蒲阿慶 羅 潔 冷 燕 郭松豪 張宏翔 吳鎖偉 萬向元*， 魏 珣**，

（1.北京科技大學(xué)生物與農(nóng)業(yè)研究中心，北京 100083；2.中國科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)中心，北京 100190）

2020年12月28日，習(xí)近平總書記在中央農(nóng)村工作會議上指出：“在向第二個(gè)百年奮斗目標(biāo)邁進(jìn)的歷史關(guān)口，在脫貧攻堅(jiān)目標(biāo)任務(wù)已經(jīng)完成的形勢下，在新冠肺炎疫情加劇世界動蕩變革的特殊時(shí)刻，鞏固拓展脫貧攻堅(jiān)成果，全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興，加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化，是需要全黨高度重視的一個(gè)關(guān)系大局的重大問題?！毙聲r(shí)期農(nóng)業(yè)的功能正在從原來的僅向下游產(chǎn)業(yè)鏈提供農(nóng)產(chǎn)品和原料，逐步擴(kuò)展至休閑觀光和生態(tài)涵養(yǎng)等方面，并在未來有望成為一個(gè)包含營養(yǎng)健康、資源能源和生態(tài)環(huán)境等生物相關(guān)子系統(tǒng)在內(nèi)的新型農(nóng)業(yè)體系［1，2］，其高質(zhì)量發(fā)展亟需以生物技術(shù)為代表的科技支撐。

截至2021年，全球已有超過60個(gè)國家和地區(qū)出臺了促進(jìn)生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展的宏觀戰(zhàn)略和實(shí)施方案［3］。2022年5月，我國首部生物經(jīng)濟(jì)五年規(guī)劃——《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》正式發(fā)布，對我國生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢、目標(biāo)等提出了總體研判。生物經(jīng)濟(jì)在全球范圍內(nèi)并無統(tǒng)一定義，從生產(chǎn)力角度來看，主要以生命科學(xué)與生物技術(shù)的研究開發(fā)及應(yīng)用為基礎(chǔ)，是一種區(qū)別于工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息經(jīng)濟(jì)的新經(jīng)濟(jì)形式；從生產(chǎn)關(guān)系角度來看，則是以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，以生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)、分配、消費(fèi)為基礎(chǔ)，聯(lián)結(jié)各行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的復(fù)合型經(jīng)濟(jì)形式［4，5］。在美國、歐盟等國家／地區(qū)的實(shí)踐中，生物經(jīng)濟(jì)已被證明可產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)、社會以及環(huán)境效益［6］。

本文立足我國農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展及轉(zhuǎn)型升級的迫切需求，分析提出農(nóng)業(yè)既是重要生物資源的初級生產(chǎn)部門，也是生物技術(shù)未來應(yīng)用的廣闊天地，將是我國未來生物經(jīng)濟(jì)的重要應(yīng)用場景之一，也將成為生物經(jīng)濟(jì)的核心支柱之一。本文梳理了國際上代表性國家及地區(qū)的生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展脈絡(luò)，從相關(guān)政策、主導(dǎo)技術(shù)到社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益評估等方面總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，為我國正處于快速起步階段的農(nóng)業(yè)生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供參考。

1 農(nóng)業(yè)是生物經(jīng)濟(jì)的重要應(yīng)用場景

農(nóng)業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)中的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年我國農(nóng)業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的增加值達(dá)到了16.69萬億元，占GDP總值的16.47%［8］。生物技術(shù)極大地提高了農(nóng)業(yè)育種效率、種質(zhì)資源保護(hù)和利用水平，傳統(tǒng)育種逐漸被生物技術(shù)育種取代，生物育種技術(shù)通過改善農(nóng)作物產(chǎn)量、品質(zhì)與抗逆等性狀，在保障糧食、飼料等重要農(nóng)產(chǎn)品供給上扮演了重要角色［7］。截至2020年，我國已培育新型抗蟲棉品種188個(gè)，占據(jù)國內(nèi)市場份額99%以上，創(chuàng)造超500億元的經(jīng)濟(jì)效益［8］。同時(shí)，新時(shí)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)發(fā)生了歷史性轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)向以生物技術(shù)為核心的生物農(nóng)業(yè)。生物農(nóng)業(yè)是指將生物技術(shù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，并生產(chǎn)新型作物品種和生物制品。根據(jù)生物技術(shù)所應(yīng)用的不同領(lǐng)域，我國生物農(nóng)業(yè)可劃分為生物育種、生物肥料、生物飼料、生物農(nóng)藥等領(lǐng)域。生物農(nóng)業(yè)雖沒有生物能源和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域發(fā)展迅速［9］，但在美國、歐盟的生物經(jīng)濟(jì)中已占據(jù)重要地位，美國農(nóng)業(yè)系統(tǒng)每年生產(chǎn)超十億噸的生物質(zhì)，歐盟注重與包括《共同農(nóng)業(yè)政策》在內(nèi)的其他政策聯(lián)動，推動生物經(jīng)濟(jì)在農(nóng)業(yè)農(nóng)村地區(qū)的發(fā)展［10］。我國生物農(nóng)業(yè)的發(fā)展仍處于起步階段，接下來需要順應(yīng)我國從“解決溫飽”到“營養(yǎng)多元”的需求轉(zhuǎn)換新趨勢，滿足人民群眾對食品消費(fèi)更高層次的新期待。最后，我國農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展面臨眾多卡脖子問題。我國近年來陸續(xù)出臺政策以減少農(nóng)藥化肥的施用量，從2013年的峰值180.77萬噸持續(xù)下降至2019年的139.17萬噸（下降23.01%），化肥施用量從2015年的峰值6022.6萬噸逐年下降至2019年的5403.6萬噸（下降10.28%）［11］。然而我國農(nóng)藥化肥的施用量仍舊遠(yuǎn)高于美國、巴西等農(nóng)業(yè)大國2～3倍。農(nóng)產(chǎn)品加工產(chǎn)值占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的比重很低，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈延長仍處于初級階段［12］。為應(yīng)對和解決以上我國農(nóng)業(yè)面臨的發(fā)展難題，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用生物技術(shù)并發(fā)展生物經(jīng)濟(jì)，能夠切實(shí)可行地從源頭上解決作物產(chǎn)量不足、農(nóng)藥化肥污染以及資源不可持續(xù)等問題。同時(shí)，生物經(jīng)濟(jì)的增長能夠促進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)培育并創(chuàng)造大量就業(yè)機(jī)會［13］，例如德國生物農(nóng)業(yè)目前已實(shí)現(xiàn)一個(gè)農(nóng)民養(yǎng)活上百人，為整條產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)造超100萬個(gè)的就業(yè)崗位［14］。

2 世界主要國家／地區(qū)生物農(nóng)業(yè)發(fā)展概況

美國在本世紀(jì)初率先提出發(fā)展生物經(jīng)濟(jì)，歐盟緊隨其后（表1）。美國和歐盟由于起步早，生物農(nóng)業(yè)發(fā)展程度相對成熟。美國生物農(nóng)業(yè)發(fā)展主要側(cè)重于經(jīng)濟(jì)的快速增長，歐盟以德國為代表的發(fā)達(dá)國家則更注重環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。生物育種方面，自1996年轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化種植以來，截至2019年，共有29個(gè)國家和地區(qū)種植轉(zhuǎn)基因作物，42個(gè)國家和地區(qū)批準(zhǔn)進(jìn)口轉(zhuǎn)基因作物，總種植面積1.904億公頃。轉(zhuǎn)基因大豆、玉米以及油菜在美國、巴西、印度等農(nóng)業(yè)大國的平均應(yīng)用率均已達(dá)到90%以上，使得農(nóng)業(yè)生物技術(shù)成為實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用速度最快的技術(shù)［24］。生物農(nóng)藥方面，國際上已有30余種生物農(nóng)藥投入市場，2017年全球生物農(nóng)藥銷售總額達(dá)到33億美元，預(yù)計(jì)到2025年將以13.9%的復(fù)合年增長率達(dá)到95億美元的市值。生物肥料方面，2020年全球生物肥料市場規(guī)模達(dá)到了11.7億美元，發(fā)達(dá)國家例如美國和歐盟成員國的生物肥料施用率占比20%以上。生物飼料方面，發(fā)達(dá)國家的使用占比已達(dá)到50%以上，預(yù)計(jì)到2025年，全球生物飼料的總產(chǎn)值將達(dá)到200億美元［43］。

表1 各國／地區(qū)主要生物經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略發(fā)布時(shí)間表Tab．1 Timeline of Major Bioeconomy Strategy Releases by Countries／Region

2.1 頂層設(shè)計(jì)

2.1.1 歐盟

2005年，歐盟出臺了第一部生物經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略政策——《以知識為基礎(chǔ)的生物經(jīng)濟(jì)新視角》，首次將生物經(jīng)濟(jì)定義為將生命科學(xué)知識轉(zhuǎn)化為新的、可持續(xù)、生態(tài)高效并具競爭力的產(chǎn)品，能夠描述在能源和工業(yè)原料方面不再完全依賴于化石能源的未來社會［15］。隨后2007年、2010年、2011年、2012歐盟分別出臺了《邁向基于知識的生物經(jīng)濟(jì)》《構(gòu)建歐洲生物經(jīng)濟(jì)2020》《2030年的歐洲生物經(jīng)濟(jì)：應(yīng)對巨大社會挑戰(zhàn)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)增長》以及《為可持續(xù)增長的創(chuàng)新：歐洲生物經(jīng)濟(jì)》。2018年，歐盟委員會更新了生物經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略——《歐洲可持續(xù)的生物經(jīng)濟(jì)：加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境之間的聯(lián)系》，將生物經(jīng)濟(jì)定義為涵蓋依賴生物資源及其功能和原則的所有部門和系統(tǒng)［16］，將農(nóng)業(yè)作為生物質(zhì)生產(chǎn)最重要的有機(jī)初級部門產(chǎn)業(yè)之一，并將重點(diǎn)發(fā)展農(nóng)村農(nóng)業(yè)作為歐盟的優(yōu)先政策。歐盟的生物農(nóng)業(yè)將根據(jù)共同農(nóng)業(yè)政策（The Common Agricultural Policy，CAP）制定具體干預(yù)措施，支持農(nóng)村地區(qū)的包容性生物經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2.1.2 美國

2022年4月，美國智庫Schmidt Futures發(fā)布的《美國生物經(jīng)濟(jì)：為靈活和競爭性的未來規(guī)劃路線》，將生物經(jīng)濟(jì)定義為由生命科學(xué)和生物技術(shù)的研究和創(chuàng)新驅(qū)動，并由工程、計(jì)算和信息科學(xué)的技術(shù)進(jìn)步推動的經(jīng)濟(jì)活動［22］。預(yù)計(jì)未來的全球生物經(jīng)濟(jì)價(jià)值將在4萬億～30萬億美元之間［23］。美國能源部（Department of Energy，DOE）計(jì)劃，美國每年通過農(nóng)業(yè)、林業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)至少13億噸生物質(zhì)，而不會對食品、動物飼料、出口需求和環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，同時(shí)向低碳投入的農(nóng)業(yè)和林業(yè)過渡，培育土壤健康甚至增加土壤中的碳固存。2016年，美國生物經(jīng)濟(jì)至少創(chuàng)造了5.1%的GDP，其中超過一半的GDP產(chǎn)生于農(nóng)業(yè)和工業(yè)生物技術(shù)部門［22］。

2.1.3 德國

德國作為歐盟成員國，其生物經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略在歐盟框架下仍顯得獨(dú)具特色。在《國家生物經(jīng)濟(jì)研究戰(zhàn)略2030：通向生物經(jīng)濟(jì)之路》中承諾，要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)建立在自然物質(zhì)循環(huán)基礎(chǔ)上的可持續(xù)生物經(jīng)濟(jì)。隨后，德國《國家生物經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略》于2013年出臺，將生物經(jīng)濟(jì)定義為：生物經(jīng)濟(jì)是工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的新模式，在可持續(xù)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的框架內(nèi)，實(shí)現(xiàn)可再生資源的可持續(xù)與創(chuàng)新利用，以提供食品、原料和具有增強(qiáng)性能的工業(yè)產(chǎn)品［27］。2020年7月，德國聯(lián)邦政府更新了《國家生物經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略》，提出利用生物經(jīng)濟(jì)來加強(qiáng)農(nóng)村地區(qū)的發(fā)展［28］。德國大部分的生物質(zhì)是在農(nóng)村地區(qū)生產(chǎn)和加工的，用作食品、飼料、材料或能源用途［29］。農(nóng)業(yè)是生物經(jīng)濟(jì)的核心支柱之一，生物經(jīng)濟(jì)的基本條件之一是農(nóng)業(yè)和工業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)生物原料和產(chǎn)品的可持續(xù)生產(chǎn)。德國生物經(jīng)濟(jì)的擴(kuò)張?jiān)谵r(nóng)村地區(qū)的價(jià)值創(chuàng)造、就業(yè)和生活質(zhì)量方面具有巨大的潛力［27］。德國將特別支持新型、循環(huán)和低投入種植和生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展，包括有機(jī)農(nóng)業(yè)、智能農(nóng)業(yè)以及垂直農(nóng)業(yè)［14］。

2.1.4 中國

中國最早于2007年由科技部提出生物經(jīng)濟(jì)“三步走”戰(zhàn)略以及推進(jìn)生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展的十大科技行動，同時(shí)部分生物資源相對豐富、創(chuàng)新能力較強(qiáng)的省份，如浙江、吉林以及黑龍江等，陸續(xù)出臺生物經(jīng)濟(jì)相關(guān)戰(zhàn)略、行動計(jì)劃或生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃［31］。中國第一部關(guān)于生物產(chǎn)業(yè)的全面戰(zhàn)略部署是2017年國家發(fā)改委頒布的《“十三五”生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》［32］。2022年5月，中國正式頒布了《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》（簡稱《規(guī)劃》），作為我國首部生物經(jīng)濟(jì)五年規(guī)劃，也是我國生物經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的首個(gè)頂層設(shè)計(jì)，《規(guī)劃》將農(nóng)業(yè)作為五大應(yīng)用領(lǐng)域之一，強(qiáng)調(diào)要重點(diǎn)圍繞生物育種、生物肥料、生物飼料、生物農(nóng)藥等方向，推出一批新一代農(nóng)業(yè)生物產(chǎn)品，建立生物農(nóng)業(yè)示范推廣體系，完善種質(zhì)資源保護(hù)、開發(fā)和利用產(chǎn)業(yè)體系，更好地保障國家糧食安全、滿足居民消費(fèi)升級和支撐農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，構(gòu)建更加完善的全鏈條食品安全監(jiān)管制度，確保人民群眾“舌尖上的安全”［33］。

2.2 主導(dǎo)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)

2.2.1 歐盟

歐盟生物經(jīng)濟(jì)將生命科學(xué)和生物技術(shù)與信息通信技術(shù)、機(jī)器人、遙感、新材料等技術(shù)融合，促使生物資源及其制品有效替代化石能源并成為經(jīng)濟(jì)的新增長點(diǎn)。歐盟有機(jī)公司通過開發(fā)新的高附加值產(chǎn)品，形成多樣化的業(yè)務(wù)模式、產(chǎn)品和服務(wù)組合模式。2015年，歐盟生物經(jīng)濟(jì)的營業(yè)額為2.3萬億歐元，占?xì)W盟勞動力產(chǎn)值的8.2%［17］。預(yù)計(jì)到2030年，歐盟的生物技術(shù)將為歐洲經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)575億～995億歐元，相關(guān)生物產(chǎn)業(yè)將創(chuàng)造100萬個(gè)新的工作崗位［18］。生物能源目前提供了歐盟三分之二的可再生能源，預(yù)計(jì)到2030年仍將是能源結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分，支撐著歐盟2030年實(shí)現(xiàn)可再生能源占總能源32%的目標(biāo)［16］。與熱能和電力相關(guān)的生物能源途徑越來越重要，基于糧食作物的第一代生物燃料將逐漸轉(zhuǎn)向第二代非糧食生物燃料［19］。

2.2.2 美國

美國越來越多的農(nóng)業(yè)生物技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向市場，并取得了良好的效益。比如基因編輯CRISPR技術(shù)，開發(fā)出具有抗蟲抗除草劑性狀的玉米、大豆、棉花等作物，其商業(yè)化種植大大提高了作物產(chǎn)量和品質(zhì)，并減少了農(nóng)藥化肥的施用，在養(yǎng)活更多人的同時(shí)創(chuàng)造了巨大的環(huán)境生態(tài)效益［24］。在此技術(shù)上，開始擴(kuò)展現(xiàn)有的DNA研究方法，包括開發(fā)基因編輯工具，在多個(gè)位點(diǎn)同時(shí)精確編輯動物、植物和微生物基因組，以改善現(xiàn)有的代謝途徑，甚至創(chuàng)建新的代謝途徑［25］。再如，美國國家科學(xué)基金會（National Science Foundations，NSF）1996年發(fā)起了全球植物基因測序計(jì)劃（Plant Genome Research Program，PGRP）并取得了系列成果，其中組裝、注釋和比較26個(gè)不同的玉米基因組的工作取得了成功，相關(guān)創(chuàng)新成果可以提高糧食和飼料作物的生產(chǎn)力，并開發(fā)出可以在資源匱乏的邊際土地上種植的植物新品種。鑒于生物質(zhì)在生物經(jīng)濟(jì)的重要作用，美國非常重視植物基因組學(xué)的研究，以及對植物基因組進(jìn)行高通量的基因組編輯；此外通過生物測序、建模、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能、創(chuàng)建各種分子的強(qiáng)大生物合成平臺等提高生物生產(chǎn)能力［22］。美國農(nóng)業(yè)部的“生物優(yōu)先計(jì)劃（BioPreferred）”通過實(shí)施生物基的產(chǎn)品標(biāo)簽制度，以強(qiáng)制性聯(lián)邦采購和自愿性標(biāo)簽倡議增加對生物基產(chǎn)品的購買和使用。截至2017年，美國部分生物基產(chǎn)品在一些領(lǐng)域的競爭力已經(jīng)超過了石油化工產(chǎn)品，每年產(chǎn)生至少1250億美元的收入，占美國精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)的17%～25%［26］。

2.2.3 德國

德國生物技術(shù)在生物育種、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域位于歐盟各國前列。德國的生物農(nóng)業(yè)也正在積極地與其他未來技術(shù)結(jié)合。例如，在農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域使用數(shù)字創(chuàng)新提高生產(chǎn)的精準(zhǔn)性，可以大幅節(jié)省土壤、農(nóng)藥、化肥和能源等投入，由此帶來的成本降低和效率提高賦予農(nóng)業(yè)部門更大的競爭力和環(huán)境友好性。在生物原料的生產(chǎn)加工以及精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域使用傳感器技術(shù)、大數(shù)據(jù)、快速數(shù)據(jù)連接和機(jī)器人技術(shù)也具有巨大潛力［28］。在微電子、納米技術(shù)、材料和工藝工程等技術(shù)學(xué)科進(jìn)步的推動下，德國的生物農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，在生物技術(shù)育種研究、生物聚合物研究、植物原料的酶分解、基于微藻優(yōu)質(zhì)原料的開發(fā)、有機(jī)和常規(guī)農(nóng)業(yè)等方面，甚至于在生物精煉直接使用工業(yè)過程中的二氧化碳作為碳源生產(chǎn)生物質(zhì)等方面均取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。生物經(jīng)濟(jì)中，農(nóng)業(yè)和林業(yè)對農(nóng)村發(fā)展的意義是巨大的，德國有超過30萬家公司活躍在包括精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、動植物育種、短輪作林業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域，為超過100萬人提供就業(yè)崗位；2015年，德國農(nóng)業(yè)和林業(yè)的銷售額為320億歐元，一個(gè)農(nóng)民平均可以養(yǎng)活147個(gè)人［14］。

2.2.4 中國

我國農(nóng)業(yè)育種創(chuàng)新的進(jìn)步和農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的應(yīng)用將會加速推動農(nóng)業(yè)生物經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在“十四五”期間，我國將以發(fā)展農(nóng)作物分子育種創(chuàng)新服務(wù)和鑒定平臺、畜禽育種創(chuàng)新平臺、水產(chǎn)聯(lián)合育種平臺等為重點(diǎn)，發(fā)展原創(chuàng)育種技術(shù)，支持建設(shè)一批育繁推一體化企業(yè)，著力打造具有國際水平的基礎(chǔ)性科研和商業(yè)化育種體系，改善科研創(chuàng)新條件，推動產(chǎn)研深度融合，促進(jìn)創(chuàng)新要素高效配置。高通量基因測序、合成生物學(xué)、生物計(jì)算、DNA存儲等新技術(shù)也將加速突破，有序推動生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、物質(zhì)合成、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域的應(yīng)用，同時(shí)強(qiáng)化“產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同聯(lián)動，加快相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用［33］。

2.3 效益評估

歐盟生物技術(shù)的快速發(fā)展促進(jìn)了生物基相關(guān)部門和整個(gè)生物經(jīng)濟(jì)的循環(huán)，能夠使來自農(nóng)場、森林、城市以及食品加工的生物廢物和殘留物轉(zhuǎn)化為生物基產(chǎn)品（化學(xué)品、有機(jī)肥料、生物燃料）。可持續(xù)的生物經(jīng)濟(jì)可以將生物垃圾、殘留物和廢棄物轉(zhuǎn)化為寶貴的可再生資源，通過生物技術(shù)的創(chuàng)新可以將食物廢物安全地轉(zhuǎn)化為動物飼料，預(yù)計(jì)2030年歐盟能夠減少50%的食物浪費(fèi)，而全球用于畜牧業(yè)養(yǎng)殖的土地節(jié)省下來能夠多養(yǎng)活30億人口［20］。以荷蘭首都阿姆斯特丹市為例，全面回收高價(jià)值的生物有機(jī)殘?jiān)?，每年可?chuàng)造1.5億歐元的附加值、1200個(gè)新就業(yè)機(jī)會，同時(shí)每年還可減少60萬噸二氧化碳排放［21］。

美國生物經(jīng)濟(jì)有助于增加獲取和改善食物的營養(yǎng)價(jià)值，改善土壤健康，同時(shí)減少農(nóng)業(yè)的溫室氣體足跡、氮徑流和農(nóng)藥使用。綜合利用免耕農(nóng)業(yè)、生物來源作物養(yǎng)分、特定和選擇性蟲害管理以及能夠增加土壤碳含量的作物基因型，能夠改善土壤健康和生物多樣性。通過基因工程改造的農(nóng)田作物可以在土壤中吸收更多的碳，同時(shí)生產(chǎn)能夠適應(yīng)氣候變化以及耐鹽耐旱作物。除此之外，用木薯和馬鈴薯淀粉制成的可堆肥餐具和食品存儲容器、以大豆為基礎(chǔ)的屋頂涂層等，都將有助于減少城市碳排放。生物經(jīng)濟(jì)將減少美國對化石燃料的依賴，振興美國的制造業(yè)和就業(yè)，改善國家健康和環(huán)境，并對創(chuàng)建凈零碳經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)做出重大貢獻(xiàn)。美國目前每年生產(chǎn)的10億噸生物質(zhì)將轉(zhuǎn)化為25%的液體燃料以及500億磅生物基化學(xué)品，并減少4.5億噸二氧化碳排放，接近全國排放量的10%，同時(shí)創(chuàng)造美國110萬個(gè)就業(yè)崗位［22］。

德國生物經(jīng)濟(jì)政策強(qiáng)調(diào)要減少土地使用壓力、確保生物原料的可持續(xù)生產(chǎn)和供應(yīng)、擴(kuò)大和發(fā)展生物經(jīng)濟(jì)的供應(yīng)鏈和網(wǎng)絡(luò)，最后利用數(shù)字技術(shù)發(fā)展生物經(jīng)濟(jì)，為農(nóng)村發(fā)展提供機(jī)遇。到2050年，德國生物質(zhì)潛力可以節(jié)省6900萬噸二氧化碳當(dāng)量，相較于1990年能源、建筑、運(yùn)輸和工業(yè)部門的溫室氣體排放水平減少6%，未來30年將累計(jì)減少17.2億噸溫室氣體排放量［30］。

中國現(xiàn)階段生物經(jīng)濟(jì)政策主要側(cè)重于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的提升，其中生物農(nóng)業(yè)順應(yīng)我國國情，接下來需要從解決溫飽轉(zhuǎn)向滿足更高層次的食品消費(fèi)需求。我國生物農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值在2015年達(dá)到了3000億元，其中生物飼料占20%。目前我國生物農(nóng)藥產(chǎn)品研發(fā)已達(dá)3000余個(gè)，但生物農(nóng)藥企業(yè)規(guī)模小盈利底，生物農(nóng)藥市場份額小。而生物肥料企業(yè)數(shù)量和規(guī)模則呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢，但生物肥料普遍應(yīng)用仍舊任重道遠(yuǎn)。

3 我國生物農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展需求

目前我國農(nóng)業(yè)-食物系統(tǒng)的投入端、生產(chǎn)過程、排放端及食品制造等環(huán)節(jié)的高質(zhì)量發(fā)展存在著種質(zhì)資源保護(hù)利用率低、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率低、農(nóng)業(yè)排放較高以及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全堪憂等幾大問題，可從生物經(jīng)濟(jì)中找到相應(yīng)的解決方案。我國農(nóng)業(yè)未來將會發(fā)展成為一個(gè)低排放、高效率、環(huán)境友好并貫通整個(gè)生物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)性支柱產(chǎn)業(yè)，同時(shí)在生物經(jīng)濟(jì)背景下優(yōu)化的農(nóng)業(yè)-食物系統(tǒng)可以更有效地支持可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)（圖1）。

圖1 生物經(jīng)濟(jì)提供農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展途徑Fig．1 Bioeconomy Provides a Path to High-quality Agricultural Development

3.1 種質(zhì)資源收集與利用

種質(zhì)資源是現(xiàn)代種業(yè)的核心，在現(xiàn)代生物農(nóng)業(yè)中發(fā)揮著“芯片”的作用。目前國家作物種質(zhì)資源保存體系中保存了約2300個(gè)物種的45萬份種質(zhì)資源［34］。但在種質(zhì)資源保護(hù)上遠(yuǎn)不如美國等發(fā)達(dá)國家，導(dǎo)致農(nóng)作物品種喪失數(shù)量逐年遞增，種質(zhì)資源利用率不高。以小麥為例，我國栽培小麥的種質(zhì)資源利用率僅為10%～15%。截至2018年，美國農(nóng)作物的種質(zhì)資源利用率已達(dá)到28%［2］。我國種質(zhì)資源利用率僅為美國的50%左右，大部分農(nóng)業(yè)新品種仍舊停留在實(shí)驗(yàn)室和試驗(yàn)田，并沒有像以美國為代表的發(fā)達(dá)國家那樣迅速進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段實(shí)現(xiàn)盈利增收。分子標(biāo)記、全基因組選擇、基因組編輯、高通量測序和SNP芯片等生物技術(shù)的發(fā)展將開啟我國種質(zhì)資源保護(hù)和利用的新里程［34］?！兑?guī)劃》提出，以國家農(nóng)作物種質(zhì)資源長期庫和中期庫、畜禽基因庫和保護(hù)場、水產(chǎn)種質(zhì)資源庫和資源場等為重點(diǎn)，我國將著力打造具有國際先進(jìn)水平的種質(zhì)資源保護(hù)體系，為科研育種提供優(yōu)質(zhì)資源材料［33］。

3.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的提高

由于地形復(fù)雜多山、環(huán)境氣候、病蟲害問題以及育種效率不高等原因，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率較低。研究表明，2008—2012年，我國農(nóng)業(yè)育種技術(shù)提升的年均增長率為7.1%，而農(nóng)業(yè)育種技術(shù)應(yīng)用效率為-4.7%［36］，生物育種技術(shù)的進(jìn)步與實(shí)際應(yīng)用出現(xiàn)嚴(yán)重脫節(jié)現(xiàn)象。我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式主要以小農(nóng)經(jīng)營為主［37］，生產(chǎn)效率較低，不同經(jīng)營主體的生產(chǎn)效率差異較大。以玉米為例，農(nóng)業(yè)企業(yè)的玉米生產(chǎn)效率最高（0.804），其次是農(nóng)民專業(yè)合作社（0.759）、家庭農(nóng)場（0.522），專業(yè)大戶（0.409）的平均生產(chǎn)效率相對最低［38］?；诟咄繙y序從開發(fā)農(nóng)作物基因組圖譜到優(yōu)質(zhì)基因資源挖掘、分子標(biāo)記輔助育種等，能夠使得農(nóng)作物育種效率提升千百倍，育種周期縮短到原來的三分之二，快速選育出優(yōu)質(zhì)、綠色、營養(yǎng)高效的新品種［39］。

3.3 農(nóng)業(yè)排放的控制

我國農(nóng)業(yè)碳排放一直居高不下，從1961年2.49億噸增長到2018年的8.7億噸，增長量超過2倍［11］。當(dāng)前，農(nóng)業(yè)溫室氣體排放量占我國總排放的10%，其中農(nóng)用地氧化亞氮排放、動物腸道發(fā)酵、水稻甲烷以及動物糞便等直接排放占70%左右，農(nóng)業(yè)用水耗電、化肥農(nóng)膜、柴油消耗等間接排放占農(nóng)業(yè)排放的30%左右［40］。2020年的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)耗能為8680.69萬噸標(biāo)煤，占全國煤炭總消耗量的1.8%。此外，藥肥過量施用造成的農(nóng)業(yè)面源污染加劇了土地貧瘠、資源匱乏和環(huán)境污染等問題。生物肥料、生物飼料以及生物農(nóng)藥等生物經(jīng)濟(jì)中的技術(shù)解決方案提供了低排放和可持續(xù)再生的新思路。目前我國河北安平縣“氣電熱肥”聯(lián)產(chǎn)生物質(zhì)能近零碳利用模式，已實(shí)現(xiàn)年處理畜禽糞污30萬噸，發(fā)電收入達(dá)到1134萬元。同時(shí)減少CO2排放10.8萬噸，生物質(zhì)沼氣發(fā)電剩余的沼液沼渣做為基質(zhì)，用以制備生物有機(jī)肥料。

3.4 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和生活水平的提高，人民群眾對食品安全質(zhì)量、營養(yǎng)健康的期待也越來越高。然而我國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全方面仍舊存在一系列尚未解決的問題，如農(nóng)藥殘留超標(biāo)、土壤重金屬污染、各種激素類催熟劑濫用、監(jiān)管技術(shù)難以滿足需求等。一些農(nóng)戶或商家為了提高農(nóng)作物產(chǎn)量，違規(guī)過量使用化肥、高毒和高殘留的農(nóng)藥，濫用含激素類的藥物以及使用違禁的添加劑，導(dǎo)致頻頻出現(xiàn)如“毒豇豆”“速生雞”等農(nóng)產(chǎn)品安全問題事件［41］。近年來，生物技術(shù)的發(fā)展帶來了我國食品產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型的新機(jī)遇。如利用合成生物學(xué)技術(shù)研發(fā)的人造蛋白能夠減少人類對傳統(tǒng)畜牧業(yè)供給的需求，給農(nóng)牧業(yè)減負(fù)的同時(shí)帶動食品產(chǎn)業(yè)更新?lián)Q代，同時(shí)區(qū)塊鏈技術(shù)能夠?qū)r(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管進(jìn)行追蹤溯源［42］。

4 生物經(jīng)濟(jì)支撐我國農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的途徑

4.1 提升生物農(nóng)業(yè)科技綜合實(shí)力

發(fā)展生物農(nóng)業(yè)，首先需要加強(qiáng)生物科學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)研究，以創(chuàng)新作為生物科技綜合實(shí)力提升的核心驅(qū)動力，通過全方位、跨學(xué)科聯(lián)動實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)突圍。生物育種方面，通過基因工程、基因編輯等生物技術(shù)加大新品種研發(fā)力度，同時(shí)創(chuàng)建生物育種資源管理技術(shù)平臺，建立種植資源數(shù)據(jù)庫，使我國農(nóng)業(yè)向生物育種4.0現(xiàn)代分子農(nóng)業(yè)過渡。生物農(nóng)藥方面，廣泛應(yīng)用微生物源和植物源進(jìn)行研發(fā)推廣，利用基因工程、轉(zhuǎn)基因、基因編輯等生物技術(shù)對天然菌株進(jìn)行篩選改造，將多抗霉素、白僵菌、赤霉素等生物農(nóng)藥產(chǎn)品納入生物農(nóng)藥企業(yè)的技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)計(jì)劃中。生物肥料方面，篩選能夠高效降解農(nóng)田污染物、解決作物連作障礙和加速秸稈腐解的優(yōu)良菌株，同時(shí)利用優(yōu)良菌種研制新型生物肥料如光合細(xì)菌肥料、乳酸菌有機(jī)肥料等。生物飼料方面，利用微生物發(fā)酵技術(shù)發(fā)展酵母源的高活性生物飼料，大力開發(fā)寡聚糖、植酸酶、復(fù)合酶等新型飼料添加劑和酶制劑。

4.2 推動生物農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展

生物農(nóng)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展離不開農(nóng)業(yè)雙循環(huán)格局的構(gòu)建，需要積極開發(fā)市場，擴(kuò)大生物農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)內(nèi)需，同時(shí)打通行業(yè)壁壘，延長生物農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，以提高生物技術(shù)產(chǎn)品的流通效率。我國生物農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)企業(yè)大多以中小型規(guī)模為主，缺乏龍頭企業(yè)引領(lǐng)，需要國家出臺相關(guān)政策扶持生物農(nóng)業(yè)各行業(yè)的龍頭企業(yè)，先正達(dá)、隆平高科等種子企業(yè)目前已在國際上嶄露頭角。同時(shí)市場轉(zhuǎn)型還需要設(shè)立相應(yīng)的市場準(zhǔn)入機(jī)制，明確生物農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，例如生物技術(shù)新產(chǎn)品的準(zhǔn)入門檻以及產(chǎn)品質(zhì)量檢測制度。稅收減免、貸款融資、監(jiān)管批準(zhǔn)等生物農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的配套制度建設(shè)也需要同步發(fā)展。我國生物產(chǎn)業(yè)研發(fā)與應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié)，需要在企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)和高校、風(fēng)投機(jī)構(gòu)三方搭建合作橋梁，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研的快速轉(zhuǎn)化，同時(shí)根據(jù)不同地域特色進(jìn)行宏觀產(chǎn)業(yè)布局調(diào)控，形成區(qū)域特色產(chǎn)業(yè)聚集，建立區(qū)域性生物農(nóng)業(yè)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化示范基地。

4.3 為生物農(nóng)業(yè)發(fā)展?fàn)I造良好政策環(huán)境

《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》指出要努力優(yōu)化生物領(lǐng)域的政策環(huán)境，為生物經(jīng)濟(jì)提供一個(gè)良好的政策基礎(chǔ)和發(fā)展環(huán)境。生物經(jīng)濟(jì)大背景下，生物育種已發(fā)展成為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、保障我國糧食安全的重要途徑。我國農(nóng)業(yè)發(fā)展需要在《規(guī)劃》的總領(lǐng)下，進(jìn)一步細(xì)化行業(yè)規(guī)則和市場政策，牢牢把握種業(yè)競爭的核心就是生物育種技術(shù)這一要義，有序開放并推動生物技術(shù)作物商業(yè)化。我國生物育種領(lǐng)域已初步實(shí)現(xiàn)了自主技術(shù)、自主基因以及自主品種的創(chuàng)新局面，接下來需要加速生物技術(shù)創(chuàng)新、優(yōu)質(zhì)基因挖掘、新品種選育，進(jìn)一步完善法律法規(guī)，加強(qiáng)知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，建立自己的核心種質(zhì)資源庫、優(yōu)質(zhì)功能基因資源庫以及關(guān)鍵育種技術(shù)平臺。同時(shí)社會輿論和公眾態(tài)度也是生物技術(shù)作物商業(yè)化的主要影響因素，政府宣傳部門和主流媒體對于生物技術(shù)及相關(guān)成果的科普宣傳，是提高群眾對于生物技術(shù)作物的認(rèn)知和接受水平的主要途徑。我國對轉(zhuǎn)基因和基因編輯等生物技術(shù)作物的監(jiān)管體系較為嚴(yán)格，商業(yè)化種植的生物技術(shù)作物種類少、面積小、應(yīng)用范圍狹窄，未來需要逐步開放生物技術(shù)作物的安全審批和商業(yè)化種植，為我國農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展注入新的活力。