以發(fā)展沼氣工程為紐帶的中國(guó)綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展思路

　　摘要：為了解決化石農(nóng)業(yè)和規(guī)模化飼養(yǎng)業(yè)生產(chǎn)的殘余物，包括農(nóng)作物秸稈、畜禽排泄物和食品加工三廢物質(zhì)等的堆積污染問題，本研究提出一個(gè)以點(diǎn)面結(jié)合，網(wǎng)狀發(fā)展現(xiàn)代化沼氣工程為紐帶的現(xiàn)代化綠色農(nóng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)化構(gòu)想。它是以農(nóng)作物秸稈和規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)的畜禽排泄物為原料，集沼氣發(fā)電與配送、沼渣有機(jī)肥商品化生產(chǎn)支撐有機(jī)栽培、沼液規(guī)模化養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)微藻發(fā)展動(dòng)物保健飼料為一體的綠色農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程。經(jīng)過技術(shù)集成配套、反復(fù)演練，該工程有望解決化石農(nóng)業(yè)和規(guī)?；曫B(yǎng)業(yè)生產(chǎn)的殘余物堆積污染問題，成為中國(guó)綠色農(nóng)業(yè)、有機(jī)食品和能源農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基本方向。

　　關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)廢棄物；規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖三廢；網(wǎng)狀沼氣工程；微藻養(yǎng)殖；綠色農(nóng)業(yè)

　　O引言

　　為了解決急劇膨脹的人口對(duì)糧食的需求，20世紀(jì)70年代中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)從傳統(tǒng)有機(jī)農(nóng)業(yè)急轉(zhuǎn)為以大量使用化肥、合成飼料、農(nóng)藥和獸藥為典型特征的化石農(nóng)業(yè)和規(guī)?；曫B(yǎng)業(yè)【l】。這雖然在一定程度上提高了糧食產(chǎn)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率，但是造成農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量及其安全性的顯著下降，并且產(chǎn)生大量的農(nóng)業(yè)廢棄物。農(nóng)作物秸稈、畜禽排泄物、食品加工三廢物質(zhì)等大量堆積，成為嚴(yán)重的面源污染和點(diǎn)源污染【2】。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有許多關(guān)于農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的相關(guān)研究，對(duì)于農(nóng)作物秸稈等木質(zhì)纖維素類廢棄物的資源化利用而言，主要采用發(fā)酵生產(chǎn)沼氣‘31、加工飼料H、制成復(fù)合材料以及通過固化、炭化制造化學(xué)品等技術(shù)【習(xí)；畜禽糞便的資源化利用，則主要采用生產(chǎn)沼氣【6】、肥料化技術(shù)【71等。但是，均缺乏系統(tǒng)性綜合利用的考慮。

　　l傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)向化石農(nóng)業(yè)、高度集約化畜牧業(yè)轉(zhuǎn)變帶來的負(fù)面影響

　　1．1化石農(nóng)業(yè)的負(fù)面效應(yīng)

　　為了提高糧食產(chǎn)量、防治病蟲害，人們?cè)谏a(chǎn)糧食過程中，大量使用化肥、農(nóng)藥，雖然這在一定程度上增加了農(nóng)作物的產(chǎn)量，但是卻造成了嚴(yán)重的食品安全問題，并且造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。據(jù)中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒的數(shù)據(jù)，1978年中國(guó)化肥施用量為884．O×104t，2010年達(dá)到5561．7×104t，是1978年的6．3倍，1990年農(nóng)藥施用量為7313x104t，2009年為175．8x104t，是1990年的2．4彳立【蚋?；屎娃r(nóng)藥施用量呈現(xiàn)劇增的趨勢(shì)。

　　1．1．1食品質(zhì)量與安全問題大量施用于農(nóng)田中的化肥，其養(yǎng)分并不能完全被作物吸收利用。氮、磷、鉀等一些化學(xué)物質(zhì)易在土壤中積累，造成土壤養(yǎng)分失調(diào)，有害重金屬含量和有害病菌量超標(biāo)，導(dǎo)致土壤性狀惡化，作物體內(nèi)部分物質(zhì)轉(zhuǎn)化合成受阻，使農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)降低。超量使用化肥使果蔬生長(zhǎng)性狀低劣，并且容易腐爛，不宜存放嘲。

　　?1．1．2環(huán)境問題在中國(guó)大量施用到耕地的化肥中氮肥只有約30％被當(dāng)季農(nóng)作物吸收，磷肥有10％被當(dāng)季作物吸收，70％以上的化肥流失到土壤、水體、大氣等環(huán)境中n引。大量化肥的流失不僅造成了極大的資源浪費(fèi)，也給環(huán)境造成了很大的沖擊。施用到土壤中的氮肥和磷肥經(jīng)灌溉的淋溶，大雨的沖洗，滲入地下水或進(jìn)入河流、湖泊等地表水體，致使水體中的氮磷元素超標(biāo)，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化。直接影響居民生活用水和工農(nóng)業(yè)用水，給水產(chǎn)養(yǎng)殖帶來威脅。

　　1．2規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)的負(fù)面效應(yīng)

　　1．2．1動(dòng)物性食品的質(zhì)量與安全問題(1)質(zhì)量上的差異。規(guī)?；B(yǎng)殖由于普遍采用合成飼料以及飼喂方法同有機(jī)生產(chǎn)的差異，導(dǎo)致規(guī)?；B(yǎng)殖的動(dòng)物性食品與有機(jī)食品質(zhì)量上的差異。李慧芳等【2加對(duì)土雞蛋和商品蛋的各種指標(biāo)進(jìn)行分析，結(jié)果：菱明土雞蛋鋅、硒、維生素A的含量較高，蛋白質(zhì)含量較高，且卵磷脂的含量也較高。蛋白質(zhì)和卵磷脂是蛋品中最重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因而土雞蛋的質(zhì)量?jī)?yōu)于商品蛋。黃炎坤m1等對(duì)土雞和籠養(yǎng)雞的雞蛋成分對(duì)比分析，土雞蛋的蛋黃比例、蛋黃顏色、蛋白高度、蛋殼中磷含量和8種必需氮基酸總含量分別比籠養(yǎng)雞蛋高23．09％、54．1％、17．57％、88．89％、11．34％，也得出土雞蛋的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值比籠養(yǎng)雞蛋高的結(jié)論。L．L．HaIls饑等∞】對(duì)有機(jī)飼喂方法和傳統(tǒng)飼喂方法作對(duì)比，結(jié)果表明，采用有機(jī)谷物并添加青儲(chǔ)飼料喂食的豬，脂肪含量少，且脂肪中含有更多的不飽和脂肪酸。(2)安全上的問題。由于不能滿足人們對(duì)肉禽奶蛋等動(dòng)物性食品的需求，傳統(tǒng)的分散式畜禽養(yǎng)殖逐漸被大規(guī)模高度集約化畜牧業(yè)所取代。養(yǎng)殖廠為了對(duì)某些畜禽疫病的預(yù)防與治療或達(dá)到促進(jìn)畜禽快速生長(zhǎng)發(fā)育的目的，都普遍存在往畜禽飼料中盲目添加多種抗生素、激素和化學(xué)合成藥物等。這些物質(zhì)如果長(zhǎng)期喂食給動(dòng)物，會(huì)引起病源微生物產(chǎn)生抗藥性、畜禽動(dòng)物體內(nèi)藥物殘留，進(jìn)而嚴(yán)重威脅人類的健康。而且濫用激素、合成飼料和獸藥等會(huì)造成生產(chǎn)成本大幅上升并伴隨動(dòng)物性食品質(zhì)量及其安全性的顯著下降。

　　1．2．2環(huán)境問題快速發(fā)展的規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)帶來大量畜禽排泄物，其中含有大量的有機(jī)物、病原微生物而且有獸藥殘留，如得不到及時(shí)有效的處理，將形成無數(shù)的點(diǎn)狀污染。這些廢棄物資源含有大量的有機(jī)物，氮、磷化合物，是很寶貴的資源，如果只是簡(jiǎn)單的處理或者像農(nóng)村一樣還田處理的方法，不僅不能很好的利用其營(yíng)養(yǎng)豐富的優(yōu)勢(shì)，會(huì)造成巨大的資源浪費(fèi)，而且這些廢棄物大量堆積會(huì)嚴(yán)重污染土壤和水。

　　2秸稈、畜禽排泄物、生物質(zhì)廢棄物的現(xiàn)有處置方法與局限性

　　2.1農(nóng)作物秸稈

　　直接作為薪柴燃燒中國(guó)每年都有很多秸稈被廢棄或是被燃燒掉，造成極大的浪費(fèi)和環(huán)境污染。同時(shí)，破壞了養(yǎng)分的自然循環(huán)。目前，農(nóng)村主要采取焚燒的方式處理。焚燒秸稈將直接導(dǎo)致空氣中總懸浮顆粒數(shù)量增加，焚燒產(chǎn)生的滾滾濃煙中含有大量的CO、CO2、SO，等有毒有害氣體，會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生不良影響。劉天學(xué)等圓對(duì)焚燒秸稈前后的土壤進(jìn)行比較，表明焚燒秸桿使土壤有機(jī)質(zhì)減少16.56%。利用農(nóng)作物秸稈作為沼氣發(fā)酵原料，是比其直接作為薪柴燃燒更高效更清潔的方法，是利用秸稈中儲(chǔ)存的豐富生物質(zhì)能的簡(jiǎn)便途徑。秸稈沼氣發(fā)酵比直接燃燒能量利用效率提高0.2-0.9倍啊。

　　2.2畜禽排泄物直接用作肥料

　　近20年來，中國(guó)禽畜養(yǎng)殖業(yè)年均增長(zhǎng)9.9%，2005年中國(guó)主要畜禽年末存欄量達(dá)到65.9億頭四。隨著集約化、規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的廢棄物也越來越多。由于畜禽糞便中含有大量的有機(jī)物，氮、磷等化合物，目前主要直接還田用作有機(jī)肥，但急劇產(chǎn)生的畜禽糞便已經(jīng)不能被完全消納。此外，由于畜禽糞便中可能含有大量病原菌，抗生素和獸藥殘留等。因此，大量畜禽排泄物還田處理必然會(huì)污染土壤和水，造成二次污染。

　　3網(wǎng)狀沼氣工程是解決秸稈、畜禽排泄物、生物質(zhì)廢棄物資源化利用的關(guān)鍵紐帶

　　3.1沼氣工程的現(xiàn)狀及其局限性

　　20世紀(jì)60年代，中國(guó)開始實(shí)施沼氣工程。它是通過秸稈、畜禽糞便等為原料的厭氧消化制取沼氣、治理污染的全套工程。歷經(jīng)50年的發(fā)展，沼氣工程從最初的單純追求能源生產(chǎn)，拓展為以廢棄物厭氧發(fā)酵為手段，以能源生產(chǎn)為目標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)沼氣、沼液、沼渣的綜合利用。沼氣作為一種特殊的清潔能源，可以用來作燃料和發(fā)電叫，是節(jié)能減排的重要組成部分和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而沼渣除了含有豐富的氮、磷、鉀等常量元素外，還含有許多利于作物生長(zhǎng)的微量元素，例如碉、銅、鐵、錳、鋅等，以及對(duì)土壤改良有重要作用的腐植酸四。因此，沼渣可以直接作為有機(jī)肥，具有良好的改土培肥效果，能改善作物品質(zhì)、增加作物產(chǎn)量，有機(jī)肥與土壤形成的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合物改善了土壤理化性狀四。沼液作為沼氣厭氧發(fā)酵后的產(chǎn)物，含有豐富的氮（0.03%~

　　0.08%）、磷（0.02%~0.07%）、鉀（0.05%~1.40%）等大量營(yíng)養(yǎng)元素和鈣、銅、鐵、鋅、錳等微量營(yíng)養(yǎng)元素，還含有豐富的氨基酸、單糖、B族維生素、生長(zhǎng)素、赤霉素、各種水解酶、某些植物激素以及對(duì)病蟲害有抑制作用的物質(zhì)或因子叫。沼液的速效營(yíng)養(yǎng)能力強(qiáng)，養(yǎng)分可利用率高，能迅速被作物吸收利用，不但能提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，而且具有防病抗逆作用，能夠促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，并防治病蟲害，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用~到。發(fā)酵后產(chǎn)生的沼液，有機(jī)物含量會(huì)降低，但COD還是達(dá)不到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，而且經(jīng)過厭氧消化后，沼液中的氮、磷依然非常高呵，并且含有多種金屬離子，沼液的最好方式是還田，但受中國(guó)人多地少的國(guó)情制約，部分地區(qū)耕地資源無法承受規(guī)模龐大的養(yǎng)殖業(yè)污水的排放。又由于沼液中氮磷含量高，細(xì)菌指標(biāo)也可能超標(biāo)，如果不進(jìn)行妥善處理，任意排放，必然對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染，故沼液的后處理日益受到人們的重視。

　　3.2發(fā)酵網(wǎng)狀沼氣工程的設(shè)想

　　雖然目前中國(guó)在農(nóng)戶中已經(jīng)普及微型沼氣項(xiàng)目，但由于其零星分散，技術(shù)含量低，還未發(fā)揮出應(yīng)有的效果。產(chǎn)生的沼氣主要用作燃料和發(fā)電，沼液和沼渣主要還田處理，缺乏系統(tǒng)性綜合利用的考慮。本研究提出一個(gè)以點(diǎn)面結(jié)合，網(wǎng)狀發(fā)展現(xiàn)代化沼氣工程為紐帶的現(xiàn)代化綠色農(nóng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)化構(gòu)想。它以規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)的畜禽排泄物為原料，集沼氣發(fā)電與配送、沼渣有機(jī)肥商品化生產(chǎn)支撐有機(jī)栽培、沼液規(guī)模化養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)微藻發(fā)展動(dòng)物保健飼料為一體的綠色農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程。其中，涉及的關(guān)鍵技術(shù)：（1）畜禽糞尿厭氧發(fā)酵調(diào)控技術(shù)，通過添加作物秸稈、畜禽排泄物等高碳氮比有機(jī)物、調(diào)節(jié)酸堿度、調(diào)節(jié)溫度技術(shù)，獲得適宜藻類養(yǎng)殖的優(yōu)質(zhì)沼液；（2）微藻高密度培養(yǎng)技術(shù)?；谥参锶~片的仿生學(xué)原理、流體力學(xué)原理，開發(fā)出智能型連續(xù)式高效免維護(hù)微藻光合自養(yǎng)-異養(yǎng)復(fù)合生物反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)菌藻共生體的高密度低成本養(yǎng)殖和沼液一次性凈化的目標(biāo)；（3）菌藻共生結(jié)球技術(shù)。采用自然界廣泛存在的真菌作為固定化材料，率先利用真菌介導(dǎo)的微藻成球技術(shù)進(jìn)行微藻細(xì)胞的固定化，實(shí)現(xiàn)微藻的高密度培養(yǎng)、高效收獲和重復(fù)利用。（4）菌藻共生體綜合加工技術(shù)。收獲后的菌藻顆粒，經(jīng)預(yù)處理除去其中的有害成分或者提取高附加值產(chǎn)品，再制成動(dòng)物保健飼料。

　　4結(jié)論與討論

　　食品質(zhì)量與安全、能源的可持續(xù)供應(yīng)和環(huán)境污染是目前最困擾中國(guó)的三大問題?；r(nóng)業(yè)和規(guī)?；曫B(yǎng)業(yè)的發(fā)展是導(dǎo)致食品質(zhì)量下降和食品安全問題突出的根源，是農(nóng)作物秸稈季節(jié)性過剩堆積和規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖畜禽排泄物點(diǎn)狀污染日趨嚴(yán)重的罪魁。歷史的發(fā)展要求現(xiàn)代農(nóng)業(yè)在一定程度上回歸以生物質(zhì)循環(huán)利用為特征的綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展軌道；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)也被要求承擔(dān)可再生的生物質(zhì)能源生產(chǎn)者的角色。

　　本研究認(rèn)為，應(yīng)在一定的行政區(qū)域內(nèi)，以規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)或城鎮(zhèn)為核心，以農(nóng)林生物質(zhì)殘余物分布為依據(jù)開發(fā)點(diǎn)面結(jié)合，網(wǎng)狀發(fā)展現(xiàn)代化沼氣工程，穩(wěn)定消化畜禽和人畜排泄物和農(nóng)林生物質(zhì)殘余物，實(shí)現(xiàn)沼氣穩(wěn)定供應(yīng)或發(fā)電配送；以沼渣有機(jī)肥商品化生產(chǎn)支撐當(dāng)?shù)氐统杀镜挠袡C(jī)農(nóng)業(yè)栽培；以沼液規(guī)?；B(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)微藻發(fā)展動(dòng)物保健飼料為依托發(fā)展綠色養(yǎng)殖。這是一個(gè)可以在很大程度上同時(shí)解決目前食品質(zhì)量與安全、能源的可持續(xù)供應(yīng)和環(huán)境污染防治的可行辦法，但這也是一個(gè)目前還未形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)的中國(guó)式綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展系統(tǒng)工程藍(lán)圖。

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