在人类文明的进步中，农业文明的发展和革命是一条不容忽视的主线。从农用畜力的使用到化肥的出现和推广，从中小型农机的应用到设施农业的普及，伴随着社会经济的快速发展，中国农业由1.0迅速挺进到3.0时代。而近年来，又有很多专家学者将目光投向了更为理想化、集约化、现代化的农业4.0。什么是农业4.0？农业4.0对中国农业有何增益又如何实现？为此，记者特邀中国工程院金涌院士为行业揭开农业4.0的神秘面纱。
定义农业4.0： “农业-工业-信息业的高度融合”
中国经济进入新常态，各产业均面临着结构转型升级、培养增长核心动力、实现稳定增长和进一步适应市场活力的挑战。对一般人来说，“农业4.0”的概念还不清楚，它从何而来，又将向何去值得认真推敲。
在金涌院士看来，了解“农业4.0”必须对人类农业发展的变迁有全局意识。他认为，“农业1.0”的开端是畜力和畜力农器具的使用以及人畜粪便的使用；从“农业2.0”开始，杂交育种和农药开始使用，化肥出现并推广，中小型农机、灌溉水渠系统应用于农业。而目前我们正处于广泛实践、不断深化的“农业3.0”时代：大型农机、生物治虫、除草剂广泛运用，无土栽培，喷灌、滴灌，设施农业大面积推广，微量元素、CO2施肥以及新型育种技术、缓释化肥使用、农畜业联合循环体系，测土配方施肥走向系统化。
“实现‘农业4.0’则需要农业-工业-信息业的高度融合。其主要表现形式包括GPS定位大田耕耘、土壤信息收集、管理、收获系统；农业机器人、“互联网+购买”、销售、追溯；全生命周期智能水肥一体化管理；生物肥利用，分子生物学育种，改善作物品种和品质、抗病基因片段植入作物，借以抗病乃至于降低农药需求。”
综合而言，“农业4.0”既是生态农业，也是智能农业。它涉及植物学、土壤学、栽培学、分子生物学、化学工程学、机械工程学、信息工程学、工程管理学等多学科的交叉，是循环经济、低碳经济、生态保护的主战场之一，是国家经济战略发展新的着力点，加速迈进“农业4.0”是人口多、耕地少、水资源缺乏的中国的必然选择。
生态农业是“农业4.0”的重要内涵
2013年中国人口约为13.61亿，而预测显示，2030年这一数字将达到14.5亿以上。金涌介绍说：“我国粮食需求的峰值约为6.5亿吨/年，而我国2015年粮食产量为6.2亿吨/年，其中仍存在一定差距。英国经济学人智库报告，我国粮食安全指数在接受调查的107个国家中排在42位。”
从人均资源角度分析，中国农业的发展条件明显低于欧美发达国家。人均耕地面积小，而且国内土壤贫瘠（多红壤、黄土地），为保证粮食产量，国内单位耕地面积施肥量远超发达国家安全上限，但使用效率偏低。我国水稻、小麦、玉米三大粮食作物的化肥利用率为35.2%，农药利用率为36.6%，利用率远低于发达国家。
金涌表示：“化肥的过度施放，累加效应导致土地不堪重负，不仅污染土壤、水体、空气，而且危及生物多样性，导致农产品中化学品成分含量增多而殃及人体健康安全。随着农业面源污染不断加重，土壤结构变差，农民盲目增加化肥农药获取掠夺式产量。如此循环的结果是耕地有效耕层普遍变浅、板结，生产能力下降，植株容易招致病虫危害，农药施放次数和施放量也相应增多。如此发展将成为恶性循环。”
土壤对粮食安全、水安全、能源安全、减缓生物多样性丧失及气候变化，有重要作用。在此基础上，金涌认为，“农业4.0”时代首先要紧抓生态农业理念，减少面源污染，保护耕地土壤，利用绿色生态的农业投入品以及科学合理的施肥施药手段实现农业的可持续发展。特别是环保部最近颁布了《土壤污染防治行动计划》：开展土壤污染调查，掌握土壤环境质量状况；推进土壤污染防治立法，建立健全法规标准体系；实施农用地分类管理，保障农业生产环境安全；强化未污染土壤保护，严控新增土壤污染；实施建设用地准入管理，防范人居环境风险；开展污染治理与修复，改善区域土壤环境质量；加大科技研发力度，推动环境保护产业发展；加强污染源监管，做好土壤污染预防工作；发挥政府主导作用，构建土壤环境治理体系；加强目标考核，严格责任追究，必须认真执行。生态农业是国家需求，有重大战略价值。从经济角度分析，生态农业有巨大投资容量和空间，规模可大可小，有巨大社会效益和经济效益。技术方面，也有巨大发展空间，没有尚需突破的技术制约，没有重大资源、能源、环境的制约。“所以它是继房地产投资，一带一路，对外技术投资和产能转移之后，最具现实意义的发展机遇之一。”
农业腾飞需要农资农技双管齐下
“2015年3月农业部《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，提出到2020年重点发展环保新型肥：硝基复合肥、尿素硝酸铵溶液、控释肥、液肥土壤调理剂、腐植酸、海藻酸、氨基酸、硝酸钾等，这是农资产品革命的重要举措。”金涌表示。他还提出：“针对目前国内农业施肥上的问题，需要测土施肥，不可作‘十全大补丸’，要避免某些元素富集。”
在金涌看来，施用植物专用配方肥，由于氮、磷施用量的大幅度降低以及其他中量（钙、硫、镁）、微量（铁、锰、硼、锌、钼、铜等）元素的配合作用，植物所吸收的氮、磷元素基本上得到了代谢，植物更为健康，避免了氮、磷残留的同时，农产品也更健康、更有病虫害抵抗能力，减少农药使用量40%—50%，同时农产品的风味和口感也能得以恢复，达到甚至超过有机农产品的水平。
真实的实验效果也证实了这种观点。杂交水稻（甬优12、15和538）使用水稻专用配方肥后，口感和风味达到了常规稻的水平。同样品种的土豆（荷兰15），使用土豆专用配肥和普通复合肥进行对比试验，果实经农业部农产品产品质量检测中心分析化验，二者营养和风味芳香物质含量差异明显，使用土豆专用配方肥的土豆，各种营养物质含量达到或超过了上世纪六七十年代土豆的标准，并且均具有更好的耐储性。
在农技方面，金涌重点关注水肥一体化的发展，“水肥一体化的应用有效解决了作物全生育期对氮、磷、钾吸收量及间断施肥量不匹配。”目前，我国适宜水肥一体化面积为5亿亩，如果2020年水肥一体化能到1.5亿亩，可节水150亿m3/年、节肥75万吨/年，增收900亿元。“现代滴灌下的农业相对于传统农业，更能实现养分释放速率与作物吸收速率的匹配。实现对作物全生命周期养分N、P、K匹配供应，如黄瓜对颗粒氮肥利用率16.4%，对滴灌氮肥利用率49.3%，棉花膜下灌溉氮肥利用率47%-66%，棉花可增产20%，甜玉米可增产14%，西红柿可增产20%，并可以改量、恢复作物品质和风味。而水肥一体化的扎根同时倒逼农资行业进一步重视水溶性肥料的研发推广。”
“互联网+农业”等生产模式亟待开发
随着农业从劳动密集型向科技支持型转变，控制生产成本需要引起足够重视。事实上，国内现代农业发展的一个关键瓶颈就在于：农产品销售利润无法满足提高设施标准所带来的成本提升。金涌认为，只有通过适度集约化经营才能使科技投入发挥作用，能够降低农产品成本。“要使农民真正获利，只有政府政策扶持，科技进步和市场化运营的作用才能显现。这是现代化农业必由之路。”解决农产品价格高于进口价格，而使库存量增加，农业补贴又违反世贸协定，政府处于两难境地。
在条件齐备的基础上，真正的“农业4.0”应该表现出的状态，和全新的生产模式？金涌说：“未来农业中，‘互联网+农业’或将成为主流。其主要表现为土壤、肥料、作物、水分、智能化管理，数字化、信息化、智能化，土、肥、水精确管理，测土施肥能够全面分析有机质、pH值、全氮、全磷、全钾、菌落、空间、时间分布，拥有智能感知、智能预警、智能分析、专家系统，农产品增产、质量，生态全面提高，有效防止土壤退化、食品污染、生态危机。”
“农业4.0”时代，农业经营模式同样需要深化改革。金涌表示：“现代农业需要土地集约化经营，通过土地使用权的适度集中，转移有法保障各方合法利益分配，逐步自愿形成农-畜-蔬-林，农场式经营。通过投资、贷款，使用先进技术，保证农场高效益，使投资方、经营方、劳动力方都能从中获利，这样才能稳定发展。农业经营主体不断壮大，才能容纳新型生产力注入。而只有工业、服务业的融入带来的新技术，才能使经营主体壮大带来高效益。其融合机制包括农户利益联合模式、股份合作、承包转移经营权、订单农业、劳务合作、流转聘用、家庭农场、服务网络等具体表现。而实现土地集约化经营，需要政府引导、大中企业牵头，提供风险保障和技术的稳定注入，用市场经济代替小农经济思维，提高品牌意识，并形成网上供销服务。”
