水土保持与循环农业耦合开发策略及提升建议——以福建省长汀县等3个水土流失重点治理县为例

翁伯琦,罗旭辉,张伟利,王义祥,应朝阳,钟珍梅

(1.福建省农业科学院农业生态研究所,福建省丘陵地区循环农业工程技术研究中心,350013,福州;2.农业部福州农业环境科学观察实验站,福建省农业科学院农业政策研究室,350003,福州)

福建省科技重大专项“水土流失初步治理区生态循环与产业提升技术研发与示范”于2012年9月获得省科技厅立项,主要在长汀县、宁化县、平和县等3个水土流失重点县实施,共有福建省农业科学院、福建农林大学、福建师范大学等23家科教单位、相关企业协同参与。项目实施的2年间,围绕 “种植 养殖 利用 乡镇 流域”5个层面开展研发与推广工作,进行土壤诊断、生态种植、生态养殖、菌物栽培、废物利用、产业提升等方面技术深化研究,构建了“草 灌 乔”不同植物合理覆盖种植模式、林下农牧优化组合的高效种养模式、山区农村庭院农牧菌立体农业模式、山区流域林果草综合治理与开发模式、现代循环农业产业园区与生产模式等,集中解决了山地水土流失治理技术与有效应用、山地水土保持开发技术与生态保护、水土流失区域产业提升与农民增收等现实问题。项目实施的目的是实现水土保持“巩固—提升—发展”之间的有效协同,实现经济上有动力,机制上有活力,增收上有潜力,保障上有定力。

1 策略与成效

1.1 强化植被修复,提升特色种植业发展水平

长汀县、宁化县和平和县是福建水土流失重点县,流域生态系统比较脆弱,农业综合开发立地条件较差,区域种植业效益低下[1-4]。 为此,项目组制订了强化植被修复,提升了特色种植业发展水平的策略,其核心为因地制宜构建“乔-灌-草”立体覆盖种植模式,通过巩固水土流失初步治理区植被修复成效,提升山地特色种植业效益,调动农民发展生态产业积极性,以经济利益驱动水土保持事业发展。

通过项目实施,取得以下成效:1)收集、引进了水土保持经济作物种质资源122份;2)在不同郁闭度的马尾松(Pinus massoniana Lamb)单一林分内套种杜英(Elaeocarpus chinensis)、红叶石楠(Photinia serrulata)、毛杜鹃(Rhododendron glischrum)、胡枝子(Lespedeza bicolor)、宽叶雀稗(Paspalum wettsteinii Hackel.)等乡土阔叶树、灌木和草种,建立了针阔混交林种植模式,初步筛选出适合废矿区绿化的植物品种7份,建立了废矿区绿化技术示范片7 hm2;3)采用坡改梯、开平台,筑前埂、拉后沟,整台面、套种草(宽叶雀稗、百喜草(Paspalum natatu)等)等工程技术与生物技术措施构建了山地生态果园模式,分别建立了“浮宫1号”等5个杨梅(Luzula capitata)新品种[5]的示范基地与黄金蜜柚(Citrus grandis L.cv Huangjin)、红肉蜜柚 (Citrus grandis L.cv Hongrou)2个蜜柚新品种示范基地33.3 hm2,推广200 hm2,筛选出水土流失初步治理区相适宜的林下经济作物科杂1号(Giycine max Keza No.1)、黄桅子(Gardenia jasminoides)、红叶石楠等13个,生态果园模式环境负荷率比传统果园降低了1.49个单位[6];4)引进了澎湖决明(Cassia sophora L.var.penghuana)、爪哇大豆(Neonotonia wightii)、蝶豆(Clitoria ternatea)等台湾水土保持植物10个,并建立了种苗繁育基地;5)形成了“种草恢复植被 配套工程措施 控制水土流失 选种山地果树 培育土壤地力 建设生态果园”的生产发展格局,融水土保持于山地综合开发之中,实现了优势互补和持续开发。

1.2 发展生态养殖,推动河田鸡及其加工业的增值

河田鸡(Gallus gallus Hetian)是福建省优良的家禽良种,长期以来,河田鸡以户外散养为主,随着河田鸡产业和市场开发的进一步深入,出现了粪尿污染、品种退化、疫病频发、水土流失等问题,影响了生态安全,制约了河田鸡产业健康、稳定、可持续发展。为此,项目组制定了发展生态养殖,推动河田鸡及其加工业增值的策略,其核心是在保存优良河田鸡品种的基础上构建林下农牧优化组合的“林-草-禽 害虫”立体种养模式,通过合理配置林下牧草种植、河田鸡养殖、微生物发酵等要素,一是可以增加地表覆盖,减少林地里的害虫,提高林果的产量与品质,二是河田鸡的粪便可以成为林地的肥料,培肥地力,三是可以改进速冻工艺,并由此带动畜禽加工产业的发展(图1)。

项目主要实施成效包括:1)建立了河田鸡良种繁育体系,目前保种场存栏保种群种鸡1 200套,河田鸡育种场核心群种鸡1万套,全县直控基地(商品场)商品鸡50万只,形成河田鸡F2世代群,遗传性状稳定[7];2)在长汀县三洲镇垌坝村,建设了林下种草养鸡示范基地,草场内种植了杂交狼尾草(Pennisetum glaucum)、宽叶雀稗、黑麦草(Lolium perenne)、紫花苜蓿(Medicago sativa L.)、百喜草等17种牧草与中草药品种[8];3)研制了一种治疗河田鸡球虫病的中药制剂“常青抗球散”,推荐剂量为饲料用量的0.5%,连用5 d,可替代含有抗生素成分的球虫粉;4)通过引进螺旋预冷机,对现有速冻河田鸡加工工艺进行了技术改造和升级,年累计加工速冻河田鸡15万只,产值750万元,起到了产业化示范作用。

图1 林下种草生态养鸡循环模式图Fig.1 Circulation pattern of ecological raising chickens on understory grass of open forest land

1.3 实施种养结合,构建农牧废物循环利用体系

土壤中的有机质和各种植物生长所需营养元素流失较多是制约水土流失区域生态系统恢复的重要原因。为此,项目组制定了种养结合、构建农牧废物循环利用体系的策略,核心是在严重土壤侵蚀区建立规模猪场和规模有机肥料场,即在猪粪无害化处理的基础上,通过收集区域内的鸡粪、菌渣、烟秆等废弃资源,生产杨梅、蜜柚等果树专用肥,达到区域内种养结合、循环利用、培肥地力、变废为宝的目的。

项目主要实施成效包括:1)对微生物发酵床垫料养猪模式进行探索,开展的适宜菌株筛选研究结果表明,FJAT 270、FJAT 522、FJAT 528等9个芽孢杆菌菌株具有较高产纤维素酶性能,上述菌株在垫料猪场应用9个月,垫料有机质质量分数达45%,全氮、全磷、全钾质量分数分别达0.59%、0.45%、0.83%[9]。开展的垫料应用研究结果表明,应用20%～40%垫料栽培的平菇(Pleurotus ostreatus),生物转化率提高了3% ～7%,应用25%垫料加75%化肥施用于茶树,茶叶产量提高了4.7%。2)对传统规模猪场的污水无害化技术进行完善试验结果表明,猪场污水经过固液分离、沉淀、厌氧发酵、氧化塘环节,COD浓度分别下降了32.2%、33.2%、94.6%、91.8%,累积去除率达 99.8%,环境负荷率比传统模式降低68.51%,可持续发展指数是传统模式的2.78倍[10]。3)开展适宜水土流失区种植的特色果树专用肥肥效试验结果表明,平和县蜜柚园通过施用生物有机肥,产量增加了20% ～30%,柚果可溶性固形物提高了1%,裂果率减少5%[11]。

1.4 集成创新技术,建立了流域农业综合开发体系

长汀县的水土流失重灾区主要发生在河田、策武、三洲、濯田等乡镇,虽然同在一个流域,但乡镇间资源有所差异,产业发展各有特点,可以相互支持,互为补充。为此,项目组制定了集成创新技术,建立流域农业综合开发体系的策略,其核心建设是以流域为单位,构建区域农业大循环,建立集种植、养殖、菌业、加工业为一体的流域农业综合开发体系,发展水土流失重灾区的生态经济。

项目主要实施成效包括:1)完成了长汀县濯田镇、三洲镇等乡镇耕地地力和中低产耕地限制因素评价、耕地矿质养分丰缺分区、烤烟(Nicotiana tabacum)用地适宜性评价与用地优化布局研究。研究结果表明,长汀县79.94%耕地高度或中度适宜种植烤烟,大同镇、河田镇、童坊镇、新桥镇、濯田镇是重点发展区[12],针对区域内长期过量施用磷肥的特点,利用废弃烤烟、乌豇豆(Vigna cylindrica Skeels)及杨梅等废弃秸秆进行烤烟、水稻专用肥新配方研制[13-14],实施的优化配方烤烟产值增加1 253.4元/hm2,中上等烟比例提高5.3%,肥料成本节省254.1元/hm2,水稻(Oryza sativa Linn.)增产361.2 kg/hm2,肥料成本比对照减少463.20～628.35元/hm2,肥料成本节约28.2% ～38.3%。在长汀县濯田镇“烟—稻”轮作试验成果推广示范面积533.3 hm2。2)利用区域内农业生产的废弃物资源发展食用菌产业,研发结果表明,利用当地废弃物资源初步筛选出适合灵芝(Ganoderma japonicum)、真姬菇(Hypsizygus marmoreus)生产的高产优质配方各1个,灵芝产量达50 g/袋,真姬菇产量达250 g/袋,灵芝产品有效成份多糖质量分数达0.65%,三萜质量分数达1.8%,产品的农残检测各项指标均低于国家标准及出口日本标准。3)发展农产品加工业,开展杨梅果酒、澄清饮料的研发,初步结果表明,添加4%的安琪BV818和RV171(1∶1)混合酵母、初始发酵温度为25℃、pH值为3.8、SO2添加量为40 mg/L时,杨梅精酒发酵效果较好,添加0.025%柠檬酸、0.020%β-环状糊精、0.025%NaCl时,杨梅复合澄清饮料加工较好。

1.5 立足土壤实际,建立产业发展模式及示范园区

紫色土成岩时间短,组成复杂,结构较为疏松,容易分化,土壤发育弱,土层分化不明显,容易被侵蚀。紫色土侵蚀区在福建省宁化县淮土乡、石壁镇分布较为集中,对当地农业生产造成的影响较大。为此,项目组制定了立足土壤实际,建立产业发展模式及示范园区的策略,其核心是研发紫色土壤流失防控技术,构建“草 牧 沼 油茶(Camellia oleifera)”等水土流失综合治理与特色产业提升模式。

项目主要实施成效包括:1)在宁化县淮土乡设立了12个植被固定样方定期开展植被调查,在紫色土侵蚀区通过采集土壤样本开展土壤理化性质的分析测试,在宁化水土保持科教园设立亚热带紫色土侵蚀退化区生态恢复野外观测研究站开展气象观测、土壤侵蚀观测等;2)构建了以“草-牧-沼-油茶”为代表的独立型庭院立体农业模式、聚落型庭院经济模式、林果草综合治理模式、现代生态农业产业提升模式等4种水土流失综合治理与特色产业提升模式,建成初具规模的油茶林水土流失治理示范园、宁化县水土保持科技示范园、紫色土侵蚀流域林果草综合治理示范园、宁化县独立型庭院立体农业示范园、宁化县聚落型庭院经济示范园,累计示范面积160 hm2。

2 经验与启示

山仑[15]认为,水土保持要注重主导产业发展,只有发展适宜当地的主导产业,才能巩固水土保持成果。福建省水土保持重大专项实施的经验表明,水土保持是发展现代循环农业的重要前提和基础。而现代循环农业可以促进水土保持,循环农业的发展可以带来一定的经济收入,可在一定程度上反哺水土流失治理的投入,为农民带来投身水土保持的积极性。项目实施的成功实践,给予了人们深刻的启示,即要在水土流失区发展现代循环农业,尤其要注重技术研发与现实需求相结合、要注重初步治理与巩固提升相结合、要注重生态恢复与产业发展相结合。其主要经验可归结为以下4个方面。

2.1 在水土流失防控上采取综合措施

宁化县是我国南方紫色土丘陵区水力侵蚀的典型代表。紫色土土层浅薄,通常不到50 cm,超过1 m者甚少,一般含碳酸钙,呈中性或微碱性反应,有机质质量分数低,磷、钾丰富,但其成土母质紫色泥岩固结性差,组织松软,抗压强度低(100～200 kg/cm2),矿物组成复杂,膨胀系数差异悬殊,含深色矿物多,吸热快,缩胀变化剧烈,易于崩解剥离,常表现为剥落、泻溜侵蚀,水土流失严重[16-17]。

研究[18]表明,自然生态修复措施防治紫色土水土流失效果显著,产沙量为0.41 kg/m3,较裸地明显下降。在经济作物开发地双行种植香根草(Vetiveria zizanioides L.)、紫穗槐(Amorpha fruticosa)植物篱,可有效防治紫色土坡耕地的土壤侵蚀,提高土壤肥力[19],其中土壤有机质、N、P等主要营养元素在植物篱前富积作用明显[20]。项目组在宁化县紫色土侵蚀地的水土流失防控上,逐步探索并形成了以植物篱为核心,结合多种措施的治理经验。具体而言,项目组在宁化县水土流失治理过程中注重5个方面的有效结合,即筑鱼鳞坑与蓄水相结合,施有机肥与种植相结合,乔 灌 草层与覆盖相结合,循环利用与养殖相结合,流域治理与开发相结合。

2.2 在典型区域治理上实施系统工程

在典型示范区采取了“一种草、二封禁、三管理、四利用”等系统治理措施,治理成效明显。治理工程涉及水土保持、生态修复、培肥地力、立体种养、农牧匹配、林下经济、堆肥应用、农业规划、乡村建设等多方面内容。其中,宁化县水土流失治理经验集中体现了点上示范与面上治理相配套、生物措施与工程措施相配套、栽培乔木与种植灌草相配套、山上治理与灶头改造相配套、薪炭林材和经济林果相配套、农牧结合与水土保持林相配套等特点。经过10年努力,宁化县已治理水土流失面积7 200 hm2,其中封禁治理5 267 hm2,造林1 000 hm2,种草533 hm2,坡改梯400 hm2,新建防洪蓄排水沟3.5 km,蓄水池45个,护岸1.1 km,道路5.7 km,沼气池5 700余口。通过治理,治理区内植被覆盖度由原来的30%左右增加至60%以上,新增产值达587万元,受益农户达1.9万户。

2.3 在循环农业发展上创新管理机制

生态产业是按生态经济原理和知识经济规律组织起来的基于生态系统承担能力、具有高效的经济过程及和谐的生态功能的网络型、进化型产业,是新时期解决人口、资源矛盾的重要探索方向[21]。基于生态产业发展理论,结合水土流失重点治理区实际,项目组开展了在水土流失区发展循环农业的可行性研究,制定出适宜区域发展的生态产业规划,构建了高效优质与生态安全的产业技术体系,并且引入了循环农业开发项目,创造条件构建了水土保持型农业综合开发园区。同时创新了管理机制,制定出综合治理与山地开发收益相结合,治理投资与经营使用有机结合的引导政策。鼓励企业介入治理与开发,鼓励农民投入与创业,引导社会各界投身于水土流失治理与循环农业开发之中,以科技创新驱动产业发展,以经济效益反哺生态保护。

2.4 在模式推广上注重示范园区建设

循环农业园区是循环农业基本原理、技术、模式在有限空间上的高度集成与展示,是遵循“4R(减量化、再利用、再循环和可控化)”原则,通过合理设计,优化布局,将各个循环产业集中结合在同一个园区之中,实现农业生产过程和农村生活过程投入减量化、废弃物资源化和再利用的目的[10]。

新时期,构建循环农业园区将成为长汀县水土保持工作的新亮点。通过以政府为主导,以项目为平台,联合当地种养大户、本土龙头企业(长汀县枫林生态农业有限公司、河田鸡发展有限公司)、传统加工企业(汀江酒业),引入国内外品牌农业企业(盼盼集团、福建森辉农牧发展有限公司),达成循环产业联盟。循环农业园区的构建对实现区内农牧废弃物资源循环利用,实现传统技术与资本市场有效嫁接,实现农村剩余劳动力与新型集约产业发展有机结合具有重要意义。

3 对策与建议

人口剧增、资源消耗、环境污染等一系列的突出矛盾是导致区域内水土流失的根本原因。在水土流失初步治理区发展现代循环农业,有利于创新农业生产模式,转变农业增长方式,合理利用废弃资源,提升增效增收水平,有利于有效缓解区域人口、资源、环境之间的矛盾。针对现阶段实际情况,提出了推动水土流失初步治理区现代循环农业发展的对策与建议,包括以下5个方面。

1)根据区域治理实际,加强基础理论研究。区域水土流失治理过程中,有关侵蚀规律与过程尚不明晰,建议加强基础理论研究,包括循环农业模式的能量流动、物质流动过程研究,区域农业经济的生命周期与可持续发展指数研究,侵蚀劣地人工培肥的主要养分流失与利用规律研究,关键种在侵蚀区植被恢复过程中的功能与作用研究。

2)结合特色产业开发,构建合理开发模式。水土流失区内不同地方,农业发展各具特色。蜜柚是平和县特色产业,建议重点加强水肥一体化、机械化运输网、山地生态果园等技术研发,严格防控水土流失和面源污染,保护产地环境;完善平和县蜜柚产业,建立规模化脱毒蜜柚良种基地,建立蜜柚仓储物流配送中心,积极发展品牌农业,加强产前、产中、产后的优化管理。河田鸡是长汀县特色产业,建议重点加强林下种草围栏放牧养殖河田鸡技术的研发,减少传统林下养殖造成的植被破坏,同时控制养殖密度规模,完善质量体系认证,保证河田鸡的数量稳定、价格稳定。

3)优化集成关键要素,加强科技园区建设。当前,在项目实施点虽然已经初步构建了循环农业园区,但是在资本输入、管理水平、接口技术、信息共享等方面还有待优化与提升。建议集中优势力量,优化园区设计,实施连片治理与开发,形成“种—养—菌—肥—加”现代循环农业产业链。即收集长汀县、宁化县、甚至江西赣州等地特色种植业废弃物发展食用菌产业,利用菌渣和菇脚制作生猪、肉鸡饲料,利用规模猪场、鸡场的粪便和菌渣配制杨梅、油茶、脐橙有机肥,并将有机肥输送到长汀、宁化、瑞金等产区,同时在杨梅、油茶、脐橙种植产区引进特色产品精深加工生产线,形成“种—养—菌—肥—加”现代循环农业产业链,最终形成技术有效集成、产业有效集聚、富有区域特色的产业集群。

4)坚持区域系统理念,加强流域综合治理。赵其国[22]认为,引起一个地区水土流失的原因是多方面的,除地形、地质、气候、植被、土壤等自然因素外,归根到底是水、土、林、肥失衡的结果。建议在下一阶段的水土流失区治理中打破传统县域治理格局,以流域为单元,注重水、土、林、肥的协调,注重水土资源合理配置与友好环境建设,推动绿色发展。在水土流失区循环农业发展过程中,建议注重产业内部及产业之间的接口技术突破,包括:对于种植业,开展重要粮食作物和经济作物种植的“水、肥、药、能”的减量化技术、废弃物的再循环利用及污染物的综合防控技术研发;对于畜牧业,开展重要畜禽品种生产的“节饲”技术、畜禽粪便的资源化综合利用技术以及重金属残留的钝化技术研发;对于加工业,开展主要农产品的多层次综合加工利用技术以及加工废弃物“回流”到种植业或畜牧业的再利用技术研发。

5)创新治理开发机制,促进农业持续发展。在水土流失治理和循环农业发展过程中,建议注重利益驱动,建立有利于治理开发的机制。可按照“谁开发谁保护,谁受益谁获偿”的原则开展试点,鼓励家庭农场、农民合作社、农业企业等新型生产经营主体投入到山地治理与综合开发之中,促进水土流失治理成果的持续巩固和区域特色农业的持续发展,使农民在水土保持中实现增收,企业在水土保持中实现发展。

4 结束语

植被恢复和地力提升对水土流失治理具有重要意义。通过资源循环利用和农业综合开发,提升经济效益,这对于解决人口、资源与环境矛盾,巩固水土流失治理成果亦具有重要意义;因此,山区水土流失治理与循环农业综合开发是一个完整体系的2个层面,不仅相互联系,而且相互影响、相互促进。在下一阶段的水土流失治理过程中,建议加强水土保持与循环农业耦合,促进治理与开发紧密结合,实现在治理中开发,在开发中治理,通过有效治理与持续开发,优化构建“百姓富”与“生态美”有效统一的现代循环农业发展新格局,为福建省生态文明先行示范区建设贡献力量。