中国北方平原地区种养循环农业现状调研与发展分析

中国各地根据自然条件、产业类型及资源禀赋等形成了不同的种养循环农业模式,然而,针对北方平原地区(包括东北地区、西北地区和黄淮海地区)的种养循环农业模式尚缺乏系统研究,可复制可推广可持续的典型模式亟待总结.该文以实地调研和文献资料总结分析形式,对北方平原地区121个种养大县的农业废弃物资源化利用系统调研分析,梳理总结出中国北方平原地区基于农业废弃物(畜禽粪污、秸秆、尾菜等)资源化利用,形成以沼气工程、好氧堆肥和秸秆资源化为纽带的种养循环农业模式.同时,深入分析现有种养模式存在问题,仍需优化种养业格局实现种养平衡,构建评价体系,因地制宜选择种养模式,加快关键技术研发,以指导北方平原地区乃至全国种养循环农业发展.     

黄土丘陵区山地立体种养循环生产能流特征与经济效益分析

为揭示陕北黄土丘陵区典型循环农业生产模式的功能和效益,研究以宜君县山地立体种养结合循环生产模式为例,分析了该循环生产模式的能量流动和经济效益特征。结果表明:山地立体种养结合模式的有机能/无机能比达到46.2,是传统种植模式的92倍;种养结合模式和传统模式的能流密度分别为19.7,7.0 MJ/(m2·a)。种养结合模式的系统内依存度为37.4%,远高于传统模式,显示出较强的系统自我维持能力和稳定性。种养结合模式的能量产投比为1.07,略小于传统模式的1.14,但其成本利润率、年均收益率和经济产投比分别达到137.6%、4.6%和2.4,均高于传统模式的81%、2.7%和1.8;种养结合模式和传统模式的投资回收期分别为4年和7年。综上,山地立体种养结合模式能够有效地利用系统废弃物,提高能量利用效率,表现出良好的经济效益和较强的抵抗经济风险的能力,在该丘陵区具有良好的推广价值。     

镇江市生态循环农业发展实践与对策建议

通过镇江市在开展生态循环农业实践中形成的以沼气为纽带的资源利用、立体种养结合、节约型绿色农产品生产、秸秆综合利用、生态观光农业及种养加结合、农工贸一体化等6种发展模式,分析了发展生态循环农业中存在的主要问题,提出了发展生态循环农业的对策和建议,为各地发展生态循环农业提供参考。     

基于能值分析的奶牛产业园区循环发展模式评价

以沼气工程为纽带的循环农业模式是降低农业产业园区废弃物污染、提高资源利用率的有效方式。该研究构建了适合园区规模的循环农业模式能值评价指标体系,以河北省某典型奶牛产业园区为案例,将园区现行的利用全混式厌氧反应技术(Continuous Stirred Tank Reactor,CSTR)的湿法单相厌氧消化沼气工程,与湿法两相耦合厌氧消化、干法序批式厌氧消化、干法连续式厌氧消化3种不同沼气工程模式进行对比,运用能值理论及计算方法对以沼气工程为纽带的农业产业园循环模式进行了评价,选择最适宜园区发展的沼气工程模式。结果表明,该园区能值投入率为17.57,能值产出率为0.41,环境负载率0.33,可持续发展指数1.23,以CSTR湿法单相厌氧消化沼气工程为纽带的循环农业模式整体效益优于其他3种模式。研究对其他园区的循环农业模式评价和以沼气工程为纽带的循环农业发展具有借鉴意义。     

基于15N示踪的"稻/草-食用菌-菜"循环系统氮肥利用率评价

氮利用效率是评价作物生产及循环农业生产效率的重要指标，该研究比较"稻/草-食用菌-菜"循环农业的氮利用效率，为该模式在南方地区推广提供依据。该研究设置"水稻-食用菌-白菜"（R模式）和"狼尾草-食用菌-白菜"（P模式）2个循环农业模式，每个循环农业模式均包括3个生产环节，分别为：15N尿素栽培水稻和狼尾草（Ⅰ环节）、 15N稻草和牧草栽培平菇（Ⅱ环节）、15N菌渣栽培白菜（Ⅲ环节）。结果表明，15N在稻谷的分配比例最高，为57.75%，而狼尾草第1次刈割15N分配比例最高，为58.94%。2模式氮利用效率均以Ⅰ环节最高，分别为23.44%和43.34%，其次为Ⅱ环节，Ⅲ环节最低，且P模式3个环节之间氮利用率达到显著水平；氮残留率以Ⅱ环节最高，其次为Ⅲ环节，Ⅰ环节最低。Ⅰ环节杂交狼尾草的氮利用效率高于水稻，Ⅱ环节利用杂交狼尾草栽培平菇氮利用效率也高于稻草栽培平菇，"狼尾草-食用菌-白菜"循环农业模式（P模式）的氮肥循环利用效率高于"水稻-食用菌-白菜"循环农业模式（R模式），表现为Ⅰ、Ⅱ和Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ环节P模式氮利用效率较R模式显著提高了84.90%、69.31%和47.29%。加环后2种循环农业模式氮利用效率均得到提高，与单一水稻/狼尾草种植相比，"稻/草-食用菌-白菜"模式植株地上部15N累积量分别从63.50和112.30 mg增加至115.33和169.89 mg，氮肥利用率分别从22.29%和39.41%增加至40.48%和59.62%。"狼尾草-食用菌-白菜"循环农业模式可在南方地区推广。     

以沼气为纽带的生态村循环系统能值分析

为综合评价以自然村为依托建立的以沼气为纽带的生态村循环系统,该文以北京市顺义区北郎中村沼气为纽带的生态村循环系统（biogas-linked eco-village circulating system, BECS）为研究对象,基于能值流图和指标体系,对该系统从资源利用、环境安全与可持续性、经济生产效益以及自组织能力4个方面进行定量解析和综合评估,并与种养结合循环农业系统和"四位一体"系统2个典型不同规模的以沼气为纽带的生态系统进行比较。结果表明,以沼气为纽带的生态村循环系统更有利于资源和产业的合理规划配置,具有可更新资源投入比例高、系统内部物质循环利用率高、内部反馈能值大、对环境压力小、可持续性强、稳定性强等优势,其研究区单位面积产出经济价值为23.43元/a,有显著的经济效益,是一种具有良好综合效益的可持续发展的生态农业系统。该文为以沼气为纽带的生态村循环系统的推广提供了一定的科学参考。     

长汀县循环农业产业联盟模式能值分析

实施种养结合,将农牧生产废弃物利用并回流坡耕地和开展地力恢复是长汀县水土保持的重要内容.应用能值分析法分析2014年长汀县循环农业产业联盟和长汀县农业生态系统(对照)的净能值产出率、能值投资率、环境负载率和可持续发展指数,以及循环农业模式能量流动特征.结果表明:2014年循环农业产业联盟的净能值产出率、能值投资率、环境负载率和可持续发展指数分别为7.12、49.35、0.44和16.26.同期长汀县农业生态系统的净能值产出率、能值投资率、环境负载率和可持续发展指数分别为1.20、3.29、0.23和5.17.循环农业产业联盟净能值产出率和可持续发展指数分别高于当地农业生态系统5.92和11.09个单位,对当地农业发展具明显带动作用.提出了有关优化循环农业产业联盟的建议:1)控制牧业生产规模;2)扩大有机肥厂生产规模;3)引进更多的种植企业,参与循环产业联盟,利用沼液;4)增加科技投入,提高沼气和沼液利用率.通过项目引导构建循环农业产业联盟模式,分析循环农业模式能量流动特征,不仅有助于说明循环农业模式实施效果,也可为循环农业模式自身优化提供理论依据.     

河西走廊绿色农业循环模式研究

以绿色农业理念为基础,针对河西走廊绿洲灌区环境资源特点、产业优势及生产中存在的问题,通过对当地玉米、小麦两大主栽作物秸秆饲料化利用、肉牛健康养殖、废弃物综合利用、农畜产品生产全程质量监控等技术的组装配套,研究总结形成种养结合、资源循环利用、清洁生产的绿色农业发展模式,即种养结合型模式"玉米-牛-沼-肥"、大田设施配套型模式"小麦-菇-肥-果(葡萄)"、小型养殖场型模式"牛-沼/蚯蚓-肥/饲料",并对模式的原理、特点、技术集成要点及效益进行阐述分析。对该3种模式在武威市凉州区谢河镇示范验证,农田节水30%,秸秆养殖利用率达到60%,牛羊良种化率提高30%,奶牛母犊牛生产率达88%,减少化肥施用量20%,减少生活能源支出55%,减少农业废弃物排放75%,提高农业综合效益36%。     

稻田种养结合循环农业温室气体排放的调控与机制

水稻在我国粮食作物种植中占据主导地位,在保障粮食安全、关系国计民生方面有着重要的作用。稻田是温室气体甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)的重要排放源。因此,控制稻田温室气体排放对缓解全球温室效应具有重要作用。近年来,稻田种养结合循环农业在我国发展迅速,具有稳产增效、绿色发展的重要功效,同时显著影响了稻田温室气体排放特征以及全球增温潜势(global warming potential,GWP)。稻鸭共作、稻田养小龙虾、稻鱼共作、稻田养蟹、稻田养鳖等稻田种养结合循环农业模式,由于稻田养殖生物在稻田生态系统中添加生态位、延长食物链的增环作用,通过其持续运动、觅食活动等,不同程度地影响稻田温室气体的排放量和GWP,总体呈现出减缓温室效应的趋势。本文概述了稻田种养结合循环农业的CH_4和N_2O的排放特征及水分管理和施肥措施的影响效应,探讨了稻田种养结合循环农业的减排途径,并分析了稻田种养结合循环农业温室气体减排的研究前景,以期为我国稻田种养结合循环农业的健康发展和稻田生态系统减排增效提供参考。     

绥德试验基地农业生态系统结构优化的研究

根据农业生态系统内部种植业和养殖业协调发展的原则,以陕西省绥德试验基地农业生态系统的物质流、能量流和价值流为基础,考虑到土地面积、劳动力(人口)、畜力、社会需求、饲料供给等因子,利用线性规划方法求得种养结合优化方案,优化后的产业结构比优化前的纯效益提高145%,系统综合效益指数提高49.72%.     

基于氮流失控制的种植结构调整与配套生态补偿措施——以竺山湾小流域为例

通过实地和查阅文献的方式调研了竺山湾小流域稻麦、蔬菜和果树的常规生产、清洁生产模式下的经济效益和氮(N)素流失等数据,采用线性优化模型,统筹考虑经济收益最大和污染排放总量控制,根据N流失总量高低对竺山湾小流域种植业结构设置了五种情景(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ)进行调整。情景Ⅰ以经济收益最高为目标,情景Ⅱ、Ⅲ分别在削减情景Ⅰ设定的N流失量20%和30%的约束下,各自实现其经济收益最高的两个情景。对于情景Ⅱ和情景Ⅲ,其N投入量、N流失量分别为6 267 t、511 t和5 567 t、447 t。与常规种植结构相比,这两种情景均达到了N肥投入减少20%、N流失量减少30%的项目预期目标,相对净收益分别达到8.456亿元、7.966亿元,高于未调整前常规种植结构的7.873亿元,属于五种结构调整情景中的最优和次优情景。估算了与种植结构调整相配套的生态补偿资金,包括机会成本补贴和生态效益奖励两部分。除去交易成本后,最优情景和次优情景相应的生态补偿总金额分别为961万元和3 507万元,补偿标准分别为739 Yuan hm~(-2)和2 696 Yuan hm~(-2)。提出了本区域内种植业结构调整的政策建议,以促进竺山湾小流域农田面源污染治理,加快本区域种植业由传统生产方式向清洁生产方式的转型升级。     

基塘生态农业工程模式的能值研究

应用能值分析方法及最新推出的评价系统可持续发展能力的能值指标(EISD),分别对珠江三角洲地区的三水市的3种基塘生态农业工程模式进行系统层和子系统层的能值比较研究。分析评估结果为:模的可持续发展性能(EISD)最强。其EISD比模式、分别高出58.3%和29.7%;种植业子系统经济效益好,但影响环境,是模式内可持续发展性最差的子系统;畜牧业子系统生产环效果不佳,但增益环效果明显;渔业子系统经济效益好,环境影响减小,是系统内可持续发展性最强的子系统,引入翘嘴鳜的生态经济边际效益显著。研究表明,基塘模式是实现农业可持续发展的一大方向,发展应走面向市场,不断完善内部循环的道路     

太阳能加温和沼液回用沼气工程的生态效益评价

为综合评价新型生态清洁技术应用下的规模沼气工程的综合生态效益,该文以北京市顺义区D沼气工程(同时应用沼液循环回用技术和太阳能-地源热泵增温保温技术)为研究对象,利用能量系统图和能值评价体系,从经济效益、环境效益和可持续性3个方面对该系统进行了综合性能值分析,分析了沼液循环回用和太阳能-地源热泵增温保温清洁技术的应用对规模化沼气工程生态经济效益的影响。结果表明:太阳能-地源热泵增温保温技术在规模化沼气工程中的使用,不可再生购买资源投入减少8.80%,系统可持续性提升18.75%,有效替代了化石能源的使用,生态经济效益明显。同时,沼液循环回用技术的应用,可使地下水投入减少65%,在沼气工程周边土地无法充分消纳该沼气工程产生沼液的条件下,可节省1.77E+05美元/a的农田消纳后的剩余沼液排污处理费,环境负荷率减小68.52%,能值可持续指标由0.03增为0.38,系统自我维持能力提升。因此,沼液循环回用和太阳能-地源热泵技术的应用对该沼气工程系统的经济、环境和生态效益有很大改善作用。     

基于土壤碳平衡的黑土区县域种养规模优化

东北黑土区是中国商品粮的主产区，近年来存在耕地“变薄、变瘦、变硬”等土壤质量下降问题。农业废弃物作为碳源高效还田是提升土壤质量的重要途径，但目前缺少基于农业-牧业碳素循环调控的区域农业生产系统模式，以促进碳素高效还田和黑土地地力提升。为了探讨基于土壤碳收支平衡来调整农牧规模的方法，该研究选取位于松嫩平原腹地的齐齐哈尔市作为研究对象，核算齐齐哈尔市各县域土壤碳收支状况，以土壤碳排放和碳输入相平衡为目标，通过多目标线性规划方法构建齐齐哈尔市的农牧业碳平衡农业模式。结果表明，各县域主要调整方案为种植业需要减少水稻种植面积，增加玉米的种植面积，养殖业需要增加奶牛养殖规模。调整后种植业和养殖业的废弃物得到全量化利用后，农田土壤碳库不再下降。县域尺度农牧规模需因地制宜的调整，以土壤碳亏损较大的讷河县为例，在保证碳输入及农业经济收益的基础上，增加46%的玉米种植面积，减少63%的黄牛养殖规模，增加85%的奶牛，54%的生猪，76%的羊及71%的家禽养殖规模，可保持土壤碳平衡。种植业和养殖业规模调整后的有机物料还田可替代33%～49%的化肥氮投入，除克东县和克山县的玉米种植外，3种主栽作物的土壤氮承载...     

以沼气工程为纽带的生态农业工程模式及其效益分析

以杭州市浮山综合生态场为例,介绍了以沼气工程为纽带的生态农业工程模式。分析了该场沼气工程的设计和系统结构及各组分之间的相互关系,以及1983～1993年该场社会、经济和生态效益的演变过程。结果表明,以沼气工程为纽带的生态农业工程模式,能实现资源的多层次利用,改善生态环境,取得显著的生态、经济和社会效益。     

户用沼气池建设的节能减排和农民增收效果

结合河南省利用亚行贷款农村能源生态建设项目环境影响评价工作,该文作者在9个项目县的9个乡（镇）,按比例选择不同生态模式,入户调查沼气建设农户和未建沼气农户在项目实施前后农户的能源消耗量,能源消耗成本,农业生产投入与产出等80多项指标,并定量分析了沼气建设对种植业和养殖业的促进作用,对气体污染物的减排情况,为时2年。分析结果表明,沼气建设大大降低了传统能源的消耗,节约能源消耗成本,减少了气体污染物的排放,大幅度提高了农户种植业和养殖业的经济收入。可见,户用沼气池建设具有明显的能源效益、经济效益、环境效益和社会效益。     

大中型沼气集中供气系统优化模拟及经济环境效益评估

大中型沼气集中供气系统能够为农村居民集中供应稳定清洁的炊事能源,是中国农村能源发展的方向。该文首先对大中型沼气集中供气系统经济环境效益进行核算,然后根据各系统经济效益内部收益率的大小将原始系统分层。结果显示,原始状态下,系统的环境效益普遍较好且具有规模效应,但经济效益差异较大,体现出规模越大越不经济的状况。以贴现率0.08和原点0为分层点,依据各系统的内部收益率将原始系统分为3层进行优化。根据不同层级系统的规模、效益、条件和优化必要性,从替换发酵罐恒温燃料、配置沼气发电设备为沼气系统供电、建设循环农业系统3个方面灵活选择制定符合不同层级现实需求的优化措施。优化后各系统的综合效益均得到不同程度的提升。系统优化后,一级系统的2个项目经济效益变化不大,环境效益提升显著,分别提升了112.88%和134.43%。二级系统的4个项目在优化后内部收益率都达到或超过了贴现率8%,经济效益由一般升级为良好;同时,环境效益分别提升了88.16%、100.02%、103.22%和109.09%。三级系统的3个项目内部收益率都为负值,属于不具备经济效益的项目,优化之后,其中的2个项目内部收益率已经转正,经济效益由无升级为一般,同时,环境效益分别提升了116.36%、123.92%和101.19%。优化的主要措施是削减运营成本,但现实情况更为复杂,各地应该因地制宜,灵活选择优化措施。大型系统需要在建设时积极参考国家大中型沼气工程建设规划,严格控制成本。     

南疆丰收灌区水资源多目标优化配置方案优选

针对灌区水资源多目标优化配置模型求解算法的不确定性和最优方案选择问题,以新疆阿克苏地区阿瓦提县丰收灌区为研究对象,以灌区可持续发展为目标,建立基于优选算法的灌区水资源多目标优化配置及方案优选模型。对比改进的NSGA-II算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II,带精英策略的非支配排序遗传算法)、NSGA-III算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-III,基于参考点的非支配排序遗传算法)、MOEA/D算法(AMulti-Objective Evolutionary Algorithm based on Decomposition,基于分解的多目标进化算法),最终选取性能最好的CNSGA-III算法作为优化算法对水资源配置模型进行求解;建立水资源配置方案评价体系,利用熵权-TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution,优劣解距离法)综合评价模型对符合决策制定者期望的配置方案进行对比筛选,选出灌区水资源最佳配置方案。结果表明:优化后的方案相较于传统配置方案,在"三条红线"用水限额下,经济净效益增加1.0%,灌区总缺水量减少8.4%,碳吸收总量增加4.5%。建立的灌区水资源多目标优化配置及方案优选模型可为管理者制定灌区水资源配置方案提供参考,也可适用于其他干旱灌区,有一定的理论意义。     

基于农牧业需水特性的洋河流域农业水资源优化配置

针对洋河流域水资源短缺与水环境污染问题日益突出,以及考核断面水质难以达标等问题,为了实现水资源充分利用与环境保护的双重目标,结合流域经济社会发展及水资源开发利用现状特点,以洋河流域为研究对象,考虑水质约束,构建了农业水资源优化配置模型。在保障考核断面水质达标前提下,通过优化各月份不同作物和牲畜的配水量,以及作物种植面积和牲畜养殖数量,以实现农业经济效益最大化。为提高水质和实现水资源充分利用,提出补水减排联合控制水质达标方法,并基于农牧业需水特性配水,可避免非均衡给水情形的发生。同时,能有效降维,提升模型求解效率。以2014年为例,采用该模型优化计算,通过增加高效益的蔬菜、薯类种植面积和大牲畜的养殖数量,减少排污大的油料作物种植面积和小牲畜养殖数量,可实现考核断面水质达标,且农业配水量减少3.38%,经济效益增长11.96%,验证了该模型的有效性。再模拟分析2020年丰平枯3种典型水文年的优化配置方案,结果表明:随着可供水量的增大,农业配水、河道补水量会相应增加,大部分需水用户和子区的配水量也会随之增加。子区中的怀来县和宣化区的配水量增量较大,需水用户中谷物和水果的配水量增量较大,牲畜配水量增量小于农作物。需水用户的配水量增长率与其面积相关,子区间的配水量增长率与其区内作物类型和种植面积相关,以及水量分配是可供水量、污染排放量、经济效益综合权衡结果。该配置模型对于保障洋河流域的水质安全及区域经济可持续发展具有重大意义,并对考虑水质的水资源优化配置有一定的参考作用。