我國循環農業的誕生與發展現狀

崔新衛，張楊珠，吳金水，彭福元

(1.湖南農業大學 資源環境學院，湖南　長沙　410128； 2.中國科學院亞熱帶農業生態研究所，

湖南　長沙　410125； 3.湖南省農科院 農業生物資源利用研究所，湖南　長沙　410125)

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我國循環農業的誕生與發展現狀

崔新衛1，3*，張楊珠1，吳金水2，彭福元3

(1.湖南農業大學 資源環境學院，湖南長沙410128； 2.中國科學院亞熱帶農業生態研究所，

湖南長沙410125； 3.湖南省農科院 農業生物資源利用研究所，湖南長沙410125)

摘要：合理開發利用農業生態系統，發展高值循環農業，不僅是解決糧食安全問題的關鍵和核心，而且直接決定人類社會與自然環境的協調和發展。本文系統闡述了循環農業的起源及其內涵，我國傳統農業生產的現實壓力及發展循環農業必要性，分析了近年來循環農業的主要發展模式，并就我國“種—養”復合系統發展的主要模式進行了比較和總結，進一步探討了國內外“種—養”復合系統養分循環研究的發展概況。旨在明確循環農業在現代農業發展中核心地位。

1循環農業誕生的歷史背景

1.1循環經濟概念的提出及其中國化延伸

1966年，美國經濟學家Kenneth E Boulding認識到全球資源的有限性和對資源開發利用造成生態系統破壞的潛在危害后，提出建立循環經濟模式來代替以資源大量消耗為基礎的線性增長傳統經濟模式[1]，至此，“循環經濟”概念誕生[2]。1990年，英國環境經濟學家Pearce (D W)和Turner (R K)[3]在《自然資源和環境經濟學》中首次使用了“Circular Economy(循環經濟)”一詞，其試圖依據可持續發展原則建立物質流動模型[4]。20世紀90年代起，我國逐步引入了循環經濟思想，2004年循環經濟理念得到中央政府高度重視并上升為國家基本戰略，隨之提出提出“發展循環經濟，構建節約型產業結構和消費結構”觀點[5]，并先后出臺了一系列加快循環經濟發展的政策與文件。

1.2農業可持續發展理念的形成

1981年，美國農業科學家萊斯特·布朗出版論著《Building a Sustainable Society》，系統闡述了“可持續發展觀”，這是對農業領域可持續發展的較早思考。1991年，FAO(聯合國糧農組織)[6]將可持續農業定義為：管理和保護自然資源，并進行技術與體制變革，以確保人類繁衍對農產品及資源需求得到滿足，這種持久性農業能高效維護土壤、水資源、動植物遺傳資源并且不造成環境退化；其發展模式在技術上適當、經濟上可持續發展，并能為社會所接受”。總體而言，農業可持續發展其思想本質是謀求農業生態系統中各個要素之間以及系統與外部環境之間的有序化和整體持續運轉，建設資源合理利用、生產可持續發展的現代農業，其核心是謀求農業系統保持良性循環和持續性生產[7-8]。

1.3循環農業的誕生與發展理念

在循環經濟和農業可持續發展思想引導下，隨著農業發展問題探討的逐步深入，循環農業的輪廓漸漸清晰。循環經濟理念在農業領域應用的最樸素形態為生態農業模式，隨著人們認識水平的不斷提高，以生態農業為基礎，先后提出了“循環農業”[9]、“農業循環經濟”[10]等概念，其作為農業經濟發展新理念，生產實踐中已成為一種技術范式[11]。循環農業擯棄了傳統農業生產中掠奪性經營方式，將農業經濟發展與生態環境保護有機結合，形成了農業經濟和國民經濟協同持續發展的重要形式[12]。其發展遵循減量化(Reduce)、再利用(Reuse)、再循環(Recycle)、再回收(Recovery)的“4R”原則[13]，在既定環境容量、農業資源存量及生態閾值綜合約束下，以保護生態環境、節約農業資源和提高經濟效益為總體目標，運用循環經濟學原理與方法構建高效農業生產體系并組織農業生產，通過系統末端物質與能量回流和循環利用形成閉環農業生產系統[14]。

更為明確的說，循環農業理念是建立“資源—產品—廢棄物—再生資源”的高效循環機制，通過對資源重復利用，提高系統中物質和能量的利用效率及系統生產力[15]。其構成往往涉及農、林、牧、水產、生態等多學科交叉，各子系統之間通過要素耦合和產業鏈接進行物質與能量交換，形成相互依存、協同作用的生態產業鏈網[13， 16]。其以傳統的生態農業為基礎，并廣泛吸收國內外可持續農業思想精華，本質上形成了一種投入低、且高效循環的新型生態農業，真正實現了社會、經濟、生態三大效益協同發展。

2我國發展循環農業的社會現實

我國是世界上農業資源嚴重匱乏的國家之一，傳統農業生產造成的資源約束與經濟發展矛盾日益突出。長期以來，我國偏重糧食生產，而忽視了農業可持續發展對生物多樣性的需求，種植業收獲后大量秸稈等資源未輸入牧副漁等產業循環利用，造成了資源的巨大浪費[17]。

2.1傳統農業生產面臨巨大壓力

傳統的粗放式農業生產模式對生態環境產生了極為嚴重的破壞作用，直接影響農業可持續發展。第二次世界大戰以后，西方發達國家相繼進入農業現代化階段，借助石油動力機械及化肥與農藥，創造了農業增產奇跡，但隨之而來的是資源與環境破壞、土壤侵蝕及病蟲害爆發等一系列生態災難。而發展中國家以一場“綠色革命”推動了傳統農業向現代農業過渡，主要通過品種改良、增加化肥和農藥等技術手段提高產量以緩解糧食危機，但也帶來了諸如土壤板結、肥力下降及抗逆性降低等農業生態問題[18]。可見，“石油農業”和“綠色革命”都無法擺脫農業生產導致生態環境逐漸惡化這一現實，傳統農業生產壓力巨大，急需變革。

2.2農業廢棄物污染嚴重

我國作為農業大國，農業廢棄物產量巨大，而且長期肆意排放，造成了嚴重的環境污染。據估算，我國農作物秸稈年均總產量高達6.5×108t[19]，畜禽糞便年均產生量達17.3×108t[20]，朱鳳連等[21]預測，到2020年，中國每年將產生畜禽糞便高達42.44×108t。受經濟效益和技術手段限制，許多養殖場未對畜禽廢物進行合理處置而直接外排，造成資源浪費和環境污染，全國畜禽糞便資源化與商品化處置率不足29%[22]，數十億噸農業廢棄物已成了中國最大的污染源。事實上，據測算，每年產生的作物秸稈作肥料可提供氮約2.26×107t、磷4.59×106t、鉀2.72×107t；作為飼料，僅玉米秸稈就能提供1.9～2.2×108t；此外，畜禽糞便蘊含氮磷分別達1.6 ×107t和3.63×106t，相當于中國同期化肥使用量的78.9%和57.4%[20]。然而由于循環農業發展的先天不足，難以實現廢棄物的高效資源化循環利用，導致其經不適當處理或擱置轉化成為巨大的污染源[23-24]。

2.3肥料農藥的大量投入導致農業面源污染嚴重

我國是世界上最大的化肥和農藥使用國[25]，農田長期不合理施肥造成化肥利用率低，氮肥利用率僅30%～35%，磷肥10%～20%，鉀肥35%～50%，農藥利用率不足30%[26]，據估算，我國農田生態系統中僅化肥氮每年的淋失和徑流損失量高達174萬t，已致嚴重水體硝酸鹽污染與湖泊富營養化，長江、黃河和珠江每年輸出的溶解態無機氮達97.48萬t，太湖流域和京津唐地區地下水硝酸鹽含量超標達38%和50%[27-28]。諸多因素已成為農業污染的主要來源。嚴重制約了農業生態系統和農村經濟環境的可持續發展。

2.4國家政策導向

我國“十一五”規劃中央一號文件指出：要把加快發展循環農業作為推進現代農業建設的重要內容；“十二五”規劃明確要求：“加快構建資源節約型、環境友好型社會，提高生態文明水平，完善現代農業產業體系建設，發展高產、優質、高效生態農業”。2014年1月，國務院印發《關于全面深化農村改革加快推進農業現代化的若干意見》明確提出要建立農業可持續發展長效機制。循環農業以資源循環利用為核心，符合可持續發展理念和建設兩型社會要求，發展循環農業可最大限度利用進入系統的物質和能量，提升農業經濟運行的質量和效益，減少污染排放。

由此可見，循環農業是促進人類與環境協調發展的農業經濟發展新方向，是我國轉變農業經濟增長方式的戰略選擇[29]。大力發展循環農業是實現農業可持續發展的重要途徑[30]和必由之路。

3循環農業的發展模式及其養分循環研究概況

隨著循環經濟思想在農業生產領域廣泛應用，世界各國先后形成了各具特色的循環農業模式。如日本的廢棄物資源循環利用模式、英國的永久農業模式、美國的精準農業模式[31]及以色列節水灌溉農業[32]。我國在過去20多年的生態農業研究與實踐中探索出了多種循環農業模式，2002年，農業部科技司在全國范圍內征集到370余種生態農業模式，經專家反復論證后遴選出以下10種[33]：北方“四位一體”模式、南方“豬—沼—果”模式、平原農林牧復合模式、草地生態恢復與持續利用模式、畜牧業生態生產模式、生態種植模式、生態漁業模式、丘陵區小流域綜治模式、設施生態農業模式、觀光農業模式。并通過近年來反復實踐中的延伸和發展，形成了越來越多適宜地方特色的生態循環農業模式。

3.1“種—養”復合系統主要發展模式

“種植—養殖”生態系統是我國農業生產系統中最基本的循環農業模式，其遵循“4R”原則，將種植業與養殖業及環境保護有機結合并協同發展，從而成為農業可持續生產領域最重要的發展模式[34]。劉德廣等[35]研究認為，“荔枝—牧草”復合系統中節肢動物各類群多樣性高于單作荔枝系統，而且該復合系統中節肢動物物種豐富度、群落數量及均勻性也明顯占優。鄧玉林等[36]對“梨園—黑麥草—羊”復合系統研究發現，每1 hm2可養羊75只，兩年平均年純經濟收益達5.4萬元/hm2，產投比達到1∶2.8，而單作果園僅為1.05萬元/hm2和1∶1.72。樊巍[37]將“果—草—牧”作為一個完整的復合農林系統，研究其物質生產、養分循環與能量的流動和利用規律，揭示了復合系統各組分內在生態學關系，得出了復合系統第一性生產力、載畜量及第二性生產力等關鍵數據，并提出“果—草—牧”復合系統的最佳配置模式和復合系統養分精確補給技術。庾志勇[38]發現，“稻—燈—魚—菇”模式，稻田養魚每畝可增產稻谷200kg，養魚增收900元，稻草收獲后種菇，可獲利11600元。肖清鐵等[39]對“草—牧—沼—蔬”循環系統經濟效益分析發現，該系統可最大程度利用各種資源，提高資源利用效率，而且能較好的解決養殖污染和養殖飼草來源，改善系統生態環境，而且該系統運轉還可產生良好的經濟、生態與社會效益。趙麗等[40]對“林—農—菌—禽”四位一體模式的運行方式和綜合效益分析發現，該模式每年可產生經濟效益合計約350萬元以上，同時還具有顯著的生態及環境效益。“稻—鴨”種養系統研究也已深入廣泛，與常規稻作相比，稻鴨共作稻田土壤有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀等養分在水稻生長期基本維持穩定，幼穗分化期速效鉀有所提高，成熟期堿解氮、速效磷和速效鉀含量均明顯提高[41]。鴨糞氮素投入增加，減少了化學氮肥用量，可減少氮素滲漏和徑流損失，增加了水稻地上部吸氮量，系統的氮素輸入與輸出總量均減少，且減少量基本持平[42]，稻鴨共作可提高土壤微生物數量[43-44]及土壤脲酶、脫氫酶和蛋白酶活性[45]，而且鴨子活動可增加田面水溶解氧濃度，減少稻田CH4排放[46-48]，使稻株形態變化，碳水化合物含量、碳氮比、莖稈干物質輸送均明顯增加，莖基部節間縮短，莖粗增加，莖稈強度和抗倒伏指數提高。其壯稈效應不僅提高了植株的抗逆性，有利于水稻穩產高產[49]，而且能夠提高整精米率、減少堊白、改善稻米品質[50]。

此外，以“種—養”復合系統為基礎，結合地方農業產業發展特色開展了大量循環農業產業鏈條的擴充和延伸研究，如：侯雅靜等[51]“果園—食用菌—禽畜”循環農業模式，張家宏等[52-53]雙鏈型“鮮食玉米—奶牛—沼氣—龍蝦—牧草”及雙鏈型“牧草—鵝—鮮食玉米”循環農業模式，尹昌斌等[54]廣西百色市“種植—沼氣—養殖+燈”循環農業模式，王勤禮等[55]“玉米—牛—沼氣—日光溫室”循環農業模式，等等。然而，目前我國大部分地區仍然處于傳統農業向現代農業過度階段，廣大群眾優先考慮經濟效益而對循環農業的長效機制認識不夠，農藥化肥投入量大，秸稈焚燒現象嚴重，農業面源污染形勢依然嚴峻。政府部門及各級財政給予循環農業及清潔生產的認識與投入嚴重不足，對現有的循環農業示范基地支持和宣傳力度不大，導致這類基地暫未起到應有的示范作用。加之我國循環農業科技研發能力薄弱，科學技術難以支撐循環農業健康發展。

3.2種養復合系統養分循環

物質循環是生態系統運轉的重要功能之一，物質循環狀況直接決定系統的生產力、穩定程度和發展方向[56]。養分作為維持植物生長的重要營養物質，是生態系統物質輸入的重要組成部分，也是生態系統周而復始的先決條件。養分在“農田—畜牧—營養—環境”體系中流動并保持良好循環，是社會和農業可持續發展的基礎。1995年，Allison[57]運用系統與整體觀點開啟了生態系統物質循環研究，此后，生態系統養分循環便成為世界各國土壤學家、植物營養學家與生態學家關注的研究焦點。農田系統養分平衡依賴養分循環實現，其本質就是作物消耗養分和施肥投入之間的平衡。近年來，農田生態系統養分平衡己成為評價和降低集約化農業污染的重要技術手段，并已作為可持續農田管理的標志[58]。

早在上世紀50年代，國外已經開始了農田生態系統營養元素循環規律研究[59]。Snblker等[60]于1976年對全球氮、磷元素循環狀況進行了首次報道，在此基礎上，Frissel等[61]于1978年開展了農業生態系統營養元素循環研究；1981年，Clark等[62]和Wetselaar等[63]分別對東南亞季風氣候區生態系統和陸地生態系統的氮素循環狀況進行了研究。前人研究所取得的諸多成果，為進一步開展生態系統養分循環的深入研究奠定了重要基礎。

我國農田生態系統養分循環與平衡研究開始于20世紀50年代初期，但直到80年代開始才逐漸展開了廣泛深入的研究。曾江海和張玉銘[64]對奶牛形成的農牧復合生態系統營養物質循環利用情況進行研究，獲取了該系統的養分循環參數并建立了相關的氮、磷循環模式，并進一步定量評價了該復合系統的養分利用效率。魯如坤等[65-67]對全國和部分典型地區養分循環與平衡狀況做了深度分析研究，提煉出農田養分收入與支出參數，并依據土壤基礎肥力狀況及作物的養分需求等更新了農田生態系統養分平衡的評價標準與原則。劉經榮等[68]對紅壤地區“草-牛-沼”生態系統中養分循環研究后發現，牛糞尿經沼氣發酵后產出沼肥還田種植系統，可節省一半化肥投入，且使用沼肥后土壤肥力得以保護和改善，為后續的飼草生產提供了較好的土壤條件，利于養分循環利用。張帆等[69-72]基于投入產出法分析了“稻-鴨”共生系統中碳、氮、磷循環規律與收支平衡，并探明了該系統中碳、氮、磷循環路徑及效率，為進一步提高“稻-鴨”共生生態系統生產力奠定了理論基礎。基于養分收支平衡總體原則，陳天寶等[73]研究了“耕地-作物-畜禽”復合系統中氮素流動特征與循環規律，引入豬飼料蛋白當量及糞便氮排泄當量等參數，并運用畜牧生產學及線性規劃理論與方法，設計建立了系統中耕地的畜禽承載能力評估數學模型。該成果可用于指導農牧復合區種植業與養殖業合理配置與布局及種養動態平衡分析、養殖環境風險評價，等等。

4展望

我國是一個典型的農業大國，農業產業基礎十分薄弱，多年的生產實踐表明，單一的農業生產系統其經濟效益低下，而且生產過程中帶來的生態與環境等負面效應越來越突出，在國家倡導構建兩型社會和新農村建設等政策指引下，借鑒國外先進的生態農業和循環農業發展理念，以畜禽糞便有機肥為紐帶，將農業生產領域的兩大系統——種植業與養殖業，高效契合，構建適宜地方特色的種養循環系統，不僅可以提高系統中物質與能量的利用效率，減少系統的廢棄物質輸出，將種植業和養殖業生產過程中產生的廢物變廢為寶循環利用，而且減少了農業生產活動中造成的生態破壞與環境污染，進一步優化了人類與自然和諧共處、協調發展，為人類社會的可持續發展奠定基礎。

發展循環農業是一項系統工程，須以循環經濟理念為指導，運用先進科學技術開展現代農業可持續生產。這需要借鑒國外循環農業先進經驗，并結合我國國情，走中國特色循環農業發展道路。首先，要樹立全民發展循環經濟理念，努力營造循環農業的良好氛圍；其次，政府主導逐步建立和完善有利于發展循環農業經濟的政策體系；第三，加強科技創新，探索循環模式新途徑，因地制宜研發循環農業模式并多渠道示范推廣；最后，切實加強循環農業相關技術培訓和推廣力度，提高農業科技入戶率，使循環農業模式逐步走向標準化和規模化。

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關鍵詞：生態農業；循環農業；“種—養”復合系統；養分循環

The origin and development of circulatory agriculture in China

CUIXin-wei1，3*，ZHANGYang-zhu1，WUJin-shui2，PENGFu-yuan3(1.CollegeofResourcesandEnvironment，HunanAgriculturalUniversity，Changsha410128，China; 2.InstituteofSubtropicalAgriculture，ChineseAcademyofScience，Changsha410125，China; 3.InstituteofAgriculturalandBiologicalResourcesUtilization，HunanAcademyofAgriculturalSciences，Changsha410125，China)

Abstract：The rational development?and?utilization of agro-ecosystem and development of high value circulatory agriculture not only are the key to solve the food security problem， but also directly determine the harmonization and development between human society and natural environment. In this article， the origin and development of ecological and circulatory agriculture are systematically described. The real pressure of traditional agriculture and the necessity of developing circular agriculture in China are discussed. The main development models of circular agriculture in recent years was analyzed. Our country’s main model of planting-breeding complex agro-ecosystem are summarized. The research progress on nutrient cycle on the planting-breeding complex agro-ecosystem is also discussed. The aim is to clarify the core status of circulatory agriculture in modern agriculture.

Key words：Ecological agriculture; Circulatory agriculture; Planting-breeding complex agro-ecosystem; Nutrient cycle

文章編號：1008-0457(2015)05-0074-07國際

DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2015.05.015

中圖分類號：S18

文獻標識碼：A

通訊作者：*E-mail：cuixinwei168@163.com。

基金項目：國家科技支撐計劃項目(2012BAD14B17)資助。

收稿日期：2015-09-21；修回日期：2015-10-11