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农业发展千年大计—详解高原下一代农业

已有 8169 次阅读 2017-4-23 13:27 |个人分类:下一次革命|系统分类:科研笔记| 可持续发展, 农业, 温室

农业发展千年大计

——详解高原下一代农业概念        

雷奕安

北京大学物理学院,100871


可持续发展,对自然环境影响小,不受环境气候变化影响的高原温室农业是农业发展,人类生存的千年大计,还能解决能源的可持续发展问题。


前言

包括种植业和养殖业的农业,是人类生存和发展的第一重要行业。农业的诞生,代表了人类文明的出现,是人类文明发展的基础。在很长时间内,为了满足不断增长人口的生存需求,也是推动人类社会发展的主要驱动力。

在现代社会,农业不仅为人类提供食品保障,也为许多工业部门提供大量初级原材料,如食品加工,纺织,造纸,化工,能源,等。所以,即使在今天,农业仍然是社会第一重要基础行业。几千年来,中国历朝历代一直最重视农业生产。新中国成立之后,每年政府的一号文件都关乎农业发展。

相对漫长的地球生命发展史,和数百万年的人类发展史,农业的历史非常短暂。地球生命在地球上演化了几十亿年,人类在地球上繁衍了数百万年。我们的直系祖先,现代智人,也已经在地球上生存了二十万年,但农业仅有约一万年的发展历史。一万年前,地球走出历史上最后一次冰期,全球变暖,更适宜人类生存。增加的人口需要更多的食物。农业虽然远比采集、渔猎辛苦,食物多样性也不好,但是能够提供更多的食物,在同样的土地上养活更多的人口,因而在全球各地蓬勃发展起来。

农业的发展,彻底改变了人类作为地球某一物种存在的状态。人类开始大规模主动改变自然,将草原,森林,湿地都改造为农田,降低了地球的生物碳蓄积量,将大片森林变成二氧化碳排放到大气中。早在八千年前,地球温度的变化,便偏离了长期受太阳活动周期和地球轨道运动周期影响的规律,走出了至少四十多万年内第一次不同的发展趋势(虽然长期来看程度很小)。

农业一旦出现,文化,宗教,国家,科学,工业化,信息化,……,一切都变得不可避免。农业本身,也经过了开荒、耕作、轮作、畜力、水利、选种育种、机械化、……,等大量连续不断的技术革命,以及大规模的相关基础设施建设。地球上人口的发展曲线,就是农业的发展曲线,也基本是耕地面积的发展曲线。

农业依赖耕地(畜牧养殖业也需要大片草地)。大面积的耕种,必然导致大规模机械化,和大量化肥及杀虫剂的使用。为了保证大面积单一物种的高效生长,必须摧毁该地区的自然生态。对于人类的长远发展,这样的农业是不可持续的。在自然环境中发展农业,除了必然破坏原始生态,农业本身也受自然环境如各种自然灾害,不利气候条件的制约,因而必然低效。

下一代农业必然在人工完全控制的环境下发展。


现代农业的几个发展方向

自上世纪六十年代农业绿色革命以来,农业的大规模集约化,机械化,自动化仍然是非常重要的一个发展方向,即使采用传统露地种植。进入新世纪以来,信息化和智能化也是传统大规模集约种植的重要发展内容。

选种育种一直是农业研究的重要内容。今天的农业,无论是种植业还是养殖业,最新发展的技术是转基因。它可以更有效、更快速地培育新的种植养殖物种。但某些转基因技术的应用,还存在很大的争议,社会接受度不高。

城市农业,及其升级版,立体农业(vertical farming),可以解决城市居民食用新鲜绿色蔬菜水果的问题。它利用城市的小片耕地,花园,屋顶,等,培育快速生长,并且不适于远途运输和长期存放的新鲜果菜,以满足城市居民的需求。城市农业一般规模小,是爱好者或者社区行为,或者由一些小公司经营。其升级版,立体农业,是设施农业的立体化,但需要人工光照和主动控温,成本很高,消耗大量能源,目前还无法大规模推广。

一个立体农业种植工厂,照明的紫色来自于人工照明的红光和蓝光二极管(LED)生长灯

设施农业,或者叫植物工厂,高科技温室,就是在人工控制的环境中种植作物,但还是需要自然照明,因为人工照明的成本太高了。在高科技温室中,植物的所有生长要素都可控,而且一般都最优化。在这样的环境中,植物可以不间断地快速生长成熟。同样面积的一块土地,种植同样的作物,高科技温室的产量一般是露地种植的十倍到几十倍。

设施农业的初始建设成本较高,生产成本也要高一些,因为专业化程度高,设备也多。但是平均到产量上,生产成本并不比露地种植高多少。如果选择合适的自然环境,降低温室运行费用,生产成本甚至可以低于露地种植。

宽敞明亮整洁的自动化高科技温室内部

规模巨大的综合高科技温室

设施农业有一个重要的发展方向是结合可再生能源,主要是光电和风电,发展。光伏发电需要独占大片土地,而在大部分温室中,自然照明的阳光过剩。因为植物生长的光合作用有一个饱和极限,大约是光强每平方米100瓦,超过这个水平,植物不会长得更快,还可能需要消耗额外的水分降温。一般阳光直射的功率可以达到每平方米500到1000瓦,大部分光能植物无法利用,因此可以利用光伏板将多余的光转变为电能,从而综合利用土地资源。发的电可以用来驱动温室中的各种设备,也可以在夜间补光,延长作物生长时间。

农光互补温室

目前中国农业面临的问题

改革开放以来,中国农业经过多年的发展,可以说已经彻底解决了几千年没有解决的温饱问题,也就是粮食安全问题。但是也存在一些问题。

第一、中国的耕地面积有限。中国是个人口大国和农业大国,但是人均耕地面积只有世界平均水平的40%。中国还处在大规模城市化和工业化的过程中,耕地面积减少很难避免。

第二、中国的传统农业地区,如长江中下游,华南等,大量耕地无法集约化生产,因为耕地面积狭小,碎片化,大尺度上不平整。小块自然环境中的“嵌入式”耕地,与自然环境冲突严重,互相破坏。

第三、耕地基础地力偏低,农业生产过度依赖化肥。亩均化肥施用量是美国的2.6倍,欧盟的2.5倍。化肥施用不科学,没有根据土地营养状况施肥,利用率低。同时还造成自然环境污染,生态退化。

第四、传统农民数量剧降,年轻人不愿意种地,部分地区耕地撂荒严重。2016年,全国粮食产量出现13年来首次下降。种植面积和单产都下降了。

第五、传统农业区工作环境恶劣。长江中下游,华南,春季多雨潮湿,夏季高温闷热,劳动强度高,植物生长条件差,收成也不好。这些地区本来就不适合农业种植。“江南鱼米乡”,“湖广熟,天下足”,早已名不副实。从下面2015年各省市自治区人均粮食产量表中可以看出,养活中国城市人口的商品粮主要靠北方,如东三省,内蒙,新疆,等地提供,即使位于腹地的产粮大省,如河南,山东,安徽,也是传统意义的北方。

第六、农业现代化水平不高,与农业先进地区如欧美,以色列,日本等,有代际差距。各地推广的“现代农业”多数还是简单的塑料大棚,规模小,设施简陋,劳动强度大,无法机械化,自动化。

2015年全国分省市人均粮食产量。能调出粮食的省份都在北方。长江中下游各省,作为传统农作地区,如川,湘,鄂,赣,苏,云,等,勉强自饱。渝、贵、浙、桂,闽,粤,琼,粮食自给不足。


下一代农业

下一代农业是设施农业。目前在国际上农业发达国家,除了主粮以外,其它作物的种植正在逐渐转移到能够控制植物生长环境的高科技温室之中。

2017年中国政府关于农业供给侧改革的一号文件中,要求农业“优化产品产业结构、推行绿色生产方式、壮大新产业新业态、强化科技创新驱动、补齐农业农村短板、加大农村改革力度。”科技创新,推进农业生产的代次更迭,发展下一代农业应当是发展和创新的重点。

主粮由于播种面积广,已经大规模集约化,生产价值低,暂时可以在北方发展继续发展产业化种植。内蒙、新疆等地还有大片土地可以开发,可以保证一定时间的产量。暂时不需要转入设施农业生产。人工环境温室大规模发展起来之后,再逐渐进入温室培育。

高科技温室能够控制植物生长的所有要素,让植物在最优化的环境中生长,并且没有自然灾害,病虫害之类的问题,是有机种植。温室中作物的产量要高很多倍。对于一般的绿叶菜,如白菜,生菜等,全面环境控制的温室中,产量能够达到露地种植的三十多倍。西红柿,黄瓜,茄子,草莓等果菜,由于食用部分水分足,营养占比高,产量也能达到10到30倍。只有粮食作物要差一些,因为粮食作物的根茎叶不能利用,利用部分只有一季一熟的种子,但产量也能达到露地单季种植的六到十倍。

如果简单计算,全部在人工气候温室中发展所有的种植业,只需要目前全国耕地面积十分之一的温室就足够,也就是1.8亿亩,或1200万公顷,12万平方公里,中国领土面积的八十分之一,而不是现在的120万平方公里和八分之一。

人工气候控制温室的建造成本并不高。目前国内连栋玻璃温室的建造报价是每平米400元,折合每公顷400万元。建设面积越大,平均成本越低。即使考虑以后的自动化,由于很多设备可以在很大范围内共享,可以认为每平方米的成本在600元左右。这样全国全部温室的造价为600万x 1200万 = 72万亿人民币,大约相当于中国一年的GDP。如果能够彻底解决中国的农业和食品安全问题,完全不用考虑自然灾害和气候变化,72万亿的农业升级费用并不高。

温室存在一些可以利用的基本物理规律,如温度分层,光照强度分层,等。利用这些规律,温室可以提供各种植物生长环境,种植对环境需求不同的各种植物。比如中国传统医学中的药用植物,种类繁多,对生长环境要求各不相同,有的喜阳,有的喜阴,有的耐高寒,有的需暖湿,等等。许多药用植物的自然生长环境已经遭到破坏,难以保证需求。但可控制气候的温室能够满足各种植物的生长环境需求。因此,人工环境的下一代农业,不仅可以提高农业生产效率,保障粮食安全,提供绿色有机食品,还可以提供各种自然生态环境,培养多种食用药用及濒危植物。


为什么应当在高原地区发展下一代农业?

人工环境温室,除了较大的初始建造投入之外,生产成本也比较高。除了对人员的要求比较高,额外的设备运行维护的成本,如果自然气候不适宜,人工气候控制的成本,主要表达为耗能,非常高。

人工气候控制包括温度,湿度,光照,碳含量等。耗能多的部分主要在温度控制和人工光照方面(叫主动控温和主动照明)。欧洲,日本等地的温室,仅这两项的成本能占到总生产成本的三分之二甚至以上。

简单计算一下,可以知道为什么这两项耗能巨大。直射太阳光功率在大气层以上约每平方米1360瓦,地面最大约1000瓦,简单取一个小值,以600瓦计算,要将600瓦的热量排走,用空调至少需要200瓦。一公顷等于1万平方米,空调总功率为2兆瓦,假定一天运行10小时,每天需要2万度电。如果自然气候下,大面积高温,这些热量甚至无处可排。照明也是一样。我们说了植物光合作用的饱和光强是约每平方米100瓦,假定人工光照为每平米80瓦,用效率最高的高压钠灯,电光效率为40%,那么也是每平方米200瓦电能(LED目前能达到更高的效率,但还不能提供紫外线)。如果一公顷土地每年100天空调,100天补光,都以10小时计,这两项的成本就是200万元人民币(电费以0.5元一度计)。按照一般的温室产量,一公顷温室可产西红柿500吨,即50万公斤,每公斤的主动控温和照明成本就有4块钱,别的成本还有约2块钱。(还有一种降温方式是喷雾,但在湿度高的场合不适用。)

如果自然环境太冷,光照也不够,需要升温,也非常困难。因为温室为了透光,比较单薄,保温不是很好,利用燃烧,热泵,电热等方式升温成本很高。

如果自然条件适宜,不需要主动控温和照明,那么温室的生产成本可以降低三分之二。(从这里也可以看出为什么立体农业的成本非常高,它需要同时控温和照明,一年365天,每天24小时不间断。但实际操作中,降温能耗强度要低一些,采用LED照明后,总的照明耗能也要低一些。)

自然环境对温室的运行成本非常关键。除控温和光照外,有没有狂风暴雨、冰雹、高热、洪涝、等破坏性自然灾害,也很重要。温室面积大,结构不是很坚固,抵抗这些自然灾害的能力比较弱。

像中国西藏这样的地区,自然条件正好符合上面的所有要求。

首先高原的本底气温低,不存在环境高温,不需要主动降温。如果温室因为光照过强的原因温度过高,可以简单开窗通风,被动降温。

青藏高原光照充足,不需要对作物人工补光。

西藏的纬度不高,冬天的光照时间也比较长,并且由于光照充足,自然条件下,温度并不很低。温室中,只要封闭蓄热,温度能够很快上升。白天蓄积的热足以维持夜间防冻。夏天不热,冬天也不太冷。温室可以全年被动控温,生产成本极低。

西藏主要城市的每月的最高和最低气温。七月份最高只有20度左右,一月份也有几度

西藏的自然灾害也不严重。风灾雪灾只在局部,并且不容易成灾。雹灾在局部地区虽然很严重,但是西藏的雹灾因为海拔高,对流距离短,雹子颗粒小,对设施造不成危害。危害东南沿海最严重的台风,暴雨,在西藏没有自然条件形成。

危害农业生产最严重的因素之一,虫害,在西藏由于自然环境恶劣,紫外线强,昼夜温差大,本底温度低,难以形成和发展。西藏高原地区基本没有病虫害,但有鼠害。鼠害在温室设施中,是很容易控制的。

全国年均太阳能直接辐射总量,西藏是江南地区的两三倍甚至更高

除了上面说的一些优势,西藏发展下一代农业还有下面更多的优势:

第一,西藏可再生能源特别丰富,光能,风能,水能,地热能都是全国甚至全世界最丰富的地区。多余的光能风能水能可以利用起来形成产业,或者为温室补光,延长光照时间,也就是植物生长时间,将一年12个月变成15到18个月。

第二,西藏土地资源特别丰富,开发程度低,而且比较平整,便于大规模开发和自动化耕作。西藏国土面积有122万平方公里,其中农用地(主要是牧草地)近12亿亩,相当于80万平方公里,是替换全国所有耕地所需12万平方公里温室面积的6.7倍。

第三,西藏不缺水,湖泊众多,水资源丰富。下一代农业植物在温室内生长,同样产量需要的水量只有露地种植的十分之一。即使大规模开发,每年再生的水资源也绰绰有余。由于有雪山冰川融水供应,西藏的河流水量比较稳定,不会出现断流或者干旱。

第四,西藏昼夜温差大,便于夜间植物养分保持,提高产品的产量和品质。由于大气和云层的保温作用,海拔越高,大气越稀薄,云量越少,这一点越明显。

第五,近年来的数据显示,西藏气候是全球气候变化的收益者,降水增加,气温上升,都对下一代农业的开展有利。

高原地区,特别是西藏的缺点是,社会发展程度不够,基础设施不够完善,初期的建设成本相对偏高,人力资源也不足。西藏的地质不稳定,地震较多,不利于大型设施建设。气压低,空气稀薄,不利于人员露天工作。相对西藏在发展下一代农业方面的巨大优势,这些困难是可以克服的。


技术就绪程度与可行性

温室种植其实是一种古老的技术,近代温室种植也已经有两百多年的历史。早在上世纪初,比较接近现代温室形式的温室在欧美已经有相当的规模。截止到2015年底,除中国外,世界其它区域的蔬菜温室面积(含永久玻璃温室和塑料大棚),进入各国统计数字的,约有50万公顷。

经过长时间的实践,温室技术有了长足的发展。北欧的荷兰,英国等地温室农业比较发达。由于纬度高,冬季漫长,这些区域的温室需要人工增温和补光,耗能较高,自动化程度也较高。日本与欧洲类似,但一般温室规模较小,自动化程度高,多用水培,气培技术。加拿大,美国的温室总量不大,但自动化程度高。以色列,西班牙等是温室种植的后起之秀,其中以色列建国后就特别重视现代农业发展。它们在地中海沿岸高温、干旱、光照充足地区发展温室农业和滴灌农业。

西班牙南部的Almeria地区,本来是干旱高温的沙漠地区,年降水量只有200毫米。自上世纪80年代以来,开发了2.6万公顷(260平方公里)的温室大棚,成为欧洲最大最集中的温室农业区,一年产值约15亿欧元。

西班牙Almeria地区的温室大棚(照片来源:Yann Athus-Bertrand)


中国的温室面积据统计已经超过300万公顷,遥居世界第一。但主要是技术含量低的塑料大棚。玻璃大棚数量虽然也不少,但是基本没有自动化,工人劳动强度高。

因此,无论是国际还是国内,在现代温室农业方面已经积累了很多经验。不仅温室建设和运维已经相当成熟,适合温室培育的作物品种培育,温室培育技术等也有了很多成果。但目前为止,温室培育仍然以叶类,花卉,瓜果类植物为主,还有一些药用植物。

主粮种植,目前仍然采用上世纪六十年代绿色革命之后的种植模式,即大规模机械化生产。目前这一模式尚能提供充足的粮食供应,虽然对环境生态的破坏很严重,而且不能应对后面将讨论的极端气候变化。

在我国西部高原地区发展现代化温室农业,与目前国际上温室农业发展先进地区相比,有显著的自然环境优势。与荷兰,英国,加拿大相比,纬度低,光照充足,冬季气温高。与以色列,西班牙相比,降水充足,本底气温低,容易控温,病虫害难以发展。

但是,国内目前温室种植技术仍然和欧美日有代际差距,主要体现在自动化程度,营养控制精细度,品种培育等方面。温室的硬件建设方面,差距不大。国内高原地区,如云南,西藏,已经有较大规模的现代农业示范园,对温室种植有一定经验,下一步需要做的是补全技术短板。

温室设施建设和运行,是常规技术,如保温,透光,加湿,换气,保温换气,加碳,等,国内掌握相关技术的单位很多。但是要注意针对高原地区做适应性设计。材料选择上,要考虑强紫外光和较大的日温差变化的影响。

农光互补是一个重要的应用方向。相关技术国内应用已经比较成熟。

从可行性角度来说,如果开始的示范项目采用成熟技术和成熟培育品种,开始的时候不强调自动化,不强调规模,作一定的适应性方案设计,应该没有什么技术障碍。进一步的现代化,自动化,多功能化可以逐渐实现。

目前世界上已经存在的自动化技术,同样没有原则性的困难,可以直接引进或者自己研发。比如种植流程的自动化,育苗,定植,营养液配置,控温,控光,热量管理等。但打顶,固苗,采收等柔性自动化技术还需要进一步的研发,需要等待相关图像识别,柔性操作等机器人技术的发展。这方面的技术发展很快。

应该以自主研发为主,引进只能考虑独立设备或者作物品种,不要整套引进,那样会失去技术主导能力。


经济性分析

在西藏发展人工控制环境农业投入很大,尤其在开始的时候。那么经济上可行吗?

西红柿是现代温室种植最广泛的果菜。2016年西藏西红柿年均批发价为每公斤8.6元。温室种植发达国家的西红柿产量如荷兰,加拿大,每平方米每年产量可以达到70到80公斤。我们用每平米50公斤计算产量,那么一公顷大棚一年产量为50万公斤,产值为430万元。一公顷光伏温室大棚的建造成本约1000万元,由于能源自给,其它成本为每公斤2元,那么毛利润可达每公顷330万元,毛利率33%。即使按照全国年度平均批发价每公斤5元,每年仍有150万元毛利,毛利率为15%,仍然是非常不错的收益。玻璃光伏大棚的设计使用年限为25到30年,平均7年内可以收回投资。

长期来看,随着大鹏建设规模化,建设成本应该缓慢降低,自动化,智能化也会逐渐实现,纯劳动人力成本会下降,总生产成本将逐渐下降。发展到一定规模后,由于可控环境农业的高产量,主粮种植也会变得有利可图。

发展到一定规模之后,光伏组件发的电可以并网出售。一公顷为1万平米,其中至少6000平米可以用来发电,每平米每年发电约240度,一年发电144万度。假定出售100万度,还可以得到约50万元的收入。大棚的经济性还会显著提高。

再考虑国家的农业安全,粮食安全,可再生能源,环境保护,不发达地区开发,边防,输血变造血,周边经济影响能力等因素,高原可控环境农业经济效益,综合效益都非常大。


以色列现代农业发展经验

以色列土地狭小,所处地区干旱高温,不是传统种植地区。国土以沙漠半沙漠为主,光照充足。以色列建国后,非常重视农业生产,为了在自然条件恶劣的国土上发展农业,一开始就非常重视农业科技的发展。

以色列人均水资源只有200多立方米,远低于中国。为了解决缺水问题,以色列非常重视节水,并发展了海水淡化。目前以色列用水供应富余。

为了解决高温地区蒸发量过大的问题,率先开发了滴灌技术,并大规模推广。再加上其它一些技术,建国后,在单位土地耗水不变的条件下,单产提高了12倍。

以色列传统耕地面积狭小。滴灌技术发展起来后,大规模改造沙漠,扩大种植面积,耕地面积大幅增加。

以色列的各种农业技术,主要是自主发展出来的,但也特别注意与其它地区的交流。以色列现在是一个在沙漠上建立的农业出口大国,农产品出口额占国民生产总值的9%。

如果都达到以色列的农业发展水平,全世界能够养活的人口还可以增加两倍。

以色列发展农业的具体做法,与其地理自然环境密切相关,其它地区照搬照抄不一定可行。值得借鉴的是她对农业的重视和持续不断的研究改进。


西藏发展下一代农业的更多意义

由于历史和地理的原因,西藏社会发展程度还比较低,经济发展长期需要内地援助。虽然自然资源丰富,但是尚未找到适合本地发展的优势产业,或者没有竞争力。

为了可持续发展,保障粮食安全,下一代人工控制环境农业的发展不可避免。在西藏发展下一代农业有独特的地理气候优势,下一代农业完全可以发展成西藏的优势产业。西藏同样拥有非常丰富的可再生能源,结合下一代农业的发展,太阳能,风能,水能,地热等可再生能源也可以大规模开发,从而将西藏发展为中国的农业和可再生能源基地。

西藏拥有足够的土地资源开发足够的温室,能够替换东部全部的耕地,改善东部的生态和生存环境。

西藏也拥有足够的可再生能源资源,替换中国全部燃煤电站。

简单做个计算:

西藏太阳能资源超过每平方米1200千瓦时。按照20%的光伏电池效率,每平米一年可以提供240度电,扣掉逆变,传输等损耗,至少可以达到200度。结合12万平方公里温室大棚开发5万平方公里的农光互补光伏板,一年可发电10万亿度,而2016年全国用电量不到6万亿度。

中国巨大的水电装机可以成为不稳定光伏电能的自然调节器。也就是说,有水电调节的条件下(中国每年的水电技术可行开发量有3万亿度),只用西藏的光电就可以满足全中国很长时间以后的电力需求。

风电也有很大的资源量。

当种植发展起来之后,可以发展基于秸秆消耗的一些工业和养殖业(机械和微生物处理后的秸秆可以用来支持养殖业发展),养殖业和种植业可以互补,构成生态循环。现在的城市农业就有利用养鱼和种植互补发展的。

种植,养殖,可再生能源,等产业的大规模发展需要基础设施,需要人口。相关产业和消费市场也会发展起来。人口增加以后,为了提高高原地区的生活质量,可以采用封闭生存环境的三维城市技术,让高原变得适合普通人群生存,从而彻底改变高原地区的社会发展水平。

地球的气候长期在一些极端状态间变换。我们目前生活在比较少见的温暖时期。根据南极冰芯数据,上一次冰期之后的一万年内,地球气温非常稳定,这在历史上是很少见的。前三次温暖期只有三、四千年,便很快回到冰期。本次温暖期已经超长,迅速变冷的可能性很大,但由于人类活动的影响,再变暖的可能性也不小。无论如何变化,从历史纪录上看,这一过程很快,在百年甚至更短时间内就会发生,变化幅度也很大,足以对未来人类的生存构成重大挑战。

变暖会导致海平面升高,极端天气频发。地球历史上曾经多次两极冰盖消失,这种条件下,海平面会上升60以上,整个长江中下游(上到武汉),整个华北平原,珠三角,都会成为海洋。冰期到来,海平面会下降200米,中高纬度大陆被上千米高的冰川覆盖,历史上也有很长时间全球冰冻。

42万年内地球气温和大气二氧化碳含量变化。蓝线是气温,数值在左边,圆圈是二氧化碳含量,数值在右边。2015年大气二氧化碳含量已经超过400,超出了上图的显示范围。历史上,气温在目前的位置上,不是快速上升就是快速下降。


气候变化对现有农业生产模式构成巨大冲击。很近的历史上,由于火山爆发等原因引起的气候变化,粮食大量减产,导致人类社会巨大动荡。农业绿色革命采用的各种技术,极大提高世界粮食产量,但并不能应对气候剧烈变化。人类历史上,温饱稳定是短暂的,动荡不安才是常态。由于农业在维持人类社会生存中的极端重要性,保证农业在极端气候条件下的稳定生产,攸关人类存亡。

下一代农业是人工环境农业,只要存在足够的光照,就可以维持稳定生产。极端条件下,也可以利用人工光照维持一定规模的生产。高原地区,受大气环流,气候变化的影响也远比沿海和低海拔平原地区小,考虑地球气候的复杂多变,高原地区的人工环境农业,结合大规模可再生能源利用,完全可以称为农业发展甚至人类生存的千年大计,万年大计。


说明:本文的一个编辑修改后版本发于微信公众号“环球科学ScientificAmerican”上4月22号的推送上。这里就反馈的几个问题回答如下:

1、西藏发展问题:

很多人对西藏有特殊的情节,希望西藏能够保持原貌,“原生态”,谁都不准动。藏民就应该转山奉献磕长头,发展就是破坏。保持中世纪的原始风貌最好。很多国际人士,文化人士这一情节尤其强烈。

本人希望西藏能够跟世界上别的地区一样现代化。认为这一代磕长头的结果不是下辈子或下一代富贵,而是下一代或下辈子(如果有的话)乃至世世代代,子子孙孙继续蓬头垢面磕长头。

西藏人民有发展的权利。

2、西藏环境脆弱问题:

西藏自然条件恶劣,自然生态贫瘠。去过西藏的人,看过西藏高原大尺度照片的人,都知道,西藏只有很少的地方水草丰美,生态丰富。绝大部分地区干旱贫瘠。在本来干旱贫瘠地区发展封闭的现代化温室农业对环境的影响正面意义远大于负面意义。比如,拉萨河谷已经有大量农田,还有很多荒地。把这些土地改造为工作环境良好,产量高,可种植品种丰富,作物品质高的现代化温室,不但不会破坏环境,还因为减少了耕作面积,不直接向土地施用化肥和农药,而减少环境污染。

由于现代温室的高生产力,简单计算,可以以一比十的置换比让东部,南部的大量“镶嵌”在自然环境和人居环境中的碎片耕地回归自然。这类“镶嵌式”耕地的农业生产于自然环境相互伤害。作物被自然环境中的昆虫,鸟类,野兽破坏,人类保护作物就必须伤害自然。这些碎片土地的耕作本来低效,无法自动化,退耕还林是最好的选择。让自然条件优越的地方恢复自然,尽少利用少量最贫瘠的土地发展农业是最大的环境保护,而不是相反。

拙著《下一次革命》的中心思想就是隔离人类和自然,利用自然生态最贫瘠的土地发展农业,封闭人类生存环境,将自然与人类之间的互相伤害降到最低。高原农业只是其中的一个部分。

3、知乎文章文洛温室成本问题:

有老朋友给我一篇知乎文章“文洛式温室在中国为什么就是不行”,主要观点是高科技温室的性价比太低,在中国水土不服。我的回答是:

任何技术刚开始的时候性价比都低。

温室设计跟当地气候水文环境密切相关,直接引进本来就有很大风险。

文洛温室斗不过低成本塑料大棚,一是因为现在对产量的要求还很低,二是现在还有很多能吃苦耐劳的农民。塑料大棚工作强度高,环境恶劣,无法自动化,不能指望一代代农民继续在这种环境下低效工作,就像不能指望那些壮观的梯田会有一代代农民永远耕作一样。愿意和能够以传统方式耕作的农民也越来越少了。

4、当地土壤肥力问题:

现代温室不用当地土壤,只用用少量专门生产的培植土,或用无土栽培。生产过程中,营养回收循环,不用化学杀虫剂、除草剂,对环境没有影响。拉萨河谷有大量农田,温室化可以大幅提高产量,增加作物品种,提高作物品质,减少环境污染。


本文的PDF版本(有修改):

农业千年大计.pdf


下面链接是我做的一个讲解视频和收集的一些视频剪辑(微信不让打开视频链接,要用浏览器打开):

讲解视频youtube

塑料大棚与现代温室大棚的差别视频剪辑youtube




http://blog.sciencenet.cn/blog-268546-1050649.html

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