生物经济对农业可持续发展的影响

生物经济对农业可持续发展的影响

邓心安1 许冰茹1 杨多贵2

（1.中国农业大学人文与发展学院，北京100193；

2.中国科学院科技政策与管理科学研究所，北京100190）

摘 要：中国经济社会跨过温饱并进入中等收入阶段，现有粗放型增长方式与发展模式不可持续，农业可持续发展面临新的挑战。正在兴起的生物经济与即将到来的生物经济时代为农业发展带来新的机遇：农业将具有“双基础”地位；农业与生物相关产业互联大融合；第二次绿色革命的时机正在成熟。通过玉米产业链案例的实证与归纳，进一步验证生物经济通过生物质产业链对农业发展的影响，一是为农业可持续发展赋予新的内涵；二是为农业绿色转型提供新的发展观与技术平台。在讨论中，重点诠释了农业可持续发展需要适应生物经济时代的新型农业发展观的必要性及其理论意义。

关键词：生物经济；农业可持续；生物质；生物质产业链；第二次绿色革命

Impact of Bioeconomy on Sustainable Development of Agriculture

Deng Xin’an1, Xu Bingru1, Yang Duogui2

(1.College of Humanities and Development, China Agricultural University, Beijing 100193,China)

(2. Institute of Policy and Management, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190,China)

Abstract: With the economic society stepping over subsistence and coming into the middle-income stage, the existing extensive growth mode and development model in China are unsustainable, and the agricultural sustainability is facing new challenges. The emerging bioeconomy and the upcoming bioeconomy era bring new opportunities to agriculture as below: agriculture will be given "double base" position; agriculture and bio-related industries are merging; and the second green revolution is upcoming. By empirical and inductive research on the case of corn industry chain, impact of bioeconomy on the development of agriculture are further confirmed through biomass industry chains: one is to give new meaning to agricultural sustainability; and the second is to provide a new concept of development and technology platforms for the green transformation of agriculture. In the discussion, the necessity and theoretical significance of the new concept of development based on the bioeconomy era that agricultural sustainability needs to adapt are mainly interpreted.

Keywords: bioeconomy; agricultural sustainability; biomass; biomass industry chain; second green revolution

1引言

21世纪初以来，学术界对以无机化学品高投入为特征的现代农业模式进行了深刻反思，由此提出以可持续发展、可再生、生态、多元为其主要特征的“后现代农业”[1]。对发达国家农业增长的实证研究表明，技术进步是农业可持续增长的关键因素，目的在于用更少的资源来获取更多、更好的产出[2]。

生物经济是以生命科学与生物技术的研究开发与应用为基础的、建立在生物技术产品和产业之上的经济，是一个与农业经济、工业经济、信息经济相对应的新的经济形态[3]。生物科技对作物和生物能源的革命性影响正在导致农业新的观念转变和转型，即农业可能“转型为既生产生物燃料又生产食物和纤维的现代农业”[4]。针对人类面临的食品与营养、健康、可再生能源与可持续原材料、环境可持续等挑战，生物经济将变革“4fs”(food,feed,fuel,fiber)生产方式，带来农业发展观念的转型[5-7]。

中国现有粗放型经济增长方式与农业生产模式不可持续，必然要发生变革。正在兴起的生物经济与即将到来的生物经济时代，为农业可持续发展和绿色转型带来新的时代机遇。

2农业可持续发展面临新的挑战

在经济社会跨过温饱并进入中等收入阶段后，中国农业可持续发展面临新的挑战。其宏观表现在以下三个方面。

2.1国际横向比较，“三农”指标相对落后，农业劳动生产率亟待提高

农业产值占国民生产总值（GDP）比重、城镇化率、农业劳动力占总劳动力比重，可作为宏观反映农业发展问题轻重程度的3个指标（简称“三农”指标）。相较于发达国家，中国的“三农”指标普遍落后；部分指标也落后于发展中国家如巴西（表1）。指标隐含的信息表明：中国有数量众多、比重过大的农民被束缚在有限的耕地上，在劳动生产率和土地生产率较低的状态下“搞饭吃”；农民的农业收入增长空间极为有限，城镇化任务相当艰巨。

表1 “三农”指标的国际比较

资料来源：根据联合国统计司、世界粮农组织、世界银行、中国国家统计局等发表的数据整理。

2.2国内纵向比较，农业指标“双下降”背后折射出的深层次问题

中国的农业产值占GDP比重、农业劳动力占总劳动力比重一直偏大，所对应的2条时间序列曲线，都随着时间的推移而向下延伸并趋近于时间横坐标（图1）。

资料来源：中国统计年鉴(2012)

图1 农业问题的2个指标曲线

这2个指标曲线背后隐含的问题是：未来农业会不会趋于“消失”，还是部分演化为其他某种农业形态？农民会不会终结，还是演变成为某类“新型农民”，大量农业劳动力转移何处？此类问题涉及到农业发展深层次问题，属于农业哲学意义及其层面上的问题：农业发展的本质是什么；未来的农民什么样[8]。只有实现农业转型，发展新型业态，才可能破解该曲线折射出的农业趋于“消失”问题。

2.3粗放型增长方式造成城乡水土、空气污染严重，农业环境不可持续

气候变化对环境和农业的影响广泛而巨大，因为极端气候通常毁掉大片庄稼和农田。据联合国机构预测，2049年世界某些地区的作物产量将减产50%，而同期全世界人口将达到90亿，2100年达到110亿，增加人口的大部分出生在缺少应对危机的发展中国家，农业与粮食危机又一次摆在世界面前[9]。

就中国而言，农业及其关联产业的“高投入、高能耗、高污染”发展模式导致：耕地过度垦殖和质量退化，包括土壤侵蚀、酸化、盐渍化、沙化、农药残留；农村与城市的环境污染相互叠加，江河湖、近海及水田等水资源受到严重污染；有机废弃物未得到有效利用，农业大区如华北、东北的秸秆处理以及雾霾问题严重，而雾霾直接导致作物吸收光热的质量下降。以粮食为例，总产的“十一连增”是建立在人工和化肥农药等化学品高投入、水体及土壤大面积污染的基础上，即便“增长”是连续的，但其增长方式不可持续。1978-2013年，中国粮食产量增加近1倍，但化肥使用量增加了5倍以上[1]①。如果实施农业减“肥”政策，或者执行“到2020年化肥和农药使用量的两个零增长”政策方案，那么，要想不影响国家粮食安全、促进粮食生产的可持续发展，就必须改变以往“大肥高药”的所谓“高产”发展观与模式，并采取新的育种策略与方法。目前国内粮食及相关畜禽产品生产成本高、价格明显高于国际市场，是现有发展模式的直观反映。

3生物经济时代农业发展新的机遇

生物的特异性与生物过程（bioprocess）的低碳环保、循环利用、可持续特征，使得生物经济具有多样化生态功能、绿色化经济功能以及人本化社会功能。未来生物科技产品的普遍应用（widespread use of bioproducts），标志着生物经济发展到其成熟阶段，人类经济社会进入生物经济时代。

3.1生物经济引领农业迎来“双基础”时代

随着生命科学与生物技术的突破性进展及其在农业、能源、生物制造、医药以及生态服务等领域的广泛应用，农业将迎来“双基础”时代。农业过去是工业乃至国民经济的基础。当代农业仍然是它们的基础，同时进一步演进为生物经济的“双基础”：农业是生物质（biomass）的基础；生物质是生物经济的基础。与常规现代农业所不同的是，包括农业主副产品、农业与城市固体废弃物以及藻类等多种形式的生物质，可作为一系列生物基产品的生产原材料（feedstock），生产从高端医药，到中端生物能源、生物化学品、生物基材料，再到初级农产品以及生态服务，从而形成玉米、大豆、稻米、畜禽等不同系列、多层次的循环产业链。

3.2农业与生物相关产业互联大融合

生物经济时代是生物、信息、物质大融合的时代。基因是生物存在的本质基础，储存于其中的遗传指令帮助生物协调其整个生命系统。生物、信息、物质大融合，是生物相关产业互联融合的物质基础。产业融合意味着产品及服务价值增加、产业链延长、物质与能量的循环利用。

作为迈向可持续未来的综合平台，生物经济正在促进农业与其他生物产业互联大融合。随着生命本质高度一致性的被揭示及其产业化应用，生物相关产业呈高度融合趋势，农业与工业尤其是其中的化工制造、能源、医药，以及旅游、生态服务等第三产业的界线渐趋模糊，边界趋于淡化；农业正发展成为与其他产业有着广泛联系并相互影响的一个综合部门，食品、营养、健康医疗、能源及其他生物基资源、环保、观光与休闲旅游、生物多样性及生态服务等都与农业有着越来越密切的关系。即便传统农业的比重在下降，多种农业新型业态也会导致农业的领域与功能进一步拓展。

3.3第二次绿色革命的时机正在成熟

农业是直接关系到食品营养、环境、生态以及能源等全球性危机的基础性产业。发生于20世纪40-70年代的绿色革命（green revolution）给世界农业发展带来巨大变化，解决了困扰当时社会的全球性粮食危机，但同时也在农业污染、生物多样性等可持续发展方面产生了负面作用[10-11]。近现代农业发展史表明：当农业发展面临重大问题或危机，适逢科技取得重大突破与整体性进展时，农业就会发生革命性变化。如20世纪70年代初以后限制性内切酶、连接酶等技术的突破，导致80年代植物转基因革命。由于当今经济社会正面临新一轮食品短缺，以及日益严重的能源与环境危机，而生物科技正在取得新的突破与整体性进展，因而有政策研究者和科学家呼吁农业第二次绿色革命（second green revolution）[9,11-12]，借此促进农业可持续发展，实现农业绿色转型。

4农业可持续发展实证分析——以玉米产业链为例

无论从播种面积还是从产量上来衡量，玉米均为中国第一大粮食作物。以玉米生物质产业链为例进行分析，具有典型代表性。

4.1龙力玉米全株产业链

作为国内代表企业，山东龙力生物科技股份有限公司（简称“龙力”）成立于2001年，是以玉米、玉米芯及秸秆为原料，采用现代生物技术生产功能糖、淀粉及淀粉糖，利用废渣生产燃料乙醇和高分子材料等系列产品的生物质综合企业。

其上下游产品及服务的类型包括：传统种植业——玉米；以低聚木糖、木糖醇为核心的新食品、营养及健康保健品；由燃料乙醇、沼气及其发电构成的生物能源；通过酶解木质素生产的高分子材料；通过改变秸秆焚烧习俗、综合利用有机废弃物而创造出的有利于环境的生态产品与服务。可见，其涉及的领域与农业经第三次拓展后形成的新型农业体系及其6个子系统[3,8,11]的框架基本吻合（图2左）。其中的生物基资源系统包括由燃料乙醇、沼气及其发电构成的生物能源和生物材料两大类型。

图2 生物质农业拓展产业链

4.2帝斯曼生物质产业链

作为国外代表企业，荷兰皇家帝斯曼集团（简称“DSM”）是一家致力于可持续发展的生命科学与材料科学的跨国公司[13]。其产品及服务的类型包括：维生素与抗生素、保健品、涂料与油漆、饲料成分、生物能源（纤维素生物燃料和生物气）、生物基材料、化学品结构单体（生物基琥珀酸等），以及个人护理、医疗设备、生命防护等健康医疗服务，涉及新型食品、营养、健康、能源、材料、环保等领域（图2右）。

DSM将生物经济作为创造可持续发展未来的综合平台，运用先进的生物科技手段和基于生物过程的可持续发展理念——以可再生的非化石型替代解决方案来满足日益增长的需求，以玉米残渣等生物质（包含农业、工业及生活的有机废弃物）为原料，生产环保、高效、可再生的生物基系列产品，并创造新的就业机会，增加农民收入，减少温室气体排放。

4.3生物经济产业链的意义与效益

作为生物经济与农业相结合发展的经典案例，龙力玉米全株产业链和帝斯曼生物质产业链具有示范价值与普适意义。首先，具有重要性，玉米是中国也是世界主要农作物，秸秆重量约占全株3/4，生物量巨大。其次，具有可持续性，能源与环境问题属于全球性危机问题，玉米生物质的循环利用，能够为能源与环境问题的化解提供新的可持续发展途径与思路。第三，具有可复制性，玉米产业链为其它农作物如大豆、小麦、高粱、水稻等的综合开发利用提供了可资借鉴的经验和模式。如果农业生产能够做到废物利用、循环发展，则可以减少农业污染与碳排放，改善农业生态，从而实现农业低碳环保与可持续发展。

在全球性不可再生的化石资源逐渐枯竭、成本上升，城乡经济需要绿色转型的时代背景下，生物经济产业链具有长远的综合效益。从经济效益上讲，将常规农业拓展到新型农业体系，延长了产业链，实现了玉米等系列加工产品的多级增值；从民生及社会效益上讲，改变传统农业的就业形态与人们的健康观念，创造了农业新业态与“绿领”产业模式以及新的营养健康的生活方式，增加了就业，提高了农民收入；从生态效益上讲，物尽其用，变废为宝，在增加可再生能源及其他生物基产品供应的同时，减少有机废弃物的排放，能够解决困扰多年的秸秆处理问题，消除由秸秆焚烧带来的污染。

5结论与启示

5.1生物经济赋予农业可持续发展新的含义

随着全球性水、土地、能源等资源与环境危机的加剧，以及经济社会普遍性低碳环保意识的增强，传统的化石基工业制造正在被可再生的生物基绿色制造所替代。通过“生物质-生物过程-生物经济”思想与路径，农业、生物医药、生物化工、生物能源、生物材料、生物环保与生物炭利用以及生态服务等利用可再生资源的众多产业紧密互联融合，联结它们之间的共同点是：绿色制造与低碳环保、可再生与可持续。

农业是可再生的生物质的基础，生物质是可持续的生物经济的基础，因而生物经济赋予农业“双基础”地位，进而赋予农业可持续发展以革命性的新含义。新含义意味着，农业可持续发展不但包括传统意义上的资源节约与循环利用，保护农业资源，减少农药、化肥、农膜等化学品投入及由此造成的环境污染，而且更深刻地表现在：突破传统的农业范畴，拓展农业领域与功能；变革传统的“化学过程”为可持续的“生物过程”，从而变革传统的农业及其相关生物产业的制造模式；运用农与“非农”系统观，推进城乡一体化污染治理与生态保育。

5.2第二次绿色革命为农业可持续发展提供新的手段

第二次绿色革命对农业绿色转型具有深远影响。以玉米为例，针对玉米饲料中存在大量不能为动物直接利用的植酸磷、工业发酵方式生产植酸酶耗能大成本高、如不添加植酸酶就造成畜牧养殖业中磷的大量浪费并对土壤水源产生污染等问题，运用转基因等技术培育转植酸酶玉米新品种，使玉米饲料自身成为“生产植酸酶的绿色工厂”，便可以变革饲料生产方式，带来养殖业的一项亚革命。从宏观效益上来评价，植酸酶玉米不仅能够减少使用无机磷，延缓磷矿资源枯竭，显著降低成本；还可以增进牲畜对铁、锌、钙、镁、铜、铬、锰等矿物质元素的吸收；更具可持续意义的是，能够解决传统养殖中使用工业化植酸酶成本高等问题，有效减少牲畜粪便对环境的污染。

植物转基因是第二次绿色革命的主导技术。农业可持续发展意味着经济、社会和环境三方面的统筹与和谐发展，而转基因植物能够从环境、经济、社会问题三方面来满足以上条件[14]：一是从环境方面，通过减少农用化学品投入、增加产量而减少耕地总量有利于保存生物多样性（preserving biodiversity），通过免耕、减少因化肥和燃料投入而引起的温室气体排放来保护气候（protecting the climate），通过节水、少耕等来保护资源（conserving resources）；二是从经济方面，能够提高就业水平和产品竞争力；三是从社会方面，通过改善营养、增加食品供应等方式提高生活标准。因此，从总体上讲，植物转基因正在成为农业可持续发展新的革命性手段。

在第二次绿色革命中，微生物将扮演重要角色。研究新的微生物并开发新型功能菌种，不仅能够发挥微生物在土壤肥力保育、营养元素循环转化、环境净化与生态系统平衡等传统领域的重要作用，而且通过相关产业的绿色制造，促进农业拓展领域的可持续性。

5.3农业可持续发展需要新型农业发展观

玉米产业链案例表明：生物质产业链将农业与其他生物相关产业紧密地联系在一起，并促进农业及相关产业的可持续发展；生物科技为农业领域与功能的拓展提供了内生动力，能够促进农业绿色转型。由此推之，玉米与其他植物产品如大豆、畜禽产品如鸡蛋等共同构成不同类型和层次的生物质产业链体系，从而形成以生物质为核心的、可再生与可持续的、包含农与“非农”对立统一关系的绿色产业网络。该网络在农业上的综合体现，就是包含常规农业系统在内、并包括生物相关的农业拓展领域的新型农业体系[3,8,11]。

新型农业体系是面向生物经济时代的农业综合形态的假设。当代农业发展的实践及农业形态演变的趋势进一步验明这一假设的正确性，因为它符合以下三项基本条件：一是具有实践性，能够解释当代农业正在发生的拓展或变化；二是具有预见性，能够预见未来时代农业可持续发展的趋势；三是具有多功能价值，能够逻辑自洽。

新型农业体系能够解释当代农业领域与功能正在拓展的事实现象（内符），又能够预见并指导未来农业发展方向（外推），因而可望成为生物经济时代未来“现代农业”的愿景。

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[13]生物经济发展研究中心.生物经济发展的一个案例: 帝斯曼[EB/OL].(2014-04-01)[2015-04-20]. http://www.bioec.org/data/2014/0401/article_525.html.

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摘转自：邓心安,许冰茹,杨多贵.生物经济对农业可持续发展的影响.中国科技论坛,2015(12):69-74. 谨致谢意。

①据《中国统计年鉴2014》:1978-2013年，中国粮食产量从1978年的30476.5万吨增长到2013年的60193.8万吨，增加了0.98倍；但同期化肥使用量从884万吨增长到5911.9万吨，增加了5.69倍。