引言
中国作为一个人口大国，解决粮食自主问题仅靠保住18亿亩基本农田是不够的。农作物品种的调剂，将每年进出口粮食作物折合成耕地面积，还存在较大的缺口，一旦发生大的自然灾害或战争等极端情况，14亿人口大国的吃饭问题将是世界上任何一个国家都无力解决的问题，更不是钱能够解决的，需要保证粮食的绝对安全。
新中国成立以来，中央始终把农业和粮食安全问题放在国家安全的首位，推动现代农业的发展，并取得了连年丰收的喜人成绩。1958年，毛泽东主席就提出“土、肥、水、种、密、保、管、工”的农业八字宪法。近20年，中央每年的一号文件都是农业问题。习近平总书记近年以来反复强调“粮食安全是国之大者，耕地是粮食生产的命根子，我们党始终高度重视耕地保护问题”。粮食作为重要的基础性物资，“对我们这样一个有着14亿人口的大国来说，农业基础地位在任何时候都不能忽视和削弱，手中有粮、心中不慌在任何时候都是真理”。
我们需要清醒地认识到，粮食问题不是孤立的。中国粮食安全和环境生态可持续发展的问题，对应着整个人类生态环境的状况，目前形势严峻。随着我国改革开放以来经济的高速发展，生态环境污染和粮食及食品安全等诸多问题日益严重，而采用现有的化学材料和传统的技术路径已无法彻底解决这些系统性的难题。而解决这些问题过程中，新老问题不断交错、交织、叠加发生，标本兼治迫在眉睫。
中国受土地资源禀赋制约的问题是长期存在的，按现有传统农业技术和方式经营土地，已经打不出更多的粮食。在全球气候变化、地质活动等自然因素和城市化、农业生产高强度使用化肥农药、工业污染等人为活动等外力因素作用之下，土壤中微生态平衡机制因过度的外力干预，因过劳、过累和中毒而遭到破坏。土壤长期处在这样的状态下无法得到喘息和缓解，更谈不上污染退化的趋势得到根本遏制与扭转。只要粮食不能保证自给，粮食产量与质量的矛盾就难以解决。
中信改革发展研究基金会科技产业化研究中心，长期跟踪和参与探索实践一项利用原创性的植物源新型有机材料+生物应用技术，为解决粮食安全和生态环境原位修复等“卡脖子”的难题，提供了全新的方法和路径，验证结果令人鼓舞，给人以启示。
在“藏粮于地”与“藏粮于技”两个方向形成突破
2023年，黑龙江北大荒佳木斯农服中心（以下简称“农服中心”）通过托管农户土地的方式，在三江平原的抚远市黑瞎子岛镇东安村开辟了3000亩地，使用植物源的新型功能性有机肥料+生物改良修复土地技术，在化学肥料减量15%，总用肥成本不增加的情况下，使所种植的本地品种大豆和玉米，实现了粮食大幅增产。
10月11-12日两天，农业农村部农机化司和财政部农业农村司联合组织调研，对农服中心全程托管的玉米和大豆进行了实割测产，并与农民用传统方式自种的相邻地块的产量进行了比较，增产效果显著，调研组给予高度评价。其中，大豆由工作人员与农民随机采2个样本点，每个样本点1平方米，测产结果为：全程托管的大豆亩产201公斤，比相邻农民自种非托管地增加57.5公斤/亩，增产幅度40%；玉米由调研组领导随机指定区域采样，样本数量及面积与大豆相同，测产结果为全程托管玉米亩产801.6公斤，比相邻农民自种非托管地增加148公斤/亩，增产幅度22.6%。产品和技术提供方也在实验地块上根据化肥减量15%~30%，以及采用叶面喷施两遍植物源新型功能性叶面肥的情况下进行了多点采样测产，其结果大豆仍然达到增产28.6%，玉米增产18.5%的水平。其间，由于托管地块作物长势明显好于使用传统化肥的地块，农服中心又追加了60万亩玉米，黑河市增加了30万亩玉米，使用新型的功能性叶面肥进行飞播追肥，玉米增产8%~10%。
10月31日，北大荒农垦集团在抚远市召开了现场总结推广会，将农服中心采用新产品、新技术打造的“垦地融合”发展新模式作为样板，并总结为“抚远模式”加以推广。
2023年，同样采用上述植物源新型功能性肥料+生物应用技术的解决方案，在不改变品种、不改变水稻种植方法的情况下，在大庆杜尔伯特蒙古族自治县的连湖镇，选择了一块10.8亩的重度盐碱地（pH酸碱度10.2，盐度6‰），按梯度配比的实验条件进行种植水稻的工程技术实验，当年收割水稻实测平均产量净重424公斤/亩，亩产量与良田无异。
上述两处的验证性实验结果，是在氮磷钾化学肥料减量基础上，施加使用植物源新型有机材料制备生产的“四元复合肥”，在既没有另选品种，增加用肥成本，也没改变种植习惯的基础上取得的。大田实验表明，通过使用新材料和生物技术，向盐碱地、废弃土地、贫瘠土地、污染土地要粮，是“藏粮于地”可实施的新路径；利用植物源新型功能性有机肥料+生物改良修复技术，为原位修复土壤和水体提供了可能性。通过“藏粮于技”，净化土壤的微生态环境，调节微生物结构，提高土壤和水体的自净功能，促进“碳循环”和“氮循环”，使化肥农药减量。这个利用新材料+生物技术的实践，对盐碱地改造、黑土地保护、修复退化土壤、增加粮食产量、提升农产品品质，实现农业高质量可持续发展，提供了宝贵的一手经验和推广的基础条件。
生态环境的复杂性与环境不可持续的成因分析
这需要进入微观世界，从因果关系中找到问题的答案。万物土中生。土壤是饱含无机物、有机物和微生物的综合体，微生物多样性的构成支撑起整个地球的生态系统，成为人类赖以生存的载体。每1克土壤中拥有上亿的各种微生物，其伟力与作用强大到难以置信。良好的生态环境中，各种微生物均处于一种相生相克，共生共存的动态平衡之中，由于人类活动的加剧，致使各类有机和无机污染物被大量排放，加上化肥农药和各种抗生素的过度使用，造成生态环境中重金属离子、病毒等有毒有害物质污染加剧，有益微生物被大量灭失，各种微生物之间的生长平衡被打破，扰动自然界的“碳循环”和“氮循环”无法正常进行，从而导致土壤板结、酸化和盐碱化加剧，水体黑臭和蓝藻污染日益严重，农业高质量发展无法可持续。问题表象是果，而背后是因。如何固本治本，根本上还是要找到可行的技术方法和经济的可实施条件，如何快速螯合土壤、水体环境和动物肠道内各种小分子的有毒有害物质，使之成为稳定的大分子络合物，保证各种原生的微生物能够有个均衡生长的良好环境，提高土壤、水体和动物肠道的自净功能，保护生态的免疫环境，从而在根本上为解决这些难题提供重要的前提条件。因此，加快生态的自然修复，减少化学投入品和抗生素类药物的使用，恢复和保持水环境、土壤和动物肠道中各种微生物的平衡，提高微生态环境的自净功能和自平衡机制是破解这一难题的方向。
技术创新是保障粮食安全的重要手段，开发新型材料是关键
高活性的新型材料对于生物技术的应用和发展能够起到关键性的推动作用，并在很大程度上决定了生物技术的可行性和效果。在做不到给土壤减压的情况下，可行的方式是在科技创新基础上，在研制颠覆性材料与生物改良修复技术结合上寻求突破。我们欣喜地看到，一家研究型生产性高科技企业已经成功地通过自主研发的成套技术装备，首次采用规模化的集约工业生产方式，成功地取之于地，还原于地，从秸秆等植物原料中开发出原创性和颠覆性的植物源高活性的有机新型基础材料。上述的验证性实验结果就是采用了这个材料结合相应的生物技术实现的。
“格义微碳”的成分构成与作用机理
秉承循环经济的理念，格义（安徽）循环经济发展有限公司历时15年，以农作物秸秆等生物质为原料，经反复研制，成功地自主研发了可控的工业级的成套技术装备，通过集成创新，将生物质原料中的各种组分“逐级分离，分质利用”，实现了大规模的资源化循环利用。尤其是原创性地从植物原料中提取出了一种高活性、低分子、全水溶、阴离子、无毒级的富含壳寡糖、果寡糖，这是一种低聚木糖和多种高活性基团复合寡糖、PPM级、广谱的基础有机新型材料（以下简称“格义微碳”），应用领域十分广阔。
“格义微碳”具有独特的结构和性能，可以提高生物的相容性和可降解性：一是快速螯合土壤、水体和养殖动物肠道环境中的重金属离子等有毒有害物质，净化出适宜微生物健康均衡生长的微生态环境，加快生命所必须的营养物质合成转化和吸收，保护生物的多样性；二是为生物生长提供水溶性的有机碳源，更直接和更有效率地发挥出碳能量元素的作用，加快恢复了土壤和水体的自净功能和生命所必须的营养物质合成转化，促进生物健康生长。三是利用各种微生物对养分需求的不同和繁殖速率的差异，通过促进原生有益微生物快速扩繁来抑制有害微生物的生长，以菌治菌，以藻抑藻，通过这个作用机理，恢复和保护生态免疫系统。四是提高作物免疫功能，增强作物对不良环境的适应能力和抗逆性，减肥减药，为土壤修复、黑臭水体和养殖尾水的污染治理，促进农作物增产提质和保障农产品安全等提供了有别于传统方式的解决方案。
以“格义微碳”材料为核心原料制备生产的微碳功能性肥料、饲料添加剂、土壤修复剂和水质净化剂等系列产品，已分别获得了国家有关部门颁发的“肥料生产许可证”和“壳寡糖饲料添加剂生产许可证”，以及国家《绿色食品生产资料认证》。“格义微碳”技术及系列产品研发，填补了国内外技术空白，特别是通过大规模工业化的生产方式，将秸秆中大分子的有机碳制备成为一种高活性全水溶阴离子的优质碳源，可以不完全依赖光合作用和微生物的能化作用，为生命体直接提供碳营养，促进万物生长。
“格义微碳”的成功研发和生产是具有真正意义上的中国创造，为生物技术应用于土壤保护与治理、农业增产、水环境治理、畜牧业养殖提供了重要的实施条件。它用于有效解决长期以来困扰我国农业生态种植、无抗养殖、土壤修复和水环境治理等领域中难以解决的诸多问题，提供了新的思路和可行的解决方案。2022年，农业农村部为解决农业高质量可持续发展所面临的难题，面向全国征集农业《火花技术》，格义公司的“植物源高活性全水溶有机微碳新材料”，在全国入围的497项技术成果中，评价总分第一名。
从验证性实验成果中初步得出几个重要的实证性结论
1、在国家基本农田面积已不再有增长空间的情况下，粮食安全问题还是要靠“藏粮于技”解决。解决的关键是沿着技术引领的方向，聚焦研制新型材料，从而带动生物技术与应用工程技术的发展，化解产量与质量无法兼顾的一对矛盾，向既有农田要粮，向盐碱地和荒漠化土地要粮。经验证明，通过去除土壤中有毒有害物质，增强原生的微生物菌群自身活性和平衡机能，并整合生物技术和有机农业技术实现化学肥料减量化，减少土壤和水源的污染、减少面源污染，实施可行，效果可期。
2、使用“微碳基”功能性肥料，还能够使玉米秸秆在玉米成熟收获之后枯萎期延后15~20天，可作为青贮饲料的原料，既不会与人争粮争地，又能够使“秸秆变肉”，发展养牛业，减少我国养殖业对进口豆粕的依赖，这对于长期改善中国人的膳食结构具有重大的战略意义。
3、发展农业循环经济、创新农业经验模式，必须走“藏粮于地”与“藏粮于技”相结合的发展道路。通过科技创新和“格义微碳”新型材料的推广应用，在不再使用化学投入品和不再大量使用淡水淋洗的前提下，利用微碳新型材料特殊的作用机理，激发原生微生物活性，改造西北缺水地区的中、重度盐碱地，向盐碱地要耕地。近年来，新疆生产建设兵团、中国交建、中国电建、中信集团、光大集团和一些大型国企，基于转型发展和拓展业务领域的需要，也在跟踪基于“格义微碳”材料和技术做改造盐碱地的准备工作。如果改造好的盐碱地流转或托管给北大荒农垦集团、新疆生产建设兵团，就会加速农地的集约化经营，形成农业种植的闭环。这一新的模式，将有助于加快北大荒农垦集团和新疆生产建设兵团土地的流转收储和托管速度，使土地战略资源能够集中到国家控制的现代农业机构手中，加大粮食安全保障。
4、实现无抗养殖，减少抗生素传入人体的危害，并减轻“粪污”对土壤和水源的二次污染。长期以来，工业化养殖中使用大量的抗生素，甚至将养殖场所与外界进行物理隔绝，以此抵御禽畜病害的侵害，导致动物种群免疫力整体下降、细菌性和病毒性的疾病频发，死淘率、养殖户经济损失居高不下等严重问题。同时，养殖动物体内的抗生素残留将会通过食物链导致人体对抗生素产生耐药性，养殖排泄物也会因日常大量使用抗生素和圈舍消毒使用杀菌剂而变得难以处理，进而污染水环境和土壤。利用“格义微碳”的特性和壳寡糖饲料添加剂生产许可后，已摸索出保护和恢复动物体内的微生物菌群平衡，实现工业化无抗养殖的解决方案。经一些养殖企业的实验反馈，效果比较理想。
5、开发实践表明科技正向研发的重要性。利用微生物特性，解决固废中棘手的致癌性和有毒有害物质的研究实验工作也在进行中，例如：去除土壤和地下水中“卤代烃”，以及黄金开采过程中矿渣和废水中的“氰化物”的实验工作，也都已经有了令人鼓舞的进展。
应用技术研究和实践中的思考与建议
1、除了压实耕地保护责任以外，在不断进步的农业和环境技术基础之上，实现高质量发展和高水平保护。建议把维持微生物世界的共生关系，矫正与恢复其自平衡机制，保持生物多样性，作为一项长期重大战略任务，摆上国家议事日程，创造有利于资本投入的政策环境和资源汇集的条件，进行系统性工程化的安排。利用已有的微碳新型材料+生物应用技术，快速净化微生态环境，提升原生微生物菌群的活性，对土壤和水环境进行原位治理与修复，使耕地质量和使水环境的趋势长期向好。可以预见，解决好人类与生态环境的共生关系，是未来具备重大商业影响力的价值创造活动和长期的重大政治任务。
2、创新不易，在创业发展阶段的科技创新型企业更加不易。企业是创新的主体，但倒在“0-1发展阶段”路上的创新型企业不少，需要引起国家重视。从战略上认识风险、接受风险，技术上识别风险，策略上转移风险，有效地给科技创新型企业创造更加有利的条件，使之跨越“0-1阶段”的风险期。这也是国家引领、社会参与、法律保证，共同营造适宜创新大环境的工作内容。当前，面对创业阶段的艰难困境，科技创新型企业往往无力解决，在无助、无奈中退出，这是创新生态环境不成熟的共性问题，建议上升到创新型国家体制建设层面的高度去解决。
面对创新风险的高度不确定，在创新研发、实验验证、弄清产品的性状和作用机理、产品和技术定型、实现产业化条件运用方面，建议给予配套的政策支持，引导组织耐心资本的投入和国家主导的第三方系统性体系化科研力量的介入，创造更多的开放实验条件、提供研发指导、产品孵化，转化为应用技术的条件。改善政策环境，推动研制和孵化期中的一批科技创新成果涌现出来，有助于科研成果转移转化率的提升，产业化率的提升。现阶段的科技成果也有可能再次突破自身认识与认知局限，实现更大的提升与进步。
3、循环经济发展和资源利用效率对于应对气候危机起着至关重要的作用。面对日益严重的环境污染问题，遵循自然规律和法则，利用新质生产力应对气候危机，保障生态环境可持续发展是持久之策。
“格义微碳”的制备原料取之于农林废弃物和城市绿化垃圾，它是生物质炼制产业中，通过组分分离后制备产出的一种普适的功能性基础产品，对应相应的生物技术发挥作用，对应工程应用技术落地实施。其战略价值在于取之于自然，再把自然界中流失的最精华的部分回补自然。中国幅员辽阔，生物质资源分布很广，数量巨大，过去大量的秸秆资源作为一种农业废弃物简单地还田或低值化地再利用，这是极大的浪费，应该通过科技创新的技术手段和产业化发展模式，进行高值化、规模化和标准化的“分质利用”，把流失但最有效的精华成分还田、还地、还给自然。写好生物质资源化的循环利用这一篇系统工程的大文章，需要国家调动社会的力量，按照市场经济配置资源的原则，通过先进技术引导社会资本进入农业和环境保护领域进行产业布局。
建议以现阶段“格义微碳”材料的成果为基础，系统性体系化地进行延伸研究。一是联合国家长三角技术创新中心，利用国家战略科技力量，在安徽以国家大科学基础设施为定位，将格义（安徽）循环经济发展有限公司的“安徽省农林废弃物综合利用工程技术研究中心”上升为国家实验室，为开创战略性新兴产业提供技术支撑；二是新型的基础材料会催生一系列的产业技术革命推动局面的扭转，科技创新成果也会引领组织创新、制度创新和模式创新，新型材料还会带动产业链的重塑和升级。探索用科技+产业资本的方式引领第一产业发展，形成第一产业与第二产业、第三产业联动的发展格局；三是倘若能够在全国的农业秸秆大县，以“生物质炼制”的成套技术装备为抓手，因地制宜，有步骤和选择性地规划建设一批生物质炼制项目，不仅可将秸秆等农林废弃物就地转化利用，变废为宝，切实实现化学肥料减量化；同时，还可安全、高效、低成本地解决好域内的生态环境治理和“三农”等诸多问题，为恢复和保护绿水青山，保证国家粮食安全和农业高质量可持续发展提供新路径、新方法。
4、同理，土壤、水体、大气都是完整生态系统的一部分，成因都与其自身受到的污染和连带相互作用的关系相关，需要遵从自然规律建立整体观，打持久战和攻坚战。在农地保护、土地污染治理、水环境污染治理等实际问题方面，在循迹污染成因和源头进行原位修复和综合治理。例如，雾霾的形成机理与成分和面源污染有确定的关系；氮氧化物和二氧化硫在雾霾中占有很大比重，是雾霾的主要原因之一，它与工业生产过程中高温燃烧、农业生产中长期过度使用化肥农药释放氮氧化物、水体富营养化，以及水体中的营养物质过多会导致水生植物过度生长，从而产生大量的氮氧化物相关，等等，不一而足。中信环境、光大环境等水务集团也在利用自己的研发设计能力和运营设施，进行系统性的验证总结工作。
5、在我国，完整的原创性、颠覆性的基础有机新型材料和新技术成为中国独特的经济增长路径，要对相应的知识产权进行严格的保护。在新技术革命引发利益格局调整时，标准的制定是排除非经济因素干扰，顺利推进实施的最佳选择，也是建立市场秩序、屏蔽假冒伪劣乱象最有效的办法。建议国家主导，对现阶段开发出的产品和技术，按制定标准和规范的方向进行检测、梳理，制定国家或行业标准。用提升治理标准和排放标准的市场化运作方式，促使先进技术的使用与技术不断进步。格义公司自主研发的生物质炼制成套技术装备和“微碳”新材料，既是企业的，也是国家的。比照“格义微碳”产品技术，建议对拥有完全自主知识产权原创性类的高科技产品，早期一律采取国家保护政策，而对基于原创产品应用技术的二次开发和使用则实施开放政策，调动各方资源和能力，加快落地推广和解决实际问题。
6、经济稳固的底层逻辑是产业资本带动金融资本进入实体经济领域。应着力创造产业资本进入实体经济的条件，创造科技、产业、金融融合的条件，使新技术的应用和产业结构调整升级的步伐加快。目前，中国人保农险高度关注上述经过大量实验性验证结果，并将“格义微碳”产品列入人保承保范围，并开发出相应的险种助力推广应用。
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