賈貴儒 何志巍 劉玉穎
(中國農(nóng)業(yè)大學理學院應用物理系,北京 100083)
2004年至2019年連續(xù)16年的“一號文件”講的都是農(nóng)業(yè)問題,可見中央非常重視農(nóng)業(yè)。黨的十九大報告中指出:農(nóng)業(yè)農(nóng)村農(nóng)民問題是關(guān)系國計民生的根本性問題。必須始終把解決好“三農(nóng)”問題作為全黨工作重中之重。農(nóng)業(yè)出路在現(xiàn)代化,農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化關(guān)鍵在科技進步。農(nóng)業(yè)4.0的鄉(xiāng)村振興、產(chǎn)業(yè)興旺、生態(tài)文明、健康中國等都對推進我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設、對農(nóng)業(yè)高等教育提出了新的要求。
四十年的改革開放,中國農(nóng)業(yè)發(fā)展成就輝煌。2017年,糧食總產(chǎn)量6.18億噸,人均445公斤;肉類總量8588萬噸,人均62公斤;水產(chǎn)品總量6953萬噸,人均50公斤。1978年,第一產(chǎn)業(yè)勞動力占比70.5%,到2017年第一產(chǎn)業(yè)勞動力占比為27%。(1)數(shù)據(jù)取自2018年1月在北京國際會議中心招開的“全國智慧農(nóng)業(yè)論壇”中張紅宇報告“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的第三條道路——中國的現(xiàn)狀與未來”。
2017年我國糧食累計進口1.3062億噸,其中,大豆9553萬噸,稻米403萬噸,小麥442萬噸,玉米283萬噸。糧食進口實際已占我國全年糧食總量的17.45%,超過“紅線”12個點。農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)效率低下,2015年四國人均農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值:美國:80537.73美元;日本:55900.97美元;中國:1465.22美元。①
當前我國農(nóng)業(yè)也面臨著嚴峻的挑戰(zhàn),主要表現(xiàn)在農(nóng)村勞動力老齡化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本上升、農(nóng)產(chǎn)品國際競爭力下降、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)組織化與市場化程度低、生態(tài)環(huán)境亟待改善等方面。
(1) 還有農(nóng)村土地無人耕種。一些遠離城鎮(zhèn)的鄉(xiāng)村,年輕人進城打工,孩子進城讀書,還在務農(nóng)的多是老人和婦女。
(2) 種地的成本增大。出現(xiàn)農(nóng)民不愿意賣糧、不愿意種糧的現(xiàn)象。
(3) 有些高產(chǎn)量是化肥農(nóng)藥過度催生的結(jié)果。
(4) 如果進口糧食價格更低,有些糧庫就一味地收購進口糧食。
(5) 生態(tài)環(huán)境被破壞。有關(guān)部門通過對118個城市連接監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示發(fā)現(xiàn),約64%的城市地下水遭受嚴重污染,33% 的地下水受到輕度污染,基本清潔的地下水只有3%;目前全國耕種土地面積的10%以上已受重金屬污染,共約1.5億畝;此外,因污水灌溉而污染的耕地有3250萬畝;因固體廢棄物堆存而占地和毀田的約有200萬畝,其中多數(shù)集中在經(jīng)濟較發(fā)達地區(qū)。
它們的共同特點是科技領(lǐng)先,形成規(guī)模,實現(xiàn)機械化、標準化和專業(yè)化生產(chǎn),農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)效率高。
美國人口只有3億左右,其中農(nóng)業(yè)人口還不足全國人口總數(shù)的2%。一個農(nóng)民可以照料6~7萬只雞、5000頭牛,可以生產(chǎn)谷物10萬公斤,生產(chǎn)肉類1萬公斤,養(yǎng)活98個美國人和34個外國人。美國對農(nóng)業(yè)人才的培養(yǎng)是成功的,秉承科研+教育+推廣“三位一體”的體系,有4大研究中心、130多所農(nóng)學院、56個州農(nóng)業(yè)試驗站、1200家科研機構(gòu)主要服務于農(nóng)業(yè)、3300多個地區(qū)性推廣站和農(nóng)業(yè)合作推廣機構(gòu)、63所林學院、27所獸醫(yī)學院、9600名農(nóng)業(yè)科學家、1.7萬人左右的農(nóng)技推廣人員。[1]
荷蘭國土面積41864平方公里,只有重慶市的一半,但是全球第二大食品出口國。荷蘭是世界上最大的土豆和洋蔥出口國。在全球蔬菜種子貿(mào)易中,超過1/3的種子來自荷蘭。荷蘭種植大棚具有高凈空、增溫、補碳、補光、營養(yǎng)控制、消毒的特點。番茄溫室種植,12月種植,3月初收獲,到11月結(jié)束。8個月采收期。溫度不超過28℃,晚上在20℃左右,形成溫差。一畝地50噸產(chǎn)量(每平方米75公斤)。辣椒大棚,每平方米30公斤。[2]
德國的城市和農(nóng)村幾乎沒有差距,到處都是農(nóng)田。農(nóng)業(yè)利用的土地占國土面積的47.4%,柏油路通達每家每戶。德國的農(nóng)業(yè)從業(yè)人員約占總勞動力的2%,一個農(nóng)民可以養(yǎng)活150人,未來,還要達到300人的目標。德國農(nóng)民均為持證上崗,年輕的新農(nóng)民必須受過9年義務教育,再經(jīng)過最少3年的職業(yè)培訓。德國農(nóng)產(chǎn)品標準化嚴格,十分強調(diào)農(nóng)產(chǎn)品安全問題。德國農(nóng)業(yè)法律法規(guī)完善為農(nóng)業(yè)發(fā)展保駕護航,為農(nóng)業(yè)發(fā)展建立了金融體系和土地流轉(zhuǎn)制度,政府大力的財政支持讓土地和農(nóng)民都活了起來。[3]
以色列資源非常稀少,有一半的土地是沙漠,可耕地面積非常少,水資源非常缺乏。以色列的農(nóng)業(yè)非常發(fā)達,一個農(nóng)業(yè)人口可養(yǎng)活90~100人。發(fā)達的自動化溫室控制技術(shù),先進的節(jié)水灌溉技術(shù),精確化的育種開發(fā)技術(shù)及水肥一體化技術(shù)。勞動生產(chǎn)率達到日本3倍,中國12倍,耕地生產(chǎn)率是世界最高,達到了美國的近5倍。以色列平均每頭牛產(chǎn)奶10500公斤,棉花單產(chǎn)居世界之首,畝產(chǎn)近500公斤(中國為114公斤)、柑桔畝產(chǎn)多達3噸(中國為0.5噸)。[4]
日本屬于島國,沒有發(fā)展農(nóng)業(yè)的先天條件,但是日本商品率十分高,高達95%,部分達到100%。商品率是農(nóng)業(yè)上從自給性生產(chǎn)向商品經(jīng)濟轉(zhuǎn)化的重要指標。一般農(nóng)戶全年只生產(chǎn)1~2個品種。搞農(nóng)業(yè)的不僅只搞種養(yǎng)(第一產(chǎn)業(yè)),還要加工農(nóng)產(chǎn)品(第二產(chǎn)業(yè)),銷售農(nóng)產(chǎn)品(深加工)或配套服務(第三產(chǎn)業(yè)),這樣才能獲得多環(huán)節(jié)增值價值。“1+2+3”=6。這就是“第六產(chǎn)業(yè)”的來歷。[5]
3.1.1 確保糧食安全
這是個關(guān)系國計民生的大問題。必須以中國供給解決中國需求,以中國資源解決中國問題。既不排斥進口,又不能依賴進口。
3.1.2 確保增加農(nóng)民收入——提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率
這是個關(guān)系社會穩(wěn)定的大問題。
3.1.3 建立新時代的土地制度
目前我國土地所有權(quán)、承包權(quán)、經(jīng)營權(quán)“三權(quán)分置”,我們要完善土地流轉(zhuǎn)制度,讓土地和農(nóng)民都充分運行,保證國家和農(nóng)民的利益。[6]
3.2.1 樹立正確的農(nóng)業(yè)觀念
仍有個別人對農(nóng)業(yè)的認識仍停留在一個家庭種幾畝地,以自給為主的生產(chǎn)模式,對當今世界先進農(nóng)業(yè)缺乏了解。建議將當代幾種農(nóng)業(yè)先進模式和國內(nèi)一些優(yōu)秀的農(nóng)業(yè)模式制作成電視片,在電視臺長時間連續(xù)播放,拓展視野、開啟民智,讓各地農(nóng)民參考借鑒,創(chuàng)造自己的農(nóng)業(yè)新模式。
3.2.2 未來農(nóng)業(yè)的根本問題是科學技術(shù)
農(nóng)民的整體文化偏低,缺少農(nóng)業(yè)科技知識。現(xiàn)在農(nóng)村人口約80%在36歲以上。我國農(nóng)業(yè)高校的優(yōu)勢學科主要集中在傳統(tǒng)的種植與食品加工領(lǐng)域,相對單一,與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈與價值鏈結(jié)合不足,尚未實現(xiàn)農(nóng)科與資源集約利用、生態(tài)文明建設等領(lǐng)域的有效銜接,高等教育中人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu)與市場脫節(jié),專業(yè)設置及課程體系陳舊,農(nóng)科大學生科學基礎知識不厚,運用現(xiàn)代科學技術(shù)的能力不足,人文素養(yǎng)欠缺等問題。農(nóng)業(yè)院校用統(tǒng)編教材,缺少特色,缺乏針對性。
美國、德國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式給我們的啟示——未來農(nóng)業(yè)不一定需要那么多的農(nóng)民;荷蘭的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式給我們的啟示——未來農(nóng)業(yè)不一定需要那么多的耕地;以色列的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式給我們的啟示——未來農(nóng)業(yè)不一定需要那么多的水。務農(nóng)人口減少,耕地流失,這些是表面問題。未來農(nóng)業(yè)的根本問題是科學技術(shù)。
3.2.3 對全國地勢平坦的大片耕地建立大型農(nóng)場
改革開放40年農(nóng)業(yè)成就輝煌,以黃淮海平原的曲周為例,過去是鹽堿地畝產(chǎn)糧僅100公斤,現(xiàn)今糧食畝產(chǎn)達1000公斤。下一個40年怎么辦?建議對全國地勢平坦的大片耕地建立大型農(nóng)場,作為國家商品糧基地,確保糧食安全。這樣有利于大規(guī)模集約化,實現(xiàn)機械化、自動化、智能化、標準化生產(chǎn),有利于減少務農(nóng)人數(shù)、提高生產(chǎn)效率、增加農(nóng)民收入。
3.2.4 在大中城市50~100公里范圍建立副食品基地
建立蔬菜大棚、大型養(yǎng)殖場、大型加工廠,副食品基地提供城市中所需求的70%副食品。這樣有利于減少中間環(huán)節(jié)、消除長途運輸、降低損耗、保鮮、降低成本、增加農(nóng)民收入,有利于城市副食品數(shù)量與質(zhì)量的保障,同時發(fā)展旅游觀光農(nóng)業(yè)。
3.2.5 在多山地區(qū)以特色農(nóng)業(yè)為主
組織農(nóng)業(yè)合作社,提高商品率,把小農(nóng)戶帶入現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈。農(nóng)民只負責種、養(yǎng),只生產(chǎn)1~2個品種,政府負責修路,企業(yè)負責銷售。
“近年來我國高等農(nóng)業(yè)教育取得了飛速發(fā)展,國際地位顯著提升,但仍存在總體水平有待進一步提高,與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展結(jié)合不夠緊密,對農(nóng)業(yè)發(fā)展的貢獻率不足,學科結(jié)構(gòu)相對單一,課程體系陳舊,重專業(yè)教育輕通識教育,學生科學基礎知識不深厚,運用現(xiàn)代科學技術(shù)的能力不足,交叉融合不足,人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu)不盡合理等諸多問題,尚不能滿足國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化對農(nóng)業(yè)科技教育的需求[7]”。傳統(tǒng)農(nóng)科發(fā)展面臨的這些瓶頸問題,依靠傳統(tǒng)發(fā)展路徑難以在人才培養(yǎng)、引領(lǐng)國際科技前沿以及重大科技成果產(chǎn)出等方面實現(xiàn)大的突破。
農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是復雜巨系統(tǒng),已經(jīng)很難再依靠“點”上的技術(shù)突破實現(xiàn)整體提升。整體思維和系統(tǒng)認知分析技術(shù)是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)科技突破的首要前提。當事物發(fā)展到“拐點”時,必須調(diào)整方向。農(nóng)科教育沿著慣性軌道前進已經(jīng)行不通了。到目前已經(jīng)有浙江大學、上海交大、北京大學等8所大學成立了農(nóng)學院或涉農(nóng)專業(yè),今年中國農(nóng)科院成立了中國農(nóng)科院大學。與傳統(tǒng)農(nóng)科相比,“新農(nóng)科”更強調(diào)整體思維和系統(tǒng)認知分析,更強調(diào)學科的實用性、交叉性與綜合性,要用現(xiàn)代生物技術(shù)、信息技術(shù)、工程技術(shù)等現(xiàn)代科學技術(shù)改造現(xiàn)有涉農(nóng)專業(yè),加快布局涉農(nóng)新專業(yè),助力打造天藍水凈、食品安全、生活恬靜的美麗中國。過去“工科”與“農(nóng)科”經(jīng)緯分明,“新農(nóng)科”將使“工科”與“農(nóng)科”的界線模糊不清,“新農(nóng)科”對物理學的需求將越來越高。
傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)所關(guān)注的“種”和“養(yǎng)”的基本問題,已經(jīng)轉(zhuǎn)移到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的信息化、智能化、機械化和生態(tài)環(huán)境的化肥農(nóng)藥超標、農(nóng)業(yè)廢棄物的處理和防疫等問題。使命呼喚擔當,使命引領(lǐng)未來。新時代下“新農(nóng)科”的提出既展現(xiàn)了高等農(nóng)林教育的美好愿景,也對高等農(nóng)林教育的理念內(nèi)涵拓展、人才培養(yǎng)模式、協(xié)調(diào)發(fā)展格局提出了新的挑戰(zhàn)和更高的要求。面對新時代的呼喚,高等農(nóng)林教育必須從根本上解決專業(yè)內(nèi)涵、知識結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)模式等問題,識變、應變、求變,大膽改革、主動擔當,加快新農(nóng)科建設,才能把握發(fā)展機遇,與新時代同行。
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展要求與生命科學、信息科學、工程技術(shù)、新能源、新材料及人文社會科學的深度交叉與融合,拓展傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)學科的內(nèi)涵,提升改造傳統(tǒng)涉農(nóng)學科專業(yè),布局發(fā)展新興新生農(nóng)科專業(yè),構(gòu)建高等農(nóng)業(yè)教育的新理念、新模式,培養(yǎng)科學基礎厚、視野開闊、知識結(jié)構(gòu)寬、創(chuàng)新能力強、綜合素質(zhì)高的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)軍人才。實現(xiàn)農(nóng)林教育從基于生產(chǎn)環(huán)節(jié)向基于產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)變、從基于農(nóng)業(yè)單一維度向基于生產(chǎn)生活生態(tài)多重維度轉(zhuǎn)變、從基于單項農(nóng)業(yè)知識結(jié)構(gòu)向基于交叉融合知識體系轉(zhuǎn)變。
新農(nóng)科遵循“學生中心、發(fā)展導向”理念,聚焦學生核心素養(yǎng)與能力,培養(yǎng)學生具備堅定的理想信念、良好的人文素養(yǎng)、扎實的理學基礎、寬廣的全球視野和過硬的核心專業(yè)能力。拓展培養(yǎng)規(guī)格,實現(xiàn)農(nóng)林高等教育人才培養(yǎng)定位從過于強調(diào)單一專業(yè)人才培養(yǎng)向通專結(jié)合人才培養(yǎng)的轉(zhuǎn)型,能夠成長為具有知識融合、創(chuàng)新引領(lǐng)和服務社會的卓越農(nóng)林人才。堅持目標導向,設計能夠支撐新農(nóng)科人才知識、能力、素質(zhì)培養(yǎng)的新課程體系;立足新農(nóng)科人才觀,構(gòu)建具有農(nóng)科特色的通識教育課程體系;面向新專業(yè)布局,構(gòu)建交叉融合、復合貫通的新農(nóng)科知識體系。
2019年6月28日建設新農(nóng)科的“第一部曲”《安吉共識》發(fā)布;“第二部曲”《北大倉行動》2019年在國家糧倉——東北地區(qū)開啟;“第三部曲”《北京指南》2019年12月在北京中國農(nóng)業(yè)大學推出。
新工科與新醫(yī)科、新農(nóng)科交織交融、相互支撐,新文科為新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科注入新元素,“四新”是下一輪高等教育改革的先行者、探索者、引領(lǐng)者。
物理學是對世界的合理解釋;物理學具有極其重要的應用價值;物理學為我們提供了研究方法和思維方式;物理學總是對未知世界做永無止境的探索。物理學由知識(概念、定理和公式)、研究方法和思維方式3個層次構(gòu)成。
新農(nóng)科要求培養(yǎng)視野開闊、科學基礎厚、知識結(jié)構(gòu)寬、創(chuàng)新能力強、綜合素質(zhì)高、具有國際競爭能力的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)軍人才。新農(nóng)科的物理課程既要保證物理學的系統(tǒng)性,又要服務于新時期的農(nóng)業(yè)。教材中的內(nèi)容都是昨天的科學,我們的目標是把學生送到明天的前沿。
5.1.1 普朗克黑體輻射公式
單位時間內(nèi),從溫度為T的黑體單位面積上,頻率在ν→ν+dν范圍內(nèi)所輻射的能量。
單位時間內(nèi),從溫度為T的黑體單位面積上,頻率在ν→ν+dν范圍內(nèi)所輻射的光子數(shù)量。單位為mol或E(愛因斯坦),常用單位為μmol或μE。光合作用中一個光子激活一個分子。
建議編寫、修訂教材時將其補入。
5.1.2 光合作用中的吸收光譜曲線
為什么植物一般是綠色,因為藍色光和紅色光被植物吸收了,反射的是綠色光。下圖中深色線是光合作用線,淺色線是呼吸作用線,植物的積累=光合作用—呼吸作用。植物積累較多的溫度區(qū)間約10℃左右。
5.1.3 溫度與光合作用和呼吸作用
光合作用,一定溫度范圍內(nèi)線性增長,最優(yōu)生長范圍很小,一般不超過10℃。呼吸作用,隨溫度不斷增強。如果夜間溫度較高,反而消耗養(yǎng)分。
5.1.4 日照因素
太陽常數(shù):1.3608±0.0005千瓦每平方米。光合作用飽和光強:~100瓦每平方米,不同植物有差異。
溫度有季節(jié)變化,晝夜變化,不能出現(xiàn)霜凍。
5.1.5 光合作用中的能量傳輸
光合過程的量子研究已得到了可核查的重要的結(jié)果。光子被葉綠素捕捉到后,被傳遞到叫做反應中心的地方,在這里它被轉(zhuǎn)化成化學能。而到達反應中心的路線不止一個;光子會同時走多個路線,最后找出最高效的路線達到反應中心,從而不會消耗成余熱。傳輸效率很高,幾乎沒有能量損失。
物理學是由知識(概念、定理和公式)、研究方法和思維方式構(gòu)成。在農(nóng)耕文化的影響下,上千年來倡導唯書、唯上,反對冒險,凡事求同,隨大流,不敢為天下先,缺少創(chuàng)新的意識和勇于探索的精神。長期以來,把知識本身看成教學的主要目的,重視學生對知識理解和記憶,而對發(fā)展人的智慧、培養(yǎng)創(chuàng)新能力關(guān)注不足。
不同專業(yè)的學生學習物理學有不同的側(cè)重:物理系的學生為研究物理而學物理;非物理專業(yè)的學生為應用而學物理;包括文科在內(nèi)的所有學生應該為提高科學素養(yǎng)而學物理。
中國有個故事,說是有個人遇見一位神仙,神仙問他需要什么東西。他說他需要金子。神仙用手指頭點了幾塊石頭,石頭立即變成金子。神仙叫他拿去,但是他不拿。神仙問:“你還要什么呢?”他答道:“我要你的手指頭?!盵8]
(我們不追究故事的真實性,只研究它給的啟示。)故事中的“金子”相當于物理學的概念、定理和公式,故事中“點石成金的神仙的手指頭”相當于物理學的研究方法和思維方式。汪潔在《星空的琴弦》中講:“科學精神比科學知識更重要”。《星空的琴弦》中講:“宇宙學原理:這是現(xiàn)代天文學家研究宇宙天體演化所依據(jù)的基本原理,它的核心概念就是倆字平庸——就是說我們在宇宙中所處的位置和演化的階段都是平庸而無任何特殊之處的?!薄斑@個原理隱含著一個推論:同一個星系的多個時間斷面,與多個星系的同一個時間斷面是等價的?!薄氨热缯f我們要研究某個細菌的一生,不需要盯著一個細菌連續(xù)不斷地拍攝,只需要對著一片細菌拍一張照片,那么這張照片中就會包含細菌們在各個年齡階段的形態(tài),因為我們知道所有的細菌演化過程都是差不多的”[9]。對非物理專業(yè)的學生,物理學的研究方法和思維方式比知識更重要。這是一個很好的例證。生命在各個層面都是“平庸”。我常用類似細菌的問題問學生,當他們答錯時,我會對他們講:“還需要多學一點物理學?!?/p>
物理學教育的目的不僅是學會書本上的概念、定理和公式,而更重要的是學習物理學的研究方法和思維方式。對非物理專業(yè)的物理教學要:深度適當,寬度拓展,高度突出。物理教師不僅要帶領(lǐng)學生走前人走過的路,而且要通過這個過程讓學生自己會走路、會探索,因此,僅教書本上的概念、定理和公式是不可能把學生送到明天的前沿。
沒有農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化,就沒有整個國家現(xiàn)代化。
開創(chuàng)農(nóng)林教育新格局,走融合發(fā)展之路,打破固有學科邊界,破除原有專業(yè)壁壘,推進農(nóng)工、農(nóng)理、農(nóng)醫(yī)、農(nóng)文深度交叉融合創(chuàng)新發(fā)展,綜合性高校要發(fā)揮學科綜合優(yōu)勢支持支撐涉農(nóng)專業(yè)發(fā)展,農(nóng)林高校要實現(xiàn)以農(nóng)林為特色優(yōu)勢的多科性協(xié)調(diào)協(xié)同發(fā)展。
未來的中國農(nóng)業(yè)有巨大的發(fā)展空間。拋磚引玉,歡迎更多的學校、更多的教師關(guān)心農(nóng)業(yè),從不同側(cè)面研究農(nóng)業(yè)。
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