一、引言
当今，旨在解决全球性的“民以食为天”的问题，众多学者正在从理论与实践的结合上探索其新的途径。在实践上，如何保证全球人口处于不断增长条件下所必需的大宗粮食，即解决粮食数量的安全，无疑是各国农业主管部门最为关心的大事。但是，现实的情形已远不仅限于单纯的食物数量增加，而是整个农产品的质量问题，同样地摆到了议事日程，以致在理论上，如何有效地解决食物从农田到餐桌的全程安全，已经引起了广泛的关注，并正在开展着“绿色农业”研究，其中相关的生态学研究可谓最为活跃，并蕴涵着赋有前景的确新途径。近年来，本文作者在从事生态学的研究中，发现如何在上述能够体现理论与实践紧密结合的农业生态技术体系的基础上，有效地克服农业部门追求粮食产量与环保部门追求保护环境之间的矛盾，建设永续的“绿色农业”，实现物流与能流的良性循环，既消除不利因子，研究开发农业生物技术与农业生态工程，推广应用农业清洁生产，又可能成为解决食物安全问题的优选途径，兹就所获结果概述如下。
二、克服不利的生态因子
我国农业生态环境治理与建设的步伐缓慢，边治理、边破坏的现象相当严重。首先，在耕地方面，人均占有量低，低于世界平均值（0.25hm2）的1/3。[1]1986——1996年间低产田平均每公顷年增产粮食84kg，而同期的粮食增产贡献份额达29.9%；高产田年平均每公顷增产105kg，而总贡献率仅为19.6%。整个说来，耕地质量不高，中低产田占耕地总面积13004×104hm2的78%，耕地中因干旱与半干旱而呈现退化的面积占40%，耕地缺磷（P）的面积占59%，缺钾（K）的面积占23%，磷、钾俱缺的占14%，土壤有机质含量<0.67%的农田达11%，土壤存在营养障碍的面积达79%。耕地中存在水土流失的面积达667×104hm2，罹致沙化的面积达400×104hm2以上，北方因耕作不当而罹致盐渍化的面积达667×104hm2，呈现为盐渍化威胁的面积达1733×104hm2。存在污染的土地达0.1×108hm2,铬（Cr）、砷（As）、铅（Pb）、锌（Zn）等金属离子严重超标；全国约25%的河流水质不符合灌溉标准；遭受污染的耕地约达1000×104hm2。其次在全国4×108hm2的草地资源中，存在着“三化一低”（退化、沙化、盐碱化、生产力低）现象的草地面积达1×108hm2，占可利用草场的30%；全国90%的草地处于退化之中，其中中度退化的草地面积达1.3×108hm2，而且尚以每年达200×104hm2的速度在递增；20世纪80年代单位面积产草量已较50年代降低30—50%，水土流失严重的地区甚至已沦为裸地；此外，草地自然灾害诸如草原水灾、鼠害及干旱等十分频繁。其三，我国拥有林地1.589×108hm2,总量不足，分布不均，功能较低，森林覆盖率为13.92%，低于世界的平均水平（22%）；全国用材林蓄积量为60×108hm3，而其每年的赤字达0.97×108hm3，如不采取措施，则未来有可能出现无林可采的局面。其四，在水域生态环境方面，我国有80%的河流与湖泊已遭受不同程度的污染，尤以淮河、松花江及辽河流域最为严重；一些近岸河口、海湾遭受有机物和生物性污染，赤潮频繁，鱼类资源大幅度减少，特别是盲目围垦沿海滩涂，红树林面积由原来的5×104hm2减少为2×104hm2，导致沿海鱼类生态环境破坏；我国的水资源总量为2.8×108hm3，居世界的第6位，但是人均水资源拥有量仅为2400m3，不及世界人均水资源拥有量（7960m3）的1/3，短缺矛盾日趋严重。在水资源供需矛盾十分紧张的条件下，水质污染现象也非常突出，工业废水排放量长期保持于249×108t—268×108t的水平，其中未经处理而被直接排放于河流的工业废水量达70%-80%。此外，固体废物尚污染着当地的地下水及水源地，而地下水的超采又带来了严重后果，地下水超采严重的黄淮海的10个省、市、自治区已在20世纪80年代出现不同大小的地下水漏斗50个，面积达2×104km2，漏斗中心的地下水位一般下降20-30m，严重的达到60-70m，甚至到了无水可采的地步。大气污染主要是烟尘，1997年二氧化硫的总排放量为2346×104t，其中来源于工业的排放量为1852×104t，占总排放量的78%。我国华中与华南地区的酸雨污染严重，1997年全国降水年均PH值在3.74-7,79之间；降水年均PH值低于5.6的城市有44个，占统计城市数的47.8%，大部分分布于长江以南；西南地区亦属酸雨污染严重的地区。由于我国环境污染严重，生态平衡破坏，生物多样性面临着威胁，现有被子植物4000种，其中珍稀濒危种达1000种，极危种达28种，已经灭绝或可能绝灭的有7种；裸子植物濒危和受威胁的达63种，极危种达14种，灭绝1种；脊椎动物遭受威胁的达433种，灭绝和可能灭绝的有10种。气候异常，持续变暖，高温与北方干旱频繁。以上所述情况均属不利于建设“绿色农业”的农业生态因子，是亟待克服与消除的。
三、研究开发农业生物技术
最新的研究表明，21世纪是生物技术的世纪，其中的现代农业生物技术亦属快速发展和效益显著的领域。各国倡导的可持续发展，对于农业来说，具有自然再生产和经济再生产的双重性。因此，必须特别重视自然生态环境，注重生产与生态的协调统一。研究开发的农业生物技术主要是：选育动植物具有高产、优质与多抗等综合性状的优势品种；研究能为动植物提供快速和准确的疫病诊断、预防和治疗的方法，以及高效、安全的生物农药等生物制剂；研究农业生物产品的工程技术，诸如新型的食品、能源、肥料、饲料以及污染物的无害化和产业化的处理技术，以期有效地应对粮食、能源和环境污染的危机等等。目前，我国的农业正处于由以往的数量粗放型向质量效益型转变的重要时刻，采用现代农业生物技术开发抗逆（抗病、抗虫、抗草及适应逆境等）新品种、生物农药、生物肥料、健康友好的饲料添加剂，开发与建立新型环境友好的化肥，低毒高效与低残留化学农药，以及可降解农膜等等构成为主体的生物技术体系。
进入新世纪后，生物基因组的研究将由“结构基因组”向“功能基因组”转变。人类基因组计划框架研究的提前完成，有力地促了基因组学向其他领域发展，诸如发掘、分离与克隆等，为了获得知识产权，正在开展着玉米、棉花、大豆、高梁和番茄等作物的基因组计划研究及转基因非生物性诸如干旱、盐渍、冷冻、营养贫瘠及重金属胁迫等的抗逆研究。鉴于转基因作物研究及其产业化，不仅经济、社会效益显著，化肥与农药用量减少，节约成本，而且在改变着传统的植物保护概念，势必意义深远。蕴涵高科技的转基因作物已被誉为“金种子”，我国的植物转基因技术已接近于实用化阶段，具有不同性状的转基因植物已达180种，少部分已进入商品化阶段。
传统的生物技术已在发酵、堆肥与污水处理等方面发挥了作用，而现代的环境生物技术的应用则更加行之有效，能降解更加复杂的化合物和废弃物，功效独特，潜力巨大，成本也低。利用水解纤维素和裂解石油而生产酵母的研究，其实用化前景良好。生物技术能够应对能源危机，预计在不久的将来，石油的能源之王的地位将会下降，农田作物可能逐渐替代石油而成为获得从燃料到塑料的物质来源，以往的地下“黑金”将被地上的“绿金”所取代，利用微生物直接发酵甘蔗渣而生产的乙醇，又被称之为“绿色石油”。此外，可降解生物材料的生产，污染物与城市垃圾无害化的研究已受到高度重视，美国与日本已成功采用淀粉发酵生成乳酸，继之又聚合为全生物降解的塑料。
四、研究开发农业生态工程
生态科学的勃兴，为农业生态学的发生与发展奠定了学科基础，并成为应用生态学重大的研究领域，是生态学在农业应用领域的一个分支学科。作为独立学科的农业生态学赋有着特定的内容与范畴，以及明确的研究任务，其特点是研究范围广、内容多、学科交叉性强。随着经济社会的发展和农业生产资源与环境问题日趋突出，农业生态学已受到越来越广泛的重视，其地位日趋显要。农业生态工程则是利用农业生态学原理及系统工程方法，协调人与自然的关系，协调农业的社会效益、经济效益与生态效益。当前对农业生态系统进行的评价、诊断、规划、设计、改造和建设的工程，内涵丰富，正处于迅速发展之中，究其实质，在于农业生物有机体在人工辅助和外来物质的参与下，运用生物共生、能量多级传递和物质循环再生的生态学原理，结合系统工程方法与现代技术手段，建立高效利用农业资源的生产方式，属实现农业可持续发展的技术体系，无疑是建设“绿色农业”的生态学途径。
在农业生态系统中包括着环境与物种结构、空间结构、时间结构及营养结构等4项基本结构；同时在农业生态系统中包括着能量流、物质流、信息流及价值流等4项基本功能。能量（energy）以物质为载体而推动着物质的运动，贯穿于有机体的生命过程中，能量转化和物质循环是生态系统的最基本的功能，农业生态系统是生态系统在农业上的具体体现，对其必要的分析能更好地评价整个系统，兹举尚处于非良性循环条件下的县级农业生态系统能量分析的例子如下：
辽宁省喀喇沁左翼蒙古族自治县，植被破坏严重，干旱与水土流失加剧，每年坡耕地流失的表土达1.23×106t，其中流失的有机质达1.2×104t，制约着农业的发展。该县平均每年从农业生态系统中所收获的初级生产量总量为3782.11TJ生物能。由生长季输入到该系统的太阳生理辐射能为3557686TJ。该系统光能利用率为1%。农田为系统的主体，在其收获的初级生产量中，61%来自农田，25%来自林地。尽管农田仅占该系统总光合生产土地面积的33%；但所收获的初级生产量却几乎占其总收获量的67%，其光能利用率仅为0.2%。粮食作物是农田系统的主体，但单位面积粮食产量仅为1051.5kg/hm2，处于低水平。第二个方面，该县总工业能（包括机械、化肥、农药、石油及电力等）年均输入量为8.28GJ/hm2，同期全国每公顷作物播种面积工业能消耗量为10.65GJ，略低于全国水平，而其单位面积的粮食产量仅为全国平均水平的33%，因而生产每单位能量的粮食所消耗的工业能却高于全国平均水平。其三，该县人工造林覆盖率已达28.3%，但是林分质量差，30多年来全县营林投资的经济效益呈负值。占全县林地面积60%的人工油松林，其地上部分年均净生产量仅为23.85GJ/hm2，年均材积增长量仅为1.455m3/hm2。占林地面积23%的刺槐林生长稍快，其地上部分净生产量为45.15GJ/hm2，平均年材积增长量也仅为1.91m3/hm2。在现有的林地中，居民急需的新炭林面积仅占现有林地总面积的4%，以以致因砍伐过度而降低其保持水土与改善环境的功能。该县系统内初级生产各组分提供给牲畜系统的饲料总量为1616.16TJ生物能，加上系统外返销粮中提供的一部分饲料99.77TJ，总计为1715.93TJ，其中所含消化能为1081.56TJ。按1981年该系统内牲畜数量所应需的可消化能1234.14TJ计，则尚缺13%的可消化饲料能。该县农业生态系统内居民每年所消耗的食物能中，粮食占92.5%，动物性食品占3.8%，水果与蔬菜占3.7%，总能量为948.76TJ，而该系统本身所能提供的食物能仅为589.52TJ。该县农业生态系统每年为居民提供的生活燃料总量为1315.01TJ，占系统所收获的总初级生物量的33%，其中作物秸秆及树木枝叶分别占48%及47%，其余则来自于天然灌丛草地。系统内平均每户每年所消耗的生物质燃料为17.236GJ，相当于1293kg干重的生物质。此外，该县尚有年产3.6×104t以及从外地输入的约1×106t的煤，则每个农户每年总的生活燃料用量相当于2043kg干生物质，而当地目前仅能满足正常生活燃料需要量的50%。鉴于生活燃料不足，自然影响居民健康，导致植被破坏加剧。上述的分析表明，辽宁省喀左县的农业生态系统属全国为数不多的脆弱农业生态系统之一，改善农业生态系统状况的生态工程措施，是提高畜牧业结构，稳定工业能量投入，改变生物质能的利用方向，可以提高输出系统外的生物质能的经济效率。
五、广泛推广农业清洁生产
长期以来，工业对农业环境所造成的污染早已为人们所普遍注意，并经过系统与深入的研究及其成果应用，使其恶化势头得到相对控制、化学农药与农用塑料薄膜等造成的土壤污染却仍为人们所忽视。特别应当指出的是，农业自身的这类面源污染，呈现发生范围广，持续时间长，以及通常疏于有效的治理，实际已成为阻碍农业生产乃至整个社会经济可持续发展的瓶颈。随着我国国民经济的发展与人民生活水平的提高，人们对农产品品质、食物品质乃至整个生活质量和环境质量的要求，同样地在不断提高，“绿色”意识不仅是人们所追求的一种时尚而且更是保证人们身体健康的客观需求。另外，“绿色”也是农产品进入国际市场的通行证，是加入世贸组织（WTO）后的必备条件。在上述我国农业生产正处于数量粗放型向持量效益型转变的关键时期，在开发现代农业生物技术与农业生产过程中，建立配套的农业清洁生产的技术体系，是亟待研究解决的关键问题，也是我国“十一五”农业科技创新的重要方向。
农业清洁生产是现代农业生产过程中运用的一种新的、创造性的思维方式。农业清洁生产意味着农业的生产过程及产品的全程服务，能运用整体预防的生态环境保护战略，以期增加生态效率，降低人类生存的环境风险。简言之，农业清洁生产的概念是指通过对农业生产全过程的控制，避免或减少面源污染，生产卫生合格的食品，从而达到环境健康和食品安全的目的，属国家急需的农业技术，特别是集成与试验示范更具应用意义，必将对可持续发展产生深远的影响。
六、结语
综上所述，不利的农业生态环境因子，首先在宏观上制约着“绿色农业”的发展，有待于持久地实施区域性的生态改良，因地制宜地创造与建立新的人工生态系统。采纳能够体现理论与实践相结合的以及建立于农业生态技术体系良性循环基础上的生态学途径——农业生产技术、农业生态工程与农业清洁生产，能有效地克服农业部门侧重于追求粮食产量的增长与环保部门侧重于追求保护生态环境之间的矛盾，建设永续的“绿色农业”，有可能成为解决人类食物安全的优选途径。
一些发达国家正在把农业生物技术及农业生态工程的研究与开发列为优先发展的领域，企求从源头的研究上争夺该基技术的制高点，以及在全球范围内猎取更多的战略核心资源和知识产权。对于中国说来，同样地应当站在该项技术的前沿，并列之于发展“绿色农业”优选的战略途径，加快研究与开发的步伐，以期在全球化的竞争中占有宝贵的一席之地。
以往人们通常把“人定胜天”这个成语理解为“人类一定能够战胜自然”，其实是理解错了，正确理解应当是：在人与自然这对统一矛盾体中，作为处于主体或主导地位的人，比之天时和地利更为重要，古训“天时地利人和”不是这个意思。中国传统文化的一个重要特征就是倡导人与自然的和谐相处，而不是两者的对立。人类在对待自然生态环境方面，要求严格地遵循客观规律，实现人与自然的和谐发展。同样地，对于发展农业来说，实施“绿色农业”就是上述人与自然和谐发展的最佳载体，无疑也是人类势必采取的正确选择。