生态农业系统物质能量循环利用与案例分析

梁吉义

一、生态农业系统物质能量循环利用的内涵

生态农业系统物质能量循环利用是一种新型种养加循环利用模式，是将种植业、畜牧业、渔业等与加工业有机联系的综合经营方式，是利用高新生物技术、物种多样化微生物技术，将精准农业、智慧农业、信息农业与传统种养农牧融合为一体，在农、林、牧、副间形成一种生态链条良性循环系统。按照3R原则——减量化（Reduce）、再利用（Reuse）和再循环（Recycle），有效解决农业生态环境污染问题，优化农业产业结构，节约农业资源，提高农业产出效果，打造新型的物质能量多层次循环利用的农业生态系统，从而增加农产品的生产数量，提高农产品的品质和营养，造就一个良性的生态环境，实现农业变强、农民变富、乡村变美。可以说生态农业系统物质能量循环模式是发展高产、优质、高效生态农业的必由之路，是实现农业可持续发展的必然要求。

二、生态农业系统物质能量循环利用发展的意义

1. 节约化肥，降低农业生产成本，治理农业面源污染

中国是一个农业大国，有9亿多农民。农业生产每年消耗的化肥量高达6 000万吨，平均每亩农作物化肥施用量21.9千克，远远高于每亩8千克的世界平均水平，是欧盟的2.5倍、美国的2.6倍。盲目过量施用化肥不仅造成耕地板结、土壤酸化，水质富营养化，而且浪费资源，增加生产成本。实施生态农业物质能量循环利用，可节约大量的化肥，降低农业生产成本，改善土壤结构，培肥地力，治理农业面源污染，生产大量绿色有机农产品。

2. 变废为宝，治理畜牧业粪便污染，改善农村居民的生产生活环境

中国农村养殖业已由过去农民一家一户分散饲养，逐步转变为规模化饲养，目前规模化养殖水平已达到60%以上。每年产生的畜禽粪便约38亿吨，其废弃物已成为农业面源污染的主要来源。据调查，一个年出栏万头猪的规模化养殖场每年产生固体粪便约2 500吨、尿液约5 400米3，其利用率却不到10%。如果实施生态农业物质能量循环利用，把畜牧业产生的粪便等废弃物有效利用，不仅改善农村居民的生产、生活环境，重塑田园美好风光，而且提高农业生产的产量、质量，增加农业收入和农民收入，是一举多得的好事。

3. 减少农民外出打工，就地解决农村劳动力就业

随着城市化不断发展，大量农民外出打工，据国家统计局发布的《2018年国民经济和社会发展统计公报》显示，2018年全国农民工总量28 836万人，其中外出农民工17 266万人，本地农民工11 570万人。一些偏远地方和山区农村出现“空壳村”，青年人离开农村进城打工，剩下妇女、儿童和老年人留守，出现农耕地撂荒。实施生态农业物质能量循环利用，延长农业产业链，生产绿色有机农产品，可以增加农业收入和农村劳动力就业岗位，解决了谁来种田和建设社会主义新農村劳动力问题，是农村发展的长远大计。

三、生态农业系统物质能量循环利用模式

1. 种植-养殖-加工一体化物质能量循环模式

这一模式是将种植、养殖、加工组成一个物质能量循环系统，形成一个有机整体。通过种植农作物（玉米、谷子、高粱等），将农作物生产的粮食、秸秆发展畜牧业，再将发展畜牧业畜禽产生的粪便进行科学处理作为肥料发展种植业（农作物），完成物质能量多级循环利用，同时，也可将种植生产的粮食进行加工，加工产出的下脚料用于发展畜牧业饲养畜禽。如黄豆加工成豆腐，豆渣用来喂猪，猪粪用于种植农作物，也可将猪粪投入沼气池，经过气化处理后，产生的沼气用于农户烧饭、照明，沼肥用于种植农作物等。

在实施这一模式过程中要充分发挥和整合当地种植资源（农作物）、畜禽资源（猪牛鸡等）、加工资源的优势，大力发展种植-养殖-加工生态循环农业，延伸农业产业链，提高农业生产价值，促进循环经济发展，推动产业集群升级，打造具有地方特色农产品品牌，提升当地农业经济实力。

2. 畜牧养殖业畜禽粪便综合利用物质能量循环模式

这一模式是围绕畜牧养殖业产生的畜禽粪便资源化逐级合理有效利用，应用畜禽粪便沼气工程技术、畜禽粪便高温好氧堆肥技术，解决畜禽粪便污染环境和资源浪费等问题，实现废弃物零排放，优化农村生态环境。构建“养殖-畜禽粪便-沼气工程-沼渣、沼液-种植业，沼气-燃料-民用”物质能量循环系统，就是把养殖场畜禽产生的粪便和冲洗的污水经过预处理后进入沼气设备发酵，经厌氧发酵产生沼气、沼渣和沼液。沼气用于农户照明、烧饭，沼渣和沼液作为肥料用于周边蔬菜、林果、农作物种植，全部还田资源化利用。构建“养殖-畜禽粪便-有机肥-种植业”物质能量循环系统，就是对养殖业畜禽产生的粪便进行集中收集、集中处理，生产有机肥，用于种植业。通过上述物质能量循环链和产业链创新，从而生产出清洁能源和有机肥料，促进养殖业、种植业的可持续发展，有效解决农村养殖业带来的环境污染，改善农村居民生产生活环境，造就良好的生态环境。

3. 种植业农作物秸秆资源综合利用物质能量循环模式

这一模式围绕种植业生产的农作物秸秆资源进行综合开发利用， 推广饲料化、肥料化、基料化、原料化、燃料化等利用方式。构建“农作物秸秆-气化-燃气”物质能量循环系统，是把农作物秸秆通过沼气池气化后产生沼气，沼气作燃气用于做饭，沼渣、沼液作肥料用于种植农作物。构建“农作物秸秆-饲料-养殖-种植”物质能量循环系统，是把农作物秸秆合理处理用于发展养殖业的饲料，主要是利用富含营养成分的花生、豆类等秸秆，以及番薯藤蔓、玉米秸、甜菜叶等加工制成氨化、青贮饲料，发展养殖业，养殖业的粪便用于发展种植业。构建“农作物秸秆-肥料-种植”物质能量循环系统，是把农作物秸秆作肥料，通过过腹还田、腐熟还田和机械化粉碎还田等方式利用，不仅可增加土壤有机质含量，提高耕地质量，弥补磷钾肥投入不足，减少化肥施用量，生产出绿色有机农产品，还可净化环境。总之，通过农作物秸秆资源化利用，可以有效解决农作物秸秆焚烧带来的环境污染和资源浪费问题，促进生态农业的可持续发展。

四、生态农业系统物质能量循环利用案例

1. 宁海县打造生态循环农业三级模式案例

近年来，浙江省宁海县坚持“生态立县”的指导思想和农业发展战略，建立了10万亩生态循环农业示范园区，打造出“点上小循环、区域中循环、县域大循环”生态循环农业三级发展模式。他们的主要做法和经验是：

①抓好生态循环农业建设的重要环节

一是科学规划。该县在“十一五”规划中明确提出要建设生态循环农业示范区，打造宁海湾循环经济示范区和浙江东海岸农业循环经济示范区两大园区，推进10大循环经济重点项目建设，创建30家清洁生产示范企业，培育3类资源综合利用企业等战略目标。

二是县委、县政府重视。该县从2007年开始，县委、县政府就将生态循环农业建设项目多次列入县重点工程，5年直接投资4.5亿元，支持发展生态循环农业的产业基地、生态养殖小区、大中型沼气工程等重点项目。

三是机制保障。该县县政府出台了《关于促进生态循环农业发展的若干意见》，每年安排600万元财政专项资金，支持生态循环农业发展。

②抓好生态循环农业发展的基础

一是土地流转。自2001年起，全县流转耕地22.83万亩、林地34.1万亩，分别占全县耕地面积的67.4%、林地面积的21.05%。土地资源的适度规模经营，为促进生态循环农业发展奠定了基础。

二是培育龙头企业，带动生态循环农业发展。目前全县已建立宁波市级以上农业龙头企业27家，农民专业合作社250家。企业大力推广集“贸、工、农”于一体的“订单（市场）+公司（合作社）+农户（农民）”的产业化经营模式，建立了1 000亩以上农场和林场22个、500～1 000亩农场和林场33个，构建了茶叶、柑橘、竹笋、蔬菜、西瓜、土鸡等6大主导产业，有效带动了县域生态循环农业发展。例如：宁海县绿丰生态有机肥有限公司，是一家以畜粪为主要原料的有机复混肥加工企业，年生产有机复混肥半成品能力3万吨，解决了全县9家规模牧场粪便问题，同时在全县分片建立了5个养殖散户畜粪收集加工点，年收集粪便2.5万吨，有效解决了全县50～500头分散小规模养殖户畜禽粪便难处理的问题，还研制出了柑橘、蔬菜、水稻等多种专用有机肥。宁海县利丰牧业有限公司是一个集饲养、加工和销售于一体的奶牛生产民营企业，公司利用农业主产区的农作物废弃物，饲养荷斯坦奶牛850头，年消耗青饲料9 000余吨，使园区生产基地70%～80%的废菜叶、稻秆、黄豆秆等种植业秸秆得到有效利用，实现了种植—养殖—有机肥料—种植的物质能量循环，净化了农田生态环境，解决了秸秆焚烧污染问题。宁波天虹再生资源有限公司等，把公司区域范围的农用瓶、罐、薄膜等废弃物回收加工利用，回收率达到98.2%。宁海县三禾生物质能源有限公司等，将全县种植基地所产生的12万吨农作物秸秆集中回收粉碎，制作成秸秆粉末作为有机肥加工辅料、秸秆煤、食用菌培养料等，秸秆资源循环再利用率达到95%以上。

三是抓好沼气综合开发。全县采用“联户共建”形式，建成沼气池397座，总容积达到23 500米3。据调查统计，506座沼气池每年厌氧发酵处理尿液冲洗水47.33万吨，削减COD 4 969.65吨。20 385米3沼气池每年产沼气192万米3，沼气用户达到2 100余户。

③打造生态循环农业三级模式

一是以点带线，建设以企业为重点的内部小循环。在企业内部开展从源头到生产过程的清洁化、减量化生产。采取农牧业相结合的方式，实现畜禽粪便加工还田、沼气工程、秸秆过腹还田等资源循环利用。

二是以线促片，建设以互利为纽带的区域中循环。以建立“种、养、饲、加”一体化的生态循环农业模式为目标，构建了中小型畜禽养殖场沼气工程、畜禽粪便资源化利用、物质能量多级循环利用、农作物秸秆利用等资源循环利用发展模式，以及农业废弃物-奶牛养殖-有机肥加工-农作物；畜牧养殖-粪（肥）-有机复混肥-瓜果菜等生态农业物质能量循环模式，使全县农产品加工转化率和农产品出口创汇率分别达到60%以上。

三是连片成面，建设以园区为载体的县域大循环。按照“蓝色东部”和“绿色西部”的生态产业发展格局，大力推进连片成面生态循环农业建设，实现县域联动大循环。

综上所述，宁海县大力发展生态循环农业三级循环模式，使全县农村清洁能源利用率达到85%以上，主导农产品标准化达到85%以上，全县稻谷、蔬菜、茶叶、水果、毛竹等农产品中有机、绿色和无公害农产品种植面积达到40万亩以上，创建了一大批农产品知名品牌。

2. 广西壮族自治区西江水系生态农业物质能量循环模式案例

2016年以来，广西农业厅环保站在西江水系“一干七支”沿岸实施生态农业产业带建设试点工作，经多年的研究、试验、示范、实践和总结建立了“猪+沼+果+灯+鱼+捕食螨+水果套袋+黄板+生物有机肥”生态循环农业模式。

这一模式由养猪、沼气池、养鱼、果树、诱虫灯、捕食螨、水果套袋、黄板、生物有机肥、生草栽培等要素组成，构建了一个相互联系、相互作用、物质能量相互转换的生态循环农业系统有机整体。在区域布局中，对系统中的各个要素进行合理组合，空间合理布置，形成要素之间相互连接的生态链和物质能量循环链。通过系统生态链和物质能量循环链的创新，建设生态循环农业，实现经济高效、生态良性循环，种植业、养殖业的可持续发展。

在这一模式的构建中一般一户农家庭院建一个8米3沼气池，与厕所、猪圈相連接，形成一个闭合循环系统。圈内养4～6头猪，将猪的粪便排入沼气池，发酵后产生沼气作为农户生火做饭用气，沼渣和沼液作为果树的有机肥，构建起一个猪-沼气、沼渣和沼液-果树的物质能量循环系统。

同时，在这一模式中再嵌入一个新的生态循环链，拓展增收渠道，即在果园内建造一个下挖式砖体结构，深1米，形状一般为长方形，面积约10米2的养鱼池，鱼池设有上下排水管，池底放一定数量的瓦筒、瓦坛等作洞穴。在每年4～12月，分三批养殖塘角鱼或杂食性鱼类，每批放养800～1 000尾。在水田改建成的果园，开挖行沟养鱼，一般每亩放养2 000尾。在鱼池或果园行沟上方固定安装诱虫灯，诱杀果树害虫，作为养鱼的补充饲料，鱼池养殖的水葫芦入沼气池，做沼气池的原料，实现生态农业物质的多级循环利用。

在果园合理布置安装诱虫灯、黄板诱杀害虫，芸香科类果树园可合理应用天敌捕食螨，或采用水果套袋等生态技术，防治病虫害，减少农药的施用量，生产无公害果品。

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