河北平原区发展循环农业的需求与技术重点

2013-12-23顾时贵陈源泉

山西农业科学 2013年9期

韩玉，隋鹏，顾时贵，陈源泉

（1.石家庄信息工程职业学院，河北石家庄050035；2.中国农业大学农学与生物技术学院，北京100193；3.国家半干旱农业工程技术研究中心，河北石家庄050051）

循环经济已经成为当今世界许多国家积极探索和实践的可持续经济发展模式。循环农业是按照循环化（Recycle）、再利用（Reuse）、减量化（Reduce）和可控化（Regulation）的“4R”原理，实现农业生产的“一高两低”（资源利用的高效率、资源的低消耗、污染物的低排放）的产业目标，促进农业发展与生态平衡的协调以及农业资源的可持续利用[1]。2006—2012年的中央一号文件均强调，鼓励发展循环农业。十八大报告指出，坚持节约资源和保护环境的基本国策，着力推进绿色发展、循环发展、低碳发展，大力推进生态文明建设。发展循环农业是建设现代农业、推进新农村建设的重大需求，也是建设资源节约型、环境友好型社会不可或缺的重要组成部分[2-5]。

河北省地处环渤海中心区域、环京津2大国际都市，国土面积和人口在京津冀都市圈内分别占84.5%和65.9%[6]，既是京津产业转移的承接地，又是华北地区物资集散地和中转站，更是京津冀都市圈重要的生态保障区。同时，河北省是我国重要的农业大省，当前总体上处在机械化为特征、资金驱动型发展方式的传统农业阶段[7]。发展循环农业是推进河北省现代农业建设，促进农业可持续发展的重要途径之一。

笔者重点针对河北省平原区农业发展现状与问题，探讨了河北省发展循环农业的需求以及技术重点。

1 河北平原农业发展的现状与需求

1.1 河北是我国种植业发达区域之一，秸秆资源丰富但利用效益低，迫切需要加大秸秆资源高效利用

河北省是我国重要的种植业生产区域，主要种植粮食作物和蔬菜。2011年粮食作物播种面积占农作物播种面积的71.6%，其中，小麦和玉米的播种面积分别为239.6万，303.6万hm2，总产分别为1 276.1万，1 639.6万t。蔬菜113.9万hm2，占农作物播种面积的13.1%，总产量7 384.3万t，其中，设施蔬菜面积占蔬菜播种面积的40%以上。种植业产生的大量秸秆等废弃物资源没有得到很好的利用，循环利用率低下。据中国农业大学调查，河北秸秆直接还田的比例约为46%，以干秸秆作粗饲料直接饲喂家畜的比例为26.8%、堆放用作取火燃料的比例为19%。此外，在蔬菜产区，大量产出的蔬菜秸秆、藤蔓等大部分随意丢弃或堆放在地头、路旁，成为蔬菜病虫害繁殖的载体和传播源。因此，需要按照循环农业的循环化（Recycle）原理，促进秸秆资源高效利用。

1.2 河北是我国养殖业大区，大量畜禽粪便对环境潜在影响日益突出，迫切需要解决畜禽废弃物资源化利用

据统计，2011年河北生猪出栏量达3235.8万头，蛋鸡和肉鸡的规模化饲养程度较高，均占到饲养数量的74%～75%。蛋、奶、肉产量持续位列全国第1、第3和第5位，畜牧业产值占农业总产值的34%。但是据估算，河北省畜禽养殖的粪尿排放量约为14 509万t，养殖业废弃物的收集利用率却不足50%，无害化处理率不足30%，畜禽养殖造成的污染危害日渐突出。自2002年以来，以石家庄市为代表的部分地区，虽然采用政策补贴，有力推动了发酵有机肥产业的发展，但由于产品质量参差不齐、成本高，加上农民对发酵有机肥的认识不足，大部分产品销售不畅，目前的开工率不足10%。因此，需要按照循环农业的再利用（Reuse）原理，进一步加强畜禽废弃物资源化利用。

1.3 河北农业资源消耗量大，能耗高居不下，急需解决农牧业生产节能减排

河北是我国粮食生产与水资源危机矛盾最突出的地区。1956—2003年，全省的水资源总量呈不断下降的趋势，地表水资源量减少了75.67%[8]。与此同时，地下水资源超采利用状况不断加剧，特别在黑龙港地区浅层地下水以每年1 m左右、深层地下水以每年2～3 m的速度下降。以栾城县为例，每年超采的地下水资源总成本平均为7 987.6万元，相当于农业总产值的3.7%[9]。此外，农业生产过程中，化肥、农药、机械的投入量也呈逐年加大趋势。栾城县近20 a来农田生产的生态效率总体呈现下降趋势，生态代价逐渐加大，农田直接耗能显著增加，水资源代价居于首位。灌溉、肥料、农药、农机具4项生态成本占农田生产总生态成本的88%以上，并呈不断上升趋势，仅灌溉一项占生态成本的1/2左右[10]。这种高投入、高产出的生产模式带来了肥料利用率低、面源污染严重等问题。因此，需要按照循环农业的减量化（Reduce）和可控化（Regulation）原理，研究推进农牧业生产的节能减排。

2 河北平原发展循环农业的思路

针对河北平原种植业和规模化养殖业的快速发展带来的资源浪费、能量高耗、环境污染、产业循环割裂等关键问题，河北省平原区循环农业的发展要按照循环农业的循环化、再利用、减量化和可控化“4R”原理[1]，立足区域农业资源基础和产业需求，耦合农田、菜地与畜牧业系统，接口技术和循环模式有机结合，建立物能循环高效的产业体系，促进粮（棉、蔬菜）-牧业（菌业）产业链形成，实现农业自然资源利用效率最大化、农业购买性资源投入减量化、农业可再生资源高效循环化、农业有害生物和污染物排放最少化（图1）。

在重点产业上，针对粮食、棉花、蔬菜等主要大田农作物，重点要通过农田秸秆资源综合利用实现农作物秸秆资源的再利用，同时起到购买性资源的投入减量化；通过大田农作物的优化复合高效配置，实现大田生产对光热等自然资源的利用效率最大化。针对设施农业，重点要研究设施蔬菜的循环生产模式。针对集约化养殖产业，重点要通过畜禽粪便的无害化处理和循环利用，实现畜牧业废弃物的高值利用和污染物控制。

在技术研究与推广上，要突出技术标准化、成果产业化、示范集中化；典型循环农业模式示范强调集中整体设计，突出不同农业生产系统中的接口技术与关键设备研发集成，突出显示度，扩大示范效果；注重与企业、区域示范的结合，建立循环农业示范模式，带动农业企业发展，促进农民增收，注重经济和环境效益协调。

3 河北平原循环农业发展技术重点

3.1 高强度秸秆还田条件下的物质循环调控技术

多年实践证明，河北平原麦玉两熟高产农田的秸秆全量直接还田是节能、节水、增效、防烧和减污的有效循环农业技术途径。但是全量秸秆直接还田技术在实际生产中还存在许多问题亟待解决。比如适合大量秸秆还田条件的控释肥开发与定量施肥技术、节水灌溉与减蒸技术、快速腐熟菌剂开发与施用技术以及研发简便联合作业农机具等[11-13]。因此，需要进一步研究秸秆全量还田模式配套机具与应用，重点研制玉米秸秆粉碎-氮素喷施一体机、穗茎兼收玉米联合作业机，解决河北农田玉米生产机械化程度低、机具性能单一、作业环节多、效率低等问题，实现玉米收获机械化、秸秆机械粉碎、灭茬等配套机具技术集成与提升。秸秆全量还田条件下的减量高效农机农艺配套技术的集成，重点开展小麦-玉米作物周年氮肥需求靶向释放、减蒸限量循环灌溉以及土壤固碳技术研究，实现作物周年养分与水分高效调控与固碳减排。

3.2 农田复合生物循环生产模式与关键技术

以提高农田光、热、水、养分资源周年循环利用效率为目标，创新农田生物空间复合配置，并研究改进配套耕作、收获机具（机型），集成技术形成简便化、物能高效循环利用、肥药减投的粮豆间作、棉菜（瓜）、棉牧草、棉薯（菜）复合、林-粮（草、菌）循环模式；针对各种新型模式，以提高河北高产农田氮、磷养分利用效率，减少化肥投入为目标，开展农田复合共生循环模式微生物调控关键技术与产品研发，促进农田养分的内生循环。

3.3 设施蔬菜循环生产体系关键技术集成

针对设施蔬菜的肥药高投入、高污染风险的问题[14-15]，重点开展：（1）牛粪、鸡粪、猪粪等有机物料循环利用技术。针对不同来源的有机肥及其加工产品的特点，研究形成有机肥菜田高效施用技术与规范，降低有机肥菜田施用风险，同时结合配套施肥技术，形成适合于河北地区的有机肥和相关产品的农田安全施用技术规范，实现设施蔬菜生产的肥药减量化控制；（2）蔬菜秸秆资源化处理及循环利用技术。根据蔬菜秸秆的物质特性，开展不同蔬菜秸秆、不同利用方式发酵适用菌剂的筛选及资源化处理模式研究，优化其资源化处理的技术参数，构建蔬菜秸秆资源化利用处理技术，在农田或菜田进行技术集成与示范。

3.4 规模化养殖废弃物循环利用技术

针对规模化养殖带来的大量废弃物问题，重点开展[16-21]：（1）废弃物无害化发酵工艺和处理技术优化。以发酵工程、酶工程等现有的高新生物技术为依托，结合快速堆肥腐熟关键技术与新设备，形成废弃物无害化处理与综合利用技术体系；（2）有机肥及其相关产品加工技术提升。研究集约化种养废弃物商品有机肥及其产品、制品的生产及加工工艺优化，形成有机肥和有机肥系列产品；（3）有机废弃物高效产沼气技术；（4）有机肥农田施用技术。研究有机肥及其加工产品农田高效施用技术与风险控制，形成适合于河北地区的有机肥和相关产品的农田安全施用技术规范。

3.5 循环农业产业的技术标准与体系优化

针对河北平原区循环模式粗放、无标生产、质量不定、效益不稳、技术参数不清以及农业循环产业之间缺乏有效链接和产业化服务体系等问题，急需研究构建不同循环产业的标准化、产业耦合和社会化服务支撑体系。重点开展不同地区的农牧业废弃物资源调查分析研究，统筹地区资源，优化配置；研究循环农业模式产业和产品的规范化途径，制定相应的技术标准；研究阐明不同循环农业模式中各环节的物质循环和能量流动的关键科学参数和利用转换效率；研究循环农业产业生命周期管理模式与控制途径，推行循环农业企业生命周期控制，保证循环农业模式技术能够得到有效的推广和应用；研究区域循环农业产业化的社会服务体系并提出技术经济政策方案，为区域循环农业产业发展构建“软环境”支撑系统。

［1］高旺盛，陈源泉，梁龙.论发展循环农业的基本原理与技术体系[J].农业现代化研究，2007，28（6）：731-734.

［2］高旺盛.坚持走中国特色的循环农业科技创新之路[J].农业现代化研究，2010，31（2）：129-133.

［3］高旺盛，陈源泉，董文.发展循环农业是低碳经济的重要途径[J].中国生态农业学报，2010，18（5）：1106-1109.

［4］高旺盛，贾敬敦.中国循环农业科技研究进展：第1辑[M].北京：中国农业大学出版社，2010.

［5］尹昌斌，周颖，刘利花.我国循环农业发展理论与实践[J].中国生态农业学报，2013，21（1）：47-53.

［6］周文夫.关于河北在环渤海经济圈中发展定位的思考[J].河北学刊，2007，27（2）：219-221.

［7］李保平.河北农业发展方式转变基础再造的思考[J].河北工程大学学报：社会科学版，2010，27（4）：55-57.

［8］韩玉，顾时贵.河北太行山区水资源结构与时空变化分析[M]//中国农学会耕作制度分会.中国农作制度研究进展.沈阳：辽宁科学技术出版，2008：120-124.

［9］隋鹏，陈素英，陈源泉，等.黄淮海地下水亏水区农业生产用水生态代价评估：以河北省栾城县为例[J].中国生态农业学报，2007，15（5）：178-181.

［10］陈冬冬.基于生态足迹的农业生态代价评估方法构建与实证研究[D].北京：中国农业大学，2008.

［11］张玉铭，胡春胜，毛任钊，等.华北太行山前平原农田生态系统中氮、磷、钾循环与平衡研究[J].应用生态学报，2003，14（11）：1863-1867.

［12］张玉铭，胡春胜，张佳宝，等.农田土壤主要温室气体（CO2，CH4，N2O）的源/汇强度及其温室效应研究进展[J].中国生态农业学报，2011，19（4）：966-975.