種養(yǎng)一體化循環(huán)農(nóng)業(yè)園區(qū)的接口技術(shù)及其生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益分析*

石鵬飛，趙 平，趙吉祥，楊東玉，鄭媛媛，賈 亮，王貴彥※

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，保定 071001； 2.河北省景縣氣象局，衡水 053500； 3.河北津龍公司，衡水 053500)

種養(yǎng)一體化循環(huán)農(nóng)業(yè)園區(qū)的接口技術(shù)及其生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益分析*

石鵬飛1，趙 平2，趙吉祥1，楊東玉1，鄭媛媛1，賈 亮3，王貴彥1※

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，保定 071001； 2.河北省景縣氣象局，衡水 053500； 3.河北津龍公司，衡水 053500)

隨著種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，種養(yǎng)一體規(guī)?；?、集約化將成為今后華北平原農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。針對種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)之間缺乏協(xié)調(diào)互補(bǔ)的“種養(yǎng)分離”模式造成種養(yǎng)系統(tǒng)間物質(zhì)循環(huán)割裂，大量資源浪費(fèi)、能量高耗和環(huán)境污染等問題，以華北平原河北省某種養(yǎng)一體化生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)園區(qū)為例，采用實(shí)地調(diào)查和實(shí)證分析的方法，系統(tǒng)分析了該循環(huán)模式種植、養(yǎng)殖、沼氣和有機(jī)肥發(fā)酵、飼料加工和秸稈青貯模塊組成、相關(guān)接口技術(shù)體系以及對農(nóng)業(yè)種植-飼料加工-生豬養(yǎng)殖-屠宰加工-銷售和農(nóng)業(yè)種植(飼草、秸稈)-肉牛、奶牛養(yǎng)殖以及養(yǎng)殖廢棄物-沼氣發(fā)酵-沼渣沼液-有機(jī)肥-蔬菜種植等多條循環(huán)鏈構(gòu)成的物質(zhì)資源循環(huán)再生模式進(jìn)行了效益分析。結(jié)果表明：秸稈加工飼料、沼氣發(fā)酵和有機(jī)肥還田等關(guān)鍵“接口”技術(shù)是物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的核心，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率； 該模式的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品年總收入4 314萬元，節(jié)約化肥及用電成本1 796.8萬元，減排溫室氣體65 114.53tCO2-eq·a-1，解決了面源污染、資源損耗等問題，具有明顯的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益。該園區(qū)循環(huán)農(nóng)業(yè)模式對華北平原區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有引領(lǐng)和示范帶動(dòng)作用，可為建立本區(qū)域農(nóng)業(yè)廢棄物高效利用的循環(huán)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式及相關(guān)技術(shù)體系提供科學(xué)依據(jù)和政策建議。

華北平原 種養(yǎng)一體規(guī)?；?循環(huán)農(nóng)業(yè) 接口技術(shù) 效益分析

0 引言

華北平原不僅是我國重要糧食生產(chǎn)區(qū)域，而且在畜牧業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)重要地位。隨著種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；⒓s化程度的進(jìn)一步提高，產(chǎn)生了農(nóng)作物秸稈和畜禽糞便等大量廢棄物。然而種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)之間缺乏協(xié)調(diào)互補(bǔ)的“種養(yǎng)分離”模式造成了種養(yǎng)系統(tǒng)間物質(zhì)循環(huán)割裂，大量資源浪費(fèi)、能量高耗和環(huán)境污染等負(fù)面影響[1]。利用循環(huán)農(nóng)業(yè)理論和“4R”原則[2]及產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)構(gòu)建生態(tài)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)，在種、養(yǎng)、加循環(huán)一體化的技術(shù)體系中實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分流動(dòng)與食物鏈的循環(huán)延伸，通過接口技術(shù)對種植中的秸稈和養(yǎng)殖副產(chǎn)物的資源化利用，從而實(shí)現(xiàn)種植和養(yǎng)殖過程中污染的有效控制，達(dá)到環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益雙贏目標(biāo)，是農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用和控制農(nóng)業(yè)面源污染的有效途徑[3,4]。根據(jù)華北平原循環(huán)農(nóng)業(yè)實(shí)踐，秸稈全量還田、菌業(yè)循環(huán)利用和秸稈養(yǎng)畜循環(huán)利用等是該區(qū)域循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要模式[5,6]。通過這些循環(huán)模式的實(shí)施，為該區(qū)域大量秸稈[7]資源化利用和畜禽糞便所造成的空氣、水污染和環(huán)境問題[8]提供解決途徑，同時(shí)也可促進(jìn)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，提高整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。北方“四位一體”模式以沼氣發(fā)酵為紐帶，帶動(dòng)了養(yǎng)殖和種植、生產(chǎn)和生活的良性循環(huán)，生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益顯著[9]。南方“豬-沼-果”模式、上海崇明前衛(wèi)村模式和北京郊區(qū)蟹島模式等，通過沼氣發(fā)酵、污水處理、生物質(zhì)和有機(jī)肥還田等接口技術(shù)，把種植、養(yǎng)殖、加工、廢棄物處理等環(huán)節(jié)通過相應(yīng)技術(shù)體系有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了多層次循環(huán)利用物質(zhì)循環(huán)鏈，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益[10-13]，為本區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展提供了可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)依據(jù)。

該研究以河北某種養(yǎng)一體化循環(huán)農(nóng)業(yè)園區(qū)為例，系統(tǒng)分析種養(yǎng)一體化農(nóng)業(yè)園區(qū)“農(nóng)業(yè)資源-產(chǎn)品-農(nóng)業(yè)廢棄物-再利用或再生產(chǎn)”的高效循環(huán)技術(shù)模式和技術(shù)體系，為建立區(qū)域農(nóng)業(yè)廢棄物高效利用的循環(huán)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式及相關(guān)技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)華北平原資源節(jié)約和環(huán)境友好型現(xiàn)代循環(huán)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和農(nóng)業(yè)節(jié)能減排，提供科學(xué)依據(jù)和政策建議。

1 種養(yǎng)一體化生態(tài)循環(huán)模式構(gòu)建

園區(qū)是集規(guī)模種植、養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品加工和沼氣轉(zhuǎn)化與應(yīng)用為一體的現(xiàn)代循環(huán)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)。近幾年，公司通過土地流轉(zhuǎn)方式可利用的耕地面積為1 115.3hm2，其中養(yǎng)殖業(yè)占地45.3hm2，主要養(yǎng)殖生豬、肉牛、奶牛等，并依托養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展了飼料加工和肉食加工等產(chǎn)業(yè)。年出欄生豬6萬頭，肉牛年存欄3 000頭，奶牛1 000頭。種植的作物主要為小麥、玉米，面積基本穩(wěn)定在1 000hm2，其他為少量的高丹草、黑麥草等牧草以及蔬菜。

圖1 種養(yǎng)一體化農(nóng)業(yè)園區(qū)生態(tài)循環(huán)模式

如圖1所示，種植和養(yǎng)殖及沼氣發(fā)酵是農(nóng)業(yè)園區(qū)的核心，是構(gòu)成整個(gè)循環(huán)體系的基礎(chǔ)。種植是一切循環(huán)的基礎(chǔ)，種植所產(chǎn)生的籽粒、秸稈、牧草等，再加上外購的玉米籽粒等為養(yǎng)殖業(yè)提供飼料； 養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的糞便一部分進(jìn)入沼氣池進(jìn)行沼氣發(fā)酵，一部分進(jìn)行堆肥生產(chǎn)有機(jī)肥。沼氣發(fā)酵是連接種植和養(yǎng)殖的紐帶，沼氣主要用于發(fā)電，供公司和加工等工業(yè)用電，發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的沼液和沼渣返回到種植業(yè)中，為種植業(yè)提供有作物生長所需要的養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)等。所有循環(huán)鏈條都是圍繞種植、養(yǎng)殖、加工和沼氣發(fā)酵進(jìn)行的，以此完成各個(gè)環(huán)節(jié)廢棄物的資源化、無害化和再利用，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的循環(huán)利用。

除了向市場出售的肉、蛋、奶及少部分雜糧產(chǎn)品外，其他各部分均在整個(gè)大的循環(huán)體系內(nèi)部。按照資源互補(bǔ)循環(huán)利用機(jī)理，園區(qū)充分利用現(xiàn)有種植、養(yǎng)殖、沼氣發(fā)酵及有機(jī)肥生產(chǎn)等資源，形成了以沼氣為紐帶、以沼渣沼液為肥料、以廢棄物綜合處理與利用為手段的能量多級傳遞及物質(zhì)資源的循環(huán)再生模式。隨著產(chǎn)業(yè)鏈條的逐步完善，目前已形成了農(nóng)業(yè)種植(糧食)-飼料加工-生豬養(yǎng)殖-屠宰加工-銷售，農(nóng)業(yè)種植(飼草、秸稈)-肉牛、奶牛養(yǎng)殖-銷售，養(yǎng)殖(糞污)-沼氣化處理發(fā)電-沼渣沼液-農(nóng)業(yè)種植等循環(huán)鏈。這幾條循環(huán)鏈將循環(huán)的各個(gè)環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系，通過合理配置種植和養(yǎng)殖規(guī)模，形成物質(zhì)循環(huán)、能量高效利用的產(chǎn)業(yè)循環(huán)鏈條。

2 生態(tài)循環(huán)模式的主要系統(tǒng)組成及接口技術(shù)

根據(jù)農(nóng)業(yè)園區(qū)生態(tài)循環(huán)模式構(gòu)成，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)、沼氣發(fā)酵和有機(jī)肥加工及飼料加工系統(tǒng)為主要子系統(tǒng)。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)由小麥、玉米、牧草和蔬菜等作物構(gòu)成，養(yǎng)殖系統(tǒng)由生豬、奶牛、肉牛飼養(yǎng)組成，沼氣發(fā)酵、有機(jī)肥還田加工以及飼料加工和秸稈青貯構(gòu)成了整個(gè)循環(huán)的“接口”技術(shù)，對鏈接種植和養(yǎng)殖起到了關(guān)鍵作用。

2.1 農(nóng)田種植系統(tǒng)及其技術(shù)體系

農(nóng)田種植系統(tǒng)包括大田作物小麥、玉米、綠色蔬菜和優(yōu)質(zhì)牧草種植。初級產(chǎn)品為園區(qū)養(yǎng)殖提供充足和高質(zhì)量飼料，是生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)的動(dòng)力基礎(chǔ)。目前小麥-玉米兩熟種植面積1 000hm2，年產(chǎn)小麥750萬kg，玉米825萬kg，年產(chǎn)玉米秸稈8 000t。小麥籽粒市場出售，小麥秸稈還田； 玉米籽粒作為加工飼料的主要原料，玉米秸稈用于青貯，作為牛的飼料。

小麥、玉米種植過程中最主要技術(shù)特點(diǎn)為化肥和有機(jī)肥配合施用，根據(jù)豬糞和牛糞養(yǎng)分特點(diǎn)，每公頃施用豬糞和牛糞混合有機(jī)肥60t/hm2(含水量50%)作為底肥，每年僅大田作物就可消納6萬t有機(jī)肥，有效解決了因畜禽糞便隨意堆放而導(dǎo)致的面源污染問題。有機(jī)肥施用可改善土壤物理結(jié)構(gòu)，改良土壤肥力特性，增加土壤養(yǎng)分，對提高土壤可持續(xù)利用能力具有重要作用。

除了糧食作物，園區(qū)還種植了30hm2的牧草，以一年生黑麥草、苜蓿、高丹草、甜高粱為主，年產(chǎn)鮮草量200萬kg。牧草品種均選用適合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的優(yōu)質(zhì)品種，尤其是多花黑麥草、高丹草和苜蓿，牧草種植過程中，一般施用有機(jī)肥60t/hm2(含水量50%)，其他管理同常規(guī)大田。刈割后施用利用機(jī)械深施有機(jī)肥，同時(shí)配施一定數(shù)量的尿素，促進(jìn)牧草的再生長。良好的土壤環(huán)境使得牧草生長過程中基本不感病蟲害，柔嫩多汁，適口性好，營養(yǎng)價(jià)值高，可以為奶牛和肉牛提供高營養(yǎng)價(jià)值的青飼料。

另外，溫室蔬菜種植也是園區(qū)的特色種植，目前種植面積40hm2，以冷棚為主，主要蔬菜作物為茄子、黃瓜、番茄、馬鈴薯、白菜等，另外有香菜、菠菜、小蔥等。目前，3棟連棟溫室基本建成，主要用于育苗和一些高經(jīng)濟(jì)價(jià)值蔬菜為主，而且生產(chǎn)過程嚴(yán)格按照無公害蔬菜生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。蔬菜種植過程中，一般底肥施用由豬糞和牛糞為原料的有機(jī)肥，約120t/hm2(含水量50%)。另外，種植過程中，采用沼液和水按一定比例進(jìn)行灌溉2～3次，一方面降低病蟲害發(fā)生，另一方面還可以提高蔬菜品質(zhì)。試驗(yàn)結(jié)果表明，利用沼液進(jìn)行灌溉后，豇豆中的可溶性糖含量比對照增加7.8%～14.4%，可溶性蛋白增加8.3%～19.4%，粗纖維減少3.6%～13.6%； 白菜可溶性糖增加8.3%～13.9%，可溶性蛋白增加18.1%～30.3%，粗纖維減少12.8%～34.9%，而且兩種蔬菜中硝酸鹽含量比常規(guī)施肥硝酸鹽含量862.14mg/kg明顯降低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的3 000mg/kg[14]。因此，施用沼肥對提高蔬菜品質(zhì)效果顯著，符合無公害蔬菜生產(chǎn)的技術(shù)要求。

2.2 生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)及其技術(shù)體系

養(yǎng)豬區(qū)主要包括種豬舍、產(chǎn)仔舍、豬仔舍、育肥舍等，全部實(shí)行階段分區(qū)飼養(yǎng)模式，便于防疫的進(jìn)行。豬舍的構(gòu)造也體現(xiàn)了生態(tài)性和循環(huán)性，豬舍里都有防滲管道和沼氣池相連，人工糞尿分離技術(shù)將豬的糞尿經(jīng)防滲管道輸入沼氣池發(fā)電，發(fā)電余熱通過設(shè)備送到豬舍用于烘干通風(fēng)，并且豬舍大棚上面種植蔬菜、紅薯、南瓜、向日葵等立體作物，既增加土地利用率，又確保了棚舍的冬暖夏涼，形成“花園式”場區(qū)。農(nóng)業(yè)立體利用區(qū)累計(jì)種植各類作物20hm2，已成為一片懸浮的種植園。通過標(biāo)準(zhǔn)化和生態(tài)化飼養(yǎng)，提高了豬肉品質(zhì)，“景馨”品牌豬肉在當(dāng)?shù)厥袌龊苁軞g迎。

奶牛和肉牛飼養(yǎng)是養(yǎng)殖系統(tǒng)的重要組成部分，采用數(shù)字化管理集成技術(shù)和全混合日糧技術(shù)，實(shí)施科學(xué)規(guī)范的飼養(yǎng)管理規(guī)程。奶牛存欄1 000頭，其中產(chǎn)奶牛200頭，育成牛800頭，建有兩個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)奶廳，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化擠奶，日產(chǎn)牛奶4 000kg，并配有低溫貯存罐，由當(dāng)?shù)孛膳７止具M(jìn)行日收購，實(shí)現(xiàn)了冷鏈運(yùn)輸。肉牛存欄3 000頭，年出欄1 200頭。奶牛和肉牛以青貯秸稈粗飼料為主，配以不同比例的青飼料和精飼料。牛舍和豬舍相同，都建有防滲管道直接連接沼氣池，實(shí)現(xiàn)零污染收集牛糞尿等廢棄物。

2.3 沼氣發(fā)酵接口技術(shù)

沼氣綜合利用工程是連接種植和養(yǎng)殖進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)的關(guān)鍵“接口”技術(shù)，為達(dá)到豬、牛糞尿的無害化，資源化利用，建成了7 000m3、1 000m3和3 000m33個(gè)沼氣發(fā)酵池，總體積1.1萬m3。沼氣池的建立對降低養(yǎng)殖業(yè)廢棄物污染，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)起到了重要作用。整體工程由發(fā)酵系統(tǒng)-發(fā)電機(jī)組-氣體與處理系統(tǒng)-余熱回收系統(tǒng)一體化裝置組成。沼氣發(fā)酵采用中溫發(fā)酵技術(shù)，按原料種類分為豬糞沼氣池和牛糞沼氣池。各個(gè)沼氣區(qū)按功能劃分為原料發(fā)酵、沼氣凈化和燃燒發(fā)電。沼氣池年可消納動(dòng)物糞尿7 008萬kg，年產(chǎn)沼氣292萬m3，年可發(fā)電525.6萬kW·h，供公司日常生活、農(nóng)田灌溉、大型冷庫使用，實(shí)現(xiàn)了廢棄物的能源化利用。沼氣發(fā)酵所產(chǎn)生的沼渣沼液暫時(shí)儲(chǔ)存后，由機(jī)械清出。2010年，為了更好地利用沼液，公司在田間建造了6個(gè)沼液儲(chǔ)存池，鋪設(shè)了合計(jì)1萬m無堵塞沼液輸送管道，連接了厭氧反應(yīng)器和蔬菜種植大棚及田間地頭，并且安裝有相應(yīng)抽水設(shè)備，與灌溉用的噴灌設(shè)備相連接，使沼液的無害化利用更加簡便高效。

2.4 有機(jī)肥生產(chǎn)接口技術(shù)

牛糞是一種很好的有機(jī)肥來源，富含有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀等植物必需的營養(yǎng)物質(zhì)。還有各種生物酶和微生物。但由于牛飼料的特點(diǎn)，牛的糞便中除含有雜草、雜物外，還有大量的未充分消化的短纖維，約占糞重的15%，即使使用沼氣發(fā)酵，厭氧微生物也極難分解利用[15]。園區(qū)于2012年初引進(jìn)了牛糞年產(chǎn)5萬t有機(jī)肥商品化生產(chǎn)線，利用復(fù)合菌劑和先進(jìn)的發(fā)酵工藝和設(shè)備進(jìn)行牛糞有機(jī)肥的商品化生產(chǎn)。所產(chǎn)有機(jī)肥經(jīng)過兩次發(fā)酵腐熟后，可達(dá)到了田間安全施用標(biāo)準(zhǔn)。另外，二次發(fā)酵后，有機(jī)肥還可以進(jìn)行造粒處理，形成顆粒狀，直接在市場上進(jìn)行銷售，也可以配比一定的氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量，形成無機(jī)-有機(jī)復(fù)混肥進(jìn)行出售。

2.5 飼料加工接口技術(shù)

飼料加工和秸稈青貯是鏈接種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的必要環(huán)節(jié)。精飼料的主要成分為玉米，占60%，其余為豆粕(14%～18%)和麥麩(20%)等。除了每年生產(chǎn)的玉米籽粒8 250t外，還買進(jìn)1.4萬t玉米籽粒進(jìn)行精飼料加工。對秸稈粗飼料和牧草等青飼料，園區(qū)還建立了約1.2萬m3的青貯池，采用青貯和微貯技術(shù)，對秸稈和部分牧草進(jìn)行飼料化生產(chǎn)，既可以有效利用秸稈和牧草的有效養(yǎng)分，而且可以保證冬季飼料的充分供應(yīng)。大量的玉米秸稈青貯后，延長了保存時(shí)間，而且富含蛋白質(zhì)、胡蘿卜素等營養(yǎng)物質(zhì)，味道清香，適口性好，是飼養(yǎng)奶牛和肉牛的良好飼料。

3 生態(tài)循環(huán)模式的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 種植和養(yǎng)殖系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)園區(qū)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2013年銷售收入中來自種植系統(tǒng)的是小麥籽粒和蔬菜，小麥年總收入為1 000萬元，蔬菜收入530萬元。其他效益為大田作物、蔬菜、牧草、果樹施用有機(jī)肥而節(jié)省的化肥費(fèi)用，當(dāng)年施用有機(jī)肥而節(jié)省的化肥合計(jì)9 207元/hm2，每年可節(jié)約相當(dāng)于氮、磷、鉀養(yǎng)分含量的化肥1 307.7萬元。養(yǎng)殖系統(tǒng)收入主要為出售的產(chǎn)品為牛肉、豬肉及相關(guān)加工熟食，園區(qū)建有國內(nèi)一流的生豬屠宰加工生產(chǎn)線，進(jìn)一步延長了生豬飼養(yǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈，提升了生產(chǎn)效益。2013年共計(jì)產(chǎn)豬肉420t，平均市場價(jià)格24元/kg，年收入1 008萬元。除此之外，肉牛和牛奶也是重要收入來源,2013年園區(qū)共出售牛肉50t，平均市場價(jià)格56元/kg，牛肉總收入為280萬元。目前園區(qū)飼養(yǎng)的奶牛中共有200頭產(chǎn)奶牛，平均日產(chǎn)4 000kg牛奶，平均市場價(jià)格6元/kg,2013年牛奶的收入為876萬元。另外，園區(qū)熟食加工年收入620萬元。

3.2 沼氣工程收益分析

沼氣工程效益包括沼氣發(fā)電后替代工業(yè)用電成本的直接效益及減少環(huán)境污染和生產(chǎn)有機(jī)肥的間接效益。根據(jù)2013年園區(qū)沼氣池的工作運(yùn)轉(zhuǎn)情況，年發(fā)電量為525.6萬kW·h，按河北省農(nóng)業(yè)用電0.52元/kW·h計(jì)算，年可節(jié)省273.3萬元。另外，沼氣池每年產(chǎn)生的沼渣和沼液可作為種植作物的優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥施用，按照所含氮、磷、鉀養(yǎng)分根據(jù)市場價(jià)格折算后年可節(jié)約化肥215.8萬元。

3.3 種養(yǎng)一體化生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)園區(qū)生態(tài)效益分析

目前，以沼氣工程為紐帶，以資源的充分利用為目標(biāo)，將生態(tài)種植和養(yǎng)殖、沼氣發(fā)酵、無公害農(nóng)產(chǎn)品加工等環(huán)節(jié)有機(jī)鏈接和循環(huán)。與糞便自然堆放相比，沼氣發(fā)酵減排溫室氣體63 671.70tCO2-eq·a-1，有機(jī)肥替代化肥生產(chǎn)過程能耗減排溫室氣體1 442.83tCO2-eq·a-1。另外，通過對養(yǎng)殖廢棄物進(jìn)行綜合多級利用，減輕了面源污染，廢棄物中的COD排放量由處理前的318t，降到了目前的102t，避免了有害氣體對環(huán)境的污染和有害微生物傳染疾病的發(fā)生，而且通過沼液循環(huán)利用，年可節(jié)水4萬m3。

充分發(fā)酵有機(jī)肥及沼渣、沼液為園區(qū)無公害綠色蔬菜、果品、糧食和牧草生產(chǎn)提供了優(yōu)質(zhì)肥料，而這又帶動(dòng)和促進(jìn)了生態(tài)生豬和肉、奶牛的生產(chǎn)，形成了良性循環(huán)的食物鏈，為綠色食品生產(chǎn)提供了條件。大型沼氣池產(chǎn)沼氣進(jìn)行發(fā)電，既節(jié)省了大量煤炭，而且減少了資源消耗，降低了環(huán)境污染。

4 主要結(jié)論與建議

園區(qū)利用生態(tài)學(xué)原理中的增環(huán)效應(yīng)，通過增加生產(chǎn)環(huán)與增益環(huán)，種植和養(yǎng)殖相結(jié)合，使得種植中的籽粒和秸稈轉(zhuǎn)化為養(yǎng)殖中的飼料，而養(yǎng)殖中的糞便等廢棄物完全實(shí)現(xiàn)了資源化，以安全有效有機(jī)肥和能源化形式返回到了種植系統(tǒng)中。物質(zhì)循環(huán)利用過程及能量轉(zhuǎn)化中，不僅實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品升級，而且將可再生資源轉(zhuǎn)化為高效農(nóng)產(chǎn)品，達(dá)到了物質(zhì)多層次、多級化利用的良性循環(huán)。

以沼氣發(fā)酵工程、有機(jī)肥生產(chǎn)和飼料加工等為“接口”技術(shù)，把種植和養(yǎng)殖有機(jī)地結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了種植、養(yǎng)殖廢棄物的資源化和循環(huán)利用。產(chǎn)品年總收入達(dá)4 314萬元，有機(jī)肥施用替代化肥和沼氣發(fā)電等方面可節(jié)約化肥及用電成本1 796.8萬元。另外，大量玉米秸稈飼料化利用和有機(jī)廢棄物肥料化減少了環(huán)境面源污染，同時(shí)沼氣發(fā)電減少了資源消耗。沼氣工程和有機(jī)肥替代化肥每年可減排溫室氣體65 114.53tCO2-eq·a-1。

以循環(huán)農(nóng)業(yè)理論為指導(dǎo)，以種植、養(yǎng)殖、沼氣發(fā)酵和加工模塊為重點(diǎn)，形成了一系列種養(yǎng)一體規(guī)?；h(huán)產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)體系，并以此為載體實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)分循環(huán)和能量流動(dòng)，解決了“種養(yǎng)分離”對環(huán)境的負(fù)面影響和可再生資源的巨大浪費(fèi)。通過幾個(gè)模塊間的養(yǎng)分循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)養(yǎng)分從“土壤→植物→動(dòng)物→土壤”的順序流通和循環(huán)[16]。種植系統(tǒng)作為廢棄物和能量轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，養(yǎng)殖系統(tǒng)則為種植系統(tǒng)提供有機(jī)肥料[17]，通過資源的高效循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)種養(yǎng)系統(tǒng)間物質(zhì)投入產(chǎn)出環(huán)境效益最優(yōu)化、可再生資源高效循環(huán)化和污染物排放的最小化[18]，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢，對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展具有引領(lǐng)作用。但在發(fā)展過程中，隨著種植、養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大，在特定區(qū)域、特定環(huán)境條件下，應(yīng)加強(qiáng)對土壤消納畜禽糞便能力的評價(jià)，避免因養(yǎng)殖廢棄物中的有機(jī)污染物和重金屬等有害物質(zhì)對土壤造成污染，從而加劇畜禽糞便資源化利用的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。因此，種養(yǎng)一體化循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展應(yīng)建立“以種定養(yǎng)”、“以養(yǎng)促種”的生產(chǎn)循環(huán)模式[8]，實(shí)現(xiàn)廢棄物高效循環(huán)利用，降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，從而進(jìn)一步提升農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力。

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ANALYSIS OF INTERFACING TECHNOLOGY AND ECO-ECONOMIC BENEFITS OF THE INTEGRATED AGRICULTURAL INDUSTRY PARK*

Shi Pengfei1，Zhao Ping2，Zhao Jixiang1，Yang Dongyu1，Zheng Yuanyuan1，Jia Liang3，Wang Guiyan1※

(1.Faculty of Agronomy，Hebei Agricultural University，Baoding 071001，China； 2.Jingxian County Meteorology Administration of Hebei,Hengshui 053500； 3.Hebei Jinlong Company,Hengshui 053500,China)

With the continuous expansion of the scale of planting and breeding, the large-scale and intensive of planting and breeding systems become an inevitable trend in the future development of agriculture in North China Plain. The lack of coordination and complementary of the separate model of planting and breeding causes that the material cycle of planting and breeding systems is split, a lot of resources are wasted, and high energy consumption and environment pollution happen. By the methods of field investigation and empirical analysis, this paper analyzed the agricultural benefit of a recycling agriculture industry park in Hebei province, which included many sub-modes, such as planting, pig and cattle breeding, large-scale biogas project, feed processing and straw silage and organic fertilizer production. The results showed that the recycling chains had been formed in the agricultural park, which were maize-feeding-pig breeding-pig dressing-sale and maize and forage-cattle breeding- fermenting methane-biogas residue-organic fertilizer-vegetable planting. These chains had the high multi-transmission of energy and recycling of resources, which resolved the deficit of resources and energy in the planting and breeding system, and achieved remarkable eco-economic benefits.As the leading and demonstration in the agricultural sustainable development in North China plain, the sale revenue of the park from wheat and vegetables of planting system was total 15.3 million Yuan, and 27.84 million Yuan from pork, beef, cooked food processing and milk of breeding. Biogas engineering can save 2.733 million Yuan due to the alternative industrial electricity and the decrease of the environmental pollution and production of organic fertilizer indirectly.The straw feed processing, biogas fermentation, organic fertilizer to cropland and other key interfacing technology were the core of material circulation and energy flow of whole system. The park mode can reduce greenhouse gas emissions 65114.53t CO2-eqoa-1 and solve non-point source pollution, resource depletion and other issues. This result will provide a scientific basis and policy recommendation to achieve resource-saving and environment-friendly modern recycling of sustainable development agriculture.

North China Plain ; mixed crop-livestock; recycling agricultural; interfacing technology; benefit analysis

10.7621/cjarrp.1005-9121.20161226

2016-01-07

石鵬飛(1989—)，男，陜西榆林人，碩士研究生在讀。研究方向：循環(huán)農(nóng)業(yè)和集約持續(xù)農(nóng)作制度。※通訊作者：王貴彥(1971—)，女，河北石家莊人，博士、教授。研究方向：循環(huán)農(nóng)業(yè)和集約持續(xù)農(nóng)作制度。Email：guiyanwang@sina.com

*資助項(xiàng)目：國家科技支撐計(jì)劃循環(huán)農(nóng)業(yè)科技工程項(xiàng)目“規(guī)模化養(yǎng)殖基地廢棄物循環(huán)利用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)集成與示范”(2012BAD14B07-06-02)

S-0;F323.3;F

A

1005-9121[2016]12-0167-06