鄭盛華，陳尚洪，陳紅琳，萬柯均，敖玉琴，劉定輝

（四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西南山地農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610066）

0 引言

中國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的污染排放量近年來總體呈下降趨勢，但農(nóng)業(yè)源污染物的占比仍然很高，種植業(yè)與畜禽養(yǎng)殖污染物的貢獻(xiàn)占到農(nóng)業(yè)源污染物的90%以上[1]。四川是中國西南地區(qū)種植業(yè)和畜禽養(yǎng)殖大省。據(jù)統(tǒng)計，四川每年產(chǎn)生主要農(nóng)作物秸稈總量3038萬t[2]，畜禽糞便平均產(chǎn)生量2.10億t豬糞當(dāng)量[3]。而秸稈和糞污的綜合利用率和無害化處理率不足60%和50%，有相當(dāng)一部分農(nóng)業(yè)廢棄物被就地掩埋或焚燒，這不僅導(dǎo)致了生物質(zhì)能源的損失，還加劇了農(nóng)業(yè)面源污染的風(fēng)險[4]。四川還是紫色土分布最為集中的地區(qū)，養(yǎng)分隨壤中流流失現(xiàn)象也比較嚴(yán)重，土壤中的氮、磷、農(nóng)藥等物質(zhì)隨壤中流大量進(jìn)入附近水體，造成附近水環(huán)境惡化[5-7]。因此，為四川丘陵農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)選擇合理的生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)模式，開展養(yǎng)分平衡管理，是實(shí)現(xiàn)丘陵區(qū)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的重要抓手。

四川境內(nèi)自然生物多樣復(fù)雜，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式多樣。按照現(xiàn)有自然資源、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式和主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)，主要有4種循環(huán)農(nóng)業(yè)模式：一是以糞污處理為核心的循環(huán)模式，適用于以畜禽養(yǎng)殖為主導(dǎo)，種植為副業(yè)的區(qū)域，典型模式為“豬-沼-果”循環(huán)模式[8]；二是以秸稈利用為核心的農(nóng)牧結(jié)合模式，適用于以種植為主導(dǎo)，畜禽養(yǎng)殖為副業(yè)的區(qū)域，典型模式為“秸稈-青飼-牛羊”循環(huán)模式；三是立體復(fù)合型模式，利用生物習(xí)性，合理搭配，形成多層生態(tài)結(jié)構(gòu)，典型模式為稻漁（鴨）種養(yǎng)循環(huán)模式等。四是農(nóng)副資源利用模式，以農(nóng)副產(chǎn)品為核心，對食用菌渣、經(jīng)濟(jì)林等農(nóng)副廢棄物加工處理，并資源化利用[9]。國內(nèi)已探索構(gòu)建了多種多樣的生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)模式，如三峽庫區(qū)面源污染阻控的生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)模式[10]、北方農(nóng)牧交錯區(qū)農(nóng)牧結(jié)合循環(huán)模式[11]、高原藏區(qū)的種養(yǎng)循環(huán)一體棚模式[12]等等。蓬溪縣是川東丘陵區(qū)農(nóng)業(yè)種養(yǎng)大縣，以食用菌和生豬、肉牛養(yǎng)殖為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)已具規(guī)模。本研究以四川蓬溪縣為例開展實(shí)證分析，為川東丘陵區(qū)開展生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 蓬溪縣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展概況

1.1 農(nóng)業(yè)區(qū)位與自然資源條件

蓬溪縣地處四川盆地中部偏東，涪江中游，經(jīng)緯度范圍為105°03′E—105°59′E和30°22′N—30°56′N，幅員面積1251 km2?？h境丘陵面積占比達(dá)81.4%，平均海拔404 m。氣候?qū)賮啛釒貪窦撅L(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，降水適中。降水時空分布不均，春、伏旱時有發(fā)生，夏旱頻繁。年均氣溫17℃，年均降雨量929.5 mm，年均日照數(shù)1471.7 h，年均蒸發(fā)量990.3 mm，相對濕度82%，≥10℃的活動積溫5383.2℃。

1.2 農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況

據(jù)蓬溪縣2021年國民經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展統(tǒng)計公報，全縣農(nóng)作物播種面積8.87萬hm2，其中糧食作物5.90萬hm2，油料作物1.90萬hm2，蔬菜瓜果類0.84萬hm2，藥材0.03萬hm2。全年糧食產(chǎn)量31.89萬t，油料產(chǎn)量5.42萬t。肉類總產(chǎn)量5.97萬t，其中豬肉產(chǎn)量5.03萬t，牛肉產(chǎn)量0.11萬t，羊肉產(chǎn)量0.18萬t。年末生豬存欄47.4萬頭，全年出欄生豬53.1萬頭，出欄羊13.5萬頭，出欄家禽422.7萬只。畜牧業(yè)總產(chǎn)值占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的比重達(dá)44%。全縣大力發(fā)展優(yōu)質(zhì)菌菜、精品水果等特色產(chǎn)業(yè)，食用菌產(chǎn)業(yè)以天福鎮(zhèn)為重點(diǎn)，是全國食用菌工廠化生產(chǎn)示范縣和省級食用菌現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)。

2 蓬溪縣農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用模式實(shí)踐

2.1 蓬溪縣推廣種養(yǎng)廢棄物資源化利用的做法

蓬溪縣依托區(qū)域生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)項(xiàng)目等財政資金和相關(guān)政策支持，推進(jìn)以食用菌菌渣、畜禽糞污和作物秸稈循環(huán)利用為重點(diǎn)的種養(yǎng)廢棄物循環(huán)利用，開展基于作物養(yǎng)分平衡的綜合養(yǎng)分管理，推進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物區(qū)域內(nèi)循環(huán)利用。本研究以蓬溪縣區(qū)域生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)項(xiàng)目為例開展分析。

項(xiàng)目采用“糧經(jīng)作物-秸稈-食用菌（豬、牛）-菌渣（沼肥）-糧經(jīng)作物（果樹）”的循環(huán)模式，以項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用為導(dǎo)向，充分利用現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，采用生態(tài)農(nóng)業(yè)循環(huán)模式，在轄區(qū)內(nèi)開展畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用，秸稈、菌渣等農(nóng)副資源綜合開發(fā)，標(biāo)準(zhǔn)化清潔生產(chǎn)等方面的建設(shè)。

項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)種植的玉米、水稻等農(nóng)作物秸稈，主要由食用菌生產(chǎn)企業(yè)統(tǒng)一收購、粉碎、加工作為食用菌栽培基料，還有部分由養(yǎng)殖企業(yè)集中青貯作為草食牲畜的飼料，不便于收集的直接粉碎還田作肥料。食用菌生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的菌渣一部分由車輛運(yùn)輸?shù)椒N植基地，堆漚發(fā)酵后作為有機(jī)肥還田，其余部分銷售到有機(jī)肥廠作為有機(jī)肥原料。畜禽養(yǎng)殖環(huán)節(jié)產(chǎn)生的畜禽糞污，經(jīng)干濕分離后，部分干糞經(jīng)車輛運(yùn)輸?shù)椒N植基地，堆漚發(fā)酵后作為有機(jī)肥還田。污水進(jìn)行沼氣化厭氧發(fā)酵和好氧處理后，沼渣經(jīng)車輛運(yùn)輸?shù)椒N植基地直接還田，沼液經(jīng)管道運(yùn)輸?shù)椒N植基地灌溉還田。發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣用于燃料或養(yǎng)殖企業(yè)照明等。廢舊菌袋、地膜、農(nóng)藥和肥料包裝物等，采取定點(diǎn)存放，定期回收和資源化利用。

2.2 農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的模式

2.2.1 秸稈收集利用 縣域內(nèi)種植專業(yè)合作社從農(nóng)民手中收購約1.3萬t秸稈。合作社首先對收購來的秸稈除雜，通過皮帶輸送機(jī)送到鍘草機(jī)，然后通過水平輸送帶將秸稈送到粉碎機(jī)，同時用風(fēng)機(jī)通過風(fēng)選管道將8 mm以上的砂石等雜物除去，最后形成10 mm以下的秸稈粉，用作食用菌生產(chǎn)的原料。

2.2.2 食用菌菌渣利用 部分食用菌菌渣經(jīng)過發(fā)酵生產(chǎn)菌渣堆肥，將其以一定比例施入水稻、玉米、油菜等作物大田中，菌渣堆肥中殘留的菌絲蛋白可為作物生長提供部分養(yǎng)分。菌渣還田能夠提供豐富的氨基酸、多糖等營養(yǎng)物質(zhì)，提高酶活性和促進(jìn)碳氮循環(huán)[13]。在土壤中施用菌渣，除為作物提供平衡的氮、碳等營養(yǎng)物質(zhì)外，其在土壤中還進(jìn)一步分解，形成具有良好通氣、蓄水能力的腐殖質(zhì)，有利于改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力。多余部分菌渣將與牛糞、豬糞混合，用于生產(chǎn)有機(jī)肥。

2.2.3 沼肥沼氣利用 項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)養(yǎng)殖場污水在原料調(diào)配池中混合均勻后泵入?yún)捬醴磻?yīng)罐中。厭氧反應(yīng)罐內(nèi)物料呈全混狀態(tài)，在適宜的堿度、溫度條件下充分厭氧反應(yīng)。厭氧反應(yīng)產(chǎn)生的沼氣經(jīng)凈化系統(tǒng)處理后，供養(yǎng)殖場生產(chǎn)生活用氣，以及周邊居民生活用氣。消化罐內(nèi)出來的殘?jiān)陕輻U泵輸送至換熱器，經(jīng)熱交換后流入緩沖池，再由污泥泵輸送入臥螺式離心分離機(jī)進(jìn)行固液分離。沼液一部分返回預(yù)處理單元參與物料稀釋，一部分送入沼液儲池，進(jìn)一步加工制成有機(jī)液肥，沼渣送入沼渣堆場進(jìn)一步加工制成有機(jī)肥。

2.2.4 豬牛糞有機(jī)肥 將豬糞便等與菌渣輔料摻混后至含水量低于50%（菌渣、糠醛渣、作物秸稈等其他適合做有機(jī)肥的物料），與具有特殊功能的微生物發(fā)酵劑混勻，再通過連續(xù)池式發(fā)酵，使畜禽糞便等充分腐熟。腐熟的半成品可制作粉狀、顆粒有機(jī)肥，添加功能菌劑則可生產(chǎn)生物有機(jī)肥，添加氮、磷、鉀（總含量≤15%）可生產(chǎn)高養(yǎng)分含量有機(jī)肥。牛糞有機(jī)肥工藝流程與豬糞有機(jī)肥相似，差別為配制的原料不同。主要工藝流程包括將鮮畜禽糞便、干草、腐爛的青（黃）貯、菌種按比例混合，經(jīng)過堆腐發(fā)酵、溫度變化監(jiān)測、鼓風(fēng)、翻堆等程序，進(jìn)行水分控制，制成成品，還田進(jìn)入種植基地。

3 基于區(qū)域養(yǎng)分平衡的種養(yǎng)循環(huán)模式

3.1 畜禽糞便、菌渣和有機(jī)肥產(chǎn)生量

項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)生豬養(yǎng)殖企業(yè)存欄生豬約9580頭。經(jīng)估算，養(yǎng)殖種母豬4300頭、仔豬5280頭，4300頭種母豬年產(chǎn)糞便0.35萬t，年產(chǎn)尿液0.71萬t，沖洗用水量1.10萬t，年共產(chǎn)糞污量2.16萬t；5280頭仔豬年產(chǎn)糞便0.09萬t，年產(chǎn)尿液0.26萬t，沖洗用水量0.77萬t，年共產(chǎn)糞污量1.12萬t。項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)肉牛養(yǎng)殖企業(yè)年存欄肉牛約2000頭。經(jīng)估算，年產(chǎn)糞便0.88萬t，尿液0.61萬t，沖洗用水量1.10萬t，年共產(chǎn)糞污量2.59萬t。

本項(xiàng)目食用菌企業(yè)年產(chǎn)菌渣約15000 t（見表1）。除少量菌渣經(jīng)處理后還田外，大部分菌渣與豬、牛糞便等輔料摻混后制成有機(jī)肥，就近供應(yīng)作物大田和果樹基地。

表1 菌渣產(chǎn)生量估算

3.2 大田和果樹基地糞污消納量

項(xiàng)目區(qū)年產(chǎn)豬糞0.44萬t，牛糞0.88萬t（按含水率70%折算），累計豬牛糞便1.32萬t，用于生產(chǎn)有機(jī)肥的菌渣1.28萬t，生產(chǎn)約1.30萬t有機(jī)肥（含水率15%～20%），沼液4.09萬t，主要施用于項(xiàng)目區(qū)種植消納基地中。根據(jù)主要大田作物、果園的周年養(yǎng)分目標(biāo)需N量，和存欄牲畜年均糞污養(yǎng)分可利用量，計算出每年大田和果園所能消納的有機(jī)肥（沼液）用量和化肥替代比例[14]。由表2可見，根據(jù)不同的作物和果樹品種，作物大田有機(jī)肥替代化肥N的比例達(dá)31%～34%，柑橘和核桃等果樹的替代比例達(dá)39%～41%，蔬菜田的替代比例達(dá)62%。

表2 項(xiàng)目區(qū)作物地有機(jī)肥（沼液）養(yǎng)分利用測算

3.3 區(qū)域養(yǎng)分平衡循環(huán)利用

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)現(xiàn)有大田作物種植基地約1340 hm2，其中水田主要輪作模式水稻-油菜/小麥；旱地主要輪作模式為玉米-小麥/油菜；果樹基地630 hm2，主要種植柑橘、核桃。蔬菜基地13 hm2，主要種植茄果、葉菜類等露地蔬菜。由表3可見，依據(jù)大田和果園目標(biāo)產(chǎn)量、目標(biāo)施N量，測算有機(jī)肥（沼液）的施用量，項(xiàng)目生產(chǎn)的有機(jī)肥和沼液可全部在項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)就近循環(huán)利用。依據(jù)糞污承載量測算，項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)畜禽承載量仍有一定的拓展空間。

表3 項(xiàng)目區(qū)作物和果樹基地糞污承載量測算

4 川東丘陵區(qū)生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展的路徑分析

綜上，蓬溪縣是川東丘陵區(qū)典型的丘區(qū)農(nóng)業(yè)模式，以食用菌和生豬、肉牛養(yǎng)殖為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)具有代表性。依據(jù)大田作物和果園目標(biāo)產(chǎn)量、目標(biāo)施N量，測算有機(jī)肥（沼液）的施用量，項(xiàng)目區(qū)產(chǎn)生的畜禽糞便和沼液可全部在項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)就近循環(huán)利用，化肥N替代率達(dá)31%～62%。依據(jù)項(xiàng)目區(qū)作物和果樹種植基地的畜禽糞污有機(jī)肥替代化肥的測算，項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)仍有一定的畜禽承載潛力。該模式基于川東丘陵區(qū)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)主導(dǎo)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，因地制宜、就近循環(huán)，使得種養(yǎng)廢棄物就近科學(xué)合理利用，降低了農(nóng)業(yè)面源污染的風(fēng)險。

川東丘陵地區(qū)山地面積占丘陵地區(qū)總面積的80%，不適宜大規(guī)模推進(jìn)機(jī)械化作業(yè)，以家庭農(nóng)場為主發(fā)展種養(yǎng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)將成為推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色、可持續(xù)發(fā)展的重要途徑[15]。得益于國家和省市的生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)項(xiàng)目資金的支持，蓬溪縣生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)取得了較好的效果。蓬溪縣生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)具有以下特點(diǎn)：一是食用菌和豬牛養(yǎng)殖等農(nóng)業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)循環(huán)配合。二是采取縣域范圍內(nèi)集中推進(jìn)，區(qū)域布局相對集中，減少畜禽糞便外遷污染的風(fēng)險。三是采取綜合養(yǎng)分平衡利用方案，推進(jìn)種養(yǎng)廢棄物的科學(xué)利用。與此同時，要繼續(xù)推進(jìn)川東丘陵區(qū)生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展，還需要進(jìn)一步探索相應(yīng)的管理運(yùn)行機(jī)制，擴(kuò)大區(qū)域生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)規(guī)模。

4.1 基于主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)種養(yǎng)結(jié)合的適度規(guī)模經(jīng)營機(jī)制

由于區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)中的種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)需要相互協(xié)調(diào)配合，才能做好區(qū)域內(nèi)部的生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的閉環(huán)管理。相對于平原地區(qū)，地理?xiàng)l件先天不足的丘陵山區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)戶土地少且較為分散，地塊形狀不規(guī)則，小規(guī)模細(xì)碎化經(jīng)營造成機(jī)械化水平低、耕作成本高而生產(chǎn)技術(shù)效率低，難以支撐規(guī)?；r(nóng)業(yè)，適度規(guī)模面積相對較小[16]。研究表明，生豬養(yǎng)殖數(shù)量和農(nóng)田經(jīng)營面積的比值與生豬養(yǎng)殖環(huán)境效率存在倒U型關(guān)系[17]。因此，探索基于主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)種養(yǎng)結(jié)合的適度規(guī)模大小和經(jīng)營機(jī)制，是推動生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的重要基礎(chǔ)。如果種養(yǎng)產(chǎn)業(yè)比例失調(diào)，那么就難以就近消納、難以形成良性的循環(huán)鏈條。

4.2 基于區(qū)域內(nèi)的綜合養(yǎng)分平衡管理應(yīng)用

解決農(nóng)業(yè)面源污染的核心問題之一是農(nóng)業(yè)投入品的綠色管理，生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的核心是實(shí)現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)的養(yǎng)分平衡，使農(nóng)業(yè)廢棄物得到就近資源化利用，避免環(huán)境污染。畜禽糞便資源化利用方式主要為能源化和肥料化利用，中國畜禽糞便肥料化潛力可以在較高程度上填補(bǔ)氮肥、磷肥的需求量[18]。由于畜禽糞尿的特點(diǎn)決定了難以大范圍、跨地區(qū)移動，所以就近耕地消納仍是較為經(jīng)濟(jì)可行的處理手段，資源化利用的較好途徑是制作有機(jī)肥適量還田[19]。農(nóng)用地對畜禽糞便的消納能力不僅受農(nóng)用地利用類型影響，還受土壤理化特性、地形地貌、利用方式（裸露和保護(hù)地）、種植模式、施肥習(xí)慣等多因素影響[20]。針對縣域區(qū)域內(nèi)，通過養(yǎng)分平衡測算，規(guī)劃區(qū)域內(nèi)種養(yǎng)廢棄物的養(yǎng)分盈余，和種植大田的養(yǎng)分需求，使得養(yǎng)分平衡消納。此項(xiàng)工作需要主管部門牽頭統(tǒng)籌規(guī)劃，專業(yè)合作社、家庭農(nóng)場主和養(yǎng)殖企業(yè)等協(xié)調(diào)配合，整體推進(jìn)，才能達(dá)到較好的循環(huán)效果。

4.3 基于市場化導(dǎo)向的種養(yǎng)結(jié)合路徑

生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)涉及到種植、養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)廢棄物處理等多個環(huán)節(jié)，整體運(yùn)轉(zhuǎn)鏈條比較復(fù)雜。所構(gòu)建的模式要持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行并能獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)有的種養(yǎng)循環(huán)模式多存在隨意性，易出現(xiàn)模式持續(xù)不長久、產(chǎn)品消納困難、工程難以運(yùn)行等問題[21]。本項(xiàng)目中的養(yǎng)殖企業(yè)、專業(yè)合作社都是在當(dāng)?shù)赜休^好生產(chǎn)規(guī)模，產(chǎn)品銷路較好，具備一定的經(jīng)濟(jì)實(shí)力。一般的小農(nóng)戶或小型家庭農(nóng)場難以主導(dǎo)這么多環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。因此，只有采取市場化導(dǎo)向，由政府主管部門制定激勵政策，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)化龍頭企業(yè)、大中型專業(yè)合作社、家庭農(nóng)場來參與區(qū)域內(nèi)的種養(yǎng)循環(huán)，才能有力推動整體循環(huán)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

致謝：感謝蓬溪縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局提供蓬溪縣相關(guān)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。