“双水双绿”产业发展的理论与实践

第1章“双水双绿”科学内涵与基本特征 摘要：稻田综合种养在我国蓬勃发展，其经济、生态和社会效益显著，成为我国生态循环农业的典型范例。2018年我们提出“双水双绿”理念，成为稻田综合种养产业发展升级的模式和目标。本章简要回顾了我国农业和水产养殖的绿色发展趋势，稻田种养产业发展现状和存在的问题，剖析了“双水双绿”理念的科学内涵，对“双水双绿”基本特征进行了全面的阐述和解析。 总书记在党的十九大报告中强调实施乡村振兴战略，加快推进农业供给侧结构性改革，深入推进农业转方式调结构，深入推进农业绿色发展。以稻田综合种养为代表的农业供给侧结构性改革近年来蓬勃发展，稻田实现一水两用、一田多产、稳粮增收，大大提高了农业生产的经济效益、社会效益和生态环境效益。张启发院士提出的“双水双绿”理念作为产业发展升级的模式和目标，以“双水双绿”重塑“鱼米之乡”。其基本思想是依靠科技创新开发适用的绿色技术和绿色品种，充分利用平原湖区稻田和水资源的优势实行稻田种养，使“绿色水稻”和“绿色水产”协同发展，做大做强水稻、水产“双水”产业，做优做特绿色稻米、绿色水产等“双绿产品”，让生产过程来洁净水源、优化环境，实现产业兴旺、农民富庶、乡村美丽的目标（张启发，2018）。“双水双绿”的模式和目标使稻田综合种养发展步入战略机遇期。 1.1 我国农业转型及绿色发展：从绿色超级稻到绿色农业 长期以来，为保障粮食安全，高产稳产一直是农业生产的首要目标。我国粮食生产实现了持续的增产稳产，成功地解决了我国人民的温饱问题，2020年我国脱贫攻坚取得了全面胜利。但是，农业生产“高投入、高产出、高污染、高效益”的生产模式，已经造成资源环境的沉重负担。当前，我国正在推动农业生产方式全面向资源节约、环境友好、绿色发展的方向转变。 1.1.1 农业生产取得巨大成就，正由追求产量向提升质量转变 改革开放以来，经过近40多年的努力，我国农业生产与发展取得了巨大的成就。主要农产品的总量、单产及人均占有量均有很大程度的提高。我国粮食生产不断迈上新台阶，由供给全面短缺转变为供求总量总体平衡。2018年粮食总产量达到6578.9亿kg，比新中国成立初增加了5000多亿千克。1949年人均粮食占有量209kg，2018年增加到470多千克，人均占有量高于世界平均水平（农业农村部种植业管理司，2019a）。棉花、糖料、蔬菜和水果等经济作物综合生产能力显著增强，从供给不足到平衡有余。以蔬菜为例，2018年蔬菜产量近7亿t，是新中国成立初期的2.7倍（农业农村部种植业管理司，2019b）。水产品市场极大丰富，从“吃鱼难”到“年年有鱼”，水产品人均占有量达到世界人均水平的2倍（农业农村部渔业渔政管理局，2019）。 随着温饱问题的解决和生活水平的提高，人们对口粮总量的需求逐渐下降，食品多样化、食品安全、食品质量和健康元素上升为需求的重点。以水稻为例，人均稻米食用需求持续下降。2018年我国人均稻米消费量为81.7kg，较2012年下降10.3kg。日本和韩国是以稻米为主食的发达国家，日本目前人均稻米消费量为54kg，韩国2018年人均稻米消费量为61.3kg。参考日本和韩国的发展过程，预测未来我国人均稻米口粮需求下降空间较大。另外，对优质稻米的需求却快速增加。2018年，我国高端稻米中的有机稻米产量约161.3万t，较2011年增加118.4万t，年复合增长率21%左右。优质稻米消费升级不断加快，选择健康、美味高品质稻米的人群越来越多（郑红明，2019）。 1.1.2 农业生产与资源、环境矛盾尖锐，可持续发展面临重大挑战 长期以来，我国以占世界约8%的耕地消耗了世界30%以上的化肥和农药（图1-1）。联合国粮食及农业组织（FAO，以下简称联合国粮农组织）统计数据显示，1961年我国肥料用量72.8万t，到1987年达到2268.78万t，增长了约30倍，占世界肥料用量的30%。自2002年起，我国的氮肥施用量一直保持在全球氮肥总用量的30%，为世界**氮肥消费大国。氮肥投入高、利用率低。于飞和施卫明（2015）对2004年以来我国主要粮食作物水稻、小麦、玉米氮肥效应研究相关文献及数据进行统计分析，结果表明我国三大粮食作物不施氮肥的基础产量已处于较高水平，可达到施氮条件下昀高产量的67.9%～75.9%。化肥投入所带来的粮食增产效应已经非常有限。在我国很多地区，肥料用量已经超过了土地的承受能力，大量氮素通过氨挥发、硝化与反硝化作用和硝酸盐淋溶等途径流失，造成严重的面源污染。过量施肥是造成土壤退化、江河湖海富营养化等问题的主要因素。过量化肥投入已经导致地下水的严重污染，我国多地区地下水硝酸盐含量超标且浓度逐年上升（潘昭隆等，2019）。我国是世界**农药生产和使用国，单位面积农药用量是世界平均水平的4～6倍（FAO）。2015年我国水稻、玉米、小麦三大粮食作物农药利用率为36.6%，随着化肥、农药减量增效行动的实施，2019年农药利用率提高到39.8%（农业农村部新闻办公室，2019），但总体来讲，依然是投入高效益低。大量农药通过飘移、渗漏和径流等方式流失，污染水体、大气和土壤，危害生态环境安全。 图1-1 中国三大粮食作物产量和农药、化肥使用量（1978～2018年）（国家统计局数据） 农业已经成为环境污染的主要来源之一。由于过量使用化肥、农药及污水灌溉等，土壤环境受到严重破坏。一些农业污染严重的地区，出现了农作物减产、耕地质量退化甚至农作物无法继续种植的局面。还需要指出的是，生产化肥的磷矿、钾盐等是重要的不可再生资源；化肥、农药生产和使用还消耗了大量的能源。此外，农药、化肥的投入不断地增加农业投入和成本，降低了种田收益，严重影响了农民种田的积极性。 此外，我国水资源贫乏，农业用水压力大。2017年灌溉耕地占总耕地面积的50%，灌溉耕地大约生产了全国70%的粮食产量。由于粮食生产与水资源分布利用之间存在地区上南北方分布不均、时间上不断变化的特点，部分地区水资源难以保证长期可持续地支撑粮食生产。在粮食生产的水资源供给增量方面，1949～2017年全国水资源开发指数不断增加，即需水量与水资源量的比值增大，超过了20%的水资源压力警戒线，但仍处于40%的极大水资源压力水平以下（杨鑫和穆月英，2019）。 1.1.3 绿色超级稻与绿色农业发展 针对农业生产严重依赖化肥、农药以及水资源等严峻形势，我国农业领域科学家经过多年的探索和讨论，提出要通过具有新特征的品种培育与推广，减少化肥、农药、水及劳动力的投入，做到资源节约、环境友好，实现作物生产方式的根本转变。 20世纪90年代末，我国农业科学家通过讨论和辩论将“第二次绿色革命”的目标凝练成10个字的共识：少投入、多产出、保护环境。21世纪初，张启发院士等提出了“绿色超级稻”培育的构想，即在不断提高产量、改良品质的基础上，实现基本不打农药，少施化肥，节水抗旱（张启发，2005），倡导践行“资源节约、环境友好”的生产模式。“绿色超级稻”的理念和生产模式，强调水稻品种除要求高产、优质外，还应具有抗病虫性、抗旱性或抗逆性、营养高效利用等特性，应用功能基因组的成果和技术，培育出“少打农药、少施化肥、节水抗旱、优质高产”的“绿色超级稻”品种，促进农业的绿色发展（Zhang，2007）。2015年我国农业科学家提出了“资源节约型、环境友好型”农业生产体系的理念，并积极建言献策，倡导农业的绿色发展（张启发，2015）。 在国家相关计划的支持下，我国水稻科学家积极开展了绿色性状的种质资源发掘与创新、绿色性状基因的鉴定与克隆、基因组技术平台的创建与应用，以及绿色超级稻品种的培育和应用研究，取得了大量原创性的成果。据不完全统计（部分数据来源于中国种业大数据平台），绿色超级稻新品种在2014～2018年度累计推广面积超过1.1亿亩。绿色超级稻品种配套高效栽培技术，表现出高产稳产的同时，可使农药和化肥的施用量减少30%以上，在具备灌溉条件的地区种植，节约灌溉用水至少30%；同时可降低播种、插秧等用工投入，每亩节本增收近270元，新增产值近300亿元。通过具有优良性状的绿色新品种培育和新技术的推广，减少化肥、农药、水及劳动力的投入，绿色超级稻引领其他作物向绿色方向发展。2018年，“绿色超级稻”入选庆祝改革开放40周年大型展览。 绿色超级稻的培育与应用作为农业绿色发展的一种重要模式，对国家绿色农业发展战略和政策的形成发挥了积极的影响。2017年，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于创新体制机制推进农业绿色发展的实施意见》，专门提到了要选育推广绿色、节肥、节水、抗病新品种。国家农作物品种审定委员会2017年印发的《主要农作物品种审定标准（国家级）》，提出了“突出绿色发展，有利于节水、节肥、节药的品种审定”等原则，并将审定品种分为“高产稳产、绿色优质、特殊用途”三类，为绿色品种的选育和农作物绿色品种指标体系的建立打开了官方认证通道。2019年，农业农村部正式颁发“水稻、玉米、小麦、大豆绿色品种指标体系”，明确指出“少打农药、少施化肥、节水抗旱、优质高产”是我国主要农作物今后的育种目标和方向。 1.1.4 水产养殖业向绿色转型是发展的必然趋势 新中国成立以来，我国水产业发展迅猛。1949年，我国淡水养殖面积约为1000万亩，平均产量约10kg/亩，2000年养殖面积增加到7897万亩，平均亩增加到182kg（1999年）。2000年人均水产品占有量达33.8kg，远远高于世界平均水平（22kg）（解绶启等，2015）。2018年我国水产品总产量达6458万 t，人均占有量达世界人均水平的2倍（农业农村部渔业渔政管理局，