科技发展之窗　农业的绿色革命.docx

选修二 第二章 生物科学与农业科技发展之窗-农业的绿色革命随着时间的推移，人类赖以生产食物的可耕地因为城市化、沙漠化等原因在不新减少，而人口却在不断地增加。如何利用越来越少的耕地来养活越来越多的人口?20世纪50年代至80年代发生的农业绿色革命green eoluio)给人们带来一-些启示。 20世纪40年代末，化肥的大量施用使农作物的产量得到提高，但小麦等主要粮食作物高秆品种的倒伏现象却越来越严重，有时反而造成减产。为了解决这一问题，以勃劳格(N.E. Borlaug, 1914-)为首的科学家，在墨西哥用矮秆低产小麦与高秆高产小麦杂交，育成了一大批适应性强、产量高的矮秆小麦品种，人称“墨西哥小麦”。墨 西哥1944年还是小麦进口国，由于这些新品种的推广和应用，到1964年则变成了小麦的出口国。1967年后， 许多国家也相继引入墨西哥小麦，使小麦大幅度增产。例如，印度由于引进墨西哥小麦，因而在1967 1978年的10余年间使小麦产量增加了20000人们将144年起到20世纪80年代末，墨西哥小麦及其载培技术的形成。传播和普遍获得高产的现象，称为“绿色革命”。勃劳格被誉为“绿色革命之父”，并于170年家获诺贝尔和平奖。与此同时，位于菲律宾的国际水临研究所用高杆与提轩水格品种条交，有成了一批接杆、高产水稻新品种。这些新品种在东南亚推广种植后，使水稻的产量提高12倍。人们将这一农业进步也一并称为“绿色革命” 以袁隆平为首的中国科学家，根据遗传学杂种优势的原理，于1973年成功地培育出世界上第一代杂交水稻。杂交水稻的大面积推广，使水稻在矮秆品种产量提高的基础上，平均亩产再提高20%，仅在我国，年增产稻谷达1.15 x 10101.2 x 1010kg。 世人称杂交水稻的成功为“第二次绿色革命”。袁隆平因此被誉为“杂交水稻之父”。 遗传学的基本原理与植物育种相结合产生的农业绿色革命，不仅使世界粮食增产的速度与人口增长速度同步，而且带动了农业相关行业的迅速发展。补充资料：“绿色革命”一词，最初只是指一种农业技术推广。20世纪60年代某些西方发达国家将高产谷物品种和农业技术推广到亚洲、非洲和南美洲的部分地区，促使其粮食增产的一项技术改革活动。狭义的绿色革命是指发生在印度的“绿色革命”。19671968年，印度开始了靠先进技术提高粮食产量的“绿色革命”的第一次试验，结果粮食总产量有了大幅度提高，使印度农业发生了巨变。广义的绿色革命是指在生态学和环境科学基本理论的指导下，人类适应环境，与环境协同发展、和谐共进所创造的一切文化和活动。背景条件：在19世纪和20世纪先后发生过四次农业革命（Agricultural revolution），即19世纪90年代农业“机械革命”；20世纪初的农业“化学革命”；20世纪前半叶“杂交育种革命”，以及20世纪下半叶出现的第一次绿色革命。农业革命或绿色革命形成的条件可以归纳为：（1）农业重大问题、全球性食品危机出现。（2）技术及生产工具取得突破性进展，生物科技日益成熟，需要传播与扩散。（3）政策导向的利好推动。国际社会关于粮食增产与全球稳定、国际减贫等问题形成共识，并且政府与非政府组织积极支持并参与农业重大问题的解决，技术主导大国（如美国）调整政策，为农业革命提供技术条件和政策支持。第一次绿色革命在绿色革命中，有两个国际研究机构做出了突出贡献。一个是国际玉米和小麦改良中心，以诺贝尔和平奖金获得者NE勃劳格为首的小麦育种家，利用具有日本“农林10号绿色革命”矮化基因的品系，与抗锈病的墨西哥小麦进行杂交，育成了三十多个矮秆、半矮秆品种，其中有些品种的株高只有4050厘米，同时具有抗倒伏、抗锈病、高产的突出优点。另一个是国际水稻研究所。该所成功地将我国台湾省的“低脚乌尖”品种所具有的矮秆基因，导入高产的印度尼西亚品种“皮泰”中，培养出第一个半矮秆、高产、耐肥、抗倒伏、穗大、粒多的奇迹稻“国际稻8号”品种。此后，又相继培养出“国际稻”系列良种，并在抗病害、适应性等方面有了改进上述品种在发展中国家迅速推广开来，并产生了巨大效益。墨西哥从1960年推广矮秆小麦，短短3年间达到了占种植面积的35%，总产接近200万吨，比1944年提高5倍，并部分出口。印度实施绿色革命发展战略，1966年从墨西哥引进高产小麦品种，同时增加了化肥、灌溉、农机等投入，至1980年促使粮食总产量从7 235万吨增至15 237万吨，由粮食进口国变为出口国。此后不久，就逐渐暴露了其局限性，主要是它导致化肥、农药的大量使用和土壤退化。90年代初，又发现其高产谷物中矿物质和维生素含量很低，用作粮食常因维生素和矿物质营养不良而削弱了人们抵御传染病和从事体力劳动的能力，最终使一个国家的劳动生产率降低，经济的持续发展受阻。 主要问题（1）收入不平衡大的农场主是新技术的主要受益者，因为他们有条件得到灌溉水、化肥、种子和贷款；小的种植户没有受益，甚至受到伤害。绿色革命降低了农产品价格，抬高了投入价格，实行了机械化作业，大的农场主就采取增加租金的方法迫使承租人离开土地，因此，使农村的就业机会减少和工资水平下降。（2）导致环境损害过多的和不适当的使用化肥和杀虫剂造成了严重的水污染。屡屡发生的农民中毒、杀死益虫和其它野生动植物事件，就是最好的证明。过度灌溉导致了土地盐碱化，不得不放弃一些原来肥沃的耕地。在一些大量利用井灌的地区，造成地下水位下降。由于主要种植几种绿色革命推广的农作物品种，导致农业品种多样性的丧失。（3）推广的品种不适于旱地种植绿色革命推广的品种存在要求肥水条件高、不适于旱地种植等问题。这些品种仅在灌溉条件好和降雨充沛的地区得以大面积推广，而在降雨稀少的地区则难以种植。（4）高产作物中矿物质和维生素含量很低90年代初，又发现绿色革命推广的作物品种中矿物质和维生素含量很低，由此有人提出了第二次绿色革命的设想，主要目的在于运用国际力量，为发展中国家培育既高产又富含维生素和矿物质的作物新品种。 第二次绿色革命原因：1.由于气候变化，环境污染，水资源下降，全球粮食产量增长速度还将放慢，而人口到2025年将达到85亿，结果要产生比现在多50%的粮食才能解决人口增长导致的食物需求问题。 尽管第一次绿色革命的成功实施，使中国，墨西哥，印度等主要发展中国家的粮食产量上升了70%，但大多数发展中国家仍然面临着贫困和食品短缺的威胁。2.第一次绿色革命也存在着一些障碍和负面影响土壤瘠薄的广大干旱和半干旱地区无法应用第一次绿色革命成果。由于自然条件所限，以及第一次绿色革命的种子对水、化肥、农药的依赖，粮食产量在国家间、地区间、高中低产田间仍存在较大差异。由于高产产品对化肥、农药、灌溉依赖过度，导致土壤、水系污染，病虫害的抗性增强，土壤盐渍化等生态和环境问题，以及生产成本上升的问题。农村出现新的两极分化，贫困和妇女作用问题日渐突出。任务：1.解决2050年85亿人口的吃饭问题2.消除广大发展中国家特别是农村的贫困。3.促进和提高贫瘠土地的生产能力。4.改善生态和环境质量，降低生产成本，实现可持续发展。5.促进农村市场和农村社会发展， 解决妇女地位，农民素质等问题。各国方案：1、CGIAR（国际农业研究磋商组织，是一个战略联合体）提出旨在帮助第三世界贫困人口脱贫，养活未来人口为主要目标，以环境保护和持续发展为前提条件，以生物技术（主要是基因工程和分子生物学在育种上的应用）和信息技术与常规育种技术相结合为主要途径，以培育超级木薯、超级水稻、特种玉米、短季抗病马铃薯、抗病小麦为代表性技术的第二次绿色革命的思路，并付诸实践。2、欧洲国家的代表英国 提高作物单产：培育优良的作物品种；改善土地生产能力；防治病虫害。3、少数工业发达国家的代表美国 解决吃好问题，以开发含微量元素的保健食品为主4、发展中国家的代表中国我国农业科学家提出了我国农业“第二次绿色革命”的战略构想，并将其目标定义为“少投入、多产出、保护环境”。根据这一目标，我国的作物生产不仅要继续提高产量、改良品质，更重要的是要大幅度地减少农药、化肥和水资源的用量，保证经济、社会和环境的可持续发展，以及人与自然的和谐共处。因此，要求我国作物改良应将增加品种的抗病虫性、营养高效利用、耐旱、抗逆等性状作为重要目标。我国的杂交水稻是第二次绿色革命时期的杰出代表。科学技术是第一生产力，农业生产力是农业经济发展的重要推动力，是加快传统产业向现代产业发展，确保我们粮食安全的关键因素，在提高我国农业的综合生产能力、促进产业升级、提高资源的利用率和抵御自然灾害的能力及增加农民收入等方面做出了重要的贡献。两次绿色革命的比较相似点：（1）人口与食品供求关系的巨大矛盾。（2）以解决食品危机为主要目的。（3）利用新的科学技术来开发作物新品种，这些品种在其增产、地区适应性方面优于以往品种。（4）新品种技术的影响对于发展中国家农业及食品生产至关重要。出于各种原因，这些技术尚未传播普及到本该受益最大的地区。（5）政策与农技培训对于绿色革命的范围和最终成功与否具有至关重要的影响。不同点：（1）时代背景与目标导向不同第一次绿色革命发生在人类社会主流已经进入的工业经济时代，当时发展中国家仍处于农业经济时代；第二次绿色革命面临的是信息经济时代和生物经济成长阶段。在即将到来的生物经济时代，农业的功能，除满足人们温饱条件、为工业增值提供原材料外，还将体现在增进人类健康、提高营养品质和生活质量、满足人们消费多元化和崇尚生活情趣、个性化定制食品和药物以及供人们以回归自然与绿意享受等，即突出绿色环保、可持续发展、注重营养品质、产品人性化与个性化等“人本化”特征。农业发展目标不仅在于食品增产，而且还在于在食品产量增长的同时，农产品质量得以提升，环境与自然资源可持续利用。也就是说，相对于第一次绿色革命的目标导向主要是增加食品产量而言，第二次绿色革命的目标导向是多元的，即在追求食品增长的同时，更加关注生活质量的提升与环境可持续发展。（2）技术系统不同第一次绿色革命依托的主要技术是植物常规育种和杂交育种，以及与高产品种配套的灌溉系统、化肥和杀虫剂的广泛使用。而第二次绿色革命依托的技术将主要是以分子生物学及基因工程为核心的现代生物技术，以及其他配套的有利于环境可持续发展的“绿色”技术。第二次绿色革命依托的技术，如研制转基因作物种子所需的科学技术，比创造第一次绿色革命农业进步所用的科学技术要复杂得多。（3）知识产权的界定和研发部门不同以转基因种子为例，转基因种子主要是由私营公司，尤其是由兼营种子与化学工业的跨国公司研制，而非如第一次绿色革命那样新品种主要由公共部门投资研制出来。由此带来的种子成本和知识产权问题非常突出，以致成为目前推广使用生物技术产品的巨大障碍因素。（4）政策环境和政治气候不同第一次绿色革命被认为是在一个特殊的政策环境中实现的，这种政策环境包括人口过剩、担心饥荒、慈善事业、冷战政治因素等。这一时期，农业科技进步被积极鼓励，政策法规相对宽松，有助于农业革命。而第二次绿色革命已不存在来自意识形态领域的影响，且有关转基因食品等的政策法规更加严格；非政府组织、公众意识和舆论已形成重要的政治力量，各利益相关者的关系更加错综复杂；互联网等信息技术的发展又使得公众的关注度和知情状况发生改观，从而使转基因等技术的推广应用面临更多的挑战。（5）负面效应不同第一次绿色革命所产生的负面效应主要是由于过量使用化肥、除草剂等化学物质而对环境造成的破坏，以及由于农作物品种单一化而引起的农业种质资源减少及农业生态系统退化。第二次绿色革命可能造成的负面效应主要是食品安全、生物伦理以及生物多样性等问题。由于转基因作物种植导致化肥、除草剂等化学物质使用量的减少，被认为将有益于环境。生态农业的优势：一、以生态学为主导的第二次绿色革命，才是真正意义上的绿色革命。以生态学为特征的绿色革命，是在秸秆上做文章，是在培肥地力、恢复生态平衡上做文章，而不是单纯在种子上做文章；是利用生态学的原理解决食物问题和环境问题，而不是用工业的思路制造环境污染(化肥、农药、地膜等)；是用生物多样性中的物种增加人类的食物(如牛、羊肉和奶食品)，而不是用其中的某些基因获得人类期望的食物(如单一的粮食)；是将动物的习性恢复到其自然属性，而不是用所谓的合成饲料消耗粮食。这就是说，生态学的解决方案，不是将眼光直接盯在提高粮食产量上，而是将人们废弃的50%以上的光合产物(以秸秆为主)，高效循环利用起来，通过植物生产(截获太阳能)、动物生产(收获肉奶等食品)、微生物生产(生产饲料和肥料)等，使单位土地面积升值，既增加了食物，又增加了肥料。二、以生态学为主导的第二次绿色革命有以下几点好处：第一，解决国家食物安全问题。我国年产秸秆67亿吨。如果充分利用起来如养牛养羊等反刍动物，则相当于得到1亿吨的活牛重，以54%的出肉率计算，等于5400万吨纯牛肉，或2.7亿吨粮食（1斤肉等于5斤粮的营养和热量），扣除育肥过程中消耗的1亿吨粮，净增加粮食1.7亿吨。目前，全国80%的牛羊已经在农区养殖，充分说明秸秆畜牧业是有巨大潜力的。第二，制造有机肥，减少化肥等造成的环境污染。如果有效利用秸秆资源，那么牛羊这些流动的“化肥厂”所制造的有机肥量将十分巨大。初步计算，如将全国50%的秸秆利用起来，就可增加牛粪32.838.3亿吨(鲜重)，折合28353310万吨硫酸胺，均为有机肥，大量使用对土壤不形成破坏，不会造成环境污染，产量也不会下降反而可能增加。根据我们在山东的前期实验，如果每亩施用3吨有机肥，即使减少一半的化肥用量，玉米产量也高于施常规化肥的产量。第三，避免了转基因食品带来的恐慌。尽管分子生物学家们反复强调转基因食品是安全的，然而对于其长期影响，尤其他们没有底气自己带头吃，人们还是不信任该技术的安全性问题。发达国家对转基因粮食和传统粮食是严格区分的，我国也有法律规定转基因食物需要明确标识。利用生态学办法生产的食物则不存在这种风险，所有从事生态农业的人员不仅带头吃自己的产品，还会向亲朋好友介绍食用生态农产品。目前农民种地实现“双轨制”，留给自己吃的恰好是用生态的办法生产的。生态农产品欢迎标注，但转基因食品害怕标注，这就是两种食物的巨大差别。第四，生态学主导的第二次绿色革命在源头生产健康食物。由于少用化肥，少用或不用农药，食物生产系统增加了优质劳动力，加上现代科学技术应用，生态农业可在源头生产健康食物，减少医院病人，促进城乡和谐。在国外，生态农业又称自然农业、有机农业和生物农业等，其生产的食品称生态食品、健康食品、自然食品、有机食品等。尽管各国对生态产品的叫法不同，但宗旨和目的是一致的，这就是：在健康的土地上，用健康的生产方式生产健康的食品，提高人们的健康水平，促进农业的可持续发展。目前城市富裕人群对于食品安全的要求越来越高，他们对粮食生产的要求是：一点化肥不施，一滴农药不洒，一粒除草剂不用，坚决不能有转基因。这样的食品是有市场竞争力的。第五，减少温室气体排放实现农田生态系统碳逆转。目前的农业模式是排放温室气体的，高达44%-57%的全球温室气体来自所谓的现代农业。我们的研究发现，用有机肥替代化肥可显著减少温带农田温室气体排放量，其固碳潜力达8.8吨CO2/公顷/年。与此同时, 施用有机肥还增加了土壤肥