主题：【原创】关于建立能源农业园区的设想 -- caudag

5 可持续农业的探讨

5.1 后化石能源时代的可持续农业

人类化石能源时代的结束也将意味着对农业生态系统的大量能量和许多化石能源产品的投入不再存在，农业将采取什么样的方式进行生产？在化石能源枯竭的前提下，现有的农业生产模式不得不转型，这个问题这里做一些粗浅的讨论。

在化石能源枯竭到来的时候，农业将面临着两个问题：1、保证人类对食物的需求。2、保证是以可持续的方式进行。显然农业不可能倒退到化石能源采用之前的农业生产模式上去。鉴于中国古代农业和现代农业的比较。后化石能源时代的可持续农业必须作到：1、维持养分的平衡。2、农牧结合，以便构成完整的生态系统，充分利用农业生态系统的物质和能量，最大限度地提高农业生态系统的生产力。3、维持农业生态系统的能量平衡。4、维持农业生态系统的物种多样性，提高农业生态系统的稳定性。

由于中国古代农业存在着能量耗散、浪费最终威胁到农业生态系统的特点，因此必须高效地利用包括生物质在内的可再生能源，通过可再生能源输入到农业生态系统中，维持农业生态系统的能量平衡。为克服中国古代农业畜牧业的不足，鉴于中国古代形成的猪-粮养殖结构的弊端，应该大力发展畜牧业尤其是草食动物的养殖，这样必须发展相应的饲料产业。而现代农业中种植业和畜牧业的脱离，造成畜牧粪便无法有效利用的事实，此外农业生产中的废弃物也被白白浪费，农业生态系统养分平衡被破坏。因此必须减少化肥矿石原料的需求，增加对畜牧粪便和农业废弃物作为有机肥料的利用，以减少环境污染，保证农业生态系统的养分平衡。因此，发展生物质在内的可再生能源、和种植业紧密结合的畜牧业、以畜牧粪便和农业废弃物生产有机肥料的产业才能满足后化石能源时代可持续农业既要保证食品需求又能保证可持续发展的需要。发展生物质在内的可再生能源是为了保证在可持续前提下，农业生态系统所需要的能量。发展和种植业紧密结合的畜牧业是为了最大限度地提高农业生态系统的生产力，保证粮食安全。发展以畜牧粪便生产有机肥料的产业是为了保证农业生态系统的养分平衡。由于满足农业生态系统的能量可以由外部的可再生能源如太阳能、风能等得到，比较复杂，对于农业如何在能源上利用，本文在下节进行详细阐述。在这里先就畜牧业在满足粮食安全的特殊地位和化肥与畜牧业粪便、农业废弃物生产有机肥料的关系进行阐述。

5.2 畜牧业与粮食安全

畜牧业在农业生态系统的定位必须首先立足于满足粮食安全。如何在能满足人们对肉、蛋奶等产品的需求的同时，又不危及粮食安全，从90年代以来，不断有专家提出发展三元农业以解决粮食、 经济作物、饲料三者之间的矛盾。

这里有必要对粮食安全这个名词做一个解释，中国的粮食安全是对食物安全 “food security”的英译汉名词，显然二者在含义上有明显差，FAO食物安全中的食物是指谷物如小麦、水稻、杂粮、豆薯还有果蔬以及肉蛋奶等广义的食用农产 品。其主体虽然是谷物和豆薯，但并不排除果蔬和动物食品。而中国粮食安全中的粮食(通常则指禾谷类还有豆类和薯类，不包括果蔬和动物性食品。长期以来，中国农业生产以粮食生产为主，畜牧业生产比重较小，因而居民食物消费以粮食为主，果蔬和动物性食品缺乏粮食。近年来随着中国农业生产结构调整和居民膳食结构改善，在食物构成中果蔬和动物性食品比重显著上升。有数据表明，食用粮（城乡居民直接食用）从1990年到2001年的10多年间几乎没有随着人口的增长而增长，主要是因为人均食用粮大幅度减少抵消了由于人口增长所带来的需求的增长，同时城市化进程的加速也是主要原因之一（城市居民人均食用粮大大低于农村居民）。而总需求的增加量主要反映在饲料粮的增加上，食用粮在总需求中下降的份额几乎与饲料粮上升的份额相当。因此，近来粮食供需不平衡的格局主要是由于饲料粮的短缺所导致的。而饲料粮的短缺则是因为"人畜同粮"生产方式下，种植结构的不合理所造成的。在这种生产方式下，耕地的利用是一种粮食、经济作物的二元种植结构。

中国工程院院士、著名草业专家任继周指出，畜牧业在农业生产生态系统中有它不可替代的地位。畜牧业的生产是可将人类无法直接利用的植物部分转入人类可以食用的动物产品，因此发展畜牧业是农业生态系统稳定的必要措施。植物生产所生产的产品,无论谷类作物、油料作物、还是纤维作物,为人所直接利用的部分不会超过25%(一般只有10%左右),而其余75%以上都要通过草食动物,尤其是反刍动物转化为动物产品。这一部分产生的动物产品的产值将等于或大于植物产品的产值。我们传统的“以粮为纲”农业系统,至少存在3种缺陷:

在植物生产层中把谷类作物以外的植物摒弃不用或利用不足,损失了一半以上的生产力,扰乱了植物生产层的结构,削弱了它的功能,远未达到植物生产层可能达到的水平。动物生产层的缺失,拦腰斩断了生态系统,这是我们传统农业生态系统致命的硬伤。动物生产层中又是以猪为首,实际上建立了一种很特殊的“粮-猪系统”，没有给草食动物以应有的地位,又损失了一半以上的生产力。凡是农

牧业并举，农业结构比较合理的国家,牧业产值都在60%左右,而且以反刍动物为主,道理在此。而我们与之相反,在以粮为纲基础上建立了“粮-猪系统"，虽然在古代农业下，猪由于是杂食动物，能在粮食匮乏的情况下，充分利用植物残体，但是在大规模饲养的情况下，粮-猪-系统是不符合我们国情的。我国是贫粮国,养了4.5亿头猪,生产了全世界50%的猪肉,而美国是富粮国,只养了9600万头猪,生产了全世界9%的猪肉。如果美国也养4.5亿头猪或猪肉产量为现在的5-6倍,他们的农业结构必然严重失调。草地畜牧业实际上是草地农业,它将生态系统中植物生产、动物生产两个生产层加以系统耦合,使之产生最大效益。

而在农耕区,如果两者没有充分耦合，生产效益至少减少一半。但中国是个多山国家，宜农耕的地区不足12%,此外还有80%-90%土地资源,如草地、林地和滩涂等,都有不可忽视的牧业生产潜力。据农业部预测，今后我国的畜牧业将进入平稳发展阶段，肉蛋奶的需求将稳中有升。根据经济发达国家的情况分析，畜牧业产值占农业总产值的比重，早在80年代，英国就超过了50% ,荷兰接近70%，瑞典在70%以上，接近80%，而我国目前只有30% ,还有很大的发展空间。此外，畜牧产品的内部结构也在发生变化，食草类的牛羊肉的比例将有所增加，而以粮食为饲料的猪的比例将会有所下降。

而中国工程院院士张子仪则指出，通过对我国近20年来粮食、经济作物、饲料这三大类作物种植面积的比例变化分析，则基本上无变化，大体上是“粮食作物”占播种面积的3/4，“经济作物”占总播种面积的1/6，而专门用于生产饲料的种植面积则微乎其微。但从80年代以后这三类作物的实际用途分析，则发生了巨大变化。全国粮食总产量的1/3已经用于饲料(不含农副产品)。“经济作物”中的棉花、菜籽、花生及部分豆类的加工副产品等也都通过饼粕、糟渣等途径转入饲用。按传统涵义的这三大类作物的市场流向分析，已经形成了“你中有我，我中有你”的格局。从目前我国种植业中所生产的主产品(如成品粮)及副产品(如饼粕、糠麸类)的市场流向分析，至少在总产量中有2/5是以各种形式用于饲料，只不过是没有把养殖业对饲料市场所需数量与质量事先安排在整个种植业生产计划中而已。由于现代化养殖业与饲料工业对饲料用粮有其特殊要求，畜牧业所需要的饲用蛋白质大约缺口一半。其中尤其是赖氨酸、蛋氨酸等限制性氨基酸缺口更大。在当前中国的畜牧业生产方式还难以改变的情况下，通过高赖酸玉米解决蛋白质饲料中的限制性氨基酸问题外，在通过双低菜籽品种的普及解决传统菜籽饼粕中的高纤维、低能、高恶唑、高异硫问题，以及通过无腺体棉籽解决高棉酚、高环丙烯问题等，都是从三元结构的内涵性改造解决养殖业所需饲用粮质量的有效途径。由于我国畜牧业是一个低经济效益的产业。饲料原料的价格，很难与食品、医药、酿造业的原料价格形成竞争性优势。而我国农区传统畜牧业的饲料资源一直是依靠无竞争性用途的农业副产品以及“农家饲料”作为物质基础。

近年来，我国许多学者都先后提出了建立“营养体农业”的倡议，即为解决饲料问题，以不收籽实而专门生产植物茎叶为主的农业生产系统是一举多得的新思路。据任继周(1998)预测，在我国可以用于发展生产植物营养体的土地面积约有281万平方公里，有230多种豆科牧草或绿肥作物可以开发后供作饲料，这是一大宗不与粮、棉、油争地，而且与农区种植业互补性很强的饲料增产措施。任继周提出我国食物构成的新趋势，即“2＋5模式”。“饲料消费量的成倍增长才是我国必需面对的真正压力。”他估计，到2020年，我国口粮需求为1.93亿吨，饲料消费量则增加到4.92亿吨，两者之和为7亿吨。为避免人畜争粮的局面，我国如改变畜牧业结构，压缩养猪数量的1／3，将耗粮型家畜代之以草食家畜，可节约0.67亿吨谷物，粮食压力将大为缓解。如果实施草地农业系统，2020年在保证现有16亿亩农田的基础上，可增加农田当量11.83亿亩。届时我国将进入粮食生产稳定并有余粮和饲料出口的时代。

在中国复种指数一年一季有余、两季不足或两季有余、三季不足的农作区，粮草复种可实现一年两作或两年三作，可以大大提高土地利用率，增加农民收入。这样的种植制度的改变可以在不减少粮食供应的前提下，额外增加牧草的供应，通过畜牧业的转化，增加粮食安全的可靠性。

而在畜牧业中，奶牛饲养业是核心，而且是现代国家农业的核心行业，奶牛不仅把牧草转化为牛奶和牛肉，而且还为乳品和肉类深加工业提供了原料。世界上大部分发达国家农业的最终产值中都以奶牛产品为主，牛奶和奶牛肉两项产值平均占农业产值的1/3 以上。发达国家都充分认识到奶牛和为养奶牛而进行的耕作制度改革的重要性，把旱田耕作和水田耕作改为混合饲养型耕作制。在混合饲养型耕作制度下建立了以畜牧业，特别是以奶牛饲养业为主的生产结构，使食品加工业成为排名在前的大产业。例如法国食品工是最大的行业产值高于建筑汽车和钢铁工业，德国、丹麦、荷兰、英国等也把农用地的2/3 种牧草养奶牛。日本也正把大量水田改为牧场。以奶牛为主的畜牧业直接对种植业进行生物加工，实现就地转化，而植物产品直接工业加工，则要通过收割、打捆、运输、脱粒、磨面等一系列复杂过程，成本高，价值低。相比之下，奶牛业转化路径短，可大大提高了农业的经济价值和附加值。植物通过生物加工变为动物产品后，再进入工业加工，是现代农业和食品业的一大特点。奶牛业是最大的生物加工业，奶牛对草饲料的转化率是肉牛和羊的两倍。为此发达国家大力种人工牧草，向人工牧草要奶、要肉，无不把奶牛业放到农业的首位。20世纪80 年代末至90 年代初，英国牛肉的75% 、法国牛肉的42%来自奶牛。牛奶加牛肉的产值占农业总产值的比重，美国35% ，爱尔兰68% ，卢森堡63% ，荷兰40% ，英国38% ，法国34%，丹麦36%。其中牛奶产值高于牛肉。

因此，三元农业的提出，可以依靠挖掘农业的时空增产潜力，通过发展畜牧业，最大限度地提高农业生态系统的生产力。

5.3 化肥与有机肥料

在西方国家化肥传入中国之前，中国的农业生产一直靠收集人畜粪尿和栽种的绿肥等有机肥料维持农业生态系统养分平衡，农家养猪的目的之一就是为了积肥。近代农业中化肥的施用打破了传统农业生产体系中封闭的物质循环,极大地提高了农业生产力,但其带来的对环境的污染和对资源的耗费也是有目共睹的。在这里回顾一下化肥使用中存在的问题是很有必要的。

肥料被称为粮食的“粮食”, 化肥是农业生产中一项至关重要的生产性资源,在粮食增产中起着非常重要的作用。据有关部门测算,在化肥、农电、农机和水利等的技术进步作用中,化肥因素的作用在整个农业技术进步作用中的贡献率高达52%,为农业生产发展中最重要的因素。从历史上看,我国粮食产量的增长与化肥使用量的增加紧密相关，在1951-1980年的30年中,化肥施用总量与粮食总产量呈显著相关,其相关系数为0.964。而在粮食增产诸因素中，西方及日本科学家一致认为，增加化肥要起到40%一65%的作用。随着农业生产的发展，中国的化肥施用量逐年增长，目前总量已居世界第一位。但是近年来，随着我国粮食生产中化肥用量不断增大,但化肥的增产效果却在下降。而且由于施肥量的迅速增加，化肥已成为我国大田作物栽培中最大的一项物质投入。日前，我国粮食生产中化肥投入的费用占物质成本费用的30%左右，明显高于病虫害防治、作物品种改良和灌溉等其他农业技术。化肥报酬递减和化肥不当使用中产生的土壤退化、水体污染、农产品质量下降的事实必须重新思考中国古代农业使用有机肥料的优点。

由于有机肥料的养分浓度有限，传统有机肥料的农业生产不可能满足我国社会经济发展和人口增长需要，在化肥大量使用之前，农业生态系统的产出增长

始终是很缓慢的。发达国家大量研究结果表明,采用不施化肥的有机农业生产模式与施化肥的生产模式相比,产量至少降低30%。如果立即停止施用氮肥,全世界农作物将会即刻减产40%-50%。至今,世界农业发展也离不开化肥。

20世纪末期,由于施肥不当造成的农产品品质下降和生态环境问题在发达国家得到了普遍重视,“生态农业”、“绿色食品”、“有机农业”等新思潮都是人们对于可持续农业的思考。但是，如果不采用化肥，只使用有机肥料进行农业生产，如有机农业，发达国家和国内一些长期试验的结果表明,同常规生产体系相比较,有机农业体系减产30%-40%,对于中国这样人地关系紧张的国家来说，完全放弃使用化肥足以威胁到粮食安全。由于有机肥料还没有解决养分浓度低的难题，商品有机肥运输费用却不低,因此商品有机肥的发展.应着力于解决大型畜牧生产企业的废弃物和城市有机废弃物的再利用,也就是说,原材料的就地利用应是发展商品有机肥的前提,而近距离的施用应是其发展的原则。

据80年代对我国901个县的土壤普查结果表明,我国的肥沃高产田仅占22.16%,中低产田占77.4%，普遍缺氮、磷的土壤面积占59.11%,缺钾的土壤面积占22.9%,土壤有机质低于0.165%的耕地占10.6%，我国的化肥生产氮磷钾比例失调,北方土壤缺磷,南方土壤缺钾的现象十分严重,磷钾供应不足明显降低了氮肥肥效，于过多地施用化肥尤其是氮肥,造成了土壤板结、地力下降,并导致农作物病虫害增多,作物品质下降。

目前我国每年的化肥消费量为4000多万吨,其中约1/3的肥料从国外进口。中国化肥资源短缺尤其是钾肥短缺将一直伴随着中国的粮食生产进程。化肥产业是资源和能源密集型产业。合成氨是高耗能产业，磷肥所需要的磷矿，我国和摩洛哥是世界上磷矿储量最大的国家,占世界磷矿经济储量的72.13%,远景储量的68%,其中我国经济储量位居第一,远景储量位居第二。中国磷矿回采率低,浪费严重，如果以现有的消耗量,在回采率保持不变的情况下,现有的富矿资源仅能利用到2014年。因此磷肥的供应事实也是存在着潜在的危机。而我国钾肥多数靠进口,主要来源于俄罗斯和加拿大。

虽然就目前的现实看来，完全放弃化肥的使用是不可能的，但是加强对畜牧等有机废弃物进行商品化的利用，减轻环境污染，减少化肥的使用量，以此来减少对化肥矿石资源和能源的消耗，将有机肥料用于经济价值比较高的经济作物的生产，也是一个实际的办法。有机肥除含有植物必需的氮、磷、钾外，还含有多种中、微量营养元素。有机肥同时具有肥料和土壤调理剂(用于保持和改善植物营养和土壤物理化学性质以及生物活性和各种物料)的作用。而化肥与有机肥长期配合施用，不仅可以保持和提高农田的生产力，同时也可以保持和改善土壤的生物学特性，提高土壤的生物肥力。

有机肥料主要来自农村和城市的有机废弃物，如人、畜禽粪尿、工厂作坊加工或生活中的废物、废水和污水、垃圾、饼肥、秸秆及栽培绿肥等，其来源广、种类繁多、成分复杂，在其生产（产生）、运输、使用过程中，不可避免的对环境产生影响，因此有必要探讨有机肥的安全处理及施用问题。三元农业的提出，将带来畜牧业的迅速发展，必然带来畜禽粪便的大量增加，处理不好就会造成严重的环境污染。

目前我国畜禽养殖粪便年产生量约为19.3亿t，所含污染物的化学需O2量为7118万t，已超过全国工业废水与生活污水的化学需O2量，全国畜禽粪便N、P流失总量分别为化肥N、P流失总量的1.2倍和1.3倍，已成为农业面源污染的主要来源。

在传统养殖业模式中，畜禽养殖与作物种植紧密结合，保证了养殖业和种植业之间养分的双向流动，区域内养分达到了良性循环和平衡。集约化规模化养殖业的发展，使养殖业和种植业发生了脱离，而且相当数量和规模的养殖场分布在城镇周边地区，这就造成并强化了养分通过饲料载体由种植区域向养殖区域的单向流动，造成养殖区域土壤中的养分总负荷远远超过植物吸收能力，导致了养殖区域养分的过量负载，造成了养殖区域与种植区域之间养分失衡。近几年随着规模化养殖快速发展和农业生产水平的提高，我国畜禽粪便和秸秆资源大量增加，但利用率相对较低，畜禽粪便利用传统堆沤方式只占50％左右，工厂化利用方式不足1％，秸秆用于直接和间接还田的仅占总量的40％。畜禽粪便因其含有大量的有机质和作物的需氮磷钾、中量、微量元素等多种营养成分，经处理后可作为肥料、饲料和燃料等，有很大经济价值。

而就农业生态系统来说，生产、使用有机肥料将有助于重建农业生态系统的养分平衡,是实现农业生产可持续发展的关键一环。值得指出的是，新的农业生态系统平衡并非传统农业物质循环系统的简单重复,而是在更高能量、养分水平投入上建立的螺旋式上升了的新型的循环系统。它既能使农业生态系统保证有很高的生产力，也能保持生态平衡。城市、农村生活垃圾在保证其安全性的前提下，也可以被加工成有机肥料，这样，有机肥料产业将成为城乡之间生态系统友好交流的重要一环，担负着净化环境的重任。

6 农业产业化的破局之处

目前农业企业普遍存在效益低下，技术水平落后，污染重的特点。种植业、属于微利行业，畜牧养殖也效益低下，而且由于养殖所产生的有机垃圾处理的环保压力，虽然进行沼气工程以减轻环境压力，但是由于对沼气能源的利用和对有机垃圾在有机肥料方面的商品化程度不够，畜牧业也无力实现农业产业化。而种植业所需要的化肥生产，化肥企业与农业一样资金短缺严重，无力扩大再生产.作为资金技术密集、耗能大户的化肥企业，尤其是中型企业，消耗高、效率低，成本居高不下。由于资金不足，有些该淘汰的设备至今仍在运转。高新技术难以应用，环境污染得不到治理。因此，农业企业要提高效益，必须充分挖掘生产各个环节中产生的副产品的经济价值和加强农产品的深加工，生产高附加值的产品，和加强如畜牧业在沼气能源、有机肥料的商品化、农业废弃物的综合利用，如秸秆作为能源、饲料等的用途。但是由于资金和技术的短缺，对农产品进行深加工，生产高附加值的产品，这并不是短期内能够作到的。因此，加强对农业生产中产生的各种废弃物的综合利用是一条比较实际的办法。此外，农业出现了崭新的用途，那就是在能源方面的应用，能源和农业本来似乎没有关系，但是将两者联系起来的能源农业，究竟前景如何？