书城科普读物新编科技大博览(A卷)——蓬勃发展的现代农业
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第30章 现代农业技术与机械(3)

芬顿是1994年前使用梅西—弗格森公司的卫星及其设备的30名英国农民中的一位。此技术在德国、丹麦及美国也在进行试验。芬顿认为,这种技术给了用其他方法不能获得的丰富信息,并彻底改变了传统的耕作技术。该项技术可能适用于任何一位希望更精确管理自己的可耕地业务的农民,使用这种设备所节约的资金很快就能偿还其费用。例如,根据产量图的结果,芬顿已改变了其种植油菜籽的方法,并使成本从每吨26英镑降到9英镑。

遥感技术与农业估产

地球是太阳系中已知惟一能维持人类生存的地方。但人类的活动恰恰使这个星球越来越不适于人类的生存。目前,世界上二分之一的人仅仅要求能维持生命,因此粮食问题是不得不令人特别关注的问题。农作物产量是每个国家重要的经济情报,特别像我国这样一个人口众多、人均耕地面积少的国家,农业生产的形势严重影响着国民经济的发展。

人们希望于农作物收获前后以最快的方式取得农作物产量的情报,以期预警粮食的异常短缺,并采取相应的措施,如合理的运输、贮藏、加工、市场调度等。自70年代,美国就开始了遥感估产,使农作物产量估测发生了根本性变化,而且在遥感技术本身的领域内,也开始了由陆地卫星逐步开始用气象卫星进行大面积估产。美国在一个州的二十几个试验场进行遥感估产,其估产数字与美国农业部后来统计的数字仅差3%,并提前两个月作出产量预报。

农作物产量取决于作物品种、播种面积和生长情况。多年来的实验已表明,现在的遥感装置完全具有分辨不同农作物的能力。通常植物是绿色的,这是为什么呢?让我们先来了解一下太阳光的组成,直观地看太阳光是白光。如果做个实验,让太阳光通过三棱镜,就会发现白色的太阳光分成了红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种颜色的光,也就是我们常说的“七色光”。再来谈谈物体的颜色,在黑暗的角落里的本身不发光的物体我们是看不见其颜色的。而我们所看到的物体的颜色是物体反射太阳光、灯光等的结果。可见光(如太阳光)照射到物体上,物体吸收掉几种颜色的光,反射它不吸收的光,我们接收到这种反射光,就认为这种光的颜色就是物体的颜色。植物受太阳光照射后吸收了红光、蓝光,反射绿光,植物就呈绿色。不同的作物或同种作物在不同的生长发育期,颜色也有细微差别,借助一定的遥感手段能分辨出这些差别。这是判别作物种类、生长情况,用来进行遥感估产的依据之一。

卓有成效的美国“大面积农业估产实验”利用陆地卫星一号和二号每隔九天轮流在麦田上空用多光扫描拍摄作物的反射光谱,因此在多光谱像片上可以区分小麦从幼苗到开花、变黄等不同生长期的情况,最后可以用计算机圈定麦田并计算面积。通过多种因素的综合分析,就可推出农作物产量。这些复杂的运算由现代计算机技术承担胜任有余。

核农学

核农学是研究核射线及有关核技术在农业科学研究和农业生产中的应用及其基础理论的一门学科。它是介于核科学与农业科学间的一门边缘学科。它的主要研究领域是辐射遗传和育种学、放射生物学、辐照保藏技术、示踪原子应用等。今天,其应用领域不断扩大,并已取得显著成绩。

辐射诱变育种是核技术农业应用的主要领域。目前,中国育成的新品种更换旧品种的面积约在5000万亩以上,每年为国家增加粮食产量30到40亿千克,棉花1.5到1.8亿千克,辐射诱变育种是核技术农业应用的主要领域油料0.75亿千克,年创经济效益33.2亿元。辐射诱变育种已成为提高中国农业经济效益的主要手段之一。同位素跟踪技术在农业上的应用,解决了农业生产中的土壤、肥料、植物、保护、动植物营养代谢及放射免疫等技术关键问题。它对揭示农牧渔业生产规律,改进传统栽培养殖技术,具有重要作用。

昆虫辐射不育技术是现代生物防治虫害的一项新技术,是目前可以灭绝某一虫种的有效手段,今后将加强其应用基础及技术研究。

生物的辐射刺激增产已在蚕豆和渔业生产中获得成效。放射生物学和辐射遗传学也在农业科研及生产中起积极的作用。

微生物与白色农业

随着21世纪的到来,环顾全球,最引人注目的是科学技术革命的浪潮,它汹涌澎湃,蓬勃发展,充满无限生机,展示着即将来临的科技革命新前景,将会把人类社会推向更加灿烂辉煌的历史新时期。

21世纪科技的率先增长点是哪一门科学?这在国内外科技界已取得基本共识。

邓小平同志十分明确地指出:“将来农业问题的出路,最终要由生物工程来解决,要靠尖端技术”。用生物工程解决农业出路,这一科学论断,与当前国内外科技界的论点相一致。

我国著名科学家钱学森院士提出,21世纪30年代,人类将进入第六次产业革命,即现代生物科学技术革命,主战场在大农业。

诺贝尔奖获得者杨振宁撰文说:“20世纪后半世纪发展出计算机,计算机对整个世界的经济结构的影响是无法计算的。我想到21世纪头50年,生物工程对于社会、国家经济结构的影响,恐怕还要超过计算机的影响”。

又一诺贝尔奖获得者李远哲说:“人类经历了工业化和信息化两次产业革命之后,下个世纪的科技增长点应是生物技术”。

无疑,21世纪是生物科学技术世纪的提法,已受到众多科学家的赞同。

一、农业的“三维结构”

传统农业是以种(植物)、养(动物)两类资源利用组成的“二维结构”形式,即使“二维结构”中对植物、动物资源的利用也仅是对部分种类的开发。

众所周知,在自然界中存在三大类生物资源,植物是生产者,动物是消费者,微生物是分解还原者,从而形成地球生物圈的良性循环,生生不息,才创造了人类的生存繁衍条件;这三类生物资源同时具备资源功能和生态转化功能,在构成农业生物资源成分方面应是平等的,都可以同样地为人类生存、生活做出贡献。由此可见,全面开发三大类农业生物资源,形成植物、动物、微生物资源对等开发的“三维结构”新农业,是符合自然规律的。“三维结构”农业——植物种植业、动物养殖业、微生物发酵转化业,这是一种资源良性循环,变废为宝,符合可持续发展战略的新农业。

微生物利用技术可以促进将自古以来的“人畜共粮”,调整为“人畜分粮”的粮食使用分配新模式。“人畜分粮”可极大地缓解粮食短缺问题。据美国世界观察研究所统计,如果全世界饲料粮减少10%,就可供全球一年增长人口(约9000万人)生活28个月。

中国1995年饲料粮占粮食总产量的30%(世界发达国家一般占50%~70%),即1400亿千克饲料粮食。假如实现“人畜分粮”50%的目标,一年即可节省下700亿千克粮食。这一数字已超过国家“九五”计划五年增产500亿千克粮食指标,一年超越五年。

以上事例提醒人们,目前在“土里刨食”的同时,还要关注粮食的科学分配使用,更应该关心减轻土地的巨大压力,保护生态环境的历史责任。

二、白色农业概念的提出

中国农业科学院研究员包建中,在1986年7月2日光明日报上发表文章首次提出:“发展高科技应创建三色农业——绿色农业、白色农业、蓝色农业”,将“白色农业”首次列入农业生产的范畴。

绿色农业指以土、水、阳光、大气为基础的传统农业(种植业及畜牧业);蓝色农业指以蓝色海洋为主体的水域农业;白色农业指微生物资源产业化的工业型新农业。

地球上三大生物资源之一的微生物资源,是至今尚未被充分开发利用的生物资源宝库。

应用高科技生物工程技术开发微生物资源,创立微生物工业型的新农业——“白色农业”,这已是当今科技和社会发展的必然。由于这项新农业是在洁净的工厂车间内进行生产,人们都穿戴白色工作服、工作帽从事操作劳动,故形象地称之为“白色农业”。

白色农业与传统绿色农业相比,其基本形态和生产模式都截然不同。白色农业依靠人工能源,不受气候和季节的限制,可常年在工厂内大规模生产。大力发展生物工程高科技,创建节土、节水、不污染环境,资源可综合利用的工业型“白色农业”,是目前在我国比较切实可行的农业新路子。

生物工程由四个部分组成:基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程。生物工程中的发酵工程和酶工程是微生物独有的生物学特性,而基因工程和细胞工程则是微生物、植物、动物三大生物所共有的生物学特性。因此,从某种意义上讲,生物工程也可以说是微生物工程。

微生物资源开发有着巨大的潜力。据科学测算,通过微生物发酵工程,如果利用世界石油年总产量的2%,生产出的单细胞蛋白质可供20亿人吃一年。又如我国农作物秸秆每年约有5亿吨,如果利用其中的20%,即1亿吨通过微生物发酵转化为饲料,则可获得相当于400亿千克的饲料粮,这是目前中国每年饲料粮的1/3。

微生物工业是节省耕地的工厂化生产,一座占地不多,年产10万吨单细胞蛋白的微生物工厂,能相当于12万公顷亩耕地生产的大豆蛋白质,或是2000万公顷草原饲养牛羊生产的动物蛋白质。

根据国内外资料归纳,目前白色农业已形成六项产业:(1)微生物饲料;(2)微生物肥料;(3)微生物农药;(4)微生物食品;(5)微生物能源;(6)微生物生态环境保护剂。

三、环保型新产业

发展白色农业,开拓了农业生产的新生物资源。微生物资源的发掘及其产生的巨大生物量,丰富和扩展了人类的食物保障。

白色农业彻底变革了传统农业的单一化生产模式。把已有万年历史的“土里刨食”的惟一生产模式,演变为多元化的生产模式。

白色农业的工业化工厂生产,使得人们可以脱离土地的传统生产方式和观念进行生产。

发展白色农业,由“二维结构”的传统农业,成为“三维结构”新农业,这是一种产业结构健全、资源节约型的农业,符合农业可持续发展战略要求。此外,白色农业是节土、节水型农业,能缓解传统农业“与人争地”、“与人争水”的矛盾。

发展白色农业,可实现“人畜分粮”的目标。能极大地缓解粮食紧缺问题。同时,白色农业的微生物饲料产业,又为畜牧业的发展提供保障。这样就能保证21世纪16亿中国人能过上既吃饱、又吃好的富裕生活。

白色农业有利于生态环境保护。21世纪人类社会发展的首要中心问题是生态环境保护,这已成为国际共识。发展工业型白色农业,可以节省大量耕地,真正实现“两退两还”,退耕还林还草,退田还河还湖,有利于生态环境保护。

微生物对传统农业有机废弃物的处理,可变废为宝,消除环境污染;同时,白色农业生产的微生物生态环境保护剂,还可直接清除空气中的有毒气体,水和土壤中的有害重金属及有害化学物质,这又是国际上正在发展的一项环保型新产业。

四、白色农业在中国的崛起

包建中研究员在1986年7月2日光明日报上发表的三色农业——绿色农业、白色农业、蓝色农业的新观点,受到我国著名科学家钱学森院士和著名农业科学家卢良恕院士的赞同和支持。钱学森院士将“三色农业”纳入他提出的“21世纪第六次产业革命”的范畴。

包建中研究员撰写的“探讨中国农业走出困境的战略构想”的建议报告,得到国务院领导的重视和批示。随之人民日报、光明日报、科技日报、经济日报等全国30多家媒体做了宣传报道。

科技界、农业界及企业界纷纷加入,已将“白色农业”由文字概念,推向实体事业和产业化,使其发生了质的飞跃。

1996年8月,北京市延庆县人民政府在国内率先成立中国第一家以“白色农业”命名的事业单位——“北京白色农业研究所”,并邀请著名农业科学家卢良恕院士为研究所顾问,聘“三色农业”创意者包建中研究员任首届所长。

随后,山西省农科院成立“白色农业开发研究中心”,为推动山西省白色农业的顺利发展,由孙文盛省长批准,特成立了山西省白色农业协调领导组,由主管农业的副省长亲自协调领导有关工作。

接着,全国有许多白色农业组织机构相继成立。如:山东省农科院成立“白色农业工程技术研究中心”;沈阳农业大学成立“白色农业研究开发中心”;江苏省淮阴市成立“淮阴白色农业科技发展有限公司”;湖北省黄陂县成立“群山白色农业工程研究中心”;宁夏回族自治区成立“亿瑛白色农业工程技术研究中心”等。1998年10月,山西省经省民政厅批准,又成立了“山西省白色农业工程学会”,使白色农业扩展到社会团体,开拓出新局面。