乡村产业发展中的废弃物类型及资源化利用模式

2023-10-21崔潇王永生

农业资源与环境学报 2023年5期

崔潇，王永生*

（1.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101；2.中国科学院大学资源与环境学院，北京 100049）

中国乡村发展已进入全面乡村振兴和城乡融合转型发展新阶段[1-2]，产业是乡村发展和振兴的基础，2018 年提出乡村振兴战略以来，乡村产业振兴成为实施乡村振兴战略的重要基础[3]，乡村产业由传统种植业、养殖业逐渐向种养加一体化转型，由单一型产业逐渐向“三产”融合的方向发展。但种植业、养殖业、加工业及旅游业等产业发展过程中产生的废弃物类型和数量不断增加，造成了一系列环境污染问题[4-5]，严重制约乡村系统的可持续发展。因此，亟需重视乡村产业发展中的废弃物资源化利用问题，确保乡村产业振兴中的资源高效利用和生态环境保护。我国是农业生产大国，随着农药、化肥等的大量使用，畜禽粪便和秸秆等由资源变为了废弃物或污染物，种植和养殖逐渐分离[6-7]，也带来了农业面源污染等问题，严重威胁区域生态环境[8-10]。与此同时，农药和化肥包装、废弃农膜、农产品加工副产物和农村生活垃圾等污染物的数量也日益增加[11]，导致农业发展面临着资源与环境的双重约束[12]。

乡村产业废弃物在一定程度上可视为放错地方的资源，废弃物资源化利用不仅可以解决环境污染问题，还可以缓解资源短缺，推进农业绿色发展。我国持续高度重视乡村废弃物资源化利用工作，“十三五”规划明确提出实施种养结合的循环农业示范工程，推动种养业废弃物资源化利用和无害化处理；“十四五”循环经济发展规划提出加强农林废弃物资源化利用、废旧农用物资回收利用，推行循环型农业发展模式。此外，我国相继出台了一系列法律法规和激励政策，并在理论、技术、模式和法律法规等方面开展了大量研究和示范工作，持续推进畜禽粪污治理、秸秆综合利用、农膜回收利用，并取得了显著成效。近年来，国内外围绕乡村废弃物资源化利用开展了大量研究，如沼气生产[13]、肥料或土壤改良剂制作[14-16]、工业原料生产[17]等利用方式研究，废弃物资源化利用潜力评估[18-20]、利用水平测算[21]等研究。但对于乡村产业转型升级和融合发展中的废弃物类型及演化特征、废弃物资源化利用模式等研究相对缺乏。

产业振兴是乡村发展的根本[22]，脱贫期间培育的初级种养产业，对增加农户收入、促进县域经济社会发展起到了重要作用。乡村振兴战略和“双碳”目标对乡村产业融合和绿色低碳发展提出了明确要求，既要求初级种养产业转型升级，又要提高产业发展中的废弃物资源化利用程度，促进资源循环利用，降低生态风险，统筹乡村产业发展、群众生活质量与生态环境保护问题。随着乡村产业的转型发展和国家政策的引导支持，家庭农场、龙头企业、村域联合体等产业发展及经营组织在乡村地区日益增多，县域产业链条不断延伸。因此，本文通过梳理国家在乡村废弃物资源化利用方面的相关政策和乡村产业发展历程中的废弃物类型及演化特征，在家庭、企业、村域、县域尺度提炼产业废弃物资源化利用典型模式，为提升资源利用效率、发展循环经济提供模式参考，为实现农业农村绿色低碳发展提供实践支持。

1 国家乡村废弃物资源化利用相关政策梳理

2004 年以来，中央一号文件及相关规划意见持续关注乡村废弃物资源化利用工作，根据政策的定位及重点，可划分为三个演进阶段（表1），即利用方式探索阶段（2004—2009 年）、关键技术研制阶段（2010—2013年）、绿色循环发展阶段（2014年至今）。

表1 我国乡村废弃物资源化利用相关政策Table 1 Summary of national rural waste resource utilization policies

（1）利用方式探索阶段

2005 年，中央一号文件提出，推行有机肥综合利用与无害化处理，支持养殖小区建设畜禽粪便和污水无害化处理设施，明确了废弃物无害化处理的总体方向。2006—2008 年的中央一号文件进一步明确了废弃物资源化利用方式，如开发以秸秆等为主要原料的生物质燃料、肥料、饲料，对秸秆进行气化、固化成型等，但对利用方式的区域适宜性问题缺乏要求。因此，2009 年，国家发改委、农业部印发《关于编制秸秆综合利用规划的指导意见》，要求根据区域资源禀赋、利用现状和发展潜力，明确秸秆开发利用的方向等。在此阶段，国家政策对乡村废弃物资源化利用方式的探索逐渐深化，从单一的无害化处理转向多元化利用方式，再到因地制宜制定差异化利用方式。

（2）关键技术研制阶段

2010 年，中央一号文件及《中国资源综合利用技术政策大纲》等文件要求，推进农林废弃物、生活废弃物、养殖废弃物等资源化利用方式的多元化发展，并对利用技术类别和参数等作出了具体要求。针对秸秆和畜禽粪便利用收储运输等关键环节，2011 年，《“十二五”资源综合利用指导意见》要求建设秸秆收储运体系和标准化畜禽养殖场，推广秸秆肥料、饲料、基料、原料和燃料化利用，推进畜禽生态养殖技术，并支持和鼓励资源化利用技术的研发，提高技术效果。在此阶段，国家高度重视乡村废弃物资源化利用问题，并支持开展相关调查研究、利用技术研究和管理实践探索，提倡对废弃物的就地处理和多元化利用，并研发推广集中治理技术，明确相关参数指标，对乡村废弃物资源化利用技术普及和应用起到了积极的作用。

（3）绿色循环发展阶段

2014 年，秸秆、畜禽粪便等乡村废弃物资源化利用被纳入到绿色循环发展和生态文明建设目标中。2015年和2016年的中央一号文件要求推广高效生态循环农业模式，推动种养结合、农牧循环发展，实施种养业废弃物资源化利用、无害化处理区域示范工程。随后，农业部、国家发改委、环境保护部等部委的相关政策文件也聚焦畜禽粪污、病死畜禽、作物秸秆、废旧农膜及废弃农药包装物等五类废弃物资源化利用的有效模式，推动实现减污降碳协同效应。在此阶段，乡村废弃物资源化利用被纳入国家循环经济和节能减排的环境综合治理框架，明确了乡村废弃物资源化利用的科学定位，深化农业循环经济发展，推进种植、养殖、农产品加工、生物质能、旅游康养等循环链接，鼓励一二三产业融合发展。

2 乡村产业发展中的废弃物类型

2.1 乡村产业废弃物属性

乡村产业废弃物有别于农业废弃物，是乡村种植业、养殖业、加工业及旅游业等产业发展过程中产生的废弃物总称。按照乡村产业类型，可将废弃物划分为种植业的作物秸秆、废枝、废渣废料、残体，废弃的农膜、化肥与农药包装、灌溉器材、农机具等，养殖业的畜禽粪污、病死畜禽等，农副产品加工业产生的废渣（酒糟、油渣、醋糟、麸皮）、废水等，以及旅游业产生的塑料制品、废纸、食物残渣等固体废弃物和污水等（表2）。

表2 乡村产业发展中的废弃物属性Table 2 The properties of waste in rural industrial development

种植业中的作物秸秆等有机废弃物富含氮、磷、钾和有机碳[23]，可以进行肥料化、饲料化、基料化等资源化利用，也可以挖掘其生物质能特征，生产固化成型燃料或生物天然气[24]，还可以利用其结构优势，进行原料化，生产秸秆工艺品、建筑材料等。但作物秸秆不合理的丢弃则可能排放碳、氢等温室气体元素，以及氮、磷等水体环境污染元素，导致生态环境问题。农膜、化肥与农药包装、农具等废弃物可通过回收等方式进行加工再利用，避免造成资源浪费、白色污染等问题[25]。

养殖业中的废弃物主要是畜禽粪污和病死的畜禽等，成分复杂，既含有氮、磷、钾等农业肥料养分，也含有动物性有机质生物成分，以及饲料中残留的粗脂肪、粗纤维、无氮浸出物等，还包括饲料和饮水中的各种微量元素、抗生素及兽药残留物、寄生虫等[26]。畜禽粪污的资源化利用方式主要为肥料化、饲料化、燃料化，病死的畜禽可进行副产品深加工，生产工业油脂、有机肥、无机碳等产品。若不进行有效处理，养殖废弃物中的大量致病菌会引发传染疾病，危害畜禽及人类健康。此外，致病菌、抗生素、重金属、水溶性有机物等将进入土壤和水体，并产生氨类物质，造成环境污染[27]。

农副产品加工业产生的废弃物主要包括酿酒业、制糖业、酿醋业、榨油业、面粉制造业等产生的酒糟、甘蔗渣和甜菜渣、醋糟、油渣、麸皮等，富含营养元素和活性物质，大多数可以进行饲料化、肥料化或精深加工，利用其生物质能源属性，可通过厌氧发酵等进行能源化。加工业废水则可通过清洁处理用作生态用水等，若直接排放，会释放出多种有毒有害物质，如大量有机物、营养盐、过酸或过碱等，不仅污染土壤和水体，还会造成经济损失和资源、能源浪费。

旅游业产生的废弃物主要包括塑料制品、废纸、食物残渣等固体废弃物及生活污水等。固体废弃物经分类收集，废纸、废布、废木、废金属、废塑料等可以回收再利用，食物残渣等有机垃圾则可通过堆肥或厌氧发酵生产有机肥、生物天然气、热电能源等。生活污水可进行清洁处理后作为生态用水等循环利用。良好的生态环境是发展乡村旅游的重要物质基础，固体废弃物不进行有效处理会滋生细菌、传播疾病、污染环境、破坏景观，游客的生活污水直接排入河道，将导致水体污染，影响作物生长和村民健康。

2.2 乡村产业发展中的废弃物产生机制

随着社会经济的不断发展和人类需求的不断提升，人地交互作用强度不断增加，农业作为乡村地区的基础产业，从谋求生存的原始农业阶段向自给自足的传统农业、高产的规模化农业、绿色农业发展。在农业转型发展的不同阶段，种植、养殖、加工、旅游等不同产业的结合程度差异明显，导致产业废弃物的数量、类型和利用程度存在差异（图1）。原始农业时期以“刀耕火种”为主，人类仅为谋求生存，种植和养殖水平较低，种养关系并不紧密，废弃物的类型和数量都很少，生产材料取于自然，废弃物归于自然。传统农业时期是自给自足的自然经济，种植和养殖规模有所提高，但生产力水平仍然较低，外部生产要素投入较低，种植、养殖废弃物数量和类型有所增加，但种植产生的秸秆大多作为养殖饲料和居民生活燃料，养殖产生的畜禽粪便大多用作农家肥料，实现种养部分结合，产生的废弃物对环境危害较小。20 世纪80 年代中后期，快速城镇化使农产品需求增加，种植和养殖规模不断扩大，农副产品加工、乡村旅游等产业快速兴起，化肥、农药、农膜等现代生产要素大量投入，导致秸秆、畜禽粪便等利用率快速下降，种植、养殖、加工、旅游等产业呈分离状态，产业废弃物数量和类型不断增多、成分更加复杂，给自然环境承载带来了巨大压力。21 世纪以来，随着产业的持续发展，废弃物数量和类型与日俱增，但可持续发展和绿色高质量发展成为统筹经济、社会和生态效益的重要内容，种养加旅结合、低碳循环等发展模式促进了产业废弃物的高效利用，有效降低了产业废弃物排放对资源环境的约束力。

图1 乡村产业发展中的废弃物产生机制Figure 1 Waste generation mechanism in rural industrial development

3 产业废弃物资源化利用典型模式

3.1 家庭初级种养循环

农户是乡村产业振兴的细胞，近年来，庭院经济不断发展，废弃物的资源利用难题也逐渐凸显。猪-沼-果、猪-沼-菜、猪-沼-粮等家庭型初级种养循环模式是我国生态农业、循环农业发展过程中的经典模式，有效实现了家庭养殖和小农种植的资源循环和高效利用。例如，猪-沼-果模式以家庭为基本单元进行标准化养殖生产，人畜禽粪污、作物秸秆等废弃物通过沼气池发酵生产沼气、沼渣和沼液。其中，沼液和沼渣可以作为果树等种植的有机肥料，种植产生的秸秆、作物残体等通过粉碎、青贮，与沼液、沼渣一同用作畜禽养殖的饲料，实现了种养循环。此外，发酵沼气可以作为家庭燃料用于做饭、照明。家庭型初级种养循环模式体现基本的种养循环机制，通过畜禽粪便综合利用技术（制作有机肥料、饲料及沼气能源）、秸秆综合利用技术（有机肥加工、饲料加工）等，实现了种养结合，提升了资源利用率（图2）。

图2 家庭型初级种养循环模式Figure 2 Family primary planting and breeding cycle model

3.2 企业种养加循环

龙头企业是乡村产业振兴的重要载体，在种养加产业发展过程中，废弃物资源化利用技术的研制与创新，有助于促进产业废弃物的资源化利用。例如，山东滨州中裕食品有限公司围绕小麦种植，通过产品生产的全过程实现物质闭合循环，将小麦种植、食品加工、生猪养殖、产业废弃物综合利用有机融合，实现了资源的循环利用（图3）。

图3 企业型种养加循环模式Figure 3 Enterprise planting，breeding and processing cycle model

企业种养加循环模式能有效解决生产过程中的废弃物资源化利用问题，利用生态养殖与生物质能源化利用向上承接种植环节的作物秸秆，加工环节的麸皮、酒糟等废弃物，向下承续肉食加工、热能电能供给、有机肥料还田，实现物质从源到汇的闭合循环，不仅大幅提高了经济效益，还解决了加工、养殖过程中的污染问题，实现经济效益与生态效益的有机统一。

3.3 多村产业联合体循环

村集体经济是带动农民增收、促进乡村产业振兴的重要手段，村域经济组织通过交流与合作，实现了村域产业联合发展及废弃物的循环利用。例如，宁夏隆德县凤岭乡在发展壮大村级集体经济过程中，按照“以强带弱、多元发展、互促互补、供需关联”的思路，整合农村资产资源，创新形成多村统筹产业联合体循环模式（图4）。

图4 村域型多村产业联合体循环模式Figure 4 Multi-village industrial consortium cycle model

凤岭乡依托各村小杂粮种植产物建设醋厂（李士村）、油坊（李士村）和杂粮磨坊（李士村、冯碑村）；将产生的醋糟、油渣、麸皮等加工业废弃物与青贮玉米种植产物转化为畜禽饲料，供应养牛场（薛岔村、冯碑村、卜岔村、于河村、齐岔村、齐兴村）、养禽场（卜岔村）、养鸽场（齐兴村）、鱼塘（薛岔村）等产业发展；将畜禽粪污等养殖业废弃物发酵形成有机肥料，用于小杂粮、青贮玉米等种植业发展。

多村产业联合体循环模式有利于形成多元化产业发展格局，将某一村或某一产业的废弃物转变为另一个村或另一个产业的原料，在村域尺度实现了物质、能量、资源的有效循环，对促进产业兴旺、生态宜居和生活富裕，实现乡村振兴具有重要的实践参考价值。

3.4 县域产业融合循环

产业融合发展是全面推进乡村振兴和农业现代化的重要支撑，依托县域产业链条延伸，形成县域产业融合循环模式，实现资源的高效循环利用。例如，陕西省榆林市佳县围绕红枣全产业链发展和废弃物资源化利用，创新形成了县域型种养加产业融合循环模式（图5）。红枣是佳县的主导产业，红枣种植产生的枣木废枝可作为香菇栽培业的菌棒原料，废弃的菌棒等废渣经过发酵处理，可用作牛、羊、猪等牲畜养殖饲料，养殖粪污是红枣种植的有机肥料。此外，红枣加工过程中产生的残次枣、酒糟等废弃物用作配方饲料用于养殖业发展，形成了产品加工链的循环。榆林佳县种养加产业融合循环模式遵循减量化、再利用、资源化的循环经济发展原则，实现红枣产业的绿色低碳发展，促进了各产业之间物质、能量、资源的有效循环，提高了物质资源的循环利用效率。

4 讨论

国家政策是引导乡村产业废弃物资源化利用的有力保障，我国乡村废弃物资源化利用的相关政策经历了利用方式探索、关键技术研制和绿色循环发展3个阶段，并在家庭、企业、村域、县域层面形成了典型的产业废弃物资源化利用模式。但个别政策存在针对性不强、适宜性较差、财政补贴激励不足等问题[28]，随着乡村产业振兴的持续推进，应不断总结乡村产业转型升级及融合发展过程中的废弃物资源化利用模式，并创新相关技术推广机制、完善政策补贴方式、健全法律法规等，充分调动乡村产业废弃物处理的积极性。①家庭层面，完善人畜粪污的转运及处理体系，推进落实秸秆还田、增施有机肥等相关补贴，促进个体农业中的种植业与养殖业废弃物资源化利用；②企业层面，加强对企业沼气工程、秸秆能源化利用等工程建设的支持力度，并对相关终端产品实施价格调整和补贴政策[29]，鼓励企业进行废弃物资源化利用的技术研究和模式创新，提升企业在乡村产业振兴和生态宜居中的纽带作用；③村域层面，充分利用专业合作社、村集体经济等扶贫产业组织的重要载体作用，加强村内及跨村经济组织的交流与合作，实现废弃物的循环利用，促进村域产业发展的经济、社会、生态功能耦合[30-31]；④县域层面，依托县域产业链条延伸，构建全产业融合生态循环，提高产品附加值，发挥宏观层面的产业引领、技术推广和模式示范作用。

资源化技术研发与推广、循环利用模式创建与示范是乡村产业废弃物资源化利用的关键，也是实现农业可持续发展的重要支撑[32]。①促进产学研政企深度融合，为废弃物资源化利用提供专业人才、关键技术和决策支持[33]，并以高校、科研院所、农技推广站等作为基础和纽带对典型模式进行宣传推广，强化推广应用与集成示范作用；②积极探索乡村产业废弃物的高值化利用途径，不断拓宽利用模式，探索技术创新，促进废弃物综合利用多元化发展；③明确乡村产业废弃物资源化利用典型模式中的关键要素与相关参数，推进定量化、模型化研究，形成可持续、可复制、可推广的废弃物资源化利用绿色循环模式。

农民是乡村产业废弃物资源化利用的主体和执行者，加强农民的生态环保意识和资源化利用行为，对废弃物资源化利用具有明显的促进作用[34]。农民对废弃物资源化利用和环保意识相对欠缺，过度追求产业发展的经济效益，加上受教育程度有限，在一定程度上制约了新技术的应用。此外，新技术的参与成本、认知程度、规制政策等也在一定程度上影响了农民的积极性[35]。因此，应加大宣传力度，加强农民对循环经济、废弃物资源化利用和环境保护重要性的理解与认识，逐渐改变农民传统的生产生活方式和观念意识，增强对农业废弃物资源化利用的环境价值、社会价值及经济价值认知[36]，激发农民的主体参与意识[37]；积极推进新型职业农民培训，提升农民整体的农业素养，培育具有新理念、新技能的新型农民。

产业振兴是乡村振兴的基础和重点，县域是推动乡村振兴的基本单元。本文围绕乡村产业转型升级过程中的废弃物资源化利用问题，梳理了家庭初级种养循环、企业种养加循环、多村产业联合体循环、县域产业融合循环4 种废弃物资源化利用模式，但我国废弃物资源化利用的地域模式较多，例如吉林省秸秆-肉牛-草生菌种养循环模式，政府引导、协会参与、企业主体的昆山合纵模式，辽宁省生猪养殖+土壤改良基质+复合微生物肥料+有机液态肥料+玉米种植+饲料加工+林业果树种植七位一体的区域生态循环农业技术模式等，未来要基于区域、流域、跨区域等尺度梳理典型模式，并研究不同尺度下废弃物资源化利用的能值流动关键参数，推进定量化、参数化研究，推进乡村资源可持续利用和绿色低碳循环发展。