規模農場低碳循環生產技術體系的構建

劉紅江等

摘要：分析概括了低碳循環農業的概念、規模農場發展低碳循環生產的可能性和意義，提出了規模農業低碳循環生產的4項主體技術及具體技術措施，并構建了規模農場低碳循環生產技術體系，最后評估了低碳循環生產下規模農場的經濟效益、社會效益和生態效益，以便規模農場低碳循環生產技術體系能夠得到大面積推廣應用，為國家糧食安全和農業生態環境健康提供技術支撐。

關鍵詞：規模農場；低碳循環生產；技術體系；糧食安全；生態環境

中圖分類號： F324.1文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）02-0427-03

收稿日期：2014-04-21

基金項目：國家科技支撐計劃（編號：2012BAD14B12）；江蘇省農業科技自主創新資金[編號：CX（13）5045]。

作者簡介：劉紅江（1979—），男，江蘇建湖人，博士，副研究員，主要從事農業生態和水稻栽培生理生態研究。E-mail：liuhongjiang2004@sohu.com。太湖流域經濟發展快，農業生產力水平高，農田化肥和農藥投入量大，部分高產稻田的施氮量為270～300 kg/hm2，高的已達350 kg/hm2[1]，稻季農藥噴施一般都在10次以上。過高的化學品投入不僅使得其利用率過低，而且直接或間接地導致了一系列不良的環境反應[2-3]。投入農田的化肥很大一部分會通過地表徑流等方式流向農田周圍的水體，使水體污染，呈富營養化狀態[4-6]。據調查，我國湖泊富營養化程度日趨嚴重，已有65%呈現加劇富營養化趨勢，29%正在轉向富營養化狀態。因此，有必要改變目前單個農戶為經營主體注重作物產量，在生產中過度使用化肥、農藥造成土壤板結、農產品品質較差，不能維持農業資源可持續利用的生產方式。近年來，江蘇等經濟發達地區實行土地流轉，發展規模農業，實施農田化學品減投減排、有機肥替代化肥、農作物秸稈還田、農田流失養分循環利用等技術，為減少農田化肥投入量、培肥地力、提高土壤供肥能力、保證稻麥獲得穩產高產提供了有利條件。在此基礎上，筆者對規模農場低碳循環生產技術體系構建進行了研究，以期為緩解太湖地區水體富營養化和大氣污染嚴重等問題，以及實現農作物優質高產和農業生態環境安全提供科學依據。

1低碳循環農業的概念

低碳循環農業以保護農業生態環境為前提，實現農業的可持續發展為目的，利用先進的技術，協調和優化農業生態系統內部結構，使物質和能量在循環系統中多級利用，嚴格控制外部有害物質的投入和農業廢棄物的產生，最大程度減輕環境污染，使農業生產經濟活動真正納入到農業生態系統循環中。循環農業是以資源的高效利用和循環利用為核心，運用循環經濟學和生態學理論，以“4R”即減量化、再循環、再利用、可控制化為基本原則[7-8]，通過現代農業科技技術耦合、循環生產工程以及機械配套，使農業生態系統中物質和能量實現多層次、系統化循環利用，達到購買性物質投入產出比的最大化、可再生資源利用高效循環化、有害物質排放最小化的目標，最終實現農業生產節能減排、環境友好、農民增收，促進現代農業生產和農村生態可持續發展[9]。循環農業是低碳農業經濟的載體，是農業由高碳經濟向低碳經濟轉變發展的一個重要方向。低碳農業，就其實質來說是一種低能耗、低排放、低污染和高效益的農業，即所謂的“三高一低”農業[10-11]。

探索規模生產條件下的現代低碳循環農業模式與技術，對于經濟發達、農業集約化和現代化程度高的地區實現農業生產無害化、污染物排放最小化、廢棄物利用最大化以及建設資源節約型、環境友好型社會具有現實意義。

2規模農場發展低碳循環生產的可能性

隨著產業結構的調整以及農村勞動力的大量轉移，傳統的以一家一戶為主體的農業生產方式，已經不能適應新形勢下的農業生產要求。長三角等經濟發達地區的農業生產經營方式正在發生歷史性的變革，許多地區的農村土地實行了流轉，土地經營權逐步向種田大戶和農業合作社集中，使農業生產向產業化方向進一步發展。在產業化生產的條件下，經營者必將重視產品品質和經濟效益，而低碳循環生產減少了生產過程中化學品的投入量，使生產成本降低、效益提高。同時，通過實施低碳循環生產，減低農產品的農藥殘留和重金屬含量，提高了農產品品質，增加了其附加值，會進一步提高農業生產的經濟效益。這些有助于提高農業生產主體實施低碳循環生產的積極性。

此外，隨著經濟的快速發展、人們生活水平的提高和消費觀念的轉變激發了人們對優質安全高檔農產品的需求。同時，在人們的物質生活水平提高后，人們對于保護和改善居住生態環境的意愿更為強烈。這些為實施低碳循環農業生產提供了基礎條件。

2014年中央農村工作會議提出“要提高種地集約經營、規模經營、社會化服務水平，增加農民務農收入，鼓勵發展、大力扶持家庭農場、專業大戶、農民合作社、產業化龍頭企業等新型主體”。2014年中央一號文件進一步指出“鼓勵有條件的農戶流轉承包土地的經營權，加快健全土地經營權流轉市場，完善縣鄉村三級服務和管理網絡”。黨和政府的高度重視，為規模農場低碳循環農業生產提供了政策保障。

3規模農場發展低碳循環生產的意義

實施規模農場低碳循環生產技術集成與示范，通過農田化學投入品的減量，特別是農藥的減量，能夠減少農產品的農藥殘留，提高農產品的質量安全。同時，有機肥料的施用有利于進一步提高農產品的品質。這和不久前召開的中央農村工作會議提出的“要把農產品質量安全作為轉變農業發展方式、加快現代農業建設關鍵環節”的要求相一致。項目的實施有利于規模農場低碳循環生產集成技術進一步熟化，以便其他類似規模農場可以學習、借鑒和復制這方面的經驗做法，在規模農業提高經濟效益的同時，使農業生態環境得到進一步改善，對推進社會主義新農村建設，以及引領未來規模農業的發展方向具有指導意義。

4規模農場低碳循環生產主要技術措施endprint

通過化學投入品減量與高效利用，N、P等風險性資源減排，秸稈等可再生資源高效利用，農田徑流水體養分再利用技術的示范推廣，完善規模農田低碳循環生產模式和技術體系，實現農田系統生產力、資源利用效率和生態環境健康協同提升。需要研究與示范推廣的主體技術如下所示。

4.1化學農藥減量與高效利用技術示范

4.1.1農藥潤濕展布技術利用能提高對靶有效沉積率的功能性助劑，使農藥和作物植株附著力提高，減少藥液的流失，增加其在植物葉片的滯留時間，通過這項技術的推廣，可以減少農藥的施用量[12]。

4.1.2農藥精準施藥技術結合不同施藥器械及噴霧方式下農藥霧滴在稻（麥）群體內的沉積分布規律，采用彌霧機下傾式氣流輔助噴霧，并借助氣流遇到莖葉阻擋后的偏流作用沉積到莖葉背面，霧滴沉積率達70%左右，分布較其他器械及噴霧方法均勻。將藥劑直接均勻噴灑到病蟲害危害的部位。通過這項技術的推廣，可以減少農藥的施用量。

4.1.3混用農藥配方施藥技術針對稻田的主要病蟲害及需要兼治的病蟲組合，明確農藥單劑的混配組合及混配組合對防治對象的綜合互作效應和綜合毒力，篩選出針對不同病蟲發生組合的農藥混配的配方，充分發揮對各兼治對象的綜合毒力，可有效減少田間農藥用量。研究不同農藥的混配配方及田間“桶混”技術[13]。

通過化學農藥減量與高效利用技術示范推廣，可以減少農藥施用量30%以上。

4.2化肥減量與有機肥替代利用技術示范

4.2.1沼液增壓栓管輸用技術將規模化養豬場生產的沼液，從沼氣發酵裝置通過管道工程輸送到農田，先將沼液進行增壓處理，用消防栓輸送到田頭，根據作物的養分需求規律以及水肥耦合技術，用軟管進行農田澆灌，實現種養業之間沼液到農田的便捷輸送[14]。沼液部分替代化肥，培肥地力，減少農田化肥的施用量。

4.2.2有機顆粒肥機拋勻施技術根據顆粒有機肥的大小和質量，選擇適宜的機械將有機肥定量、均勻地撒入農田，為作物生長提供養分，減少農田化肥的投入量。為了減少由于有機肥過量施用帶來的農田磷素大量流失以及施用有機肥農田的重金屬污染風險，一般以有機肥50%以下替代化學氮肥的施用量為宜[15-17]。

4.2.3化肥減氮降磷施用技術結合不同的栽培耕作措施、肥料運籌、水漿管理、秸稈還田方式以及沼液農田施用、水生植物還田、有機肥替代化肥等技術，在滿足作物生長和作物高產水平的條件下，減少農田化學肥料的投入量，減少農田地表徑流N、P流失量[18-19]。

4.3秸稈等可再生資源高效利用技術示范

4.3.1機械碎草勻鋪秸稈時空輪還技術采用收割機加載切碎、勻撒裝置，邊收割邊將全田秸稈切成10 cm左右的碎草，秸稈勻鋪田面寬度接近割幅范圍90%[20]。針對項目區農作物產量水平高、秸稈量大的特點，將規模農場50%的田塊在年度（季節）與空間上進行秸稈全量還田，其余半數田塊的秸稈進行飼料化處理后，作為合作社配套養殖場的飼料。

4.3.2秸稈撿拾打捆包裝運輸技術引進秸稈收集成套裝備，在作物機械收獲后，將秸稈通過機械撿拾，并打捆包裝，再用機械將秸稈運輸到發酵場，為秸稈飼料化作好準備[21]。秸稈的機械撿收率在90%左右。

4.3.3秸稈發酵飼料化技術作物收獲后，將秸稈經過氨化處理或鹽酸處理后，采用有益微生物菌劑進行發酵制備飼料，通過秸稈的飼料化，可以降低其木質素含量，提高蛋白質含量，用來飼喂豬、牛、羊等牲畜[22]，再將蓄禽糞便等有機肥農田回用。

4.4農田徑流水體養分再利用工程與技術

4.4.1農田養分流失規律與攔截植物配置耦合技術根據植物的養分富集能力和景觀效果，在農田周邊的河道種植養分富集植物，富集稻麥兩熟農田地表徑流流失養分，并使水稻移栽到分蘗期、小麥返青期出現的農田養分流失高峰與水生植物的生長高峰相吻合，減少農田流失養分對周圍環境的影響。使農田地表徑流水質達到地表Ⅳ類水的標準，總氮濃度≤1.5 mg/L，總磷濃度≤0.3 mg/L，實現達標排放。

4.4.2水生植物網拖帶傳打撈機碎技術一季作物結束，將養分富集植物用網拖的形式集中到一起，通過輸送帶運輸上岸[23]，再使用機械切割成8～10 cm的段狀，以便直接還田，或與秸稈混合后，好氧堆肥制取有機肥[24]。

4.4.3水生植物好氧堆制成肥技術將水葫蘆等水生植物和稻草按照碳氮比25的比例混合堆制成有機肥后[25]，于農田施用，實現農田養分的循環利用，減少農田化肥的投入量，實現養分富集植物100%農田利用。

5構建規模農場低碳循環生產技術體系

規模農場在生產過程中，通過化學農藥減量與高效利用技術、化肥減量與有機肥替代利用技術、秸稈等可再生資源高效利用技術運用，實現農田化學投入品的減量。通過在農田周圍水體種植水生植物，有效攔截農田水體流失養分，將它們富集于水生植物的體內，以減少農業生產對周圍環境的污染。在一季作物收獲以后，將水生植物打撈收獲還田，實現農田流失養分的循環利用。水生植物農田施用，不但能夠減少農田化肥的投入量，還有利于培肥地力，提高土壤速效養分含量，保證稻麥獲得穩產高產。由于水生植物農田施用，減少了農田化肥的投入量，可為農業生產帶來直接經濟效益；同時化肥投入量的減少，可進一步減輕農田對周圍水體的影響，提高農業生產的生態效益。將上述各項技術措施進行銜接溝通，構建規模農場低碳循環生產技術體系，為長江三角洲地區規模農田循環生產提供技術支持，對該地區減少農田化肥的過量投入、保證農田養分的高效利用、緩解水體富營養化對環境的影響具有現實意義，能夠為國家糧食安全和農業生態環境健康提供科技支撐。

6規模農場低碳循環生產的效益評價

6.1經濟效益

通過規模稻麥農場低碳循環生產技術集成示范的應用，每667 m2可省肥20元左右、省農藥50元左右、農產品優質增產增效180元左右，平均增效250元左右。規模農場面積按照133.3 hm2/個計算，可增加經濟效益約50萬元，規模農場預計年經濟效益增加30%左右。endprint

6.2社會效益

通過規模農田循環生產集成技術的研究與示范推廣，可以加強對農民的科學技術培訓，提高農村干部和群眾的生態環境保護意識，提高農民科技素質；推進發達地區的農產品安全生產，確保農產品質量安全；推進農業增長方式的轉變，加快現代農業的建設；推動社會主義新農村建設，促進農村物質文明、精神文明、政治文明和生態文明的協調發展。

6.3環境效益

通過規模稻麥農場低碳循環生產集成技術的推廣應用，單位農田化肥施用量下降30%，133.3 hm2面積的規模農場每年可以減少化肥施用量60 t；按照每667 m2農田每年總氮流失量2.5 kg、總磷流失量0.1 kg計算[26]，規模農場農田通過循環利用每年可減少氮流失量5 t、磷流失量0.2 t，有效減輕了太湖流域水體富營養化的壓力。秸稈綜合利用率100%，減少了溫室氣體排放和秸稈燃燒帶來的污染問題，減輕大氣污染所形成的大面積霧霾天氣。

7結論與展望

在規模農場生產過程中，減少農田化學品的投入量，將農作物秸稈綜合利用，通過原位減量減排技術以及農田流失養分水生植物的富集再利用技術，實現農業低碳循環生產。構建規模農場低碳循環生產技術體系，在農業生產中進行大面積的示范推廣，一方面能夠改進農產品的品質，提高農業生產的經濟效益；另一方面能夠減少農業生產對周圍環境的影響，減輕農業面源污染，有利于實現農業生產增效和農業生態環境提升的協調發展，能夠為新形勢下我國建設“美麗鄉村”提供有力技術支持。

參考文獻：

[1]成芳，凌去非，徐海軍，等. 太湖水質現狀與主要污染物分析[J]. 上海海洋大學學報，2010，19（1）：105-110.

[2]劉立軍，桑大志，劉翠蓮，等. 實時實地氮肥管理對水稻產量和氮素利用率的影響[J]. 中國農業科學，2003，36（12）：1456-1461.

[3]徐國偉，吳長付，劉輝，等. 秸稈還田與實地氮肥管理對水稻產量及品質的影響[J]. 中國農學通報，2006，22（10）：209-215.

[4]張維理，武淑霞，冀宏杰，等. 中國農業面源污染形勢估計及控制對策Ⅰ.21世紀初期中國農業面源污染的形勢估計[J]. 中國農業科學，2004，37（7）：1008-1017.

[5]Yan W J，Huang M X，Zhang S，et al. Phosphorus export by runoff from agricultural field plots with different crop cover in Lake Taihu watershed[J]. 環境科學學報：英文版，2001，13（4）：502-507.

[6]李瑞玲，張永春，曾遠，等. 太湖流域丘陵地區暴雨條件下農田氮素隨地表徑流遷移特征[J]. 農業環境科學學報，2009，28（6）：1185-1190.

[7]鄭建初，陳留根，甄若宏，等. 江蘇省現代循環農業發展研究[J]. 江蘇農業學報，2010，26（1）：5-8.

[8]高旺盛，陳源泉，梁龍. 論發展循環農業的基本原理與技術體系[J]. 農業現代化研究，2007，28（6）：731-734.

[9]林久軍，季國軍，趙荷娟，等. 固城湖生態區低碳循環農業發展模式的研究[J]. 現代農業科技，2013，20（2）：258-259.

[10]白金明. 我國循環農業理論與發展模式研究[D]. 北京：中國農業科學院，2008.

[11]黃國勤. 推進鄱陽湖生態經濟區低碳農業的發展[J]. 江西農業學報，2010，22（6）：178-180.

[12]顧中言，許小龍，徐德進，等. 用等效線評判稻田“桶混”農藥聯合作用方式的研究[J]. 江蘇農業學報，2013，29（5）：1025-1033.

[13]顧中言，徐廣春，徐德進，等. 稻田農藥科學減量的技術體系及其原理[J]. 江蘇農業學報，2012，28（5）：1016-1024.

[14]余薇薇，張智，羅蘇蓉，等. 沼液灌溉對紫色土菜地土壤特性的影響[J]. 農業工程學報，2012，28（16）：178-184.

[15]孫國峰，鄭建初，陳留根，等. 配施豬糞對麥季CH4和N2O排放及溫室效應的影響[J]. 生態與農村環境學報，2012，28（4）：349-354.

[16]孫國峰，鄭建初，陳留根，等. 豬糞沼液施用后土壤理化性狀及水稻產量初步研究[J]. 中國稻米，2013，19（4）：74-76，79.

[17]郭智，周煒，陳留根，等. 施用豬糞有機肥對稻麥兩熟農田稻季養分徑流流失的影響[J]. 水土保持學報，2013，27（6）：21-25，61.

[18]劉紅江，陳留根，周煒，等. 麥秸還田對水稻產量及地表徑流NPK流失的影響[J]. 農業環境科學學報，2011，30（7）：1337-1345.

[19]郭智，肖敏，陳留根，等. 稻麥兩熟農田稻季養分徑流流失特征[J]. 生態環境學報，2010，19（7）：1622-1627.

[20]羅建勤. 秸稈還田機械耕作技術應用[J]. 中國農機化，2011（5）：87-89.

[21]王國權，余 群，卜云龍，等. 秸稈撿拾打捆機設計及撿拾器的動力學仿真[J]. 農業機械學報，2001，32（5）：59-61，68.

[22]韓魯佳，劉向陽，李道娥，等. 我國秸稈飼料資源開發利用的研究[J]. 農業工程學報，1997，13（S1）：127-131.

[23]吳世銘.“水陸聯動機械快速打撈法”在水口庫區水葫蘆集中整治中的應用[J]. 中國科技成果，2007，22（16）：44-45.

[24]劉紅江，陳留根，朱普平，等. 稻田流失養分循環利用系統構建研究初探[J]. 生態環境學報，2010，19（10）：2275-2279.

[25]施林林，沈明星，常志州，等. 水分含量對水葫蘆渣堆肥進程及溫室氣體排放的影響[J]. 中國生態農業學報，2012，20（3）：337-342.

[26]劉紅江，鄭建初，陳留根，等. 秸稈還田對農田周年地表徑流氮、磷、鉀流失的影響[J]. 生態環境學報，2012，21（6）：1031-1036.張一洲，張國良，曹月喬，等. 淮安市農業園區人才集聚的思考[J]. 江蘇農業科學，2015，43（2）：430-432.endprint