黄土高原工农业复合循环经济模式与关键技术集成利用实证分析——以甘肃省定西市为例

县永平

（1.武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北 武汉 430070；2.甘肃省定西市循环经济产业园区管委会，甘肃 定西 743000）

甘肃省定西市是黄土高原干旱地区的典型代表，这里年降水量仅420 mm。以雨养旱作农业为特征的农业承载能力逐渐不能满足人口日益增加的需求，导致了不合理的土地利用方式和生态植被的破坏，使得严重的水土流失和频繁的干旱成为该地区重要的自然环境特征。一方面，农业生产几乎完全依赖降水，属于没有外来水资源提供灌溉的旱地农业，此类生态系统必然具有明显的不稳定性和较低的抵抗外来扰动的能力。另一方面，该区域土壤地带性特征又决定了其具有较大的生产潜力。因此，在该区域构建工农业复合循环经济模式，利用工农业复合循环经济模式的关键技术。发展该区域循环经济，以获得显著的经济效益和生态效益。这对于半干旱地区农业与生态环境的可持续发展意义重大[1]。

1 工农业复合循环经济的内涵界定

所谓的工农业复合循环经济就是将种植业、养殖业、农业、食品加工业、造纸工业、橡胶提取工业、沼气生物能产业、高效有机肥等产业和技术进行高效集成，与科学施肥结合，用生物农药替代或者至少部分替代化学农药，降低污染，综合起来就叫做工农业复合循环经济，它是循环经济当中的重要组成部分。这样不仅可以实现农业经济增长，还可以全面推进基于农产品的工业快速发展，增加就业、增加碳循环。简单地说：种植、养殖、加工要成为产业链，能量物质集成循环，低碳生态绿色环保[2]。

文中所述工农业复合循环经济涵盖上述操作层面内容，同时包括微观层次上企业之间（或区域层次）的清洁生产、农业生态链和工业生态链的产业循环经济。通过农业产业化，把生物过程为主的农业与工业连接起来，通过生态工业把资源开发和加工过程为主的工业过程与资源再生循环的环保产业连接起来，再回到资源或环境系统，从而形成资源—环境—产业—资源—环境的循环。在坚持综合效益最大化原则下，构建不同类型产业链，取得社会效益、经济效益和生态效益[3]。

2 工农业复合循环经济的特征

一般来说，在生产中坚持工农业复合协同联动、多种优势互补是发展循环经济的典型特征。这种特征具体表现如下。

2.1 复合多级循环模式并存

工农业复合循环经济表现为“资源—产品—再生资源—产品—再生资源”的多级循环经济综合模式，即由生产对策目标单一、资源耗费较高、生产方式较为粗放的“单向单环式”线性经济模式，转变为采用与环境相容的绿色环保型生产对策，能够实现资源综合利用的“单向多环式”、“多向多环式”与“多向循环式”相结合的循环经济模式。

2.2 产业间拉动力彼此推进

产业内在拓展与外向拉动是工农业复合循环经济发展的基本动力，二者均以生态系统能流和物质流的流向作为形成主导产业及其延伸产业链和产业网的依据。一方面，农业经济内部有延伸产业链条、拓展生物资源综合利用空间、实现产品增值与再循环的内在动力；另一方面，工业对农产品的精深加工及其副产品的综合开发，打破了传统农业自体循环的路径依赖，为发展农业以及实施相关的生物工程提供了新的资源与制度选择，由此形成工农业复合循环经济模式的重要拉动力。

2.3 创新先进技术综合应用

循环经济是一种新的技术经济范式，能够有效化解持续经济增长对资源和环境所带来的压力。在发展工农业复合循环经济的实践中，注重先进生产技术与废弃物利用技术的融合，综合应用良种种植、玉米秸秆青贮、EM微生物发酵、农产品深加工、副产品转化增值（包括DDGS高蛋白饲料生产、高效液态肥滴施滴灌）等先进适用技术，使得单位产出的资源消耗以及生产过程中污染排放减少，实现了资源的循环利用以及生态环境的合理保护。

2.4 生物资源得以循环利用

在自然界中，各类生物依据生产功能—利用功能—转化功能之间的关系，生生不息，无限循环。工农业复合循环经济融入现代生物技术，充分利用微生物的生态转化功能，使得作为工农业生产有机废弃物资源（即“腐屑”，如酒糟、玉米秸秆、畜禽粪便、沼渣等）变废为宝，为各种生物资源的循环利用与综合开发进行了有益探索。与此同时，先进适用性科学技术对传统线性经济模式的改造，突破了原有的制度选择空间，增强农民的收益预期，使得农户广泛参与，并由此加速了循环经济产业链组织基础的形成以及资源循环利用模式的创新。

3 工农业复合循环经济的运作模式

在实践中工农业复合循环经济的运作模式，主要表现为工业拉动型、农业拓展型、工农耦合型等形式。

3.1 工业拉动型

以农产品原料需求为纽带，通过发展基地、联结农户、构建利益共同体，按照“资源—产品—再生资源—再生产品”的运作方式，带动相关产业链条协同整合，进而形成以工业企业拉动为主要特征的循环经济结构。在这一结构中，工业企业的产业带动以及技术辐射能力是关键。

3.2 农业拓展型

农民合作经济组织以及广大农户不断创新经营方式，主动拓展产业链条，是农业经济主体拓展融合型循环经济模式得以顺利推进的关键。针对工业企业的原料需求与技术辐射特征，适时引进优良品种并推广相关的种养技术，广泛应用现代生物技术转变原有生产方式的路径依赖，强化各经济主体间的利益联结机制，由此使得各农业经济主体在大力发展循环经济的同时，实现了多方共赢以及经济、社会与生态效益兼顾的目标。

3.3 工农耦合型

工农耦合型也叫工农协同耦合型，其循环经济模式是工农产业日益融合的产物。主要立足本地资源优势，依托周边农产品加工企业，协同各类经济主体，通过组织创新，构建资源循环利用的新型产业链，最终实现了各业经济优势互补、相关经济主体利益共享、全生物产量综合利用的目标。坚持走工农联盟之路，行“工业反哺农业”之举，大力支持种植、养殖、加工业的发展，推动了周边农户经济的健康发展[4]。

图1 甘肃富民生态农业科技项目工农耦合型工农业复合循环经济模式图

4 工农业复合循环经济的关键技术集成利用案例分析

甘肃富民生态农业科技有限公司（以下简称甘肃富民）位于甘肃省定西市循环经济产业园区，该公司秉持科技为先的理念，与中国农业大学联合开发了利用马铃薯淀粉渣、废水生产高效且无公害系列专用配方生物有机药肥技术。大量试验证明，利用该技术生产的生物有机药肥能促进植株生长，改善作物品质，预防病虫害的发生，提高作物抗灾害能力，从而使作物产量增加30％以上，并能降低使用该有机药肥农户的生产投入，提高其作物种植的经济效益。同时，该公司引进世界最先进的沼气工程技术工艺，利用马铃薯废渣、废水产生沼气，为当地提供车用燃气。利用该技术生产有机药肥并配套沼气工程，可完全循环利用马铃薯淀粉生产过程中产生的废渣、废水。这样既可解决废渣、废水造成的环境压力，又可变废为宝，因此该模式技术的推广与生产将成为甘肃省优质马铃薯产业发展的一大亮点。本项目的实施是典型的工农耦合型的工农业复合循环经济模式（如图1），其关键技术集成了颗粒生物有机肥生产技术、车用燃气生产技术、液体生物有机肥、生物有机药肥、水剂生产技术以及水基性农药（悬浮剂）生产技术。各关键技术集成利用的工艺技术流程如下。

4.1 颗粒生物有机肥

颗粒生物有机肥是沼渣和秸秆等经发酵后添加相应原料，再经造粒设备造粒成型而得。其工艺如图2所示。

图2 颗粒生物有机肥工艺流程

有机肥发酵工艺说明：对马铃薯淀粉渣进行加压分离处理，处理后将马铃薯淀粉渣分离成固渣和废水两部分，废水转入沼气发酵系统；对生活垃圾和玉米秸秆进行粉碎处理，将固渣和秸秆粉通过固体生物肥发酵系统发酵，发酵物料在池内堆积厚度为150～180 cm，靠高压风机强制通风和翻堆时物料与空气接触提供的氧气进行连续好氧发酵，发酵周期8～10 d。链板式翻堆机的翻堆主体在纵横向行走机构的运送下，将发酵物料从池内刮起并输送一段距离（约3.5 m）后落入池中，这样发酵物料就在池内产生一定的位移，使物料在池内有规律、等距离地渐进式后移，每天从发酵池尾端将发酵好的物料运走，将发酵池前端腾出的空间（一天的处理量）补充新的发酵物料，从而形成了一种连续的发酵过程。发酵翻堆过程实现了全自动智能化控制。发酵后的物料堆成料堆储存的同时进行二次发酵，进一步腐熟并去除部分水分。堆制一段时间（根据生产任务及场地决定）后对其进行筛选，调整水分（晒干或烘干）即为粉状有机肥[5]。

4.2 车用燃气

本项目沼气站采用的是目前世界上先进的CSTR及CSTR一体化相结合的工艺，CSTR（完全混合式氧化消化器）具有产气率高、适用原料范围广、应用区域广、能耗低、经济效益高等优点。流程如图3所示。

图3 车用燃气工艺流程

场区配备集污池，集污池用于收集场区的生产废水，一部分马铃薯渣经固液分离机分离，直接用作有机肥，一部分马铃薯渣及废液经进料斗投入调配池内，加入一定量的生产废水稀释，调配池内设置桨式搅拌机，搅拌一定时间使物料混合均匀后经管道式粉碎机，再由螺杆泵泵入CSTR反应器进行厌氧发酵，反应罐采用拼装罐结构，反应器内设顶搅拌机，使物料处于全混状态，在产甲烷菌等微生物的共同作用下，产生沼气。

反应罐内出来的沼渣沼液自流入二次发酵罐内贮存，厌氧反应后物料在二次发酵罐中可增加10％～15％的产气效率。从二次发酵罐内出来的沼渣经过固液分离后作为沼渣肥，沼液排入沼液储池中进行暂存，进行进一步深化处理，加工成有机肥。

本系统产生的沼气用途主要用作车用CNG，提纯压缩单元由沼气脱硫、脱碳提纯、气体储存、压缩、火炬等五部分组成，采用生物脱硫与化学脱硫串联的工艺对沼气进行脱硫，硫化氢脱除率可达99％；采用Xebec PSA技术对脱硫后的沼气进行脱碳提纯，产品中CO2含量小于3％，甲烷回收率96％以上，满足车用压缩天燃气标准；选用干式双膜独立储气柜、往复式压缩机地面火炬系统，并且运行稳定、运行成本低、使用寿命长、操作简单、环境友好，符合低碳经济要求。

4.3 液体生物有机肥、生物有机药肥、水剂

本项目的液体生物有机肥、有机药肥及农药水剂都采用相同调配及灌装线，工艺如下（图4）。

4.4 水基性农药（悬浮剂）

水基性农药（悬浮剂）工艺流程为（图5）：

悬浮剂混合→粗磨→砂磨→过筛→检测→成品。

图5 水基性农药（悬浮剂）工艺流程图

5 结语

综上所述，黄土高原工农业复合循环经济模式与关键技术集成利用具有以下优点：一是该模式是在市场经济主导下的发展模式，企业和公众共同组成循环经济发展的主体，政府及行业协会主要扮演引导和服务的角色，市场机制在循环经济发展过程中占主导地位，它们在遵循市场规则的前提下开展活动；二是该模式是一种主动的全面发展模式，不仅注重资源和能量在生产系统的循环，而且注重其在消费系统的循环，废旧物品和资源在消费系统得到充分循环利用后才返回到生产系统；三是该模式从产业优化升级的视角建立和完善生态型产业区域，区内各成员都是产业链上必不可少的节点企业，这些企业自身都是循环型企业；四是该模式在黄土高原半干旱节水型区域是顺应天时、遵循自然规律，顺应时代、遵循科学规律，顺应市场、遵循经济规律的典范[6]，具有科学性、时代性、经济性，值得大力提倡和示范推广。

[1] 县永平.黄土高原半干旱区低品位生物质能源沼气生态模式优化——以甘肃省定西市为例[C].中国可再生能源发展国际会议论文集，北京：中国能源学会，2010.

[2] 齐建国.齐建国研究员谈工农业复合循环经济案例分析[R/OL].齐鲁网，2010-06-25.

[3] 李俊利，张俊飚.基于循环农业视角下的生态产业链构建研究[J].生态经济，2008(11)122-124.

[4] 张建杰.工农协同型循环经济模式实证研究[J].商业时代，2007(18):59.

[5] 甘肃富民生态农业科技有限公司.马铃薯淀粉渣、废水循环综合利用工程可行性研究报告[R].2011.

[6]岷县国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要[OL].甘肃省发改委网站，2007-03-19.