大农业循环经济的科学基础与技术体系

刘玉升

（山东农业大学植物保护学院新农村发展研究院，山东泰安271018）

大农业循环经济的科学基础与技术体系

刘玉升

（山东农业大学植物保护学院新农村发展研究院，山东泰安271018）

在正视新常态下我国现代农业发展困局的前提下，提出现代农业的本质就是构建大农业产业结构，实现生态循环式可持续发展模式。论述了大农业循环经济理论体系，阐述了大农业循环经济的科学基础及技术体系。提出大农业发展应遵循生态系统的自然循环原则，强化腐屑食物链并与生食食物链对等开发，全面发掘植物、动物和微生物的资源功能。

大农业循环经济现代农业科学基础技术体系

农业是人类赖以生存的、人类社会最早出现的物质生产部门。农业是开发利用自然界生物质资源的产业部门，农业生产的对象包括植物、动物（昆虫）和微生物［1］。

地球存在历史已达46亿年之久，而人类历史没有不超过300万年，农耕的历史大约只有1万年。在出现农耕以前数百万年的漫长岁月里，人类的祖先依赖采集、渔猎为生。人类从采集、渔猎为生演变为靠放牧种地的原始农业为主，大约是发生于1万年前的新石器时期。农业的产生和发展导致了人类和社会制度的革命性变化，亦为人类社会文明发展奠定了基石［1］。因此，从根本上来说农业是人类社会发展进步的永恒主题，是所有其他文明发展的土壤和载体。但是，自工业文明特征的18—20世纪，特别是20世纪70—90年代人类工业高速发展以来，随着世界人口的爆炸，粮食、能源、环境等危机日益加剧，产业结构不健全、产业内部循环联系不密切的传统农业难以应对新的发展形势，因而陷入了困境［2，3］。

在新常态下，我国农业发展面临着严峻的挑战。近年来，随着工业化、城镇化的快速推进和人民生活水平的不断提高，农业的生产成本也在持续攀升，导致主要农产品国际竞争力下降。我国人多地少，城镇化水平不高且进程不完整，农业生产总体上尚未走出经营分散、规模细小的发展阶段，农业的基础竞争力先天不足。因此，发展现代农业，提高国内农产品的竞争力，是当前和今后一个时期我国农业必须认真应对的一大战略性挑战。而在我国同步推进新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化过程中，薄弱环节是农业现代化。目前要加快农业现代化步伐，在稳定粮食和重要农产品产量、保障国家粮食安全和重要农产品有效供给的同时，加快转变农业发展方式，加快农业技术创新步伐，走出一条集约、高效、安全、持续的现代农业发展道路。现代农业的本质就是构建大农业产业结构，实现生态循环式可持续发展模式。

大农业循环经济的科学基础主要论述循环经济发展的理论依据和运行规律，如果没有循环经济的基础研究，没有科学技术，没有循环经济的技术体系，没有循环经济科技成果向现实生产力的转化，循环经济难以推动下去。因此，对大农业循环经济的科学基础研究和研究建立循环经济技术支撑体系是相辅相成、互相促进的关系。

1 大农业循环经济理论体系

大农业循环经济理论体系由三色农业体系、腐屑生态系统和循环经济理论构成［1～3］。

1.1 大农业观

钱学森院士提出的大农业观对于现代农业也具有重要的指导意义。钱学森将迄今为止人类社会的产业革命划分为五次，第一次是原始农业革命，第二次是手工业革命，第三次是大工业革命，第四次是商品国际化革命，第五次是信息革命。钱学森认为大农业理论一旦付诸实践，将是第六次产业革命的开始，并明确提出“21世纪30年代，人类社会将进入第六次产业革命，即现代生物科学技术革命，主战场在大农业”［5-11］。

1.2 三色农业体系

中国农科院包建中研究员提出发展白色农业（即微生物资源的产业化利用）、构建“三色农业”的理论［12-13］；刘玉升以生态学的腐食食物链理论为基础，提出“构建腐屑生态体系、开辟农业生产新战场”的观点［14］；并论述了大农业的构成［15］。大农业观由三色农业体系与腐屑生态体系构成，各组成部分相互依存、相互渗透、互为资源、互为条件，有时也存在重叠或交叉重叠的复杂关系。

1.3 腐屑生态系统

“腐屑”（或称碎屑），在此指工农业生产有机废弃物资源，在经济学意义上称为传统农业生产过程的非经济产品。该词引借自地质学，地质学上用以表示岩石分化后的产物，在农业生产过程中采用“腐屑”这个术语意指死亡有机体分解过程中的全部有机物质颗粒，对于农业生产系统来讲，也扩大至所有农业生产物的死亡有机废弃物资源。腐屑是用于生物界与无机界之间这个重要环节的现有术语中最为合适的（Odum and La Gui，1963）名词［15］。腐屑资源非常丰富，例如农作物秸杆、锯木屑、棉籽壳、甘蔗渣、糖渣、甜菜渣、沼汽渣、造纸厂废浆渣、棉纺工业废短绒、各种酿造工业的下脚料、畜禽粪尿和褥草、屠宰场内肉类加工厂的废物、水产业的废物以及不同品种的食用菌栽培后的废弃基质等。在工农业生产过程中，有机废弃物的形成是一个必然的结果，关键在于寻求开发和利用腐屑资源的理论与技术体系［24］。

1.4 循环经济理念

针对严峻的资源匮乏与生态破坏、环境污染危机，世界各国都在认真思考、积极寻找摆脱困境的突围之路。从20世纪80年代开始，在联合国框架下召开了许多重要会议，相继提出了人类“可持续发展”的战略目标。循环经济即是这一战略发展背景下的内容之一。

循环经济的概念出现于20世纪90年代后期的工业化国家，它是相对于传统经济而言的一种经济形态，代表了一个新的发展趋势，源于环境科学领域的范畴。其基本含义是指：通过废弃物或废旧物资的循环再生发展经济，使生产和消费过程中投入的自然资源最少，向环境中排放的废弃物最少，对环境的危害或破坏最小，即实现低投入、高效率和低排放的经济发展。

循环经济，既是人类对难以为继的传统发展模式反思后的创新，又是社会进步的必然产物；既是废弃物管理战略转变的需要，也是产业链的有机延伸。循环经济的理念核心是把传统“资源—产品—污染排放”的“单向单环式”的线性经济，改造成“资源—产品—再生资源—产品—再生资源”的“多向多环式”与“多向循环式”相结合的反馈经济及循环经济的综合模式。

循环经济所倡导的以生态学理论基础的经济发展模式对人类经济活动与生态环境的融合起到了指导作用。循环经济理论是经济发展与生态环保“双赢”的理论，它改变了经济增长只能靠消耗和枯竭生态环境资源和资源、能源不间断地变成废物来换取经济发的传统模式，提出了一个资源和生态环境融合发展的新经济模式。在大农业生产领域中引入循环经济的理念，必将促进农业生产与生态环保的融合，优化农业生态环境，真正实现农业的可持续发展。

根据国际发展趋势及国内经济发展实际状况，我国由科技部制定“十一五”社会发展科技工作重点任务，即将发展循环经济列入重要内容中。这是国家经济发展的重大创新和战略调整，也是我国今后相当长的历史时期中一个重要任务。

1.5 大农业循环经济的内涵

以大农业循环经济理论为指导，全面开发生食食物链和腐屑食物链，使大农业资源体系中提供经济产品的每一环节所辅产的非经济产品均成为下一环节的利用“原料”，形成范围大小不同、层次高低不同的循环利用途径，最大限度地获取符合人类利益要求的经济产品，将排除“废弃物”所导致的“环境污染”。

大农业循环经济理论全面指导人们不仅对由三大生物资源构成的生食食物链，而且应对以腐屑为链端的腐食食物链进行全面开发，同时充分发掘其生态循环转化功能，促进生物质资源的再生和可持续利用。

推动大农业循环经济的发展，只能依靠科学和技术，通过理论和技术创新，科技进步，构建循环经济技术体系，实现循环经济科技成果向现实生产力的转化，真正地支撑和促进大农业循环经济的发展。因此，大农业循环经济应该包括三方面的内容：第一，加强大农业循环经济的科学基础研究；第二，研究和构建循环经济的技术支撑体系；第三，创新大农业新兴产业及其布局。

2 大农业循环经济的科学基础

大农业循环经济的发展是按照一定的客观规律运行的，研究大农业循环经济的科学基础就是在大农业范畴研究循环经济的客观运行规律。大农业循环经济的科学基础包括以下5个基本方面：生态系统理论，自然循环（食物链、食物网）规律，系统科学基础，资源和园区经济科学基础。

2.1 生态系统理论

大农业循环经济的理论基础是生态学原理。从生态学角度分析，自然界生态系统中包含一个循环原则，两条食物链，三大生物资源。

生态系统（ecosystem），指在自然界一定的空间内，生物与环境构成的统一整体，在这个统一整体中，生物与环境之间相互影响、相互制约，并在一定时期内处于相对稳定的动态平衡状态。

生态系统类型众多，一般可分为自然生态系统和人工生态系统。自然生态系统还可进一步分为水域生态系统和陆地生态系统。人工生态系统则可以分为农田、城市等生态系统。

一个循环原则就是自然界中的各类生物依据生产—利用—分解转化功能之间的关系，生生不息，无限循环。生态学上将来自植物的食物能转化为一连串重复取食与被取食的有机体，称作食物链，每一次转化，大部分的潜能（80%～90%）化为热消失了。在已有几十亿年历史的地球上，大自然经过长期的淘汰和适应，已为每一个物种规定了其食物和不可逾越的行为规范，形成了“正规的食物链”，通过生物小循环和地质大循环而往复永续。正常的食物链顺序中的梯级或环节的数目是有限度的，通常为4～5级。食物链越短（或者有机体越靠近链的开端），可用的能量就越大。

2.2 自然循环（食物链、食物网）规律

生态系统中的食物链分为两种基本类型，放牧（生食）食物链（qrazing food Chain），以绿色植物为基础到食草动物（即以活的植物为食的动物）进而到食肉动物（即以动物为食），这条食物链是人们获取蛋白质的传统途径；腐屑食物链（detritus food Chain），从死的有机物到微生物，接着到摄食腐屑生物及它们的捕食者。在成熟的生态系统中，缓慢地消耗腐屑是异氧生物利用初级生产的主要途径［17］。因此，人类通过开发腐屑食物链，能够从自然系统中获取相当可观的收获，应视之为与生食食物链相并行的农业生产途径，这样做对生态系统的改变并不大，而且具有补充和调节的价值。构建腐屑生态系统，开发腐屑食物链，开辟人们将各种废弃物资源化的技术途径，是促进大农业循环经济发展的重要理论与技术领域。我国古代对食物链的认识及其在农业上的应用已有相当高的水平［21-22］。

2.3 系统科学基础

钱学森教授指出，系统科学是从事物的部分与整体、局部与全局以及层次关系的角度对客观世界进行研究。大农业循环经济本身就是包含自然、经济和社会的一个大系统，体现出自然再生产和经济再生产相交织的特点。采取系统科学分析方法，可以把握循环经济中的正向作用过程中的协同、退化和逆向过程中的矛盾、制约，以及它们之间的相互协调。可以了解循环经济的运行机制、边界条件、目标作用及系统控制，建立定量分析的模型。第一，传统的线性经济增长方式是正反馈模式，而循环经济则是一种负反馈的调节模式。当生产过剩、资源量减少时，通过节约资源或者废弃物资源化使生产能够循环下去。循环经济的负反馈模式可以使经济发展、生态环境保护和资源利用之间达到平衡，保持经济、社会平稳地发展。第二，循环经济系统具有开放性。从系统控制论的角度分析循环经济的加速度，就需要经济系统对外界环境开放，使外界成为促进系统协调发展的力量，同时改变经济系统的内部结构，使系统能够从无序向有序方向发展。

循环经济涉及社会、经济、资源等各方面，既包括自然科学，又包括社会科学和人文科学，应用系统科学中的综合集成方法是一条可行的途径。在大农业循环经济理论指导下进行农业产业化生产，必须具有系统观，将这一过程视为一个连续的产业工程，即使生产的每一环节全部产业化，使每一环节都具备良好的后备环节，形成一个良性运转的“产业链”。即农业产业化的实现不能以单项产业成功为目标，必须向“产业链”或“产业网”的目标实现迈进，农业“产业链”或“产业网”的形成有主动延展和被动拉开两种动力，无论是延展还是拉动，都必须以生态系统能流和物质流的流向作为形成农业产业链、产业网的依据。

3 大农业循环经济的技术体系

循环经济的实践证明，科学技术滞后，已成为推动循环经济发展的主要障碍，将严重制约循环经济的快速推进。当前我国已经步入生态文明时代，现代科学技术的发展正在逐步形成，建立循环经济技术体系，对于推动循环经济的发展具有根本性的支撑作用。

3.1 大农业循环经济的技术支撑体系

大农业循环经济的技术支撑体系包括10个内容：清洁生产技术、生态植保技术、化学农药减量化技术、畜禽粪污资源化技术、作物秸秆资源化技术、有机污水利用技术、有机污泥利用技术、生活有机垃圾利用技术、餐厨废弃物利用技术、生物多样性利用技术。各个技术相互交融、互相影响、互相促进。

大农业循环经济技术支持体系内容见图1，其体系结构见图2。

传统农业的生产对策目标单一、一步到位、浪费过程资源，是违背生态学规则、以生态环境破坏为代价、掠夺式的生产方式；在现代农业生产形势下，应该将“单向单环式”的农业生产对策改变为“单向单环式”、“单向多环式”、“多向多环式”与“多向循环式”相结合的综合模式，采用绿色经济型、资源可再生利用的、促进循环经济发展的生产对策。实现农业产业化，产业多元化，由农业产业链构成产业网，使能量流、物质流循环、稳定、动态地流转，促进大农业循环经济的发展。

大农业循环经济需要形成全新的资源观，将人类盯在传统农业资源上的眼光挪开，开拓可资源利用的农业生物资源范围，不断发掘新资源，二次资源利用，构建资源新结构，推进生物资源的循环利用。在充分发掘农业生物资源功能的同时，产业化实现其生态转化功能。大农业循环经济的终极目标是通过创新技术、增补缺失的产业环节，按照物质流关系顺序布局，依据相互之间的容纳量调整适度规模，建立各个产业化环节之间的联动机制，构建完善的产业链，由此使产业关联的各个环节（企业或项目）有效连接，充分发挥资源的循环利用，最大限度地提高资源的综合利用效率。各个环节（企业或项目）之间形成互为市场、互相转换的物质循环体系，极限化地降低成本，节约资源，实现各个环节（企业或项目）之间资源和能源的最佳组合。

3.2 工业型农业园区技术

工业化农业就是把工业生产的规律套用到农业，把土壤、水资源、环境、动物和植物都当作不受自然规律支配的工业投入品，以此来组织完全以人的意志来设计和控制的大规模生产。最典型的便是大型集约化动物养殖，以及大规模单一作物种植。

大农业循环经济实现的是工业型农业，其含义是指在现代农业生产条件下，推进农业产业化，采取工业生产或工程管理的方式来组织引导并协调农业生产和经营；或者把农业作为一个工程，借鉴运用工程项目论证、立项、设计、施工、评估等办法，以市场为导向，优化资源配制，保证农业生产增产、提质、增效。“工业型农业”从管理上把农业当作工商企业一样的产业来对待，是对农业产业本质的一种认识论上的升华［25～28］。最佳形式是高度集约化的生态循环式农业园区，追求的环境目标应是“零排放”，即在现有技术经济条件下，将有利用价值的废弃物都作为“资源”利用起来。从投入角度分析，追求“减材料化”（Dematerialization，或称非物化），即在产出数量和质量不变的条件下，减少农业生态系统外部投入（特别是化学农药、化肥、植物或动物生长调节剂等），同时不影响产品的质量，这也完全符合我国“一控双减三基本”的农业发展政策。

4 结论与讨论

大农业循环经济理论与技术体系的发展和完善，是由工业文明时代向生态文明时代推进的必然结果，大农业循环经济是绿色经济的重要形式之一，要求重新评价传统农业经济学的理论及其价值，从更高的层次上去认识人类社会的经济发展与生态社会建设的相互协调关系，建立正确的生产和消费模式。从目前绿色环保型农业、食品安全性要求、“工业型农业”的社会经济发展来看，当务之急是提高全民生态环境保护与资源意识，重新审视大量（多）生产、大量（高）消费、大量废弃的消费观点，提倡节约资源、保护生态环境，创立生态循环经济园区，建立循环型社会经济发展模式。运用循环经济理论，建立与经营适应市场化投资及运营机制的理念，建立和完善“废物”回收、管理、利用通道；减少排放和正确处理/处置日益增长的生活垃圾和产业废物，提高生产过程中废物循环利用水平，将废物的最终处理量降至最低。在大农业生产过程中大力推广清洁生产，实现生产过程的“3R”化，即污染减量化（Reduce）、资源的再使用（Reuse）和再循环利用（Recycle），在大农业循环经济园区的基础上，建设区域性大农业循环经济圈。

传统农业必须向工业型农业发展，资源耗费型农业必须向资源循环利用型农业转化，单一开发“生食食物链”的单线型农业必须同“生食食物链”与“腐屑食物链”对等开发的综合型农业转化，农业生产对策必须由“单向单环式”向“单向单环式”、“单向多环式”、“多向多环式”与“多向循环式”相结合的综合模式转变。

大农业循环经济生产模式，更加深刻地揭示了农业生产的最根本特征，即以所有生物质资源为对象，通过“三链合一”的运行，实现经济再生产过程与自然再生产过程的有机交织。人类对自然再生产过程的干预必须符合生物生长发育的自然规律，大农业循环经济生产又要求符合生态循环的自然规律，同时符合社会经济再生产的客观规律。

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Scientific basis and technology system of macro agriculture circle economy

LIU Yusheng
（Shandong Agricultural University，College of Plant Protection，New Rural Development Institute，Taian 271018，China）

Under the premise of dilemma for modern agricultural development in the New Normal period，the paper put forward the essence of modern agriculture is to build a large agricultural structure，and realize sustainable development model with ecological cycle.The theoretical system of agriculture circular economy was discussed，and the major agricultural scientific basis and technology system for circular economy were described.The major agricultural development should follow the principles of the ecosystem's natural circulation，strengthen the food chain and the raw detritus food chain such as the development of comprehensive excavation plant，animal and microbial resources functions.

macro agriculture；circle economy；modern agriculture；scientific basis；technology system

F323；X71

A

1674-0912（2015）09-0007-06

2015－05－24）

科技部科技支撑项目：农田循环生产关键技术研究与集成示范（2007BAD89B09－16）

刘玉升（1964-），男，山东莒南人，教授，博士生导师，从事生态植保、生物防治、昆虫资源、昆虫微生态、生态循环农业领域的研究、教学及技术服务工作。