1、農業正孕育一次重大變革
1991 年，聯合國糧農組織（FAO）發表的“登博斯宣言”中提出“可持續農業和農村發展（SARD）”概念；1992 年，聯合國“世界環境與發展首腦峰會”發表的《里約宣言》提出“可持續發展”概念和在《聯合國氣侯變化框架公約》提出導致全球氣候變暖的主要原因是化石能源消費中排放的溫室氣體，并制訂了減排目標與任務。
以后的大量資料提出，以生物質能源為主導的可再生能源是替代化石能源的主體。據國際能源組織IEA 對2000—2011 年全球一次能源供應的統計，總量的年均增速2.96%，其中生物質能源是2.46%和占比10%，是全球一次能源中的第四大能源，占可再生能源總量的75%。
這與1999 年比爾·克林頓的“發展和促進生物基產品和生物能源”總統令有關。該總統令指出：“目前生物基產品和生物能源技術有潛力將可再生農林業資源轉換成能滿足人類需求的電能、燃料、化學物質、藥物及其他物質的主要來源。這些領域的技術進步能在美國鄉村給農民、林業者、牧場主和商人帶來大量新的、鼓舞人心的商業和雇傭機會；為農林業廢棄物建立新的市場；給未被充分利用的土地帶來經濟機會；以及減少中國對進口石油的依賴和溫室氣體的排放，改善空氣和水的質量。”自此，掀起了發展生物質產業的世界熱潮，這是一件具有里程碑意義的事件。
2000 年2 月1 日出版的《今日美國》發文指出：“石油的‘能源之王’地位也許不久就會遭到廢黜。如今，農田作物有可能逐漸取代石油成為獲得從燃料到塑料的所有物質的來源?！诮稹苍S會被‘綠金’所取代?！泵绹茖W院研究報告稱：“最遲到2020 年，至少由生物基產品行業可以提供25%的有機化工原料和10%的液體燃料，最終將滿足90%以上的有機化學品的消耗量。”
美國農業部就生物質產業發布的研究報告標題是“一個更具活力的美國農村”。
早期人類以漁獵采集為生，用12000 年馴化野生動植物，栽培作物與飼養畜禽的傳統農業也有5000 年以上歷史，而今，農業正孕育一次深刻變革。
2、發現農業新資源
太陽輻射是地球可獲取的唯一外來能量來源，有光能與熱能、次生的風能與水能，屬難于儲存與轉化的物理態能量。植物之神奇在于它能通過自身光合作用將太陽輻射的光能轉化為化學態能量，并構成有生命的軀體，是地球上唯一能捕捉、轉化、儲存和再轉化太陽輻射能的“植物工廠”，是動物和人類獲得營養物與能量的主要來源。
作為生物物質載體的生物質，易儲運和可轉化為固、液、氣態以及電與熱的各種能源產品，以及種類繁多的綠色材料和化工產品。億萬年前積存于地下的生物質，地質過程中轉化為煤炭、石油和天然氣供人類享用。生物質是上天賜給人類的珍貴禮物，是唯一的，不可替代的，永續造福于人類的珍貴禮物。
地球生物圈，每年可新產生生物質2000 億噸，其能量相當于全球人類全年能源消費總量的10 倍，可惜人類利用的還不到7%。即使在高度集約的農田里，生物量產出中也只利用了約40%的果實和肉蛋奶部分，而作物秸稈和畜禽糞便則是“農業廢棄物”，林產中也有20%~30%的“剩余物”。此外，地球上還有遠大于耕地面積的不能生產農作物，但能生長抗逆性強植物的邊際性土地也未被利用。而今現代生物質轉化技術正在激活這些“沉睡的”資源。
據中國工程院資料，中國不含太陽能的清潔能源的年可開采資源量為21.48 億噸標煤，其中生物質占54.5%，是水電的2 倍或風電的3.5 倍。8 類農林等有機廢棄物的可收集作能源用的資源量為4.25 億噸標煤/年，6 類邊際性土地種植能源植物的產能為4.95 億噸標煤/年，合計近10 億噸標煤/年。又據2014 年國土資源部基于縣級的土地調查資料，中國有宜林宜草的邊際性土地面積為16553 萬hm2，比全國總耕地面積還要大。
正是現代生物質轉化技術在農田里發現了占生物量50%以上的新資源，在農田外發現了比農田面積還大的、可以種植生物質原料的邊際性土地。
可見技術創新發現新資源。
3、農業的多聯產經營
繼進口大豆、棉花和食糖占據中國市場之后，國產玉米噸價2000 元而進口玉米到岸價1500 元，出現玉米產量、進口量、庫存量“三齊增”的奇怪現象，導致農戶減收，國家受壓。除設法減低農產品生產成本和提高競爭力外，多聯產和降低系統成本也是可采取方法之一。
梨樹縣是吉林省以產玉米為主和養殖業發達的農業大縣。據調查資料，作物秸稈與畜禽糞便2 項即可年產12 億m3生物天然氣，產值60 億元，接近于2014 年種植業產值（66 億元）或養殖業產值（87 億元）。因生產生物天然氣的原料成本低而凈收入高，可相當于種植業（6 億元）與養殖業（13 億元）之和，可年新增農民人均收入3300 元和減排75 萬噸CO2。
國內最大生物質發電企業——武漢陽光凱迪新能源集團董事長陳義龍在《人民日報》發表文章指出：“我國現已投產運營的200 多家生物質電廠，每年消費約5000 萬噸農林業廢棄物，在減少季節性秸稈焚燒造成的環境污染的同時，帶動超過百萬的農村勞動力就業，每年支付給農民的燃料收購款約150 億元，幫助了約20 萬戶農民家庭脫貧致富?！?/p>
“我國是農林業大國，每年約產生12.5 億噸農林業廢棄物，將其作為生物質原料生產可再生能源商品，可替代約7 億噸標準煤，減排CO2 14 億噸，帶動3000 多萬農村勞動力就業。若對我國現有林地、宜林地及耕地等進行科學、高效經營管護，每年產生的總生物量約相當于55 億噸標煤，將其全部應用于生物質能源產業則可帶動8000 多萬農村勞動力就業?！?/p>
開發非糧生物質新資源適應了國家創新發展需要；其“深綠”功能適應了國家綠色發展和實現經濟轉型的需要；其“三農”背景適應了推進農業適度規模經營，農村一、二、三產融合發展，增加農民收入的需要；其小與散適應了吸引民間資本和發展中小企業，大眾創業，萬眾創新的需要；其可提供大量工作崗位適應了農村和新型城鎮化勞動力就業的需要。
可見，發展非糧生物質農業是順應國情農情的需要。
4、農業-環保產業
中國煤炭消費占比居高不下，汽車尾氣排放與時俱增，露地焚燒秸稈屢禁不止，高COD 廢水偷排不斷，畜禽糞便劇增橫溢，石化塑料任其泛濫，以至霧霾肆虐于藍天，污染毒害于江河，塑料垃圾漂浮于大海。所有這些當今難題，皆可通過生物質替代以及無害化和資源化轉化過程一一得到緩解。
生物質燃料具有低灰低硫和低排放特性，“與常規火電相比，生物質直燃發電技術在環境性上的改善是極為顯著的。”
現全球生物質發電裝機容量50 GW，可替代約9000 萬噸標煤。到2013 年年底，中國28 個省區的生物質發電累計核準容量1.2 萬MW，上網電量356 億kW·h，減少約5000 萬噸作物秸稈的露地焚燒，替代約1000 萬噸煤炭和相應減排了2300 萬噸CO2。
減排克霾的難點之一是全國50 余萬臺20 噸位以下的中小燃煤鍋爐。它們難以清潔燃燒，高度分散而體小量大，年耗煤2.7 億噸，排放煙塵60 萬噸、SO2 226 萬噸和NOx 100 萬噸?！懊焊臍狻彪m好，但氣缺價高，環保部和國家能源局已在全國大力推進生物質成型燃料供熱，以替代燃煤。其煙塵、SO2和NOx排放濃度基本等同于天然氣排放標準，價格是天然氣供熱的60%。按2013 年全國消費成型燃料683 萬噸計，相當于減少約1000 萬噸秸稈的露地焚燒，替代約500 萬噸煤炭，以及減排大量溫室氣體與粉塵，減少對大氣的污染。
畜禽糞便和加工業排放的有機廢水廢渣，既是污染源，又是生產沼氣的原料。將含甲烷60%的沼氣提純到含95%，可獲品質同于普通天然氣的生物天然氣（BNG）。如用于驅車動力，每m3比1 L 汽油可多驅動汽車行駛15%的里程，是汽油價格的85%~90%，且尾氣中有害氣體排放量僅為汽油的10%~50%。德國1999—2013 年，沼氣-生物天然氣工廠由850 個增加到7874 個，裝機容量由49 MW發展到3364 MW，超過了水電。2012 年，歐洲有13800 個沼氣工廠，產沼氣140 億m3，其中有約15%提純為并網生物天然氣，其余的用于熱電聯產。
2014 年全球產燃料乙醇7200 萬噸，減排溫室氣體1.06 億噸。添加10%生物乙醇的汽油汽車，可減排CO2 30%以上和NOx 10%以上；添加20%生物柴油的柴油汽車的顆粒物、CO2 和NOx 大量減少，致癌物可減少75%~90%。當此2 項產品受原料所累而難以大規模發展時，用熱化學法生產先進生物燃油的第二代技術取得了突破。
為防治“白色污染”，20 世紀90 年代多國組織可降解塑料的技術攻關，從裂解塑料到生物基全生物降解塑料?；诘矸郯l酵的聚乳酸技術路線是當今主流，但成本較高和市場競爭力不佳。如正在研發的由木質纖維類轉化乙酰丙酸、進而合成全生物降解塑料技術路線取得成功，這將是由淀粉到木質纖維素的一場原料革命。
以污染源為原料生產減排克霾和防治白色污染的綠色產品，是“點石成金”的“深綠”技術，是資源節約和綠色發展中冉冉升起的一顆新星。
5、農業生產新要素
傳統農業是低產出的閉合式物質循環和能量多級利用，科技革命和工業革命送來新的品種、化肥、電力和機械，使近現代農業成為高產出的開放式物質循環和能量多級利用。在經營方式上，19 世紀末德國經濟學家李斯特提出農業發展的3 階段論；20 世紀30 年代蘇聯卡西亞諾夫提出農業的縱向一體化；20 世紀50 年代美國戴維斯提出農業企業化（Agribusiness）；21 世紀初荷蘭Jaap Post 提出：“只有將農業綜合體內各種活動的總和考慮進去，才能構成一幅農業的完整圖畫”。諾貝爾經濟學獎得主西奧多·W·舒爾茨在1964 年出版的《改造傳統農業》—書中總結性地提出，“改造傳統農業的關鍵是要引進新的現代農業生產要素。”
百余年來，以作物果實和畜禽肉蛋奶為生產對象的常規現代化農業取得了輝煌成就，但它只是利用了近50%產出的“半生物質農業”。如果將作物秸稈、畜禽糞便等有機廢棄物，以及邊際性土地上生長的林、灌、草生物質都納入生產對象與新興生物質工業的原料范疇，將“半生物質農業”進化為“全生物質農業”，也就是將農田生物質產出的全部都利用起來，人們將會豁然開朗地發現，一片能夠力挽當今資源緊缺和環境惡化狂瀾的綠色天地就在眼前。這是一項意義重大的、具有里程碑意義的“新的現代農業生產要素”的引入。
隨著工農業發展相應的流通和服務等其他產業也得到快速發展之時，經濟學家羅納德·費希爾于1935 年提出“第三產業”概念；在多媒體技術興起而信息網絡尚不暢通的情況下，阿爾·戈爾于1993 年提出“信息高速公路”概念；當生物質轉化技術發展到一定程度，比爾·克林頓于1999 年提出“生物質產業”概念；當互聯網和物流業在中國發展到一定程度，于揚于2012 年提出“互聯網+”概念和誕生了“阿里巴巴”。每當一個對社會發展有重要推動意義的事物發展到一定程度，或早或晚地會出現一個這樣的“概念助推器”。理念創新是戰略層面上的創新，一個科學理念的發現就是一處寶藏的發現。
在比爾·克林頓提出的“生物質產業”基礎上，現在是該提出“全生物質農業”概念的時候了。如果用通俗語，“農業+”即是“糧果農業”加上“非糧”生物基產品和生物能源的農業。進而與“互聯網+”相通，將前途無量。
6、農業系統的結構與功能提升
2004 年，筆者參加“國家中長期科學和技術發展規劃”的研究制定工作，代表農業戰略研究組向溫家寶總理匯報時提出了“生物質經濟已經浮出水面”；2005 年，筆者在《科技日報》發表題為“發展生物質產業”的文章中提出了“種出一個綠色‘大慶’”，2006 年在《求是》雜志發表的“農業的三個戰場”文章中提出了“基礎農業戰場、加工農業戰場和能源農業戰場”和“現在需要的是，從概念到國家政策上能夠到位，將農業的3 個戰場聯成一體，構建一個由第一、第二和第三農業組成的，新型的農業結構，需要有一次觀念的革命和解放生產力的革命?！?/p>
10 年過去了，生物質能源及其環保功能開始為社會所了解與認同，由國家能源局和環保部主管，而農業部涉足甚少。作為一個統一的產業系統而言，這是遠遠不夠的。生物能源與生物基產品是以作物秸稈、畜禽糞便、林業剩余物、加工業和城市的有機廢水廢渣，以及利用邊際性土地種植能源植物為原料的“非糧生物質”生產轉化系統。系統的本質特征是同于農業的，有生命物質生產，而生物能源與生物基產品是系統的功能體現。
“非糧生物質”生產轉化系統是農業生產大系統中的一個子系統?！凹Z果生物質”生產系統、“糧果加工”系統以及“非糧生物質”生產轉化系統3 者相互依存、相互作用和相互制約地存在于農業大系統之中。20 世紀90 年代，盛產甘蔗與蔗糖的巴西開始大規模生產甘蔗乙醇，隨著國際市場的糖價和醇價而調整糖與醇的加工量。德國在擴大沼氣生產規模中，將部分未完全成熟的玉米全株“青貯”，用作沼氣生產原料；中國農業大學培育了一種采收玉米籽粒時仍保持“青稈”的糧、能兼用的玉米品種；意大利科學家培育的“富能煙草”種子含油率高達40%，公頃產油量是油菜和向日葵的2 倍，并擬用于生產航空煤油，其原料生產與轉化是同一系統中密切關聯的二個要素。
將生物能源與生物基產品納入農業生產系統是“認祖歸宗”，名正而言順。有利于系統內各要素的協調，提升系統生產能力；有利于經營管理上的協調與組織，降低系統成本；有利于發展農工聯合企業和一二三產融合，推動新型城鎮化與新農村建設；有利于轉變農業發展方式和轉型升級；有利于推進農業現代化和破解“三農”新難題。
7、全生物質農業
全生物質農業是指以農田種養殖過程中的全部生物質產出以及可利用的邊際性林地和草地生物質產出為生產對象，進行果實和纖維、生物質能源和生物基產品的全產業鏈生產的新型農業。進行果實和纖維生產的為“第一農業”，進行生物質能源和生物基產品生產的為“第二農業”。全生物質農業要以“全生物質原料”概念替代過時的“農林廢棄物”概念；要以“農業多聯產”概念替代過時的“單一農產品”概念；要以“全產業鏈生產”概念替代過時的“初級農產品生產”概念；要以“一二三產融合”概念替代過時的“單一農業”概念。
根據國內外進展和中國國情，全生物質農業的“非糧”側可商業化的產業鏈條和生長點是：
1）生物質直燃發電技術成熟，對秸稈露地焚燒有立竿見影效果，宜向熱電多聯產方向升級發展。當前盈利狀況不好，需加大政策扶持力度。
2）以作物秸稈和林業“剩余物”為原料的生物質成型燃料供熱技術成熟，對替代中小鍋爐燃煤和治理大氣污染有立竿見影效果。目前從原料收集到供熱間的產業-商業鏈條尚未建成，市場化程度還不高。
3）以規?；B殖場的畜禽糞便及周邊作物秸稈等有機物為原料生產沼氣和進而純化為生物天然氣的技術成熟，它是唯一的負碳排放和植物營養元素可最大程度回歸土壤的生物質轉化技術，宜大力提倡。中國有年產1000 億m3以上的生物天然氣生產潛力，相當于2018 年開始由俄羅斯進口天然氣量的3 倍。目前產業—商業鏈條尚未建成，標準化和市場準入尚未實現。
4）在眾多的生物基產品中，全生物降解塑料的社會需求與市場最大，特別是中國急需的可控全生物降解地膜，以保護農田因地膜覆蓋而導致的土壤退化。在應用乳酸發酵技術路線的同時，由中國企業研發的，以木質纖維素為原料的乙酰丙酸基塑料技術路線也有望取得成功。
5）以熱化學方法轉化合成先進生物燃油的二代技術已趨成熟和開始商業化生產。這項由淀粉原料變為木質纖維素原料的顛覆性技術創新，開啟了中國億萬hm2邊際性土地利用之門，這是一片實現國家綠色發展夢想的家園。國家應為此珍貴“處女地”的開發早作謀劃。
中國鄉村發現網轉自:《科技導報》2016 年13 期
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