本文以食物系统为研究对象,提出了“自下而上”和“自上而下”的农业绿色发展系统设计和定量研究的思路。
“自上而下”研究思路是从宏观到微观、从整体到局部的演绎方法,有助于从整体理解局部问题,把复杂难题分解成具体问题,利用系统方法提出解决方案。本研究提出农业绿色发展“自上而下”的研究思路,包括:1)定量分析国家尺度水、耕地、矿产、能源等资源限制和全球贸易背景下农业生产的潜力;2)划定流域尺度大气和水环境阈值,以此为依据优化流域农业空间布局;3)构建县域尺度绿色发展指标体系,剖析全产业链绿色转型的瓶颈问题,提出绿色食物系统优化策略;4)对标先锋农户(企业)关键环节,分析种、养、加全产业链绿色发展的限制因素,提出系统解决方案。
“自下而上”研究思路是从微观到宏观、从局部到整体的归纳方法,有助于理解系统内部单元的相互作用,揭示客观事物构成的原因及其演化的历程。本研究据此提出了农业绿色发展“自下而上”的研究思路,包括:1)调研和跟踪农户(企业),分析全产业链农业绿色发展的瓶颈问题,研发关键技术,探索全产业链农业绿色发展实现模式;2)对标县域农业绿色发展关键指标,探讨县域农业绿色转型的科技瓶颈、政策保障与路径,提出县域农业绿色特色产业的系统解决方案;3)完善流域生态环境监测网,联网并将其与模型结合,健全绿色生态环境的监测、评估和政策解决方案相结合的农业绿色发展管理机制;4)提出我国农业绿色发展的科技战略、创新重点、政策保障与实现途径,为我国农业绿色发展战略提供科技与政策支撑,为全球SDGs实现提供成功案例。
“自上而下”和“自下而上”的关系是辨证统一的,二者相互作用、相互影响,形成推动农业绿色发展的合力。两种思路在形式上的区别是显而易见的,尤其是在农户尺度和全球尺度,“自上而下”的思路注重把握绿色的方向,以区域和流域环境阈值为限制因素,通过耕地资源配置,最大化农户尺度的生产力水平和农业效益;“自下而上”的思路强调农田和畜禽尺度绿色技术革新并落实到千万农户个体上,使某个环节的提升“涌现”为区域和国家生产力质的提升。而在中等尺度的流域和县域中,强调生态监测和构建可比的绿色发展指标评价体系,二者更多地体现为相互促进的关系。“自上而下”的思路通过划定阈值、指标分解,为“自下而上”的技术实践指明方向、设置标准;“自下而上”的研究在解决具体绿色生产技术问题的同时,为“自上而下”研究提供本地化参数和验证数据,为增强模型模拟、情景分析能力提供可能。两条思路共同推动国家尺度的农业绿色发展实现。
自上而下:A.进行时空特征和对标分析,从3个支柱和4个界面角度锁定大尺度农业绿色发展现存的重大问题;B.考虑5个利益主体公平性和10个过程,建立流域和县域可比的量化指标体系和环境阈值;C.协调5个利益主体和6个目标,进行系统优化与迭代,确定最优农业绿色生产结构和空间布局;D.参考7个途径,进行情景分析和反推分析,将情景分析结果与6个目标比对,检查目标实现情况,最终结果用于指导县域尺度农业绿色发展实践。
自下而上:E.从10个过程入手,研发农户尺度关键技术,从4个界面考虑和借鉴优秀典型县域模式,与此同时,积累生产技术和模式参数;F.以6个目标和7个途径为参考,考察并监测农户和县域尺度生产、生活、生态、科技、政策落实等方面的状况,建立本地化模型数据库;G.将本地数据代入县域指标体系,并结合生态联网检测的环境排放的实际值,与模拟数据比对,考察模型模拟结果在6个目标和10个过程模拟中的准确程度;H.基于3个支柱和4个利益主体的视角,总结凝练国家应着力发展和建设的科技战略、重大工程、政策保障等。
以食物系统为研究对象,基于“自上而下”和“自下而上”相结合的定量研究思路,利用多指标关联分析模型和评价指标体系,协同国家农业绿色发展多目标,以流域尺度绿色资源和环境阈值为约束,定量设计农业绿色发展系统解决方案,提出全产业链农业绿色发展技术实现路径。以下介绍农业绿色发展系统定量研究案例。
系统分析方法是农业绿色发展研究重要研究方法之一,有助于理解食物系统各环节之间的关联关系,定量分析农业绿色发展的目标、解决途径和系统评价,阐明各种优化措施对全产业链的影响。本研究提出了“自上而下”与“自下而上”结合的农业绿色发展系统定量研究思路;在农户-流域-区域-国家-全球多尺度下,构建了以食物系统定量分析为核心的农业绿色发展系统分析耦合模型(NUFER-AGD);初步梳理了农业绿色发展系统定量研究案例。
利用“自上而下”和“自下而上”的研究思路和系统分析方法,以农业绿色发展系统分析耦合模型(NUFER-AGD)为工具,本研究:1)定量了国家尺度食物系统多目标优化的潜力,指明提高农牧生产力、引导健康饮食是减小我国未来资源环境压力、实现可持续发展目标的最优路径;2)明确了畜牧业转型是农业绿色发展的关键,尤其要以饲料和牲畜集约化生产、畜禽粪尿全链条管理以及饮食结构转变为重点来推进这一进程;3)以流域环境阈值为约束条件划定了我国重点流域的氮磷排放限值、确定了我国氮磷生态脆弱区的范围,强调了有机肥替代化肥等促进畜禽废弃物循环措施是减少水体污染的关键;4)通过发展粪尿全链条管理技术,遴选了圈舍表面粪污酸化、降低日粮蛋白投入等高效减NH3增效技术,支撑奶牛养殖业绿色发展。案例1-3属于“自上而下”的研究思路,结合了自下而上研究提供的技术参数、调研数据定量设计国家、流域、县域和全产业链的农业绿色发展系统解决方案。案例4属于“自下而上”的研究思路,落实了自上而下研究中提出的政策、技术路径,研发畜牧业减排关键技术,切实助力农业农村生态生活环境改善,二者相互支撑、相互促进。