【摘要】：基于分析20世纪后期,世界农业发生的重大变化及由此引起的全球环境恶化等问题,本文着重论述了2l世纪农业及农业工程科学技术发展的趋势与特点｡说明持续农业是世界农业发展的总趋势｡依照世界农业､农业工程科学技术发展的态势,根据我国的国情及适合我国国情的现代化农业发展道路,阐述了我国农业及农业工程科学技术发展的目标与方向｡
【关键词】：农业工程 持续农业 设施农业生物科学
1 21世纪世界农业发展的趋势
1.1 农业仍是世界各国及国际组织所关注的热点
    20世纪世界农业取得了令人瞩目的成就,但农业落后的状况并末从根本上解决,亚洲､南美､非洲的粮食仍严重不足,世界仍有10亿人口处在营养不良状况｡农业相对落后的状态在短时期内还难以彻底消除,尤其是在本世纪后半期,由于世界农业在高速发展而引起的农业水土流失､生态环境恶化,使人类面临环境､资源､能源､人口和食物的多重压力,生存和发展问题已经引起世界各国及国际组织的普遍关注｡1987年世界环境与发展委员会提出了“2000年转向可持续农业的全球政策”;1991年FAO与荷兰政府共同组织了“农业与环境”国际会议,该次会议制定了“关于可持续农业与乡村发展(SARD)的丹波行动议程”,并提出了对各国SARD的行动的主要要求｡1994年我国制定了《中国21世纪议程——中国21世纪人口､环境与发展白皮书》,向世界作出了庄严的承诺｡
1.2 可持续农业是世界农业发展的主要模式
    可持续农业是在农业类型发展过程中继自然农业､有机农业､石油农业､替代农业､生态农业之后提出的又一个相对最新和比较完善的概念,可以说是人们在对一系列农业的理论及实践的反思中提出的新的发展农业的模式｡其基本特征是: 在强调农业发展的同时,重视自然资源的合理开发利用和环境保护; 在增加生产和提高人民生活水平的同时,要合理利用､保护､改善自然资源和生态环境,不仅要保持持续增长的农业生产率,还要保持稳定的土壤肥力,保持健康协调的生态环境和资源与环境的持续利用｡全面体现生产､经济､技术､社会和生态这五大系统相互谐调发展的可持续性｡
1.3 生物技术在农业持续发展中的地位与作用越来越突出
    众所周知,当今世界存在着人口､粮食､能源和环境污染等危机,这些危机的解决都离不开生物学｡动植物新品种培育及繁殖,利用基因工程集高产､优质､抗病､抗逆为一体,最大限度地利用自然资源,而给生态环境可能带来的副作用又最少｡一些发达国家由于在农业生产中采用了高新生物技术和计算机技术,使之在世界食品中的出口份额由60年代的约45%增加到80年代的约68% ,与此同时,原来依靠出口传统农产品的一些发展中国家,则因为发达国家用实验室生产这些产品的替代品,而使这些国家中大约800万-1000万人的生计受到威胁｡如:美国用玉米生产出高果糖玉米糖浆,不仅使世界糖价下跌,且使菲律宾50万人因此而丧失了工作; 这些惊人数字足以说明,一个国家必须用现代科学技术武装农业,才能稳定生存的根基｡中国作为一个传统农业大国,为确保农产品出口的地位和满足人口增长对食物的需求,必须以高新技术作为支撑点,建立起确保农业能够持续发展的完善的信息农业体系和以生物技术为基础的农业工业化生产体系｡
1.4 现代化设施农业迅速兴起
    设施农业的兴起,使农业生产向工厂化方向迈进｡进入80年代,一些发达国家在这方面取得了长足的进步｡如:园艺温室发展较早的荷兰,集中较大的力量发展经济价值高的温室鲜花和蔬菜生产,大规模发展玻璃温室和配套工程设施,“全国已建成10000 hm2的园艺温室,占全国农业可耕地面积的0.5% ,而年营业额却达160亿荷兰盾(相当于78亿美元,平均每公顷温室年创产值78万美元),约占全国农业总产值的20% ,年出口额达39亿美元,占全国出口额的50% [1]｡
1.5 计算机技术在农业上的应用越来越广泛
    计算机的发明与应用是本世纪人类最重大的技术成果之一,它具有划时代的意义｡进入80年代,计算机与信息技术的发展对改善农业生产的分散性､地域性起到很大作用｡利用全球定位系统(GPS)､遥感系统(RS)及地理信息系统(GIS)等高新技术,可以独立地,也可以相互补充地为信息化的的农业提供强大的技术支撑,快速而准确地获取农业系统的多维信息,综合性地管理和处理属性数据和空间数据,精确地指导农业生产,为农业可持续发展服务｡
1.6 高新技术在农业工程中的应用迅速发展
    随着农业的高度发展,农业工程科技的研究与开发,已经进入到一个新的技术发展阶段,并着重于发展机､电､液､仪一体化和环境友好的高新技术装备和服务于可持续发展的集成技术体系的研究｡如以色列棉花单产已居世界领先水平,平均籽棉单产等达5000-5500kg/hm2｡其原因除育种和植保技术的贡献外,棉田全过程生产机械化与全面采用大田肥､水同施,自动控制滴灌起到了关键性的作用｡1997年棉田滴灌面积几乎达100% ,单产达到5500kg/hm2 ,同时对大田水土工程措施和田间土层水肥传输扩散规律,提高水资源有效利用率,改善地表小气候和控制对深层水土环境的污染等研究方面给予高度的重视,荷兰大田农业工程化,在解决农田排水､低洼盐碱地治理､农田排灌工程有关的大型机械及工程装备开发研制方面居世界前列｡目前,发达国家大田农业工程技术研究已转向研究农业机器人,田间自动化和农业生态环境控制技术的应用研究领域｡
1.7  21世纪农业发展的不平衡性
    从20世纪向21世纪现代农业转变这将是一个历史的跨越｡预测到2050年以前,在世界上起主导作用的还是20世纪的现代农业技术｡而高科技农业将会迅速发展,并将逐步成为21世纪后半期的主体,上述历程在不同国家和地区的发展也是不平衡的｡因此, 21世纪上半叶,主要是完成从传统农业向现代农业的转化,这种转化的范围和速度将会随着经济的发展而加快｡与此同时,各不同国家和地区将在不同程度上形成21世纪现代农业的雏型｡因此,如果说20世纪属于“财富源于物质资源”的时代,那么21世纪将完全进入“财富源于人力资源”的知识经济时代[2]｡
2 21世纪农业工程科学技术的发展趋势及特点
2.1 农业工程科学技术随着农业内涵将不断拓展
农业工程的定义是一个动态的概念｡“农业工程”一词,由美国人在20世纪初提出,经过半个多世纪的发展, 1963年美国农业工程师学会把农业工程科学定义为: 是一门应用物理科学和生物科学来研究农业生产的特殊工程科学｡中国农业工程学会(1979年)把农业工程学定义为: 是一门综合现代生物学和工程学的技术科学,是研究应用先进的工程技术去开发､利用农业资源和改善､创造农业生产过程环境因素的工程理论,为发展现代化农业服务｡《中国农业百科全书》､农业工程卷(1994年版)提出:“农业工程是研究工程与农业有机体及农业环境之间相互作用的关系和规律的一门边缘性应用科学”[3]｡其任务是: 紧密结合生物技术､经济分析､对农业自然资源的开发､利用和保护､农产品加工､农村生活以及公共设施建设的各项工程规划､设计､施工和运行管理｡目的在于提高农业生产力及提高物质和能量在农业生产中的转换率,改善和创造农业生产过程的温度､湿度等环境因素,建立一个合理的农业生态系统｡“是一门直接为农业服务的应用技术学科”[4]｡由此可见,农业工程科学技术有其特定的范畴,内容范围是随着农业生产和农村经济的发展以及科学技术的进步而不断充实扩展｡
2.2  农业工程走向新的多学科
    现代农业工程技术科学是从20世纪初开始逐步发展起来的,它的发展过程大致是从简单的工程技术在农业上的应用,进而发展到工程技术科学与生物科学的密切结合,并创立了农业工程学科的基础理论,从分科研究到多学科综合研究并形成和扩展了农业工程的学科领域｡
2.2.1  与生物学科的融合,是农业工程学科发展的方向
    从工程科学技术与农业生物科学技术交叉融合的角度来研究发达国家农业工程的发展大致可分为采用通用工程技术阶段､农业工程技术阶段和农业工程科学阶段､美国多年来一直注重工程技术与生物技术和经营管理的融合与渗透,使农业工程在美国近代农业的迅速发展中起了重要作用｡而前苏联早在20年代初就开始设置农业机械化､电气化､水利与土壤改良､农业机械设计与制造､农业建筑､饲料工业､肉及乳制品加工等学科,并在理论研究方面处于世界领先地位,但由于各学科之间的有机联系与融合不够,尤其是不够重视与生物科学的渗透融合,其结果导致对农业发展的贡献不大｡受苏联的影响,中国在80年代以前,农业工程学科发展不够全面,对它的“综合性､边缘性”的特点,尤其是对与生物科学的相互渗透的关系缺乏足够的认识,提出的农业机械化､水利化､化学化等目标均未能收到预期的效果,反而出现了资源浪费､环境污染和效益低下等一系列问题｡1978年全国科学大会明确提出发展农业工程科学技术的建议､强调农业生物科学技术､工程科学技术与经营管理科学的深度交叉渗透与综合,从此我国农业工程科学技术得到健康与迅速发展｡如:保护地栽培,工厂化养鸡､养猪､养鱼等设施农业,农村能源工程､土地开发利用､农产品加工等方面发挥了重大作用｡农业机械化､农业电气化等也进入了新的发展阶段｡92-ICAE农业工程教育组讨论纪要中写道:“农业工程是科学和工程的跨学科领域,它包含知识和技术的结合,与传统的工程学科不同,农业工程的特色在生物方面｡农业工程师是为生产农业､加工和生态农业服务的工程师｡他们应将自己看做食物与环境整体链条的一名建筑师,相对而言:在方法论上,传统的工程学科着重分析,而农业工程学科更着重于综合”[5]｡我国863计划中,生物学被列为重要内容,说明我国对发展生物科学的重视,在高等院校农业工程系教学计划中已增设了有关生物学与经济管理学基础知识的课程｡由此预见,工程科学技术与生物科学的融合,必将为农业生产的发展带来无限广阔的前景｡
2.2.2  与多种新技术集成,以创造更新的人工物和新型农业系统
    工程就是以利用和改造客观世界为目标的实践｡在这创造人工物的工程活动中,需要采用新技术,新的管理方式,并以市场效益､社会效益为核心的设计,开发､经营系统的生产模式,以满足人类需求｡目前,世界上有些国家正在利用生物工程技术､激光技术､核能技术和可再生能源的开发与利用等新技术､改变和控制生物的生长过程,以创造优质､高产的新物种和新方法｡利用各种现代先进的科学技术来武装农业,使食物的生产由动､植物扩展到微生物,由陆地扩展到海洋以建设更加广阔的新型农业系统｡
3 中国农业及农业工程科学技术的发展战略
3.1  中国农业的国情与发展战略
    总的来看我国21世纪农业将基本上依照世界农业发展的大趋势而发展｡但中国有着自己的特殊国情,即存在不可逆转的三大问题:人口总量继续增长,到2030年人口将达16.3-17亿,这就决定了农业发展的重点首先是满足本国人民的吃饭问题｡农业科技必须围绕这个重点任务服务｡人均耕地资源减少,“我国现有可耕地面积为9565万hm2 ,人均占有耕地仅0.096 hm2 ,仅占世界平均数的1/4｡最近几年,每年减少耕地40万hm2”[6]｡这就要求大幅度提高单位面积产量和开发新的资源｡人民生活水平在21世纪要有较大提高,对农产品需求将由单纯量的满足,转向量和质双重目标,而且对质量要求越来越高｡鉴于此,我国农业发展必须走控制人口､资源利用高效节约化､生产集约化经营､保护生态环境､发展现代集约持续农业的道路｡并根据我国地域辽阔,自然环境多样而形成的东､中､西部三个不同发展水平的经济地带,确定如下发展战略:东部地带重点加快向技术和资金集约型转变,大力发展“两高一优”农业和创汇农业,重视饲料工业和食品工业的发展; 建立完善的鱼､肉､蛋､奶､果､蔬生产基地,发展设施农业,发挥沿海资源优势,并由陆地生物资源利用的传统绿色农业,向海洋水生生物资源开发利用的蓝色农业开拓｡中部地带重点加快我国主要农产品商品生产基地的现代化建设,特别是商品粮､棉､油､猪､牛和家禽基地建设;在粮食集中产区要加快实施:粮食作物，经济作物，饲料作物三结合的农牧业相互促进的“三元结构工程”;并相应加快食品和农产品加工工业的发展,充分利用淡水水域资源,推广集约精养高产技术,建设我国最大的淡水水产养殖基地; 加强生态农业和开发农业建设; 充分利用气候､地理和经济资源优势实行农林牧综合经营,建立我国最大的速生林丰产基地｡西部地带重点是将有限的“基本农田”,实施“坡改梯工程”｡同时加强西北优质棉花和特产､水果､蔬菜基地建设,增大投入,建设水热资源相对充足的草地和保护草场资源的再生能力,逐步提高牧区畜牧业集约建设水准;重点建设人工池塘水产养殖体系｡
3.2  中国农业工程科学技术的发展趋势
    由于我国农业仍然处于不同的社会经济发展历史阶段,农业的工程技术装备水平还相当低｡需要根据自己的国情走自己的路｡但我国不同地区的经济发展将继续存在很大的差别,应该因地制宜,制定不同的技术发展战略与发展的技术路线｡东部技术发展战略是重点以开发传统机械与装备技术为主,向高新技术应用研究领域过渡｡引进吸收世界上先进国家的农业科学技术,发展现代化设施农业及其装备新技术;农产品产后品质保障､无损品质检测,分选､分级､包装､储运及农产品深加工技术｡中部技术发展战略重点是大田种植业向集约化､规模化､机械化发展及其工程装备技术的进步,节水灌溉技术与装备;农产品精加工､深加工与综合利用; 农业高新技术研究与产业化技术等｡西部技术发展战略重点是加快优质棉全过程生产机械化与全面采用大田肥､水同施,自动控制滴灌技术,加快发展规模化奶牛高产饲养与自动化管理技术;同时,草地畜牧业要建立人工草地生态系统,提高草原产草量,增加载畜量｡水果的生产储运加工技术｡应当清楚地看到: 我国农业的工程技术装备强度仍很低,农业装备技术的应用更需要立足于本国自然条件和农作制度的实践,既不可能主要靠引进设备来解决,也不需要完全重复发达国家已走过的技术发展道路,而要加强自己的开发创新能力｡首先,在我国具体条件下,为了满足国民经济的日益增长对农产品的需求仍要求农业工程在增加产品产量方面作出贡献｡因此,在用工程手段及技术开发新的更加科学的农业生产工艺方面要有所创新｡其次,在达到上述目标的同时,重点转移到提高产品品质､开发新品牌､开发新品种及农产品精深加工等方面｡第三,我国作为人均资源缺乏的发展中农业大国,应把提高土地资源､水资源利用率,单位面积产出率和单位水资源产出率作为农业工程技术创新的重要目标和方向之一｡第四,考虑到我国农村环境污染问题的发展以及广大人民群众对于优质､无污染食品的需求,还应把开发对环境友好的､无污染的技术作为农业工程技术创新的一个目标和方向｡最后,要把上述农业工程在多方面的创新集中体现到产品的创新之中,以便使农业工程技术的成果在激烈的市场竞争中通过商品价值的实现展示自身存在的价值｡
参考文献：
[1]汪懋华.实现现代集约持续农业的工程科学技术.农业工程学报,1998,14( 3): 1-9.
[2]曾宝成.农科教育内容和课程体系改革刍议.高等农业教育,1995(3):10.
[3]张季高.中国农业百科全书•农业工程卷.北京:中国农业出版社,1994.3-10.
[4]罗锡文.面向21世纪高等农业工程教育的思考.农业工程学报,1997,13(1): 1-6.
[5]92-ICAE农业工程学术教育组.讨论纪要.农业工程教育研究,1993( l-2):31.
[6]梅方权.人与农业资源的协调发展•中国农业可持续发展研究.北京:中国农业科学出版社, 1997.10.