我国循环农业的诞生与发展现状

崔新卫，张杨珠，吴金水，彭福元

(1.湖南农业大学 资源环境学院，湖南　长沙　410128； 2.中国科学院亚热带农业生态研究所，

湖南　长沙　410125； 3.湖南省农科院 农业生物资源利用研究所，湖南　长沙　410125)



我国循环农业的诞生与发展现状

崔新卫1，3*，张杨珠1，吴金水2，彭福元3

(1.湖南农业大学 资源环境学院，湖南长沙410128； 2.中国科学院亚热带农业生态研究所，

湖南长沙410125； 3.湖南省农科院 农业生物资源利用研究所，湖南长沙410125)

摘要：合理开发利用农业生态系统，发展高值循环农业，不仅是解决粮食安全问题的关键和核心，而且直接决定人类社会与自然环境的协调和发展。本文系统阐述了循环农业的起源及其内涵，我国传统农业生产的现实压力及发展循环农业必要性，分析了近年来循环农业的主要发展模式，并就我国“种—养”复合系统发展的主要模式进行了比较和总结，进一步探讨了国内外“种—养”复合系统养分循环研究的发展概况。旨在明确循环农业在现代农业发展中核心地位。

1循环农业诞生的历史背景

1.1循环经济概念的提出及其中国化延伸

1966年，美国经济学家Kenneth E Boulding认识到全球资源的有限性和对资源开发利用造成生态系统破坏的潜在危害后，提出建立循环经济模式来代替以资源大量消耗为基础的线性增长传统经济模式[1]，至此，“循环经济”概念诞生[2]。1990年，英国环境经济学家Pearce (D W)和Turner (R K)[3]在《自然资源和环境经济学》中首次使用了“Circular Economy(循环经济)”一词，其试图依据可持续发展原则建立物质流动模型[4]。20世纪90年代起，我国逐步引入了循环经济思想，2004年循环经济理念得到中央政府高度重视并上升为国家基本战略，随之提出提出“发展循环经济，构建节约型产业结构和消费结构”观点[5]，并先后出台了一系列加快循环经济发展的政策与文件。

1.2农业可持续发展理念的形成

1981年，美国农业科学家莱斯特·布朗出版论著《Building a Sustainable Society》，系统阐述了“可持续发展观”，这是对农业领域可持续发展的较早思考。1991年，FAO(联合国粮农组织)[6]将可持续农业定义为：管理和保护自然资源，并进行技术与体制变革，以确保人类繁衍对农产品及资源需求得到满足，这种持久性农业能高效维护土壤、水资源、动植物遗传资源并且不造成环境退化；其发展模式在技术上适当、经济上可持续发展，并能为社会所接受”。总体而言，农业可持续发展其思想本质是谋求农业生态系统中各个要素之间以及系统与外部环境之间的有序化和整体持续运转，建设资源合理利用、生产可持续发展的现代农业，其核心是谋求农业系统保持良性循环和持续性生产[7-8]。

1.3循环农业的诞生与发展理念

在循环经济和农业可持续发展思想引导下，随着农业发展问题探讨的逐步深入，循环农业的轮廓渐渐清晰。循环经济理念在农业领域应用的最朴素形态为生态农业模式，随着人们认识水平的不断提高，以生态农业为基础，先后提出了“循环农业”[9]、“农业循环经济”[10]等概念，其作为农业经济发展新理念，生产实践中已成为一种技术范式[11]。循环农业摈弃了传统农业生产中掠夺性经营方式，将农业经济发展与生态环境保护有机结合，形成了农业经济和国民经济协同持续发展的重要形式[12]。其发展遵循减量化(Reduce)、再利用(Reuse)、再循环(Recycle)、再回收(Recovery)的“4R”原则[13]，在既定环境容量、农业资源存量及生态阈值综合约束下，以保护生态环境、节约农业资源和提高经济效益为总体目标，运用循环经济学原理与方法构建高效农业生产体系并组织农业生产，通过系统末端物质与能量回流和循环利用形成闭环农业生产系统[14]。

更为明确的说，循环农业理念是建立“资源—产品—废弃物—再生资源”的高效循环机制，通过对资源重复利用，提高系统中物质和能量的利用效率及系统生产力[15]。其构成往往涉及农、林、牧、水产、生态等多学科交叉，各子系统之间通过要素耦合和产业链接进行物质与能量交换，形成相互依存、协同作用的生态产业链网[13， 16]。其以传统的生态农业为基础，并广泛吸收国内外可持续农业思想精华，本质上形成了一种投入低、且高效循环的新型生态农业，真正实现了社会、经济、生态三大效益协同发展。

2我国发展循环农业的社会现实

我国是世界上农业资源严重匮乏的国家之一，传统农业生产造成的资源约束与经济发展矛盾日益突出。长期以来，我国偏重粮食生产，而忽视了农业可持续发展对生物多样性的需求，种植业收获后大量秸秆等资源未输入牧副渔等产业循环利用，造成了资源的巨大浪费[17]。

2.1传统农业生产面临巨大压力

传统的粗放式农业生产模式对生态环境产生了极为严重的破坏作用，直接影响农业可持续发展。第二次世界大战以后，西方发达国家相继进入农业现代化阶段，借助石油动力机械及化肥与农药，创造了农业增产奇迹，但随之而来的是资源与环境破坏、土壤侵蚀及病虫害爆发等一系列生态灾难。而发展中国家以一场“绿色革命”推动了传统农业向现代农业过渡，主要通过品种改良、增加化肥和农药等技术手段提高产量以缓解粮食危机，但也带来了诸如土壤板结、肥力下降及抗逆性降低等农业生态问题[18]。可见，“石油农业”和“绿色革命”都无法摆脱农业生产导致生态环境逐渐恶化这一现实，传统农业生产压力巨大，急需变革。

2.2农业废弃物污染严重

我国作为农业大国，农业废弃物产量巨大，而且长期肆意排放，造成了严重的环境污染。据估算，我国农作物秸秆年均总产量高达6.5×108t[19]，畜禽粪便年均产生量达17.3×108t[20]，朱凤连等[21]预测，到2020年，中国每年将产生畜禽粪便高达42.44×108t。受经济效益和技术手段限制，许多养殖场未对畜禽废物进行合理处置而直接外排，造成资源浪费和环境污染，全国畜禽粪便资源化与商品化处置率不足29%[22]，数十亿吨农业废弃物已成了中国最大的污染源。事实上，据测算，每年产生的作物秸秆作肥料可提供氮约2.26×107t、磷4.59×106t、钾2.72×107t；作为饲料，仅玉米秸秆就能提供1.9～2.2×108t；此外，畜禽粪便蕴含氮磷分别达1.6 ×107t和3.63×106t，相当于中国同期化肥使用量的78.9%和57.4%[20]。然而由于循环农业发展的先天不足，难以实现废弃物的高效资源化循环利用，导致其经不适当处理或搁置转化成为巨大的污染源[23-24]。

2.3肥料农药的大量投入导致农业面源污染严重

我国是世界上最大的化肥和农药使用国[25]，农田长期不合理施肥造成化肥利用率低，氮肥利用率仅30%～35%，磷肥10%～20%，钾肥35%～50%，农药利用率不足30%[26]，据估算，我国农田生态系统中仅化肥氮每年的淋失和径流损失量高达174万t，已致严重水体硝酸盐污染与湖泊富营养化，长江、黄河和珠江每年输出的溶解态无机氮达97.48万t，太湖流域和京津唐地区地下水硝酸盐含量超标达38%和50%[27-28]。诸多因素已成为农业污染的主要来源。严重制约了农业生态系统和农村经济环境的可持续发展。

2.4国家政策导向

我国“十一五”规划中央一号文件指出：要把加快发展循环农业作为推进现代农业建设的重要内容；“十二五”规划明确要求：“加快构建资源节约型、环境友好型社会，提高生态文明水平，完善现代农业产业体系建设，发展高产、优质、高效生态农业”。2014年1月，国务院印发《关于全面深化农村改革加快推进农业现代化的若干意见》明确提出要建立农业可持续发展长效机制。循环农业以资源循环利用为核心，符合可持续发展理念和建设两型社会要求，发展循环农业可最大限度利用进入系统的物质和能量，提升农业经济运行的质量和效益，减少污染排放。

由此可见，循环农业是促进人类与环境协调发展的农业经济发展新方向，是我国转变农业经济增长方式的战略选择[29]。大力发展循环农业是实现农业可持续发展的重要途径[30]和必由之路。

3循环农业的发展模式及其养分循环研究概况

随着循环经济思想在农业生产领域广泛应用，世界各国先后形成了各具特色的循环农业模式。如日本的废弃物资源循环利用模式、英国的永久农业模式、美国的精准农业模式[31]及以色列节水灌溉农业[32]。我国在过去20多年的生态农业研究与实践中探索出了多种循环农业模式，2002年，农业部科技司在全国范围内征集到370余种生态农业模式，经专家反复论证后遴选出以下10种[33]：北方“四位一体”模式、南方“猪—沼—果”模式、平原农林牧复合模式、草地生态恢复与持续利用模式、畜牧业生态生产模式、生态种植模式、生态渔业模式、丘陵区小流域综治模式、设施生态农业模式、观光农业模式。并通过近年来反复实践中的延伸和发展，形成了越来越多适宜地方特色的生态循环农业模式。

3.1“种—养”复合系统主要发展模式

“种植—养殖”生态系统是我国农业生产系统中最基本的循环农业模式，其遵循“4R”原则，将种植业与养殖业及环境保护有机结合并协同发展，从而成为农业可持续生产领域最重要的发展模式[34]。刘德广等[35]研究认为，“荔枝—牧草”复合系统中节肢动物各类群多样性高于单作荔枝系统，而且该复合系统中节肢动物物种丰富度、群落数量及均匀性也明显占优。邓玉林等[36]对“梨园—黑麦草—羊”复合系统研究发现，每1 hm2可养羊75只，两年平均年纯经济收益达5.4万元/hm2，产投比达到1∶2.8，而单作果园仅为1.05万元/hm2和1∶1.72。樊巍[37]将“果—草—牧”作为一个完整的复合农林系统，研究其物质生产、养分循环与能量的流动和利用规律，揭示了复合系统各组分内在生态学关系，得出了复合系统第一性生产力、载畜量及第二性生产力等关键数据，并提出“果—草—牧”复合系统的最佳配置模式和复合系统养分精确补给技术。庾志勇[38]发现，“稻—灯—鱼—菇”模式，稻田养鱼每亩可增产稻谷200kg，养鱼增收900元，稻草收获后种菇，可获利11600元。肖清铁等[39]对“草—牧—沼—蔬”循环系统经济效益分析发现，该系统可最大程度利用各种资源，提高资源利用效率，而且能较好的解决养殖污染和养殖饲草来源，改善系统生态环境，而且该系统运转还可产生良好的经济、生态与社会效益。赵丽等[40]对“林—农—菌—禽”四位一体模式的运行方式和综合效益分析发现，该模式每年可产生经济效益合计约350万元以上，同时还具有显著的生态及环境效益。“稻—鸭”种养系统研究也已深入广泛，与常规稻作相比，稻鸭共作稻田土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾等养分在水稻生长期基本维持稳定，幼穗分化期速效钾有所提高，成熟期碱解氮、速效磷和速效钾含量均明显提高[41]。鸭粪氮素投入增加，减少了化学氮肥用量，可减少氮素渗漏和径流损失，增加了水稻地上部吸氮量，系统的氮素输入与输出总量均减少，且减少量基本持平[42]，稻鸭共作可提高土壤微生物数量[43-44]及土壤脲酶、脱氢酶和蛋白酶活性[45]，而且鸭子活动可增加田面水溶解氧浓度，减少稻田CH4排放[46-48]，使稻株形态变化，碳水化合物含量、碳氮比、茎秆干物质输送均明显增加，茎基部节间缩短，茎粗增加，茎秆强度和抗倒伏指数提高。其壮秆效应不仅提高了植株的抗逆性，有利于水稻稳产高产[49]，而且能够提高整精米率、减少垩白、改善稻米品质[50]。

此外，以“种—养”复合系统为基础，结合地方农业产业发展特色开展了大量循环农业产业链条的扩充和延伸研究，如：侯雅静等[51]“果园—食用菌—禽畜”循环农业模式，张家宏等[52-53]双链型“鲜食玉米—奶牛—沼气—龙虾—牧草”及双链型“牧草—鹅—鲜食玉米”循环农业模式，尹昌斌等[54]广西百色市“种植—沼气—养殖+灯”循环农业模式，王勤礼等[55]“玉米—牛—沼气—日光温室”循环农业模式，等等。然而，目前我国大部分地区仍然处于传统农业向现代农业过度阶段，广大群众优先考虑经济效益而对循环农业的长效机制认识不够，农药化肥投入量大，秸秆焚烧现象严重，农业面源污染形势依然严峻。政府部门及各级财政给予循环农业及清洁生产的认识与投入严重不足，对现有的循环农业示范基地支持和宣传力度不大，导致这类基地暂未起到应有的示范作用。加之我国循环农业科技研发能力薄弱，科学技术难以支撑循环农业健康发展。

3.2种养复合系统养分循环

物质循环是生态系统运转的重要功能之一，物质循环状况直接决定系统的生产力、稳定程度和发展方向[56]。养分作为维持植物生长的重要营养物质，是生态系统物质输入的重要组成部分，也是生态系统周而复始的先决条件。养分在“农田—畜牧—营养—环境”体系中流动并保持良好循环，是社会和农业可持续发展的基础。1995年，Allison[57]运用系统与整体观点开启了生态系统物质循环研究，此后，生态系统养分循环便成为世界各国土壤学家、植物营养学家与生态学家关注的研究焦点。农田系统养分平衡依赖养分循环实现，其本质就是作物消耗养分和施肥投入之间的平衡。近年来，农田生态系统养分平衡己成为评价和降低集约化农业污染的重要技术手段，并已作为可持续农田管理的标志[58]。

早在上世纪50年代，国外已经开始了农田生态系统营养元素循环规律研究[59]。Snblker等[60]于1976年对全球氮、磷元素循环状况进行了首次报道，在此基础上，Frissel等[61]于1978年开展了农业生态系统营养元素循环研究；1981年，Clark等[62]和Wetselaar等[63]分别对东南亚季风气候区生态系统和陆地生态系统的氮素循环状况进行了研究。前人研究所取得的诸多成果，为进一步开展生态系统养分循环的深入研究奠定了重要基础。

我国农田生态系统养分循环与平衡研究开始于20世纪50年代初期，但直到80年代开始才逐渐展开了广泛深入的研究。曾江海和张玉铭[64]对奶牛形成的农牧复合生态系统营养物质循环利用情况进行研究，获取了该系统的养分循环参数并建立了相关的氮、磷循环模式，并进一步定量评价了该复合系统的养分利用效率。鲁如坤等[65-67]对全国和部分典型地区养分循环与平衡状况做了深度分析研究，提炼出农田养分收入与支出参数，并依据土壤基础肥力状况及作物的养分需求等更新了农田生态系统养分平衡的评价标准与原则。刘经荣等[68]对红壤地区“草-牛-沼”生态系统中养分循环研究后发现，牛粪尿经沼气发酵后产出沼肥还田种植系统，可节省一半化肥投入，且使用沼肥后土壤肥力得以保护和改善，为后续的饲草生产提供了较好的土壤条件，利于养分循环利用。张帆等[69-72]基于投入产出法分析了“稻-鸭”共生系统中碳、氮、磷循环规律与收支平衡，并探明了该系统中碳、氮、磷循环路径及效率，为进一步提高“稻-鸭”共生生态系统生产力奠定了理论基础。基于养分收支平衡总体原则，陈天宝等[73]研究了“耕地-作物-畜禽”复合系统中氮素流动特征与循环规律，引入猪饲料蛋白当量及粪便氮排泄当量等参数，并运用畜牧生产学及线性规划理论与方法，设计建立了系统中耕地的畜禽承载能力评估数学模型。该成果可用于指导农牧复合区种植业与养殖业合理配置与布局及种养动态平衡分析、养殖环境风险评价，等等。

4展望

我国是一个典型的农业大国，农业产业基础十分薄弱，多年的生产实践表明，单一的农业生产系统其经济效益低下，而且生产过程中带来的生态与环境等负面效应越来越突出，在国家倡导构建两型社会和新农村建设等政策指引下，借鉴国外先进的生态农业和循环农业发展理念，以畜禽粪便有机肥为纽带，将农业生产领域的两大系统——种植业与养殖业，高效契合，构建适宜地方特色的种养循环系统，不仅可以提高系统中物质与能量的利用效率，减少系统的废弃物质输出，将种植业和养殖业生产过程中产生的废物变废为宝循环利用，而且减少了农业生产活动中造成的生态破坏与环境污染，进一步优化了人类与自然和谐共处、协调发展，为人类社会的可持续发展奠定基础。

发展循环农业是一项系统工程，须以循环经济理念为指导，运用先进科学技术开展现代农业可持续生产。这需要借鉴国外循环农业先进经验，并结合我国国情，走中国特色循环农业发展道路。首先，要树立全民发展循环经济理念，努力营造循环农业的良好氛围；其次，政府主导逐步建立和完善有利于发展循环农业经济的政策体系；第三，加强科技创新，探索循环模式新途径，因地制宜研发循环农业模式并多渠道示范推广；最后，切实加强循环农业相关技术培训和推广力度，提高农业科技入户率，使循环农业模式逐步走向标准化和规模化。

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关键词：生态农业；循环农业；“种—养”复合系统；养分循环

The origin and development of circulatory agriculture in China

CUIXin-wei1，3*，ZHANGYang-zhu1，WUJin-shui2，PENGFu-yuan3(1.CollegeofResourcesandEnvironment，HunanAgriculturalUniversity，Changsha410128，China; 2.InstituteofSubtropicalAgriculture，ChineseAcademyofScience，Changsha410125，China; 3.InstituteofAgriculturalandBiologicalResourcesUtilization，HunanAcademyofAgriculturalSciences，Changsha410125，China)

Abstract：The rational development?and?utilization of agro-ecosystem and development of high value circulatory agriculture not only are the key to solve the food security problem， but also directly determine the harmonization and development between human society and natural environment. In this article， the origin and development of ecological and circulatory agriculture are systematically described. The real pressure of traditional agriculture and the necessity of developing circular agriculture in China are discussed. The main development models of circular agriculture in recent years was analyzed. Our country’s main model of planting-breeding complex agro-ecosystem are summarized. The research progress on nutrient cycle on the planting-breeding complex agro-ecosystem is also discussed. The aim is to clarify the core status of circulatory agriculture in modern agriculture.

Key words：Ecological agriculture; Circulatory agriculture; Planting-breeding complex agro-ecosystem; Nutrient cycle

文章编号：1008-0457(2015)05-0074-07国际

DOI编码：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2015.05.015

中图分类号：S18

文献标识码：A

通讯作者：*E-mail：cuixinwei168@163.com。

基金项目：国家科技支撑计划项目(2012BAD14B17)资助。

收稿日期：2015-09-21；修回日期：2015-10-11