禽糧耦合在農業轉型中的功能與發展機遇

胡鈞銘， 張雅婷， 李婷婷， 陳勝男， 寧文宇， 夏 旭

(1.農業部農業環境重點實驗室，北京 100081； 2.廣西農業科學院農業資源與環境研究所，廣西南寧 530007； 3.廣西大學農學院，廣西南寧 530004； 4.中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所，北京 100081)

我國人多地少，需用世界7%耕地養活世界22%人口[1-2]。受以糧為綱影響[3]，種植業過分依賴化肥、農藥等化學品投入，強化產出，耕地只種不養，掠奪式生產導致農田土壤結構性退化問題日趨嚴重[4-5]。同時，隨著人們對肉制品及蛋白質需求量增長，集約化養殖業中產生大量的畜禽糞便得不到有效處理，引發環境污染風險加劇，制約著養殖業良性發展[6]。種植業與養殖業之間缺乏協調合理規劃，種養割裂現象愈加明顯，造成環境生態壓力問題日趨嚴重。隨著現代社會經濟的迅速發展，消費需求逐漸從量上升到質的層面，對農產品質量和安全農產品的關注上升到空前的高度[7-8]，糧食安全要轉變發展方式[9]，農業亟待采取綠色生產方式和方法[10]。為此，從種養系統中農業污染物、系統承載量、生態環境、食品安全之間的聯系出發，分析為養而種、為種而養內在規律，破解當前種植業、養殖業與現代農業規模化發展之間的矛盾，實現禽糧耦合，促進農業綠色轉型，對我國現代農業的發展具有極其重要的意義。

1 種植業與養殖業現狀

1.1 種植業現狀

種植業是農業的基礎，我國種植業主要以糧食、棉花、油料、糖料作物為主。在國家糧食安全政策的支持下，主要谷物生產種植面積相對穩定，略呈上升趨勢，這與農業生產技術進步密不可分，至2015 年，玉米種植面積比2006年提高了 34%，增長較快，而稻谷和小麥作物則較為穩定。作物平均單產和總產量呈上升趨勢，糧食總產量比2006年增加12 340萬t，谷物總產量比2006年增加12 129萬t，從單個品種來講，稻谷總產量比2006年增加2 651萬t，小麥總產量比2006年增加2 172萬t，玉米總產量比2006年增加7 303萬t，增加倍數在1.1～1.5之間，其中玉米增長達到了1.48倍。同期化肥投入呈逐年增長，已從4 928萬t上升到6 023萬t，增長率達22%(圖1、圖2、表1)[11]。

1.2 養殖業現狀

我國是亞洲養殖業起步最早的國家[12]。養殖業在農業產業發展中占有特別重要的位置。自1988年“菜籃子”工程實施以來，為了緩解城鄉居民吃肉難，我國養殖業由從屬副業、小農生產、傳統農戶散養向專業化養殖、商品化生產、規模化、集約化、標準化飼養轉變，集約化養殖蓬勃發展[13]。

表1 全國近10年主要農產品產量 萬t

注：數據來源于《中國統計年鑒(2007—2016年)》[11]。

2006—2015年這10年畜產品產量處于穩步增長，肉類市場供給從2006年的7 089萬t上升到2015年的8 625萬t，上升了22%，其中主要肉類豬、牛、羊肉類從2006年的5 591萬t上升到2015年的6 628萬t，增長18.5%，尤其是養豬業取得突破性發展，至2016年豬肉供應量占肉品供應總量的83%，集約化養殖業豐富了肉、蛋、奶等產品市場供應，提高了人們的生活水平，實現畜禽養殖綜合效益提升(圖3)[11]。

2 種植業與養殖業存在的問題

2.1 農業資源利用不合理

種植業與養殖業生產高投入、高消耗、低產出，資源被過度利用。農業資源是農業生產所需要的物質基礎[14]，農業資源利用受到人類活動的影響[15]。農業生產過程實質上就是根據不同區域內農業資源的特征與發展方式，因地制宜，開發和利用自然和社會資源，保護生態環境，把農業資源潛在的生產力轉變為現實生產力的過程[16]。我國人均占耕地少，后備耕地資源少，由于人口增長及城市化進程不斷加快，耕地面積不斷減少，加劇人地矛盾[17]。農業基礎比較薄弱，種植業與養殖業農業用水量驚人，水資源緊缺[18]。耕地呈分割小塊，結構不合理，不利于農機機械化作用。種植業復種指數高，耕地有機質營養消耗過快，使農作物減產，不得不過多地依賴施用化肥、農藥和激素化學品投入。農業資源開發利用和保護技術落后，農業資源不合理利用，浪費和破壞現象嚴重，形成惡性循環。

2.2 種植業與養殖業割裂

種植業與養殖業閉環生產，系統間物質循環割裂、能量高耗、資源浪費。對種植業對種養結合的重要性認識不夠，同時種植業發展缺乏對畜禽糞便有效利用的考慮。受傳統糧食安全影響，傳統農業生產以糧為綱，往往強調以單一谷物生產為主，生產過程以品種和精耕細作提高單產[3-4]。20世紀60年代引進和使用速效化肥、農藥等投入品后，種植業為增加產量而盲目地大量使用化學肥料，有機肥投入量逐年減少。受市場經濟影響，農民種糧積極性不高，延續了4 000多年的種養業循環模式被打破[19]。傳統畜牧業是以家庭分散養殖為主，養殖飼料投入以農業生產和生活富余物為主。隨著人們對肉制品及蛋白質市場需求增長，畜牧養殖向規模化、專業化方向發展，對發展我國經濟、提高城鄉居民生活水平作出了較大貢獻。受利益驅動，過分追求數量增長，片面追求養殖規模。沒有根據養殖對象的生物學特性，運用生態學、營養學原理來指導養殖生產，未將養殖產品質量放在首位，養殖業產生的廢棄物遠遠超出周圍自然環境的消納容量。

2.3 系統承載量超標

傳統種植業與養殖業資源環境承載力超標，對自然生態系統干擾嚴重[20]。農業是一個生態系統，具有一定的自凈能力，土壤和水體是一個半穩定狀態的生態體系，對外界環境條件的變化和外來的物質有很大的緩沖能力和自我凈化能力。在自然凈化過程中，當外來物質進入數量和速度超過了土壤凈化能力時，就會破壞自然動態平衡，土壤和水體自身會遭受破壞[21]。我國是一個人口眾多的國家，化肥、農藥在糧食生產中占有重要的位置。種植業生產過程中盲目過分依賴化肥、農藥投入，未能根據作物需肥規律、土壤供肥性能、肥料效應及土壤、水體及大氣的承載力，造成超出周圍自然環境的消納容量[22]。傳統養殖業采用粗放式管理，盲目追求數量和高產，未把動物養殖與環境保護緊密結合，對畜牧生存環境與人類健康協調重視不足，養殖密度過大，養殖容量和環境控制手段落后，畜禽糞便產生量及單位面積的負荷量約有20個省超過本省50%環境容量[24]。動物藥品使用混亂，藥物殘留和病害問題嚴重。集約化養殖糞污造成土地承載量日益加重，缺乏消納畜禽糞便的農用地，畜禽糞便氮素耕地負荷報警值居全國首位[25]。農田化肥、農藥超標，養殖業承載力過高，污染嚴重，呈現雙向超標。

2.4 生態環境遭到破壞

農業生產中長期重開發、輕保護，致使農業生態環境破壞日益加劇[26]。化肥、農藥等農化產品不斷大量投入，雖然消滅了病蟲害，短期內提高了糧食產量，帶來了農業增產，但長期和大量施用化肥，會增加土壤溶液濃度影響作物生長[27]，同時土壤中也形成大量無機物殘留，土壤質量不斷退化與惡化，影響土壤理化性狀，土壤通透性降低，土壤板結、酸化嚴重。土壤生物種類減少，生物多樣性喪失，肥力下降，土壤生態環境遭受破壞加重，增加土壤重金屬污染風險[28]。農藥大量施用后，造成農藥殘留或深入地下水，對水源也造成污染。農田不合理的灌溉導致土壤鹽堿化、水體富營養化[29-30]。畜牧養殖業的糞便排放已經成為我國影響最大的污染排放源之一。養殖場規劃布局不合理，養殖戶缺乏環保意識，分散式畜禽養殖，監管力度小，重發展、輕監管，污染處理水平低，缺乏糞污消納渠道[31]。畜禽糞污集約化養殖中產生的大量畜禽糞便沒有成規模的可供消納的種植基地，距離農田較遠，中轉距離成本高，加之農田生產的季節性，糞污超標排放對水體、土壤及大氣環境造成的生態破壞和環境問題日益突出，直接危害畜禽生產和人體健康[32]。

2.5 引發食品安全問題

化肥農藥導致農產品有害化學物質殘留超標，通過食物鏈危害人類健康。隨著我國國民經濟的發展，國民生活水平不斷提高，人們對農產品從量的追求轉向對農產品質的需求，對綠色有機天然的農產品需求越來越重視。農藥殘留是影響我國蔬菜和果品質量安全的主要因素[33]，而通常殘留的農藥種類主要為殺蟲劑[34]。作為主要糧食作物的水稻常由于不合理使用農藥，其農藥殘留超標，無法達到國家規定的食品安全標準[35]。養殖戶對飼料添加劑食品安全意識不強，養殖業中為了短時間內提高畜禽的生長速度，增加畜禽體質量，大量使用獸藥和激素，甚至使用違禁藥物、使用重金屬、激素超標的飼料添加劑，給養殖業和人類安全造成巨大的風險[36-37]，嚴重影響農產品的質量和市場競爭力[38]。

3 禽糧耦合在農業轉型中承載的功能

3.1 農業轉型內涵

農業發展面臨農產品價格封頂、生產成本抬升、資源環境約束加劇等挑戰，迫切需要轉變農業的經營方式、生產方式和資源利用方式[39]。推動傳統農業向現代農業轉變，加快農業結構轉型是經濟社會發展的必然選擇，也是促進農業增效、農民增收的客觀要求[40]。2016年中央一號文件強調推動農業綠色發展。綠色農業指充分運用先進科學技術、先進工業裝備和先進管理理念，以促進農產品安全、生態安全、資源安全和提高農業綜合經濟效益的協調統一為目標，以倡導農業標準化為手段，推動人類社會和經濟全面、協調、可持續發展的農業模式，發展綠色農業是推動農業轉型升級和提質增效的重要途徑。

3.2 禽糧耦合生態模式

禽糧耦合是應用系統生態學理論，遵循循環農業發展理念，通過合理配置資源，促進系統內物質、養分和能量合理流動，促進農業轉型升級，建設環境友好型農業的綠色生產方式，在節約資源、保護環境的同時發展現代農業，遏制農業污染和生態破壞，在全社會倡導資源節約的增長方式和健康文明的消費模式，使資源得到最佳配置，廢棄物得到有效利用，環境影響降低到最低水平，實現農業經濟效益、生態效益和社會效益的協調統一，通過為養而種、為種而養方式實現的新型禽糧耦合生態模式。

3.2.1 為養而種 集約化養殖實現健康養殖，必須解決糞污資源化循環利用。在推進“禽糧耦合”農業發展模式過程中，“為養而種”是防止畜禽糞便過量產出增加環境壓力，從種養系統中物質循環的角度合理規劃養殖規模。合理選擇畜禽糞便資源化利用方式對促進種養系統間物質養分良性循環起著至關重要的作用。目前，畜禽糞便資源化利用方式主要有畜禽糞便能源化、飼料化、肥料化等。能源化是進行厭氧發酵生產沼氣，為生產生活提供能源，同時沼渣和沼液可作為有機肥料和飼料[24]。飼料化是利用畜禽糞便中未消化的蛋白質、B族維生素、礦物質元素、粗脂肪、碳水化合物和氨基酸等，經過加工處理制作成畜禽飼料或魚類餌料[41]。肥料化是畜禽糞便經生物發酵無害化處理后還田，是目前畜禽糞便資源化的最主要方式，可以培肥土壤，促進作物生長，提高產量和改善品質[42]。通過“為養而種”模式能夠避免糞便資源化浪費，有效緩解養殖業對環境污染、降低環境風險，促進綠色農業轉型的發展。

3.2.2 為種而養 化學農業生產片面追求產量，耕地受到化肥、農藥等化學物質過量累積和侵蝕影響，土壤生物多樣性喪失，肥力下降，土壤板結，生態環境遭受破壞，農作物生產力和品質下降，導致的水體面源污染和大氣污染的次生災害，影響農業可持續發展[43]。養殖業本質上是動物經過馴化圈養方式，畜禽本性具有自我覓食特性，其中雞鴨等小型禽類，可以經過一定適應性訓練，適合野外農田生存，達到家禽農田外化，進行除草、除蟲、松土，增加農田生物多樣性，同時畜禽糞便還田達到資環化循環利用，減少化肥、農藥、飼料、激素等化學物質對農產品品質的影響。因此“為種而養”的生產方式，能夠增加土地肥力，改善土壤板結現象，把種植業與養殖業有機結合在一起，遵循自然生態，同時對農田生態環境達到保護和修復，發展高品質附加值農業，實現農業綠色轉型。

3.3 禽糧耦合功能

3.3.1 資源循環化利用 資源循環化利用以資源利用最大化為目標，對農業生產過程中所產生的有機廢棄物，通過生物技術回歸農業生態系統，重新成為可利用的資源。禽糧耦合可深度利用水分、土壤、光照、溫度等自然資源，提高土地立體空間利用率，提高綜合產出效率，對土壤污染耕地和鹽堿地等有改良和修復作用。畜禽糞尿經過土地的吸收變廢為寶得到資源化利用，凈化環境，改善畜禽養殖的生態條件，畜禽發病率、死亡率下降，生產性能得到提高。通過構建科學的種植業和養殖業循環體系，將種養業廢棄物資源進行循環利用，讓牲畜與作物之間形成供給關系，相輔相成的同時，提高資源利用率。

3.3.2 促進生態系統穩定 禽糧耦合系統資源承載力適合，物質、養分和能源流動合理，有利于調整種植業與養殖業的結構比例，使農業系統達到最佳優化狀態。種植業與養殖業結合，增加了農田有機肥的投入量，實行有機與無機相結合，減少無機肥及農藥的施用量，增強農作物的抗旱、抗凍和抗病蟲能力，促進農作物生長和改良土壤，極大地解決了因長期大量使用化肥而造成的土壤養分失衡、結構破壞、水體污染等問題，提高了農產品品質，使自然界和人、動植物以及微生物處于一個共生和諧的良性生態環境。同時養殖業、種植業的耦合發展，形成種養加一體化的生態農業綜合經營體系，提高農業生態系統的綜合生產水平。實行種植養殖相結合，提高農業生態系統的自我調節能力，最終達到經濟、生態、社會效益高度統一。

3.3.3 培育綠色安全農產品 農產品質量安全是重要的民生工程，從生產源頭提升農產品質量安全水平和優質農產品比重是重要的途徑。當前農業過度依賴化肥農藥與大型農機具，消耗大量不可再生能源，威脅生態平衡，原本能夠共生的動植物，逐漸消失甚至滅絕，土地肥力流失、土壤板結等現象愈發嚴重，這些都威脅著農業的可持續發展，因此要保證綠色農業的發展，必須推動農業轉型。禽糧耦合創造了不利于病蟲草害孳生和有利于各類天敵繁衍的環境條件，防止其對生產食品的污染，確保綠色食品的質量，保持農業生態系統的平衡與生物多樣性，起到防治病蟲害的作用，減少各類病蟲害所造成的損失。養殖業中禽糧耦合構建，使得養殖場規劃布局合理，畜禽糞便資源利用，畜禽生長環境衛生健康，增加肉類綠色農產品供給。禽糧耦合模式達到了相互依存，相互促進，實現了糧—畜—肥—糧的良性循環，為社會綠色農產品供給增加重要保障環節。

4 禽糧耦合在轉型農業中的發展機遇

4.1 符合國家農業綠色可持續發展目標

黨的十八大提出生態文明發展理念，2017年中央一號文件指出要深入推進化肥農藥零增長行動，開展有機肥替代化肥試點，促進農業節本增效。十九大指出加快生態文明體制改革，建設美麗中國。禽糧耦合生態模式在一定程度上推進了農業發展，在解放勞動力、提高生產效率的基礎上，降低生產成本，實現糧禽增產、農民增收。對提高農業資源的利用率和改善農村生態環境，發展農業循環經濟起到了一定促進作用，可以說禽糧耦合符合我國基本國情，響應了國家綠色發展理念。禽糧耦合綠色生產模式有利于實現現代農業優產、高質、速效、環保、綠色；促進現代農業生產向生態化、優質化、高效化方向發展，實現口糧絕對安全的發展目標。

4.2 實現農業廢棄資源循環化利用

農業廢棄物是放錯位置的有機資源，畜禽養殖中產生的糞污造成環境污染完全是人為因素造成，必須加快轉變農業發展方式，節約土地資源，保護耕地和生態環境，才可能實現農業的有序發展。禽糧耦合促進種植業與養殖業之間物質、能量流動，通過將種、養進行科學、高效、有機結合，實現農業生產過程廢棄物就地消納，改良土壤，培肥地力，提高耕地質量，實現藏糧于地，支持化肥農藥減量增效，降低農業生產活動對環境的有害影響程度，促進農業生態環境平衡。禽糧耦合利于實現農業廢棄資源循環化利用，實現保育土壤，發展健康養殖，增強農業可持續發展能力。

4.3 農產品生產與生態保護同步

綠水青山就是金山銀山。農業科技進步是農業投入品減量高效利用、廢棄物資源化利用、產地環境修復等制約農業綠色發展的關鍵環節。在工業化、城市化加速發展以及資源整體匱乏現況下，遵循循環農業生產的禽糧耦合生態模式，有利于打造種養匹配、生態循環、環境優美的田園生態系統，加強生態環境保護，實現尊重自然、順應自然，增加生物多樣性，推進綠色防控，對確保我國可持續發展的道路具有一定的意義與作用，有利于解決生產與保護的資源環境承載合理分配，有利于促進農業資源環境承載能力監測與預警，形成重視先進技術的創新與研發，促進科技支撐在農業發展領域的布局，禽糧耦合模式是綠色農業轉型的發展必然趨勢。

4.4 培育綠色優質品牌，增強競爭力

品牌化是傳統農業向現代農業發展的必由之路。禽糧耦合有利于推行綜合防控和減量化生產，確保產品質量安全。有利于培育新型生產經營主體，發展分散式小農經濟和集約化大型種養基地，促進綜合利用企業與農民合作社等新型經營主體有機結合，優化產業布局，拓展農業產業鏈，增加農業產品附加值，提升農業的生態價值、休閑價值和文化價值，擴大綠色食品發展規模，發展有機農業和有機農產品，提升優勢農產品品牌影響力、號召力和競爭力。

4.5 促進結構轉型，增加脫貧科技支撐

農業結構轉型是經濟社會發展的必然選擇，我國是以農業為主的人口大國，屬于發展中國家，改革開發以來，扶貧一直備受國家重視，7億農村貧困人口擺脫貧困是黨新時期的重大攻堅任務。產業扶貧，科技先行，精準扶貧進入攻堅階段，增加農技推廣服務供給，依靠科技進步支撐貧困地區發展特色優勢產業，是帶動貧困戶脫貧致富的有效途徑。禽糧耦合是實現脫貧致富最有效、最根本的措施，根據各地資源稟賦、環境容量，挖掘資源，通過不同資源配置，推進一二三產業融合，實現結構轉型，助推特色優勢產業發展，為脫貧攻堅提供科技支撐。

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