农业工程学科的对象、领域、发展现状及趋向

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摘要：第8卷第l期1992~3月农业工程学报V01．8No．1Mar．1992农业工程学科的对象、领域、发展现状及趋向*曾德超(北京农业工程大学)提要对农业工程定义、学科对象及其研究领域范畴讨论进行了回

第8卷第l期1992~3月农业工程学报V01．8No．1Mar．1992农业工程学科的对象、领域、发展现状及趋向*曾德超(北京农业工程大学)提要对农业工程定义、学科对象及其研究领域范畴讨论进行了回顾，对农业工程的发展阶段(或农业中应用工程科学技术的深入层次)进行了分析，对农业工程为我国农,lir e台阶应做的贡献作了论述，对我国农业工程学科的现状和趋向进行了评议。关键词农业工程农业工程学科低投入持续农业抗逆增产农业抗逆增产持续农业工程直关于农业工程定义、学科性质、对象与领域的讨论L重问题的提出农业工程，作为一个普通名词，可从字面上理解为在农业生产建设中所进行的各种工程项目、所采取的工程措施或工程科学技术的应用，作为一个专业名词，则有其定义和范围。小规模传统农业的生产建设虽然亦包含有各种工程科学技术的因素，但工程科学技术的作用并不显著。随着近代大规模现代化农业生产建设的出现，工程科学技术的作用就变得越来越显著了。发展农业一靠政策，二靠科教，三要增加投人；而科教既包括生物科学技术，亦包括工程科学技术和经济管理科学技术。这是我国农业界多年实践所达到的共识。然而现代化大农业(农林牧渔副)的生产建设，特别是有关水、土等自然资源以及生态环境的保护和有效利用等问题越来越受到重视的今天，所涉及的工程科学技术门类也就越来越多；诸如机械，水利、土禾建筑、环境、能源、生物化工、电力电子和控制，·管理与系统等等，不一而足。况且，各行各业以及各门类的科学技术也都要支援农业和农村的扩建设。这样就发生了有无必要建立和发展农业工程学科，哪些才算是农业工程，哪些其实不过是传统通用工程的推广应用。在教学、科研和事业管理体制上，也就客观地出现了有关农业工程与通用工程各门类之间的定义、衔接等需要妥当处理的问题。否则不是重复造成浪费，就是留有空白或薄弱环节，对国家的农业和科技发展产生不利影响。·．究竟我国需不需要建立和发展农业工程，什么才算是农业工程，其学科对象和领域是什么?这一向题在我国曾经过多次讨论(如当农业工程学1978—1985年科技发展规划的拟订，1978年国家科委农业工程学科组的成立，1979年中国农业工程学会的筹备和成立，1984年我国高等学校农科本科专业目录修订的沈阳论证会议、1986年的南京审定会议，1985年农业工程研究生教育研讨会，1986国务院学位委员会农学学科评议组重庆会议，?：：：：1992-01-13户国农业工程学会。农业工程中力学问题研讨会。上宣读并山定稿·2·农业工程学报1992牛1986年中国农业工程学会教育与科普工作委员会第二届第二次学术讨论会，1991年全国农业工程学科建设发展学术研讨会等等)。特别是1986、1987年普通高校本科和研究生学科专业目录修订以来，虽然各人所给出的定义不全一样，宽度深度范围或侧重点也不一致，但农业工程作为介乎农业生物学科和传统通用工程学科之间的——门边缘的、特殊的工程学科，既不能由传统通用丁程学科代替、亦不能由农业生物学科所替代，其性质、对象及范围，在农业工程工作者中，大家基本上是明确的。然而，时至今日，不可否认，在不同的场合，特别是在与行政管理部门或其它学科丁作者的工作讨论中，由于有关农业工程的各分支事业是由多个政府部门分工管理，如要避免不同管理部门业务范围之间出现的矛盾，对农业工程的领域就往往作出不同的解释和处理。在从事农业工程专业教育或研究的工作者中，亦有些同志，或由于出身传统工程专业，或由于对传统工程的熟悉、兴趣和偏爱，或由于对农业工程学科性质不够熟悉，就把农业工程作为传统通用工程对待。1991年末中国农业工程学会第四届代表大会上，中国科协何康副主席又一次中肯地问：你们农业工程是否有个(规范的)定义?因此，我们认为仍然有必要对历次的讨论进行问顾，在1978年国家科委农业工程学科组所作定义和1991年6月全国农业工程学科建设发展学术研讨会所作“对农业工程学科建设的若干建议”的基础上进一步商榷。以求在农业工程同行中获取共识，在农学界、工程学界及社会上争取获得理解和支持。1．2；对历史经验教训的探讨随着近代大规模现代化农业的出现，对农业工程与各种通用工程学科之间关系的处理，国际上有两种做法。一是以美国为代表，自1907年起就成立了农业工程师学会；在各州立大学既设立机械、土木、化工、电力电子等工程系，又设立农业工程系，以培养一种“站在土木工程与农业科学之间的，其工作领域与其它工程既无竞争，又不重复，需要特殊训练的农业工程师”；而在农业工程系下设有农用动力与机具，农业建筑与环境，水上关系、电力与加工等专业。同时，认为“农业工程是一门应用物理科学和生物科学来研究农业生产的特殊的工程科学”(美国农业工程师学会1963年定义)。除了私人公司之外，美国在农业部设立有主管农业工程的部门和各种有关农业工程的专业研究所。据美国学者自己估计，农业工程学科的建立不仅对美国近代农业的巨大成功有贡献，对美国在20世纪的七八十年中整个面貌的改变亦起了重大作用t4)。近代世界上许多发达和发展中国家，包括联合国粮农组织，采用了这种处理方法，，另一种做法是以苏联为代表，自1922年建立苏维埃联盟国家以后，设立了农业机械化、电气化，水利与土壤改良，农业机械设计制造，农业建筑，饲料工、队肉，乳品加：工等等专业学院或专业和专业研究所。这些学院及专业、研究机构以及事业和经费分属不同的政府部门管理；但却没有正式建立农业工程学科，也没有突出强调这些学科专业具有农业工程一—处于物理学科和生物学科之间的特殊的边缘学科的属性。结苎苎兰专、，k的研究、训练、管理和投资方向自然就向传统通用工程学科倾斜，至少是处在一种自苎的状态。譬如苏联B．n．郭辽契金首先是通过广泛、深入，也可说是才能横溢地竺苎兰产主应山于农业机械的作业分析，并通过设立农机实验站，广泛试验测定和系统搜集数据而与其相学的程·等工设业建农利定水否田为农以之筑引建能业不农这、但业。工惑机困农生芷降向下去重展比发中后济今经科家学国程在工[[农农，国剩美过对品者产学农家专展些发一的起业引农而工从。闷，据美软根着疲的随对科*第1朋曾德超：农业工程学科的对象、领域，发展现状及趋向·3，学派一起，建立了苏联近代农业机械科学。他毕业于莫斯科大学数学物理系后又毕业于莫斯科工学院的机械工程系，被选为全苏科学院院士；1985年在美奥本人学召开的国际土壤动力学学术会议上，他与美国的M．L．尼柯斯一起，被确认为土壤动力学先驱者。苏联农业机械学派虽然在应用数学力学进行分析方面达到厂国际最高水平，然而对农业的贡献却没有美国同行那样突出。我们认为这是由于美国学派更多的是从农业的观点出发，将农业机械作为农业工程一一这一边缘学科的一个分支来处理，而不是视作机械工程学科的一个分支；即既重视农机的力能方面，同时亦重视农机的农业性能方面。本世纪几十年来苏联和东欧国家农业发展的状况不能不认为与对农业工程学科这种不同的处理有关。苏联农业机械学派对我国的影响是巨大而深远的。我国建国后由于采用苏联式管理体制。结果农业机械化、水利化和化学化事业的效率很低，农业机械化的增产增收效益不显著，灌溉用水大量浪费，还造成肥料的大量流失和下游水源的污染。1978年全国科学大会在总结我国历史经验教训的基础上，为进一步发挥我国农业机械化、水利化，化学化等事业的效益，提高水、土，生物、气象等自然资源的利用效率，更好地发挥工程科学技术在我国农业发展中的作用，作出在我国发展农业工程学科的建议。国家教委和国务院学位委员会亦于1986、1987年在所制订的普通高校本科专业及研究生学科专业目录修订草案中正式设立农业工程学科门类。这是正确的；至少是起好作用的。1。3农业中应用工程科学技术层次的分析在农业生产建设中所进行的各种工程项目、所应用的工程技术或所采用的工程措施，具有不同的层次和侧面，亦即属于不同的发展阶段：第一层次或阶段，是成熟的通用工程技术的直接应用，或只需按农业提出的规格要求稍为修改设计即能应用的：如载重汽车，民用建筑，水坝水渠，电机与仪表，农用飞机等等，这类工程技术一般属于通用工程，不能认为属于农业工程。第二层次或阶段，是需较长的时间去了解和熟悉农业的技术要求、应用条件、农艺和工艺过程，才能应用通用工程理论和经验，改进已有的、设计专用的、或开发新的技术，如水田拖拉机，联合收割机，田间灌溉排水蓄水系统，温室小气候调控等等，这个层次中还存在一个受到国际社会重视的侧面，即农村“适用技术”(AppropriateTechnology)的开发，这是针对发展中国家的农村经济、技术，文化水平低，地区分散，交通运输通讯不便等特点，普遍需要结构和操作简单，成本低廉而工效或效益较为明显的工具，装备或技术，如手扶拖拉机拖车机组的运输，省柴灶，小水电，太阳灶、塑料大棚等等，这类技术看来简单，实则有的并不容易，很需要有专业素养。这类工程技术属于一般农业工程领域，不属于传统通用工程，但它又依赖传统通用工程理论和经验的应用，也需要农业工程专业理论和经验的积累，从学科上，根据两者份量的比重，某些具体的农用工程技术如一定要作为通用工程或一定要作为农业工程来处理，那也是很难认为绝对不可的。第三层次或阶段，是通过深入研究和揭示农业生物在生长发育和产品转化过程中，生物体及环境因素印有关物质与工程手段之间在不同生理生态水平上的相互关系、规律和有关系统的优化，借以发展技术，为农、眶的发展或关键课题的解决，提供新的科技投入，随着生物技术和生态环境科学的进展，这方面的机会变得越为具有吸引力，例如保持(水土)，定轨、少免耕法，调控植株亏水度的灌溉方法，豆科牧草的调制技术，玉米的挤压工艺，生物反应器的工程调控，光合过程的调节，胚眙工程，小剂量药剂(生长激素等)的施用，人工生长箱，宇宙生物封闭持续自给系统等等，这类工程技术属农业工程的核心领域。显然，我国农业的生产建设对所有三种层次·4·农业工程学报1992年的工程科学技术都有需要。但是只有明确建立和发展农业工程学科的情况下，才有可能更好地发展第二、第三层次的工程科学技术，对我国农业提供其迫切需要的支持。 l4对过去历次有关农业工程学科定义、对象和领域讨论的分析针对社会上和同行中出于管理体制等诸原因而普遍存在农业工程学科与传统迩用工程学科有所混淆的现实，我们认为有必要根据历史经验教训和学科已发展到深入阶段，对学科定义进一步商榷。、一个独立的学科，须有其固有的研究对象。这样，诸如“农业工程是把工程学应用在动植物的初级生产。，或“是在农业生产中应用工程科学技术”这类的提法，没有起到分辨农业工程与普通通用工程的功用。从这个角度出发，农业工程可考虑定义为在农业生产建设中所发展的各种专用的，“适用”的以及综合措施中所包括的工程技术。．对于农业工程学科的性质，有中间学科，特殊学科，综合性学科，边缘学科等提法；而以“介于农业生物学科与工程学科之间的一门边缘学科。较为有助于阐明学科的位置。对学科的功能，有开发利用农业自然资源，发展生产，实现农业现代化等提法。鉴于如何在农林牧副渔领域中保护人类赖以生存的资源、生态、环境的问题亦已日益得到科学界重视的今天，而在这方面工程科学技术更能发挥作用，因此，我们认为农业工程在保护资源生态环境方面的功能，有必要明确标出。对学科研究对象，过去的提法着重于对生物生长环境的改造，有“农业工程研究动植物生长发育和环境因素相互作用的规律”，“改造控制农业生产条件。等提法。事实上，现代农业已覆盖动植物，微生物及初级产品、副产品、废弃物的加工转化利用，所采用的工程措施已不局限于改造宏观的环境、生态因素、控制生产条件，而已发展深入到涉及不同生理水平上的干预。这样，我们认为农业工程学科是介于农业生物学科和工程学科之间的一门边缘学科，它研究农业生物、环境因素及有关物料在生物生长发育和产品初级转化过程中与工程手段在不同生理和生态水平上的相互关系，揭示所起力能以及水热盐气光等物质能量运移效应的信息、现象、规律，发展有效的调节方法、技术装备和综合治理措施，以便抗缓逆情和有效利用水土气象生物等自然资源，达到提高产量和品质以及保护资源，生态、环境的目的。简言之，农业工程学科研究农业生物生长发育和初级产品转化过程及其环境的工程调节和综合措施的优化，为发展生产而同时保护资源、生态、环境服务。农业工程学科的分支领域，事业的管理部门或人才培养的专业，在不同国度的不同发展阶段常从不同的角度根据需要进行划分。譬如美国早期分为农用动力与机具，水土关系，农业建筑，电力与加工等。近来有提出增加农业生物工程，农业资源工程，农业生态环境工程等。在我国现阶段情况下，如按对象、环境却所需要工程基础的不同来划分，农业工程有如下8个领域：大气条件下农业生产(农、林、草、牧、渔)的工程调节；设施农业(植物、畜禽、生物反应器)的工程调节；农业初级产品、副产品及废弃物的加工转化与利用；农业生物工程；农业自然资源。环境、生态的保护与利用；农业能源工程；!农业生物系统信息处理与控制自动化；农业抗缓逆情综合治理工程措施及其优化。我国与农业工程有关的分支事业，由6个部委的10个专业司局管理。一般都在部委所第1期曾德超：农业工程学科的对象，领域、发展现状及趋向·5属的研究院所和高校设有相应的专业研究所和专业，如农业部的农业机械化司，畜牧司，水产司，环保能源司，机械委的工程农机司，水电部的农村水利和水土保持局，农电管理局，建委的农村建筑局，能源部的农村能源局，轻工部的食品工业局等。在国家教委和国务院学位委员会1986，1987年颁布的普通高校本科和研究生学科专业目录草案中，农业工程正式开始与机械、水利土木、电工、化工以及植物生产，动物生产等，被并列为工学或农学学科门类中的一类学科，设置有农业机械化、农机设计制造、农业建筑与环境，农业水土资源利用、农业电气化自动化以及农业能源等6个专业和农产品加工工程、农业系统工程、水土保持、林业机械等有关的专业。其中农业水土资源利用，农田水利、农田水利工程等其实可办成一个专业，不必细分。2农业T程科学技术在解决我国农业问题中的潜在作用一个国家的农业发展需要优先研究开发或解决哪些工程技术问题，取决于该国发展农业所定的目标和采取的技术途径。例如，发达国家的农业是农产品供应过剩的农业。英国在战后曾为了促进农产品自给而立法保证农产晶价格，即由国家赔偿农场主因市场价格低落而损失的部分，自1981年起因农产品过剩，就采取由政府赔偿一部分农场主暂停生产的做法。美国下一步发展农业的目标，据了解，定为提高农业效率，开拓农副产品的工业原料市场，同时保护人类赖以生存的自然资源和生态环境，发展减少依赖石油化工产品的叫氏投入持续农业”。我国农业经几十年的努力，已初步解决了温饱问题，但作为总体，基本上仍属于农产品供应不足的国家，地区之间的不平衡甚为突出。几十年来我国在水利化、机械化、化肥农药方面的投入不算少，但据估计我国的中低产田仍约占耕地的2／3。而低产的原因主要出白旱涝碱洪的灾害频繁，水资源日趋短缺，田地质量退化(由于水上流失，沙比，红壤化，潜育化，次生盐碱化，有机质减少，养分亏缺等等)，肥力不高，基础设施薄弱：要达到国家经济和社会发展十年规划和八五计划所要求那样(保证粮棉稳定增长，粮食登仁两个台阶，促进农业生产全面发展的目标)，我国的农业就需要采取积极抗衡灾害的减产威胁，提高水土等资源的利用效率、保护自然资源、发展林草业，改善生态环境这样的途径，建立一种积极的抗逆增产的持续农业。在建立这样一种积极地提高水土资源利用效率、抗逆增产的持续农业中，工程技术，尤其是农业工程科学技术将发挥关键的作用。例如干旱半干旱地区的农业，从经济管理的角度可以提出调整生产结构!合理规划农林草以及种植区域等有效的措施，或者甚至如一位世界银行的经济学家在1982年杭州国际小规模农业机械化学术讨论会上向我们所建议那样，将自然资源条件恶劣的西北地区的人口往东南迁移等各种方案。农业生物学家亦可能通过培育抗旱品种，或者甚至有朝一日成功地将CAM(景天酸代谢)植物(如菠萝)的遗传基因移殖于C4(如玉米)、C3代谢(如小麦，棉花)作物而大大减少光合成单位干物质所需的蒸腾量。在此同时，通过工程措施来提高田面雨水人渗量和集中量。减少田面蒸发量等却亦是潜在可行的。；又以黄淮海平原为例，在这个地区几十年来已经进行了不少的水利建设，全国220多万眼机井的大部分就在此地区。然而仍然普遍存在春旱、夏涝、盐碱、泛洪、机井苎下主竺主蝱；谆的威胁，增产受到制约。这主要由于在广大耕地面积上植物生长发育所依赖甲物质能量，尤其是作为物质能量载体的水，其运移过程及四水(土壤水．植物水、大气水、地卜。 h·农业工程学报1992水)的合理调节和广大受顶面积上的地上水地下水转换工作，在部门之间有脱节和管理不善。结果辛辛苦苦地花了大力气，将水送到了地头，而只做了事情的一半。去年百年不遇的洪情再次说明了防洪的泊本，除了高筑堤深浚河之外，还需注意从树根、草根做起，从在广大受雨面积和广大耕地上研究蓄雨耕法，开发地上水地下水转换的工程技术着手。在这些方面的综合措施中，农业工程可以做出贡献。类似的问题也表现在其它形式的物质和能量运移与转换的工程调节上。显然，物质能量工程调节的课题既表现在植物生产过程中，亦表现在动物生产，生物化工的各种反应器、产品保鲜加工、生物可再生资源的利用等过程中。因此，我们认为植物生产，不论是大田、园林或设施农业，都以植物体在适宜于生长的土壤和大气环境下物资能量得到适时适量的供应，方能得以生长发育和达到高产的目的。在自然条件-F，环境和物质能量的供应往往总是与植物体需要有较大差距的，从而减产；而长期过大的差距则形成灾害。避免灾害，提高水土等资源的利用效率，获得增产，就需要对环境和物质能量的供应及其运移、转换过程加予调节。这时往往既涉及生物过程，亦涉及工程措施。为此，需要深入研究农业生物体及环境因素和有关物料与工程手段之间的相互作用，查明对物质能量运移过程所产生的效应，从而制定显示、测量，调控生物生长发育及其环境的有效方法、技术装备和方案优化的综合措施。这就构成了农业工程学科的典型课题。而农业工程学科亦正是由于在不同生理和生态环境水平上，研究工程措施对环境及生物体物质能量运移过程的效应而在发展农业中发挥应有的作用，成为不可替代的学科。3我国农业工程发展状况的评议1978年全国科学会议之前，虽然在我国没有农业工程的事业管理部门和学科，各有关事业管理部门、研究所和高等学校有关的专业事实上已经进行了大量的农业工程工作。譬如农业机械化，电气化，水利化，农村建筑，农产品的贮运、保鲜和加工，畜牧、水产、森工的机械化等等。然而，在1978年全国科学会议以后，特别是我国建立学位制度以及国家教委和国务院学位委员会在普通高校本科及研究生学科专业目录中确立农业工程作为独立学科类，目此以来，我国农业工程性质的科学技术，有了显著的发展。对我国农业、农村的发展起了很大的作用。这一时期的发展可认为具有以下标志：1)在全国的科学技术百花园里增添了新的学科分支或方向。例如动植物环境工程，农业遥感，农业系统，农村能源，设施园艺，饲料和食品工程，土地利用工程，水土保持，农业宏观发展战略，农业环境保护，农垦经济发展战略，电气，电子技术在农业中的应用等等。这些新学科分支或新方向的得以发展与农业生产责任制和开放政策有关，亦与农业工程学科的确立密切相关。2)各分支，不论是老分支或学科确定以后发展起来的新分支，在这一时期进行了大量的、内容广泛的农业、农村、生态环境方面的适用技术工作，对乡镇企业、农、林、牧、渔、址、农村建设和经济发展，起了巨大作用。如手扶拖拉机及小四轮挂车运输机组，塑料大棚，地膜覆盖，渔塘增氧机，秸秆氨化装置，省柴灶，户用生物质气化装置，沼气池，各种饲料、饲养及食品加工工艺与设备等等。2)各分支，在科学研究的深度和水平以及技术开发的开拓性和实用性方面，都有了显著的进展。诸如计算机，电子技术，遥感技术，系统分析技术，生物技术，模型模拟、数值第1朋曾德超：农业工程学科的对象、领域、发展现状及趋向·／·方法和有限元、计算物理技术等等的应用：土机关系，水土关系，上壤——植物一一大气圈水分、物质，能量、气体循环，动植物，微生物环境，生物产品和物质的保鲜，加工转化等理论的建立和开拓：旱作深耕保墒增产技术，免耕播种和间隔深松技术，化肥深施技术，竖式割台，脱前收割，水田拖拉机，节水灌溉技术，排水和洗盐技术，调节植株生理水亏缺度的灌溉技术，覆盖技术，设施农业技术，饲料和产品加工技术，坞粪等废弃物的处理和作为肥料饲料利用等等不一而足。然而总起来看，我国农业工程学科发展进程的主体，仍处在本文第二节中所述的第一、第二层次或阶段：各学科分支受传统工程学科影响大，发展农业工程的意识少，学科基础薄弱，而且事业规模大，因而效率差，经济效益低，一些成果推广普及艰难。而我国农业的问题又很复杂，在这种情况下，要为我国农业发展目标做出应有的贡献，我国农业工程学科除了针对大中小城市、工矿区、沿海、边疆经济特区副食品及出口创汇农产品。加工晶的市场需要，继续研究开发推广有关的工程技术以及广大农村经济发展需要的各种适用技术和能源、贮运、加工技术等之外，须着重为广·大中低产地区的抗逆增产和持续发展的需要，研究解决有关的技术措施和综合治理措施。为此，需要扎实开展第二、第三层次或阶段的研究与开发，同时开展有关的应用基础研究，发展学科理论，大力发展我国的农业工程学科。4几点建议1)各有关部委增加农业工程性质的研究的经费份额，在这些部委所属有关研究单位的编制中聘任一定量的农学、农业生物学、农业工程专业人员参加研究开发工作。2)在各种与农业有关的攻关课题、重点课题及一般课题的研究力量组织中，注意由农业工程专业的单位或人员来承担有关工程措施及综合治理方面内容的课题或子课题的任务。3)国家自然科学基金会增加对农业工程性质的应用基础研究和向旨在发展农业工程学科基础理论研究方面的倾斜。4)各基础学科加强对农业工程学科发胀的支持和协作。附录1)1956年出版的美农业工程手册有关农业工程的定义：农业工程是工程学中的一个领域，它独特地应用物理和生物科学研究粮食、饲料和天然纤维的生产。加工和贮运。2)1963年美国农业工程师学会讨沦结果：农业工程是一门应用物理科学和生物科学来研究农业生产的特殊的工程科学。3)国家科委农业工程学科组的定义(1978)：农业工程是现代农业生物学与现代工程学之间的一门边缘性的技术学科，它研究农业有机体与工程手段相互作用的关系和规律，用以合理的开发利闲农业资源，改善农业生产全过程的环境因素，最后促进农业的现代化。参考文献1全国农业区划委员会中国综合农业区划编写组．中国综合农业区划。农业出版社，1981．2孙颔．我国人口、资源与食物问题．中国科协第四次全国代表大会会议材料，1991．

文章来源：《农业工程技术》 网址: http://www.nygczz.cn/qikandaodu/2020/1124/942.html

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