今天来分享系列读本的第三部分知识点，在助力农业转型和碳中和中，农业究竟能采取哪些行动呢？让我们来简要讨论下他的主要实现路径，涵盖节约资源、提高农业生产效率、丰富食物来源、发展农业碳汇、减少农业温室气体排放五大方面。由于篇幅过长，此部分内容我们将拆分上下两个部分来分享。1、节约资源（垂直农业）2、以色列的节水农业3、提高农业生产效率 （生物育种、智慧农业）4、丰富食品来源（水产养殖、替代蛋白）现有的高投入、资源密集型的农业生产方式带来了自然资源短缺、温室气体排放和生物多样性的破坏，在可预见的未来，将难以为更多的人口提供可持续的粮食供应。面对气候变化与生物多样性的双重约束，整个农业生产需要更加深刻和系统性的变革来应对这一系列的挑战，同时提供创新的综合性碳中和解决方案。这些方案不仅仅是在农业生产中推动变革，例如创新农业生产技术与方式，同时将涵盖对农业生产带来影响的消费端进行减排，包括改善饮食习惯、减少食物浪费、寻找低碳食品替代品等。 1、节约资源
1）垂直农业
a. 主要原理
“垂直农业”（又称植物工厂，如图 19 所示），是指利用先进的种植技术，把农业垂直延伸，通过高效设计垂直堆叠作物，以较高的空间密度生产蔬菜和水果，使得产量提升，同时不必进一步占用土地。人为干预设施内作物生产过程中的温度、湿度、光照、水肥等生产要素，使植物不受或很少受自然条件的影响，从而实现作物全年的高效生产。 b. 助力维度
节省土壤、水资源：垂直农业的生产过程不依赖土壤、阳光，用水量极少，与传统田耕相比可减少约 90%的用水量；还能够充分利用仓库、集装箱、城市房顶，用地面积小，可节省土地面积 95%以上。通常而言，垂直农业用于种植生长周期短、附加值高的绿叶蔬菜、水作物的产量。 缩短运输距离：垂直农业不受限于土地资源，能够将城市附近的工业空间转变为智能室内农场，通过定位在更靠近城市等消费场所的地方来缩短农产品的运输距离，为当地社区提供安全、新鲜的食物供应。尤其伴随城市群的扩张，可耕种土地与城市愈加分离，在城市周边形成自给自足的蔬菜产地尤为重要，也能够最大程度降低蔬菜运输过程中的碳排放。 保障食品安全及供应稳定性：垂直农业能够实现在受控、受保护的环境中种植无农药农产品，减少杀虫剂的使用，减少病原体的侵害，并且能够实现从种子到储存的可追溯新鲜食品供应链，大大降低了农药残留、食源性疾病爆发的可能性。此外，垂直农场能够通过调控作物在不同阶段所需的温、光、水、气、肥、光配方等，实现全年不间断种植，从而让食品供应链更为稳定，不易受到气候变化和自然灾害等因素影响。 c. 发展现状
目前，垂直农业在我国尚不具备经济性，因此推广发展有限。其中最大的弊端是能源消耗较大。植物密集种植需要着重考虑光照、通风与温度的调节，前期投入与运营费用通常是传统农业和温室种植的几倍。高昂的成本也推高了终端产品价格，导致市场接受度较低。此外，垂直农业颠覆了传统农耕的运作模式和既有知识，对农民也提出了较高要求，不仅要懂得耕种，还要有丰富的植物学与环境科学知识。但是，随着可再生能源和设备成本的不断下降，植物工厂的经济性或不断改善，尤其是在风光资源丰富的地区。2）减少食物损耗
a. 主要原理
通过食物供应链以及终端消费环节的减排也将推动农业生产端的碳中和。根据联合国粮食及农业组织（FAO）的定义，食物损耗包括食物损耗（Food Loss）以及食物浪费（Food Waste）。前者是指食物在收获、加工、储运等过程中造成的食物量的减少；后者是指在零售或消费端丢弃原本可被食用的食物。据联合国粮食及农业组织估计，全球有三分之一的粮食会在供应过程中被浪费掉，这些粮食不能被人类利用从而浪费掉此前的碳排放。全球粮食损失和浪费每年产生 44 亿吨二氧化碳当量，约占人为温室气体排放总量的 8%，将其与全球国家层面的碳排放量量进行对比，仅次于中国和美国，相当于全球第三大碳排放“国家”。 从食品的全生命周期而言，食物浪费产生的碳足迹最高值在消费阶段，所占碳足迹的比例高于其浪费量，这是因为在供应链中浪费的一公斤食物将比早期阶段具有更高的碳排放强度（图 20）。粮食损失和浪费破坏了粮食系统的可持续性，食物的浪费意味着用于生产这些食物的所有资源（包括水、土地、能源、劳动力和投资等）都会遭到浪费。 图20 食品产业链各环节的食物浪费和碳足迹占比
世界自然基金会(World Wildlife Fund, WWF)认为，食物损耗主要是由于技术装备水平限制导致的，而食物浪费则更强调主观价值判断，更为可控。因此，除了在消费侧倡导珍惜食物、按需采购、合理储存外，在食物产业链各环节可以通过食品保鲜技术、冷链仓储等减少食物损耗。 b. 助力维度
通过农产品的保鲜和冷链物流的技术创新以及相关基础设施的完善来推动食物的损耗及浪费的减少。 食品保鲜技术：多年来，农户通常靠喷洒农药等化学物质来保护作物，这也带来了较大的食物安全隐患。为此，很多公司探索出能更健康环保的保鲜技术，例如美国的新创公司Apeel 研发出植物基类产品替代传统的壳聚糖涂膜，保证了果蔬的湿度的同时能够有效的隔绝氧气，能够让食品保质期延长 1-3 倍；Hazel 公司则是采用蒸发冷技术，通过改变运输过程中果蔬附近的空气成分来减缓果蔬的呼吸作用，减缓老化过程、防止真菌或腐烂，从而延长产品保质期。 冷链物流：控制食品安全的关键是控制微生物的生长速度，而温度就是控制微生物的关键，温度每升高 6℃，食品中细菌生长速度就会翻一倍。尤其是易腐食品如果蔬、肉禽蛋、水产品等，对冷链物流系统有着极高的要求。通过完善农产品产地预冷设施和冷链运输体系，能够减少农产品在流通过程中的损耗，延长其售卖周期。 （注：Apeel 公司官网，https://www.apeel.com/science Hazel 公司官网，https://www.hazeltechnologies.com/）b. 发展现状
我国在减少食品损耗方面与发达国家相比仍有较大提升空间，蔬菜水果类生鲜农产品产后损失高达 20%～30%，而发达国家仅为 1%～5%。食品保鲜技术方面，防腐剂保鲜剂因低价、易操作被大量用于产后收贮运环节，成为生鲜蔬菜水果产后减损的重要手段14。我国果品上使用的防腐保鲜剂主要用在贮藏和运输环节，分品种而言，我国大宗水果主要有苹果、柑橘等，苹果多使用紫胶被膜或 1-甲基环丙烯保鲜；柑橘贮藏品种多使用咪鲜胺、抑霉唑。 目前果品中允许使用的防腐保鲜剂均属于食品级添加剂和低毒农药。冷链物流方面，根据中国物联冷链委统计，2019 年我国果蔬、肉类、水产品冷藏运输率分别仅有 15%、57%、69%，低于发达国家水平（图 21）；且冷链断链所导致的农产品腐损率是发达国家的 1-2 倍（图 22）。 此外，冷链运输的能耗影响也需要纳入减排考虑中。邱嘉昌等（2017）指出，冷库的能耗主要集中在制冷系统，约占总能耗的 60%-70%17，中国冷藏库能耗平均水平是发达国家平均水平的 2-3 倍，在提高能效、优化能耗管理方面有较大提升空间。此外，传统冷链的制冷剂会带来氟化气体排放，推动新型环保制冷剂的替代也是低碳冷链发展的必经之路。 （注：中国农业农村部，http://www.jgs.moa.gov.cn/fxpg/202202/t20220225_6389723.htm 中国农产品质量安全网，水果冷藏使用防腐保鲜剂指导意见，2022-3-30. http://www.aqsc.agri.cn/kpzc/sczd/202203/t20220330_400496.htm 中国发改委，我国冷链物流发展的现状、困境与政策建议，2021-6-11.
https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/jd/wsdwhfz/202106/t20210611_1283162_ext.html 数据来源：2019 中国冷库产业发展报告，中冷联盟， http://www.lenglianwuliu.org.cn/news/details.html?newsId=350 ）2、提高农业生产效率
1）生物育种
a. 主要原理
近百年来，种植业育种模式的发展大体经历了 3 个时期（如图 23），即主要依赖表型观察，通过自交加代选育优秀自交系的传统经验育种；以杂种优势群体划分模式为基础，筛选高配合力亲本组合为核心的杂种优势育种；综合了单倍体育种、分子标记育种、转基因育种的现代生物育种。在过去的 30 年中，种子的创新为提高单产做出了积极的贡献，它能够提高氮肥利用效率，有效减少农作物损失，还在节省土地和水等资源方面具有巨大潜力。现代育种技术已经从常规杂交育种、诱变育种等手段进入基因编辑、定向育种的分子水平时代，生物信息学、高通量育种等手段极大地丰富了育种手段。目前，基因工程已经从根本上改变了生物技术的发展，也越来越多地应用于农业领域，以基因工程为核心的分子育种技术正大幅推动农业生产效率的提升。2018 年初，Edwards Buckler 教授提出“育种 4.0”的理念，未来育种将在基因编辑与合成生物学、基因组与生物信息学、大数据与人工智能等跨学科、多技术支撑下，实现作物新品种的智能、高效、定向培育，最终推动育种学从“艺术”到“科学”到“智能”的革命性转变。 b. 助力维度
基因育种技术一方面能够提高育种效率，增加作物产量，减少单位产品的温室气体排放；另一方面，能够提高作物抵御气候变化影响的能力，为粮食安全提供保障。 提升作物产量，降低排放强度：通常而言，优良种子可以贡献粮食增产量的 45%—50%，但新品种培育周期长、难度大、失败率高。而通过基因育种技术能够提升研发效率，加快育种流程，从传统育种的近十年缩短至 2-3 年，有望加快优秀品种的培育。以最大的粮食作物玉米为例，自上世纪 60 年代至今，我国玉米品种经历过 6 次更新换代，历次脱颖而出的优秀品种一般均具有高产稳产、适应性广等特点，品种更迭推动玉米亩产由不足 100 公斤上升到现在的 400 公斤左右。 增强抗逆抗虫等性能，适应气候变化：基因育种中的基因编辑工具可以精确、快速地生成作物改良所需的基因突变，帮助培育出产量更高、更有营养、更耐受极端天气、需要更少化肥和农药的作物。例如，抗虫、耐除草剂、抗旱等性状的应用提升了转基因玉米、大豆等作物在成本、价格、品质方面的竞争力。 c. 发展现状
全球育种技术发展已从育种 3.0 阶段迈入设计育种的 4.0 阶段，拜尔（已收购孟山都）、科迪华等海外种业巨头是第三代生物育种技术的引领者，目前占据着全球种业份额的近 40%。相较而言，中国主要育种公司仍处于表型选择的育种 2.0 阶段，种子同质化程度高、市场较为分散，以玉米为例，我国亩产平均水平仅为发达国家约 6 成，差距较为明显。 近年来，种业振兴已成为我国粮食安全的核心关注点。今年我国新《种子法》颁布，首次建立实质性派生品种制度，扩大种子知识产权的保护范围，有望从源头解决种子同质化严重的问题；此外，沉寂已久的转基因种子商业化也开始加速，农业部发布国家级转基因玉米和大豆的品种审定标准，对转基因品种的耐除草剂和抗虫性提出更高要求，这标志着我国转基因育种商业化即将正式启动，基因育种技术有望加速发展。 2）智慧农业
a. 主要原理
智慧农业是现代信息技术与传统农业深度融合形成的数字化农业方式。智慧农业是在信息技术和先进装备的基础上，实现生产过程的精准感知、智能控制、智慧管理。这些技术包括无人机、传感器、卫星数据、自动化和机器人技术等，可以提高资源利用率和有效性，让农业实现“环境影响可测、生产过程可控、产品质量可溯”的目标。 智慧农业按领域划分，会形成诸如智慧种植业、智慧养殖业、智慧加工业等生产类型，按应用场景划分会形成智慧农场、智慧温室、智慧加工厂等多个场所类别，但无论是何种形式，都离不开数字化、智能装备等核心要素。 b. 助力维度
智慧农业涵盖互联网、移动技术和设备、数据分析、人工智能、数字化服务和应用等，正在改变农业和食品系统。在农业粮食系统的各个环节赋能，一方面可以使农业作业效率显著提高，解决传统农业晚间无法作业的问题；另一方面可以使农业作业质量显著提高，通过精准控制提高农作物单产；还可以使土地利用率显著提高，确保单位面积的产出率及利用率，降低碳排放强度。举例而言： 农业机械的智能化：在大田农业耕、种、管、收各个环节减少对体力劳动的需求、提升效率、提高产量。比如农机自动驾驶辅助系统能够通过精准导航技术和人工智能算法，保证25标准、高效、高质的产出，同时在一些特殊土地情况下，比如烂地、夜晚、极端天气等能够替代经验丰富的机手。 远程卫星数据和传感器等技术：更加准确地用于农业生产中的环境监测和管理。比如，通过无人机监测作物氮素的含量，从而间接监测土壤中氮的含量，为科学用药用肥提供参考。 通过 AI 技术对当地天气数据进行分析，构建病虫害和气象数据的关联模型，对预测病虫害、是否要使用农药等给出比较精准的判断。开展智能温室/大棚和水产养殖环境监测，精准控制生长环境地温度、光照、溶氧量等，对生产有重要的促进作用。 c. 发展现状
随着农业人口老龄化、人均耕地面积提升，农业智能化正逐步成为刚需。在全球范围内，农业人口老龄化趋势正日益加剧，我国这一趋势则更为明显，随着城镇化的进程，城乡人口迁移让农村老龄化更甚，农村的农业劳动力显著不足。 老龄化和规模化生产必然导致依靠人工劳动力作业难以为继，全面机械化、智能化成为提升农业劳动生产效率的必经之路。与此同时，农业机械化水平提升，数字化技术逐渐成熟，软硬件成本降低，让农业智能化逐渐成为可能。以农机自动驾驶辅助系统为例，2020 年在美国的渗透率已超过 70%，参照农业部农机补贴数据，我国的渗透率仅有约 1%，仍处于起步阶段。随着技术进步带来的成本下降及规模农场数量的增加，渗透率有望加速提升。 图26 各国65岁以上人口占比
图27 我国农业经营者年龄分布变化3、丰富食品来源
1）水产养殖
a. 主要原理
可持续渔业和水产养殖业可以增加海洋蛋白质的供应，减少对土地的需求，帮助形成更健康、更多样化的饮食。从生物多样性的角度，水生生物作为全球生物多样性的重要一环，不仅在维持水生生态系统方面具有重要作用，同时也是保障优质蛋白供给的物质基础。鱼类提供了健康的低脂蛋白质来源，其生产过程的碳密集度远低于牛肉。目前，全球海洋渔业已经过度捕捞，可持续水产养殖对于满足全球对鱼类不断增长的需求至关重要。可持续水产养殖的措施包括发展藻类养殖、优质草食性、滤食性鱼类的养殖以及贝类养殖，提高肉食性鱼类养殖的能量利用效率等，在养殖方式上尽可能利用天然水体进行非投饵的粗养；大力发展多营养层次的复合养殖，充分利用生态体系里的营养物质和能量等18。 b. 助力维度
提供更高效的蛋白来源：从饲料效率来看，水产养殖的饲料效率是陆生动物养殖的 2-7倍，并且水产养殖过程产生的环境污染和温室气体排放量远小于畜禽养殖。尤其在中国，50%的水产养殖产量是来自于利用天然生产力的滤食性的鱼类和贝类养殖，这种水产养殖方式也有助于碳封存。 减少土地需求，开发潜力巨大：水产养殖让农业从陆地扩展到海域，并从根本上改造了海洋渔业的原始捕捞方式，改用人工方法使海洋水生生物增殖，因而维护了渔业资源的再生力。据估算，如果充分利用世界沿海滩涂，可生产相当于现在海洋渔获量 15 倍的水产品， 海水养殖业有可能将海洋变为人类未来食物的重要生产场所。 （注：《海洋与渔业》专访，麦康森：低碳发展水产养殖大有可为，2011-3-14.
http://www.feedtrade.com.cn/technology/raise/technology_20110314135843.html ）c. 发展现状
我国海水养殖条件优越，我国海水养殖面积和产量多年稳居世界第一，且贝藻类、滤食性鱼类等养殖占据很大比例。据国家农业农村部渔业渔政管理局数据，2020 年我国海水养殖产量约 2,135 万吨，其中贝类占海水养殖总产量的 69%。贝类、藻类等可以吸收水体中的二氧化碳，对水体污染小，且有较强的碳汇功能。 然而，随着生产规模的扩大，水产养殖的可持续集约化是降低温室气体排放的关键。水产养殖业最大的排放源来自于养殖饲料，其中，鱼油和鱼粉是杂食性和肉食性物种饲料的主要成分，主要来源于小型饲料鱼，低营养级鳀鱼、鳞虾等。 据 FAO 统计，全球的鱼粉供应达到历史新高或接近了生物极限，未来随着水产养殖规模的持续增长，鱼油鱼粉的需求将面临压力，或导致养殖业寻找其他高蛋白含量的替代饲料，比如大豆、禽畜加工副产品等。目前，一些新兴蛋白饲料的研发已有较大进展，酵母、细菌和微型藻类等单细胞生物蛋白质的新型饲料有望大幅降低水产饲料的温室气体排放。 世界银行2）替代蛋白a. 主要原理
全球绝大多数的动物食品产自集约化的畜牧生产系统，根据世界资源研究所（World Resources Institute，WRI）的统计，生产 1 卡路里鸡肉要消耗掉 9 卡路里大豆，小麦和玉米。 其他动物将农作物转化为肉的效率则更低。 从 1950 年到 2018 年，全球肉类产量从约 5,000 万吨增长到 3.4 亿吨，70 年里增长了近7 倍，在不考虑人口增长的情况下，如果要想让所有国家实现人均蛋白质消耗量 70 公斤的水平，全球肉类消耗量至少还要增加一倍。事实上，畜牧业已占用了全球 40%以上的粮食产量（主要是加工成饲料），地表一半左右的农业用地和全球约 10%的能源消耗，若不考虑替代蛋白，到 2050 年地球或许很难养活全球超过 90 亿人口。 b. 助力维度
替代蛋白的优势在于生产流程短、效率高，减少土地和水资源的消耗，降低二氧化碳的排放，因此无论是从减缓畜牧业碳排放，还是资源有限性的角度，替代蛋白都是畜牧业发展的一项重要技术路径（图 30），目前主要包括植物蛋白、细胞培养肉以及发酵蛋白三种蛋白来源，具体而言： 植物蛋白：指用植物蛋白替代肉类和奶制品，通常是从大豆、小麦或豌豆等植物来源萃取蛋白质，然后将蛋白质萃取物加热、挤压和冷却，使之具有肉或奶的质感。植物肉产业与传统畜牧业生产相比有着显著的优势，不仅可以解决传统农业中的激素、抗生素、农药残留、人畜共患病毒、寄生虫、致病菌感染等问题，还可以节省 99%的水，减少 90%的温室气体排放和节约 93%的土地面积需求。除了植物肉，植物基的乳制品同样是植物蛋白替代动物蛋白的一种方式，有着更广泛的受众人群。 细胞培养肉：通过动物干细胞的体外培养，实现大规模的细胞增殖分化，进一步加工为食品。无论是对气候变化还是对个人消费者而言都有很多益处。首先是环保低碳、生产高效，干细胞的生长增殖周期仅 1-2 周，对比肉鸡孵化需要 21 天，饲养出栏需要 6 周；猪 155-200天出栏（约 100kg)；牛、羊时间则更久。对环境而言，可以减少温室气体排放 78%-96%，减少水资源使用量 82-96%，减少能源使用 7%-45%（Willett,2019）。对于个人而言也更健康安全，可以避免普通肉类中的激素、胆固醇等带来的疾病风险，以及细菌抗生素耐药性和动物源疾病的风险。 发酵蛋白：微生物物种的生物多样性，加上几乎无限制的生物合成能力，为发酵替代蛋白提供解决方案，可用来生产或支持生产肉类、蛋类和乳制品的无动物成分替代品。菌丝体，微藻，微生物和发酵生产的蛋白可模拟动物制品的感官性状与营养特征，同时不含胆固醇、抗生素和生长激素等。微生物还有着较高的增殖速度和效率，微生物天然富含蛋白质，例如多种真菌、细菌和藻类的蛋白质含量超过其自身干重的 50%，能自给自足实现快速增殖，因而只需外界给予简单便宜的营养成分，大多数微生物的倍增时间只需几小时甚至几分钟。 c. 发展现状
在我国，以素食为代表的肉类替代品并不陌生，仿制肉食口感的豆制品等素食产品在中国有着悠久的历史，不过传统素肉的技术含量较低，多以豆粉、豆粕、小麦等为原料，通过挤压膨化方法进行简单加工，模仿肉制品味道或外形，但实际口感与肉制品相比有很大差距。 而新兴的替代蛋白技术则是综合利用细胞工厂、分子生物学等技术，将蛋白结构转换成动物蛋白的纤维状结构，风味更优。 2019 年以来，随着植物肉公司 Beyond Meat 在纳斯达克上市，替代蛋白产业开始受到创业公司和资本市场的关注。消费者对食品安全、素食主义(表 2)、环境保护、动物福利、特殊风味等多方面的需求或助推替代蛋白市场的发展。 好啦，今天的知识点就分享到这里。下期再见！如想提前接收完整文章，请关注【数字碳秤】公众号，后台回复1私信获取！

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咨询记录 · 回答于2022-07-20我有一个很大的水坑，没有水，谁能告诉我能投资点什么项目？我有一个很大的水坑，没有水，谁能告诉我能投资点什么项目？笫一推荐小龙虾养殖，只要当地的气侯、地理条符合要求。这个目前国内最火爆的养殖项目，已赞过你对这个回答的评价是？评论
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