村庄生态循环模型构建及在美丽乡村规划中的应用

王林莹,王付根,张博雅,闫 华,徐学东*

1.山东农业大学 水利土木工程学院,山东 泰安 271018

2.山东省村镇住宅工程技术研究中心,山东 泰安 271018

3.泰安市城市建设设计院,山东 泰安 271000

村庄生态循环模型构建及在美丽乡村规划中的应用

王林莹1,2,王付根1,2,张博雅1,2,闫 华3,徐学东1,2*

1.山东农业大学 水利土木工程学院,山东 泰安 271018

2.山东省村镇住宅工程技术研究中心,山东 泰安 271018

3.泰安市城市建设设计院,山东 泰安 271000

该文基于美丽村庄建设，围绕农村村域生态循环构建理论，坚持3R原则，在调查我国农村现状的基础上，采用实地调查研究法、文献分析法、数据分析法及资料调查法，提出一种适合我国农村发展及规划的技术，并建立一套适合我国农村规划的技术体系，实现农村村域经济效益、社会效益及生态效益的有机统一。并以全国生态文明示范镇楼德镇为例。

村域废弃物;规划技术;生态循环;资源化

农村的建设和发展是国家发展的重要组成部分，建设和发展的前提是规划，而我国农村在规划方面的现状是：无规划、缺规划或规划后不能满足农业、农村的发展需要和农民的物质文化需求。由此导致的农村环境脏、乱、差；农民生活的物质文明和精神文明发展不协调；农业废弃物大量积累，加之低效利用且闲置状况严重，产生的资源浪费、环境问题和生态问题日趋严重；但是在农村发展过程中一直没有找到一种合理的适合我国的解决方式。本文对适合我国农村发展的废弃资源的生态循环及废弃资源减量化、资源化、无害化处理和量化分析进行探讨研究；对把握资源、人口、产业、基础设施及生态环境间的关系；对推动农村村域废弃物“资源化”、“商品化”、“产业化”的进程；促进农村与生态环境协调发展、可持续发展中发挥重要作用。

据统计，目前我国秸秆年产量超过8亿t，其中可回收的秸秆资源约7亿t，蔬菜废弃物1.0亿t、农村生活垃圾和人畜粪便26亿t、肉类加工厂和农作物加工场废弃物1.5亿t、其他有机废弃物约有0.5亿t。可回收的秸秆资源中，直接还田的约15.0%，用于生产动物饲料的约30.7%，用于工业能源的约17.9%，用于材料制备等其他项目领域的仅占5.25%（其中用作造纸等工业原料量约占2.6%），直接废弃燃烧的秸秆资源比例高达31.6%[1,2]。据调查，农村平均每人每天生活垃圾制造量为0.8 kg，我国农村一年的生活垃圾量接近3亿t[3]。村内有较多小面积的闲置地没有被利用。畜禽粪便露天存放，污染空气和环境，而且大部分没有充分腐熟就直接用于农田，少部分直接丢弃。与废弃物生产总量相比，我国废弃物资源利用比例很低。绝大部分的废弃资源闲置状况严重，且引发了严重的资源浪费、环境问题及生态问题，少部分废弃物的利用方式也是简单粗放、利用效率低。

农村村域废弃资源产量大、来源广，但粗放的处理方式对生态、环境及人们的健康有很多明显的及潜在的危害。燃烧畜禽粪便、秸秆以及生活垃圾的过程中产生大量的二氧化碳、二氧化硫、甲烷、氯化氢、一氧化氮、二氧化氮及苯并芘（致癌物质）等有害气体严重污染了大气环境。畜禽粪便中含有很多的病原菌、寄生虫卵和重金属等，未经处理，随意排放，造成严重的水污染，特别是农村地区，有的地方还延续直接饮用地下水的习惯，存在很多的健康隐患。直接用秸秆作燃料利用了其能量的1/10[4]，其大部分能量、有机质及矿物盐类都被浪费；粪便不经处理，直接排放，给周边的土壤、地下水、空气质量及群众健康都带来了极大危害，严重影响周边群众的生产生活安全。

1 村域废弃资源生态循环构建

1.1 模式构建技术路线

以村庄、农田、养殖厂为支点，以堆肥厂为中心将村域废弃资源紧密结合，进行全面综合利用，遵循全面性、层次性、相关性、可操作性等原则，结合可持续发展、生态农业、循环农业、现代农业及美丽乡村的综合评价指标体系，依据区域发展理论[5]系统理论[6]与生态循环理论将各部分再分别细化处理，实现废弃物减量化、资源化。

1.2 模式构建的方法

结合我国美丽乡村的特点及其产业特征和循环经济的背景，围绕改善村域生态环境、对废弃物的减量化、资源化、无害化处理的主题，通过运用生态循环理论技术进行深度调研。充分了解当地地理位置、村容村貌建设现状；调查分析本地人口结构及现状；检测农用地、林地、果园土样情况，土壤改良的主要问题是资源短缺和土壤污染；统计当地粮食作物，经济作物及产生的废弃物量，人和畜禽粪便量；调查了解村民生活垃圾的组成成分及产量。对以上项目定量化统计分析研究的基础上，将废弃资源转化为生产及生活所需要的物资，并结合土样检测结果、生态环境调查现状综合分析评价进行资源配置。以技术创新为动力，以保护农村村域环境为目的，通过模式的确立与运行，不断加强企业、农民等实施主体的环保意识，优化产业结构，改进运作机制[7]

图1 生态循环模式构建路线Fig.1 The route of the ecological cycle model construction

1.3 模式构建的影响因子

基于村域废弃物建立的生态循环系统我国南北方废弃物有一定的差异，废弃物的组成上也有一定的差异，但在生态循环上差异较小，因此生态循环构建系统的影响因子相同。影响因子是多方面的如：生态循环组建区域，村域资源合理配置单位应为片区即几个或几十个村庄或一个或几个镇一起合作组建区域生态循环模式；废弃物的产量，废弃物的产量影响到产品的量，例如，一个镇生产的有机肥是不是足以改良全镇的土壤；各地政府的执行力度，生态循环的构建需要政府的推动，其执行力度与人民群众的沟通及配合是循环构建的关键；科技水平的程度影响整个生态循环的质量；各地区人民的文化程度、素质及态度等，对生态循环的构建有直接的影响。

图2 生态循环构建图Fig.2 Construction of ecological cycle

此循环是对生态、环境、食品安全、有益于人身体健康的良性循环，土壤环境逐步得到改善，水资源在一定程度上得到保护，生物质能源被充分利用，粮食作物和经济作物向着产量大、品质优的方向发展，畜牧业逐渐良性发展。生态循环的构建是一个长期的过程，循环的过程中，各个项目都会得到提升和改善是一种良性循环。同时也带动当地的经济发展，创造更多的工作岗位。循环的构建已具有有力的技术支撑，可形成一定的产业模式，是带动村民就业的有效途径，在一定程度上缓解了留守儿童和留守老人的问题。

1.4 模式构建的要素

政府：政府在模式构建中起着主导作用。政府对整个循环模式构建的各方面的保障和促进有决定性；其在整个过程中对科技的投入，产业布局的调整，生产方式的变革，经济结构的调整，激励机制的制定占主导。

群众：人民群众是实施的主体，是推动整个生态循环的最直接参与者，其接受生态循环并具体实施的素质，直接影响到生态循环构建的力度。例如，农户对可堆肥垃圾与不可堆肥垃圾初分类。

经济：经济是生态循环构建的保障，循环的构建需要建设堆肥厂、生物质燃料厂等基础设施，其后期的研究与开发、服务与培训等有经济的保障，生态循环才能顺利的循环运行起来。

技术：生态循环需要科学技术的支撑。在整个生态循环周而复始的循环过程中，技术的水平到工艺的革新再到产品的革新，整个循环的全面规划、合理布局、综合利用等都需要科学技术的支撑。

为了更好地将循环实施开展，加强村民的环保意识，丰富村民对生态循环构建的认识，逐步提高村民的文化、素质，鼓励村民垃圾分类收集，并由政府实施一定的扶持政策，制定补贴机制，让村民逐步熟悉习惯垃圾分类收集。目前，广大农民要更大规模、更多方式开展村域废弃物资源化利用，其一次性投资成本较高，单靠农民自身难以全面解决[8]。同时，政府要加大对生态循环构建的宣传，让村民认清村域废弃物经过有效的处理可以转化为肥料、燃料、饲料、建材等有价值的资源，实现经济效益、社会效益及生态效益的有机统一。

2 村域废弃资源量化分析

考虑村域废弃资源有区域性、季节性、复杂性的特点，废弃资源的量化分析宜采用每个村庄分发调查表的方式来统计。结合当地村委和有经验对村庄、种植、各作物及秸秆产量熟悉的村民完成调查表格，对当地的秸秆、粪便、生活垃圾、建筑垃圾进行统计，村庄的闲置地在村域图中标出。然后，统一将调查表格回收，利用文献研究法及资料调查法，核实其数据的准确程度，并对村域资源进行评价分析。

E—废弃资源总量；Ei—各类废弃资源量（例如：1-秸秆；2-粪便；3-建筑垃圾；4-生活垃圾；5-其他）。

3 资源配置

废弃资源流动模式为：废弃物-合理配置-生产加工-可利用资源。废弃资源的配置怎样实现效用最大化；怎样形成资源节约型、环境友好型的一种区域资源循环网络；怎样将对环境污染的负荷降到最低；这就要求对资源的配置科学合理。资源配置应遵循以下原则：

（1）坚持3R原则[9]

（2）整体、协调、循环、再生原则

（3）过程中严格控制有毒有害物质的使用，清洁生产

废弃资源及产出的可利用资源的配置应考虑到村庄特点、生态规律，自然资源量、环境容量。同时，要了解当地居民的要求，考虑当地资源特点、生态环境现状、现有科技水平及经济水平。结合当地政府的规划进行资源配置。

4 案例分析

该生态循环模式已于2016年应用于山东省泰安市新泰市楼德镇（全国生态文明示范镇）。

4.1 现状调查

4.1.1 人口结构及地域特点（2015） 楼德人口结构正常，常年外出人员占总人口的13%，楼德镇外出人员比例不算高，留守人员人口结构合理，大多数村民的经济来源为农业收入，以种植粮食作物和经济作物为主，而且楼德大力发展蔬菜种植，楼德土壤存在着污染及改良土壤的资源短缺等问题，所以将大量有机垃圾堆肥，有机肥料中的有机物质是改良土壤、培肥地力不可替代、不可缺少的物质，长期施用有机肥料可增加土壤微生物数量，提高土壤有机质含量，改善土壤理化性状[10]，提升农作物及经济作物质量，提高其产量。有机垃圾堆肥是利民良策，也是资源配置要考虑的重要方面。

4.1.2 各废弃物量统计

表1 2015年全镇废弃物统计表Table 1 Waste materials in all town in 2015

4.1.3 土壤检测现状 酸碱性：土壤酸碱性与农用化肥施用量关系紧密，施用过多化肥（如尿素）会使土壤逐渐变为酸性，土壤肥力下降，因此需要使用更多化肥；每年使用一定量的地膜覆盖，鲜有回收，如此恶性循环，导致土壤状况越来越差。经检测，楼德镇全镇土地普遍呈酸性，极少部分呈碱性，酸碱性处于正常值的耕地占有面积小于10%，且呈零星分布（如图3）。

全氮含量：全氮含量与土壤肥力呈正比，表征土壤供氮潜力大小。经检测，楼德镇全镇土地绝大部分耕地全氮含量低，少数地块全氮含量正常，极少数地块全氮含量高出正常值。

速效磷、速效钾含量：土壤中的速效磷（钾）是指能为当季作物吸收利用的磷（钾），速效磷（钾）的含量是土壤磷（钾）素供应的指标。经检测，楼德镇全镇几乎所有耕地速效磷含量超出正常值，极少数耕地速效磷含量低于正常范围；速效钾的含量都超出了正常范围，主要原因是农用化肥施用量过度。

有机质含量：土壤有机质是指存在于土壤中的所含碳的有机物质，对土壤形成、土壤肥力、环境保护及农林业可持续发展等方面都有着极其重要作用的意义。楼德镇全镇绝大部分耕地有机质的含量也低于正常范围，只有极个别的地块有机质含量正常，土壤现状堪忧。

图3 楼德土壤pH值状况分布Fig.3 The distribution of pH in soil of Loude

图4 楼德全镇土壤各指标检测对比Fig.4 Comparison of soil indicators of the town of Loude

将楼德镇按东西南北中方位划分，由分析得知各方位土壤各指标平均值与标准值比较结果（如图4），土壤有机质严重缺乏，土壤普遍呈酸性，全氮含量大部分耕地低于标准值，速效磷、速效钾含量超标严重。现在耕地使用化肥用量越来越大，作物产量和品质越来越低。大量使用化肥造成的土壤肥力降低，土壤板结严重，土壤质量严重下降等问题。改良土壤迫切而紧要。经过对楼德镇农村的实地调查发现多数农户认为农业废弃物若能实现转化利用，具有较大的资源价值与潜力。

4.2 生态循环模型构建

依据数据分析的基础，将农业生产和居民生活的废弃物得到基于现有条件的循环利用及最大化利用。以村庄、农田、养殖厂为基本支点，以堆肥厂为中心，整合各种关系，进行了生态循环模式构建（如图5）。

图5 生态循环模式Fig.5 Ecological cycle model

根据当地村民意愿及政府规划结合当地资源特点、生态环境现状、现有科技水平及经济水平对当地废弃资源进行配置，生态循环及资源配置如表2。

表2 2015年全镇废弃数量及分布Table 2 Wastes and allocation in all town in 2015

根据楼德镇大面积种植蔬菜大棚的现状，经检测分析及统计后，解决土壤有机质缺乏的问题是关键，所以大部分的有机废弃资源用作堆肥。经统计楼德镇有农用地12万亩，每亩每年需1.5 t有机肥改良土壤，需18万t有机肥，规划后生产的有机肥的量，在不建议对外出售情况下，可供8.6万亩农田使用。

根据当地需要，规划建堆肥厂5个（每个年产4万t），建生物质燃料厂2个（每个年产1万t），建秸秆混凝土民房10个，建公厕54个（包括9个水冲厕所，45个旱厕）。

规划后：恢复村内闲置地（绿化种植）37.5亩；规划利用秸秆12.65万t/年；人畜粪便7.4万t/年；处理建筑垃圾3.6万t/年；处理可堆肥垃圾1.4万t/年；处理不可堆肥垃圾0.6万t/年；治理坑塘河道436.35亩；规划道路331626.7 m2；绿化提升216亩。楼德镇每年处理农村垃圾2万吨，经过堆肥处理，垃圾处理厂少处理70%的农村垃圾，产生1.4万t的有机肥。

5 结论

本研究符合美丽村庄建设，基于生态循环理论，采用实地调查研究及文献分析法，结合可持续农业、循环农业、生态农业及现代农业理论体系，系统的构建了一套适合我国农村村域发展规划的技术方法及理论体系，并系统的对村域废弃物进行评价、量化分析、资源化、无害化处理，为我国农村发展规划提供理论及技术支撑。

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[3]徐学东.新型城镇化背景下的村镇规划与美丽村庄建设[M].北京:中国城市出版社,2015

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The Establishment of the Ecocycle Model in Village and Its Application in the Beautiful Countryside Planning

WANG Lin-ying1,2,WANG Fu-gen1,2,ZHANG Bo-ya1,2,YAN Hua3,XU Xue-dong1,2*
1.College of Water Conservancy and Civil Engineering/Shandong Agricultural University,Tai’an271018,China
2.Shandong Province Rural Residential Engineering Technology Research Center,Tai‘an271018,China
3.Tai’an Urban Construction Design Institute,Tai’an271000,China

This paper based on the construction of the beautiful village,rural village construction around the ecological cycle theory,adhered to the principle of 3R,on the basis of the research of rural China,used field investigation method,literature analysis,data analysis and investigation,put forward a suitable for China'srural development and planning technology to establish a set of suitable for China'srural planning system,to achieve the organic unity of rural village of economic benefit,social benefit and ecological benefit.This paper takes the national ecological civilization demonstration town---Loude as an example.

Village waste;planning technology;ecological cycle;recycling

F323.22

A

1000-2324(2017)05-0740-05

2017-03-05

2017-03-16

“十二五”国家科技支撑计划课题:低成本村镇基础设施与环境建设技术研究与示范(2014BAL04B05)

王林莹(1991-),女,硕士研究生,研究方向为设施技术与项目管理.E-mail:18854808535@139.com

*通讯作者:Author for correspondence.E-mail:xdxu2007@163.com