中国农业绿色技术的发展现状与趋势*——基于CiteSpace的知识图谱分析

王 欣, 宋燕平**, 陈天宇, 李 坦

(1.安徽农业大学经济管理学院 合肥 230036; 2.北京林业大学经济管理学院 北京 100083)

党的十八大以来, 中国高度重视绿色发展, “十四五”全国农业绿色发展规划提出提高农业质量效益和竞争力, 强化绿色导向和科技支撑。绿色技术是促进中国农业转变传统发展方式的根本途径, 是实现由传统要素驱动向技术驱动, 发展新动能的关键环节, 更是农业实现高质量发展的重要动力。然而, 尽管中国大力研究和推广农业绿色技术, 以期促进农业可持续发展, 但人均资源少, 资源利用率低,环境污染严重等农业资源环境问题依然突出。据农业农村部统计, 至2020年底, 中国化肥利用率40.2%, 农药利用率40.6%, 畜禽粪污综合利用率为75%, 大量有机或无机污染物质的流失导致严重的农业面源污染, 引发农业生态系统退化。因此, 中国农业要改变高投入、高消耗、资源过度开发的粗放型发展方式, 实现农业高质量发展, 仍需要大力发展绿色技术。

农业绿色技术一般指减少污染、降低能耗、提高效率、改善环境的技术, 其具有技术溢出, 能够减少生产或降低产品的外部环境成本的“双重外部效应”, 通过促进投入产出结构的优化提高农业生产率,改善生态环境。目前学界对中国农业绿色技术的研究较为丰富, 已有研究结果显示, 农业技术进步具有明显的产出偏向性并总体上偏向绿色产出, 农业绿色技术创新每增加1%, 引起农业经济增长增加0.375%, 而绿色技术推广程度每增加1%, 则引起农业经济增长增加0.542%。农业绿色技术进步是中国绿色全要素生产率的动力源泉, 且自2008年以来,其推动效用尤为显著。“十二五”期间, 中国农业绿色全要素生产率年均增长9.5%。从不同区域来看,农业技术进步在东部、中部和西部间存在差异, 且其绿色技术效率差异更为显著, 这一差异的存在导致区域间农业绿色全要素生产率的增长差异长期内难以缩小。部分学者进一步探析了技术进步的影响因素, 提出要素投入、环境规制等均是能够影响技术进步的关键因素。

已有的相关研究深入地分析了农业绿色技术的效用, 但是少有文献对中国农业绿色技术的数量规模和类型结构进行深入研究, 从而缺少对其呈现的特征和发展趋势的深入阐述。基于此, 本文以2004—2019年国家及省部级科学技术奖励中的农业绿色科技成果为数据来源, 利用CiteSpace软件的可视化分析功能, 绘制知识图谱, 梳理出中国农业绿色技术发展的特点及趋势, 并提出相应的策略, 以期为提升中国农业绿色技术质量, 扩大经济环境效应, 促进农业创新驱动绿色转型, 实现高质量发展提供政策制定参考。

1 研究方法与数据来源

1.1 数据来源

研究数据来源于2004—2019年国家及省部级科学技术奖励中的农业绿色科技成果。数据获取的方式主要通过向各省市科技档案馆申请和网上公开资料, 最终获取了28个省市、农业农村部以及国家科学技术进步奖励资料, 经筛选统计, 2004—2019年共取得13 294项农业科技成果。其中, 省级农业科技进步奖励11 912项, 农业农村部奖励922项, 国家奖励460项。依据农业农村部在2018年发布的《农业绿色技术发展导则(2018—2030)》(以下简称“导则”)对成果进一步筛选, 将其中的题目和成果摘要与导则中的技术类型和模式进行对照, 若符合则认定为农业绿色技术。据此, 共筛选出6758项农业绿色科技成果, 约占农业科技成果总量的50.84%, 其中省级奖励5947项, 农业农村部奖励555项, 国家奖励256项。因导则中未包含林业类绿色技术, 因此所筛选出的农业绿色科技成果仅包括种植业、畜牧业和渔业, 且由于渔业成果过少, 将其与畜牧业成果合并为养殖业。

选取国家及省部级科学技术奖励中的农业绿色科技成果进行分析, 原因在于省部级及以上科学技术奖励中的农业绿色科技成果都具有创新性、先进性和实用性, 并在推广应用中取得较大经济效益、生态效益和社会效益, 能够反映中国农业主要应用推广的绿色技术的状况。且选择2004—2019年这一时间段进行分析, 其原因为2004年是中国农业从增产导向向绿色发展导向转换的关键年份, 也是中国农业环境技术效率由以前逐年下降开始改善的年份。

1.2 研究方法

利用可视化软件CiteSpace对2004—2019年省部级及以上科学技术奖励中的农业绿色科技成果进行数据挖掘与分析。通过CiteSpace软件绘制中国农业绿色技术领域的知识图谱, 进而掌握农业绿色技术研发的热点与前沿, 在一定程度上避免主观性的归纳分析, 加强了研究的客观性和可靠性。

CiteSpace使用“关键词” “篇名(题目)” “摘要”等是常见检索方法, 本文提取关键词时首先按照获奖项目和摘要中的关键词。由于获奖项目名称差异度很大, 为了甄别技术类型和模式, 主要采用总结获奖项目的技术特征来确定。首先各选取农学、植物保护、园艺、畜牧、农机、农产品加工、农业信息等有正高职称且主持过多项省级以上科研项目、有丰富实践经验的专家3名, 让其对照导则中的技术提取技术特征, 然后将每类技术的技术特征与获奖项目进行匹配, 如表1。表1中所列举的2个成果名称差异较大, 但其技术特征均为“绿色防控”, 因此可以归为同类技术。

表1 不同获奖农业绿色成果技术特征示例Table 1 Examples of technical characteristics of different award-winning achievements of agricultural green technology

2 结果与分析

2.1 农业绿色科技成果特征

2.1.1 农业绿色科技成果数量总体呈现增长趋势

图1给出了中国农业绿色科技成果变化趋势。从总体来看, 农业绿色科技成果数量呈现增长趋势,年均成果422项,年均增长幅度为5.15%。自2008年起, 中国每年的农业绿色成果总数均超过400项,且于2015年达到顶峰, 共有483项。在2016年数量出现下降, 此时成果总量为446项。此后, 农业绿色科技成果数量逐渐回升, 截至2019年, 成果总量已回升至476项。农业是强国之基, 促进中国农业现代化与国民经济的发展休戚相关。技术进步作为农业产出增长率的主要来源一直是政府部门关注的重点,加强农业科技创新能力, 推进农业现代化进程是中国始终坚持的政策方针。特别自十九大以来, 中国对农业高质量发展和农业的绿色转型非常重视, 加大体制机制探索和对绿色技术研发的投入, 绿色技术成果数量在2016年以后稳步增长。

2.1.2 产业间绿色科技成果存在差异

经统计, 2004—2019年间, 种植业绿色技术进步成果共有5419项, 占农业绿色总成果的80.19%, 养殖业仅有1339项, 占19.81%。这一结果表明种植业、养殖业在绿色科技成果总量存在显著差异。造成这一差异的可能原因是中国长期重视种植业的技术发展, 科研人员数量、产业发展资金和支持政策的差异造成种植业、养殖业绿色科技成果总量差异较大。从产业成果变动趋势来看(图1), 种植业成果数量整体呈上升趋势,年均增长率约为4.96%, 这一增长率接近农业整体成果增长率(5.15%)。养殖业成果数量同样整体呈上升趋势, 其年均增长率约为5.81%, 高于种植业增长率。造成这一结果的原因在于政府部门对养殖业扶持力度的增大, 根据《中国科技统计年鉴》中种植业和养殖业的研究与发展经费内部支出, 2004—2019年间, 养殖业年均增长率约为83.19%, 远高于种植业的42.48%。

图1 2004—2019年农业绿色科技成果数量变化趋势Fig.1 Change trend of agricultural green technology achievements from 2004 to 2019

2.2 农业绿色技术的主要特征

2.2.1 基本建立了农业绿色技术体系

本文利用CiteSpace对中国主要应用的农业绿色成果的类别、结构进行深入分析, 得到了农业绿色技术关键词聚类Timeline知识图谱(图2)。该图谱按照聚类来分类, 相同聚类的被放在同一水平线上,聚类从大到小依次往下排。图谱中共形成了17个技术聚类, 依次为广适选育、病毒检测、精深加工、高效栽培、多抗选育、高效饲料、种质创新、健康养殖、监测预警、绿色防控、品种改良、配套栽培、综合防控、高效养殖、生态修复、无公害生产、测土配方施肥。

图2 2004—2019年农业绿色科技成果聚类图Fig.2 Cluster diagram of agricultural green technology achievements from 2004 to 2019

为进一步分析中国农业绿色技术的特点, 对所形成的17个技术聚类进行分析, 展示相应的聚类规模、轮廓值及关键词。聚类规模越大, 表明农业绿色技术中相关关键词越多, 聚类轮廓越接近1, 说明聚类中的关键词内容越接近。根据导则中由投入品安全无害、资源利用节约高效、生产过程环境友好、质量标准体系完善、环境监测预警5个技术大类构成农业绿色技术体系, 可将得到的17个技术聚类分为4大类(表2), 这一结果表明中国已基本建立了农业绿色技术体系。

表2 2004—2019年农业绿色科技成果关键词聚类分类Table 2 Keyword cluster classification of agricultural green technology achievements from 2004 to 2019

在投入品安全无害这一技术大类中, 包含了广适选育、多抗选育、种质创新、高效饲料、品种改良5个技术聚类。其中, 广适选育的聚类规模最大,表明中国长期以来非常重视广适品种的选育, 且广适选育的同时, 配合优质选育、抗病选育等, 育成和推广了一大批农作物新品种。种业是粮食之基, 良种的选育是提升中国粮食生产能力与效益的有效保障。为补全种业短板, 中国在良种选育中投入大量研发经费, 建立种业发展基金, 在粮棉油生产大县建设新品种引进示范场。至2020年良种对中国粮食增产贡献率达到45%, 农作物良种覆盖率在96%以上。已有研究表明, 中国养殖业中部分品种核心种源自给率不高, 提高养殖业种业创新水平, 扭转当下受制于人的现状, 是现代农业发展的重中之重。另一方面, 新型农药和肥料作为绿色投入品中的关键技术, 成果较少并未形成单独的技术聚类, 需要加强研发。

在生产过程环境友好的技术体系中, 形成了病毒检测、健康养殖、绿色防控、配套栽培、生态修复、无公害生产和测土配方施肥7个技术聚类, 表明中国生产过程中农业绿色生产技术已比较丰富。其中绿色防控技术聚类规模达到30, 在中国农业生产中减少化学农药施用是广泛应用的绿色技术。同时, 减少化肥使用量的测土配方施肥也形成了技术聚类。在生产过程环境友好类型中, 中国还形成了生态修复技术聚类, 其在水土流失治理、环境恢复中发挥重要作用。这一结果表明如何保护农业生态资源环境, 促进农业可持续发展已成为当下的关注焦点, 中国农业增长方式正逐步由传统的粗放型向集约型转变。

在资源利用节约高效的技术体系中, 形成高效栽培、高效养殖的技术聚类, 其中高效栽培技术聚类规模达到45, 表明中国此类技术应用非常广泛。在耕地资源日益稀缺与人口日益增长的现实背景下,如何高效利用有限的资源获得更多的产出已成为中国农业科研的重点。同时, 中国也形成了精深加工技术聚类, 聚类规模达到49, 表明中国已非常重视绿色贮藏加工、资源高效转化和综合利用。在国内外市场中, 初级农产品难以形成比较优势与竞争力, 农产品精深加工的应用与发展成为改变农业弱质和低效特性, 提高农产品附加值, 实现一二三产融合的主要途径。在环境监测预警的技术体系中, 形成了监测预警、综合防控的技术聚类, 其主要涉及农业生产中病害、虫害、疫情等的预测、监测。农业监测预警机制的健全能够及时发现并矫正农业生产过程中的问题, 对增强农业可持续发展能力具有重要意义。

但是在中国农业绿色技术体系中, 质量标准体系类技术还比较缺乏, 并未形成技术聚类, 需要大力发展。且已形成的绿色技术聚类中, 传统技术较多,信息技术等并不丰富。

通过上述的技术聚类分析可以发现, 中国农业绿色技术发展与农业产业发展并不相适应。根据表2中的聚类名称及相应的关键词进行判断, 种植业技术聚类约占13个, 养殖业仅形成高效饲料、健康养殖和高效养殖3个技术聚类。而在中国农业产业生产总值中, 养殖业占据重要地位, 根据《中国农村统计年鉴》数据计算可知, 2004—2019年所占农业产值比重平均为40.10%, 其技术聚类数量与地位不相匹配。

2.2.2 农业绿色技术发展与政策导向

中国农业绿色技术具有公益性、外溢性, 其研发投入主体是政府, 国家政策引导绿色技术进步方向。

采用可视化软件CiteSpace对2004—2019年中国农业绿色技术成果呈现的“突现词”进行研究, 也证实了这一点。突现词为一段时间内, 出现较多次数,在一定时期内形成重要影响的关键词。所以, 它能够反映一段时间主要应用的农业绿色科技成果, 其结果如表3。

表3 2004-2019年农业绿色科技成果突现词Table 3 Emerging words of agricultural green technology achievements from 2004 to 2019

在2004—2019年间中国农业绿色技术成果出现了7个“突现词”, 即优质选育、无公害生产、综合防治、多抗选育、综合防控、提质增效和绿色防控。其中, 突现强度最大的是绿色防控, 高达4.3404, 该词反映出推进化学农药减量替代与病虫害可持续治理已成为研究的前沿。此外, 提质增效、综合防治的强度同样较大, 分别为4.1121和4.0978, 是农业绿色科技研究的重要前沿领域。从各时段所呈现的突现词来看, 中国农业绿色科技研发与创新和中国农业政策密切相关。在相关政策引导下的随后时间, 相应的绿色农业技术发展迅速(表4)。

表4 2004—2019年农业绿色科技成果突现词与政策的相关性Table 4 Relevance of emergent words of agricultural green technology achievements and policy from 2004 to 2019

2.3 区域农业绿色技术发展特征

2.3.1 区域农业绿色科技成果存在产业差异

为了探究区域间农业绿色科技发展状况及差异,根据传统区域划分标准与已有研究, 本文分为东、中、西三大区域进行分析。因新疆、西藏、宁夏、香港、澳门及台湾等地区相关数据缺失严重, 故本文未将其统计在内。三大区域具体成果奖励数量统计结果如图3所示。

图3 不同区域农业绿色科技成果数量Fig.3 Number of regional agricultural green technology achievements

从省级成果分析, 东、中、西部农业绿色成果总量东部共有2679项, 占总量的39.64%; 中部共有2368项, 占总量的35.04%; 西部共有1711项, 占总量的25.32%。从各区域内部农业产业结构来看, 种植业绿色成果占据绝对优势, 远超养殖业。对不同区域种植业成果结构进行分析, 中部地区的种植业成果占该区域农业成果比重最大(84.62%), 西部次之(80.19%), 东部最少(76.26%)。这一结果表明中部的种植业绿色技术的应用量大面广, 其原因可能在于中部地区所包含的省份多为农业大省, 是中国粮食主产区。养殖业中, 东部的成果数量占比较大, 占23.74%; 西部次之, 为19.81%; 中部最末, 占15.37%。这一结果表明东部相对于中部与西部, 更加注重养殖业绿色技术的研发与推广, 这与当地经济发展水平与自然资源禀赋也较为一致。不同区域内部各农业内部产业绿色成果占比基本符合中国各区域的经济发展水平和农业产业结构状况。

2.3.2 区域农业绿色技术体系存在差异

从总体数量上来看, 东、中、西部农业绿色科技成果奖励聚类差异显著。表5显示, 东部地区聚类数量最多, 共形成9个聚类, 分别为良种选育、优质选育、配套栽培、安全生产、健康养殖、病害防治、高效栽培、可持续经营和综合防控; 中部地区次之, 共形成8个聚类, 分别为种质创新、高产选育、绿色防控、健康养殖、优质生产、高效利用、高效栽培以及精深加工; 西部地区最少, 仅有6个, 分别为良种选育、高产选育、优质环保饲料、生态修复、高效栽培和高效生产。造成这一结果的原因可能是不同区域面对的生产问题不同, 科技投入和研发力量的差异, 及农业资源状况与市场需求的不同。

表5 不同区域农业绿色科技成果关键词聚类分类Table 5 Keyword cluster classification of regional agricultural green technology achievements

从技术类别来看, 在绿色投入品中, 东部与中部所形成的聚类数量相同, 且关注焦点在品种选育上;而在西部地区形成品种选育技术聚类的同时, 还形成了优质环保饲料这一技术聚类, 表明西部地区在农业绿色技术的发展上, 对养殖业也比较关注。生产过程环境友好的技术聚类数量为东部＞中部＞西部,东部地区聚类最多(4个), 东部与中部聚类数量高于西部, 表明东部与中部地区农业绿色科技创新产出更加丰富; 东中部均在种植业和养殖业形成了技术聚类, 产业技术发展较为丰富, 而西部形成了生态修复技术聚类, 表明西部对生态修复技术比较注重。在资源利用节约高效技术中, 中部形成了精深加工技术聚类, 显示中部的农产品加工储藏技术比较丰富。而在环境监测预警技术中, 东部形成了综合防控技术聚类。

3 结论与建议

农业绿色技术是增强中国农业可持续发展能力的重要保障。本文基于2004—2019年国家及省部级科学技术奖励中的农业绿色科技成果数据, 运用CiteSpace软件, 通过知识图谱梳理了农业绿色技术的研究热点与趋势。研究发现: 1)当下中国农业绿色技术成果数量总体呈增长趋势,年均增幅为5.15%,且不同产业间成果总量差异显著。2)农业绿色技术成果共形成17个技术聚类, 基本建立了农业绿色技术体系, 研究热点主要为投入品安全无害、资源利用节约高效、生产过程环境友好、环境监测预警等方面。3)突现词列表显示, 近几年的热门农业绿色技术为综合防控、提质增效和绿色防控, 且在技术研发与创新中政策导向效应明显。4)东部、中部和西部农业绿色技术成果及其聚类数量有差异, 均从东部到西部依次递减。为更好地推进农业绿色技术的研发与体系的完善, 未来的技术研究应着重于如下几个方面。

3.1 农业绿色技术与绿色乡村综合发展技术一体化发展

根据已有的绿色农业技术聚类分析, 中国绿色农业技术的数量和类型均进一步扩大。虽然中国的农业绿色产业技术较为丰富, 为促进农业绿色发展和乡村全面振兴, 需要加强绿色乡村综合技术的研究与应用。目前, 中国已建立了80个国家农业绿色发展先行区, 可在此基础上, 探索农业绿色产业技术与绿色乡村发展技术一体化发展, 注重技术的综合性、配套性, 提出可复制可推广的技术模式。在绿色农业两类技术融合发展过程中, 农业种植、养殖、加工技术构成的生态资源高效利用和废弃物处理,产业生产循环体系和循环经济发展的联结, 需要多学科的联合攻关和技术的配套组装。在此基础上,应加快两类技术融合的技术标准体系的研究, 注重绿色发展、智慧农业、数字乡村的建设中技术衔接和标准的制定, 促进绿色农业技术的推广和应用。

3.2 政策引导与市场拉动结合的农业绿色技术的协同

从2004—2019年中国农业绿色技术成果获奖的完成单位看, 6758项农业绿色科技成果中大约94%是由大学或科研院所完成, 政策的驱动性和政府的主导作用非常强, 农业企业研发的成果很少, 还没有成为绿色技术的研发主体, 市场的拉动作用较小。应以市场机制促进农业企业成为绿色技术研发的重要主体, 加强高校、科研院所、农业企业、技术推广和技术转移机构之间的技术合作, 激发开展绿色技术研发和应用的内生动力。政策引导和市场拉动需要相互促进, 市场的拉动依赖于应用绿色技术能够生产出有市场竞争力的产品。生产的标准化和市场监督尤为重要, 目前中国农业绿色技术还未形成标准技术的聚类。所以, 要大力研究绿色农业技术标准和监测技术, 使农业生产环境、农业投入品、生产过程、产后加工品的质量安全标准能够形成技术体系, 促进绿色农业技术高质量和持续性发展。

3.3 强化农业绿色技术的区域特色

中国东、中、西部农业绿色技术已形成了相应的技术聚类, 为了进一步发挥各区域的自然资源和技术的特色和优势, 体现不同区域在农业绿色发展中的功能, 需强化农业绿色技术的区域特色。东部技术优势较为明显, 经济发展速度快, 市场拉动效应强, 应进一步加强信息技术、数字农业与绿色技术的融合, 加快高品质绿色农产品技术标准的制定和绿色农产品全产业链的标准化。中部地区是中国主要农产品生产加工优势区, 需要进一步发展提高农业资源生产效率、绿色农产品加工、贮藏及运输技术, 加强农艺农机结合的绿色技术的研发和应用, 以及废弃物的回收和资源化利用。西部地区是中国主要的生态功能区, 应进一步注重生态修复、生态系统和生态廊道技术的研发和应用, 研究以节水技术为代表的资源节约型技术, 适宜生态脆弱区的绿色农业技术。

3.4 促进农业绿色技术的结构优化升级

目前中国种植业绿色技术聚类较为丰富, 而养殖业和加工业的技术聚类偏少, 与中国农业产业结构的升级不相适应。应进一步发展养殖业和加工业领域的农业绿色技术, 促进农业产业技术的优化升级。加大畜牧业的绿色技术的研发与应用是绿色农业发展的迫切需要。同时应促进农产品的循环利用、高值利用和梯次利用。促进以互联网、物联网、大数据、云计算、自动化、智能机器人应用为特征的智慧农业, 建立农业绿色创新系统, 推进农业绿色技术与信息技术的结合, 从而使农业生产过程全程精细化管理, 提高资源利用效率, 促进技术、标准、数字体系与产业、经营、政策的结合, 提升农业现代化发展水平。