【产业分析】如何加快“三农”废弃物资源化利用一、背景：“三农”废弃物危害与资源化开发意义
我国已经明确提出了“加快转变农业发展方式,让农业更强、农民更富、农村更美”的美好愿景。然而，在自给自足的传统农业向集约化、专业化和规模化现代农业转变的过程中，伴随农业产出水平的提高，传统体制下所积攒起来的众多矛盾正在显现。
以“三农”废弃物为例。“三农”废弃物主要指农村生活垃圾、农业废弃物、林业废弃物以及畜禽粪便等。农村生活垃圾主要包括厨余垃圾、废旧塑料、废纸以及灰渣等；农业废弃物主要包括农作物秸秆与农产品加工剩余物；林业剩余物包括森林采伐、木材加工剩余物及育林剪枝等；畜禽粪便是指牛、羊、猪、家禽等畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。
根据相关数据的调查显示，在农业方面，我国每年农业废弃物产出量高达40多亿t，是国际上农业废弃物产出量最多的国家。
“三农”废弃物危害由来已久。秸秆焚烧行为已成“雾霾元凶”之一，并屡禁不止；畜禽粪便污染导致水质恶化，湖泊河流富营养化，重金属、抗生素集聚超标，土壤板结盐碱化，畜禽病原微生物和寄生虫病严重威胁人类健康，大型反刍动物排放的甲烷也是造成温室效应的重要因素；农村生活垃圾由于缺乏有效的处理设施和运行管理机制，随意堆放、就地焚烧。食品袋、塑料袋、农膜、化肥袋、农药包装物……等，越来越多的工业废弃物在农村逐步累积，已对农村生态环境造成了严重威胁。
“三农”废弃物数量大、分布广，若不加以合理处置、利用，不仅是一种资源浪费，还会对环境产生严重污染。合理开发利用农业废弃物资源有利于人与自然和谐发展，既可减少农业面源污染，又可改善农村环境条件，提高农民生活质量，符合科学发展观和循环经济理念。因此，结合新农村建设、美丽乡村建设、农村扶贫工作，协同考虑农村环境、能源、资源，以实现美丽农村并确立农业可持续发展新格局为目标，开展“三农”废弃物资源化利用有不可低估的意义。
目前国家正在大力推动农业供给侧改革，农业污染减排和治理是这一改革的重要内容之一。近年来，中国农业污染排放量已经远远超越工业污染排放量，并成为环境污染的主要来源。畜禽养殖污染对化学需氧量（COD）的贡献率为77.9%,成为COD主要污染源;化肥过量施用对总氮（TN）、总磷（TP）的贡献率分别为83.4%、71.7%，成为TN、TP的主要污染源。未来农业面源污染排放量还会伴随经济增长而上升。
2014年生效的《畜禽规模养殖污染防治条例》是中国农村和农业环保领域第一部国家级行政法规，是农业农村环保制度建设的里程碑。该条例的出台也标志着畜禽养殖污染控制的政策目标从单纯的污染控制目标向促进畜禽养殖业健康发展、推动化肥减量使用，实现种植与养殖业可持续发展等综合目标方向转变，具有十分深远的意义。
2015年以来，结合“十三五”发展规划的制定，国务院及农业、环保相关部委密集出台关于畜禽养殖污染治理的规划与文件，如《水污染防治行动计划》、《关于推进农业废弃物资源化利用试点的方案》、《关于打好农业面源污染防治攻坚战的实施意见》、《关于促进南方水网地区生猪养殖布局调整优化的指导意见》、《国务院办公厅关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》以及环保部、农业部联合印发的《畜禽养殖禁养区划定技术指南》等。这些规划与文件从畜禽养殖污染的源头减量、过程控制、资源化利用等方面形成了较为系统的畜禽养殖污染防治政策体系，并突出“农牧结合、循环利用”的治理新思路。
农业发展面临的生态环境和资源条件“紧箍咒”越来越紧，迫切需要重视农业废弃物的资源化循环利用，搭建闭合循环链条，实现资源利用效率的提升以及生态环境的可持续发展。
党的十八届五中全会提出了创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念，明确指出要“推动粮经饲统筹、农林牧渔结合、“种-养-加”一体、一二三产业融合发展，走产出高效、产品安全、资源节约、环境友好的农业现代化道路。”
中共中央国务院《关于落实发展新理念加快农业现代化实现全面小康目标的若干意见》也要求“实施种养结合循环农业示范工程”。
《循环经济促进法》、《中共中央国务院关于加快推进生态文明建设的意见》、《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议》《全国农业现代化规划（2016-2020年）》、《全国农业可持续发展规划（2015-2030年）》、《耕地草原河湖修养生息规划（2016-2030年）》、《到2020年化肥使用量零增长行动》《到2020年农药使用量零增长行动》、《农业绿色发展五大行动》等都要求，深刻认识和科学解决存在的问题，推动农业绿色发展。
循环农业是在保护农业生态环境和充分利用高新技术的基础上，调整和优化农业生态系统内部结构及产业结构，提高农业系统物质能量的多级循环利用，将农业副产物或废弃物转变为资源，最大程度地减轻环境污染，使农业生产经济活动真正纳入到农业生态系统之中，实现生态的良性循环与农业的可持续发展。
土壤质量下降、化肥高量施用、畜禽粪污排放造成环境污染……这些难题不是单纯的技术问题，很难通过单一技术手段解决，必须通过生产方式变革、整体方案设计、系列技术突破和技术集成来解决。
基于环境改善和产业进化双重驱动，通过技术集成、装备，自主创新，将传统的种植、养殖产业、现代农业科技与先进农业生产设施有机结合起来，运用现代农业科技和先进设备将原本孤立的种植、养殖单位有机整合，可以探索出一条“种-养-加”一体化的循环农业节能减排与综合利用新模式。如下图。
（一）无公害农作物种植
科学轮作产生的经济与生态效益非常可观：第一，可以防治草害、病虫害。作物的大部分病害，比如西瓜的蔓割病、烟草的黑腔病、香豆的根腐病等等都是以土壤作为介质来侵染的。如果将感病的非寄主作物与寄主作物进行轮作，就可以减少甚至消灭土壤里这种病菌的数目，遏制作物病害。对于那些危害农作物根部的害虫，轮种一种或多种不感虫的农作物之后，可以减少虫卵在土壤中的数量，减轻作物虫害。合理轮作也是一条综合防杂草的主要途径，因为不同的作物在栽培过程中运用到的农业措施不同，对杂草就有着不同的防除和抑制作用。比如密植谷类作物，在封垄之后会在一定程度上抑制杂草。如棉花、玉米等中耕作物，在中耕时会有灭草的作用。一些寄生或伴生性的杂草，比如豆科作物间的宽丝子、小麦间的燕麦草，轮作之后由于没了寄主或伴生作物，就会受到一定抑制作用或者被消灭。旱种可以抑制水旱轮作中的草害，而水俺迫使一些旱生型的杂草丧失了发芽的能力。
其次，有利于作物均衡利用土壤的养分。每种作物在土壤中吸收到各养分数量与比例是各不相同的。比如豆科类的作物对硅的吸收极少，而对钙的吸收较多。因此，两种类型的作物轮换来种植，可以避免土壤养分的片面消耗，保证其被均衡利用。
最后，能够提升土壤的肥力。多年生的牧草与谷类作物根群，能够疏松土壤、改良土质量；油料作物和绿肥作物，可以增加土壤的有机质来源。此外，就是根系伸长程度不同作物的轮种，深根的作物能够利用浅根作物溶脱下来的养分，还能吸收深层土壤养分再转移到有着密集根系的耕作层。与此同时，轮作也可以利用根瘤菌能够固氮的特性，来添补土壤的氮素，比如大豆与花生可以亩均固氮大约6-8公斤，多年生的牧草豆科可以固到氮的数量就更多。水旱轮作能够改良土壤生态环境，能够增多水地的非毛管孔隙，可以提升复原氧化电位，还能对土壤的通气以及有机质的分解十分有益，还可以增长土壤的有益微生物的繁殖数量。
测土配方通过把土壤鉴定以及化学肥料土地测试作根基，依据作物对土壤养分的需求以及土壤养分供应能力与肥料效应，先合理施用有机肥料，再制定氮、钾、磷以及中微量元素肥料的施用量、施用方法、施用时期等自动化、智能化施肥技术体系。
缓控释肥因其释速与农作物吃肥特征同步，能提升肥料利用率，已被广泛接受。缓控释肥的用途相当广泛，它既可作基肥、追肥，亦可作种肥施用。作为基肥施用时，要根据不同作物施肥特点，规划合适的配方，并且在各个作物需肥时期，按农作物需肥特点释放。作为追肥，也是要按照作物需肥时间制定不同的肥料配方，加工制作出专用于追肥的智能肥料。
我国是世界上消耗化肥最多的国家，平均每年消耗超过6000万t，占世界化肥总消耗的35%。采用新型肥料，替代化肥使用，而不影响产量的技术正在成为潮流。新型肥料伴随有机、绿色生态、可持续发展农业孕育而生并茁壮成长。新型肥料主要作用是：能够直接或间接地为作物提供必需的营养成分；调节土壤酸碱度，改良土壤结构，改善土壤理化性质和生物学性质；调节或改善作物的生长机制，提高作物的抗病虫、抗旱涝、抗早衰等抗逆性；改善肥料品质和性质，提高肥料的利用率；改善和提高产品品质和产量；其产品完全符合有机、生态、绿色农业的质量标准要求，是农业可持续发展的重要保证。
开发利用边际土地。大量的退化土地、荒山荒坡、盐矿地、荒漠、戈壁滩、湿地、废气矿山等可以采取技术手段使其变为有用的土地。主要包括以下技术：坡耕地高效农业技术、退耕还林还草技术、盐矿地综合治理技术、矿山复垦技术、沙漠固定技术、土地整理技术、绿洲农业技术、人工湿地与景观设计技术等。
原位除臭技术是指在堆肥中直接添加除臭菌剂，利用某些微生物在代谢过程中可利用臭气成分，或可抑制产臭的微生物的代谢活动等特点，达到除臭目的。一般除臭菌剂由多种功能微生物经过发酵复配制成，由于菌群组成、代谢类型、呼吸类型及作用功能多样，复合微生物除臭菌剂具有对环境适应能力强，应用范围广，除臭效果较持久等优点。
异位除臭技术通过负压系统将堆肥所产生的臭气收集，传送至除臭滤塔（池）中集中脱除的技术，除臭过程主要采用生物过滤法、生物滴滤池法和生物洗涤法三种方式。生物过滤法使用具有恶臭物质吸附功能并附着功能微生物的填料除臭。臭气组分吸附于填料后，被微生物降解，达到除臭目的。生物滤池法可使臭气物质消除80%以上。生物滴滤池法与生物过滤法类似，其区别在于使用的填充物为选用惰性材料，顶部设有喷淋装置。除臭时，功能菌液从顶部喷淋下来，并逐步流过滴滤塔填料，实现臭气去除。生物洗涤法是一个悬浮活性污泥处理系统，通过生物悬浮液和生化反应器两步对臭气进行降解脱除，对水溶性恶臭物质脱除效率高。
（1）计算机视觉技术。计算机视觉技术就是利用图像传感器获得物体图像，再把图像转化为数据阵，利用计算机分析，完成与视觉相关任务。在农产品分级处理方面，利用计算机视觉技术，可以开展鲜果等农产品表面缺损的监测；根据形状、大小、颜色，对进行进行自动分级，能大大节省人、财与物力。
接纳养殖场全部粪尿处理；粪污发酵、沼气净化和储存及能源配送网络；沼气发电、冷热电三联供；沼液输送系统，在设施大棚中，沼液输送的管道统与滴灌系统连通，产生的二氧化碳还可作为气肥使用，提供作物产量。
采用粪便与秸秆、尾菜等有机固体废弃物混合发酵，通过调节发酵菌群，使得原料配比不受限制，运转灵活，适应性强。
采用畜禽养殖粪便和农作物秸秆混合厌氧发酵，既解决了两种固体废弃物的污染问题，同时，也使得混合物料发酵过程中厌氧菌所需的营养更加均衡。
通过沼液回用预处理秸秆，不仅可以提高秸秆的产气量；固态预处理的方式，还较少产生或者不产生废液，环境问题较小；而且在常温下进行，处理方法简单，处理成本低。同时，还可以对沼液进行可循环利用。通过沼液预处理后，秸秆的产气率明显提高，而且发酵时间缩短40～50d。
生物有机肥集有机肥料和生物肥料优点于一体，既有助于提高作物产量，又能培肥土壤、调控土壤微生态平衡、减少无机肥料用量，从根本上改善农产品品质。，与化肥相比，生物有机肥的营养元素更为齐全，长期使用可有效改良土壤，调控土壤及根际微生态平衡，提高作物抗病虫能力，提高产品质量；与农家肥相比，生物有机肥的根本优势在于：生物有机肥中的功能菌对提高土壤肥力、促进作物生长具有特定功效，而农家肥属自然发酵生成，不具备优势功能菌的特效；与生物菌肥相比，生物有机肥包含功能菌和有机质，有机质除了能改良土壤，其本身就是功能菌生活的环境，施入土壤后功能菌容易定殖并发挥作用；而生物菌肥只含有功能菌，且其中的功能菌可能不适合有的土壤环境，无法存活或发挥作用。
生物有机肥的生产中通常使用活性强且耐高温、高渗、干旱等抗逆性较强的菌种，且在生产过程中要考虑各种菌剂之间的相互作用。根据微生物在生产中的作用可分为发酵菌和功能菌。发酵菌多由复合菌系组成，具有促进物料分解、腐熟、除臭的功能，常用菌种有酵母菌、光合细菌、乳酸菌、放线菌、青霉、木霉、根霉等；功能菌是指能在产品中发挥特定的肥料效应的微生物，以固氮菌、溶磷菌、硅酸盐细菌等为主，在物料腐熟后加入。
我们认为，以三农废弃物循环利用为契机和突破口，结合生态文明建设、城乡一体化发展、城镇化发展、美丽乡村建设、新农村建设、乡村经济振兴、产业转型升级、农业供给侧改革以及扶贫工作等多重需求，进行顶层设计和科学规划，制定发展战略和路线图，是当前三农问题的发展重点。
循环经济仍然是我国国民经济发展的重要指导思想，农业领域的循环经济正在由农田层面、科技园区层面向社区和区域层面发展。建议选择以县一级层面开展基于种植、养殖和加工一体化为主体的循环农业发展顶层设计，构建农业及其相关产业的生态产业体系，实现资源高效利用、环境保护、农业清洁生产和食品安全。
基于县域循环农业发展的科学规划，应在一个确定的县级行政区划内，以种植业、养殖业和农产品加工业及与特定农事生产活动相关的乡村旅游、乡村民俗文化等农业生产为载体，实现农业生产过程中能流效率最大化、环境影响最小化、输出产品清洁化、市场价值合理化、人居环境最优化的实施方案。
目前，我国的农业废弃物资源化利用产业还正处于发展阶段，存在技术不成熟、产业规划不明确等多种问题。“肥料化（含直接还田和简易堆肥）利用”本身价值较低，且长期发展动力不足，甚至存在隐患，但是可以在短期内快速解决农业废弃物对区域环境的污染问题。“饲料化利用、能源化利用、基料化利用、工业原料化利用”能在处理农业废弃物的同时，进一步提高其附加值，创造更多的价值。若单就技术成本和经济性而言，还不具备竞争优势，但从农业的循环可持续发展来看，随着人们环保意识的增强，加上技术的不断成熟和生产成本的降低，农业废弃物资源化利用产业必将朝着高值化利用方向发展。
从国内和国际的发展经验来看，农业废弃物资源化利用产业在经历动态发展后，不可能发展为某单一产业独霸的局面。因为单一产业通常难以满足自身发展的全部原料需求，同时也不可能消纳当地所有的农业废弃物和产业自身产生的所有废弃物。因此，多产业联动消纳将是农业废弃物资源化利用产业发展的必然趋势。
产业联动是指通过不同产业之间的协同作用，构建与完善合理的产业协作体系，优化产业结构，提升竞争力的产业协作活动。农业废弃物资源化利用产业进化完成后，存留下来的各个产业之间会形成一种动态平衡。产业动态发展的规律决定了多个产业之间最终会形成相互依赖，相互促进的关系。通过这种关系，可以实现对农业废弃物的全量化、无害化处理，达到多产业联动发展的目的。
随着开发研究的不断深入，高值化的农业废弃物资源化利用技术渐趋成熟，特别是植物纤维性废弃物的饲料化技术、厌氧发酵产沼气技术、基质化栽培技术等，相关产业迅速发展。通过技术集成的方式把这些产业结合起来联动发展，可以“装配”成一套完整的农业废弃物资源化利用体系，以包括厌氧消化产沼气在内的农业废弃物循环再生利用技术作为农业生产系统的纽带，将种植业、养殖业和农产品加工业连成一个完整而协调的有机整体。从农业废弃物多元产业利用出发，肥料化、饲料化、能源化、基料化及工业原料化五个利用途径的相关技术耦合，最终达到多产业协同联动的目的。这将大大有利于提高农业废弃物的资源化利用效率，降低产业化成本，实现农业废弃物的全量化、资源化利用。
与此同时，建立产业间的资源分享协调机制，在最大限度实现农业废弃物生态循环利用的同时，避免过度投资带来的产能不饱和隐患。
从长远来看，随着国家对农业废弃物资源化利用工作的不断重视，未来资源化利用产业将是一种不可忽视、前景广阔的产业。在农业废弃物资源化利用产业发展过程中，不能片面的看待其本身的发展需求，应该结合各地三农基础与特色，发挥既有产业优势，通过科学规划和制度设计，形成一套产业间互补、互惠、互利的协同机制，走出一条适合当地实情的农业废弃物资源化利用道路。
中科院在农业生物技术、信息技术、新材料技术、先进制造技术、精准农业技术等方面取得一批重大自主创新成果。近几年，着力突破技术瓶颈，在良种培育、节本降耗、节水灌溉、农机装备、新型肥药、疫病防控、加工贮运、循环农业、海洋农业、农村民生等方面取得一批重大实用技术。
在农业战线上，中科院也形成了一批专家和人才队伍，在国家食品安全、生态安全、农业可持续发展、生态文明和社会主义新农村建设等发展方面做出了卓越贡献，并正在发挥重要影响。
| 中科咨询希望依托我们对中科院科技资源的理解，开展相关科技咨询（市场调研、科技评估、专利分析、项目可行性研究、产业规划等）和促进中科院科技成果产业化，为各地“三农”废弃物综合利用，发展农业循环经济做出贡献。 中科咨询还希望，与地方政府、产业机构等携手，通过深入调查研究，因地制宜，因产业制宜，因气候制宜，根据当地客观条件，区别不同情况，通过组织、凝炼、评估、规划，开展绿色农业技术的孵化、集成和产业示范，促进“三农”废弃物综合利用，促进以绿色工业品和农产品及安心食品为主要形式的产学研合作。 |
