吴信分享 http://blog.sciencenet.cn/u/吴信 中科院亚热带所

博文

[转载]大农业系统工程——读张沁文和钱学森“农业系统工程”有感

已有 4160 次阅读 2010-2-18 21:03 |个人分类:改革创新|系统分类:科研笔记|关键词:农业,系统工程,钱学森,新农村建设| 农业, 钱学森, 新农村建设, 系统工程 |文章来源:转载

在中国,很少有一位科学家能取得如此卓越的专业成就,同时其命运与政治、民族、时代有如此紧密的联系,更鲜有一位科学家,如此广泛地涉猎如此广泛的领域。在中国,钱学森身体力行地诠释了什么是科学家,什么是科学精神,那就是对这个世界永远充满好奇与探索,不为自己设置任何禁区。

功成名就的钱学森着迷于以他从航天技术的实践中提炼出来的系统科学的方法,去解读社会和自然科学领域形形色色的问题。钱学森的系统科学观总能被应用到不同领域而推出新的理论。对我国农业的发展,他和年轻学者张沁文于1980年提出了农业系统工程理论,全面系统...发展大农业是钱学森用系统科学和系统工程理论指导我国农业发展的一个重要思想。农业是一个巨大而复杂的系统。一旦农业系统工程用到知识密集的农业产业、林业产业、草业产业、海业产业、沙业产业,定会大显身手,不但体系的组织,而且在日常生产调度上,都会显示其威力。钱学森提出的大农业的概念,不仅包括传统的农林牧副渔,还包括虫业(即养蜂、养蚕、养蚯蚓等) 、微生物业(即利用微生物发酵搞沼气、生产饲料、生产蛋白质等)。这为我国的农业现代化建设提供了重要的指导意义,对于新农村建设都有所预见——“理想新农村的雏型”。如果说过去的近三十年中,农村按照他们的设想去发展的话,那么我们农业取得的成就将会超前,三农问题不会这么困难。

 以下 摘自《钱学森特色数据库》 

农业系统工程

张沁文 钱学森

今天这一讲的题目是农业系统工程,也就是系统工程在社会主义大农业中的应用。

    在讲具体内容之前,我们首先要把农业系统工程的词义搞清。有那么一种学科归类方法,把农业系统工程归在农业工程学范围内,是否合适呢?我们认为是不对的。在前面几讲,我们已经说明系统工程有它特有的学科理论基础,总称为系统科学,而系统科学是一个独立的体系,在系统工程改造客观世界的实践中,将提炼出专门研究系统购基础科学以及从这一类基础科学出发,结合其它基础科学;形成一系列研究系统共性问题的技术科学,而直接搞改造客观世界的学问就是各门系统工程。所以,各门系统工程在其学科归属上,只能理解为系统科学体系中的一个专业,一个分支,不能和其它工程学科混为一谈。农业工程学是搞技术手段的,可以说是硬科学。而农业系统工程是研究组织管理的,是既搞技术手段,又搞组织管理,既有硬科学,又有软科学的工程技术,性质和农业工程学有所不同。

                                    一

    我们首先讲讲什么叫农业系统。

    农业是一个巨大而复杂的系统,这大家不会有什么异议。习惯上我们就有这么个叫法:农业系统或农林系统。但是为什么在农业生产中要应用系统工程呢?

    首先,我们来讲什么是农业?农业就是利用太阳光的能量,通过生物转化,生产人们需要的东西,即人们所需要的食物、工业原料和生物能源(如有机质发酵搞沼气、薪炭林);又通过生物本身的存在(如森林、草地),改造自然,创造一个人类和生物本身所需要的理想的环境。这就是农业的定义。

    农业的范围很广阔,它究竟包括哪些内容呢?我们认为,除了传统的农林牧副渔而外,现代农业还要加上虫业和徽生物业。这就是说,广义的农业座包括以下内容:

    农业指种植业,即狭义的农业,分为粮食作物和经济作物两大类,包括粮、棉、油、麻、糖、莱、烟、药、杂。。。。。。等;

    林业,分为用树林、经济林、薪炭林、防护林、水上保持林等;

    牧业:包括中、羊、猪、兔、马、驴、骡等;

    禽业:包括鸡、鸭、鹅、火鸡等;

    渔业:习惯称为渔业,其实应包括许多水产养殖,如虾、蛀、珍珠、牡顾、海带、紫菜、莲藕、菱角、芦苇以及水生饲料等;

    虫业,包括养蜂、养蚕、养蚯蚓(松土、肥田及喂猪、喂鸡、喂鱼)t养蝇蛆(喂鱼)、养赤眼蜂(以虫治虫)

    微生物业;利用微生物发酵搞沼气、生产饲料、生产蛋白质以至直接生产食物搞生物农药、菌肥以及利用徽生物改良土壤等;

    副业,主要是指用上述备业产品为原料的加工生产项目,如编织、淀粉、豆制品、手工艺品等。

    随着现代科学技术广泛地应用在农业生产的实践,我国农村生产活动的范围将越来越广阔,除了上面讲的各个行业之外,还有工业,即小型工业。农村大农业生产的综合化程度也越来越高,这是达到充分利用光、热、水、气、土、生物、徽生物资源,生产人类所需要的日益增多的物质财富的必然趋势。我国现在已有不少这方面成功的经验;而从世界其他国家农业走过的曲折道路来看,我国农业现代化必须走全面发展、综合利用这条路。从全局看是如此。从一个大队、一个生产队来看也是如此。一个大队、一个生产队的生产范围当然没有这样广阔,但是在他那个具体系件下,也完全可能在生产的深度和广度上大做文章,实行综合利用,全面发展。只有综合利用,全面发展,才能充分利用太阳光能,经济合理地利用有机物质。例如我国传统的间作套种、玉米、高梁和矮杆的豆类作物间作、棉麦套种,都可以提高对光能的利用率。叉奶利用秸杆喂牛、喂牲畜,中粪种蘑菇,各种畜粪搞沼气,有机肥归田,最经济合理地利用了有机物质。综合利用,全面发展,能充分发挥人力优势。我国农村劳动力多,是向生产的深度和广度进军的一大有利条件。随着现代科学技术在农业生产中广泛应用和劳动生产率的提高,多余出劳动力和不断开辟新的生产门路,相辅相成相适应,是一种良性循环。特别是大力发展社队企业,走农工商一体化的道路,农村社队建成综合企业,把生产、加工、贬存、运输、销售组成一条龙,是充分安排劳动力,发展农村经济的一条康庄大道。这样做,我们就不会象世界上一些经济发达国家那样把农村人口大量引到城市中去,从而破坏农村;我们要相反,在农村就地建设现代化的生产和居住中心,使所有山乡、农庄和渔村都变成工业化、园林化、高度有文化的新型小城镇。江苏省江阴县华士公社华西大队可以说是这种理想新农村的雏型。

    另一方面,我们还要利用生物来改造自然,创造一个人类和生物本身所需要的环境。人、生物、环境三者关系,人是主宰一切的。人类本身需要有一个优美的生存环境。同时,从发展生产的需要来说,为了提高生物产品,人也要能动地夫改造生物,改造环境。要在大力发展生产的同时,不断改善环境,不能盲目毁林开荒、垦草种粮、掠夺土壤、破坏水源、毒化空气、污染环境。那样干,等于是竭泽而渔、杀鸡取卵,环境质量越来越差,生产水平越来越低,破坏生态乎衡,导致恶性循环,造孽子孙,购害后代,我们将成为历史的罪人,是决计要不得的。我们对自然资源、自然环境要大力开发、利用,积极治理、改造,要发展林业,保护草原,培肥土壤,涵养水源,净化空气,改善环境,要使地越种越肥,产量越来越高,环境质量越来越好,形成良性循环,创造一个合理的、高效能的、人类所需要的理想的生态系统。

    很明显,我们搞农业,就是实现两个长远目标:创造更多的人类所需要的东西,经营管理好一个庞大而复杂的生产系统;不断改善环境,创造人所需要的生态系统。这两个目标是一致的,高产需有良好的自然环境,良好的生态系统必能高产。归根结底,还是一个目标,就是我们要改变自然界的系统,创造出一个人所要的生态系统。这正是通统工程所特能解决的问题。

    现在我们来讲讲农业系统工程要达到的目的是什么。

    在现代农业的组织管理中应用系统工程,能在创造人所要的高效能的生态系统中找到最佳的发展过程;达到最优的综合效果。这就要全面地处理好农业这个系统中各个组成部分之间以及系统整体和组成部分之间鲍协调配合关系,改变部门之间各行其是、互不协调甚至互相扯皮的现象。互相扯皮,在农业系统中是普遍的、经常的。这不单单是工作方法和工作作风的问题,是有它的久远历史原因。我国有两千年历史的封建社会嘛!

    农业系统工程就要从科学技术上克服从某一部门着眼、从单一目标出发、从单一因子考虑问题的弊端,这就要求我们正确处理系统购复杂的空间结构和复杂的时间结构。农业生产系统,从空间上来说,是由各业组成的一个有机整体,在布局和结合上,经纬交叉,错纵复杂;从时间上来说,是由若干阶段组成的一个时期,在进程和顺序上,渗透往返,盘旋曲折。所以,我们既要协调系统整体和农林牧等各业的关系和各业之间的关系,又要注意全过程中阶段的划分和阶段之间的衔接。关于阶段划分和衔接问题,我们在后面再讲。这里先讲系统整体和备业的关系以及各业之间的关系协调,也就是综合平衡。

    首先,农业大系统要讲综合平衡。就是要对农、林、牧、禽、渔、虫、微、副、工等各业在整体中的作用和相互关系,通过分析,作出定量反映,如各业在总土地中占用土地的比例,即占地构成,各业在经济总收入中占有的比例,即经济构成和各业在使用的人力物力资金等总投人中占有的比例,即投入构成,它们各别的构成和综合指数,都应该通过计算分析用数量表示出来,使我们能在计划协调中凭借数字依据炸出综合平衡的安排。要求在投入方面有恰当的分配,经济收入有合理的构成,占用土地有合适的比例,使各业全面发展,互相促进。同时,要特别注意到,和工业、国防等部门不同,农业生产系统的各个部分之间,还有其生态学上的有机联系。农林牧等各业和环境之间以及各业之间都有着互相促进、互相制约的关系。所以要求我们从动态平衡的观点出发,分析搞清各业之间的关系,在这种复杂的有机联系中找到具有决定意义的关键,趋利避害,采取措施,在发展中协调它们之间的关系,达到一个高水平的生态平衡。这种用全局一盘棋的观点,分析系统,依据判断力,协调平衡的传统方法,虽无数理统计依据,但在系统工程中仍是必不可少的。

    其次,在备分系统和生产技术中,也要讲综合平衡。例如,生物生产条件平衡,是农业生产中一个带根本性的观点。农业生产主要就是利用太阳光的能量,通过生物转化为人所要的东西。影响生物产量的因素是光、热、水、气、土。生物生产干物质的多少,一方面决定于太阳光能的多少,即日照时数和光照强度等;决定于农作物本身的同化能力。另一方面,决定于生物转化所需要的原料,主要是土壤中的营养元素、水分和空气中的二氧化碳。目前的农业生产,光能利用率很低。主要原因是生物生产原料短线:在低产条件下,土壤中肥水不足,限制了叶面积的发展。农作物生产的干物质,百分之九十至九十五是由光合作用通过碳索同化过程所构成。百分之五至十通过吸收土壤养份构成。在叶面积不足的条件下,绝不会高产。只有改善了土壤肥水供应,使叶面积充分发展到适当的程度,并维持正常的功能,光合作用所形成的同化产物才能增加。在谋求高产目标时,除了土壤中肥水不足外,空气中的二氧化碳不足也是一个重要限制因素。据计算,作物生长盛期,每日每平方厘米叶面积生产三十毫克干物质,约需二氧化碳二十九毫克。农田土壤每日只能供给一至十毫克,其余部分从大气中获得。标准情况下,每升大气每日可供二氧化碳六毫克,如供给作物每平方厘米叶面积每日需要的二氧化碳,则要消耗五十米空气柱中所有的二氧化碳。而且上空部分的二氧化碳对流至地面被昨面吸收,需要有一个湍流扩散运动过程,而作物层内这种扩散传递运动很差,二氧化碳扩散效率狠低。因此,除了工厂化农业的无土栽培外,提高农作物产量的主要手段是培育肥沃的土壤。有机质含量丰富,微生物活动旺盛的土壤,能稳定地满足供应农作物所需要的营养元素和水分,并在微生物分解有机质的过程中,源源释放二氧化碳,这也就是补长了生物生产原料的短线。当然,另一方面,也要培育具有强大同化功能的优良品种,那是长远目标。我们有些地区忽视了土地贫瘠的实际情况,在耕作制上过分注重提高复种指数,所谓三种三收等,一味在提高光能利用串上打算盘,不注意养地,是抓了长线,松了短线。这和国民经济综合平衡中盲目搞所谓长线平衡,犯的同一类病,效果是不好的。另一方面农业系统工程还要正确处理多目标结构。农业系统建设总的目标是两个,创造更多的物产和改善生态环境。各个组成部分,还有具体的目标,如农业中的高产、优质、养地、防止水土流失等;林业中的森林覆盖率、出材率、林相景观、防护效益、经济收益等,这些总目标和具体目标,类型和性质不同,有的还是互相矛盾的,形成一个复杂的结构。处理这个多目标结构,要从全局和长远利益出发,兼顾局部和眼前利益,并考虑实施中的技术经济指标如投资、质量、速度等,建立一个多级结构的指标体系,作出计量反映,进行综合评价和协调。从单一目标出发决断,于长远,于全局利益是有害的。西北黄土高原,过去单打一抓粮食,造成了生态性灾难,结果粮食也没有搞上去。现在有一种主张,走另一个极端,片面强调解决生态问题,面轻视当前生产和群众生活,也是不可取的。

    最后,农业系统工程还要正确处理多因子相关。在农业生产中,田间管理是贸穿在作物生育过程中充分发挥人的能动作用的一系列技术措施。科学的田间管理,要根据土壤、农作物生长发育、气候变化等情况决定措施,例如施肥的种类、方法和数量,灌溉的时间、方式和水量等等,都是受许多因子影响的。找到这许多多因子和作业之间的关系,是合理施肥和合理灌溉的必要依据,这就要用电子计算机来处理许多单因子相关和复合因子的数据。如在国外,分析一万一千五百个单因子相关和综合因子数据,得出蒸腾量与平均气温、平均空气湿度相关的结论,为灌溉用水量提供了依据。对肥料成份、施肥量、施肥日期及灌溉方法与肥效的相关性进行数据处理,选择最好的施肥方案。

    在农业生产中应用系统工程,首先要掌握农业本身的规律,这就是农事学。农事学是研究农业生产中矛盾运动变化规律、研究农业生产指导策略的一门新生学科。现在就讲讲农事学。为了说明问题,运用类比的方法是有意义的。去中十月举行的一次系统工程学术会议上,许国志同志指出:不同事物、不同过程的规律,通过精确的数学处理,从理论上发现其相似性。这个相似性难道不会引出更深刻的、潜在的具有普遍意义的新概念吗?而农事学和军事科学,正是研究农业和军事两个领域具体规律的学科。我们习惯所讲的军事科学,包括着两个研究范畴,一个是研究武器装备、军事技术手段,即研究的;另一个是研究兵力的部署调动,打仗的运筹指挥,研究战争指导规律,即研究的。农事学与军事科学在这一点上具有相同的特征,也包括两个研究范畴:一个是研究作物、土壤、肥料、农机、农药和农业技术手段,即研究的;一个是研究农业生产指导规律,即研究的。研究的,就是硬科学;研究的,就可以称作为软科学

    事物总是联系在一起的,研究的科学也是相联的。实现农业现代化,耍加速发展农业科学技术,同时,研究农业生产指导规律也很重要,这是不可分割的.那么农事学的具体内容是那几个方面呢?现在我们来分析一下:

    农事学的第一个方面是分析矛盾,根据矛盾的轻重缓急决定技术手段、措施的投入量。我国的农业现代化,是在继承几千年农业遗产和二十多年社会主义集体所有制农业生产的基础上起步的。和新建一项大型工程或新实施一项大型科研任务不一样,一个地区的农业发展,要以当地农业现状为出发点,一步一个脚印前进i要根据原有的技术状况,逐步采用新技术取代老习惯,逐步改良农作物品种,改变农业生产条件,改革耕作栽培技术。这是一个技术改革和设备更新的过程,而不是在荡无人烟的沃野上新建一座现代化农场,不是平地起高楼。所以,要根据目前农业生产的情况,分析矛盾,找出妨碍农业生产发展的障碍因子,针对性的采用现代科学技术手段来排除障碍因子。在一个时期内,可能有许多障碍因子,所以要采取许多技术手段。这些技术手段,是互相影响、互相起作用而不可分割的。但它们对排除障碍、发展生产的作用有大有小,重要性不同。那么,能不能作出定量分析呢7开始时我们只能根据直观、判断来区别他们的重要性,很难直接作出定量分析。但是,却能通过投入统筹从反证中得到定量的反映。假如,在一个时期中,用于农业生产各项技术措施上的组合,我们叫它为配伍模型。这好比中医辩证论治中的一付中药方剂。一个病人请中医看病,经过诊断,医师给开个方,有几味药,这好比我们在一个时期中的几项技术手段。中药的方剂,每一味药有一定购用量,所谓君臣佐使,就是主药、副药和辅佐药。例如,有一个常用方剂小承气汤,由大黄四钱、根实三枚、厚朴三钱组成,主要作用是泻火、通便,治疗胃肠实热、大便燥结。同样这三味药,把用量变为厚朴八钱、枫实五枚、大黄四钱,就成了厚朴三物汤,主要作用是行气除满,治疗气滞腹满。疗效就不一样了。我们搞农业基本建设,搞农业生产,在一个时期中采取的一些技术手段和措施,如建设基本农田、造林、种草、水土保持、改良土壤、修水库、搞喷灌、养猪、养家畜积肥,等等,也要有定量。假如没有定量,分不清这些措施哪个是主要的,哪些是次要的、一般的,等于是一付没有剂量的药方,就治不了病。假如定量不对头,也不能对症治病。所以,指导农业生产,耍分析农业生产中的矛盾,如农作物生长发育和土壤贫瘠的矛盾,和土地盐碱化、雨量稀少、气温低、无霜期短、日照不充分、杂草竞争、病虫危害、风沙雹洪等自然灾害的矛盾,还有人们的需要和农作物本身生物学、经济学特性的矛盾,等等。在这些矛盾中,找出主要矛盾,区别次要矛盾和一般矛盾,从而决定我们解决这些矛盾所要采取的各项技术手段、措施的投入量,开出一付能对症治病的方剂。最关键的问题,是要集中力量狠抓解决主要矛盾的那一项技术措施,也就是千方百计缩短统筹法中称之为关键工序的时间,就能加速主要矛盾的转化,促使提前结束一个阶段,提早进入一个与之衔接的后继阶段,从而大大缩短整个发展进程。

    农事学的第二个方面是分析过程,寻求改造自然发展农业生产的最佳途径。我们在前面谈到农业生产系统从时间上采说是由若干阶段组成的一个时期。农业生产要不断发展,它的过程是永无止境的。诚然,我们无法预见太远的将来,但也能够实事求是地分析预测今后一个时期的发展过程。情况可能是这样的:随着时间的推移,我们所要解决的妨碍农业生产发展的主要矛盾开始是甲;而后,乙成了主要矛盾;再后丙又上升为主要矛盾。这是一个主要矛盾演变发展的过程。另外,可能有某一项技术措施要在先完成另一项技术措施之后,才能施行,在计划协调技术中叫流程特性,这是一个简单的顺序变化过程。这两种过程交织在一起,使农业生产的发展过程十分十分曲折复杂。但是,无论这个过程多么复杂,它有一根主要矛盾线,我们围绕这根主要矛盾线来考察问题。当我们正确分析每个阶段的矛盾,抓住主要矛盾,集中力量去解决这个主要矛盾时,情形就会发生变化:这个主要矛盾解决了(更确切地说,这个主要矛盾被转化为次要矛盾)7农业生产便发展到一个新的水平,进入一个新的阶段。在这个新阶段中,又有妨碍农业生产向高水平发展的主要矛盾,我们又必须集中力量解决这个主要矛盾。于是,情形又发生了变化:这个主要矛盾又被解决了,农业生产又发展到一个新的水平,进入一个新的阶段。在这个新阶段中,又有妨碍农业生产向更高水平发展的主要矛盾,我们又必须去抓这个主要矛盾。发展农业生产的过程,就是我们用现代科学技术解决妨碍农业生产发展的矛盾的过程。在这个过程中,情形都不同,形成了各个不同的发展阶段。这种发展阶段,是由主要矛盾的转化而随之推移的。一个阶段有一个阶段的主要矛盾,所以,每个阶段解决主要矛盾的技术手段不同,同时其它各项措施的地位可能也有变化,所以,每个阶段的配伍模型都不同。也就是说,一个阶段有一个阶段的药方

    显然,如果我们掌握了这种阶段演变的顺序特征,就可以按照过程演变的客观规律,一个阶段一个阶段地按步就班,顺序推进,可望取得顺水行舟,势如破竹的良好效果。总之,我们指导农业生产,认真寻求农业发展中身固有的顺序特性,依次一个阶段一个阶段的推进,避免曲折迂回,走一条改造自然,发展生产的最佳捷径,是能够做到的。这就要求我们深刻掌握与农业生产密切有关的生物学、生态学的规律,掌握各个地区的自然,经济特点和当前生产情况,依据这些规律和情况进行系统的分析和综合计划。

    在今天这一讲,我们最后说说我们设想中的农业体制结构。

    农业系统工程是强调实践的,是研究农业系统合理组建、最佳运行的一门实践工程。它是工程技术,只能在适当的社会制度和国家体制下发挥作用,建立这种制度和体制是生产关系和上层建筑的问题,是系统工程的前提。没有这个前提,系统工程再好也无能为力。我国是一个伟大的社会主义国家,国民经济建设有计划按比例发展,国家各级部门的组织是严密一体的,系统工程大有用武之天地。当前,加速发展农业,耍认真落实党的十一届三中全会以来党中央有关发展农业采取的一系列政策措施和经济措施,充分调动广大农民的社会主义积极性,这是首要的条件,是农业系统工程的前提。

    我国幅员辽阔,农业资源丰富,全国可以成为一个完整的自给体系。农业生产系统购分级,以系统工程的观点看,基层是公社,这样就是五级制:公社、县、地区、省、全国。这整个体系就是控制论里面的五级巨系统。在这五级巨系统中,省以下的每一级,都是上一级大系统中的分系统,同时本级都有自己条条和块块的分系统。

    每一级的条条分系统,即同级的农业、林业、畜牧、水利、水土保持、水产、农机、气象、社队企业等部门都是全局中的十个局部,它们之间互相促进,互相制约,有机地联系在一起,是组成这一级系统整体的不可分割的部分。所以,这一级的总体部门对条条分系统要综合统管,协调系统整体和分系统之间以及分系统之问的关系。

    每一级的块块分系统,则是下一级的行政经济单元。同级的块与块之间,没有必然的有机联系,是相互不依存丽独立的整体。一个生产大队,要在完成国家计划规定购指标任务同时,充分利用大队的资源,广开门路,增加生产,提高收入,创造最大最高的绩效。它不予别的大队的事。大队之间,一般是互不相干、互不影响的。在涉及大队之间关系的农业基本建设工程、上下游用水分配等问题上,要依靠公社来协调解决大队之间的矛盾。同时,公社与大队之间的上下级关系中也有矛盾需要协调。公社和公社有矛盾,要靠县来协调,同时县与公社之间也有矛盾需要协调。这是多级系统的特点。如农产品征购任务的承姐,国家支持地方发展的投资使用,化肥,机械等物资的分配,大型农业基本建设的施工等,要做到合理负担,共同受益,以求得全局的最好综合效果。全国范围的综合平衡和协调,则要通过国家计划和制订一系列经济政策、技术政策来实现;在这当中要使用运筹学的理论和电子计算机这个工具。整个工作的目标就是早日实现我国农业的中国式的社会主义现代化。在实践中我们也将建立起农业系统工程和农事学这两门新学问。

    本文是张沁文同志 1980年在中央电视台系统工程讲座的讲稿,原载中国科协普及部《系统工程普及讲座汇编》()



http://blog.sciencenet.cn/blog-57986-295910.html

上一篇:[转载]回顾“蒲慕明、吴瑞:什么制约了中国科研发展”
下一篇:[转载]千里之外的湖南台湾等南方也出现浮尘天气

0

发表评论 评论 (0 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备14006957 )

GMT+8, 2019-10-23 20:46

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部