书城科普低碳农业:引领农业新时尚
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第22章 低碳农业——开拓美好时代(1)

一、现代农业的色彩

大自然应该是色彩斑斓的,农业应该是活力四射的。我们应该努力恢复农业原本的色彩——绿色,同时为它抹上跃动的白色和希望的蓝色。

1.绿色的回归

绿色农业是指传统的植物种植业,它以水土为基础,并且有充足的热量条件。现代绿色农业的发展方向是利用绿色农业技术发展生态农业。绿色农业技术主要是指生态农业技术和可持续发展技术,也就是利用现代化科学技术知识,从调整和优化农业结构入手,充分利用资源,实现高效的物质能量循环和深层次的加工与转化,保持环境、生态与经济的协调发展。发展生态农业的具体做法是用农家肥增加土壤肥力,用生物方法防治农作物病虫害,不使用化肥和化学农药,保护植物生存环境里的生态平衡。

2.白色的跃动

白色农业是指微生物资源产业化的工业型新农业,其科学基础是“微生物学”,技术主体是“生物工程”,它包括高科技生物工程的“发酵工程”和“酶工程”。它属于不污染环境的微生物工厂化农业,其生产过程没有环境污染,并要求生产环境洁净。白色农业把传统绿色农业向“光”(阳光)要粮、向地要粮的生产方式,转变为向“草”(秸秆)要粮、向废弃物要粮的生产方式,与传统种植业生产粮食相比,它具有生产周期短,高产、高效,产品无污染、无毒副作用,节约水土资源,不污染环境,资源可综合利用的特征。

发展白色农业,为保护生态环境与实现农业的可持续发展开辟了新天地。通过微生物可以把农作物秸秆、农业废弃物转变成优质的微生物肥料。微生物肥料可活化土壤中难以利用的营养元素,提高土壤养分供应能力和保水、保肥能力,提高土地资源的持续生产能力,还能增强农作物抗病性,减少农药施用量。微生物农药高效、安全、无残留,不杀伤天敌,有利于生态平衡,并且可大幅度减少化学农药的施用,有效降低农产品中的有毒物质残留。微生物饲料可促使畜禽肠道有益菌群建立,抑制病菌繁殖,提高动物防病抗病能力,减少化学兽药和抗生素使用量,降低农药在畜产品中的残留,为人类提供安全、优质的畜产品。白色农业的微生物生态环保剂,可直接消除水、土壤和空气中的有害化学物质,消除污染,提高资源利用率。

3.蓝色的希望

蓝色农业即海洋生物农业,是以海洋水生和浮游生物为资源进行综合利用的农业。蓝色农业的重点是水产生产农牧化,即海水养殖业。牧业化就是把鱼虾幼苗培育到具有独立生存能力,然后放养到自然水体中,让其自己索饵生长发育,也就是“有养有放”,充分利用海洋水体的自然生长力。海洋作为人类生命的摇篮,占地球表面积的71%,拥有地球的3000多万物种中的99%,而陆地拥有的物种还不到1%。海洋生物资源除人们熟知的鱼虾动物食品外,还有大量植物和微生物资源。因此蓝色农业开发的潜力巨大。如果利用近海自然生长的藻类植物和浮游生物开发加工成食物,可养活300亿人,相当于目前地球总人口的5倍。

绿色农业、白色农业、蓝色农业都有一个共同的名字——低碳农业。低碳农业技术是指低能耗、低污染、低排放、高碳汇的“三低一高”技术。首先,要求尽可能地减少各种资源的消耗和人力、物力、财力的投入,降低农业温室气体排放,提高森林和土壤碳汇;其次,低碳农业是安全型、环保型的技术,能够最大限度地保障农产品的产前、产中、产后全程安全和农业生态环境的安全。

联合国粮农组织估计,生态农业系统可以抵消掉80%的因农业导致的全球温室气体排放量。无需生产工业化肥每年可为世界节省1%的石油能源,不再把这些化肥用在土地上还能降低30%的农业排放。同时,退耕还林还草,减免耕、秸秆还田等保护性耕作的生态农业方式,能极大地增加农业的碳储量,改善生态环境,减缓气候变化的影响。

大力发展以“绿色农业、白色农业、蓝色农业”为代表的低碳农业,以拯救人类的“粮”心,托起明天的希望!低碳在行动……

二、低碳循环农业模式

循环农业就是采用循环生产模式的农业。循环农业不仅有一般循环经济具有的基本原则,即3R原则,还具有一些自身的特色。如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;对产品的安全性更为强调,控制化肥、农药的施用量;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等。循环农业有三个层次的循环:农田内循环模式、种养间的循环结构、农业的大循环。

第一,农田内循环模式。套种,例如豆科作物和禾本科作物的间套种,就有不同物种间的养分交换,产生养分在作物间的循环。秸秆还田,通常是上一茬的作物秸秆,通过秸秆还田成为下一茬作物的养分,也有的通过堆肥成为下一茬作物的养分。农田养殖,稻田养鸭、鱼、蟹、青蛙等动物取食农田杂草和小动物,动物粪便回田成为作物肥料。坡地水保措施,通过生物措施和工程措施,坡地养分和水分可以更多地在林地、果园和梯田中循环利用。例如果园种草(生物措施)可以使养分留在果园内循环,水平梯田和水窖建设可以减少水分和养分离开坡地,增加循环;接种根瘤菌或菌根菌,利用作物根系分泌物与微生物之间的物质相互作用,达到互利和循环的目的;施肥控制,通过平衡施肥、控释肥、精确农业等措施控制肥料的使用时间和使用量,减少养分投入和流失,可以提高利用效率和循环比例。

第二,种养间的循环结构。种养直接连接植物饲料与动物肥料关系,例如饲料作物(玉米、大豆、苜蓿、象草、苏丹草、黑麦草、三叶草)种植与养牛、养猪、养鸡、养鱼的结合,作物秸秆喂饲动物,动物粪便肥田;加沼气环节,猪—沼—果模式,四位一体式;加食用菌环节,养殖业粪便+种植业秸秆—培养基—培养食用菌—菌渣做农田肥料;加蚯蚓环节,通过蚯蚓处理作物秸秆、动物粪便、污水处理厂污泥等,使废物资源化后再重新利用,例如利用蚯蚓进行秸秆堆肥、粪便堆肥、污泥堆肥等;加鱼塘环节,著名的桑基鱼塘就是基上种桑养蚕,蚕沙下塘养鱼,塘泥回基肥桑的循环模式,今天已经演化出花基鱼塘、蔗基鱼塘、草基鱼塘、塘边养鸭、塘边养猪等循环体系。

第三,基于农业的大循环。农业经营实体之间的循环种植业公司十养殖业公司,种植业农场十养殖业农场,种植业专业户十养殖业专业户等经营实体之间的循环模式,例如专业果场向养鸡企业定期购买鸡粪,种茶专业户向种蔗专业户购买蔗叶覆盖茶园、向养牛专业户收购牛粪等。总之,循环农业把农业经济活动与自然生态循环融为一体,注重农业清洁生产和废弃物综合利用,通过物质能量的多级循环利用达到节约资源与减轻污染的目的,促使农业生态系统和经济系统逐渐向良性循环方向转变,是一种生态效益、社会效益与经济效益并重的新型农业,前景广阔。

三、“农立方”开启低碳农业新模式

蔬菜可以免洗,直接食用,因为生产空间是亲环境的,蔬菜生长过程中无病虫害,无需使用杀虫剂,因为使用的是微藻营养基。“农立方”的光照和温度的控制使得立体农业工厂彻底摆脱季节的约束,可以全天24小时不间断地进行生产,与传统的大棚或温室相比,其蔬菜生长周期大大缩短,每年可以收割几十次。

“农立方”是指农业工厂化立体循环生产系统与传统种植业连接,可以在各产业育苗和生产上得以充分利用并促其快速升级。与传统的养殖业连接,可以降低饲养成本、提高效益,同时改善生产环境,促进种植业、畜牧业生产的良性循环,使废弃物得到科学的循环利用,产品品质全部达到绿色、安全标准。

美国哥伦比亚大学的一位公共卫生和微生物学教授,同时也是垂直农场的项目负责人认为,垂直农场可以养活不断增加的人口,是一场革命;另外,垂直农场生产的食物口味也更好,它实现了“当地生产”。

“农立方”南侧的屋面上覆盖着一层非晶硅薄膜太阳能板。与晶体硅太阳能电池相比,非晶硅太阳能电池不仅透光,而且温度系数较低,因此由环境温度升高所引起的电池效率降低不明显;非晶硅材料的吸收系数在整个可见光范围内,在实际使用中对低光强有较好的适应……上述原因使薄膜太阳能电池比晶硅太阳能电池的日发电量多出10%左右。

由此一来,“农立方”不仅实现了立体化的种植、养殖,而且构建了一个完整的生态循环链条:薄膜太阳能电池板提供电力,可以24小时为植物补光;浇灌芽苗菜的多余水分流到下面的沟渠里,为水产养殖提供新鲜水源;修剪下来的芽苗菜根茎为养殖的动物提供饲料;动物呼出的二氧化碳又促进了芽苗菜的生长。

农立方改变了传统农业生产受时间和空间制约的基本特征,能够循环生产,实现高产出、低成本、高效益,展示了循环、高效、立体、节能、节水、节地、绿色、环保的现代系统农业建设模式,代表未来永续性农业的发展方向。

四、低碳农业中的“微”机世界

世界精彩,精彩在于广阔的天空,在于浩瀚的海洋,在于包容的大地。同样,世界精彩,精彩在于活力无限的“微”机世界!

1.白色的精灵

在千姿百态的生物世界中,存在一种我们肉眼看不见、摸不着的微生物,它能时刻为人类服务。提起微生物,往往会使人们觉得那是使食物腐烂变质、使人感染上各种疾病的魔鬼,害怕并敬而远之。但是,在微生物的家族中,还有能为人类提供能量的甲烷细菌和酵母菌,这些白色的精灵可以生产出沼气和酒精,为人类作出贡献。

据统计,中国的农作物秸秆,每年约有5亿吨,假如其中20%通过微生物发酵变成饲料,则可获得相当于400亿千克的饲料粮,这占目前中国每年饲料用粮的一半。一座占地不多的年产10万吨单细胞蛋白的微生物工厂,能生产相当于约12万公顷耕地的大豆蛋白或2000万公顷草地饲料的牛羊所生产的动物蛋白质。这些白色精灵生产的蛋白质比一般植物蛋白质质量高,有的营养价值超过动物蛋白。据科学测算,如果利用每年世界石油总产量的2%进行微生物发酵生产,产出的单细胞蛋白,可供20亿人吃1年。可见这些微生物对于人类解决粮食问题作用巨大。

白色农业就是利用地球上丰富的微生物资源,通过发酵工程和酶工程,在工厂化条件下进行生产,其占地面积很少,节约水资源。发展工业型的白色农业可以节省大量耕地,真正实现退耕还林草、退田还河湖的目标,有效缓解人口膨胀与资源缺乏之间的矛盾。一方面,通过微生物发酵工程和酶工程生产单细胞蛋白、菌体蛋白和食用菌等供人类食用,这既促进了人体所需营养素的有效供给,又降低了对口粮的直接消费。另一方面,利用微生物发酵技术及其他现代生物技术把农作物秸秆及农业废弃物转化成饲料,既节省饲料用粮,又有效地利用废弃物资源,降低了生产成本,提高了经济效益和生态效益。

随着科学技术的进步和人民生活水平的提高,传统的绿色农业难以满足日益增长的需要,必须摒弃单靠绿色露天植物生产的模式,大力发展白色农业。

2.“微”机六射

白色农业已形成气候,白色农业已用到各种各样的菌,形成了六大产业和制品应用。

(1)微生物食品微生物是目前世界各国竞相开发的新蛋白质资源,其蛋白质含量一般在30%~50%之间。利用单细胞蛋白质生产高蛋白质新型人造食品,前景十分广阔。利用微生物生产的真菌肉、食用油等在英国、法国、日本已规模化生产,产品已在超级市场出售。由小球藻制成的食品面包已在日本实现规模化生产。螺旋藻被联合国粮农组织称为“人类未来的粮食”、“人类最佳保健品”,素有“植物肉”之称。1千克蘑菇所含蛋白质相当于2千克禽肉或3千克鸡蛋的蛋白质含量。与植物性食品相比,食用菌中蛋白质的含量是小麦、玉米的几倍,大白菜、番茄的几十倍。食用菌蛋白质中氨基酸种类齐全,几乎所有的菇类都有八种人体必需的氨基酸,并含有丰富的维生素和矿物质。许多食用菌还具有抗癌、降脂、提高机体免疫力的功效。国际食品界已将食用菌列为21世纪八大营养保健食品之一。

(2)微生物饲料及添加剂

微生物饲料制剂包括单细胞蛋白饲料、菌体蛋白饲料、饲用酶制剂、真菌饲料添加剂、维生素类添加剂、抗生素类制剂、氨基酸类、活体微生物类、发酵饲料等。其混配在饲料中可起到帮助消化、促进生长以及提高畜禽自身免疫力、防病治病的作用。微生物饲料制剂由于可工厂化生产,效率高,且有利于环境保护,正日益受到人们的重视。许多微生物除了可作为饲料添加剂,还可经微生物发酵工程来生产大量饲料用粮,实现人畜分粮,从而缓解了资源紧张的矛盾。

(3)微生物肥料

微生物与化肥、微量元素和有机肥料混配,构成的微生物复混生物肥料,在增加土壤肥力、提供作物生长必需的营养元素、改善植物根际的微环境以及强化植物根际的有益微生物比例等方面都取得了一定的效果,促进了植物对养分的吸收利用,有助于植物生长,同时也增强了植物自身抗病虫能力。