南方丘陵區(qū)循環(huán)農業(yè)發(fā)展問題的探討

蔡立湘，彭新德，紀雄輝，李明德

（1.湖南省農業(yè)科學院，湖南 長沙 410125；2.湖南省農業(yè)科學院科技情報研究所，湖南 長沙 410125;3.湖南省土壤肥料研究所，湖南 長沙 410125）

1 南方丘陵區(qū)循環(huán)農業(yè)發(fā)展的意義

1.1 循環(huán)經濟是21世紀經濟發(fā)展的主導模式

循環(huán)經濟的思想起源于20世紀60年代。1962年卡爾遜發(fā)表了《寂靜的春天》，告誡世人：人類目前選擇的發(fā)展模式，將給地球的自然生物、生態(tài)系統(tǒng)和人類本身帶來滅頂之災。后來，K·波爾丁首先提出了“循環(huán)經濟”的概念，他認為在人、自然資源和科學技術的大系統(tǒng)內，在資源投入、企業(yè)生產、產品消費及其廢棄的全過程中，把傳統(tǒng)的主要依賴化石能消耗的線型增長經濟，轉變?yōu)橐揽可鷳B(tài)型資源循環(huán)來發(fā)展的經濟。

考慮到人類面臨越來越嚴重的氣候問題及對全球未來可能產生的影響，世界氣象組織（WMO）和聯合國環(huán)境規(guī)劃署（CINEP）于1988年建立了政府間氣候變化專門委員會（IPCC），為聯合國和WMO的全體會員提供在全面、客觀、公開和透明的基礎上，評估與理解人為引起的氣候變化、這種變化的潛在影響以及適應和減換方案的科學基礎有關的科技和社會經濟信息。

20世紀90年代，隨著我國改革開放步伐的不斷加快，我國發(fā)展知識經濟和循環(huán)經濟的思想基本與國際同步，為了盡量避免重蹈發(fā)達國家先污染，后治理的覆轍，提高我國整體的資源利用效率，保護和改善生態(tài)環(huán)境，實現經濟和社會的可持續(xù)發(fā)展，《中華人民共和國循環(huán)經濟促進法》于2009年1月1日在我國正式實施。

1.2 循環(huán)農業(yè)是我國循環(huán)經濟發(fā)展的戰(zhàn)略重點

循環(huán)農業(yè)是循環(huán)經濟的發(fā)展理念在農業(yè)產業(yè)領域的一個具體化過程。人類活動最先直接影響到自然環(huán)境的是農業(yè)；農業(yè)的生產過程也是一個人類利用自然生態(tài)原理，進行再生產的過程。在農業(yè)生產過程中，應用循環(huán)經濟的原理和方法去完善農業(yè)的產業(yè)規(guī)劃和生產技術選擇及設計，去指導農產品生產和消費，在滿足社會日益增長的農產品消費需求的同時，實現農業(yè)的自然環(huán)境日益優(yōu)化、生態(tài)質量不斷升級的社會發(fā)展目標。

1.2.1 我國農村環(huán)境問題日益突出 突出表現為生活污染加劇，面源污染加重，工礦污染凸現，飲水安全存在隱患，呈現出污染從城市向農村轉移的態(tài)勢。農業(yè)四大生態(tài)環(huán)境問題形勢嚴峻。耕地數量劇減、質量下降，漁業(yè)環(huán)境惡化，草原破壞嚴重。根據2008年我國環(huán)境狀況公報，全國現有耕地1.22億hm2，比上年凈減少1.93萬hm2；現有水土流失面積356.92萬km2，占國土面積的37.2%。

地表水污染依然嚴重。200條河流409個斷面中，一類至三類、四類至五類和劣五類水質的斷面比例分別為55.0%、24.2%和20.8%。珠江、長江總體水質良好，松花江為輕度污染，黃河、淮河、遼河為中度污染，海河為重度污染。28個國控重點湖（庫）中，滿足II類水質的4個；III類的2個；IV類的6個；V類的5個；劣V類的11個。主要污染指標為總氮和總磷。全國近岸海域水質總體為輕度污染，四大海區(qū)近岸海域中，黃海、南海水質良，渤海水質一般，東海水質差。

全國受不同程度污染的耕地面積近2 000萬hm2；畜禽養(yǎng)殖、水稻種植、農藥與化肥施用以及農作物秸稈焚燒等活動還在向大氣排放大量的溫室氣體。據測算，農業(yè)源排放甲烷占我國甲烷排放總量的80%，氧化亞氮占我國排放總量的90%；在黃浦江流域畜禽糞便中COD、總磷、總氮等污染，占了全流域污染負荷的36%；2001年北京近郊畜禽養(yǎng)殖排放的有機物污染，相當于全年工農業(yè)生產污水和生活廢水中所含有機污染物的2～3倍。

我國目前是世界第一化肥、農藥生產大國、進口大國和消費大國，化肥的使用量達4 124萬t，平均施用量高達400 kg/hm2以上，遠遠超過發(fā)達國家的225 kg/hm2的安全上限，且利用率僅為30%～40%，每年造成超過1 000萬t以上的氮流失，直接經濟損失約300億元。每年農藥使用量達120萬t以上，有907萬hm2農田遭受到不同程度的農藥污染，農藥浪費造成的經濟損失約達150億元以上。僅淮河流域農田因大氣污染造成的損失每年就達1.7億元。而且污染對人體和農產品質量造成的損害，目前無法估量。

我國是世界上13個“貧水”國家之一，目前我國農業(yè)用水量占總水量的70%，灌溉用水占農用水的92%。同時，農用水浪費十分嚴重，作物大水漫灌和串灌現象相當普遍。在水資源奇缺的西部，667 m2耕地年灌水量可達1 600 m3以上。當今我國的農用水利用率只有30%～40%，個別省份僅為20%，耕地自然降水利用率僅為45%，單方水糧食生產率為1.0 kg左右。據調查，現在養(yǎng)殖一頭牛，排放的廢水超過22個人形成的生活廢水，喂養(yǎng)一頭豬產生的污水相當于7個人的生活廢水。發(fā)達國家農用水效率為70%～80%，單方水糧食生產率達2.0 kg。

目前，全國5 333萬hm2農田有效灌溉面積中，按低標準節(jié)水灌溉的近2 000萬hm2，只占36%。我國的玉米稈、麥稈、油菜稈、稻草、向日葵稈、棉稈和棉籽殼、稻谷殼、甘蔗渣等，年產量約7.8億t，堆放需占用大量土地，也給農村居民帶來許多生活不便。若將這些豐富的“綠色纖維”扔掉或焚燒，會污染環(huán)境；若將這些作物秸稈水解，至少可以生產飼料酵母、木糖、木糖醇、糖醛、糖醇等40多種化工產品，形成的產值，可能是現在第一產業(yè)的3～4倍，可促進我國以葡萄糖為基礎原料的生物化學產業(yè)的發(fā)展，還可為社會提供至少800萬～1 000萬個新的就業(yè)機會。新近國內外研究成果表明，作物及廢棄物用途廣泛。

1.2.2 我國循環(huán)農業(yè)發(fā)展難度大 一是耕地資源的制約。我國人均耕地面積僅0.1 hm2，不足世界人均耕地的一半，不到俄羅斯的1/8、美國的1/6、印度的2/3。同時分布極不均衡。人均耕地大于0.13 hm2的12個省（區(qū)），全國有近1/3的縣人均耕地低于0.053 hm2，低于聯合國糧農組織確定的警戒線。耕地質量不高。現有耕地中有607萬hm2屬于25°以上的坡耕地，有水源保證和灌溉設施的耕地只有5 237萬hm2，不到40%。耕地地力退化嚴重。全國30%以上的耕地受不同程度的水土流失危害。耕地負荷較重。我國耕地墾殖率平均為14%，北方地區(qū)高達32.6%，不利于耕地的休養(yǎng)生息和培肥地力；而世界平均的耕地墾殖率只有11%。

二是生態(tài)環(huán)境的制約。隨著我國經濟社會快速發(fā)展，特別是城市化建設步伐加快，農業(yè)生態(tài)環(huán)境問題日益突出。目前我國受鎘、砷、鉻、鉛等重金屬污染的耕地面積近2 000萬hm2，其中工業(yè)“三廢”污染的耕地1 000萬hm2。全國水土流失面積沒有得到有效遏制，僅水蝕全國每年就損失糧食18億～23億kg。全國受其他污染的農田已達330萬hm2以上，用受到污染的水灌溉導致的經濟損失，難以估算。另外，農業(yè)受大氣污染和固體污染物的影響也相當嚴重。

三是發(fā)展資金的制約。資金是循環(huán)農業(yè)發(fā)展中不可缺少的“血液”，尤其是在循環(huán)農業(yè)發(fā)展前期，必須有較大的資金投入和基礎設施建設，才能滿足循環(huán)農業(yè)發(fā)展的基本要求。目前，循環(huán)農業(yè)的實施者和受益者都是資金缺乏、信息閉塞、技術落后的農戶，不僅投資基礎薄弱，而且也無法滿足中長期循環(huán)農業(yè)發(fā)展對資金的需求。即使是“先行一步”的地區(qū)，也由于自身積累不足、地方公共財政收入及投入有限，難以對循環(huán)農業(yè)發(fā)展給予強力的資金支持，從而制約著循環(huán)農業(yè)的發(fā)展。

四是技術創(chuàng)新的制約。循環(huán)農業(yè)建設是一項復雜的系統(tǒng)工程，它需要包括農學、林學、畜牧學、水產養(yǎng)殖、生態(tài)學、資源科學、環(huán)境科學、經濟學、加工技術以及社會科學等在內的多學科知識的融合。科學技術創(chuàng)新的程度決定著循環(huán)農業(yè)發(fā)展的速度。而且循環(huán)鏈越長，所需要的技術就越多、越廣、越復雜、越精細。我國現有的技術無法滿足循環(huán)農業(yè)發(fā)發(fā)的需求；同時，現有的技術應用力度也十分有限。

五是農民素質的制約。農民素質是影響循環(huán)農業(yè)發(fā)展的關鍵因素。只有有文化、懂技術、會經營的新型農民，才能勝任循環(huán)農業(yè)發(fā)展的需要。我國目前的農村就業(yè)人口還沒有達到這個要求。據全國農業(yè)普查辦公室的調查統(tǒng)計，我國純農戶勞動力文化程度最低，受教育年限僅為6.23 a，文盲、半文盲所占比重高達14.8%。而我國農村勞動力中，接受過短期職業(yè)培訓的只占20%，接受過初級職業(yè)技術教育培訓的占3.4%，接受過中等職業(yè)技術教育的占0.13%，沒有接受過技術培訓的76.4%。

2 南方丘陵區(qū)循環(huán)農業(yè)發(fā)展的技術重點

與傳統(tǒng)的農業(yè)生產方式不同，循環(huán)農業(yè)以農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能量高效利用、物質的科學、充分循環(huán)為目標，按照“資源—農產品—農業(yè)廢棄物—再生資源”反饋式流程組織農業(yè)生產，使生產過程中上一環(huán)節(jié)所產生的副產品成為下一環(huán)節(jié)的“原料”，形成范圍大小不同、層次高低不同的循環(huán)利用途徑[1]。由此而對農業(yè)技術的創(chuàng)新與運用提出新的要求。從南方丘陵區(qū)自然條件看，“十二·五”或更長時期循環(huán)農業(yè)的發(fā)展，應在遵循“4R”原則的基礎上，著重解決以下三個循環(huán)層級的技術關鍵，構建南方丘陵區(qū)循環(huán)農業(yè)發(fā)展的技術支撐體系。

2.1 不同循環(huán)層級的關鍵技術

2.1.1 稻田系統(tǒng)循環(huán) 稻田生態(tài)系統(tǒng)是我國南方最重要的農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，也是該區(qū)循環(huán)農業(yè)發(fā)展最基本的“循環(huán)”單元。然而該區(qū)域近年農業(yè)生產投入高度依賴于化肥，大量的稻草被露天堆放、廢棄或就地焚燒，一方面，造成資源浪費和生態(tài)環(huán)境破壞；另一方面，也阻斷了以秸稈為紐帶的稻田生態(tài)系統(tǒng)中物質和能量的正常循環(huán)。據初步調查，2008年湖南省稻草直接還田量只有39.7%。同時，在生產過程中稻田還產生CO2、N2O等溫室氣體以及化肥、農藥等污染物排放。因此，稻田系統(tǒng)物質循環(huán)，關鍵在突破稻草等秸稈的資源化利用技術，直接或間接還田，通過稻草的循環(huán)利用，形成新的稻田生態(tài)系統(tǒng)內物質與能量循環(huán)鏈。同時，加強水稻固碳栽培技術、稻田復合系統(tǒng)生物多熟種植與光熱資源周年高效循環(huán)利用技術、地力保育技術、污染物生物消減技術等的研究，從而建立起配套化、規(guī)范化的稻田循環(huán)生產技術體系。

2.1.2 稻田系統(tǒng)外循環(huán) 稻田系統(tǒng)外循環(huán)屬于中尺度循環(huán)系統(tǒng)，涉及稻田生態(tài)系統(tǒng)與旱地生態(tài)系統(tǒng)、水域生態(tài)系統(tǒng)等之間，以及種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)、加工業(yè)之間的物質與能量循環(huán)，還涉及到由多系統(tǒng)復合而形成的諸如在一個村落或社區(qū)系統(tǒng)內的物質與能量循環(huán)等。這一尺度系統(tǒng)內循環(huán)農業(yè)的發(fā)展，關鍵應解決好農業(yè)產業(yè)間關聯循環(huán)生產技術，將農業(yè)的種、養(yǎng)、加產業(yè)體系緊密銜接起來，重點研究開發(fā)農牧結合、農產品精深加工、可再生資源的循環(huán)利用技術等[2]。同時，要在以農作物及秸稈資源化利用的技術原理基礎上，以纖維素、木質素的糖化技術創(chuàng)新為突破口，在各產業(yè)之間增加可再生資源利用的產業(yè)鏈條，形成各系統(tǒng)間、產業(yè)間的物質與能量循環(huán)體系，構建多因素鏈接、多產業(yè)耦合型循環(huán)農業(yè)模式及其技術體系。

2.1.3 區(qū)域系統(tǒng)循環(huán) 以區(qū)域為整體單元的宏觀尺度循環(huán)農業(yè)系統(tǒng)，是人類活動對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)影響最大的一個重要的子系統(tǒng)，涉及區(qū)域內種、養(yǎng)、加、服務、消費等相關產業(yè)鏈條間的耦合關系，涉及區(qū)域內氣候變化與物質、能量循環(huán)的相關關系，涉及區(qū)域內城市與鄉(xiāng)村之間以及區(qū)域與區(qū)域之間的物質與能量的大循環(huán)。這一尺度內循環(huán)農業(yè)的發(fā)展，重點應加強技術集成，強調通過整體的生態(tài)設計，理順各產業(yè)鏈間的關系，建立生態(tài)整合與產業(yè)共生機制，構建區(qū)域循環(huán)農業(yè)閉合圈，形成資源、產品、消費品與廢棄物之間的轉化與協(xié)調互動，從而構建起區(qū)域范圍內人們共同參與的循環(huán)農業(yè)體系[3]。

2.2 主要產業(yè)鏈環(huán)的接口技術

2.2.1 提高能量利用率技術 太陽光是作物產量形成的基礎，提高農作物的光能利用率對發(fā)展農業(yè)生產，提高作物單產和總產都具有十分重要的意義[4]。最大限度的利用光能一方面可以從品種選育技術入手，選育適合高密度種植而抗倒伏且熟期適宜的高光效品種，群體互相蔭蔽少，耐肥抗倒，生育期短，形成最大葉面系數，葉綠素含量高，且累積光合作用時間能滿足生物產量需求。另一方面從栽培管理技術入手，選擇最佳種植制度和種植方式（主要包括作物合理間作、套種和復種），南方丘陵區(qū)熱量條件較好，生長期較長，一年可種多季作物。通過提高管理水平，合理施肥，適時灌水，及時防治病蟲害等也能有效的提高光能利用率。另外還可以通過抑制光的呼吸作用、適當提高CO2濃度、人工光源補充田間光照等提高葉綠體的光合效能，達到提高光能利用率的效果[5]。

節(jié)能是循環(huán)農業(yè)各項技術實施的首要原則，作物生長中除了吸收太陽光外還需水、肥等資源和勞動力的投入，因此，節(jié)水、省肥、省工等技術的創(chuàng)新是節(jié)能的關鍵。目前我國農田水利設施不配套，栽培技術落后、管理粗放，農業(yè)生產中浪費水資源的現象十分嚴重[6]。保護性栽培，畦灌、噴灌、滴灌，按農作物需水規(guī)律灌溉等技術的創(chuàng)新和推廣勢在必行。化肥在糧食和經濟作物增產中起了舉足輕重的作用，但是由于農業(yè)中長期過量、盲目的施用化肥，不但造成浪費還帶來嚴重的環(huán)境污染[7]。測土配方施肥、因地施肥、因作物時期施肥、因作物施肥等科學施肥方法，在保障農產品生產和供應的前提下減量施肥；研究高效、低污染的肥料增效材料；爭取在控釋肥料的材料和工藝上有所突破，可能較好的解決這一問題。傳統(tǒng)的農業(yè)耕作方式以人力為主，勞動力成本高，而免耕栽培是將免耕、秸稈還田及機播、機收等技術綜合在一起的配套技術體系[7]，對免耕栽培配套技術的創(chuàng)新和完善能起到節(jié)能、節(jié)水、增肥、尤其是省工的效果。

2.2.2 提高飼料報酬率技術 隨著科技水平和人民生活水平的不斷提高，我國南方丘陵區(qū)種植業(yè)發(fā)展的同時，養(yǎng)殖業(yè)也飛速發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖數量猛增。按照循環(huán)農業(yè)的發(fā)展要求，提高飼料報酬率自然也成了種、養(yǎng)業(yè)協(xié)調發(fā)展的重要接口環(huán)節(jié)，關鍵在于提高飼料報酬率技術的創(chuàng)新和集成，具體可以從提高飼料轉化利用率、提高畜禽生長速度技術、提高畜禽肉制品質量技術、提高對畜禽排泄物資源化利用技術等方面突破。

畜禽不同品種的生長速度、肉質等均不同，所以選育出生長快、肉質好的良種畜禽是提高飼料報酬率的重要基礎。提高飼料報酬率的關鍵在于針對不同畜禽研究開發(fā)高效、安全混合型飼料，這類飼料轉化率高，既能提高畜禽生長速度，又能提高畜禽的肉質，獲得較高的產值，還能改善消化系統(tǒng)，降低排泄物對環(huán)境的污染。在飼料中添加生物制劑是當前國內外飼料業(yè)發(fā)展的趨勢，隨著生物技術的發(fā)展，人們發(fā)現了一系列的生物制劑能提高日糧的轉化率，提高畜禽的生長速度，其中有些還具有改善消化道微環(huán)境，減少排泄物對環(huán)境污染的作用，其中包括酸制劑、酶制劑、益生素、礦物質生物鹽、螯合氨基酸等[8]。市場上添加劑的品種繁多，但激素類等有害種類偏多[9]。要使飼料報酬率得以提高，且符合“節(jié)能、減排、省工、環(huán)保”的技術要求，就必須加強對高效、安全添加劑的研究和應用及對有害添加劑的限制，對不同種類、不同品種的畜禽研發(fā)不同的飼料及不同的添加劑。另外，對畜禽排泄物有效合理的利用也是提高飼料報酬率的重要部分，排泄物含有豐富的作物需要的營養(yǎng)物質，同時又可以作為飼料、沼氣、菌類等的原料。因此，對排泄物的利用技術的突破對循環(huán)農業(yè)的發(fā)展尤為重要。

2.2.3 降低污染物排放技術 隨著經濟社會的發(fā)展，農業(yè)中污染物種類和排放量不斷的增加，降低污染物排放任務艱巨，形勢嚴峻[10]。南方丘陵區(qū)農業(yè)污染物主要有化肥、農藥、塑料農膜、秸稈、人和畜禽排泄物等，合理有效的降低這些污染對農業(yè)生態(tài)環(huán)境及人們身體健康的危害是循環(huán)農業(yè)和可持續(xù)發(fā)展的重要任務，重點在對農業(yè)生產過程中控制污染源、提高農作物自身品質、農業(yè)廢棄物資源化利用等技術的集成創(chuàng)新。

消除或控制污染源是降低污染的根本，目前農業(yè)中化肥、農藥的大量使用，給大氣、土壤、水體等整個生態(tài)環(huán)境帶來了嚴重的污染。科學合理施用化肥，尤其是氮、磷的減量化施用，開發(fā)有機肥及微生物肥等技術是當前降低肥料污染的突破口。如推行測土配方施肥，利用城市垃圾堆肥、發(fā)展豆科綠肥、推廣秸稈還田，開發(fā)不同種類的菌肥改良土壤、提高土壤生產能力等。開發(fā)高效低毒農藥，改善農藥性能，改進使用方法，研究生物、物理等無公害農藥等，是控制農藥污染源的有效途徑[11]。

合理利用農業(yè)廢棄物，在降低污染物排放發(fā)展中存在較大的空間。秸稈、塑料農膜、人和畜禽排泄物是人口密集的南方丘陵區(qū)主要的污染物，如何變廢為寶是該區(qū)循環(huán)農業(yè)的努力方向。秸稈綜合利用包括秸稈還田技術、秸稈飼料生產技術、秸稈基食用菌生產工藝技術、秸稈沼氣生產技術等[12]。人和畜禽排泄物有豐富的有機物質，一方面可以加工為有機肥料，另一方面可以用于發(fā)展沼氣工程[13]；有條件的可以適度發(fā)展蠅蛆養(yǎng)殖業(yè)。塑料農膜通過回收再利用，在減少污染的同時，又可彌補石化資源短缺的不足。

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