發展低碳農業的對策探討

余新華,烏東峰

(1郴州職業技術學院,湖南郴州 423000;2湖南省社會科學院,長沙 410003)

發展低碳經濟,改變能源結構,使用清潔能源,降低碳排放是低碳農業的核心。人類社會的可持續發展從根本上取決于自然生態系統及其服務的可持續性。必須深入理解和分析自然規律的價值所在,避免損害自然生態系統服務功能的短期行為,實現生態系統的保護,協調經濟發展中的效率和環保問題,實現經濟規律和自然規律之間的良性互動。通過降低能耗、碳匯儲存,控制人類二氧化碳排放量的增長速度,最終實現人類的可持續發展。

1 低碳農業與資源環境

我國人均耕地、淡水等自然資源較少,人均耕地面積僅為世界平均水平的42%,而且耕地質量較差,中低產田占耕地總面積的 2/3以上。我國資源環境要素與世界人均擁有水平比較的形勢是嚴峻的(表1)。面對如此嚴峻的形勢,我國農業發展必須把防治生態破環、治理污染和開發可再生能源作為重點,寓環境保護于農業增效、農民增收之中,切實推進農業和農村經濟可持續發展。

礦產、能源和森林資源是人類社會發展的基礎。由于人口和經濟的快速增長,在經歷 50多年的工業化發展后,全國各地的人地關系已經呈現出一定緊張的狀態。至今面臨來自需求多元變化的壓力。面對這種需求變化而不得不改變原有的外延式增長方式,即通過內涵式的土地利用結構調整方式來實現。這種大規模的資源開發和利用也從根本上動搖了要素組成的系統穩定性。大規模礦產資源開發和利用加速了森林面積的消失,從而導致整個生態系統的失衡,造成了山體滑坡、水土流失,礦產品廢棄物污染加重,大面積的毀壞農田。據此,我們應加大森林再造力度,逐步實現資源補缺,防止水土流失;用科學技術全面提升礦產品廢棄物的再生利用,減少環境污染。

表1 中國資源環境要素表征指標的人均擁有水平國際比較

2 發展低碳農業的對策

2.1 發揮土壤碳庫功能,逐步實現碳減排

土壤碳庫主要為有機碳,它們來自動植物、微生物殘體、排泄物、分泌物等,這些成分分解后以土壤腐殖質形式存在,相對穩定。這個辦法其實很簡單:增加土壤有機質,使耕地變黑,秸稈從空氣中固定的碳以肥料形式進入耕地。當然,土壤還會通過呼吸釋放一部分二氧化碳,但在植物生長過程中,這些多呼吸出來的二氧化碳又變成了莊稼的氣體肥料。而那些來不及釋放的碳,則慢慢融入土壤。如果我們年年添加有機肥,土壤有機質就將會得到逐步提高。

遺憾的是,長期以來由于“用地不養地”,土壤有機質下降嚴重。世界三大黑土區之一的中國黑土區,解決了 2億以上人口的吃飯問題,然而其代價也是沉重的。中國科學院的數據表明,東北地區坡耕地黑土層厚度已從 60～70年前的 80～100 cm減少到現在的 20～30 cm,土壤有機質含量由 12%下降到 1%～2%,大量的碳以溫室氣體的形式進入大氣中;85%的黑土地處于養分虧缺狀態。黑土地保護刻不容緩,其中最好的措施是提高并恢復有機質含量。

在科學的指導下,東北地區廣大農戶引進秸稈加工與儲存技術,將原來在田間地頭一燒了之的秸稈粉碎后喂牛。牛這種大型動物最重可達1 t,相當于20個成年人的體量。牛肚子大,消耗秸稈非常多。根據實驗數據得知,每頭體重 600 kg的牛出欄時,在 10～12月育肥期間,消耗秸稈高達7.35 t(鮮重)。我國每年農作物秸稈產量約 7億噸,其中一半可作為能源使用,折合1.5億噸標準煤。另一半可以用來喂牛,3.5億噸可以喂肥47 620 000頭牛。通過生物學的辦法,秸稈由廢棄物轉化成了毛、肉、骨骼,還有大量的牛糞和牛尿。

按照每頭牛平均每天產生 12.5 kg牛糞計算,一個村以 1 000頭牛計算,就可產生 12 500 t有機肥,相當于一個化肥廠。全國47 620 000頭牛則可產生5.96億噸有機肥。牛糞可以在沼氣池里發酵,產生的能源農戶用不完,避免了農民與城市爭煤炭、天然氣等化石能源。如此看來,肉牛不僅是理想的動物蛋白廠,還是“化肥廠”和“能源廠”。

有了大量的牛糞,農民對化肥的需求量自然下降。中國農民是非常勤勞和節儉的,他們用自己的行動默默做著溫室氣體減排的工作。大量有機肥使用,既改善了土壤,又減少了化肥污染,還帶來了產量提高。

我國有 1.2億公頃農田,按平均容重為 1.2 t/m3計算,如將土壤有機質含量提高 1%的話,相當于土壤從空氣中凈吸收了 306億噸二氧化碳。即使我們利用30年的時間來完成這個增長過程,每年也有約10億噸的二氧化碳被固定在耕地里。目前我國經濟活動排放的二氧化碳約為 70億噸,至2015年將超過 100億噸。按照我們向世界宣布的減排目標,到2020年單位 GDP二氧化碳排放減少 40%～45%的話,我們得減少28億～31.5億噸絕對碳排放。而耕地固碳量按照保守的估計,其貢獻率也能達32%～36%。通過動物轉化秸稈,并逐步將固定的碳轉入耕地中,增加土壤有機質,恢復地力,既可增加糧食產量,又可固碳,還可增加收入,調動農民務農積極性,減少環境污染,滿足國家糧食安全。各級政府應大力扶植這種“低投入、高產出、低排放”的生態循環型固碳農業。

2.2 推廣使用農家發酵肥,走傳統的、本土的農耕技術道路

要重新認識到立足本土的堆肥發酵處理的重大意義。中國農民應該走發掘具有自己優秀傳統的、本土的農耕技術的道路。

農業部門曾做過一個抽樣調查:當下只有 30%左右的農民懂得如何正確使用農藥和化肥,有的農民甚至超標施用氮肥,不僅造成了浪費,還造成了農田污染。教育農民就顯得尤其重要。這就是倡導中國農民要重視發掘傳統的、本土的農耕技術的真正原因。

我們認為:低碳農業從開墾、種植、施肥、除草、滅蟲到收獲等都貫徹了一種生態的理念,即人和自然的和諧共存。人不傷害自然,自然由此也不傷害人。如湖南衡山模式:推廣使用農家發酵肥,既消除了雞糞、豬糞對農村環境的污染,又滿足了農民對低碳耕作的要求,既降低了生產成本,又提高了糧食產量。農家糞肥無公害、肥效長、土地堿化小,種出的稻谷、蔬菜品質好,可謂一舉數得。

過去,在我們的思想中,人不是自然的奴隸就是自然的主人。尤其是人作為自然主人的意識促使人們任意地征服自然和改造自然。這不可避免地導致自然的破壞、生態的惡化、環境的污染等。這也直接或者間接地引起了自然對于人類的報復。當代世界由此已經陷入到深重的災難之中。

殊不知,人類根本不是自然的主宰者。自然可以沒有人類,但人類不可能沒有自然。地球就是人類居住的家園。不僅如此,人類也只有一個地球,只有一個家園。因此在這個高科技的時代里,人類不能忘記一個根本的使命:熱愛自然并守護自然。惟有如此,人類才可能有一個美好的世界。

2.3 大力推廣新能源技術,加快低碳技術的研發和推廣力度

改革開放 30余年來,我國能源生產總量及構成的事實是:除原油外,我國的原煤、天然氣發電呈上增趨勢,值得可喜的是水力發電量在不斷增加,但核電、風電、太陽能、沼氣、垃圾發電卻不見起色(表2)。

在農村,風能、太陽能、沼氣是發展方向。應充分發揮地方資源優勢,因地制宜,推廣新能源技術,加快低碳技術的研發和推廣力度。

表2 我國能源生產總量及構成

(1)開發風能。湖南能源資源貧乏,盡管目前能源消費處于較低水平,但能源供應方面已處于資源引進狀態。在火電、水電等常規能源開發潛力較小的情況下,大力發展風能、太陽能、核能等新能源,將是湖南能源發展的必由之路。據測算,未來10年內,湖南擁有風能經濟可開發量 100萬千瓦左右,主要分布在洞庭湖區、郴州仰天湖、邵陽城步南山等地。將實現年銷售收入120億元左右。技術方面,湖南已具備大規模開發風能的能力。

仰天湖風電場,湖南首個開發的風電場,位于郴州北湖區永春鄉、芙蓉鄉、南溪鄉交界處的仰天湖風景區。這里地勢較高,場區地域較開闊,地表建筑物和植被稀少,是典型的南方高山草原區,南北氣流通過較高地形時產生增速效應,使得該地風能資源較為豐富。工程設計安裝 22臺 1 650千瓦風力發電機組,總裝機容量為3.63萬千瓦,由中國華電集團新能源發展有限公司投資4億元興建,2009年年底投產發電,年上網發電量約為6 644萬千瓦時。風電是一種新能源,與相同發電量的火電相比,該風電場每年可節約標準煤 2.19萬噸,減少排放二氧化碳 5.21萬噸、二氧化硫421 t、二氧化氮239 t、一氧化碳5.7 t。該項目的投產發電對于帶動湖南風機制造業的發展,促進地區工業旅游業,改善湖南能源結構具有現實意義。

(2)推進農村沼氣建設,解決農村地區的炊事用能問題。農村節能減排任務艱巨。我們現在每年產生秸稈6億多噸,每年光畜禽糞便就多達30多億噸。落后的農業生產方式和農村經濟發展方式,不僅導致有限的農業資源浪費嚴重,而且使本來日趨惡化的農業生態環境問題更加突出。我國農村每天產生的生活垃圾量達100多萬噸,大部分未經處理,成為蚊蠅孳生地和地表水、地下水的重要污染源。我國豬、牛、雞三大類畜禽糞便年排放化學需氧量(COD)6 900多萬噸,是全國工業和生活污水 COD的 5倍以上,成為首要污染源。

因此,要進一步推進農村沼氣建設。要啟動規模養殖廢棄物無害化資源化處理,利用一切可以利用的資金:如國債投資、農村沼氣建設投資、扶貧投資、農業綜合開發、世行貸款等投資,促進農村沼氣工程建設。通過推廣豬、沼、果等生態農業技術和開展清潔能源、沼肥綜合利用,改善農村公共衛生環境,優化農村能源結構,提高農業資源利用效率。

隨著政府的重視和養殖業的發展,我省發展沼氣的條件越來越好:

一是資源充足。湖南省委省政府已規劃養殖產業是重點發展產業,沼氣發酵原料畜禽糞便量會繼續增加。另外,稻草等纖維素為主的農作物秸稈,也是沼氣發酵的很好原料。據測算,如果將人畜糞便和40%的稻草秸稈用于發酵產沼氣,湖南年產沼氣可達 80億立方米,可基本解決農村地區的炊事用能問題。

二是前景看好。目前畜禽養殖場糞便污染處理最有效、綜合效益最好的辦法還是發展沼氣。國家三令五申禁燒秸稈,收效甚微,最好的辦法是生物氣化,也就是辦沼氣。

三是氣候適應。湖南屬中亞熱帶季風濕潤氣候,光熱充足,適宜發展沼氣。綜上所述,湖南發展沼氣的條件得天獨厚。

(3)開展國際間的橫向交流,進一步拓寬沼氣工程技術研究與工程設計思路。

以歐洲為例:①在德國、奧地利和丹麥利用能量作物和生物廢料生產沼氣的項目非常多。特別是德國,目前有4 000余座沼氣工廠。據初步統計,2007年德國所使用的沼氣能量當量占歐洲 27國沼氣能量當量的36%。

②德國主流的沼氣工程技術是中溫 35～40度、高濃度8%～14%的液態發酵、熱電聯供技術。沼氣工程發電全部上網,發電機連續運轉,余熱利用系統完善,綜合效率高。只有在工程啟動階段需要外部熱量給予,正常運轉階段,發電余熱足以提供厭氧發酵系統的增溫保溫所需熱量。沼液沼渣均可作為肥料施于農田或草地。

③能量作物玉米、谷類可在沼氣工程中作為主要發酵原料。沼氣工程已從解決環保問題上升到解決能源問題的高度。

④干發酵和沼氣純化技術也已開始工程應用。沼氣中甲烷提純后進入天然氣管網或作為汽車燃料用氣,已開始進入應用階段。瑞典有50%的沼氣廠已用于汽車加氣。從以上幾方面可以看出沼氣工程技術研究的重點、難點、創新點和發展方向:

一是預處理除砂技術與設備的開發是沼氣工程技術研究的重點。

二是高寒地區沼氣發電工程能量綜合利用技術還是一個難點,有待進一步研發。

三是糞便、有機垃圾、污泥聯合發酵工藝技術與設備的研發是沼氣工程技術研發的創新點。

四是沼氣工程項目厭氧發酵設備看似簡單,其實罐內物料加熱和混合物均一化技術并不容易掌握。

五是在沼氣工程中添加能量作物,增加有機物含量,是提高沼氣工程產氣率,保證能量平衡的主要研究內容之一。

六是從沼氣中提純甲烷的技術研究是沼氣工程技術研究的方向。

(4)大力推廣應用無公害低殘留農藥和增施有機肥。我國農業和農村經濟的發展仍然是以高消耗、高污染、低效率的方式進行的。從某種意義上說,我國農產品供給,是靠犧牲資源和環境利益換取的。我國農業正面臨著一邊獲得高產、一邊毀壞生態環境的窘境,農業生態環境的惡化日趨嚴重(表3)。

表3 我國農用化肥、農用薄膜、農用柴油和農藥使用量

從 1990年至2005年的 15年中,我國農用化肥、農用薄膜、農用柴油和農藥使用量呈逐年增長之勢。而增長最快的是復合肥,其次是農藥,農用塑料薄膜位列第三。以 1990年為基點,至 2000年的 10年當中,復合肥的施用增長 2.687倍,至 2005年,復合肥的施用增長3.815倍。原因不外乎是我們的農戶們迷信施肥越多則產量越多的原因所致,當然也不排除省事的思想在里面,是一種濫施。

農藥、化肥的過量使用使耕地質量下降,水資源受到污染破壞。我國每年化肥施用量達到4 000萬噸,是世界上肥料用量最多的國家,平均每公頃化肥施用量達 400 kg以上,遠遠超過發達國家為防止化肥對水體污染而設置的安全上限(每公頃施225 kg)。然而氮肥當季利用率僅為30%,每年氮肥損失近800億元。全國農藥年使用量達到 120萬噸,平均用量達每公頃 2 kg,是發達國家的 1.75倍,但有效利用率不足 30%。而落在地面的占40%～60%,此外還有5%～30%飄浮于大氣之中。這既導致農產品農藥殘留超標,危害人體健康,又使土壤有益微生物群落消亡,削弱土壤生態系統功能,破壞土壤生物活性。地膜覆蓋正由“白色革命”演變為“白色污染”。2005年比2004年地膜使用量、地膜覆蓋面積分別增加 3%,3.5%。

因此,要大力推廣應用節約型農業技術,合理施用化肥和農藥。廣泛開展測土配方施肥技術指導與服務。根據作物的需肥規律、土壤測試結果以及肥料的利用率,調整氮、磷、鉀和中微量元素的合理用量和比例,使作物得到全面、合理的養分供應;提倡增施有機肥。大力研發生物植物薄膜秸稈制膜、竹子制膜以替換不可降解之塑料薄膜,降低農田污染。

(5)開展植樹造林,保持和增加碳匯力,減少二氧化碳危害。通過實施綠色城堡、綠色屏障、見縫插綠等生態工程來增加生物質碳匯,解決農業經濟增長與資源環境之間的矛盾。中華人民共和國農業法規定:加強林業生態建設,實施天然林保護、退耕還林和防沙治沙工程,加強防護林體系建設,加速營造速生豐產林、工業原料林和薪炭林 (表4)。

表4 全國林業重點工程歷年完成造林面積(單位:khm2)

上表說明:我們國家對天然林的保護經歷了從弱到強、逐漸趨向平穩的過程,其中值得特別一提的是退耕還林工程,從上世紀末到本世紀初,短短四分之一世紀已增加了 16.5396倍。

通過植樹造林和加強森林管理,保持和增加碳匯,吸收二氧化碳。許多發達國家重視碳捕集與封存技術的研發,特別是燃煤發電比重較高的美國,在該技術的機理、潛力和經濟性評估等方面開始了大量研究。我國在這方面起步較晚,但一直在努力。要改變種植業結構,大力發展林果業,推行免耕制度,發展節水灌溉,增加土壤覆蓋率。

3 結論

低碳農業是在農業生產、經營中排放最少的溫室氣體,獲得最大經濟效益的農業;其實質是資源低投入、低消耗、低排放、高效率對資源高投入、高消耗、高排放低效率的替換;是“兩型農業”對“低碳農業”的期盼和訴求;是現代農業的核心,也是未來農業的發展方向。面對日益稀缺的資源、不斷惡化的環境,要實現農業可持續發展,必須走資源節約型和環境友好型的“兩型農業”發展道路。

4 政策建議

(1)加快秸稈制膜、竹子制膜技術的開發利用,以秸稈、竹子薄膜替換塑料薄膜,變不可溶解薄膜為可溶解薄膜,減少農田污染。

(2)大力推廣應用節約型農業技術,合理施用化肥和農藥,減少農藥化肥施放,提高利用率,提倡增施有機肥,實行“低碳耕作”,改善農村環境。

(3)大力推廣農業合作社、農業專業合作社,實施集約化生產。

(4)加大植樹造林力度,重視碳捕集與封存技術的研發利用。

(5)要進一步加大推廣可再生能源技術和產品力度,鼓勵種、養、用于一體的循環經濟模式,發展生態農業。實施稻草還田沃土工程,推廣秸稈氣化,開發新能源等。

(6)開展國際間的橫向交流,進一步拓寬沼氣工程技術研究與工程設計思路。

探索低碳農業的發展,是一篇大文章,是一項長期而艱巨復雜的歷史任務,一定要充分調動和發揮各地區各方面的積極性創造性,加強研究探索,總結好的經驗,立足當前突出重點,面向未來強化基礎,一步一個腳印扎實推進。

[1]曲永義.資源環境約束與區域技術創新 [M].北京:人民出版社,2009.

[2]張 雷.礦產資源開發與國家工業化[M].北京:商務印書館,2004.

[3]李 琳,李素娟,張海林,等.保護性耕作下土壤碳庫管理指數的研究 [J].水土保持學報,2006,20(3):106-109.

[4]王永靜,程廣斌.日本環境保全型農業及其對我國的啟示[J].安徽農業科學,2007,35(16):4946.

[5]秸稈也能增收 [EB/OL].四川農網 ,2010-08-26.

[6]趙 軍,田 博,汪國剛.循環利用的典范——歐洲沼氣工程 [J].環境保護與循環經濟,2010,(1):13-14.

[7]尹昌斌,唐華俊,周 穎.循環農業內涵、發展途徑與政策建議 [J].中國農業資源與區劃,2006,27(1):4-8.

[8]今村奈良臣.中國農業如何逆勢而上 [EB/OL].中國網,2009-03-30.