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破解有机农业的命门 – 无循环不有机

关注:723 发表时间:2016-04-27 00:00:00

中国古代的循环农业


循环农业在中国古代有很多例证,在唐代以前,土壤地力的恢复主要还是依靠休耕和豆科植物的轮作,《杂说》中写道,耕地“每年一易,必莫频种”,属于借助自然力量的简单地力循环。到了宋代以后,由于人口增加,耕地面积有限,必须要提高复种指数和单产,开始施用粪肥等外来物质补充土壤养分,为了保证粪肥来源,与种植生产配套的养殖业开始逐步形成。


据明末《沈氏农书》记载,当时江浙湖嘉一带饲养猪羊较多,养猪可以为种稻提供肥源,栽桑养蚕为养羊提供饲料,养分用来壅地。不仅如此,当地农户还把加工业引入到循环当中,农户购买糟麦制酒,榨酒后余下糟渣喂猪,猪粪当做肥料,养殖种植加工为一体,已然是多重产出的循环生产体系。桑基鱼塘则是把种桑与养蚕、养鱼结合起来,动物与植物互养,形成良性的生态循环,是古代循环农业的典范。


中国古代生态循环农业,重要的一笔当属清代杨屾《知本提纲》提出的“余气相陪”论,提出人畜之粪,乃不尽余气,“化粪而出,沃之田间”,而羽毛、麸皮、蹄角等物,“皆属余气相陪,滋养禾苗”,精辟地论述了物质循环和能量转化的关系,使得人畜粪便、生活垃圾和其他废物,都作为肥料回到土地上参与物质循环。中国古代用于循环补充肥料的来源其实也很广泛,如人工种植豆科植物,并在没有收获之前,便“犁掩杀之”,成为后作的基肥;秸秆则通过焚烧、垫圈、喂饲的方式,分别以草木灰、厩肥、粪肥等形式进入农田;厕肥、河泥和城市生活垃圾也都是广泛使用的肥源,这些“废弃物”的循环利用,成就了中国古代的循环农业,也是地力不减、常用常新壮的根本保证。


循环与现代有机农业的关系


联合国食品法典委员会在《有机食品生产、加工、标识及销售准则》中指出:“循环使用植物性和动物性废料,以便向土地归还养分,并因此尽量减少不可更新资源的使用;在局部组织的农业系统中依靠可更新资源;促进土壤、水及空气的健康使用并最大限度地降低农业生产可能对其造成的各种污染”


由此可以看出,循环是有机农业的核心要素,缺乏完整循环的有机农场,即使产品达到有机检测标准,也并不代表是真正的有机农业。在有机农业体系中,过程重于结果。


有机农业的3R原则


有机农业是生态农业的高级形态,有机农业应当遵循生态农业的3R原则,减量化(Reduce)、再利用(Reuse)和资源化(Resource)。


有机农业的减量化意指减少外部投入物,尤其是不可更新资源的物质;再利用则是建立生产体系内部的循环利用系统,做到物尽其用和废物利用;资源化在有机农业中主要是资源的价值化,例如秸秆作为能源资源或者碳源资源的使用、分拣后的余菜发酵作为有机肥源等等。


 循环的误区


现代化学农业属于“只经济不循环”的生产系统,为了提高产量,需要依赖更多的化学投入物,造成环境污染和农产品危害物质残留,如果把解决环境污染和食品安全的成本都考虑进去的话,就是“既无循环也不经济”。


有机农业强调生产环节的循环,不仅仅是为了降低成本,更重要的是保护土壤、保护环境,实现可持续的生态发展,但是真正的有机循环农业生产多年来“只听楼梯响,不见人下来”,究其原因除了观念的因素,技术体系的缺失也是主要原因。


1)  缺乏整体观,规划设计和技术体系缺失。简单循环如鱼稻共生、稻蟹鸭稻共作、林下养鸡鸭鹅等,尽管只是一个生产季的循环,也起到了资源的利用和生态平衡的效果,如果能够结合周年生产进行循环生产设计,生产力会进一步提高,但是展开周年生产的循环涉及的技术系统更加复杂,一般的有机农业企业大多止于简单循环模式。


2)“只循环,不经济”多见于概念为主的所谓有机农业示范园。这类示范园往往都配备高大上的设施,重金投入的循环设备由于成本高、效率低,示范效应和实际生产两张皮。


3)“有循环,无量化”则是多见于小型农场,以沼气为纽带的循环农业模式为代表,这类农场使用的沼气池属于严重落后的技术设备,其效率很低,与果树生产配套还勉强(需肥量呈现周期性供应特点,典型的模式为猪沼果),如果与需肥量大而且频繁的蔬菜生产则无法匹配。  

                                                                             

4)  缺乏实用的循环技术。土壤和肥料是农业的主要生产要素,农作物的高产需要更多更及时的养分投入。在循环农业中,上道工序产品的废弃物(如养殖粪便、余菜),需要经过转化才能为下道工序使用,转化技术往往成为循环的限速步骤,如堆肥需要两三个月、沼气池发酵需要至少一个月,技术落后严重阻碍了有机循环农业的规模化发展。

 

有机农业循环的目的


1、通过循环建立高生产力条件下的物质流(能量)平衡。与自然农业的低生产力条件下的循环和平衡不同,在高产出的有机农业体系中,由于收获的农产品带走的能量物质(营养)比自然平衡状态要高出很多,所以要求建立的高位的平衡关系,需要根据产出的作物养分总量,对土壤和环境采取补偿措施,保证有机农业的生产持续稳定。在有机农业中,还要求这些补偿尽可能来自生产体系内部,减少对外部资源的依赖。


2、有机农业生产属于复合型产品生产体系,种养一体化是基本配置,养殖的目的不仅仅是提供养殖产品,更重要的是提供安全的养分物质(畜禽粪便),而循环的目标就是如何快速高效的转化这些物质,用于补偿从土地上带走的养分。


3、降低成本是有机农业的重要组成部分。循环的经济学意义是依靠多重产出获得收益,并利用废弃物的价值化来降低成本。产业链方式的循环属于外延式循环,从初级产品到加工产品,从自然属性产品延伸到到社会属性产品,从实物价值扩展到到文化价值,进入消费环节以后的物质,再以交换的手段返还到生产端,形成广义的循环。有机农业生产端的循环属于内涵式循环,通过补充资源维持土壤地力,为种植作物提供养分,构成土壤养分 - 产出的良性循环,而补充的资源又来自于生产体系内的废弃物(畜禽粪便、污水以及秸秆、稻壳、余果余菜等),在高效率技术和装备的支持下,完成形态转换重新成为极低成本的生产资源,实现生物量全利用,从而整体上降低生产成本。


有机农业循环的必要条件


1)土壤养分 – 产出的平衡。土壤养分的产生能力和种植生产带走数量的平衡是有机农业是否可以持续性生产的必要条件。以小麦为例,每产出100公斤籽粒需要的从土壤中移出2.5-3公斤氮素,按照一般亩产400公斤计算,需氮量达到10-12公斤。优良的土壤中从空气固氮为30Kg/ha(2公斤/亩),小麦秸秆即使全部还田补充的氮素(小麦秸秆平均含氮量1%-2%,还田量约为300公斤)为3-6公斤/亩,合计5 - 8公斤/亩,不能维持持续产出400公斤小麦所需的氮素。由此可见,循环补充养分无论对于土壤地力和作物产量都是必要条件,除非那种不计产量的自然农法。


按照有机农业的基本要求,养分的补充来源应该来自自然界,秸秆杂草还田是必不可少的,其余的养分来源则是来自养殖产生的废弃物(畜禽粪便污水)和天然矿物(矿粉、草炭等)。


以特石有机农场实验数据为例(氮平衡数据,折算到每亩):


有机叶菜亩产1500公斤(合格品1000公斤,余菜500公斤,总氮含量3‰),以年生产3轮计算,全年移出蔬菜3000公斤,总氮量9公斤,余菜1500公斤。

配套养殖8只鹅,每日吃进青饲料2KgX8只(按90%含水率折干物质200g)=16Kg,全年5840公斤,喂饲精料150gX8只(折算为全玉米)=1.2Kg,全年438Kg。除了1500公斤余菜以外,还需要配套间作2亩豆科牧草+玉米,满足饲料需求。排出的鹅粪全年为1.5KgX365天X8只=4380Kg,总氮量为(总氮湿重为2‰)2‰X4380Kg=8.76Kg,加上土壤固氮量和根系归还氮量(2公斤/亩),每年移出和补充的氮量的结果是8.76+2-90=1.6Kg,土壤中的氮量保持略微冗余的程度。这是一个比较理想的循环后的矿质元素平衡,根据特石有机农场多年的的实践验证,实际生产中会有10%-20%的变动幅度,但处于良性的可持续平衡状态。


2) 种植养殖一体化中资源的平衡。在大规模有机农业生产中,会遇到土地单位面积产出价值与土地资源平衡的矛盾,例如,在城市周边的有机蔬菜基地,通常每亩的产出价值都在5万元/亩.年,而牧草和饲料所占土地产出价值仅2-3千元/亩.年。所以生态循环有机农业单独在一个基地内实现全循环并不能够实现价值最大化,理想的方案是ECOA体系(见《科技促进发展》2014年第6期),偏远山区的基地利用广袤的土地和优良的天然生态环境生产牧草和饲料作物(保证地力平衡为基础,不追求单位面积的高产出),给生产高值的有机蔬菜的城郊基地提供养殖用饲料和牧草,城郊基地适当提高价格予以补偿,两个基地形成资源和经济互补,实现高值农业和低值农业的平衡发展。


破解有机农业的命门 <wbr>– <wbr>无循环不有机(下)

3)资源转化技术。由于依靠自然平衡的低产出无法满足有机农业高生产力的要求,所以必须人为补充从土壤移出的养分,而用于补充的养分原料都需要通过资源转化技术才能成为土壤的养分来源。所以,资源转化技术就成为有机农业循环的关键因素。目前的资源转化技术仍然处于低水平阶段,主要表现在成本高、处理效率低、处理时间长,与较高的复种指数所需的补充时段难以匹配。加快发展以微生物为主的先进技术在资源转化方面的应用,是有机农业实现低成本高效率循环的重要手段之一。


4)循环的量化。循环的量化平衡是衡量循环是否真实可行的可靠依据。以作物需求养分的时间/需求的数量/养分产生的能力/养分产生的数量,这四个参数的平衡就是生产循环的必要条件。对于粮食果树这类长周期(一年一季)作物而言,循环效率要求不是很高,有足够的时间完成畜禽粪便等废弃物的转化,但是如果复种指数较高的话,废弃物的转化效率就成为高产量和高品质的决定因素。


有机农业循环模式选择


1)简单循环模式。猪沼果、鸭稻蟹稻共作、林下养鸡等简单循环模式,方便易行,技术门槛低,作业低成本,非常适宜小规模的生态农场和家庭农场采用。需要注意的是,即便是简单循环模式也要重视循环的量化,通过量化保证生态平衡,实现小而美的可持续发展。以林下养鸡为例,一般情况下全散养的林下养鸡密度每亩林地不超过100只,并且还要分区轮牧,密度过大会破坏林地植被的可再生性,排出的粪便超过土壤承载力,也会造成新的生态失衡。


2)整体循环模式。规模化种植养殖一体化,生产体系全循环。这种模式产出价值大,适宜大规模生产企业,但是对于整体技术体系的要求比较高,需要整体规划,建立生产流程的数据量化模型,选择先进适用的技术和投入品。以特石模式为例,该模式为有机养殖-有机种植-废弃物处理一体化循环体系,其中,涉及循环的部分主要有:


a、土壤改良以微生物应用为主,利用本地的废弃物资源(秸秆、锯末、糟渣、炉灰、粉煤灰等),通过专用微生物和本地土著微生物的快速扩培,再配合体系内产生的畜禽粪便,进行在地转化,快速提高土壤微生物的种群数量,形成可持续提供养分能力;


b、养殖种类偏向于以草食性动物为主,并使用微生物发酵豆腐渣为主要蛋白饲料,节约粮食,降低养殖成本;


c、种植种类根据当地市场需求选择,规划时做好与养殖-种植的主要养分元素的平衡模型,保证生产体系的生态平衡;


d、使用特石专利设备 – 特石生物循环处理装置,将畜禽粪便污水在14个小时内快速转化为液体有机肥,通过有机水肥一体化的设施输送到田间,保证种植生产随时需要的养分补给;


e、在每个收获季之后,根据需要进行补充性土壤改良并实行短暂休耕恢复(15-20天),保持土壤地力的可持续能力。

特石模式八年的实践证明,有机农业的整体循环体系能够创造价值,大幅度降低有机农业的生产成本,在保证土壤地力可持续和产品满足欧盟有机认证的情况下,大规模低成本生产


有机农产品成为现实。


有机农业循环的关键技术 


循环农业以生态循环理论为基础,在合理化配置生产资源(养殖种植)后,完全的循环农业基本不需要外来投入物质,即使在改良土壤时需要部分外来物质,也是加工业生产的废弃物,所以更贴切地说,有机农业循环是资源的再利用。


废弃物原料的无害化、低成本、高效率处理技术。农业生产有价值的废弃物主要是养殖的畜禽粪便污水和农产品加工的废弃物,快速高效低成本处理技术决定了有机农业是否能够形成产业化运营的关键。传统的做法不外乎堆肥和沼气池两种处理技术,但是目前的堆肥和沼气化技术无论是转化时间还是转化效率,都不能令人满意,况且使用常规养殖场畜禽粪便作为原料,还有抗生素和重金属残留的风险(见《有机肥的风险、问题和对策》),所以要实现真正的循环,需要更先进的、更高效率的循环处理技术。

    

高效厌氧发酵技术。以含有大量有机物的畜禽粪便污水为原料,进行厌氧发酵处理无疑是最彻底和最有效的资源转化技术,由于传统的沼气池技术过于落后,成为有机农业循环的限速环节。有机农业要实现真正的循环必须依赖于高效厌氧发酵技术(见《让有机农业循环起来 – 解析特石生物处理装置》)。


土壤地力循环增强技术。在有机农业生产,土壤地力是重中之重,如何改良并保持土壤地力,也是有机农业循环的关键环节。


土壤微生物对于土壤养分的产生和持续性的作用无疑是最重要的,而土壤微生物的繁殖壮大完全依赖于能够给它们提供的养分和环境条件,从可测定的的角度看,要形成矿质元素的高位平衡。例如,C循环应当主要以秸秆杂草还田,有可能的话再辅以其它农副加工产品的废弃物(如菇渣、酒糟醋糟等),为土壤微生物补充碳源,N循环主要依靠增强土壤微生物中固氮菌的作用,同时以畜禽粪便污水等含氮的有机物质补充氮源,其他中微量元素的循环则是利用矿粉原料(优先推荐工业的副产品或废弃物,如粉煤灰、炉灰等)予以补充,实现土壤地力持续稳定产生养分的能力。确保有机农业高产稳产的基础。


土壤养分循环的关键环节在于补充养分的快速转化技术,尤其是蔬菜这类短周期产品,对于养分的需求多而复杂,往往出现问题的是中微量元素,在实际生产中根本无法精准测定补充,只能通过全面增强土壤地力来解决。除了土壤的基础改良以外,在生产过程中最好的方式就是液肥(沼液)补充,通过喷施给作物叶面吸收,多余的滴入土壤补充地力。


有机农业循环的成本意义


循环创造价值。仅以外购有机商品肥和体系内循环自产肥料做对比,以有机蔬菜为例:


为了保证足够的产量,通常施用的商品有机肥至少要达到3吨/亩,按照1500元/吨的价格计算,每年每亩的基肥投入为4500元(还不算中后期的追肥)。而使用体系内的有机肥料,由于养殖产品的产出已经包括了养殖成本,所以产生的畜禽粪便污水基本上是无成本的,加上高效率的处理设备折旧和其他费用,自产的有机肥源成本仅相当于商品有机肥的五分之一甚至更低。


仅从有机肥投入一项作对比,每亩地可以降低成本3000元,对于规模达到1000亩的有机农场,每年节省3000元X1000亩=300万元,极大地降低了生产成本。


有机蔬菜在地头通常有10%-30%的余菜,一般的有机农场只能简单还田,对于种养一体化的有机农场,则是先把这些余菜喂饲畜禽,降低了养殖成本,而过腹之后产生的粪便,再通过循环处理装置转化为速效肥料,一举两得,实现了循环创造价值的目的。


有机农业的循环还可以解决单一规模化养殖产生的畜禽粪便污水给土壤带来的超承载力问题,而种植过分地依赖外来投入的有机肥不但成本高,而且对地力贡献甚小,不得不年年大量施用,这种非循环的生态有机农业注定是高成本低生产力。


科技降低成本。有机农业不是低生产力的复古农业,必须选择使用更多的先进科学技术,以微生物和生态技术为主的技术和产品,可以降低生产投入品的成本;机械化和设施化的应用(例如水肥一体化的喷灌管网),可以大大降低人工成本;农场管理系统的应用,可以科学有效地分配调度生产资源,提高作业效率。


高成本是当前中国有机农业的心头之痛,利用循环降低成本是唯一可行的解决方案。


有机农业循环的生态意义


古人知道通过“粪田法”“还田法”的补偿,保持土地“常用常新壮”,实现土壤地力循环往复利用。现代有机农业首先应该继承这一传统思想,并使用现代生物科学和微生物技术使其达到更高的水准,即在保证土壤生态资源不被掠夺性使用的前提,实现更高品质和更高产出。


随着社会的发展,让消费者回归简朴的生活需求已经不可能了,只有提高有机农业的生产力才能满足消费者对于安全健康营养的食品需求,但是高产出必然带来生产环境的压力,所以说,有机农业只有实施循环技术才能在保证产能的基础上,使生产环境(土壤、动植物)变得更好,不仅仅是被动地依靠自然的光热系统生产,而是增加更多的环境友好型技术和产品,用先进的技术提高根土系统和叶光系统的利用效率,实现生态和生产同步发展。


由于生产体系内,生物量比自然状态要高出很多倍,所以有机农业要遵循自然生态循环的基本原理和规律,借助环境友好型的技术,人工构建更高水平的生态循环圈,没有浪费,没有污染,物尽其用,共荣共生,各环节的生物效能得到最大释放,从总量上实现生产体系生物量全循环。


结束语

 

既循环又经济,高标准低成本,是有机农业产业化要实现的终极目标,也是有机农业能够规模化发展的基础,只有在环境生态友好的前提下,提高有机农业的产量,降低有机产品的生产成本,从源头上解决食品安全和环境保护问题,才是中国有机农业的根本出路,别无他法。


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