村莊生態(tài)循環(huán)模型構(gòu)建及在美麗鄉(xiāng)村規(guī)劃中的應(yīng)用

王林瑩,王付根,張博雅,閆 華,徐學(xué)東*

1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利土木工程學(xué)院,山東 泰安 271018

2.山東省村鎮(zhèn)住宅工程技術(shù)研究中心,山東 泰安 271018

3.泰安市城市建設(shè)設(shè)計院,山東 泰安 271000

村莊生態(tài)循環(huán)模型構(gòu)建及在美麗鄉(xiāng)村規(guī)劃中的應(yīng)用

王林瑩1,2,王付根1,2,張博雅1,2,閆 華3,徐學(xué)東1,2*

1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利土木工程學(xué)院,山東 泰安 271018

2.山東省村鎮(zhèn)住宅工程技術(shù)研究中心,山東 泰安 271018

3.泰安市城市建設(shè)設(shè)計院,山東 泰安 271000

該文基于美麗村莊建設(shè)，圍繞農(nóng)村村域生態(tài)循環(huán)構(gòu)建理論，堅持3R原則，在調(diào)查我國農(nóng)村現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，采用實地調(diào)查研究法、文獻分析法、數(shù)據(jù)分析法及資料調(diào)查法，提出一種適合我國農(nóng)村發(fā)展及規(guī)劃的技術(shù)，并建立一套適合我國農(nóng)村規(guī)劃的技術(shù)體系，實現(xiàn)農(nóng)村村域經(jīng)濟效益、社會效益及生態(tài)效益的有機統(tǒng)一。并以全國生態(tài)文明示范鎮(zhèn)樓德鎮(zhèn)為例。

村域廢棄物;規(guī)劃技術(shù);生態(tài)循環(huán);資源化

農(nóng)村的建設(shè)和發(fā)展是國家發(fā)展的重要組成部分，建設(shè)和發(fā)展的前提是規(guī)劃，而我國農(nóng)村在規(guī)劃方面的現(xiàn)狀是：無規(guī)劃、缺規(guī)劃或規(guī)劃后不能滿足農(nóng)業(yè)、農(nóng)村的發(fā)展需要和農(nóng)民的物質(zhì)文化需求。由此導(dǎo)致的農(nóng)村環(huán)境臟、亂、差；農(nóng)民生活的物質(zhì)文明和精神文明發(fā)展不協(xié)調(diào)；農(nóng)業(yè)廢棄物大量積累，加之低效利用且閑置狀況嚴(yán)重，產(chǎn)生的資源浪費、環(huán)境問題和生態(tài)問題日趨嚴(yán)重；但是在農(nóng)村發(fā)展過程中一直沒有找到一種合理的適合我國的解決方式。本文對適合我國農(nóng)村發(fā)展的廢棄資源的生態(tài)循環(huán)及廢棄資源減量化、資源化、無害化處理和量化分析進行探討研究；對把握資源、人口、產(chǎn)業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施及生態(tài)環(huán)境間的關(guān)系；對推動農(nóng)村村域廢棄物“資源化”、“商品化”、“產(chǎn)業(yè)化”的進程；促進農(nóng)村與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

據(jù)統(tǒng)計，目前我國秸稈年產(chǎn)量超過8億t，其中可回收的秸稈資源約7億t，蔬菜廢棄物1.0億t、農(nóng)村生活垃圾和人畜糞便26億t、肉類加工廠和農(nóng)作物加工場廢棄物1.5億t、其他有機廢棄物約有0.5億t。可回收的秸稈資源中，直接還田的約15.0%，用于生產(chǎn)動物飼料的約30.7%，用于工業(yè)能源的約17.9%，用于材料制備等其他項目領(lǐng)域的僅占5.25%（其中用作造紙等工業(yè)原料量約占2.6%），直接廢棄燃燒的秸稈資源比例高達(dá)31.6%[1,2]。據(jù)調(diào)查，農(nóng)村平均每人每天生活垃圾制造量為0.8 kg，我國農(nóng)村一年的生活垃圾量接近3億t[3]。村內(nèi)有較多小面積的閑置地沒有被利用。畜禽糞便露天存放，污染空氣和環(huán)境，而且大部分沒有充分腐熟就直接用于農(nóng)田，少部分直接丟棄。與廢棄物生產(chǎn)總量相比，我國廢棄物資源利用比例很低。絕大部分的廢棄資源閑置狀況嚴(yán)重，且引發(fā)了嚴(yán)重的資源浪費、環(huán)境問題及生態(tài)問題，少部分廢棄物的利用方式也是簡單粗放、利用效率低。

農(nóng)村村域廢棄資源產(chǎn)量大、來源廣，但粗放的處理方式對生態(tài)、環(huán)境及人們的健康有很多明顯的及潛在的危害。燃燒畜禽糞便、秸稈以及生活垃圾的過程中產(chǎn)生大量的二氧化碳、二氧化硫、甲烷、氯化氫、一氧化氮、二氧化氮及苯并芘（致癌物質(zhì)）等有害氣體嚴(yán)重污染了大氣環(huán)境。畜禽糞便中含有很多的病原菌、寄生蟲卵和重金屬等，未經(jīng)處理，隨意排放，造成嚴(yán)重的水污染，特別是農(nóng)村地區(qū)，有的地方還延續(xù)直接飲用地下水的習(xí)慣，存在很多的健康隱患。直接用秸稈作燃料利用了其能量的1/10[4]，其大部分能量、有機質(zhì)及礦物鹽類都被浪費；糞便不經(jīng)處理，直接排放，給周邊的土壤、地下水、空氣質(zhì)量及群眾健康都帶來了極大危害，嚴(yán)重影響周邊群眾的生產(chǎn)生活安全。

1 村域廢棄資源生態(tài)循環(huán)構(gòu)建

1.1 模式構(gòu)建技術(shù)路線

以村莊、農(nóng)田、養(yǎng)殖廠為支點，以堆肥廠為中心將村域廢棄資源緊密結(jié)合，進行全面綜合利用，遵循全面性、層次性、相關(guān)性、可操作性等原則，結(jié)合可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)農(nóng)業(yè)、循環(huán)農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)及美麗鄉(xiāng)村的綜合評價指標(biāo)體系，依據(jù)區(qū)域發(fā)展理論[5]系統(tǒng)理論[6]與生態(tài)循環(huán)理論將各部分再分別細(xì)化處理，實現(xiàn)廢棄物減量化、資源化。

1.2 模式構(gòu)建的方法

結(jié)合我國美麗鄉(xiāng)村的特點及其產(chǎn)業(yè)特征和循環(huán)經(jīng)濟的背景，圍繞改善村域生態(tài)環(huán)境、對廢棄物的減量化、資源化、無害化處理的主題，通過運用生態(tài)循環(huán)理論技術(shù)進行深度調(diào)研。充分了解當(dāng)?shù)氐乩砦恢谩⒋迦荽迕步ㄔO(shè)現(xiàn)狀；調(diào)查分析本地人口結(jié)構(gòu)及現(xiàn)狀；檢測農(nóng)用地、林地、果園土樣情況，土壤改良的主要問題是資源短缺和土壤污染；統(tǒng)計當(dāng)?shù)丶Z食作物，經(jīng)濟作物及產(chǎn)生的廢棄物量，人和畜禽糞便量；調(diào)查了解村民生活垃圾的組成成分及產(chǎn)量。對以上項目定量化統(tǒng)計分析研究的基礎(chǔ)上，將廢棄資源轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)及生活所需要的物資，并結(jié)合土樣檢測結(jié)果、生態(tài)環(huán)境調(diào)查現(xiàn)狀綜合分析評價進行資源配置。以技術(shù)創(chuàng)新為動力，以保護農(nóng)村村域環(huán)境為目的，通過模式的確立與運行，不斷加強企業(yè)、農(nóng)民等實施主體的環(huán)保意識，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，改進運作機制[7]

圖1 生態(tài)循環(huán)模式構(gòu)建路線Fig.1 The route of the ecological cycle model construction

1.3 模式構(gòu)建的影響因子

基于村域廢棄物建立的生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)我國南北方廢棄物有一定的差異，廢棄物的組成上也有一定的差異，但在生態(tài)循環(huán)上差異較小，因此生態(tài)循環(huán)構(gòu)建系統(tǒng)的影響因子相同。影響因子是多方面的如：生態(tài)循環(huán)組建區(qū)域，村域資源合理配置單位應(yīng)為片區(qū)即幾個或幾十個村莊或一個或幾個鎮(zhèn)一起合作組建區(qū)域生態(tài)循環(huán)模式；廢棄物的產(chǎn)量，廢棄物的產(chǎn)量影響到產(chǎn)品的量，例如，一個鎮(zhèn)生產(chǎn)的有機肥是不是足以改良全鎮(zhèn)的土壤；各地政府的執(zhí)行力度，生態(tài)循環(huán)的構(gòu)建需要政府的推動，其執(zhí)行力度與人民群眾的溝通及配合是循環(huán)構(gòu)建的關(guān)鍵；科技水平的程度影響整個生態(tài)循環(huán)的質(zhì)量；各地區(qū)人民的文化程度、素質(zhì)及態(tài)度等，對生態(tài)循環(huán)的構(gòu)建有直接的影響。

圖2 生態(tài)循環(huán)構(gòu)建圖Fig.2 Construction of ecological cycle

此循環(huán)是對生態(tài)、環(huán)境、食品安全、有益于人身體健康的良性循環(huán)，土壤環(huán)境逐步得到改善，水資源在一定程度上得到保護，生物質(zhì)能源被充分利用，糧食作物和經(jīng)濟作物向著產(chǎn)量大、品質(zhì)優(yōu)的方向發(fā)展，畜牧業(yè)逐漸良性發(fā)展。生態(tài)循環(huán)的構(gòu)建是一個長期的過程，循環(huán)的過程中，各個項目都會得到提升和改善是一種良性循環(huán)。同時也帶動當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展，創(chuàng)造更多的工作崗位。循環(huán)的構(gòu)建已具有有力的技術(shù)支撐，可形成一定的產(chǎn)業(yè)模式，是帶動村民就業(yè)的有效途徑，在一定程度上緩解了留守兒童和留守老人的問題。

1.4 模式構(gòu)建的要素

政府：政府在模式構(gòu)建中起著主導(dǎo)作用。政府對整個循環(huán)模式構(gòu)建的各方面的保障和促進有決定性；其在整個過程中對科技的投入，產(chǎn)業(yè)布局的調(diào)整，生產(chǎn)方式的變革，經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的調(diào)整，激勵機制的制定占主導(dǎo)。

群眾：人民群眾是實施的主體，是推動整個生態(tài)循環(huán)的最直接參與者，其接受生態(tài)循環(huán)并具體實施的素質(zhì)，直接影響到生態(tài)循環(huán)構(gòu)建的力度。例如，農(nóng)戶對可堆肥垃圾與不可堆肥垃圾初分類。

經(jīng)濟：經(jīng)濟是生態(tài)循環(huán)構(gòu)建的保障，循環(huán)的構(gòu)建需要建設(shè)堆肥廠、生物質(zhì)燃料廠等基礎(chǔ)設(shè)施，其后期的研究與開發(fā)、服務(wù)與培訓(xùn)等有經(jīng)濟的保障，生態(tài)循環(huán)才能順利的循環(huán)運行起來。

技術(shù)：生態(tài)循環(huán)需要科學(xué)技術(shù)的支撐。在整個生態(tài)循環(huán)周而復(fù)始的循環(huán)過程中，技術(shù)的水平到工藝的革新再到產(chǎn)品的革新，整個循環(huán)的全面規(guī)劃、合理布局、綜合利用等都需要科學(xué)技術(shù)的支撐。

為了更好地將循環(huán)實施開展，加強村民的環(huán)保意識，豐富村民對生態(tài)循環(huán)構(gòu)建的認(rèn)識，逐步提高村民的文化、素質(zhì)，鼓勵村民垃圾分類收集，并由政府實施一定的扶持政策，制定補貼機制，讓村民逐步熟悉習(xí)慣垃圾分類收集。目前，廣大農(nóng)民要更大規(guī)模、更多方式開展村域廢棄物資源化利用，其一次性投資成本較高，單靠農(nóng)民自身難以全面解決[8]。同時，政府要加大對生態(tài)循環(huán)構(gòu)建的宣傳，讓村民認(rèn)清村域廢棄物經(jīng)過有效的處理可以轉(zhuǎn)化為肥料、燃料、飼料、建材等有價值的資源，實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益及生態(tài)效益的有機統(tǒng)一。

2 村域廢棄資源量化分析

考慮村域廢棄資源有區(qū)域性、季節(jié)性、復(fù)雜性的特點，廢棄資源的量化分析宜采用每個村莊分發(fā)調(diào)查表的方式來統(tǒng)計。結(jié)合當(dāng)?shù)卮逦陀薪?jīng)驗對村莊、種植、各作物及秸稈產(chǎn)量熟悉的村民完成調(diào)查表格，對當(dāng)?shù)氐慕斩挕⒓S便、生活垃圾、建筑垃圾進行統(tǒng)計，村莊的閑置地在村域圖中標(biāo)出。然后，統(tǒng)一將調(diào)查表格回收，利用文獻研究法及資料調(diào)查法，核實其數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度，并對村域資源進行評價分析。

E—廢棄資源總量；Ei—各類廢棄資源量（例如：1-秸稈；2-糞便；3-建筑垃圾；4-生活垃圾；5-其他）。

3 資源配置

廢棄資源流動模式為：廢棄物-合理配置-生產(chǎn)加工-可利用資源。廢棄資源的配置怎樣實現(xiàn)效用最大化；怎樣形成資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的一種區(qū)域資源循環(huán)網(wǎng)絡(luò)；怎樣將對環(huán)境污染的負(fù)荷降到最低；這就要求對資源的配置科學(xué)合理。資源配置應(yīng)遵循以下原則：

（1）堅持3R原則[9]

（2）整體、協(xié)調(diào)、循環(huán)、再生原則

（3）過程中嚴(yán)格控制有毒有害物質(zhì)的使用，清潔生產(chǎn)

廢棄資源及產(chǎn)出的可利用資源的配置應(yīng)考慮到村莊特點、生態(tài)規(guī)律，自然資源量、環(huán)境容量。同時，要了解當(dāng)?shù)鼐用竦囊螅紤]當(dāng)?shù)刭Y源特點、生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀、現(xiàn)有科技水平及經(jīng)濟水平。結(jié)合當(dāng)?shù)卣囊?guī)劃進行資源配置。

4 案例分析

該生態(tài)循環(huán)模式已于2016年應(yīng)用于山東省泰安市新泰市樓德鎮(zhèn)（全國生態(tài)文明示范鎮(zhèn)）。

4.1 現(xiàn)狀調(diào)查

4.1.1 人口結(jié)構(gòu)及地域特點（2015） 樓德人口結(jié)構(gòu)正常，常年外出人員占總?cè)丝诘?3%，樓德鎮(zhèn)外出人員比例不算高，留守人員人口結(jié)構(gòu)合理，大多數(shù)村民的經(jīng)濟來源為農(nóng)業(yè)收入，以種植糧食作物和經(jīng)濟作物為主，而且樓德大力發(fā)展蔬菜種植，樓德土壤存在著污染及改良土壤的資源短缺等問題，所以將大量有機垃圾堆肥，有機肥料中的有機物質(zhì)是改良土壤、培肥地力不可替代、不可缺少的物質(zhì)，長期施用有機肥料可增加土壤微生物數(shù)量，提高土壤有機質(zhì)含量，改善土壤理化性狀[10]，提升農(nóng)作物及經(jīng)濟作物質(zhì)量，提高其產(chǎn)量。有機垃圾堆肥是利民良策，也是資源配置要考慮的重要方面。

4.1.2 各廢棄物量統(tǒng)計

表1 2015年全鎮(zhèn)廢棄物統(tǒng)計表Table 1 Waste materials in all town in 2015

4.1.3 土壤檢測現(xiàn)狀 酸堿性：土壤酸堿性與農(nóng)用化肥施用量關(guān)系緊密，施用過多化肥（如尿素）會使土壤逐漸變?yōu)樗嵝裕寥婪柿ο陆担虼诵枰褂酶嗷剩幻磕晔褂靡欢康牡啬じ采w，鮮有回收，如此惡性循環(huán)，導(dǎo)致土壤狀況越來越差。經(jīng)檢測，樓德鎮(zhèn)全鎮(zhèn)土地普遍呈酸性，極少部分呈堿性，酸堿性處于正常值的耕地占有面積小于10%，且呈零星分布（如圖3）。

全氮含量：全氮含量與土壤肥力呈正比，表征土壤供氮潛力大小。經(jīng)檢測，樓德鎮(zhèn)全鎮(zhèn)土地絕大部分耕地全氮含量低，少數(shù)地塊全氮含量正常，極少數(shù)地塊全氮含量高出正常值。

速效磷、速效鉀含量：土壤中的速效磷（鉀）是指能為當(dāng)季作物吸收利用的磷（鉀），速效磷（鉀）的含量是土壤磷（鉀）素供應(yīng)的指標(biāo)。經(jīng)檢測，樓德鎮(zhèn)全鎮(zhèn)幾乎所有耕地速效磷含量超出正常值，極少數(shù)耕地速效磷含量低于正常范圍；速效鉀的含量都超出了正常范圍，主要原因是農(nóng)用化肥施用量過度。

有機質(zhì)含量：土壤有機質(zhì)是指存在于土壤中的所含碳的有機物質(zhì)，對土壤形成、土壤肥力、環(huán)境保護及農(nóng)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面都有著極其重要作用的意義。樓德鎮(zhèn)全鎮(zhèn)絕大部分耕地有機質(zhì)的含量也低于正常范圍，只有極個別的地塊有機質(zhì)含量正常，土壤現(xiàn)狀堪憂。

圖3 樓德土壤pH值狀況分布Fig.3 The distribution of pH in soil of Loude

圖4 樓德全鎮(zhèn)土壤各指標(biāo)檢測對比Fig.4 Comparison of soil indicators of the town of Loude

將樓德鎮(zhèn)按東西南北中方位劃分，由分析得知各方位土壤各指標(biāo)平均值與標(biāo)準(zhǔn)值比較結(jié)果（如圖4），土壤有機質(zhì)嚴(yán)重缺乏，土壤普遍呈酸性，全氮含量大部分耕地低于標(biāo)準(zhǔn)值，速效磷、速效鉀含量超標(biāo)嚴(yán)重。現(xiàn)在耕地使用化肥用量越來越大，作物產(chǎn)量和品質(zhì)越來越低。大量使用化肥造成的土壤肥力降低，土壤板結(jié)嚴(yán)重，土壤質(zhì)量嚴(yán)重下降等問題。改良土壤迫切而緊要。經(jīng)過對樓德鎮(zhèn)農(nóng)村的實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)多數(shù)農(nóng)戶認(rèn)為農(nóng)業(yè)廢棄物若能實現(xiàn)轉(zhuǎn)化利用，具有較大的資源價值與潛力。

4.2 生態(tài)循環(huán)模型構(gòu)建

依據(jù)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活的廢棄物得到基于現(xiàn)有條件的循環(huán)利用及最大化利用。以村莊、農(nóng)田、養(yǎng)殖廠為基本支點，以堆肥廠為中心，整合各種關(guān)系，進行了生態(tài)循環(huán)模式構(gòu)建（如圖5）。

圖5 生態(tài)循環(huán)模式Fig.5 Ecological cycle model

根據(jù)當(dāng)?shù)卮迕褚庠讣罢?guī)劃結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源特點、生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀、現(xiàn)有科技水平及經(jīng)濟水平對當(dāng)?shù)貜U棄資源進行配置，生態(tài)循環(huán)及資源配置如表2。

表2 2015年全鎮(zhèn)廢棄數(shù)量及分布Table 2 Wastes and allocation in all town in 2015

根據(jù)樓德鎮(zhèn)大面積種植蔬菜大棚的現(xiàn)狀，經(jīng)檢測分析及統(tǒng)計后，解決土壤有機質(zhì)缺乏的問題是關(guān)鍵，所以大部分的有機廢棄資源用作堆肥。經(jīng)統(tǒng)計樓德鎮(zhèn)有農(nóng)用地12萬畝，每畝每年需1.5 t有機肥改良土壤，需18萬t有機肥，規(guī)劃后生產(chǎn)的有機肥的量，在不建議對外出售情況下，可供8.6萬畝農(nóng)田使用。

根據(jù)當(dāng)?shù)匦枰?guī)劃建堆肥廠5個（每個年產(chǎn)4萬t），建生物質(zhì)燃料廠2個（每個年產(chǎn)1萬t），建秸稈混凝土民房10個，建公廁54個（包括9個水沖廁所，45個旱廁）。

規(guī)劃后：恢復(fù)村內(nèi)閑置地（綠化種植）37.5畝；規(guī)劃利用秸稈12.65萬t/年；人畜糞便7.4萬t/年；處理建筑垃圾3.6萬t/年；處理可堆肥垃圾1.4萬t/年；處理不可堆肥垃圾0.6萬t/年；治理坑塘河道436.35畝；規(guī)劃道路331626.7 m2；綠化提升216畝。樓德鎮(zhèn)每年處理農(nóng)村垃圾2萬噸，經(jīng)過堆肥處理，垃圾處理廠少處理70%的農(nóng)村垃圾，產(chǎn)生1.4萬t的有機肥。

5 結(jié)論

本研究符合美麗村莊建設(shè)，基于生態(tài)循環(huán)理論，采用實地調(diào)查研究及文獻分析法，結(jié)合可持續(xù)農(nóng)業(yè)、循環(huán)農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)理論體系，系統(tǒng)的構(gòu)建了一套適合我國農(nóng)村村域發(fā)展規(guī)劃的技術(shù)方法及理論體系，并系統(tǒng)的對村域廢棄物進行評價、量化分析、資源化、無害化處理，為我國農(nóng)村發(fā)展規(guī)劃提供理論及技術(shù)支撐。

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The Establishment of the Ecocycle Model in Village and Its Application in the Beautiful Countryside Planning

WANG Lin-ying1,2,WANG Fu-gen1,2,ZHANG Bo-ya1,2,YAN Hua3,XU Xue-dong1,2*
1.College of Water Conservancy and Civil Engineering/Shandong Agricultural University,Tai’an271018,China
2.Shandong Province Rural Residential Engineering Technology Research Center,Tai‘a(chǎn)n271018,China
3.Tai’an Urban Construction Design Institute,Tai’an271000,China

This paper based on the construction of the beautiful village,rural village construction around the ecological cycle theory,adhered to the principle of 3R,on the basis of the research of rural China,used field investigation method,literature analysis,data analysis and investigation,put forward a suitable for China'srural development and planning technology to establish a set of suitable for China'srural planning system,to achieve the organic unity of rural village of economic benefit,social benefit and ecological benefit.This paper takes the national ecological civilization demonstration town---Loude as an example.

Village waste;planning technology;ecological cycle;recycling

F323.22

A

1000-2324(2017)05-0740-05

2017-03-05

2017-03-16

“十二五”國家科技支撐計劃課題:低成本村鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施與環(huán)境建設(shè)技術(shù)研究與示范(2014BAL04B05)

王林瑩(1991-),女,碩士研究生,研究方向為設(shè)施技術(shù)與項目管理.E-mail:18854808535@139.com

*通訊作者:Author for correspondence.E-mail:xdxu2007@163.com