以发展沼气工程为纽带的中国绿色农业发展思路

　　摘要：为了解决化石农业和规模化饲养业生产的残余物，包括农作物秸秆、畜禽排泄物和食品加工三废物质等的堆积污染问题，本研究提出一个以点面结合，网状发展现代化沼气工程为纽带的现代化绿色农业的产业化构想。它是以农作物秸秆和规模化养殖场的畜禽排泄物为原料，集沼气发电与配送、沼渣有机肥商品化生产支撑有机栽培、沼液规模化养殖经济微藻发展动物保健饲料为一体的绿色农业系统工程。经过技术集成配套、反复演练，该工程有望解决化石农业和规模化饲养业生产的残余物堆积污染问题，成为中国绿色农业、有机食品和能源农业可持续发展的基本方向。

　　关键词：农业废弃物；规模化畜禽养殖三废；网状沼气工程；微藻养殖；绿色农业

　　O引言

　　为了解决急剧膨胀的人口对粮食的需求，20世纪70年代中国农业生产已经从传统有机农业急转为以大量使用化肥、合成饲料、农药和兽药为典型特征的化石农业和规模化饲养业【l】。这虽然在一定程度上提高了粮食产量和劳动生产率，但是造成农产品质量及其安全性的显著下降，并且产生大量的农业废弃物。农作物秸秆、畜禽排泄物、食品加工三废物质等大量堆积，成为严重的面源污染和点源污染【2】。国内外已经有许多关于农业废弃物资源化利用的相关研究，对于农作物秸秆等木质纤维素类废弃物的资源化利用而言，主要采用发酵生产沼气‘31、加工饲料H、制成复合材料以及通过固化、炭化制造化学品等技术【习；畜禽粪便的资源化利用，则主要采用生产沼气【6】、肥料化技术【71等。但是，均缺乏系统性综合利用的考虑。

　　l传统农业、畜牧业向化石农业、高度集约化畜牧业转变带来的负面影响

　　1．1化石农业的负面效应

　　为了提高粮食产量、防治病虫害，人们在生产粮食过程中，大量使用化肥、农药，虽然这在一定程度上增加了农作物的产量，但是却造成了严重的食品安全问题，并且造成了严重的环境污染。据中国农村统计年鉴的数据，1978年中国化肥施用量为884．O×104t，2010年达到5561．7×104t，是1978年的6．3倍，1990年农药施用量为7313x104t，2009年为175．8x104t，是1990年的2．4彳立【蚋。化肥和农药施用量呈现剧增的趋势。

　　1．1．1食品质量与安全问题大量施用于农田中的化肥，其养分并不能完全被作物吸收利用。氮、磷、钾等一些化学物质易在土壤中积累，造成土壤养分失调，有害重金属含量和有害病菌量超标，导致土壤性状恶化，作物体内部分物质转化合成受阻，使农产品品质降低。超量使用化肥使果蔬生长性状低劣，并且容易腐烂，不宜存放嘲。

　　?1．1．2环境问题在中国大量施用到耕地的化肥中氮肥只有约30％被当季农作物吸收，磷肥有10％被当季作物吸收，70％以上的化肥流失到土壤、水体、大气等环境中n引。大量化肥的流失不仅造成了极大的资源浪费，也给环境造成了很大的冲击。施用到土壤中的氮肥和磷肥经灌溉的淋溶，大雨的冲洗，渗入地下水或进入河流、湖泊等地表水体，致使水体中的氮磷元素超标，导致水体富营养化。直接影响居民生活用水和工农业用水，给水产养殖带来威胁。

　　1．2规模化养殖业的负面效应

　　1．2．1动物性食品的质量与安全问题(1)质量上的差异。规模化养殖由于普遍采用合成饲料以及饲喂方法同有机生产的差异，导致规模化养殖的动物性食品与有机食品质量上的差异。李慧芳等【2加对土鸡蛋和商品蛋的各种指标进行分析，结果：菱明土鸡蛋锌、硒、维生素A的含量较高，蛋白质含量较高，且卵磷脂的含量也较高。蛋白质和卵磷脂是蛋品中最重要的营养物质，因而土鸡蛋的质量优于商品蛋。黄炎坤m1等对土鸡和笼养鸡的鸡蛋成分对比分析，土鸡蛋的蛋黄比例、蛋黄颜色、蛋白高度、蛋壳中磷含量和8种必需氮基酸总含量分别比笼养鸡蛋高23．09％、54．1％、17．57％、88．89％、11．34％，也得出土鸡蛋的营养价值比笼养鸡蛋高的结论。L．L．HaIls饥等∞】对有机饲喂方法和传统饲喂方法作对比，结果表明，采用有机谷物并添加青储饲料喂食的猪，脂肪含量少，且脂肪中含有更多的不饱和脂肪酸。(2)安全上的问题。由于不能满足人们对肉禽奶蛋等动物性食品的需求，传统的分散式畜禽养殖逐渐被大规模高度集约化畜牧业所取代。养殖厂为了对某些畜禽疫病的预防与治疗或达到促进畜禽快速生长发育的目的，都普遍存在往畜禽饲料中盲目添加多种抗生素、激素和化学合成药物等。这些物质如果长期喂食给动物，会引起病源微生物产生抗药性、畜禽动物体内药物残留，进而严重威胁人类的健康。而且滥用激素、合成饲料和兽药等会造成生产成本大幅上升并伴随动物性食品质量及其安全性的显著下降。

　　1．2．2环境问题快速发展的规模化畜禽养殖业带来大量畜禽排泄物，其中含有大量的有机物、病原微生物而且有兽药残留，如得不到及时有效的处理，将形成无数的点状污染。这些废弃物资源含有大量的有机物，氮、磷化合物，是很宝贵的资源，如果只是简单的处理或者像农村一样还田处理的方法，不仅不能很好的利用其营养丰富的优势，会造成巨大的资源浪费，而且这些废弃物大量堆积会严重污染土壤和水。

　　2秸秆、畜禽排泄物、生物质废弃物的现有处置方法与局限性

　　2.1农作物秸秆

　　直接作为薪柴燃烧中国每年都有很多秸秆被废弃或是被燃烧掉，造成极大的浪费和环境污染。同时，破坏了养分的自然循环。目前，农村主要采取焚烧的方式处理。焚烧秸秆将直接导致空气中总悬浮颗粒数量增加，焚烧产生的滚滚浓烟中含有大量的CO、CO2、SO，等有毒有害气体，会对人体健康产生不良影响。刘天学等圆对焚烧秸秆前后的土壤进行比较，表明焚烧秸杆使土壤有机质减少16.56%。利用农作物秸秆作为沼气发酵原料，是比其直接作为薪柴燃烧更高效更清洁的方法，是利用秸秆中储存的丰富生物质能的简便途径。秸秆沼气发酵比直接燃烧能量利用效率提高0.2-0.9倍啊。

　　2.2畜禽排泄物直接用作肥料

　　近20年来，中国禽畜养殖业年均增长9.9%，2005年中国主要畜禽年末存栏量达到65.9亿头四。随着集约化、规模化养殖业的发展，畜禽养殖产生的废弃物也越来越多。由于畜禽粪便中含有大量的有机物，氮、磷等化合物，目前主要直接还田用作有机肥，但急剧产生的畜禽粪便已经不能被完全消纳。此外，由于畜禽粪便中可能含有大量病原菌，抗生素和兽药残留等。因此，大量畜禽排泄物还田处理必然会污染土壤和水，造成二次污染。

　　3网状沼气工程是解决秸秆、畜禽排泄物、生物质废弃物资源化利用的关键纽带

　　3.1沼气工程的现状及其局限性

　　20世纪60年代，中国开始实施沼气工程。它是通过秸秆、畜禽粪便等为原料的厌氧消化制取沼气、治理污染的全套工程。历经50年的发展，沼气工程从最初的单纯追求能源生产，拓展为以废弃物厌氧发酵为手段，以能源生产为目标，最终实现沼气、沼液、沼渣的综合利用。沼气作为一种特殊的清洁能源，可以用来作燃料和发电叫，是节能减排的重要组成部分和关键环节。而沼渣除了含有丰富的氮、磷、钾等常量元素外，还含有许多利于作物生长的微量元素，例如碉、铜、铁、锰、锌等，以及对土壤改良有重要作用的腐植酸四。因此，沼渣可以直接作为有机肥，具有良好的改土培肥效果，能改善作物品质、增加作物产量，有机肥与土壤形成的有机-无机复合物改善了土壤理化性状四。沼液作为沼气厌氧发酵后的产物，含有丰富的氮（0.03%~

　　0.08%）、磷（0.02%~0.07%）、钾（0.05%~1.40%）等大量营养元素和钙、铜、铁、锌、锰等微量营养元素，还含有丰富的氨基酸、单糖、B族维生素、生长素、赤霉素、各种水解酶、某些植物激素以及对病虫害有抑制作用的物质或因子叫。沼液的速效营养能力强，养分可利用率高，能迅速被作物吸收利用，不但能提高作物的产量和品质，而且具有防病抗逆作用，能够促进植物的生长发育，并防治病虫害，在农业生产中有广泛的应用~到。发酵后产生的沼液，有机物含量会降低，但COD还是达不到国家排放标准，而且经过厌氧消化后，沼液中的氮、磷依然非常高呵，并且含有多种金属离子，沼液的最好方式是还田，但受中国人多地少的国情制约，部分地区耕地资源无法承受规模庞大的养殖业污水的排放。又由于沼液中氮磷含量高，细菌指标也可能超标，如果不进行妥善处理，任意排放，必然对生态环境造成污染，故沼液的后处理日益受到人们的重视。

　　3.2发酵网状沼气工程的设想

　　虽然目前中国在农户中已经普及微型沼气项目，但由于其零星分散，技术含量低，还未发挥出应有的效果。产生的沼气主要用作燃料和发电，沼液和沼渣主要还田处理，缺乏系统性综合利用的考虑。本研究提出一个以点面结合，网状发展现代化沼气工程为纽带的现代化绿色农业的产业化构想。它以规模化养殖场的畜禽排泄物为原料，集沼气发电与配送、沼渣有机肥商品化生产支撑有机栽培、沼液规模化养殖经济微藻发展动物保健饲料为一体的绿色农业系统工程。其中，涉及的关键技术：（1）畜禽粪尿厌氧发酵调控技术，通过添加作物秸秆、畜禽排泄物等高碳氮比有机物、调节酸碱度、调节温度技术，获得适宜藻类养殖的优质沼液；（2）微藻高密度培养技术。基于植物叶片的仿生学原理、流体力学原理，开发出智能型连续式高效免维护微藻光合自养-异养复合生物反应器，实现菌藻共生体的高密度低成本养殖和沼液一次性净化的目标；（3）菌藻共生结球技术。采用自然界广泛存在的真菌作为固定化材料，率先利用真菌介导的微藻成球技术进行微藻细胞的固定化，实现微藻的高密度培养、高效收获和重复利用。（4）菌藻共生体综合加工技术。收获后的菌藻颗粒，经预处理除去其中的有害成分或者提取高附加值产品，再制成动物保健饲料。

　　4结论与讨论

　　食品质量与安全、能源的可持续供应和环境污染是目前最困扰中国的三大问题。化石农业和规模化饲养业的发展是导致食品质量下降和食品安全问题突出的根源，是农作物秸秆季节性过剩堆积和规模化畜禽养殖畜禽排泄物点状污染日趋严重的罪魁。历史的发展要求现代农业在一定程度上回归以生物质循环利用为特征的绿色农业发展轨道；现代农业也被要求承担可再生的生物质能源生产者的角色。

　　本研究认为，应在一定的行政区域内，以规模化畜禽养殖业或城镇为核心，以农林生物质残余物分布为依据开发点面结合，网状发展现代化沼气工程，稳定消化畜禽和人畜排泄物和农林生物质残余物，实现沼气稳定供应或发电配送；以沼渣有机肥商品化生产支撑当地低成本的有机农业栽培；以沼液规模化养殖经济微藻发展动物保健饲料为依托发展绿色养殖。这是一个可以在很大程度上同时解决目前食品质量与安全、能源的可持续供应和环境污染防治的可行办法，但这也是一个目前还未形成统一认识的中国式绿色农业发展系统工程蓝图。

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《以发展沼气工程为纽带的中国绿色农业发展思路》

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