陕西省中部地区循环农业典型模式分析与评价

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循环农业的生产实践与理论研究是中国农业领域的研究热点。目前,陕西省中部地区正全力推进畜禽养殖废弃物资源化利用,积极开展种养结合、农牧循环的生产实践,形成了复杂多样的循环农业生产模式,但理论基础研究薄弱,对循环农业生产过程中的物质循环特征、能量流动特征、资金流动特征、生态环境效益等掌握有限,缺乏与生产实践相同步的认知和综合评价。本文选取了陕西省中部地区以农村庭院为主体的“猪-沼-粮”循环农业生产模式(农村庭院模式Ⅰ)、“猪-沼-果”循环农业生产模式(农村庭院模式Ⅱ)、以丰润生态农业开发有限公司生态示范园为主体的循环农业生产模式(农业园区模式Ⅰ)、以宜君多层复合种养生态示范园为主体的循环农业生产模式(农业园区模式Ⅱ)和以恒盛养殖有限公司为主体的循环农业生产模式(龙头企业模式)为研究对象,通过对各模式的跟踪调查和相关资料的收集整理,应用物质流分析、能流分析、资金流分析、生命周期评价、能值分析方法对该区域不同生产规模、不同经营主体的循环农业生产模式的物质转化效率、能量产投比、经济产投比、减排效益值、可持续发展能力等特征指标进行对比分析和综合评价,得到如下结论:(1)循环农业生产模式能够将系统产生的部分废弃物进行资源化利用,实现物质和氮在模式内部的再循环、再利用,但是模式中物质和氮的主要来源仍是市场,主要包括水、饲料和化肥。在农业园区模式Ⅱ和龙头企业模式中沼肥完全替代了化肥,有利于农业的无害化生产,但两种模式中的种植子系统均出现了氮亏损的情况。龙头企业模式的物质转化效率是农村庭院模式Ⅱ的2.6倍、农业园区模式Ⅱ的25.6倍,但氮转化效率仅为农业园区模式Ⅱ的41.5%和农村庭院模式Ⅱ的65.0%。农业园区模式Ⅰ中种植子系统的氮肥投入量过大,使氮盈余量较大,全模式氮转化效率最低。(2)循环农业生产模式是以有机能投入为主的农业生产方式。龙头企业模式有机能/无机能达到188.9,是农业园区模式Ⅱ的4.3倍,能流循环指数0.99,能流密度3.47 MJ/(m2·a),显示出较强的系统自我维持能力和稳定性。农村庭院模式Ⅰ和农业园区模式Ⅱ通过饲料自给和肥料自给,表现出较高的系统内依存度,是农业园区模式Ⅰ的6.0倍和4.1倍。农业园区模式Ⅰ各子系统均表现出良好的能量转化效率,全模式能量产投比最高,为0.99,分别是农村庭院模式Ⅰ、农村庭院模式Ⅱ、农业园区模式Ⅱ和龙头企业模式能量产投比的1.4倍、2.1倍、2.4倍和2.3倍。(3)随着生产规模的扩大,循环农业生产模式的资金流动量大幅提升,模式的投资回收期和投资风险程度随之增长。龙头企业模式的总收入水平较高,模拟30年的累计净现值为4720万元,是农业园区模式Ⅰ的3.5倍。龙头企业模式通过大型沼气工程产出的沼气和电力,年节支44.5万元。购买饲料投入是农业生产过程中的主要现金流出项目,在龙头企业模式中模拟30年的饲料总投入占总现金流出量的90%。农业园区模式Ⅱ充分利用了种植子系统产出的废弃物作为畜禽饲料,减少了饲料成本,使模式表现出较好的成本利润率、经济产投比、年均收益率和资本金利润率。(4)同评价单元下,龙头企业模式中的大型沼气工程的沼气产出量约是农村庭院模式中户用沼气工程的2倍。大型沼气工程每处理1000 t猪粪便产出的沼气、电力和沼肥,可替代煤炭66 t、热力发电15.7万k Wh、化肥22 t,减缓能源耗竭4.60E+6MJ、温室效应4.22E+5 kg CO2-eq/FU、环境酸化2281 kg SO2-eq/FU、富营养化151 kg NO3--eq/FU、光化学氧化88 kg C2H4-eq/FU、人体毒性378 kg 1,4-DCB/FU。沼气生产过程中的污染排放,集中在沼气燃烧阶段、沼肥产出和使用阶段。综合考虑沼气工程环境污染排放和减排,沼气工程对能源耗竭、温室效应、环境酸化、富营养化和人体毒性环境影响类型有减缓作用,但增加了光化学氧化潜在影响。农业园区模式Ⅰ的沼肥产出量较低,沼肥产出和使用阶段产生的环境酸化和富营养化低于其他模式,使其环境效益综合值最大,为186.57,其次是龙头企业模式,为132.95。(5)农业园区模式和龙头企业模式中不可更新资源能值占较大比例,系统面临不可更新资源耗竭的风险和模式建设过程中对环境的压力高于农村庭院模式。种植子系统废弃物饲料化使农村庭院模式Ⅰ和农业园区模式Ⅱ表现出较好的能值自给能力,其产出能值反馈率是龙头企业模式的4.4倍和2.4倍。综合考虑环境负载、能值产出率和市场能值交易,农村庭院模式具有良好的生态可持续性。本研究完成了对陕西省中部地区以畜禽养殖废弃物资源化利用为中心的典型循环农业生产模式的物质循环特征、能量流动特征、预期经济效益、节能减排效益和生态可持续发展能力的综合评价,可以为区域循环农业的进一步发展提供参考依据。
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