立体农业与环境安全效应分析
曹建生，张万军，冯学赞
（中国科学院石家庄农业现代化研究所，石家庄，050021）
摘 要 进入新世纪以来，国家环境安全已成为倍受人们关注的热门话题，国际上一些政治家认为威胁国家安全的不只是外敌入侵，严重的环境污染和生态破坏、外来物种的侵入，争夺资源造成的环境侵入也直接影响着国家安全。立体农业作为农业可持续发展的一个重要途径，同时作为生态农业的重要发展形式之一，它强调物质与能量的多级循环利用，在追求经济发展的同时，更加注重环境的保护与安全，本文在对立体农业和环境安全进行综合分析的基础上，得出立体农业对环境安全具有多方面的良好效应，应充分发挥立体农业在农业生产中的环境安全效应。
关键词：立体农业，环境安全，可持续发展
一、立体农业概述
1．立体农业的内涵
关于立体农业这一学术名词，早在20世纪初美国哥伦比亚大学的J.R．smith教授曾概括为：立体农业是“种植业、畜牧业与加工业有机联系的综合经营方式。”目前我国有关立体农业的定义大体有以下3种表述：
1.1
狭义的立体农业
仅指立体种植而言，是农作物复合群体在时空上的充分利用。根据不同作物的不同特性，如高秆与矮秆、富光与耐荫、早熟与晚熟、深根与浅根、豆科与禾本科，利用它们在生长过程中的时空差，合理地实行科学的间种、套种、混种、复种、轮种等配套种植，形成多种作物、多层次、多时序的立体交叉种植结构。
1.2
中义的立体农业
是指在单位面积土地上(水域中)或在一定区域范围内，进行立体种植、立体养殖或立体复合种养，并巧妙地借助模式内人工的投入，提高能量的循环效率、物质转化率及第二性物质的生产量，建立多物种共栖、多层次配置、多时序交错、多级质、能转化的立体农业模式。
1.3广义的立体农业
着眼于整个大农业系统，它包括农业的广度，即生物功能维；农业的深度，即资源开发功能维；农业的高度，即经济增值维。它不是通常直观的立体农业，而是一个经济学的概念，与当前“循环经济”的概念相似。
上述3种观点从不同的角度对立体农业进行理论尝试，都是对传统平面农业单作的扬弃。第一种概念的边界只限于立体多层种植，是农作物轮作、间作、套作在现代农业技术下的延伸和发展，由于概念边界过窄，局限于种植业内部的山、水、田、滩、路的多维利用，忽略了兴起中的林牧(渔)、农牧(渔)复合种、养，以及庭院种、养加工，容易使立体农业同间作、套作混淆起来；第二种概念能够反映出当代中国立体农业的本质特征，它既有区域内垂直梯度的立体种养循环布局，又有单位面积(水体)立面空间的种养(加工)合理配置；第三种概念边界过宽，包容农、工、商综合发展，边界的无限延长无疑否定了立体农业本身的特点，造成与生态农业、农业综合开发、农业现代化之间的概念重叠和模糊，失去了立体农业存在价值。
经过以上分析，可把立体农业的概念总结如下：立体农业是传统农业和现代农业科技相结合的新发展，是传统农业精华的优化组合。具体地说，立体农业是多种相互协调、相互联系的农业生物(植物、动物、微生物)种群，在空间、时间和功能上的多层次综合利用的优化高效农业结构。
2.
立体农业的模式和特点
立体农业的模式是以立体农业定义为出发点，合理利用自然资源、生物资源和人类生产技能，实现由物种、层次、能量循环、物质转化和技术等要素组成的立体模式的优化。
2.1
立体农业的模式
构成立体农业模式的基本单元是物种结构(多物种组合)、空间结构(多层次配置)、时间结构(时序排列)、食物链结构(物质循环)和技术结构(配套技术)。目前立体农业的主要模式有：丘陵山地立体综合利用模式；农田立体综合利用模式；水体立体农业综合利用模式；庭院立体农业综合利用模式。
2.2 立体农业的特点和作用
立体农业的特点集中反映在四个方面，一是“集约”，即集约经营土地，体现出技术、劳力、物质、资金整体综合效益；二是“高效”，即充分挖掘土地、光能、水源、热量等自然资源的潜力，同时提高人工辅助能的利用率和利用效率；三是“持续”，即减少有害物质的残留，提高农业环境和生态环境的质量，增强农业后劲，不断提高土地(水体)生产力；四是“安全”，即产品和环境安全，体现在利用多物种组合来同时完成污染土壤的修复和农业发展，建立经济与环境融合观。总之，开发立体农业、发挥其独特作用，可以充分挖掘土地、光能、水源、热量等自然资源的潜力，提高人工辅助能的利用率和利用效率，缓解人地矛盾，缓解粮食与经济作物、蔬菜、果树、饲料等相互争地的矛盾，提高资源利用率，可以充分利用空间和时间，通过间作、套作、混作等立体种养、混养等立体模式，较大幅度提高单位面积的物质产量，从而缓解食物供需矛盾；同时，提高化肥、农药等人工辅助能的利用率，缓解残留化肥、农药等对土壤环境、水环境的压力，坚持环境与发展“双赢”，建立经济与环境融合观。
二、环境安全及我国环境安全的主要问题
1.
环境安全的概念及内涵
目前有关环境安全的概念尚未形成准确、统一的内涵和外延，但大部分人认为环境安全是指环境质量及其整体功能对国家安全所造成影响的状态，或反过来说是国家安全在环境状况方面的反映。具体讲，环境安全就是指与人类生存与发展息息相关的自然资源和生态环境处于一种良好的，或未遭受不可恢复的破坏的状态。这种状态至少不会危及人群健康和人类自身再生产，不危及国家经济安全和社会稳定。
环境安全包含三个方面的内涵：一是社会稳定方面的含义，即是否会由于环境质量状况与人民在当时生活水平下对环境质量的需求存在较大距离而引起社会不安或不稳定；二是经济发展方面的含义，即环境作为一种经济资源能否为持续的经济发展提供充足的支撑基础；三是国际和平方面的含义，即是否会由于对环境容量等资源的争夺或争议而引起国家之间的暴力冲突或严重对峙。保障环境安全是实施可持续发展战略的基础和必要条件。
2.环境安全的特点及影响因素
环境安全具有全球影响性，自然与人类的两重性，安全地位的基础性，与政治、经济、文化、外交等因素相结合的综合性，形态的隐蔽性，发展的非线性以及修复的长期艰巨性等特点。
环境安全关系人类的生存、健康与发展，是国家安全和世界和平稳定的重要组成部分，是人类经济社会可持续发展的重要基础和保障。国家环境安全出现危机，将直接影响经济发展和社会进步，可持续发展也就无从谈起，小康社会的目标也难以实现。影响环境安全的因素众多，包括水资源短缺与污染、大气环境污染、生态破坏、气候变化、生物多样性锐减、奥氧层破坏、土壤退化和荒漠化、固体废物污染、危险化学品使用、核污染、辐射威胁、基因污染、外来物种入侵等是引发环境安全问题的重要方面，其中水、土污染防治和解决水资源短缺，将是各国头号环境安全问题。
3.我国环境安全的主要问题及原因分析
环境安全是国际上的重要话题。联合国、欧盟、北约等国际组织以及美、英、德、加等国家，围绕环境安全问题已经进行了很多研究和讨论。20世纪80年代以来，我国环境压力持续加大，长期积累的环境风险开始显现，90年代中后期发生了多起重大污染事故和特大洪水灾害，环境安全问题引起了很高重视。进入新世纪后，我国环境安全问题仍然广受关注，环境能否为我国现代化建设提供可靠的支撑条件，成为十分尖锐的问题。
3.1我国环境安全的主要问题
目前，我国环境安全的主要问题有：（1）江河湖泊普遍受到污染；（2）大量燃煤造成的大气污染依然严重，汽车尾气造成的污染明显上升；（3）危险废物和城市垃圾问题比较突出；（4）土地污染严重；（4）草地、森林、湿地生态功能降低；（5）生物安全受到威胁；（6）部分农产品中有害物质超标：（7）核安全存在一定风险；（8）持久性有机污染危害逐渐显露；（9）地下水环境受到威胁；（10）国际环境问题压力增大。
3.2原因分析
环境安全具有人类与自然的两重性，近年来，人类不合理的活动加剧了我国的环境压力，使我国的环境安全问题变得十分突出。从人类所从事的产业看，主要分为农业、工业和服务业，而农业作为我国最大的产业，又主要包括种植业和养殖业。我国从建国以来，特别是改革开放以来，人们为了追求高产出，在种养业中，依靠高投入、高消耗、高污染来进行粗放型的发展，虽然投入了大量的人工辅助能，增加了系统的能量输入，然而在传统农业的生产模式下，人工辅助能的利用率一般都很低。未能利用的化肥、农药，以及生产过程中产生的秸秆、粪便等废弃物给系统内及系统外部造成了严重的环境安全问题。
三、立体农业对环境安全的效应分析
综合开发立体农业是我国全面建设小康社会奋斗目标对资源与环境的要求，富裕就是指提供充足的安全食品、资源和能源，而干净则需要防治环境污染、修复被污染环境，安全则包括环境安全与生物安全以及预防和减轻自然灾害，和谐则意指建设优美协调的生态环境。立体农业是实现农业可持续发展的一个重要途径，是生态农业的重要发展形式之一，它强调物质与能量的多级循环利用，在追求经济发展的同时，更加注重环境的保护与安全。立体农业相对传统农业而言，对环境安全具有以下几方面的效应，这是由立体农业的特点所决定的。
1.培肥地力、优化肥料组合
培肥地力的物质基础是立体农业中各种因素综合作用的结果。例如作物所需氮、磷、钾等主要养分是在气候-土壤-肥料-植物-家畜-人这样一个生态系统的链条上转移而来的。立体农业有利于农业生态系统中营养物质的转移，有利于调节和增加物质转移的数量，减少化肥的使用量。
2.调整农药结构，提高农药利用率，减少农药残留
农药对生态环境的危害，首先表现在它对土壤、水体和大气的污染。据调查，喷施的农药是粉剂时，仅有10%左右的药剂附着在植物体上，若是液体时，也仅有20%左右的农药附着在植物体上，1%～4%接触到害虫，其余40%～60%的农药落到地面上，造成土壤污染。5%～30%的药剂漂游于空中间，产生大气污染。大气中的农药又可通过降水返回陆地，降落到陆地土壤上的农药，随着降水和灌溉，流入江河湖泊或渗入地下含水层，污染地表水和地下水。立体农业有利于提高农药的利用率，减少对土壤、大气、地表水及地下水的污染。
3.
加强系统内物质的多级循环利用，减少向系统外废弃物的排放
立体农业强调系统内物种共生，物质与能量的多级循环利用，特别是人工辅助能的充分利用，减少向系统外废弃物的排放，具有资源节约化、经营集约化的特点，有利于防止土壤污染及江河湖泊水体的污染和富营养化。
4.
利用自然界的生态防治与自我修复功能，促进环境与发展的“双赢”
首先，立体农业有利于保护天敌，进行生物防治，生物防治是悬挂性引诱剂，并放养、保护食害虫的天敌，对高植物喷药时，天敌可以在矮植物中暂时回避，药效过去，便可又回到高植物上。其次，立体农业有利于利用特殊植物（如蜈蚣草）与农作物、经济作物进行间作、套作、混作等立体农业种植模式在受到污染（如砷）的土壤上进行农业生产，在生产安全的农副产品的同时，达到污染土壤的自我修复，促进环境与发展的“双赢”。
四、结语
立体农业可以大幅度提高自然资源的利用率，这已为广大学者所认同；但是，人们对立体农业的环境安全效应的认识还很不够，随着国家环境安全问题的不断加剧与国家对环境安全的不断重视，立体农业将迎来一个新的发展空间，并将发挥出更大环境效益。
注：本文已发表于《立体农业与庭院经济》——全国立体农业与庭院经济学术讨论会文集。