黃土高原工農業復合循環經濟模式與關鍵技術集成利用實證分析——以甘肅省定西市為例

縣永平

（1.武漢理工大學資源與環境工程學院，湖北 武漢 430070；2.甘肅省定西市循環經濟產業園區管委會，甘肅 定西 743000）

甘肅省定西市是黃土高原干旱地區的典型代表，這里年降水量僅420 mm。以雨養旱作農業為特征的農業承載能力逐漸不能滿足人口日益增加的需求，導致了不合理的土地利用方式和生態植被的破壞，使得嚴重的水土流失和頻繁的干旱成為該地區重要的自然環境特征。一方面，農業生產幾乎完全依賴降水，屬于沒有外來水資源提供灌溉的旱地農業，此類生態系統必然具有明顯的不穩定性和較低的抵抗外來擾動的能力。另一方面，該區域土壤地帶性特征又決定了其具有較大的生產潛力。因此，在該區域構建工農業復合循環經濟模式，利用工農業復合循環經濟模式的關鍵技術。發展該區域循環經濟，以獲得顯著的經濟效益和生態效益。這對于半干旱地區農業與生態環境的可持續發展意義重大[1]。

1 工農業復合循環經濟的內涵界定

所謂的工農業復合循環經濟就是將種植業、養殖業、農業、食品加工業、造紙工業、橡膠提取工業、沼氣生物能產業、高效有機肥等產業和技術進行高效集成，與科學施肥結合，用生物農藥替代或者至少部分替代化學農藥，降低污染，綜合起來就叫做工農業復合循環經濟，它是循環經濟當中的重要組成部分。這樣不僅可以實現農業經濟增長，還可以全面推進基于農產品的工業快速發展，增加就業、增加碳循環。簡單地說：種植、養殖、加工要成為產業鏈，能量物質集成循環，低碳生態綠色環保[2]。

文中所述工農業復合循環經濟涵蓋上述操作層面內容，同時包括微觀層次上企業之間（或區域層次）的清潔生產、農業生態鏈和工業生態鏈的產業循環經濟。通過農業產業化，把生物過程為主的農業與工業連接起來，通過生態工業把資源開發和加工過程為主的工業過程與資源再生循環的環保產業連接起來，再回到資源或環境系統，從而形成資源—環境—產業—資源—環境的循環。在堅持綜合效益最大化原則下，構建不同類型產業鏈，取得社會效益、經濟效益和生態效益[3]。

2 工農業復合循環經濟的特征

一般來說，在生產中堅持工農業復合協同聯動、多種優勢互補是發展循環經濟的典型特征。這種特征具體表現如下。

2.1 復合多級循環模式并存

工農業復合循環經濟表現為“資源—產品—再生資源—產品—再生資源”的多級循環經濟綜合模式，即由生產對策目標單一、資源耗費較高、生產方式較為粗放的“單向單環式”線性經濟模式，轉變為采用與環境相容的綠色環保型生產對策，能夠實現資源綜合利用的“單向多環式”、“多向多環式”與“多向循環式”相結合的循環經濟模式。

2.2 產業間拉動力彼此推進

產業內在拓展與外向拉動是工農業復合循環經濟發展的基本動力，二者均以生態系統能流和物質流的流向作為形成主導產業及其延伸產業鏈和產業網的依據。一方面，農業經濟內部有延伸產業鏈條、拓展生物資源綜合利用空間、實現產品增值與再循環的內在動力；另一方面，工業對農產品的精深加工及其副產品的綜合開發，打破了傳統農業自體循環的路徑依賴，為發展農業以及實施相關的生物工程提供了新的資源與制度選擇，由此形成工農業復合循環經濟模式的重要拉動力。

2.3 創新先進技術綜合應用

循環經濟是一種新的技術經濟范式，能夠有效化解持續經濟增長對資源和環境所帶來的壓力。在發展工農業復合循環經濟的實踐中，注重先進生產技術與廢棄物利用技術的融合，綜合應用良種種植、玉米秸稈青貯、EM微生物發酵、農產品深加工、副產品轉化增值（包括DDGS高蛋白飼料生產、高效液態肥滴施滴灌）等先進適用技術，使得單位產出的資源消耗以及生產過程中污染排放減少，實現了資源的循環利用以及生態環境的合理保護。

2.4 生物資源得以循環利用

在自然界中，各類生物依據生產功能—利用功能—轉化功能之間的關系，生生不息，無限循環。工農業復合循環經濟融入現代生物技術，充分利用微生物的生態轉化功能，使得作為工農業生產有機廢棄物資源（即“腐屑”，如酒糟、玉米秸稈、畜禽糞便、沼渣等）變廢為寶，為各種生物資源的循環利用與綜合開發進行了有益探索。與此同時，先進適用性科學技術對傳統線性經濟模式的改造，突破了原有的制度選擇空間，增強農民的收益預期，使得農戶廣泛參與，并由此加速了循環經濟產業鏈組織基礎的形成以及資源循環利用模式的創新。

3 工農業復合循環經濟的運作模式

在實踐中工農業復合循環經濟的運作模式，主要表現為工業拉動型、農業拓展型、工農耦合型等形式。

3.1 工業拉動型

以農產品原料需求為紐帶，通過發展基地、聯結農戶、構建利益共同體，按照“資源—產品—再生資源—再生產品”的運作方式，帶動相關產業鏈條協同整合，進而形成以工業企業拉動為主要特征的循環經濟結構。在這一結構中，工業企業的產業帶動以及技術輻射能力是關鍵。

3.2 農業拓展型

農民合作經濟組織以及廣大農戶不斷創新經營方式，主動拓展產業鏈條，是農業經濟主體拓展融合型循環經濟模式得以順利推進的關鍵。針對工業企業的原料需求與技術輻射特征，適時引進優良品種并推廣相關的種養技術，廣泛應用現代生物技術轉變原有生產方式的路徑依賴，強化各經濟主體間的利益聯結機制，由此使得各農業經濟主體在大力發展循環經濟的同時，實現了多方共贏以及經濟、社會與生態效益兼顧的目標。

3.3 工農耦合型

工農耦合型也叫工農協同耦合型，其循環經濟模式是工農產業日益融合的產物。主要立足本地資源優勢，依托周邊農產品加工企業，協同各類經濟主體，通過組織創新，構建資源循環利用的新型產業鏈，最終實現了各業經濟優勢互補、相關經濟主體利益共享、全生物產量綜合利用的目標。堅持走工農聯盟之路，行“工業反哺農業”之舉，大力支持種植、養殖、加工業的發展，推動了周邊農戶經濟的健康發展[4]。

圖1 甘肅富民生態農業科技項目工農耦合型工農業復合循環經濟模式圖

4 工農業復合循環經濟的關鍵技術集成利用案例分析

甘肅富民生態農業科技有限公司（以下簡稱甘肅富民）位于甘肅省定西市循環經濟產業園區，該公司秉持科技為先的理念，與中國農業大學聯合開發了利用馬鈴薯淀粉渣、廢水生產高效且無公害系列專用配方生物有機藥肥技術。大量試驗證明，利用該技術生產的生物有機藥肥能促進植株生長，改善作物品質，預防病蟲害的發生，提高作物抗災害能力，從而使作物產量增加30％以上，并能降低使用該有機藥肥農戶的生產投入，提高其作物種植的經濟效益。同時，該公司引進世界最先進的沼氣工程技術工藝，利用馬鈴薯廢渣、廢水產生沼氣，為當地提供車用燃氣。利用該技術生產有機藥肥并配套沼氣工程，可完全循環利用馬鈴薯淀粉生產過程中產生的廢渣、廢水。這樣既可解決廢渣、廢水造成的環境壓力，又可變廢為寶，因此該模式技術的推廣與生產將成為甘肅省優質馬鈴薯產業發展的一大亮點。本項目的實施是典型的工農耦合型的工農業復合循環經濟模式（如圖1），其關鍵技術集成了顆粒生物有機肥生產技術、車用燃氣生產技術、液體生物有機肥、生物有機藥肥、水劑生產技術以及水基性農藥（懸浮劑）生產技術。各關鍵技術集成利用的工藝技術流程如下。

4.1 顆粒生物有機肥

顆粒生物有機肥是沼渣和秸稈等經發酵后添加相應原料，再經造粒設備造粒成型而得。其工藝如圖2所示。

圖2 顆粒生物有機肥工藝流程

有機肥發酵工藝說明：對馬鈴薯淀粉渣進行加壓分離處理，處理后將馬鈴薯淀粉渣分離成固渣和廢水兩部分，廢水轉入沼氣發酵系統；對生活垃圾和玉米秸稈進行粉碎處理，將固渣和秸稈粉通過固體生物肥發酵系統發酵，發酵物料在池內堆積厚度為150～180 cm，靠高壓風機強制通風和翻堆時物料與空氣接觸提供的氧氣進行連續好氧發酵，發酵周期8～10 d。鏈板式翻堆機的翻堆主體在縱橫向行走機構的運送下，將發酵物料從池內刮起并輸送一段距離（約3.5 m）后落入池中，這樣發酵物料就在池內產生一定的位移，使物料在池內有規律、等距離地漸進式后移，每天從發酵池尾端將發酵好的物料運走，將發酵池前端騰出的空間（一天的處理量）補充新的發酵物料，從而形成了一種連續的發酵過程。發酵翻堆過程實現了全自動智能化控制。發酵后的物料堆成料堆儲存的同時進行二次發酵，進一步腐熟并去除部分水分。堆制一段時間（根據生產任務及場地決定）后對其進行篩選，調整水分（曬干或烘干）即為粉狀有機肥[5]。

4.2 車用燃氣

本項目沼氣站采用的是目前世界上先進的CSTR及CSTR一體化相結合的工藝，CSTR（完全混合式氧化消化器）具有產氣率高、適用原料范圍廣、應用區域廣、能耗低、經濟效益高等優點。流程如圖3所示。

圖3 車用燃氣工藝流程

場區配備集污池，集污池用于收集場區的生產廢水，一部分馬鈴薯渣經固液分離機分離，直接用作有機肥，一部分馬鈴薯渣及廢液經進料斗投入調配池內，加入一定量的生產廢水稀釋，調配池內設置槳式攪拌機，攪拌一定時間使物料混合均勻后經管道式粉碎機，再由螺桿泵泵入CSTR反應器進行厭氧發酵，反應罐采用拼裝罐結構，反應器內設頂攪拌機，使物料處于全混狀態，在產甲烷菌等微生物的共同作用下，產生沼氣。

反應罐內出來的沼渣沼液自流入二次發酵罐內貯存，厭氧反應后物料在二次發酵罐中可增加10％～15％的產氣效率。從二次發酵罐內出來的沼渣經過固液分離后作為沼渣肥，沼液排入沼液儲池中進行暫存，進行進一步深化處理，加工成有機肥。

本系統產生的沼氣用途主要用作車用CNG，提純壓縮單元由沼氣脫硫、脫碳提純、氣體儲存、壓縮、火炬等五部分組成，采用生物脫硫與化學脫硫串聯的工藝對沼氣進行脫硫，硫化氫脫除率可達99％；采用Xebec PSA技術對脫硫后的沼氣進行脫碳提純，產品中CO2含量小于3％，甲烷回收率96％以上，滿足車用壓縮天燃氣標準；選用干式雙膜獨立儲氣柜、往復式壓縮機地面火炬系統，并且運行穩定、運行成本低、使用壽命長、操作簡單、環境友好，符合低碳經濟要求。

4.3 液體生物有機肥、生物有機藥肥、水劑

本項目的液體生物有機肥、有機藥肥及農藥水劑都采用相同調配及灌裝線，工藝如下（圖4）。

4.4 水基性農藥（懸浮劑）

水基性農藥（懸浮劑）工藝流程為（圖5）：

懸浮劑混合→粗磨→砂磨→過篩→檢測→成品。

圖5 水基性農藥（懸浮劑）工藝流程圖

5 結語

綜上所述，黃土高原工農業復合循環經濟模式與關鍵技術集成利用具有以下優點：一是該模式是在市場經濟主導下的發展模式，企業和公眾共同組成循環經濟發展的主體，政府及行業協會主要扮演引導和服務的角色，市場機制在循環經濟發展過程中占主導地位，它們在遵循市場規則的前提下開展活動；二是該模式是一種主動的全面發展模式，不僅注重資源和能量在生產系統的循環，而且注重其在消費系統的循環，廢舊物品和資源在消費系統得到充分循環利用后才返回到生產系統；三是該模式從產業優化升級的視角建立和完善生態型產業區域，區內各成員都是產業鏈上必不可少的節點企業，這些企業自身都是循環型企業；四是該模式在黃土高原半干旱節水型區域是順應天時、遵循自然規律，順應時代、遵循科學規律，順應市場、遵循經濟規律的典范[6]，具有科學性、時代性、經濟性，值得大力提倡和示范推廣。

[1] 縣永平.黃土高原半干旱區低品位生物質能源沼氣生態模式優化——以甘肅省定西市為例[C].中國可再生能源發展國際會議論文集，北京：中國能源學會，2010.

[2] 齊建國.齊建國研究員談工農業復合循環經濟案例分析[R/OL].齊魯網，2010-06-25.

[3] 李俊利，張俊飚.基于循環農業視角下的生態產業鏈構建研究[J].生態經濟，2008(11)122-124.

[4] 張建杰.工農協同型循環經濟模式實證研究[J].商業時代，2007(18):59.

[5] 甘肅富民生態農業科技有限公司.馬鈴薯淀粉渣、廢水循環綜合利用工程可行性研究報告[R].2011.

[6]岷縣國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要[OL].甘肅省發改委網站，2007-03-19.