现代循环农业技术的研究范文

1现代循环农业的基本内涵

循环农业是传统农业精华的重要内容。在传统农业发展阶段，受较低的社会经济发展水平和特殊土地制度的双重影响，绝大部分农民都被束缚在土地上，以地为生、以农为本成为这个时代最典型的特征。囿于当时农业资源匮乏和生产消费水平低下，只有加大对农业废弃物资源的综合利用，促成农业生产、农民生活和农业废弃物利用之间的循环流动，才能有效改善土壤肥力、降低生活成本、缓解环境压力、提高农业产量。一方面，农户通过创造沤肥、堆肥和熏土等有机肥积制方法，将农业废弃物做成包括粪肥、绿肥、泥肥、饼肥、骨肥、灰肥、杂肥等多种形式的有机肥，全量还田，提高地力。另一方面，农作物秸秆作为农村居民家庭生活用燃料、畜禽养殖饲料的主要来源，其消费后产生的人、畜、禽粪便又可以全量还田。这种“精耕细作、用养结合、循环利用”的农耕方式构成了中国传统农耕文化的重要内容，有效促进了中国农业的可持续发展。而随着社会经济的发展和现代工业的产生，购买性物质投入包括化肥、农药、塑料、生长调节剂、饲料添加剂等加入到农业系统中，从而彻底打破了传统农业的封闭系统。受农业劳动力机会成本不断上升的影响，为了追求农业的高产出，人们不断加大现代农业生产要素的投入量，而逐渐舍弃农业生产废弃物的再利用，从而将传统农业的“资源—产品—废弃物—资源”的循环流动方式改变为“资源—产品—废弃物”的线性单向物质流动方式。

现代循环农业是以资源的高效利用和循环利用为核心，运用循环经济和生态学理论，以“4R”即“减量化、再循环、再利用、可控制化”为原则，在农业生产过程中要减量使用购买性资源如农业化肥、农药，要加大农业废弃物资源的再利用，要实现农业生产过程中可更新资源的再循环利用，要能够控制农业废弃物排放养分的去向，通过现代技术耦合、循环生产工程和机械配套，实现农业生态系统中物质和能量的多层次、系统化循环利用，达到购买性物质投入产出最大化，可再生资源高效循环化、有害物质排放最小化的目标，最终实现节能减排、环境友好、农民增收，促进现代农业和农村可持续发展。总体来说，通过大力发展现代循环农业，一方面可以实现资源节约、环境友好，缓解资源稀缺与环境破坏的现实压力;二是可以确保农业生产的生态化水平，提高农产品的安全性和品质，满足人民群众对安全、生态农产品的需求;三是可以积极推进农业废弃物的资源化、能源化、基料化等的综合利用，提高农业生产综合效益，降低农户家庭生活成本(见图1)。

2江苏省发展现代循环农业的模式探索

江苏省农科院前身是1932年原国民政府创立的中央农业实验所，现直属江苏省人民政府领导，为江苏省最大的农业科研机构，综合实力位居全国农科院系统前列。全院围绕国家和江苏省现代农业产业发展要求，重点开展农业基础研究、应用基础研究、应用研究和宏观政策研究。历经几代农业科技工作者的开放创新、敦本务实，现已在科学研究、学科建设、人才培养、成果转化和推广等方面取得了丰硕的成果，为江苏省“三农”发展提供了必要的成果保障和技术支撑。“十一五”以来，面临江苏省现代农业发展的新形势、新问题和新需求，江苏省农科院在稳定传统优势学科的基础上，积极进行学科调整和优势布局，整合形成了一批具有江苏特点的该院特色的新型学科，其中，循环农业就包含其中。经过几年的发展，江苏省农科院循环农业学科发展、团队建设和技术创新取得了长足的进步。当前，循环农业团队拥有核心成员45人，形成一批以高级职称和具有博士硕士学历为主的高水平创新团队，主持承担了一批国家、部省级重大研究项目。据统计，“十二五”以来，该研究团队承担各级科研项目72项，总计合同经费5893万元，并拥有包括“农业部长江下游平原农业环境重点实验室”、“农业部农村可再生能源开发利用华东科学观测实验站”、“农业部苏州水稻土生态环境重点野外科学观测试验站(共建)”、“国家农业科技华东(江苏)创新中心－农业废弃物资源化工程研究中心”和“江苏省农业科学院循环农业研究重点实验室”等科研平台，研究形成了一批国内领先、国际知名的创新成果，也探索形成了多种现代循环农业技术集成、示范和转化运用的模式，有效引领和支撑了全省现代循环农业的全面发展。具体来看，江苏省农科院现代循环农业技术的研发和模式探索主要集中在三个方面，分别为“农田内部循环利用模式”、“适度规模种养结合循环模式”和“流域水体养分富集利用为技术特征的循环模式。

2．1农田养分内部循环利用模式该模式一方面针对“秸秆焚烧禁不住”和“综合利用难度大”问题，以整个乡镇为实施单元，按照“区域控制，整体推进”的利用理念，遵循“就地、大量、便捷、经济”利用原则，重点攻克“直接利用均匀还田”和“间接利用快捷收储”的技术难题，实现稻麦秸秆在种植业内部循环使用。一是就地直接利用。针对全年稻麦两熟和茬口安排，提出“稻秸还田为主、麦秸还田为辅”，“每年每块田(地)有秸秆还田”，“粉碎扩散匀铺还田”的三原则，确保秸秆直接全量还田有序高效，保证后茬作物全苗壮苗，实现稻麦增产(见表1)。二是离田间接利用。研制和引进了系列的秸秆收集打捆与贮运装备，研发水稻、小麦收割与秸秆打捆一体机，实现稻麦收割与秸秆打捆收集同步，达到最短时间、最低成本和最高效率收集、转运和储存离田秸秆。通过秸秆二次压制成型设备，将秸秆制成设施农业日光温室墙体材料，每座日光温室可消耗50吨秸秆，约80－100亩田秸秆;通过垫料调配，将秸秆压缩打捆作为养殖场垫料，每栋猪舍(1000m2)也可年消耗秸秆50吨，开辟了“大批量、便捷化、低成本”利用的新途径。该模式通过政府出台秸秆收集储运优惠政策等措施，培植企业开展秸秆全量利用，打通了秸秆收集、加工、利用的产业链条，在江苏泗洪县车门乡初步实现了农民利益、企业受益和社会效益的统一。农民通过秸秆还田可每年每亩减少40多元磷钾肥料成本，企业通过秸秆收集加工与销售，获得了直接的经济效益。同时，该模式也可以实现农田节能减排和生物质循环利用(见图2)，关键点主要有:一是运用农田周年生物配置、光温水自然资源高效利用、农田土壤培肥等技术，提高农田光热水资源周年利用和固碳能力;二是运用化学投入品高效利用技术，提高购买性资源的利用率和降低单位农产品能耗;三是运用水肥周年调控、合理耕作等技术，减少农田和单位农产品生产的温室气体的排放;四是运用秸秆、填闲作物的高效利用技术，提高可再生资源的利用率;五是运用钝化、解列、生物降解、土壤理化环境转换等技术，减少有害物质输入农产品和环境;六是建设农田净化塘工程，在净化塘配置富集养分植物，通过富集养分植物的农田利用，建立农田流失养分富集再利用体系。

2．2适度规模种养加结合循环模式该模式针对规模化畜禽养殖面源污染和农作物秸秆资源化利用程度低等现实问题，在核算农田养分需求、居民能源需求和环境承载能力的基础上，通过延长农业生态生产链条，实现种植业和养殖业之间的养分循环，并在一定程度上满足居民用电和燃料需求，做到农畜产品的无公害化生产，并通过加工增值。以生猪养殖为例，该模式的运行流程可以表达为:猪→猪粪→有机肥还田→有机水稻、蔬菜猪→猪粪(农作物秸秆)→沼气发电→养猪供暖和生活用电猪→污水→氧化塘处理→还田模式等(见图3)。2006年开始，江苏省农科院在南京市六合区竹镇建设动物科学基地。基地建设遵循的理念是循环农业与循环经济，模式之一为“猪—沼—肥—农田”。具体而言:万头苏钟猪养殖场的动物排泄物执行干清粪工艺，固体排泄物在堆肥厂进行腐熟加工，形成生物有机肥，供应无公害农产品生产。养殖场的液态排泄物进入厌氧发酵过程，产生的沼气刚于发电，提供给养殖场及其他生产车间使用，发酵后产生的沼液经过泵房加压、管道输送，缓存至田问沼液储存池，以耦合作物需肥的季节性和反应器沼液排放的连续性。无公害农产品通过生产、加工、销售，进入市场。总体来看，该模式经济效益明显。围绕规模化养殖对优质饲料的需求和市场对特色优质生鲜农产品的需求，调整种植业结构，将传统的稻、麦、油菜改为鲜食玉米、甘薯、豆类、蔬菜等经济效益高、饲料质量好的作物。作物边角料、残次品为养殖业提供饲料;养殖业又为种植业提供优质有机肥料;家畜粪便发酵生产沼气，经过沼气发酵无害化处理的沼液、沼渣为种植生态农产品提供优质肥料;沼气发电为养殖业、加工业及居民小区提供能源。同时围绕种植产品发展贮藏保鲜、加工业，围绕养殖业建立屠宰和肉类加工业。在此基础上发展运销配送业，通过如此大的循环，相关产品的成本大大降低，形成具有地方特色的现代农业产业，实现产品的多次增值。此模式既可保护环境，又有利于农业的可持续发展。

2．3流域水体养分富集利用为技术特征的循环模式该模式以降低水体氮磷为目标，以水葫芦种养利用为切入点，通过技术攻关、工程化开发、集成创新和规模化示范等途径，完善和提升水葫芦种养安全控制，机械化打捞处置，沼气、有机肥生产利用等技术、工艺，研发定型成套专用设备，形成水葫芦“种、捞、运、加、用”环环相扣、运行稳定的工程化技术，建设示范展示基地。通过水葫芦富集水体氮磷，建立了能源和肥源循环利用2个链条，一是形成了氮磷循环利用链条，由于农业化肥、农药的过量施用和投入结构的不合理，江苏省化肥、农药的利用效率不到40%，过量的氮、磷等养分通过降雨和径流的方式流向江河湖海，造成了大面积的水体富营养化。将水葫芦作为水体氮磷资源的富集载体，对水葫芦进行采收、脱水处理，其中的干物质氮磷含量高，可作为肥料利用回到农田中;二是形成了生物质能源循环利用链条，水葫芦在富集水体氮磷过程中，通过光合作用固定空气中二氧化碳，水葫芦脱水处理后的汁液，经过发酵产生的甲烷可作为能源利用，产生的二氧化碳又回到大气中(图4)。该项技术在江苏太湖、云南滇池进行了技术集成示范，降氮、降磷效果十分理想，资源化利用取得明显的社会经济效益(见表2)，初步形成了以流域水体养分富集再利用为技术特征的循环模式。生物富集治理水体富营养化已成为江苏省乃至全国经济社会发展中亟需解决的突出问题，也是当今世界性难题。治理水体富营养化的重点和难点在于降低水体氮磷含量，生物修复技术是被认为是最经济有效、最具优势的途径，利用水生植物修复水体成为国内外研究者广泛关注的热点。水葫芦生长速度快、生物产量高、氮磷富集能力强，与沉水植物、挺水植物、浮叶植物相比，适宜生长的水域更为广泛，且便于打捞处置机械化作业;与生物浮床比工程投入少，水体净化效率高。

3进一步提升现代循环农业发展水平的建议

现代循环农业模式建立与应用，不仅需要技术的体系化，还要求装备定型化和项目工程化，特别是循环生产的各个环节均能实现机械化和工程化，实现循环生产中劳动生产率提高。从技术体系化要求看，针对稻麦养分径流流失特点，研究水土流失拦截设施与提高水生植物养分富集能力的技术;以不影响农作物产量为前提，进一步开展农田污染物减投及阻控技术研究;研究水生植物农田安全、省工利用技术;优化区域农田养分循环利用布局设计，提高农田流失养分在运输循环过程的利用效率。针对大面积种养水葫芦的水体净化效果与生态安全性，开展持续跟踪研究与验证;研究水葫芦在水体快速脱氮除磷的机制以及大面积水葫芦种养对整个湖体的氮、磷平衡的影响。从设备定型化要求看，秸秆收集打捆与贮运装备、秸秆二次压制成型设备处在试制试用阶段，还未实现工业化生产定型;水葫芦采收、减容、转运装备需要提升效率，并进行设备定型和标准化生产，才能使示范工程能够长效低成本运行;沼液管道化农田利用系统还需要研究，以降低沼液运输及施用成本，同时协调沼液连续供应与农作物生长养分阶段性吸收的矛盾。发展现代循环农业关系到农业增长方式的转变，其社会效益和综合效益明显，循环农业模式长效运行，还需要政策支撑，各级政府要加大政策的支持力度，对用于农业循环生产的基本农田建设、工程建设、机械和科技创新给予重点支持。同时，出台补贴政策，按循环生产后产生的生态效益进行补贴，如按循环生产后少排放出多少N、P或提取并再循环了多少N、P，进行补贴。此外，对循环生产的企业进行税收减免，以促进新兴环保产业的形成和发展。

作者：严少华张锋孙洪武单位：江苏省农业科学院