摘要：為了解決化石農業和規模化飼養業生產的殘余物，包括農作物秸稈、畜禽排泄物和食品加工三廢物質等的堆積污染問題，本研究提出一個以點面結合，網狀發展現代化沼氣工程為紐帶的現代化綠色農業的產業化構想。它是以農作物秸稈和規模化養殖場的畜禽排泄物為原料，集沼氣發電與配送、沼渣有機肥商品化生產支撐有機栽培、沼液規模化養殖經濟微藻發展動物保健飼料為一體的綠色農業系統工程。經過技術集成配套、反復演練，該工程有望解決化石農業和規模化飼養業生產的殘余物堆積污染問題，成為中國綠色農業、有機食品和能源農業可持續發展的基本方向。

　　關鍵詞：農業廢棄物；規模化畜禽養殖三廢；網狀沼氣工程；微藻養殖；綠色農業

　　O引言

　　為了解決急劇膨脹的人口對糧食的需求，20世紀70年代中國農業生產已經從傳統有機農業急轉為以大量使用化肥、合成飼料、農藥和獸藥為典型特征的化石農業和規模化飼養業【l】。這雖然在一定程度上提高了糧食產量和勞動生產率，但是造成農產品質量及其安全性的顯著下降，并且產生大量的農業廢棄物。農作物秸稈、畜禽排泄物、食品加工三廢物質等大量堆積，成為嚴重的面源污染和點源污染【2】。國內外已經有許多關于農業廢棄物資源化利用的相關研究，對于農作物秸稈等木質纖維素類廢棄物的資源化利用而言，主要采用發酵生產沼氣‘31、加工飼料H、制成復合材料以及通過固化、炭化制造化學品等技術【習；畜禽糞便的資源化利用，則主要采用生產沼氣【6】、肥料化技術【71等。但是，均缺乏系統性綜合利用的考慮。

　　l傳統農業、畜牧業向化石農業、高度集約化畜牧業轉變帶來的負面影響

　　1．1化石農業的負面效應

　　為了提高糧食產量、防治病蟲害，人們在生產糧食過程中，大量使用化肥、農藥，雖然這在一定程度上增加了農作物的產量，但是卻造成了嚴重的食品安全問題，并且造成了嚴重的環境污染。據中國農村統計年鑒的數據，1978年中國化肥施用量為884．O×104t，2010年達到5561．7×104t，是1978年的6．3倍，1990年農藥施用量為7313x104t，2009年為175．8x104t，是1990年的2．4彳立【蚋。化肥和農藥施用量呈現劇增的趨勢。

　　1．1．1食品質量與安全問題大量施用于農田中的化肥，其養分并不能完全被作物吸收利用。氮、磷、鉀等一些化學物質易在土壤中積累，造成土壤養分失調，有害重金屬含量和有害病菌量超標，導致土壤性狀惡化，作物體內部分物質轉化合成受阻，使農產品品質降低。超量使用化肥使果蔬生長性狀低劣，并且容易腐爛，不宜存放嘲。

　　?1．1．2環境問題在中國大量施用到耕地的化肥中氮肥只有約30％被當季農作物吸收，磷肥有10％被當季作物吸收，70％以上的化肥流失到土壤、水體、大氣等環境中n引。大量化肥的流失不僅造成了極大的資源浪費，也給環境造成了很大的沖擊。施用到土壤中的氮肥和磷肥經灌溉的淋溶，大雨的沖洗，滲入地下水或進入河流、湖泊等地表水體，致使水體中的氮磷元素超標，導致水體富營養化。直接影響居民生活用水和工農業用水，給水產養殖帶來威脅。

　　1．2規模化養殖業的負面效應

　　1．2．1動物性食品的質量與安全問題(1)質量上的差異。規模化養殖由于普遍采用合成飼料以及飼喂方法同有機生產的差異，導致規模化養殖的動物性食品與有機食品質量上的差異。李慧芳等【2加對土雞蛋和商品蛋的各種指標進行分析，結果：菱明土雞蛋鋅、硒、維生素A的含量較高，蛋白質含量較高，且卵磷脂的含量也較高。蛋白質和卵磷脂是蛋品中最重要的營養物質，因而土雞蛋的質量優于商品蛋。黃炎坤m1等對土雞和籠養雞的雞蛋成分對比分析，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雞蛋高23．09％、54．1％、17．57％、88．89％、11．34％，也得出土雞蛋的營養價值比籠養雞蛋高的結論。L．L．HaIls饑等∞】對有機飼喂方法和傳統飼喂方法作對比，結果表明，采用有機谷物并添加青儲飼料喂食的豬，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肉禽奶蛋等動物性食品的需求，傳統的分散式畜禽養殖逐漸被大規模高度集約化畜牧業所取代。養殖廠為了對某些畜禽疫病的預防與治療或達到促進畜禽快速生長發育的目的，都普遍存在往畜禽飼料中盲目添加多種抗生素、激素和化學合成藥物等。這些物質如果長期喂食給動物，會引起病源微生物產生抗藥性、畜禽動物體內藥物殘留，進而嚴重威脅人類的健康。而且濫用激素、合成飼料和獸藥等會造成生產成本大幅上升并伴隨動物性食品質量及其安全性的顯著下降。

　　1．2．2環境問題快速發展的規模化畜禽養殖業帶來大量畜禽排泄物，其中含有大量的有機物、病原微生物而且有獸藥殘留，如得不到及時有效的處理，將形成無數的點狀污染。這些廢棄物資源含有大量的有機物，氮、磷化合物，是很寶貴的資源，如果只是簡單的處理或者像農村一樣還田處理的方法，不僅不能很好的利用其營養豐富的優勢，會造成巨大的資源浪費，而且這些廢棄物大量堆積會嚴重污染土壤和水。

　　2秸稈、畜禽排泄物、生物質廢棄物的現有處置方法與局限性

　　2.1農作物秸稈

　　直接作為薪柴燃燒中國每年都有很多秸稈被廢棄或是被燃燒掉，造成極大的浪費和環境污染。同時，破壞了養分的自然循環。目前，農村主要采取焚燒的方式處理。焚燒秸稈將直接導致空氣中總懸浮顆粒數量增加，焚燒產生的滾滾濃煙中含有大量的CO、CO2、SO，等有毒有害氣體，會對人體健康產生不良影響。劉天學等圓對焚燒秸稈前后的土壤進行比較，表明焚燒秸桿使土壤有機質減少16.56%。利用農作物秸稈作為沼氣發酵原料，是比其直接作為薪柴燃燒更高效更清潔的方法，是利用秸稈中儲存的豐富生物質能的簡便途徑。秸稈沼氣發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，中國禽畜養殖業年均增長9.9%，2005年中國主要畜禽年末存欄量達到65.9億頭四。隨著集約化、規模化養殖業的發展，畜禽養殖產生的廢棄物也越來越多。由于畜禽糞便中含有大量的有機物，氮、磷等化合物，目前主要直接還田用作有機肥，但急劇產生的畜禽糞便已經不能被完全消納。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污染土壤和水，造成二次污染。

　　3網狀沼氣工程是解決秸稈、畜禽排泄物、生物質廢棄物資源化利用的關鍵紐帶

　　3.1沼氣工程的現狀及其局限性

　　20世紀60年代，中國開始實施沼氣工程。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50年的發展，沼氣工程從最初的單純追求能源生產，拓展為以廢棄物厭氧發酵為手段，以能源生產為目標，最終實現沼氣、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電叫，是節能減排的重要組成部分和關鍵環節。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的微量元素，例如碉、銅、鐵、錳、鋅等，以及對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肥，具有良好的改土培肥效果，能改善作物品質、增加作物產量，有機肥與土壤形成的有機-無機復合物改善了土壤理化性狀四。沼液作為沼氣厭氧發酵后的產物，含有豐富的氮（0.03%~

　　0.08%）、磷（0.02%~0.07%）、鉀（0.05%~1.40%）等大量營養元素和鈣、銅、鐵、鋅、錳等微量營養元素，還含有豐富的氨基酸、單糖、B族維生素、生長素、赤霉素、各種水解酶、某些植物激素以及對病蟲害有抑制作用的物質或因子叫。沼液的速效營養能力強，養分可利用率高，能迅速被作物吸收利用，不但能提高作物的產量和品質，而且具有防病抗逆作用，能夠促進植物的生長發育，并防治病蟲害，在農業生產中有廣泛的應用~到。發酵后產生的沼液，有機物含量會降低，但COD還是達不到國家排放標準，而且經過厭氧消化后，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，但受中國人多地少的國情制約，部分地區耕地資源無法承受規模龐大的養殖業污水的排放。又由于沼液中氮磷含量高，細菌指標也可能超標，如果不進行妥善處理，任意排放，必然對生態環境造成污染，故沼液的后處理日益受到人們的重視。

　　3.2發酵網狀沼氣工程的設想

　　雖然目前中國在農戶中已經普及微型沼氣項目，但由于其零星分散，技術含量低，還未發揮出應有的效果。產生的沼氣主要用作燃料和發電，沼液和沼渣主要還田處理，缺乏系統性綜合利用的考慮。本研究提出一個以點面結合，網狀發展現代化沼氣工程為紐帶的現代化綠色農業的產業化構想。它以規模化養殖場的畜禽排泄物為原料，集沼氣發電與配送、沼渣有機肥商品化生產支撐有機栽培、沼液規模化養殖經濟微藻發展動物保健飼料為一體的綠色農業系統工程。其中，涉及的關鍵技術：（1）畜禽糞尿厭氧發酵調控技術，通過添加作物秸稈、畜禽排泄物等高碳氮比有機物、調節酸堿度、調節溫度技術，獲得適宜藻類養殖的優質沼液；（2）微藻高密度培養技術。基于植物葉片的仿生學原理、流體力學原理，開發出智能型連續式高效免維護微藻光合自養-異養復合生物反應器，實現菌藻共生體的高密度低成本養殖和沼液一次性凈化的目標；（3）菌藻共生結球技術。采用自然界廣泛存在的真菌作為固定化材料，率先利用真菌介導的微藻成球技術進行微藻細胞的固定化，實現微藻的高密度培養、高效收獲和重復利用。（4）菌藻共生體綜合加工技術。收獲后的菌藻顆粒，經預處理除去其中的有害成分或者提取高附加值產品，再制成動物保健飼料。

　　4結論與討論

　　食品質量與安全、能源的可持續供應和環境污染是目前最困擾中國的三大問題。化石農業和規模化飼養業的發展是導致食品質量下降和食品安全問題突出的根源，是農作物秸稈季節性過剩堆積和規模化畜禽養殖畜禽排泄物點狀污染日趨嚴重的罪魁。歷史的發展要求現代農業在一定程度上回歸以生物質循環利用為特征的綠色農業發展軌道；現代農業也被要求承擔可再生的生物質能源生產者的角色。

　　本研究認為，應在一定的行政區域內，以規模化畜禽養殖業或城鎮為核心，以農林生物質殘余物分布為依據開發點面結合，網狀發展現代化沼氣工程，穩定消化畜禽和人畜排泄物和農林生物質殘余物，實現沼氣穩定供應或發電配送；以沼渣有機肥商品化生產支撐當地低成本的有機農業栽培；以沼液規模化養殖經濟微藻發展動物保健飼料為依托發展綠色養殖。這是一個可以在很大程度上同時解決目前食品質量與安全、能源的可持續供應和環境污染防治的可行辦法，但這也是一個目前還未形成統一認識的中國式綠色農業發展系統工程藍圖。

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