本文摘要：我國農業正在由傳統農業進入農業4.0模式，這也是農業長期發展、機械化程度達到一定水平、智能化與無人機技術逐步應用的必然趨勢。中國是世界上農業最早興起的國家，千百年來形成了一條雖然生產效率較低但十分完整的傳統農業產業鏈;由于傳統農業生產水平長期
我國農業正在由傳統農業進入農業4.0模式，這也是農業長期發展、機械化程度達到一定水平、智能化與無人機技術逐步應用的必然趨勢。中國是世界上農業最早興起的國家，千百年來形成了一條雖然生產效率較低但十分完整的傳統農業產業鏈;由于傳統農業生產水平長期遠低于當時社會的綜合利用需求水平，在農業產業化、規模化、專業化發展之前，物資處于貧乏狀態，任何物質都被視為資源，根本不會造成資源浪費，因而也就不存在環境污染。
例如，農作物秸稈要在糧食收獲后被隨即保存起來作為牲畜飼料、薪柴、房屋建設、生活工具(如編織菜籃子)等原料;畜牧業發展產生的畜禽糞便與秸稈、雜草、落葉等混雜物堆腐積肥，以“綠肥”或“漚肥”的形式又重返農田，形成“種養轉”三結合的完善循環模式;因此，中國傳統的農業產業鏈是自古以來形成的最科學的循環生產方式，對當下發展現代生態循環農業具有十分重要的啟示。20世紀80年代以來，中國只用40年的時間基本完成了發達國家300多年的工業化和城市化發展進程，取得了舉世矚目的經濟增長成就;但是，在大約30年內就“集聚”和“爆發”了發達國家100多年出現的環境問題。有機廢棄物的產生是導致農業環境污染的重要原因之一，在農業生產過程中，有機廢棄物的形成并不可怕，可怕的是無人監管及沒有適用技術。農業廢棄物循環利用的關鍵在于探索和創新“腐屑”資源的理論與技術。
農業論文范例：基于農學效應的露地蔬菜氮磷鉀推薦肥量探究
有機廢棄物的產生既是“工業化”農業大量生產、造成“產能過剩”的必然結果，也是目前沒有針對有機廢棄物資源化適用技術的必然結局;積極探索開拓性的新理論、新技術已成為當務之急;因此，“黑色農業”應運而生。“黑色農業”是繼綠色農業、藍色農業、白色農業后在生態循環農業領域興起的一個新概念，“黑色農業”可實現生物質資源全物質循環利用，其可持續發展的生態循環技術體系將助力形成農業生態系統高效生產的循環經濟閉合環，值得大力推廣。“黑色農業”一詞伴隨著有機廢棄物資源化的推進力度及其在污染防治攻堅戰中顯示的作用越來越大而逐漸為人們所熟知，“黑色農業”概念形成是一個逐步完善的過程。
“黑色農業”概念的萌芽時期“黑色農業”萌芽時期主要是以環境昆蟲為主要技術依托，探索其對有機廢棄物的轉化處理效果，并組織鑒定了一系列的科技成果。一是通過黃粉蟲生產轉化處理蔬菜尾菜廢棄物，分別在山東省和甘肅省進行了驗證和示范推廣，例如1999年11月通過山東省農業廳鑒定的“黃粉蟲新品種選育、繁育、工廠化生產及產業化開發”項目、2003年8月28日通過鑒定的農業部豐收計劃項目“黃粉蟲工廠化生產技術的示范應用”及甘肅省的“利用黃粉蟲規模化處理尾菜技術”項目等。
二是針對玉米秸稈資源化，建立了農業有機廢棄物資源化的蟲菌復合技術，例如“農業有機廢棄物資源化利用的蟲菌復合技術示范研究”項目。三是在對廢棄秸稈、菌糠等轉化處理技術研究中，構建了生物系統技術，例如天津的“廢棄秸稈處理及資源化生物系統技術引進與示范”項目、山東的“農村生活垃圾轉化處理的生物系統工程技術研究與開發”項目等。四是利用黃粉蟲轉化處理有機蔬菜田間及加工廠廢棄物，豐富和完善了有機蔬菜生產技術，例如山東的“萬畝有機蔬菜生產技術研究與開發”項目等。以上有關成果，雖然在技術研究及示范區域獲得了成功，但是并未引起較大的社會效應。中國網絡電視臺和中央電視臺分別于2011年5月30日[1]和10月25日[2]報道利用腐食昆蟲黃粉蟲處理生活垃圾，并形成了一條黃粉蟲深加工的循環產業鏈。2015年7月29日，《大眾日報》再次報道了黃粉蟲具有吃進垃圾、產出財富的神奇功能[3]。
這些科技成果和媒體報道為“黑色農業”奠定了發展基礎。◎“黑色農業”概念的雛形時期“黑色農業”是與微生物轉化處理有機廢棄物的“白色農業”相對應的概念，并且與綠色農業、藍色農業一起共同構成了“四色農業”結構。“黑色農業”概念最早明確提出于2016年3月2日新華網的新華微視評節目《帶“色兒”的農業》[4];2016年10月12日，《中國科學報》中《黑色農業，使廚余垃圾變廢為寶》[5]一文中提出“黑色農業是有機廢棄物資源的全物質循環利用”，并介紹了在山東省莒南縣磐龍湖農業生態園的實踐情況;但是，在“黑色農業”概念提出的初期，其內涵尚不明確和完善。
“黑色農業”概念的確定“黑色農業”概念與“白色農業”及“三色農業”概念密切相關，包建中于1999年提出了“白色農業”概念，將“綠色農業”“藍色農業”和“白色農業”并稱為“三色農業”[6]。筆者最初于2000年提出“構建腐屑生態系統、開辟農業生產新戰場”[7];2018年4月，筆者首次明確“黑色農業”概念為“黑色農業是對應于綠色農業、藍色農業、白色農業而建立的一個概念，其內涵是：以有機廢棄物資源為物質基礎，以昆蟲生產學技術、蟲菌復合技術和生物系統技術為核心技術支撐，以昆蟲資源產品、產業鏈為目標的新興農業產業領域”。由此，將“三色農業”完善為“四色農業”。
“四色農業”可以概括為：綠色農業，即以土地、水資源為基礎，開發植物、動物資源，形成的傳統種植業、養殖業。藍色農業，即由陸地向水域空間拓展，開發海洋及淡水域生物資源的產業。白色農業，即以有機廢棄物為資源基礎，利用微生物學技術，開發微生物產品的產業領域。黑色農業，即以有機廢棄物為資源基礎，利用昆蟲學技術，開發昆蟲產品的產業領域。“黑色農業”提出的意義◎理論意義“黑色農業”的發展和完善，對于豐富現代生態循環農業的理論體系具有重要意義[8-14]。
在自然界中，存在生物小循環和地質大循環的循環原則，并存著生食食物鏈和腐屑食物鏈兩條食物鏈以及植物、動物、微生物三大生物資源。其中，“黑色農業”就是基于“腐屑食物鏈”的產業化而形成的新興農業領域。時至今日農業面臨的困境，包括經濟效益低下、生態嚴重破壞、環境污染泛濫，其根本原因在于歷經一萬年的傳統農耕史中，僅僅圍繞單一的“生食食物鏈”進行開發了傳統蛋白質的獲得途徑，而沒有對兩條食物鏈進行對等開發。“黑色農業”的發展可以為現代生態循環農業實現“雙鏈互動、跨鏈循環”、構建“雙六產”和產業“環鏈”結構提供科學依據。
生態意義“黑色農業”發展極大地開拓了現代生態循環農業發展的思路。物質在自然界的生生不已和循環不息，是大自然永續發展的基礎。由植物、動物、微生物和環境容納量所進行的生產—加工—分解—轉化過程，是生態系統的基本代謝功能，也是生態學基本規律之一。正由于自然界具有這種性能，人類才有可能根據生態規律，合理利用再生資源，做到取之不盡、用之不竭。在大多數陸地生態系統和淡水生態系統中，生物量的大部分不是被取食，而是死亡后被環境微生物和環境昆蟲所分解;因此，能流以通過腐屑食物鏈運行為主。腐屑食物鏈可能有3個去向，也就是微生物、環境昆蟲或大型食碎屑動物，這些生物類群對能量的最終消散所起的作用已經引起了生態學家的重視。
“黑色農業”的發展和完善，有助于深入、全面地了解和掌握環境昆蟲的生態轉化功能和產業價值，擴展了對于生態系統分解轉化角色的認識。在21世紀之前，對于自然界中生物生產—消費—分解轉化者的角色理解，使人們更多、更深刻地理解了微生物的分解轉化功能，而對于環境昆蟲的分解轉化功能嚴重忽略，微生物在自然界中的分解轉化功能得到充分的關注，微生物科技得到快速發展;昆蟲學研究則偏重于有害種類的防控，對環境昆蟲的分解轉化功能沒有得到應有的重視。推進黑色農業，強化環境昆蟲對有機廢棄物的轉化處理功能，可以助推生態系統中物質流和能量流強度更龐大、更順暢的流轉。
生產實踐意義“黑色農業”的發展和完善，已經在現代生態循環農業、人居環境整治等領域中得到了驗證、應用和拓展。“黑色農業”在生活垃圾分類、人居環境治理領域中的應用。城鄉生活垃圾治理的難點在于“混合”狀態和“濕垃圾”治理。對“混合”狀態的垃圾，可以通過推進垃圾分類予以逐步解決，而環境昆蟲對于水分的吸收、代謝和排泄具有與脊椎動物完全不同的途徑和機制，因此“濕垃圾”中的水分可以被充分吸收而排泄出干燥的蟲砂顆粒。黑色農業產物——昆蟲源蛋白，可以在無抗飼料開發領域中得到廣泛應用。在無抗飼料開發領域中，昆蟲蛋白粉是無脊椎動物源，與脊椎動物源蛋白存在異源性，同時昆蟲源蛋白粉中還含有甲殼素、抗菌肽、溶菌酶等一列抗菌物質，可以和中草藥、藥用植物一起作為無抗飼料的原料。
黑色農業另一產物——蟲砂，可以用于研制人工土壤，將在土壤改良領域做出巨大貢獻。蟲砂本身就是生物產品，而且具有干燥性強、顆粒性均勻的特點，可以直接作為生物有機肥使用或經微生物發酵、與植物源物質混合制作成人工土壤。黑色農業技術體系可以分為3個層次：一是環境昆蟲單一種類的研究與利用;二是微生物與環境昆蟲的結合利用，即蟲菌復合技術;三是以環境昆蟲為主體的多種環境生物的組合技術，即環境生物系統技術。
在環境昆蟲單一種類研究與利用領域，黃粉蟲是研究最成熟和產業化程度最高的種類，主要用于蔬菜尾菜廢棄物、餐廚廢棄物和生活垃圾濕垃圾的轉化處理[15-17];東亞飛蝗對于禾本科雜草具有極大的轉化處理能力，也是由“大害”變“大利”的典型案例[18]。其他研究較為充分的種類還有白星花金龜、黑水虻、中華真地鱉、美洲大蠊。麻蠅和羽芒寬盾食蚜蠅是近3年才逐漸研發的種類，麻蠅具有取食腐肉物質的特點，可以轉化處理餐廚廢棄物和病死動物尸體。
羽芒寬盾食蚜蠅的幼蟲為腐食性，成蟲具有訪花行為，因而具有環境昆蟲和授粉昆蟲的雙重功能，具有極大的開發潛力;昆蟲種類多、分布廣、食性雜，對于單一種類的發掘還需投入更多的精力。隨著環境昆蟲研究種類的不斷增多、研究內容的不斷深入和應用領域的不斷拓展，昆蟲生產學也逐步得到完善和成熟[19]。在蟲菌復合技術領域，對于環境微生物的研究與利用已經做了大量的工作，可以將有機廢棄物轉化為有機肥、單細胞蛋白以及制備沼氣;但是，對于同樣具有“大自然清道夫”之稱的環境昆蟲研究及利用極少。
今后的研究方向是如何將微生物對有機廢棄物的分解作用作為環境昆蟲利用的預處理技術，并極大地提高綜合轉化處理效率。昆蟲環境生物系統技術研究尚處于初期階段。在自然界中，任何一種生態功能的行使，都不是單一物種所能完成的。無脊椎昆蟲可以和微生物、藻類、植物和脊椎動物等整合成生物系統，發揮更大的生態環境效益與產業經濟效益。環境昆蟲可以取食消化反芻動物所不能消化代謝的老化、腐敗秸稈以及各類有機廢棄物。對于脊椎動物不能取食利用、植物不能直接吸收利用的有機物料，可以通過無脊椎動物的轉化、微生物的分解予以解決。
微生物的轉化作用，對前端有機物料具有分解作用，但其后端的產物產品產業化尚需完善。蚯蚓的終端產物產品產業化初具形態，前景廣闊，但其前端對于有機物料的破碎能力差，造成轉化效率低，生產能力差，生物量小;因此可見，蚯蚓往前不可邁進，微生物往后不可跨越。而環境昆蟲，自身能力強大，可充分利用水分，在前端可以破碎有機物料，為微生物分解創造有利條件;在后端可為蚯蚓提供有機物料碎屑和蟲砂。“黑色農業”技術體系研究，目前正處于單項技術成熟并逐漸融合系統化的發展初期。
國外相關技術研究現狀縱觀全球，國際上總體對于環境昆蟲的重視程度不高。從環境昆蟲種類來看，黑水虻研究的國際化程度最高，黃粉蟲其次，其他種類幾乎沒有涉及。美國佐治亞大學謝潑德教授[20]領導的研究小組于1994年在墨西哥成功開發了世界上第1個水虻糞肥管理系統，用于處理集約化經營的雞場產生的大量糞便。1997年，美國環保工程技術公司的奧利弗博士[21]首次將黑水虻技術應用于城市生活垃圾的處理，經過長期探索和研究，發明了一種適用于家庭的黑水虻有機垃圾生物轉化器[21]。
美國德克薩斯農工大學昆蟲學系研究人員在黑水虻的人工養殖技術、處理后糞便的肥料價值和昆蟲蛋白的飼料價值等研究方面取得了重要的成果[22]。澳大利亞墨爾本的卡爾瑪3(Karma3)生物科技公司建立了黑水虻培育轉化處理有機廢棄物系統，其主要特點是利用計算機軟件實現全自動控制，不斷優化飼養環境條件、飼料配方，提高生產效率[22]。南非的AgriProtein基地是一家利用黑水虻生產飼料的公司，是全球市值最高的黑水虻養殖公司，已在歐洲，南、北美洲以及亞洲地區擴大投資生產，產品能夠滿足動物飼料產業對天然和低成本的魚粉替代物不斷增長的需求，可廣泛應用于家禽和魚類養殖行業[23]。西班牙阿利坎特大學桑托斯·羅霍教授[24]所在的研究小組利用黑水虻幼蟲，以可持續的方式處理動物糞尿。
國內相關技術研究現狀在世界上出現“畜禽公害”，特別是我國發起“環保風暴”以后，“黑色農業”發展的潛力在我國得到重視和挖掘，在各類有機廢棄物轉化處理及資源化方面的作用也日漸引起政府、科技界和社會的廣泛關注。在“黑色農業”技術體系的3個層次中，我國在一、二層次的技術已經完全成熟，目前正在推進第三層次技術的研發與應用，特別在有機廢污水凈化和資源化領域最為突出。
在生活垃圾分類領域，環境昆蟲可以“過腹轉化”“濕垃圾”，成熟技術已有黃粉蟲、中華真地鱉、美洲大蠊的應用;在作物秸稈資源化利用領域，環境昆蟲技術可促進“三高(高速、高效、高值)”轉化，其中最成熟的技術就是白星花金龜和東亞飛蝗的應用;在畜禽糞污治理領域，固廢處理技術有黑水虻和白星花金龜應用，液廢則需要環境生物系統技術。“黑色農業”產業鏈就是以有機廢棄物資源為物質基礎，采用昆蟲學技術，形成昆蟲產品并構建的新興產業鏈。打造黑色農業產業鏈的基本過程為：首先對區域性有機廢棄物資源進行調研，確定需求。
第二，“黑色農業”以純凈的有機廢棄物為資源基礎，對生活垃圾進行三元二級分類[12]，獲取純凈的“濕垃圾”;對有機廢棄物資源進行分類、組織分離，如玉米秸稈可以分為葉片、上部莖稈、下部莖稈、根茬4個部分，采取針對性技術進行預處理;畜禽糞污進行固液分離，分別對固體廢棄物和有機廢污水采取對應技術措施。
第三，選擇與有機廢棄物資源對應的環境昆蟲種類，建立昆蟲生產學技術系統;建立環境昆蟲與微生物結合的蟲菌復合技術系統，發揮微生物預處理作用;構建以環境昆蟲為主體的環境生物系統，充分利用昆蟲、微生物、藻類、植物等的綜合生態轉化力。
第四，構建昆蟲資源現代產業體系。環境昆蟲“過腹轉化”有機廢棄物資源，已經形成了一些模式，如黃粉蟲、白星花金龜—瓜果蔬菜類廢棄物[12]，黑水虻、白星花金龜—畜禽糞污，羽芒寬盾食蚜蠅、白星花金龜—作物秸稈，東亞飛蝗、白星花金龜—單子葉雜草，美洲大蠊、白星花金龜—餐廚廢棄物[13]等。目前產業規模最大的種類為黃粉蟲、白星花金龜和黑水虻。“黑色農業”作為一個冉冉升起的新興農業產業領域，發展時期短，基礎積累薄弱，科技力量投入少，很多橫向范圍和縱深領域均存在空白。
例如，昆蟲種類愈百萬種，以20%的腐食性種類計，即有20余萬種之多，但是目前研究的種類僅有30余種，其種質資源、生物學、生態學、生產學的研究任務十分艱巨;蟲菌復合技術和生物系統技術尚處于初級研究階段;昆蟲資源產品開發僅限于蟲體和蟲砂，今后應將對蟲體蛋白、脂肪以及其他功能成份進行深度開發，形成系列化產品，并推進在不同領域中的應用。政策覆蓋社會關注度較低雖然政府十分強調科技創新的重要性，但是將環境昆蟲作為創新技術應用于生活垃圾處理方面還是沒有提到和垃圾焚燒、填埋、堆肥同等重要的層面。長期以來，由于對糧食的重大社會需求，科技界對昆蟲學的研究偏于害蟲的防控領域，對于環境昆蟲、授粉昆蟲在生態環境治理領域的貢獻沒有全面、深透的認識。
昆蟲研究被普遍認為是雕蟲小技，沒有什么大作為，不及對傳統畜牧養殖對象的認知度高。農業資源環境是農業生產的物質基礎，也是農產品質量安全的源頭保障。隨著人口增長、膳食結構升級和城鎮化的不斷推進，我國農產品需求呈持續剛性增長，對保護農業資源環境提出了更高要求。目前，我國農業資源環境遭受著外源性污染和內源性污染的雙重壓力，已成為制約農業健康發展的瓶頸。
一方面，工業和城市污染向農業農村轉移排放，農產品產地環境質量安全令人堪憂;另一方面，化肥、農藥等農業投入品過量使用，畜禽糞便、農作物秸稈和農田殘膜等農業廢棄物不合理處置，導致農業面源污染日益嚴重，加劇了土壤和水體污染風險。打好農業面源污染防治攻堅戰，確保農產品產地環境安全，是實現我國糧食安全和農產品質量安全的現實需要，是促進農業資源永續利用、改善農業生態環境、實現農業可持續發展的內在要求。
同時，農業是高度依賴資源條件、直接影響自然環境的產業，加強農業面源污染防治，可以充分發揮農業生態服務功能，把農業建設成為美麗中國的“生態屏障”，為加快推進生態文明建設做出更大貢獻[25-31]。“黑色農業”針對有機廢棄物資源，應用昆蟲學技術，產出昆蟲蛋白、蟲砂及其他新資源，實現了生物質資源全物質循環利用，是一項戰略性新興產業，是知識技術密集、物質資源消耗少、成長潛力大、綜合效益好的產業，未來應以重大技術突破和重大發展需求為基礎全面拓展，將對經濟社會全局和長遠發展具有重大引領帶動作用。“黑色農業”的發展，與突破我國農業現階段發展瓶頸具有密切的關系。
參考文獻
[1]中國網絡電視臺.黃粉蟲:吃進垃圾,產出財富[EB/OL].(2011-05-30)[2020-01-15].http://news.cntv.cn/20110530/100862.shtml.
[2]中央電視臺.神奇"清道夫"[EB/OL].(2011-10-25)[2020-01-15].http://tv.cntv.cn/video/C10355/83b1b1fda5444c26899d6cad39b45c64.
[3]程,馬景陽.黃粉蟲:神奇的"清道夫"[N].大眾日報,2015-07-29(29).
[4]新華網.帶"色兒"的農業[EB/OL].(2016-03-02)[2020-01-15].http://www.xinhuanet.com//video/2016-03-03/c_127239100.htm.
[5]王卉.黑色農業,使廚余垃圾變廢為寶[N].中國科學報,2016-10-12(4).
作者：劉玉升
轉載請注明來自發表學術論文網：http://www.zpfmc.com/nylw/23139.html
