元的人民币，要损失掉两千万吨的尿素，四五十个尿素生产的化肥工厂要专供浪费。浪费还是一个问题，而且浪费完了以后，造成环境的污染，地表水还原以后变成亚硝酸盐，对人的致癌作用非常大，所以这样污染也是很严重的。那么我们现在想办法做高效的化肥施肥技术，你比如说过去我们是用单质肥，现在我们用多元化的肥料，不仅用多元化的肥料，还用专用的复合肥，小麦的、棉花的、玉米的等等，蔬菜的、黄瓜的、西红柿的，都是各种不同的专用复合肥。
　　这个肥料啊，目前已经是由这种单纯追求肥料的使用数量，已经按照作物的要求，提高高效到无公害、多元化的这种肥料。水也一样，刚才说氮肥是损失45％，现在请大家看一看，我们水的有效利用率，农业用水，灌溉农业用水，仅仅22％，水的损失也非常大，总的农用水的损失率是66％，比氮肥的使用率还要低。而我们国家是世界上第13个贫水国，人均水资源的占有量排位在109位，但我们浪费还是非常的严重。那么在这种情况之下，节水的工程就有了，各种工程技术把它组合起来，包括如何进行科学的储水，如何进行输水，低压管道输水，把这套建起来。还有灌水技术，精细灌溉，那么还有生物技术来提高生物对水的抗干旱的能力。另外呢，还可以在保墒技术，土壤里边的水尽量减少蒸发，形成一个节水的这套体系。我想最后的话呢，用江泽民同志在前年，在国际农业科技工作会议上接待中外著名农业科学家的时候，他在他的讲话中有一句话，我们大家看一看。他当时就说：“中国农业已经进入了新的发展阶段，针对农业新阶段的要求，中国正在探讨新思路，制定新对策。”我们大家都需要很好地努力，那么农业呢正在进入一个新的时代，现代农业是对全球和中国提出的挑战，如果我们能够抓住这样一个历史性的机遇，我们古老和相对后进的这种中国的农业，将会实现一次新的跨越和腾飞。好，谢谢大家。