胡钧铭, 张雅婷, 李婷婷, 陈胜男, 宁文宇, 夏 旭
(1.农业部农业环境重点实验室,北京 100081; 2.广西农业科学院农业资源与环境研究所,广西南宁 530007; 3.广西大学农学院,广西南宁 530004; 4.中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,北京 100081)
我国人多地少,需用世界7%耕地养活世界22%人口[1-2]。受以粮为纲影响[3],种植业过分依赖化肥、农药等化学品投入,强化产出,耕地只种不养,掠夺式生产导致农田土壤结构性退化问题日趋严重[4-5]。同时,随着人们对肉制品及蛋白质需求量增长,集约化养殖业中产生大量的畜禽粪便得不到有效处理,引发环境污染风险加剧,制约着养殖业良性发展[6]。种植业与养殖业之间缺乏协调合理规划,种养割裂现象愈加明显,造成环境生态压力问题日趋严重。随着现代社会经济的迅速发展,消费需求逐渐从量上升到质的层面,对农产品质量和安全农产品的关注上升到空前的高度[7-8],粮食安全要转变发展方式[9],农业亟待采取绿色生产方式和方法[10]。为此,从种养系统中农业污染物、系统承载量、生态环境、食品安全之间的联系出发,分析为养而种、为种而养内在规律,破解当前种植业、养殖业与现代农业规模化发展之间的矛盾,实现禽粮耦合,促进农业绿色转型,对我国现代农业的发展具有极其重要的意义。
种植业是农业的基础,我国种植业主要以粮食、棉花、油料、糖料作物为主。在国家粮食安全政策的支持下,主要谷物生产种植面积相对稳定,略呈上升趋势,这与农业生产技术进步密不可分,至2015 年,玉米种植面积比2006年提高了 34%,增长较快,而稻谷和小麦作物则较为稳定。作物平均单产和总产量呈上升趋势,粮食总产量比2006年增加12 340万t,谷物总产量比2006年增加12 129万t,从单个品种来讲,稻谷总产量比2006年增加2 651万t,小麦总产量比2006年增加2 172万t,玉米总产量比2006年增加7 303万t,增加倍数在1.1~1.5之间,其中玉米增长达到了1.48倍。同期化肥投入呈逐年增长,已从4 928万t上升到6 023万t,增长率达22%(图1、图2、表1)[11]。
我国是亚洲养殖业起步最早的国家[12]。养殖业在农业产业发展中占有特别重要的位置。自1988年“菜篮子”工程实施以来,为了缓解城乡居民吃肉难,我国养殖业由从属副业、小农生产、传统农户散养向专业化养殖、商品化生产、规模化、集约化、标准化饲养转变,集约化养殖蓬勃发展[13]。
表1 全国近10年主要农产品产量 万t
注:数据来源于《中国统计年鉴(2007—2016年)》[11]。
2006—2015年这10年畜产品产量处于稳步增长,肉类市场供给从2006年的7 089万t上升到2015年的8 625万t,上升了22%,其中主要肉类猪、牛、羊肉类从2006年的5 591万t上升到2015年的6 628万t,增长18.5%,尤其是养猪业取得突破性发展,至2016年猪肉供应量占肉品供应总量的83%,集约化养殖业丰富了肉、蛋、奶等产品市场供应,提高了人们的生活水平,实现畜禽养殖综合效益提升(图3)[11]。
种植业与养殖业生产高投入、高消耗、低产出,资源被过度利用。农业资源是农业生产所需要的物质基础[14],农业资源利用受到人类活动的影响[15]。农业生产过程实质上就是根据不同区域内农业资源的特征与发展方式,因地制宜,开发和利用自然和社会资源,保护生态环境,把农业资源潜在的生产力转变为现实生产力的过程[16]。我国人均占耕地少,后备耕地资源少,由于人口增长及城市化进程不断加快,耕地面积不断减少,加剧人地矛盾[17]。农业基础比较薄弱,种植业与养殖业农业用水量惊人,水资源紧缺[18]。耕地呈分割小块,结构不合理,不利于农机机械化作用。种植业复种指数高,耕地有机质营养消耗过快,使农作物减产,不得不过多地依赖施用化肥、农药和激素化学品投入。农业资源开发利用和保护技术落后,农业资源不合理利用,浪费和破坏现象严重,形成恶性循环。
种植业与养殖业闭环生产,系统间物质循环割裂、能量高耗、资源浪费。对种植业对种养结合的重要性认识不够,同时种植业发展缺乏对畜禽粪便有效利用的考虑。受传统粮食安全影响,传统农业生产以粮为纲,往往强调以单一谷物生产为主,生产过程以品种和精耕细作提高单产[3-4]。20世纪60年代引进和使用速效化肥、农药等投入品后,种植业为增加产量而盲目地大量使用化学肥料,有机肥投入量逐年减少。受市场经济影响,农民种粮积极性不高,延续了4 000多年的种养业循环模式被打破[19]。传统畜牧业是以家庭分散养殖为主,养殖饲料投入以农业生产和生活富余物为主。随着人们对肉制品及蛋白质市场需求增长,畜牧养殖向规模化、专业化方向发展,对发展我国经济、提高城乡居民生活水平作出了较大贡献。受利益驱动,过分追求数量增长,片面追求养殖规模。没有根据养殖对象的生物学特性,运用生态学、营养学原理来指导养殖生产,未将养殖产品质量放在首位,养殖业产生的废弃物远远超出周围自然环境的消纳容量。
传统种植业与养殖业资源环境承载力超标,对自然生态系统干扰严重[20]。农业是一个生态系统,具有一定的自净能力,土壤和水体是一个半稳定状态的生态体系,对外界环境条件的变化和外来的物质有很大的缓冲能力和自我净化能力。在自然净化过程中,当外来物质进入数量和速度超过了土壤净化能力时,就会破坏自然动态平衡,土壤和水体自身会遭受破坏[21]。我国是一个人口众多的国家,化肥、农药在粮食生产中占有重要的位置。种植业生产过程中盲目过分依赖化肥、农药投入,未能根据作物需肥规律、土壤供肥性能、肥料效应及土壤、水体及大气的承载力,造成超出周围自然环境的消纳容量[22]。传统养殖业采用粗放式管理,盲目追求数量和高产,未把动物养殖与环境保护紧密结合,对畜牧生存环境与人类健康协调重视不足,养殖密度过大,养殖容量和环境控制手段落后,畜禽粪便产生量及单位面积的负荷量约有20个省超过本省50%环境容量[24]。动物药品使用混乱,药物残留和病害问题严重。集约化养殖粪污造成土地承载量日益加重,缺乏消纳畜禽粪便的农用地,畜禽粪便氮素耕地负荷报警值居全国首位[25]。农田化肥、农药超标,养殖业承载力过高,污染严重,呈现双向超标。
农业生产中长期重开发、轻保护,致使农业生态环境破坏日益加剧[26]。化肥、农药等农化产品不断大量投入,虽然消灭了病虫害,短期内提高了粮食产量,带来了农业增产,但长期和大量施用化肥,会增加土壤溶液浓度影响作物生长[27],同时土壤中也形成大量无机物残留,土壤质量不断退化与恶化,影响土壤理化性状,土壤通透性降低,土壤板结、酸化严重。土壤生物种类减少,生物多样性丧失,肥力下降,土壤生态环境遭受破坏加重,增加土壤重金属污染风险[28]。农药大量施用后,造成农药残留或深入地下水,对水源也造成污染。农田不合理的灌溉导致土壤盐碱化、水体富营养化[29-30]。畜牧养殖业的粪便排放已经成为我国影响最大的污染排放源之一。养殖场规划布局不合理,养殖户缺乏环保意识,分散式畜禽养殖,监管力度小,重发展、轻监管,污染处理水平低,缺乏粪污消纳渠道[31]。畜禽粪污集约化养殖中产生的大量畜禽粪便没有成规模的可供消纳的种植基地,距离农田较远,中转距离成本高,加之农田生产的季节性,粪污超标排放对水体、土壤及大气环境造成的生态破坏和环境问题日益突出,直接危害畜禽生产和人体健康[32]。
化肥农药导致农产品有害化学物质残留超标,通过食物链危害人类健康。随着我国国民经济的发展,国民生活水平不断提高,人们对农产品从量的追求转向对农产品质的需求,对绿色有机天然的农产品需求越来越重视。农药残留是影响我国蔬菜和果品质量安全的主要因素[33],而通常残留的农药种类主要为杀虫剂[34]。作为主要粮食作物的水稻常由于不合理使用农药,其农药残留超标,无法达到国家规定的食品安全标准[35]。养殖户对饲料添加剂食品安全意识不强,养殖业中为了短时间内提高畜禽的生长速度,增加畜禽体质量,大量使用兽药和激素,甚至使用违禁药物、使用重金属、激素超标的饲料添加剂,给养殖业和人类安全造成巨大的风险[36-37],严重影响农产品的质量和市场竞争力[38]。
农业发展面临农产品价格封顶、生产成本抬升、资源环境约束加剧等挑战,迫切需要转变农业的经营方式、生产方式和资源利用方式[39]。推动传统农业向现代农业转变,加快农业结构转型是经济社会发展的必然选择,也是促进农业增效、农民增收的客观要求[40]。2016年中央一号文件强调推动农业绿色发展。绿色农业指充分运用先进科学技术、先进工业装备和先进管理理念,以促进农产品安全、生态安全、资源安全和提高农业综合经济效益的协调统一为目标,以倡导农业标准化为手段,推动人类社会和经济全面、协调、可持续发展的农业模式,发展绿色农业是推动农业转型升级和提质增效的重要途径。
禽粮耦合是应用系统生态学理论,遵循循环农业发展理念,通过合理配置资源,促进系统内物质、养分和能量合理流动,促进农业转型升级,建设环境友好型农业的绿色生产方式,在节约资源、保护环境的同时发展现代农业,遏制农业污染和生态破坏,在全社会倡导资源节约的增长方式和健康文明的消费模式,使资源得到最佳配置,废弃物得到有效利用,环境影响降低到最低水平,实现农业经济效益、生态效益和社会效益的协调统一,通过为养而种、为种而养方式实现的新型禽粮耦合生态模式。
3.2.1 为养而种 集约化养殖实现健康养殖,必须解决粪污资源化循环利用。在推进“禽粮耦合”农业发展模式过程中,“为养而种”是防止畜禽粪便过量产出增加环境压力,从种养系统中物质循环的角度合理规划养殖规模。合理选择畜禽粪便资源化利用方式对促进种养系统间物质养分良性循环起着至关重要的作用。目前,畜禽粪便资源化利用方式主要有畜禽粪便能源化、饲料化、肥料化等。能源化是进行厌氧发酵生产沼气,为生产生活提供能源,同时沼渣和沼液可作为有机肥料和饲料[24]。饲料化是利用畜禽粪便中未消化的蛋白质、B族维生素、矿物质元素、粗脂肪、碳水化合物和氨基酸等,经过加工处理制作成畜禽饲料或鱼类饵料[41]。肥料化是畜禽粪便经生物发酵无害化处理后还田,是目前畜禽粪便资源化的最主要方式,可以培肥土壤,促进作物生长,提高产量和改善品质[42]。通过“为养而种”模式能够避免粪便资源化浪费,有效缓解养殖业对环境污染、降低环境风险,促进绿色农业转型的发展。
3.2.2 为种而养 化学农业生产片面追求产量,耕地受到化肥、农药等化学物质过量累积和侵蚀影响,土壤生物多样性丧失,肥力下降,土壤板结,生态环境遭受破坏,农作物生产力和品质下降,导致的水体面源污染和大气污染的次生灾害,影响农业可持续发展[43]。养殖业本质上是动物经过驯化圈养方式,畜禽本性具有自我觅食特性,其中鸡鸭等小型禽类,可以经过一定适应性训练,适合野外农田生存,达到家禽农田外化,进行除草、除虫、松土,增加农田生物多样性,同时畜禽粪便还田达到资环化循环利用,减少化肥、农药、饲料、激素等化学物质对农产品品质的影响。因此“为种而养”的生产方式,能够增加土地肥力,改善土壤板结现象,把种植业与养殖业有机结合在一起,遵循自然生态,同时对农田生态环境达到保护和修复,发展高品质附加值农业,实现农业绿色转型。
3.3.1 资源循环化利用 资源循环化利用以资源利用最大化为目标,对农业生产过程中所产生的有机废弃物,通过生物技术回归农业生态系统,重新成为可利用的资源。禽粮耦合可深度利用水分、土壤、光照、温度等自然资源,提高土地立体空间利用率,提高综合产出效率,对土壤污染耕地和盐碱地等有改良和修复作用。畜禽粪尿经过土地的吸收变废为宝得到资源化利用,净化环境,改善畜禽养殖的生态条件,畜禽发病率、死亡率下降,生产性能得到提高。通过构建科学的种植业和养殖业循环体系,将种养业废弃物资源进行循环利用,让牲畜与作物之间形成供给关系,相辅相成的同时,提高资源利用率。
3.3.2 促进生态系统稳定 禽粮耦合系统资源承载力适合,物质、养分和能源流动合理,有利于调整种植业与养殖业的结构比例,使农业系统达到最佳优化状态。种植业与养殖业结合,增加了农田有机肥的投入量,实行有机与无机相结合,减少无机肥及农药的施用量,增强农作物的抗旱、抗冻和抗病虫能力,促进农作物生长和改良土壤,极大地解决了因长期大量使用化肥而造成的土壤养分失衡、结构破坏、水体污染等问题,提高了农产品品质,使自然界和人、动植物以及微生物处于一个共生和谐的良性生态环境。同时养殖业、种植业的耦合发展,形成种养加一体化的生态农业综合经营体系,提高农业生态系统的综合生产水平。实行种植养殖相结合,提高农业生态系统的自我调节能力,最终达到经济、生态、社会效益高度统一。
3.3.3 培育绿色安全农产品 农产品质量安全是重要的民生工程,从生产源头提升农产品质量安全水平和优质农产品比重是重要的途径。当前农业过度依赖化肥农药与大型农机具,消耗大量不可再生能源,威胁生态平衡,原本能够共生的动植物,逐渐消失甚至灭绝,土地肥力流失、土壤板结等现象愈发严重,这些都威胁着农业的可持续发展,因此要保证绿色农业的发展,必须推动农业转型。禽粮耦合创造了不利于病虫草害孳生和有利于各类天敌繁衍的环境条件,防止其对生产食品的污染,确保绿色食品的质量,保持农业生态系统的平衡与生物多样性,起到防治病虫害的作用,减少各类病虫害所造成的损失。养殖业中禽粮耦合构建,使得养殖场规划布局合理,畜禽粪便资源利用,畜禽生长环境卫生健康,增加肉类绿色农产品供给。禽粮耦合模式达到了相互依存,相互促进,实现了粮—畜—肥—粮的良性循环,为社会绿色农产品供给增加重要保障环节。
党的十八大提出生态文明发展理念,2017年中央一号文件指出要深入推进化肥农药零增长行动,开展有机肥替代化肥试点,促进农业节本增效。十九大指出加快生态文明体制改革,建设美丽中国。禽粮耦合生态模式在一定程度上推进了农业发展,在解放劳动力、提高生产效率的基础上,降低生产成本,实现粮禽增产、农民增收。对提高农业资源的利用率和改善农村生态环境,发展农业循环经济起到了一定促进作用,可以说禽粮耦合符合我国基本国情,响应了国家绿色发展理念。禽粮耦合绿色生产模式有利于实现现代农业优产、高质、速效、环保、绿色;促进现代农业生产向生态化、优质化、高效化方向发展,实现口粮绝对安全的发展目标。
农业废弃物是放错位置的有机资源,畜禽养殖中产生的粪污造成环境污染完全是人为因素造成,必须加快转变农业发展方式,节约土地资源,保护耕地和生态环境,才可能实现农业的有序发展。禽粮耦合促进种植业与养殖业之间物质、能量流动,通过将种、养进行科学、高效、有机结合,实现农业生产过程废弃物就地消纳,改良土壤,培肥地力,提高耕地质量,实现藏粮于地,支持化肥农药减量增效,降低农业生产活动对环境的有害影响程度,促进农业生态环境平衡。禽粮耦合利于实现农业废弃资源循环化利用,实现保育土壤,发展健康养殖,增强农业可持续发展能力。
绿水青山就是金山银山。农业科技进步是农业投入品减量高效利用、废弃物资源化利用、产地环境修复等制约农业绿色发展的关键环节。在工业化、城市化加速发展以及资源整体匮乏现况下,遵循循环农业生产的禽粮耦合生态模式,有利于打造种养匹配、生态循环、环境优美的田园生态系统,加强生态环境保护,实现尊重自然、顺应自然,增加生物多样性,推进绿色防控,对确保我国可持续发展的道路具有一定的意义与作用,有利于解决生产与保护的资源环境承载合理分配,有利于促进农业资源环境承载能力监测与预警,形成重视先进技术的创新与研发,促进科技支撑在农业发展领域的布局,禽粮耦合模式是绿色农业转型的发展必然趋势。
品牌化是传统农业向现代农业发展的必由之路。禽粮耦合有利于推行综合防控和减量化生产,确保产品质量安全。有利于培育新型生产经营主体,发展分散式小农经济和集约化大型种养基地,促进综合利用企业与农民合作社等新型经营主体有机结合,优化产业布局,拓展农业产业链,增加农业产品附加值,提升农业的生态价值、休闲价值和文化价值,扩大绿色食品发展规模,发展有机农业和有机农产品,提升优势农产品品牌影响力、号召力和竞争力。
农业结构转型是经济社会发展的必然选择,我国是以农业为主的人口大国,属于发展中国家,改革开发以来,扶贫一直备受国家重视,7亿农村贫困人口摆脱贫困是党新时期的重大攻坚任务。产业扶贫,科技先行,精准扶贫进入攻坚阶段,增加农技推广服务供给,依靠科技进步支撑贫困地区发展特色优势产业,是带动贫困户脱贫致富的有效途径。禽粮耦合是实现脱贫致富最有效、最根本的措施,根据各地资源禀赋、环境容量,挖掘资源,通过不同资源配置,推进一二三产业融合,实现结构转型,助推特色优势产业发展,为脱贫攻坚提供科技支撑。
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