节约与增长

第二章
农业系统

作物生产的集约化将以能够为生产者和整个社会提供一系列生产力、社会经济和环境效益的耕作系统为基础。

作物的种植与生长可在范围广泛的生产系统中进行。一方面是采用干预主义的方式,通过技术干预手段来控制大部分生产过程,如采用土壤耕作,利用农药防治病虫害、控制杂草,使用无机肥增加植物养分。而另一方面则是利用主要使用生态系统方法,既高产又更可持续的生产系统。这些农业生态系统的普遍特征是,对生态系统的干扰极少,植物养分来自有机和无机两个来源,利用自然和人为管理的生物多样性来生产粮食、原料及提供生态系统服务。基于生态系统方法的作物生产可以使利用中的农田保持健康,也可以使因过去滥用而处于贫瘠状态的废弃土地重新获得利用1

对生产者和整个社会来说,采用作物生产可持续集约化的农业系统能带来一系列生产率、社会经济和环境方面的效益,包 括获得高而稳定的产量和盈利水平;增强对气候变化的适应 性,减少脆弱性;增加生态系统功能与服务;减少农业产生的温室气体排放与“碳足迹”。

这些耕作系统将基于三项技术原理:

  • 在提高农业生产力的同时,促进自然资本及生态系统服务;
  • 提高关键投入的利用效率,包括水、养分、杀虫剂、能源、土地和劳动力;
  • 利用自然和人为管理的生物多样性来增强系统应对来自生物、非生物胁迫及经济方面压力的适应力。

依据当地条件和需求的不同,为落实这些原则而需要采用的农业措施会存在区别。不过在所有情况下,它们都需要:

  • 最小化机械耕作,将对土壤的干扰降至最低,由此保留土壤有机质,维持土壤结构,整体保持土壤健康;
  • 增加、保持土壤表层保护性的有机覆盖物,利用作物、覆盖作物或作物残留物来保护土壤表层,留住水分与养分,提高土壤生物活性,利于综合控制杂草与害虫;
  • 种植范围广泛的植物种类,无论其是一年生还是多年生。在间作、轮作、连种中,种植包括树木、灌木、牧草还有作物在内的这些植物,目的在于丰富植物营养,增强系统的适应力。

通常,这三种重要措施是与保护性农业联系在一起的。后者已为发达国家和发展中国家广泛采用。保护性农业如今已在全世界大约1.17亿公顷的土地上实施,或者说大约占总作物用地面积的8%。澳大利亚、加拿大还有南美洲南锥地区的采纳率最高(超过作物用地的50%)。在非洲、中亚和中国,也得到了越来越多的采用。

然而为了实现必要的可持续集约化以提高粮食产量,还需要获得以下四条管理措施的支持:

  • 使用经过改良的高产品种,这些品种要具有应对生物与非生物胁迫的适应力,且具有更高的营养品质;
  • 由健康的土壤来增加作物养分,通过作物轮作还有合理使用有机肥与无机肥来实现;
  • 综合治理病虫害和杂草,采取合适的措施,利用生物多样性,在必要的时候有选择地使用低风险的杀虫剂;
  • 实施高效的水管理,通过“低灌高产”来实现,同时保持土壤健康,并最小化来自农场之外的外部性影响。

理想状态下,作物生产可持续集约化应当在同一时间 里,适时、高效地综合运用以上的全部七种措施。但是,可持续生产系统的本质恰恰在于变动性:它们需要为农民提供多种可能措施的组合,使他们根据当地的生产条件和限制,从中选择,并加以改进2-5

可持续集约化耕作系统方法对重要生态系统服务的贡献
系统组成
目标覆盖层少耕或免耕豆科植物提供植物养分轮 作
模仿最优的“森林地被物”环境  
减少土壤表层水分蒸发损失   
减少土壤上层水分蒸发损失  
最小化土壤有机物氧化作用及二氧化碳损失2   
土壤压实度最小化  
土壤表层温度波动最小化   
提供常规有机物,作为土壤生物活动的基础   
增加、保持根区的氮水平
增加根区阳离子交换能力
雨水渗透最大化,径流流失最小化  
土壤径流流失及风蚀最小化  
通过土壤生物行为允许保持土层自然分层  
杂草最少化 
增加生物量生产率
利用土壤生物加速恢复土壤透气度
减少劳动力投入   
减少燃料/能源投入 
养分循环
减少病原体带来的虫害压力   
恢复受损土壤状况及活力
授粉服务

当推荐的措施同时使用、或者通过不同的组合得以运用 时,它们有助于提高重要的生态系统服务,通过协同作用无论在要素生产率还是总生产率方面,都能获得积极的成果。例 如,在降水量一定的情况下,植物的土壤水分可获性就取决于对土壤表层、土壤有机质还有植物根系的管理。在土壤湿度条件良好的情况下,如果土壤健康,植物营养充足,那么水分生产率就能得到提高。良好的渗水性及土壤覆盖物同样可以减少表层蒸发,最大化水分利用效率与生产率,其中,植物本身的水分吸收与使用能力也扮演着重要的角色。

实现生态可持续生产的重要条件之一就是要有健康的土壤,可在植物根区内创造一个优化土壤生物活性,让根的作用得到最大可能程度发挥的环境。根能获得植物的营养、水分,能和一系列有利于土壤健康和作物生长的土壤微生物相互作用2,6,7。 对于实现可持续生产和其他生态系统服务来说,能否保持或提高土壤有机物含量,能否维持土壤结构和相应的孔隙度是关键性的指标。

要实现长期可持续,在任何农业系统中,有机物的损失速度都不能高于土壤形成的速度。但是在大多数农业生态系统中,如果土壤受到机械干扰,就不可能实现这一点8。因此,对可持续的集约化生产来说,一个关键的出发点,也是作物生产可持续集约化的重要组成部分,就是在作物种植和随后的作物管理过程中,通过限制使用机械耕作,限制对土壤的干扰,来保持土壤结构和有机物含量。

在保护性农业实践中,少耕或免耕的生产方法已经极大地改善了世界许多地方的土壤条件,减缓了土壤退化,提高了生产率。在每次播种前及作物生长期间,大多数农田不断进行耕犁,耙地或锄地。目的是为了消除杂草,增加土壤渗水性,并促进作物生长。但是,这种对表土不断的干扰会深埋土壤覆盖物,还可能会打破土壤结构的稳定性。此外,还会造成土壤硬化,导致生产率降低9

保护性农业对可持续集约化生产的一个贡献就是,使土壤干扰最小化,保持土壤表层作物残留物的完整。保护性农业方法包括最小化(或带状)耕作,这种耕作只影响到播种田垄的土壤部分;还有免耕耕作法(也称零耕或直播),这种耕作法消除了对土壤的机械干扰,将作物直接种入上一轮耕种后就没有耕整过的苗床上3

作物生产可持续集约化要考虑的另一个相关管理因素是农业动力和机械化的作用。在许多国家,集约化生产的一个重要限制就是缺少农业动力10。如果仅仅依靠体力劳动,平均一位农民所种植的食物可以满足另外三个人的需求。利用畜力牵引的话,可供养的人数能翻一番;而如果使用一辆拖拉机,这个数值能达到50人或更多11。适当的机械化可以提高作物生产中的能源利用效率,增加可持续性,提高生产能力,减少给环境带来的有害影响12,13

与此同时,未来能源价格与供给的不确定性就意味着,需要采取措施减少对农业动力及能源的总体需求。与传统农业相比,保护性农业可将这些需求削减60%,这是因为它取消或大幅减少了大多数动力密集型的田间作业(如耕作),尤其是缓解了整地过程中劳动力与动力瓶颈的制约,极大降低了对设 备、特别是对拖拉机数量与型号要求方面的投资(虽然保护性农业也要求对新型、适用的农业用具进行投资)。同样,如果进行小规模耕种的农民使用人工或者利用畜力牵引,也能实现能源节约。坦桑尼亚联合共和国的研究表明,在采用免耕的第四年,有覆盖作物的玉米地对劳动力的需求下降了一半多14

潜在限制

有些农耕区引入特定的作物生产可持续集约化措施后,产生了一些特殊问题。例如,在保护性农业措施下,缺乏降水可能会制约半湿润半干旱气候区内生物量的生产。这不仅会限制可收获作物的产量,还会限制可用作土壤覆盖物、饲料或者燃料的地表残留物的数量。不过,在最初几年的适应期里,虽然缺少残留物,但一般可通过放弃对土壤的耕作而实现节水,从而提高产量。在比较湿润的地区,植物养分缺乏通常被认为是一个限制因素,但通过提高土壤生物活性,可以增强磷和其他营养成分的长期供应7,15

通常认为,少耕或免耕方式并不适合土壤排水性能差或土壤紧实的农区,同样也不适合寒冷潮湿气候的重粘土区。在第一种情况里,如果排水性差是因为土层不能透水,超出了耕种设备的能力范围,那么就只有通过生物手段,如利用直根、蚯蚓、白蚁,来打破深层阻碍,帮助水渗透土壤。一直以来,这些生物措施都是在土壤干扰最小情况下实施的。在第二种情况里,与耕犁过的土地相比,有地表覆盖物的土壤确实要更长时间回暖干燥。然而在加拿大和芬兰,农民们在非常寒冷的条件下成功地实践了免耕的生产方法。研究发现,在那些地区有覆盖物的土壤温度在冬季也不会下降太多13,16

对少耕或免耕方式的另一误解是,认为它们会增加对杀虫剂和除草剂的使用。在一些集约型生产系统中,同以耕犁为基础的农业相比较,综合使用免耕、地表覆盖与作物多样化的方法已经减少了对杀虫剂和除草剂的使用,不管是绝对用量还是每吨产出所用的有效用量12,13

利用小农的手工方式,综合的杂草管理方法可以取代除草剂。例如,自2005年坦桑尼亚联合共和国的卡拉图地区引入保护性农业后,农民们已经结束了耕犁和锄地的耕种方式,正在混种直播玉米、扁豆及木豆作物。该生产系统可以产出优质的地表覆盖物,便可直接通过手工完成杂草管理而不需借助除草剂。在一些年份,农田会轮种小麦。总体呈现良好结果,玉米产量从平均每公顷1吨增长为6吨。这种产量的大幅提高依靠的并不是农业化学制品的使用,而是通过使用牲畜粪肥作为土壤改良剂和肥料来实现的17

广泛采用保护性农业的另一个潜在瓶颈是,缺乏合适的机器设备,如免耕播种机。对于发展中国家的小农来说通常很难获得这些设备。即使某些地方有售,它们的价格也往往要比普通设备昂贵得多,需要农民支付一笔相当可观的初期投资。通过推动建立生产投入供应链,发展本地设备制造业,以及在农民间推行承包服务或设备共享机制,来降低成本,这类瓶颈是可以被克服的。在印度河-恒河平原可以找到实践这些方法的优秀范例。在大多数小型农业的经营中,使用畜力牵引的免耕播种机能够满足甚至超越个别农民的需要。

情况说明
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情况说明 No. 1
促进节约与增长
的耕作系统
  • 作物-家畜综合生产系统
  • 可持续的稻麦生产系统
  • 农林复合经营系统
  • 提高产量不靠农业化学品
  • 纳米比亚的深松起垄机系统

前进之路

作物生产可持续集约化的农业生产系统将建立在本章概述的三个核心技术原则基础上,并在采纳推荐的七大经营措施的基础上实施:最小化的土壤物理干扰,永久保有的土壤有机覆盖物,作物种类的多样化,使用经改良的高产优质品种,病虫害的综合治理,由健康土壤提供的植物养分,高效的水资源管理。同时,实现牧场、林木、牲畜生产系统的一体化,并充分、恰当地使用农业动力设备也是实现作物生产可持续集约化的重要组成部分。

当存在一个适宜的有利环境时,原有生产系统可以向着作物生产可持续集约化方式迅速转变。而在农民们面临着特殊的农业生态、社会经济或政策限制的地方,也包括缺少必要的设备时,这种生产方式的转变就会进行得比较缓慢。尽管短期内可获得一些经济效益和环境效益,但为了充分获得该生产方式所带来的收益,所有相关利益者都有必要在更长一段时间里保持投入。

对这些生产系统的实践过程和成果进行监控不可或缺。相关的社会经济指标包括农场利润、要素生产率、单位产出消耗的外部投入、参与实践可持续集约化生产系统的农民数量、土地覆盖状况,以及产量的稳定性。相关的生态系统服务指标有:适合的土壤有机质水平、集约型农区洁净水的供应状况、土壤侵蚀的缓解、农业景观内生物多样性和野生动植物的增加,以及碳足迹和温室气体排放的减少。

作物生产可持续集约化的生产系统属于知识密集型,因此学习和推广实施就比较复杂。对大多数农民、推广人员、研究者及政策制定者来说,这类生产系统是一种新的生产经营方法。因 此,为了提高所有相关利益者的技能,迫切需要进行能力建设、提供学习机会(例如,通过农民田间学校)和技术支持。这将需要来自国际和地区两个层面的协同支持,以此来提升国家和地区机构的能力。高、中等的正规教育和教育培训机构需要升级他们的课程,应包括作物生产可持续集约化的原则和方法等教学内容。

参考文献

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节约与增长》(粮农组织,2011年)一书可通过以下方式订购:
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或通过粮农组织在线书目: www.fao.org/icatalog/inter-e.htm

“自然资源消费方式不可持续,对粮食安全造成严重威胁。本书阐述我们如何能够发起一场常绿革命,既永久提高生产力,又不造成生态破坏。”
印度绿色革命之父
M. S. 斯瓦米纳坦

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