北方农牧交错区生态循环农业发展模式路径研究——以河北省承德市种养废弃物资源化利用模式为例

陈柏旭，王立刚，张梦璇，盖 浩，周 颖

（中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081）

0 引言

中国是农业大国，随着农业生产的规模化和产业化不断发展，农业废弃物的地域性、时间性和结构性过剩现象凸显。初步统计，国内每年秸秆产量约达到9.0×1011kg[1]，畜禽粪污约产生3.8×1012kg[2]，而秸秆和粪污的综合利用率和无害化处理率分别不足60%和50%，有相当一部分农业废弃物被就地掩埋、焚烧，这不仅是生物质能源的巨大损失，还大大加剧了农业面源污染的风险。众所周知，农业环境的优劣是农产品质量的重要保障，农业废弃物的不当处理也间接威胁人类的健康安全[3]。为此，通过农业废弃物资源化利用来促进农业产业生态化转型，推动绿色农业发展模式是实现农业供给侧改革和乡村振兴的重要战略。同时，《水污染防治行动计划》、《土壤污染防治行动计划》和《畜禽规模化养殖污染防治条例》等相关政策法规的相继出台，规范了国内种养废弃物资源化模式的前进方向，为农业生产方式的生态化转型指明了方向。

种养结合是种植业与养殖业密切结合的生态农业模式，是农业废弃物资源化利用的关键，是将养殖产生的粪污作为种植的肥源，种植业为养殖业提供饲料，并消纳养殖业废弃物[4]，是物质和能量在种植业和养殖业之间进行转换的循环农业[5]。相对于种养结合下的农业废弃物利用模式而言，国内现阶段多集中于对畜禽养殖粪污废水处理或种植业秸秆再利用等单一方面的研究，种养结合产业链之间的链接关系、物质流动特征、生态系统动态规律等方面的研究尚有不足[6-8]。为完善种养结合下的农业废弃物再利用体系，更加深入研究国内农业废弃物资源化利用模式，验证农业废弃物处理政策在地方的实施效果，笔者对河北省承德市农业模式进行实证分析，探索种养结合下的农业废弃物内在关系，对其未来的农业发展方向提出建议，旨在推动种养废弃物处理相关政策体系的优化改良和指导不同地区打造符合自身的废弃物利用模式。

1 国外种养废弃物综合利用模式与经验

国外对农业废弃物的资源化利用和配套的循环模式进行了多方面的研究，通过调查农民是否具备环保意识和投身环保事业的行为[9-10]，政府是否采用因时因地制宜的法律保障和财政制度[11]，是否积极开发和引进高科技的废弃物处理技术和设备等方面，来衡量自身的农业废弃物回收利用程度[12-15]。纵观国外在农业废弃物资源化利用方面的做法和经验（表1），发现各国在农业废弃物资源化方面具有共性，对中国打造合理的种养废弃物资源化利用模式、推动农业生产方式的生态化转型主要具有3点借鉴意义：（1）将种养废弃物作为一种可再生资源，重视其开发和利用；（2）从立法和政策2个方面，加大废弃物资源化利用的保障和支持；（3）从科技创新和产业化发展层面，大力推进废弃物再利用产业市场化进程。

2 承德市现代农业发展概况

2.1 承德市农业发展概况

2.1.1 农业区位和自然资源条件 承德市地处河北省东北部，背靠蒙辽，南近京津，是京津冀都市圈的主要组成部分之一，是华北、东北和内蒙古三大地区的过渡地带[16]。承德市境内地形复杂，素有“八山一水一分田”之称，整体地势由西北向东南下降。在气候方面，由于受到地理因素影响，承德市属温带大陆性季风气候，冬季寒冷干燥，夏季高温多雨，年均温5.9～9.0℃，无霜期在127～155天；年降水量450～850 mm，多集中于七八月，能够满足多重农作物雨热同期的生长需求[17]。

2.1.2 农业产业发展情况 承德市是河北省种植业与畜禽养殖业的重要产区之一，常年粮食作物种植面积2.76×105hm2，占河北省粮食种植面积的23.68%；市内畜禽存栏量超过2420.4万头（只）[18]，第一产业占全市生产总值的18%。随着城市化进程的加快，承德市已成为河北省乃至京津冀地区农副产品主要供给承担者之一，2018年全年粮食总产量1.4×109kg，占河北省总产量的26.44%[19-20]。2018年河北省农作物秸秆合计4.3×1010kg，承德市秸秆产量在河北省9个城市中处于第8位，占全省农作物秸秆总产量的4.52%（图1）[21]。与此同时，随着社会经济的不断发展，一二三产业不断融合[22]，以农业观光为主的旅游模式逐渐兴起，承德市依托现有的资源和游客基础，在休闲农业与乡村旅游方面取得了显著成效。2019年全市共接待中外游客8271.09万人次，其中休闲农业累计接待游客1017万人次，占接待总旅客的12.3%；营业收入达到24.8亿元，占全市旅游收入的2.4%[23-24]。

表1 发达国家废弃物资源化利用的做法

2.2 承德市农业存在的主要问题

2.2.1 种养业的空间分布不均导致资源利用率较低 随着物质需求水平的日益升级，人们对肉、蛋、奶等农副产品的需求量不断加大，养殖业在农业中的比重迅速提升。以禽类养殖为例，承德市家禽年存栏数从2014年的2935.3万只增加到2018年的2951.6万只；种植业的粮食播种面积则从2014年的2.95×105hm2下降到2018年的2.76×105hm2（图2）。

承德市农业农村厅统计显示，当前该市的种植业经营组织主体仍是以小农为主，并且将在未来一段时间内长期保持这种状态。到2019年底，承德市农民人均耕地面积约为0.5 hm2。根据《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》与《畜禽养殖业污染物排放标准》中指出的畜禽最佳土地承载力标准和家禽折合猪当量可知，3300 m2只能承载出栏50头猪当量产生的粪污养分，约等于1500只蛋鸡或3000只肉鸡。同时，规模化养殖场不能占用耕地，使得绝大多数养殖场分布在偏远地区，导致了养殖业与种植业空间布局上的进一步分离，养殖场周边没有足够的农田作为消纳地，直接限制了畜禽粪污的利用率[25]。

图1 2018年河北省各城市粮食与主要粮食作物秸秆产量

2.2.2 社会各界对种养废弃物资源化利用重视不足 近几年，承德市在种养废弃物的资源化利用方面虽然取得了一定的成绩，但总体治理工作尚未进入系统、全面的轨道，重建设、轻管理的现象也日益严重[26]；农业废弃物是一种错放的资源，由于部分社会企业和农业生产者，受自身知识水平制约，尚未发现其背后的诸多经济效益，导致废弃物的不合理排放，严重危害生态环境和人居环境；片面追究经济效益的掠夺式经营，忽视了良好的生态环境对经济发展的巨大推动作用，尤其是承德市这类旅游城市，生态景观优劣直接关系到当地支柱性产业的开发与建设。

2.2.3 农业生产的生态化转型技术尚不成熟 承德市废弃物资源化技术在国内起步较晚、技术相对落后。当前承德市农业废弃物处理以自然堆积发酵回田为主，因配套设施薄弱，缺少标准化管理，导致发酵不彻底、刺激性气味大、肥料烧苗等现象时有发生[26]，极大地降低了农民对有机肥的信任和施用；同时，种养分离的生产格局没有根本改变，市场上缺少专业的第三方服务企业提供废弃物资源化利用的基础服务，导致粪污需要农户自行贮存与运输，提高了种养废弃物资源化利用成本，降低了生产者的积极性。

3 承德市农业废弃物资源化利用模式实践

3.1 承德市推广种养废弃物资源化利用的做法

图2 承德市近五年来家禽年存栏数与粮食播种面积的趋势变化

承德市生态循环农业项目主要针对当地养鸡场粪污，联系周边自有农田及辐射合作区，采用种养结合的方式，实现粪污的就近消纳，提升土壤肥力，实现“一控两减三基本”的生态循环目标。带动周边产业，通过收购周边种植、养殖大户的秸秆和粪污，生产商品有机肥，用于项目周边种植基地和外销，实现以种养结合为中心的生态循环圈。通过农业废弃物的回收利用，建立从种植到养殖全封闭循环产业链条，形成覆盖核心区的循环系统，整体构建生态循环农业体系，推动资源节约型、环境友好型和生态保育型农业发展，实现农业可持续发展、标准化生产和高质量安全。

3.2 农业废弃物资源化利用的模式特征与流程

该模式整体思路是种养结合为主，废弃物的资源化利用为辅。在保障粮食生产和农民持续增收的前提下，提升废弃物的资源化利用率。通过遵循种养供需平衡原则，利用合理的生态种养布局，努力向“一控两减三基本”目标靠拢，以求推动当地农业发展方向和方式的转变，并辐射带动周边乃至整个河北省的种养模式，打造当代生态农业示范区，为京津冀农业带的共同发展起到良好带头作用。通过对废弃物再利用产业链的拓宽和延长，实现以养殖业和种植业为核心的生态圈有能力消纳其产生的农业废弃物，告别之前传统的“单一型、直线型”的农业生产模式。运用调整种植结构、推行良种良法和发展高效的废弃物资源化利用技术，在当地建立“生态种养→资源利用→日常使用”的农业循环链，实现当地农业向清洁型、循环型、综合型转变。

3.2.1 项目区农业生产整体循环流程图 目前，承德县的生态农业项目区共设计了2个“小循环”产业链、1个整体“大循环”产业链。

承德县项目区包括7处养殖场以及1处粪污处理中心周边的1200 hm2生态种植区，其中玉米种植933 hm2、蔬菜种植 133 hm2、果树种植 133 hm2。养殖业产生的粪污（总计2.91万猪当量，养殖粪便8.28万t/年）和收购的玉米秸秆（1.6万t/年）生产有机肥，并将其加工成商品有机肥出售给周边种植大户。玉米籽作为原辅材料用于加工鸡饲料供给种鸡场。在养殖业和种植业之间形成一个循环系统，如图3所示。

3.2.2 项目区内部“小循环”结构流程图 利用现有饲料厂和有机肥加工厂各1处，玉米籽年产16万t饲料，周边养殖场粪便6.28万t、外购粪便2万t生产有机肥3.99万t，其中2万t有机肥适用于1200 hm2的种养结合农田消纳基地，饲料全部用于养殖场来年饲养。该项目农田消纳地可消纳有机肥年产量的50%，养殖场可消纳全年的青贮饲料，如图4所示。

3.2.3 废弃物能源化、肥料化“小循环”结构流程图 该循环结合沼气工程发电，将粪便与污水固液分离后，液体进行厌氧发酵，所产生的沼气主要用于满足养殖场和居民区的能源需求。沼气发酵中产生的沼渣与沼液经过处理后与粪便、秸秆等经过现有肥料加工厂制成有机肥送至种植区域和市场销售，如图5所示。

3.3 技术要点

3.3.1 节水节肥节药 该项目的建成推动了节水农业和秸秆、粪污的还田利用发展。利用科学技术对农业污水进行无害处理，可使污水二次利用，控制农业用水总量，改良农田灌溉模式，实施高效的灌溉技术，实现农业生产的高效节水；废弃物的还田利用，做到有机与无机相结合以保障土地肥力，优化氮、磷、钾配比；同时采用测土配方技术进行精准施肥，并通过生物防治、物理防治等绿色防控技术，提高农药利用率，实现用量零增长。改进大田撒施等落后生产技术，减少化肥和农药的资源浪费和环境损失。

图3 承德市承德县生态农业“大循环”模式图

图4 种养结合核心“小循环”结构流程图

图5 废弃物能源化、肥料化“小循环”结构流程图

3.3.2 畜禽粪便、农业秸秆基本实现有效利用 立足于农牧不分家的布局理念，通过对种植业和养殖业的科学规划，在当地环境的粪污承载力和污染防治要求的前提下，使两者的废弃物生产和消纳能力维持相对平衡；采用源头减排和分类治理的现代化污染防治技术，推广秸秆还田、厌氧发酵，积极推进秸秆饲料化利用，加快农业废弃物再利用进程。

3.3.3 开发清洁能源 开展并推动沼气工程建设，将畜禽粪污和秸秆等废弃物通过分户收集、集中处理的方式贮存在沼气池，并利用厌氧发酵、干湿分离、电热联产处理等技术衍生的清洁能源为农户供暖供气，满足农户的日常能源需求，有效降低传统散煤在农村地区的能源地位，改善乡村人居环境。

3.4 效益分析

3.4.1 经济效益分析 该项目区通过相关财政补贴，吸引农企入驻，借助相关政策平台和自身技术突破以往传统单一或简单相加的农业生产模式，实现农业产业链的延伸，利用当地现有的条件，促进农业产业化结构由传统型向现代型转变。同时，运用测土配方技术、农业废弃物资源化利用和高效节水工程等绿色健康生产模式，使农民生产成本下降10%～20%，农产品实现增值10%～15%，也明显提升了农产品的质量水平，农产品优质率高达90%，增加市场占有率，实现农民收入同比增长10.8%。

3.4.2 生态环境效益分析 生态环境效益主要包括3个方面。（1）环境效益，该项目通过推进废弃物的资源化利用，推动废弃物还田，增强耕地的保水能力，提高土壤水分利用率，降低农业生产过程中对化学制品的依赖。建立科学合理的化肥、农药等施用体系，调整有机肥施用结构，提升施用效率，目前已实现项目区内化肥单位面积施用量减少40%。（2）生态效益，积极发展节水农业，注重农艺节水和节水工程建设并举，推广节水良种的同时加快高标准农田水利设施建设，实现农业生产节水30%以上。（3）卫生效果，通过对废弃物的收集、贮存处理，减少了因过去肆意排放而产生的恶臭，同时也极大地降低了致病细菌的传染，减少疾病发病率，保证乡村居住环境和村民的身体健康。

3.4.3 社会效益分析 自项目开展以来，当地社会效益总体呈现上升趋势。与工业项目相比，第一产业具有更大的容纳就业能力，该地充分发挥自身优势，推动以农业废弃物资源化利用为核心的上下游产业发展，为项目区内劳动力提供了更多的就业岗位；同时，相关企业的引进带动了当地的经济发展水平，电力生产和供应业增加值增长5.6%，为当地的农业生产规模化和农业基础设施的完善提供了可能；项目区内普及沼气工程，沼气设备的建设改善了过去废弃物乱排放引起的环境问题和疾病问题。沼气普及能极大满足农村居民的基本能源需求，使得清洁能源逐步代替农村地区的传统散煤能源，在2019年92家高新技术产业企业实现能源消耗增长16.3%，其中新能源增长占比高达52.2%。这一变革对改善农村环境和促进当地的可持续发展都具有重要意义。

4 结论

（1）通过推动相关法律法规的完善，承德市种养废弃物资源化利用模式已初具规模。农业废弃物资源化利用这一模式利用当地特有的农业资源，整合种植业与养殖业相关资源，实现农业生产的生态化转变。项目区利用先进的技术和管理手段，积极落实绿色农业技术扶持政策，加强对生态农业的政策支持和资金补助，调动广大农民农业环境保护意识和运用绿色生产技术的积极性，有效实现农业污染“防”在“治”前，为周边县市提供了科学有效的模式依据，为种养废弃物资源化利用模式在河北省乃至整个华北农业区的推广奠定基础。

（2）种植业和养殖业的简单相加或单一型的废弃物资源利用，已经不能满足当前农业废弃物处理要求。承德市生态项目在保证经济发展的同时，兼顾生态农业良性循环。坚持走生态循环农业发展方向，推动农业与先进科技有机结合，通过种养废弃物的饲料化、肥料化和能源化显著提升农业废弃物利用率，降低农村日常能源消耗，使当地农业生产从资源消耗型的粗放经营向高质量、高效益的规模集约型转变，进一步节约当地农业资源。以科技创新手段推进产业融合发展，为承德市循环农业发展注入新动力。

（3）承德市生态项目示范区加快推进一二三产业的有机融合，通过延长产业链相互融合发展，增加就业岗位，提升地方经济水平。同时，利用当地乡村景观中所蕴含的乡村美学、历史人文等为基础，打响承德农业品牌来推动地区经济发展，促进休闲农业和乡村旅游及其周边产业（餐饮、住宿）的发展，并以此为契机拉动当地经济和生态的进一步发展，使承德市成为生态农业产业集成的受益者。

5 研究展望

通过对承德市当前种养废弃物资源化利用模式进行梳理分析，依据《全国农业可持续发展(2015—2030)》等有关决策部署以及生态农业产业发展目标，提出种养结合的原则和依据，将承德市生态项目区树立为农业资源废弃物再利用模式的典型示范，为河北省乃至整个华北农业区农业废污处理提供参考。但种养废弃物资源化利用模式研究是一项科学而复杂的研究，今后还可从以下2个方面进行更深层次的探索。

（1）加强生态农业生产方式转变推动种养废弃物资源化利用力度。农业废弃物资源化是防治农业环境污染的重要解决办法，是推动生态绿色农业的必然要求，更是提升农民收入的社会需求。但地区的农业资源条件、社会协调能力和农民传统生产意识不同，农业废弃物资源化的方向和手段也大不相同。因此，需要进一步加快农业生产方式的生态化转变，实现农业废弃物资源化向集中化处理型、产业化延伸型和现代化技术型等方面进行模式转变，比较不同地区下的农业废物资源化利用的模式差异和规律特点，为制定符合各地情况的废弃物再利用模式提供实证参考。

（2）废弃物资源化利用的定量化研究。本研究虽然对承德市农业废弃物的基本特征、再利用模式和取得的成就做了系统了解，但是针对农业废弃物各利用模式内部之间的能量循环和物质流动等定量化研究缺少准确的判断，不能从生态经济学角度更全面地进行种养废弃物的优势研究。因此需要进一步明确农业废弃物资源化模式的量化研究方法，并根据不同地区的现有状况对废弃物资源化利用模式进行实施效果评价，以求更加全面准确地掌握不同地区废弃物资源化利用模式的优缺点，为国家和地方调整现行的政策战略部署提供科学依据和技术支持。