黃土高原工農(nóng)業(yè)復(fù)合循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式與關(guān)鍵技術(shù)集成利用實(shí)證分析——以甘肅省定西市為例

縣永平

（1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070；2.甘肅省定西市循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園區(qū)管委會，甘肅 定西 743000）

甘肅省定西市是黃土高原干旱地區(qū)的典型代表，這里年降水量僅420 mm。以雨養(yǎng)旱作農(nóng)業(yè)為特征的農(nóng)業(yè)承載能力逐漸不能滿足人口日益增加的需求，導(dǎo)致了不合理的土地利用方式和生態(tài)植被的破壞，使得嚴(yán)重的水土流失和頻繁的干旱成為該地區(qū)重要的自然環(huán)境特征。一方面，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)幾乎完全依賴降水，屬于沒有外來水資源提供灌溉的旱地農(nóng)業(yè)，此類生態(tài)系統(tǒng)必然具有明顯的不穩(wěn)定性和較低的抵抗外來擾動的能力。另一方面，該區(qū)域土壤地帶性特征又決定了其具有較大的生產(chǎn)潛力。因此，在該區(qū)域構(gòu)建工農(nóng)業(yè)復(fù)合循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，利用工農(nóng)業(yè)復(fù)合循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式的關(guān)鍵技術(shù)。發(fā)展該區(qū)域循環(huán)經(jīng)濟(jì)，以獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。這對于半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展意義重大[1]。

1 工農(nóng)業(yè)復(fù)合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的內(nèi)涵界定

所謂的工農(nóng)業(yè)復(fù)合循環(huán)經(jīng)濟(jì)就是將種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品加工業(yè)、造紙工業(yè)、橡膠提取工業(yè)、沼氣生物能產(chǎn)業(yè)、高效有機(jī)肥等產(chǎn)業(yè)和技術(shù)進(jìn)行高效集成，與科學(xué)施肥結(jié)合，用生物農(nóng)藥替代或者至少部分替代化學(xué)農(nóng)藥，降低污染，綜合起來就叫做工農(nóng)業(yè)復(fù)合循環(huán)經(jīng)濟(jì)，它是循環(huán)經(jīng)濟(jì)當(dāng)中的重要組成部分。這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長，還可以全面推進(jìn)基于農(nóng)產(chǎn)品的工業(yè)快速發(fā)展，增加就業(yè)、增加碳循環(huán)。簡單地說：種植、養(yǎng)殖、加工要成為產(chǎn)業(yè)鏈，能量物質(zhì)集成循環(huán)，低碳生態(tài)綠色環(huán)保[2]。

文中所述工農(nóng)業(yè)復(fù)合循環(huán)經(jīng)濟(jì)涵蓋上述操作層面內(nèi)容，同時包括微觀層次上企業(yè)之間（或區(qū)域?qū)哟危┑那鍧嵣a(chǎn)、農(nóng)業(yè)生態(tài)鏈和工業(yè)生態(tài)鏈的產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。通過農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化，把生物過程為主的農(nóng)業(yè)與工業(yè)連接起來，通過生態(tài)工業(yè)把資源開發(fā)和加工過程為主的工業(yè)過程與資源再生循環(huán)的環(huán)保產(chǎn)業(yè)連接起來，再回到資源或環(huán)境系統(tǒng)，從而形成資源—環(huán)境—產(chǎn)業(yè)—資源—環(huán)境的循環(huán)。在堅(jiān)持綜合效益最大化原則下，構(gòu)建不同類型產(chǎn)業(yè)鏈，取得社會效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益[3]。

2 工農(nóng)業(yè)復(fù)合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的特征

一般來說，在生產(chǎn)中堅(jiān)持工農(nóng)業(yè)復(fù)合協(xié)同聯(lián)動、多種優(yōu)勢互補(bǔ)是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的典型特征。這種特征具體表現(xiàn)如下。

2.1 復(fù)合多級循環(huán)模式并存

工農(nóng)業(yè)復(fù)合循環(huán)經(jīng)濟(jì)表現(xiàn)為“資源—產(chǎn)品—再生資源—產(chǎn)品—再生資源”的多級循環(huán)經(jīng)濟(jì)綜合模式，即由生產(chǎn)對策目標(biāo)單一、資源耗費(fèi)較高、生產(chǎn)方式較為粗放的“單向單環(huán)式”線性經(jīng)濟(jì)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)椴捎门c環(huán)境相容的綠色環(huán)保型生產(chǎn)對策，能夠?qū)崿F(xiàn)資源綜合利用的“單向多環(huán)式”、“多向多環(huán)式”與“多向循環(huán)式”相結(jié)合的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。

2.2 產(chǎn)業(yè)間拉動力彼此推進(jìn)

產(chǎn)業(yè)內(nèi)在拓展與外向拉動是工農(nóng)業(yè)復(fù)合循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本動力，二者均以生態(tài)系統(tǒng)能流和物質(zhì)流的流向作為形成主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)及其延伸產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)業(yè)網(wǎng)的依據(jù)。一方面，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)內(nèi)部有延伸產(chǎn)業(yè)鏈條、拓展生物資源綜合利用空間、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品增值與再循環(huán)的內(nèi)在動力；另一方面，工業(yè)對農(nóng)產(chǎn)品的精深加工及其副產(chǎn)品的綜合開發(fā)，打破了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)自體循環(huán)的路徑依賴，為發(fā)展農(nóng)業(yè)以及實(shí)施相關(guān)的生物工程提供了新的資源與制度選擇，由此形成工農(nóng)業(yè)復(fù)合循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式的重要拉動力。

2.3 創(chuàng)新先進(jìn)技術(shù)綜合應(yīng)用

循環(huán)經(jīng)濟(jì)是一種新的技術(shù)經(jīng)濟(jì)范式，能夠有效化解持續(xù)經(jīng)濟(jì)增長對資源和環(huán)境所帶來的壓力。在發(fā)展工農(nóng)業(yè)復(fù)合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的實(shí)踐中，注重先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)與廢棄物利用技術(shù)的融合，綜合應(yīng)用良種種植、玉米秸稈青貯、EM微生物發(fā)酵、農(nóng)產(chǎn)品深加工、副產(chǎn)品轉(zhuǎn)化增值（包括DDGS高蛋白飼料生產(chǎn)、高效液態(tài)肥滴施滴灌）等先進(jìn)適用技術(shù)，使得單位產(chǎn)出的資源消耗以及生產(chǎn)過程中污染排放減少，實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)利用以及生態(tài)環(huán)境的合理保護(hù)。

2.4 生物資源得以循環(huán)利用

在自然界中，各類生物依據(jù)生產(chǎn)功能—利用功能—轉(zhuǎn)化功能之間的關(guān)系，生生不息，無限循環(huán)。工農(nóng)業(yè)復(fù)合循環(huán)經(jīng)濟(jì)融入現(xiàn)代生物技術(shù)，充分利用微生物的生態(tài)轉(zhuǎn)化功能，使得作為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有機(jī)廢棄物資源（即“腐屑”，如酒糟、玉米秸稈、畜禽糞便、沼渣等）變廢為寶，為各種生物資源的循環(huán)利用與綜合開發(fā)進(jìn)行了有益探索。與此同時，先進(jìn)適用性科學(xué)技術(shù)對傳統(tǒng)線性經(jīng)濟(jì)模式的改造，突破了原有的制度選擇空間，增強(qiáng)農(nóng)民的收益預(yù)期，使得農(nóng)戶廣泛參與，并由此加速了循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈組織基礎(chǔ)的形成以及資源循環(huán)利用模式的創(chuàng)新。

3 工農(nóng)業(yè)復(fù)合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的運(yùn)作模式

在實(shí)踐中工農(nóng)業(yè)復(fù)合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的運(yùn)作模式，主要表現(xiàn)為工業(yè)拉動型、農(nóng)業(yè)拓展型、工農(nóng)耦合型等形式。

3.1 工業(yè)拉動型

以農(nóng)產(chǎn)品原料需求為紐帶，通過發(fā)展基地、聯(lián)結(jié)農(nóng)戶、構(gòu)建利益共同體，按照“資源—產(chǎn)品—再生資源—再生產(chǎn)品”的運(yùn)作方式，帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈條協(xié)同整合，進(jìn)而形成以工業(yè)企業(yè)拉動為主要特征的循環(huán)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)。在這一結(jié)構(gòu)中，工業(yè)企業(yè)的產(chǎn)業(yè)帶動以及技術(shù)輻射能力是關(guān)鍵。

3.2 農(nóng)業(yè)拓展型

農(nóng)民合作經(jīng)濟(jì)組織以及廣大農(nóng)戶不斷創(chuàng)新經(jīng)營方式，主動拓展產(chǎn)業(yè)鏈條，是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)主體拓展融合型循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式得以順利推進(jìn)的關(guān)鍵。針對工業(yè)企業(yè)的原料需求與技術(shù)輻射特征，適時引進(jìn)優(yōu)良品種并推廣相關(guān)的種養(yǎng)技術(shù)，廣泛應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)轉(zhuǎn)變原有生產(chǎn)方式的路徑依賴，強(qiáng)化各經(jīng)濟(jì)主體間的利益聯(lián)結(jié)機(jī)制，由此使得各農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)主體在大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的同時，實(shí)現(xiàn)了多方共贏以及經(jīng)濟(jì)、社會與生態(tài)效益兼顧的目標(biāo)。

3.3 工農(nóng)耦合型

工農(nóng)耦合型也叫工農(nóng)協(xié)同耦合型，其循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式是工農(nóng)產(chǎn)業(yè)日益融合的產(chǎn)物。主要立足本地資源優(yōu)勢，依托周邊農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)，協(xié)同各類經(jīng)濟(jì)主體，通過組織創(chuàng)新，構(gòu)建資源循環(huán)利用的新型產(chǎn)業(yè)鏈，最終實(shí)現(xiàn)了各業(yè)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢互補(bǔ)、相關(guān)經(jīng)濟(jì)主體利益共享、全生物產(chǎn)量綜合利用的目標(biāo)。堅(jiān)持走工農(nóng)聯(lián)盟之路，行“工業(yè)反哺農(nóng)業(yè)”之舉，大力支持種植、養(yǎng)殖、加工業(yè)的發(fā)展，推動了周邊農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展[4]。

圖1 甘肅富民生態(tài)農(nóng)業(yè)科技項(xiàng)目工農(nóng)耦合型工農(nóng)業(yè)復(fù)合循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式圖

4 工農(nóng)業(yè)復(fù)合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵技術(shù)集成利用案例分析

甘肅富民生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司（以下簡稱甘肅富民）位于甘肅省定西市循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園區(qū)，該公司秉持科技為先的理念，與中國農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合開發(fā)了利用馬鈴薯淀粉渣、廢水生產(chǎn)高效且無公害系列專用配方生物有機(jī)藥肥技術(shù)。大量試驗(yàn)證明，利用該技術(shù)生產(chǎn)的生物有機(jī)藥肥能促進(jìn)植株生長，改善作物品質(zhì)，預(yù)防病蟲害的發(fā)生，提高作物抗災(zāi)害能力，從而使作物產(chǎn)量增加30％以上，并能降低使用該有機(jī)藥肥農(nóng)戶的生產(chǎn)投入，提高其作物種植的經(jīng)濟(jì)效益。同時，該公司引進(jìn)世界最先進(jìn)的沼氣工程技術(shù)工藝，利用馬鈴薯廢渣、廢水產(chǎn)生沼氣，為當(dāng)?shù)靥峁┸囉萌細(xì)?。利用該技術(shù)生產(chǎn)有機(jī)藥肥并配套沼氣工程，可完全循環(huán)利用馬鈴薯淀粉生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢渣、廢水。這樣既可解決廢渣、廢水造成的環(huán)境壓力，又可變廢為寶，因此該模式技術(shù)的推廣與生產(chǎn)將成為甘肅省優(yōu)質(zhì)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大亮點(diǎn)。本項(xiàng)目的實(shí)施是典型的工農(nóng)耦合型的工農(nóng)業(yè)復(fù)合循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式（如圖1），其關(guān)鍵技術(shù)集成了顆粒生物有機(jī)肥生產(chǎn)技術(shù)、車用燃?xì)馍a(chǎn)技術(shù)、液體生物有機(jī)肥、生物有機(jī)藥肥、水劑生產(chǎn)技術(shù)以及水基性農(nóng)藥（懸浮劑）生產(chǎn)技術(shù)。各關(guān)鍵技術(shù)集成利用的工藝技術(shù)流程如下。

4.1 顆粒生物有機(jī)肥

顆粒生物有機(jī)肥是沼渣和秸稈等經(jīng)發(fā)酵后添加相應(yīng)原料，再經(jīng)造粒設(shè)備造粒成型而得。其工藝如圖2所示。

圖2 顆粒生物有機(jī)肥工藝流程

有機(jī)肥發(fā)酵工藝說明：對馬鈴薯淀粉渣進(jìn)行加壓分離處理，處理后將馬鈴薯淀粉渣分離成固渣和廢水兩部分，廢水轉(zhuǎn)入沼氣發(fā)酵系統(tǒng)；對生活垃圾和玉米秸稈進(jìn)行粉碎處理，將固渣和秸稈粉通過固體生物肥發(fā)酵系統(tǒng)發(fā)酵，發(fā)酵物料在池內(nèi)堆積厚度為150～180 cm，靠高壓風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)和翻堆時物料與空氣接觸提供的氧氣進(jìn)行連續(xù)好氧發(fā)酵，發(fā)酵周期8～10 d。鏈板式翻堆機(jī)的翻堆主體在縱橫向行走機(jī)構(gòu)的運(yùn)送下，將發(fā)酵物料從池內(nèi)刮起并輸送一段距離（約3.5 m）后落入池中，這樣發(fā)酵物料就在池內(nèi)產(chǎn)生一定的位移，使物料在池內(nèi)有規(guī)律、等距離地漸進(jìn)式后移，每天從發(fā)酵池尾端將發(fā)酵好的物料運(yùn)走，將發(fā)酵池前端騰出的空間（一天的處理量）補(bǔ)充新的發(fā)酵物料，從而形成了一種連續(xù)的發(fā)酵過程。發(fā)酵翻堆過程實(shí)現(xiàn)了全自動智能化控制。發(fā)酵后的物料堆成料堆儲存的同時進(jìn)行二次發(fā)酵，進(jìn)一步腐熟并去除部分水分。堆制一段時間（根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)及場地決定）后對其進(jìn)行篩選，調(diào)整水分（曬干或烘干）即為粉狀有機(jī)肥[5]。

4.2 車用燃?xì)?/h3>

本項(xiàng)目沼氣站采用的是目前世界上先進(jìn)的CSTR及CSTR一體化相結(jié)合的工藝，CSTR（完全混合式氧化消化器）具有產(chǎn)氣率高、適用原料范圍廣、應(yīng)用區(qū)域廣、能耗低、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)。流程如圖3所示。

圖3 車用燃?xì)夤に嚵鞒?/p>

場區(qū)配備集污池，集污池用于收集場區(qū)的生產(chǎn)廢水，一部分馬鈴薯渣經(jīng)固液分離機(jī)分離，直接用作有機(jī)肥，一部分馬鈴薯渣及廢液經(jīng)進(jìn)料斗投入調(diào)配池內(nèi)，加入一定量的生產(chǎn)廢水稀釋，調(diào)配池內(nèi)設(shè)置槳式攪拌機(jī)，攪拌一定時間使物料混合均勻后經(jīng)管道式粉碎機(jī)，再由螺桿泵泵入CSTR反應(yīng)器進(jìn)行厭氧發(fā)酵，反應(yīng)罐采用拼裝罐結(jié)構(gòu)，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)頂攪拌機(jī)，使物料處于全混狀態(tài)，在產(chǎn)甲烷菌等微生物的共同作用下，產(chǎn)生沼氣。

反應(yīng)罐內(nèi)出來的沼渣沼液自流入二次發(fā)酵罐內(nèi)貯存，厭氧反應(yīng)后物料在二次發(fā)酵罐中可增加10％～15％的產(chǎn)氣效率。從二次發(fā)酵罐內(nèi)出來的沼渣經(jīng)過固液分離后作為沼渣肥，沼液排入沼液儲池中進(jìn)行暫存，進(jìn)行進(jìn)一步深化處理，加工成有機(jī)肥。

本系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣用途主要用作車用CNG，提純壓縮單元由沼氣脫硫、脫碳提純、氣體儲存、壓縮、火炬等五部分組成，采用生物脫硫與化學(xué)脫硫串聯(lián)的工藝對沼氣進(jìn)行脫硫，硫化氫脫除率可達(dá)99％；采用Xebec PSA技術(shù)對脫硫后的沼氣進(jìn)行脫碳提純，產(chǎn)品中CO2含量小于3％，甲烷回收率96％以上，滿足車用壓縮天燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn)；選用干式雙膜獨(dú)立儲氣柜、往復(fù)式壓縮機(jī)地面火炬系統(tǒng)，并且運(yùn)行穩(wěn)定、運(yùn)行成本低、使用壽命長、操作簡單、環(huán)境友好，符合低碳經(jīng)濟(jì)要求。

4.3 液體生物有機(jī)肥、生物有機(jī)藥肥、水劑

本項(xiàng)目的液體生物有機(jī)肥、有機(jī)藥肥及農(nóng)藥水劑都采用相同調(diào)配及灌裝線，工藝如下（圖4）。

4.4 水基性農(nóng)藥（懸浮劑）

水基性農(nóng)藥（懸浮劑）工藝流程為（圖5）：

懸浮劑混合→粗磨→砂磨→過篩→檢測→成品。

圖5 水基性農(nóng)藥（懸浮劑）工藝流程圖

5 結(jié)語

綜上所述，黃土高原工農(nóng)業(yè)復(fù)合循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式與關(guān)鍵技術(shù)集成利用具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是該模式是在市場經(jīng)濟(jì)主導(dǎo)下的發(fā)展模式，企業(yè)和公眾共同組成循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主體，政府及行業(yè)協(xié)會主要扮演引導(dǎo)和服務(wù)的角色，市場機(jī)制在循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中占主導(dǎo)地位，它們在遵循市場規(guī)則的前提下開展活動；二是該模式是一種主動的全面發(fā)展模式，不僅注重資源和能量在生產(chǎn)系統(tǒng)的循環(huán)，而且注重其在消費(fèi)系統(tǒng)的循環(huán)，廢舊物品和資源在消費(fèi)系統(tǒng)得到充分循環(huán)利用后才返回到生產(chǎn)系統(tǒng)；三是該模式從產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級的視角建立和完善生態(tài)型產(chǎn)業(yè)區(qū)域，區(qū)內(nèi)各成員都是產(chǎn)業(yè)鏈上必不可少的節(jié)點(diǎn)企業(yè)，這些企業(yè)自身都是循環(huán)型企業(yè)；四是該模式在黃土高原半干旱節(jié)水型區(qū)域是順應(yīng)天時、遵循自然規(guī)律，順應(yīng)時代、遵循科學(xué)規(guī)律，順應(yīng)市場、遵循經(jīng)濟(jì)規(guī)律的典范[6]，具有科學(xué)性、時代性、經(jīng)濟(jì)性，值得大力提倡和示范推廣。

[1] 縣永平.黃土高原半干旱區(qū)低品位生物質(zhì)能源沼氣生態(tài)模式優(yōu)化——以甘肅省定西市為例[C].中國可再生能源發(fā)展國際會議論文集，北京：中國能源學(xué)會，2010.

[2] 齊建國.齊建國研究員談工農(nóng)業(yè)復(fù)合循環(huán)經(jīng)濟(jì)案例分析[R/OL].齊魯網(wǎng)，2010-06-25.

[3] 李俊利，張俊飚.基于循環(huán)農(nóng)業(yè)視角下的生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建研究[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì)，2008(11)122-124.

[4] 張建杰.工農(nóng)協(xié)同型循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式實(shí)證研究[J].商業(yè)時代，2007(18):59.

[5] 甘肅富民生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司.馬鈴薯淀粉渣、廢水循環(huán)綜合利用工程可行性研究報告[R].2011.

[6]岷縣國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要[OL].甘肅省發(fā)改委網(wǎng)站，2007-03-19.