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有機碳肥理論和產業概述
2020-04-28 瀏覽量:1317 分享:

概要  農作物的問題在土壤,土壤的問題在肥料,土壤肥料問題路在何方?傳統的植物營養學和土壤肥料學到底哪里出了問題?創新的有機碳肥理論作出了回答。有機碳肥是堪與化肥并立的、作為土壤肥料陰極的新肥種,值得舉國家之力而推之。

一、前言

我國“化學農業”已經走了三十幾個年頭。目前我國化肥總產量、消費總量和單位面積施肥量均排名世界第一。我們取得了農業生產的巨大成就,以占全世界9%的耕地養活了占世界22%的人口。但同時我們也付出了巨大的代價:耕地貧瘠化(板結、沙化和鹽漬化)日趨嚴重,農產品質量下降、食品不健康成為各級政府不得不花大力氣來抓的問題。此外,化肥利用率越來越低,農作物病害頻繁,化學農藥用量不斷加大,農業污染造成的環境問題日益凸顯。“化學農業”的路子再走二十年,我國現有耕地中將有50%以上不能再種莊稼!

為了解決“化學農業綜合癥”,我國大量專家學者作出了巨大努力,例如提倡應用有機肥、推行“緩釋控化肥”、研制二氧化碳氣體肥、秸稈裂解炭等等,但這一切措施都不能根本阻擋“化學農業”慣性運動;于是開始掀起“有機食品”風潮。有機食品可供部分富裕市民之需,卻解決不了全國十三億人民的食物問題,且在這種風潮掩蓋下的假有機食品和不健康有機食品很快就粉墨登場,擾亂市場,令消費者無所適從。

問題出在哪里?就出在傳統的化學植物營養學和土壤肥料學上。 這套經典理論創建于170多年前的小農經濟有機農業時代,當時土壤不缺有機質,就缺化學元素氮、磷、鉀等礦物質營養,所以按照這套學說生產和使用化肥,農業就獲得空前豐收,農產品質量也不錯。當今土壤有機質豐富的耕地適量使用化肥,情況亦是如此。但從上世紀八十年代開始,我國農村土地的短期承包機制和農民大量進城務工,使土地失去使用有機肥的動機和勞力,偏施或單施化肥的情況已持續近三十年,我國大量耕地的有機質含量降到1.5%以下。化肥作為土壤肥料的陽剛一族,失去了有機營養的陰柔滋潤,其“狂暴”的一面便顯現出來,于是也就暴露出經典化學植物營養學和土壤肥料學的缺陷,這就是真理的相對性。而在這套存在重大缺陷的理論指導下形成的化肥工業(包括對化肥的“改良”措施)和傳統的有機肥工業,當然都無法從根本上解決我國當今的“化學農業綜合癥”。

植物營養理論和肥料產業大變革的時代到了。

二、對植物營養學和土壤肥料學的理論創新

變革已勢在必行。變革必須從理論突破和理論創新開始。

(一)傳統化學植物營養學和土壤肥料學的兩大識判和兩項疏漏

首先是對植物碳營養來源的誤判。植物的干物質中,碳元素(C)占35%左右,是植物所必須的大量元素之首。這么大量的碳積累從何而來?“經典”說:由空氣中的CO2經葉片吸收和葉綠素光合作用轉化而來。“經典”還說:即使是有機肥和腐植酸,其有機質也要經微生物分解為H2OCO2CO2上升被葉片吸收轉化……“經典”不承認植物必須而且能夠由根部吸收水溶有機碳。也就是說,只承認植物碳營養一“通道”,不承認還有其他“通道”。

其次是對礦物質營養進入原理的誤判。“經典”認為:化肥中礦物質營養以“離子態”進入植物內部。這不符合植物原生態中礦物質營養進入的原理。實踐證明:礦物質營養的有機化合態比離子態(零電價)更具生物活性。

植物除了需要吸收營養物質之外,還需要新陳代謝的能源物質。每積累一個碳,同時就消耗兩個碳。所以碳對植物既是營養物質,又是能源物質,這是氮、磷、鉀等礦物質營養所不能比擬的,這一點被“經典”忽略了。

土壤微生物(B)是土壤的“生產力”中一支重要力量,有機碳(C)是B的能源,CB結合,產生1+1>2的生化效應,可導致土壤小生態和農作物生長態勢發生劇烈變化,這也被“經典”忽視了。

以上基礎理論的四大缺陷以及由此衍生的一系列理論、技術和農業措施,就把農業一步步引向“化學農業”之路,從而導致土壤和農作物“陽盛陰衰”,由此造成“化學農業綜合癥”。

(二)植物碳營養“二通道說”

實際上植物碳營養從兩個通道進入植物內部:空氣中的無機態CO2由葉片吸收經葉綠素“加工”(以光為能)成碳的有機化合物而被吸收;土壤中的小分子水溶有機碳(即“有效碳”EC)由根系吸收進入植物內部。EC的分子粒徑平均700-800納米,在植物根系分泌物的粒徑區間,分泌得出就吸收得進。EC是有機物,在植物內部轉化為有機營養物質,不須經光合作用,比CO2的轉化更為節能。

EC促進根系生長, 促進B的繁殖而改良土壤,EC使化肥轉化為有機化合態,利用率得到提高,這些因素就使葉片葉綠素得到充分的肥水供應,光合作用能力加強,大大提高了CO2吸收轉化率,使植物物質積累增加。所以EC不但自身直接增加植物碳積累,還間接增加更多碳積累。這就是“四兩撥千斤”的作用,是植物碳營養兩“通道”之間的關系。

(三)碳是當今農作物營養元素中最普遍、最嚴重的“短板”。

“經典”認為植物碳營養來自于空氣中的CO2,而CO2是取之不盡的,就想當然認為碳不會成為“短板”。實踐證明:只有象新疆吐魯番這樣低海拔盆地,在白天晴天的條件下,植物才不缺碳。而以下情況植物都缺碳,缺碳嚴重稱為“碳饑餓”。

●農作物環境CO2濃度為0.1%時,光合作用處于最佳值。一般農田,日間CO2濃度為0.03%左右,所以實際上農作物普遍缺碳。

●夜間和陰雨天無光合作用,農作物無碳輸入,而新陳代謝又在消耗碳,這就產生“碳饑餓”而轉為消耗碳積累,這是在“透支”。長時間或反復“透支”,農作物就出現亞健康狀態,這相當于讓喝稀飯的運動員去跑馬拉松。

●大棚種植,由于難以得到外界CO2流動補給,CO2濃度低,又加上塑料膜阻擋了30-50%的陽光,使葉綠素這些“碳轉化機器”處于低速運轉,農作物“碳饑餓”更為頻繁。北方春寒和秋季寒露風,都使有農作物消耗更多的碳積累以抵御寒氣,也造成缺碳低產。

●從全國地理分布來說:南方部分地區的某些季節,西南山區的大部分季節,“天無三日晴”,農作物長時間缺碳,是低產的主因;而高原草場,CO2濃度普遍低于0.02%,牧草再生量少,造成單位面積草場載畜量很低。

傳統的植物營養學認為:植物生物量就如木桶中的水量,取決于木桶最短的板條,由于對碳營養的誤判,這塊植物營養“板條”中最寬最短的“短條”幾十年被視而不見!

(四)缺碳病是當今農作物的壹號病

缺碳病導致農作物出現如下癥狀:

●早衰:未老先衰、生長慢、生育年齡大大縮短;

●根系衰弱:作物根系弱小、株勢差、低產;

●黃葉和失綠癥:這在大棚種植和長時間陰雨時最常見;

●亞健康:作物萎頓無生機,纖薄虛長或倒伏;

●防病抗逆機能差:受災時損失重,病蟲害多發;

●農作物種質退化快:缺碳的農作物不能正常傳遞DNA,導致種質退化。

農作物缺碳病還具有如下三種特性:

■全局性——不論東西南北,幾乎所有農作物都可能發生此病。

■系統性——不但造成農作物直接病害,還間接產生更多病害,這不但造成減產,還造成化學農藥用量增加,更導致化肥利用率進一步下降,帶來生產成本上升和土壤、食品安全等一系列問題。因為缺了一個“碳”,生出一大堆環境問題、社會問題和民生問題。

■長期性——造成生態循環鏈條破壞,農業環境惡化、土地不能持續耕作、種質資源退化等問題,都是難以修復和不斷延續的。

所以當今農作物缺碳病造成的損失和危害,是農作物其他任何一種病害所不能相比的,是“當之無愧”的農作物壹號病!正視并根治缺碳病,修補碳“短板”,不但能根本上解決當今土壤、肥料和農作物的大量問題,還將把農業帶進一個新的發展周期。要獲得農作物單產的重大突破,不一定靠轉基因!

(五)有機營養的“雙核”和土壤板結問題

由于缺碳,土壤中C/N值(碳氮比)太低,導致微生物生存障礙和生物多樣性出了問題。這是土壤板結的根本原因。當大量耕地有機質含量下降到1%(EC僅為0.005%),我們的學者們還在人云亦云地遣責化肥,說“由于長期使用化肥造成土壤板結……”,這就文不對題了。

EC是土壤有機營養的一個“核”,功能微生物B是土壤有機營養的另一個“核”,EC和B結合發生了生化“聚合反應”,使土壤疏松,土傳病害受到抑制,土壤肥力和葉綠素工作效率大大提高,從而優化土壤生態和植物植物狀態,使農作物增產。

(六)有機營養是肥料之母

在植物原生態情況下,礦物質營養在植物根部分泌的有機酸和土壤腐植酸的水溶物(FA)的共同溶蝕下,以有機配位“零電價”態被植物根系吸收。在貧瘠土地或大量施用化肥時,礦物質營養才以離子態被吸收。礦物質營養正離子在植物根端吸收點間互相排斥(競爭吸收),正離子與另一些肥料的負離子結合成水不溶物,這兩種現象是化肥利用率低的重要原因。所以化肥以離子態被吸收是無可奈何的,是不合理態!

實踐證明:礦物質營養不論是有機配位態還是離子態進入植物內部,都要與植物內部的有機碳以特定的比例和結構進行組合,以有機化合態進入植物細胞,進而形成植物各部分組織。礦物質營養在植物內部移動有著強烈的“趨有機碳性”,哪里有機碳濃度高就往哪里移動。得不到足夠有機碳營養“配位”的礦物質離子,就留在胞外液中,這不僅使農作物質量下降口感差,還是引發食物不安全的一個重要原因。反過來推論,當植物內外有機碳濃度高,足以將所有吸收的礦物質營養“配位”組合成植物的物質積累時,植物生長發育的DNA表達是最為完美的,真正達到植物最健康最豐產狀態。這應該是農業專家們追求的境界,排斥化肥是沒有理論根據的。那種營養元素組成不齊全不均衡、發育并不完美的有機食品,未必是最健康的食品。

實踐還證明:在土壤有機碳營養匱乏時,豆科植物連自身根瘤菌所固定的氮都不能利用!這顛覆了豆科植物“自制自用”根瘤氮的傳統觀點。

綜上所述:有機碳是植物營養的基礎物質。它不但自身是“肥”,還影響礦物質營養的有效性和土壤生態的質量。如果說以氮磷鉀為代表的化學植物營養是肥料之父,那么以有機碳為主要成份的有機植物營養就是肥料之母。長期偏施化肥,土壤和植物“陽盛陰衰”,是當今農業問題的主要病根。“陰陽和諧”應該成為肥料工業和施肥技術的指導方針。

三、我國有機肥料產業的問題和對策

“經典”認為:有機肥料加工目標是“礦化腐殖質”,這是一種作物幼苗直接種在上面都不會死的肥料。這種肥料中不刻意保留水溶有機碳。因此加工工藝就是:“好氧高溫發酵,多次翻堆,高溫烘干。”在長達20多天的折騰中,把大量的有機碳“燃燒”成CO2排掉,得到缺乏有機營養的“礦化腐殖質”。 這種有機肥廠實際上就是一個巨型CO2發生器!實測起來,這種制成品水溶有機碳僅1%左右,EC含量僅0.5%左右。也即1噸有機肥中可被根系直接吸收的有機碳僅5公斤。而肥料中的活體微生物更折騰光了。結果有機營養的“雙核”沒有了,只剩下一個“腐殖化”的空殼!

可見傳統的土壤肥料理論使有機肥生產盲人騎瞎馬,在黑暗中走了幾十年!

由于以上原因,有機肥料產業沒有一個描述其有機營養濃度的指標。現行國家執行標準中唯一與有機營養相關的指標是“有機質含量”,不涉及水溶有機碳,更不是EC。難怪多年來眾多“李鬼”用泥炭或風化煤粉碎造粒充有機肥賣!而農業管理部門卻無法靠標準去執法,只能無奈地下發一個文件,“禁止”用風化煤和褐煤做有機肥原料。測不出又如何“禁”?而真正老老實實做有機肥的人,花了大力氣,用“真材實料”卻造不出肥效好的有機肥。終于李逵還是打不過李鬼,我國有機肥產業一直在艱難中爬行,傳統的有機肥淪為僅僅是土壤改良劑和化肥增效劑。不能為農作物提供足夠的有機碳,更不能充當土壤肥料的“陰極”。

有機肥料另一個重要功能應該是“打掃衛生”,把城鄉人類生產生活產生的有機廢棄物收拾干凈。可是由于傳統有機肥生產設備繁多,工藝復雜,加工時間長,不能適應大量不規則的有機垃圾,大量有機廢棄物只能被再度“廢棄”,從而上演一出出“垃圾圍城”、“垃圾圍村”。

當有機碳肥理論框架形成并被驗證后,我們就能對有機肥的生產進行徹底改造了。

首先,把有機肥生產目標定為:生產富含水溶有機碳(即“高碳”)和功能微生物的植物有機營養肥料。這就要實行好氧厭氧連續、不翻堆發酵,避免高溫烘干。

其次,把有機肥生產原材料進行分類:規則的固體料、不規則的固體料、高濃度液體料、低濃度液體料等等,盡量使用最簡單的設備,主要靠微生物能或生物化學工程進行加工,利用自然條件(日照、自然風等)輔助加工。

依據以上思路,已開發出如下四種新型的工藝路線:

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在相同物料配比的情況下,以“經典法”有機肥為對照(CK),“高碳法”有機肥的幾個指標都是優異的:

設備投資是CK的三分之一,發酵周期是CK的三分之一,耗能是CK的四分之一,單位產品加工費是CK的二分之一,碳排放是CK的三分之一,EC值是CK的1.5-2倍,B含量是CK的幾十至幾百倍,有機營養肥力是CK的2倍。

顛覆傳統的有機肥理論,低耗能低排放地制造出有機營養肥力高的有機肥料,并最大限度地收拾干凈城鄉環境,把大量有機廢棄物轉化轉移到農田去,就能實現貯碳于土的物質大循環。

四、有機碳肥的原理、功能和開發應用的意義

我國科技工作者在有機碳肥理論基礎上,將植物有機營養的精華要素進行科學“組裝”,成功開發了系列有機碳肥。自然界的單質碳都以十分穩定的結構存在,開發其成為碳肥沒有任何意義。象植物礦物質營養元素一樣,有機碳肥中的碳同樣以可水溶化合態存在。這也是制造和使用有機碳肥最經濟可行的方式。但由于有機分子結構的不同,不同有機物質的特性就有很大的差別,并不是所有可水溶有機化合物都能成為有機碳肥。在狹義的表達中,僅將展現出10倍以上普通有機肥肥力的有機植物營養制品稱為有機碳肥。

將有機廢渣、有機廢液濃縮液,通過生物發酵法、氧化催化法、化學降解法、沖擊波氨化法或C—B組合法等等工藝,都可加工成富含有效碳(EC)的有機碳肥或有機碳復合肥。

普通有機肥缺少一個類似化肥的N、P2O5K2O那樣可計量應用的植物營養指標,而有機碳肥做到了。它有了一個可檢測、可計量應用的、含5%-20%“有效碳”(EC)的指標,有些有機碳肥產品還加功能微生物(B)的含量指標。

所以不能將有機碳肥視為傳統的有機肥,也不是有機肥簡單的“升級版”或“濃縮版”。它是與氮肥、磷肥、鉀肥等肥料并立的高效植物有機營養新肥種。

現在,創新的有機碳肥理論的框架已經形成、多個品種的有機碳肥已經開發,世界上第一套有機碳肥技術標準已經制訂。有機碳肥的產業化已具備了技術基礎。

大量實驗和田間應用試驗證明:有機碳肥具備“超級有機肥”的功能特點:

(一)可向土壤和農作物直接提供有機碳營養,它取代有機肥,而單位面積用量僅為普通有機肥的5-20%。

(二)肥效既具速效性,又有持續性。多數農作物施用后5-10天可見顯效,而改良土壤的效果可持續數茬。

(三)與化肥搭配更靈活方便。

(四)液體有機碳肥可兌水管道輸送和噴施,解決了有機肥不能管道輸送的難題,避免設施農業和信息化管理的農業重走“化學農業”的老路。

(五)“施肥防病”效果明顯。用含B有機碳肥做基肥,可抑制多種土傳病害。

(六)“施肥減災”,可防止作物凍傷,減少旱、澇災害造成的損失,加快災后恢復。

(七)可浸泡種子或苗木,提高成活率,壯旺幼苗株勢。

(八)可長距離營運和出口貿易。

有機碳肥的開發應用具有如下意義:

(一)使對土壤有機營養的補給精細化、高效化和可計量應用,一如三大化肥。從而形成有機營養供應的常態化機制,逐步消除“化學農業綜合癥”。

(二)增產增收效果顯著,每畝耕地全年使用2.5公斤EC,平均增產20%。全國常態化應用有機碳肥,一年消費量約150萬噸EC(工業產值450億元),將新增農業產值約8000億元,這將使我國農業整體水平跨上一大臺階!

(三)全國使用150萬噸EC,相當于生產1500萬噸有機碳肥,按其所回收利用的有機廢棄物計,相當于減排1900萬噸CO2,或減排1400萬噸COD,這是貯碳于土的巨大功績。

(四)應用有機碳肥可使化肥利用率提高40-50%,產生巨大增產效果,還大大減少化肥的流失,從源頭減輕農業面源污染。

(五)促進肥料工業、食品加工業、藥村工業、造紙工業、大養殖場等產業的結構調整和技術改造,為環保工程更加節能減排開拓了新的技術路線。

(六)有機碳肥是我國自主創新項目,將增加我國在世界上“碳交易”的一張“王牌”中的話語權,并有助于對發展中國家的技術援助。

五、有機碳肥的產業化前景

我國耕地補碳已是刻不容緩。補碳最基礎最常規的措施就是施足普通有機肥。但有機肥肥力低用量大,受原材料和運輸成本(或運輸難度)的限制,大量耕地無法施到或施足有機肥,這就必須求助于有機碳肥。

耕地地有機質含量1.5-2%為中度缺碳,有機質含量1.5%以下為重度缺碳,必須大量補有機碳。我國需用有機碳肥的耕地面積最少6億畝。以每畝耕地每年使用2.5公斤EC計,國內市場每年需使用150萬噸EC,相當于有機碳肥(各品種平均)1500萬噸。如果把高原草場的修復納入目標市場,有機碳肥的年產量可達到1800萬噸以上。另一方面,有機碳肥還是極有競爭力的出口肥料。我國是有機廢棄物產生大國,我們不能學現在西方某些發達國家偷偷向發展中國家轉移垃圾,我們要把自家的垃圾轉化為比化肥更寶貴更有價值的有機碳肥出口,造福全世界。綜上所述,我國有機碳肥產業將發展成與三大化肥并立的規模,年產量達2000萬噸,年工業產值700億元。

如此大規模的新型肥料產業的原材料,幾乎全利用工農業生產的有機廢棄物,這是巨大的可再生“礦藏”。據資料統計,目前我國幾大“產廢大戶”及其年產生量分別是:

畜禽糞便  1.73億噸、農林廢棄物  15億噸、食品工業污水  10億噸、城市有機生活垃圾  3億噸、發酵行業污水  0.4億噸、造紙廢棄物  0.3億噸。年產有機碳肥2000萬噸,每年需固體有機廢棄物(按含水50%計)1800萬噸,有機廢水(按干物質含量10%計)5000萬噸。這些原材料需求不足上述幾個“產廢大戶”年總產生量的百分之二。所以有機碳肥的原材料供應完全不成問題。在此要說明一點:消化如此大量的有機廢棄物主要應靠“大眾化”的肥種——有機肥,以及未來應大力興辦的“有機水肥”兩個途徑,這些將在后續內容作介紹。

有機碳肥是一個高回報率的產業項目,原因如下:

一是產成品價值高。有機碳肥的“雙核”及其“聚合反應”產生的綜合作用,使土壤的物理肥力、化學肥力和生物肥力都得到提升,并提高了作物葉綠素對二氧化碳的轉化效率。同時有機碳還是植物的“能源物質”,植物每積累一個碳,就要消耗兩個碳。這一切都顯示EC對植物作用的“量級”,非N、P、K等礦物質營養可比。如果按市面上每噸化肥價位,一個百分點的礦物質營養為60元,那么每噸有機碳肥中一個百分點的EC的價位就應該是60元的數倍!  

二是原材料成本低。考慮運費在內,每噸有機碳肥原材料成本約等于其工業產值的八分之一。

三是生產工藝比較簡單,生產設備投資少,單位產品能耗低,這些綜合表現為加工成本低。

以上三方面,就保證了有機碳肥項目的高回報、低風險。

正是由于有機碳肥“扎根”于有機廢棄物,這就為有機碳肥產業“注定”了一個聯姻對象:在有機廢棄物“產生大戶”附近建廠,或與它合作建廠,既幫助合作者進行技術改造,又使有機碳肥企業起步快,還可進一步降低生產成本。其中有些企業,本身就有農業基地,例如糖廠,每個廠自身就“捆綁”著數以十萬畝計的甘蔗基地,這就是有機碳肥產品最直接的市場。這是有機碳肥產業化的特殊條件,應該善加利用。

有機碳肥項目是為社會“打掃衛生”的項目,其自身生產中不產生二次污染,還為農業環境修復和農產品安全產生正面作用,因此將逐漸引起各級政府的重視和支持,該產業的快速發展是指日可待的。這是有機碳肥產業化又一個有利條件。

第三部分所述的有機廢棄物四種處理技術,涵蓋了幾乎各類有機廢棄物,這就埋下一個隱患:一哄而上。原材料遍地都是,大家都搞“有機碳肥”,實則在擴散污染。這就形成比有機肥行業更嚴重的李鬼打敗李逵的局面,使“有機碳肥”剛誕生就聲名狼藉,死于襁褓之中。這將不但是一個產業的悲哀,也是國家無可挽回的損失。所以該產業發展的第一要務,就是工藝路線要嚴格科學,技術標準要高要統一。要做到這些,除了國家的重視和保護之外,有機碳肥產業的聯盟化、集團化也是必走之路。在集團的統一規劃下,短時期內在各資源大省和用肥大省布局多家有機碳肥生產基地,利用集團優勢進行規范生產,嚴格管理,統一標準,統一認證,進軍對國計民生有重大影響的農產品基地,參與“城鄉物質大循環”大業。如此堅持數年,一個與三大化肥并立的世界性有機碳肥產業必定形成。這將改變全世界肥料結構,影響農業發展方向。這是繼化肥之后農業發展史上又一個里程碑!

六、新農村循環經濟模式

在新農村建設中,要充分體現農民就業和有機廢棄物回收利用兩大元素。這是農村越發展,群眾越富裕,環境越優美的保障。

新農村建設如果搞得“家家住洋樓,田間靜悄悄”,那就是失敗。新型農村只是農業生產形態和科技水平轉變,“農”的本質不能變,它仍然是向社會提供農副產品的生產基地,同時也是我國幾億勞動力就業的主要領域。在這個“變”與“不變”當中,起主要作用的是兩條:一是政府的規劃引導和資金投入,二是科技和信息水平的提高。在新農村建設規劃中要有超前五十年的眼光。使農民適當集中居住,過現代化居民的生活,又要組織他們人盡其才地從事現代化農業、畜牧漁業和農副產品深加工。社會對碳水化合物和蛋白質的需求由大企業專業經營供給,以及農村人口“大遷徙”的現象,應該隨著新農村建設的展開而消減下來,而不是繼續加劇。讓數以億計的基本勞動力在家鄉附近的城鎮和農村就業,讓廣大農民新手建設自己的美麗家園,這應該是新農村建設的內涵。

有機廢棄物與耕地之間循環不起來,鄉村就會逐漸被垃圾所包圍。與此同時土地貧瘠化加劇,土壤板結,化肥利用率遞減,化學農藥用量遞增,農產品安全問題日益突出。這一切說明:農村必須堅持循環經濟模式。

農村有機廢棄物回收是否徹底,除了生活垃圾分撿外,還有一件要事,就是馬桶糞水與家庭洗滌污水要分開。如此一來排放污水中的COD大大降低,對于大部分農村來說,洗滌污水與雨水合流直接排到附近的濕地或河流,不會出現環境污染。而馬桶糞水得到回收經沼氣池產生沼氣,又把沼液(或化糞池液)再處理成液體有機肥輸到農田,實現回收利用,使附近農田得到有機質源源不斷的補充,節省大量化肥。實際上,新建城鎮和大城市新區,都應實行糞污與滌污分流,以實現糞污回收轉化歸田,并減輕污水處理廠的壓力。

下圖所示是農村有機廢棄物回收轉化循環示意圖。

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為了實現有機廢棄物就地轉化利用,農村周邊的畜禽養殖場的規模應以中小型但卻適當集中為宜,因為當地農田果園的面積有限。實際設計中可以用反推法根據農田規模和其他有機廢棄物的生成量來計劃。例如一個10000人口的居民區,周圍農田面積約為2萬畝,計劃如下:

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2萬畝農田果園年需16000噸有機肥,除了10000人口居民區生活有機垃圾生成量和農副產品加工下腳料及沼渣等資源化利用,還需增加12000噸畜禽糞便。通過常理計算可推斷,這個居民區能容納1200頭肉牛加15000頭豬和數萬羽禽類的存欄量。這就是該居民區畜禽承載量的極限。有機肥廠的設計規模則應按年產2萬噸,以便應對畜禽養殖隨市場增減的波動。

2萬畝農作物及其加工品年產值可達到2.5億元,畜牧業年產值可達到5000萬元,合計農牧業總產值3億元,該區年產值人均3萬元。

在這種有機物質大循環的框架內,農業實現肥料基本自給,而畜牧業則可利用大量低成本輔助飼料,該區農副業生產成本比普通“專業經營”方式同產值的生產成本下降30%左右。把這3億元收入分攤到該區占人口60%的基本勞動力,每個勞動力年均收入達50000元,比在城市里打工收入多出35%以上。

所以科學地規劃新農村建設中的循環經濟,以物質循環推動“新沃土工程”,農副業并舉,農工商聯合運轉,未來農村的經濟效益將大大提高,群眾的生活水平比城市一般居民還要高!農村產業的現代化,應充滿信心地立足于“農”字來搞。農村不務農同城市競爭。非涉農的工業項目不但在經濟方面不可取,還會使農村有機廢棄物無法循環利用,使環境不斷惡化,長遠來說得不償失,對國家整體產業布局也不利。

推行循環經濟機制的“新沃土工程”,以鄉鎮或大居民區為單位布局有機肥廠,使當地有機垃圾和畜禽糞便就近轉化為有機肥,有機肥就近下田,則國土甚幸,共和國甚幸!

七、構建物質大循環的“城市型農業”

隨著城市人口快速膨脹,廢棄物生成量與日俱增,城市“垃圾圍城病”從一個城市“傳染”到另一些城市,至今這個勢頭仍未衰減。多年來我們的政治體制和執政理念,使各級官員把GDP看做壓倒一切的大事,把迎來送往和上傳下達當作日常工作的“主旋律”,而把包括環境治理在內的民生問題和生態問題當作小事,就是要抓,也讓領導班子內“分量”最輕的成員去抓。這種惡癥在基層政權至今依然不改!由此欠下許多帳,這些帳一任傳一任,越積越多。現在垃圾圍城了。沒有了潔凈的環境,沒有了甘甜的清水,沒有了清新的空氣,沒有了放心的食品,財富多了也沒有幸福。這是現今許多人共同的感概。

所以環境治理的根本問題,首要的是執政理念要轉變。這個問題不解決,其他問題都無法進行下去。其次是技術路線問題。老的方法試過了:焚燒、填埋?事實證明:這兩種老辦法的作用是有限的。焚燒法最先進的是焚燒發電,但投資非常巨大,而運行效益卻不佳。這對于大多數城市來說都不好接受。填埋法哪個國家都在搞,我國今后也還得搞,但就目前這種所有垃圾“一股腦兒填埋掉”法,再多的土地都不夠用,何以為繼?還有大量有機廢水,要么不處理就排掉,要么用化學法和氧化法分解掉,前者擴散污染、后者耗能嚴重。因此我們不能沿著這些老套路,一條道走到黑。我們必須尋找新的技術路線,走節能減排之路。

當我們城鄉都在與垃圾(其中50%左右是有機垃圾)艱苦搏斗的同時,我們的大面積農田卻因缺乏有機質而“貧病交加”,痛苦呻吟。我們每天吃到的食物正因“缺碳”而不安全,許多人中年就“富貴病”纏身,正在或準備在晚年消耗國庫大量“醫保”金!

我們把兩個大問題拉在一起:垃圾——農田,如果把農田變成有機垃圾的填埋場,這兩個問題就都消解了!當然,這種“填埋”必須是經過科學加工轉化的。這種工藝技術目前最節能最簡易可行的就是高碳有機肥和有機碳肥生產技術,這在之前已多有論述。

“垃圾—農田”問題為什么扯到官員的執政理念呢?因為這種事沒有政府的介入搞不好,“轉化”不成。垃圾資源化利用首先就要分撿,把可再生化學料轉去化學工廠做成再生料或用品,把建筑雜物等無機料轉去“強力”部門強制“再生”成建筑構件,把有機垃圾轉到肥料廠做有機肥,把有機廢水轉到處理站,通過多種不同措施轉化成液態肥或液態有機碳肥。只要做到這些就可以把非填埋不可的垃圾減量到20%以下!但要做到這些,就牽涉到宣傳、教育、立法、督查執法和技術指導以及行政措施、環衛運作,還有政府資金的投入等等,一年一年堅持下去,就像治行人闖紅燈。由于立法、執法行政和資金不到位,教育宣傳不堅持,居然在中國幾十年就治不了闖紅燈。難道治闖紅燈就比推翻“三座大山”還難嗎?南宋朱熹在漳州府上班一年半,身體力行倡導程朱理學,幾乎達到“忘我”的境界,使當時的新儒學迅速在閩南普及,漳州府“施教化重禮數”的風氣聞名于世幾百年,這就是執政理念使然!現在我們有的“首長”在一個地方執政五年八年,人走了連氣味都沒留下,何也?亦執政理念使然!相信執政理念的轉變,國家機器運轉方式和國民風氣的行為方式都會跟著變,就治得了闖紅燈,同樣也治得了垃圾分撿的難題。在許多發達國家垃圾分類已經成了全民的自覺行為和生活習慣,以“五千年文明的傳承人”自居的中國人當然也做得到。

基于“干凈城市”和“培肥地力”的城鄉物質大循環,與幾十年前農村物質小循環本質是一樣的,是合天道的。物質不循環,人類生產生活產生的垃圾去燒掉、埋掉、排掉,是違天道的,不可持續的。

現在我們來分析中小城市的垃圾,分撿處理和可資源化利用的成果如何。一個100萬生活人口的城市,平均每天產生生活垃圾1200噸,其中:

1、可再生化學品200噸

2、可利用建筑廢料(不包括建筑工地產生物)100噸

3、必須填埋料300噸

4、可轉化的有機物料600噸

我們把第1、2、3項交給其他專家去處理,單講這600噸有機廢棄物。600噸有機廢棄物,含水率約為70%,通過工廠加工可產出合格有機肥料280噸,全年共可生產10萬噸,可使15萬畝農田得到足夠有機肥的補充,其價值相當于8000萬元。這10萬噸可分給數家規模農場去做,政府補貼設備資金補貼和技術指導。假如15萬畝農田都種蔬菜和水果,每年可收獲約20萬噸優質果蔬,等于這座城市每人得200公斤,這相當于這座城市全年果蔬的消耗量三分之一!

通過官民同心,堅持不懈地踐行,就能構成有機垃圾由產生者到農田到果蔬市場又回到產生者餐桌的一個大循環,請看圖2所示。

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這個循環的意義大了!不但解決了該城市50%垃圾的回收利用,同時使其他垃圾回收利用變得簡單,真正須填埋的只剩下20%左右,節省一大筆環保開支,還使這座城市周邊的農場(也是肥料廠)節省了大量肥料款(化肥用量可以減少50%以上)。同時就近解決了這座城市幾乎三成果蔬的供給,節省了外地每年向本市調運大量果蔬的物流資源。

古代的清官廉吏為百姓做好事,大多在修橋鋪路,緝盜安民,而如今我們的政府官員要做好官,就得干這一類科技含量高,有利民生有利生態文明建設大局的事!哪個市政府做到這一點,共和國應該給他頒發“最佳執政獎”!

對于大城市來說,應建立物質大循環理念的“城市型農業”,并將其切實納入城市經濟發展和市政府建設兩個范疇進行規劃,否則“城市型農業”就會被做成空洞的口號和新的形象工程。

大城市有機廢棄物主要有污水處理廠污泥、大酒樓大餐廳的廚余、社區有機生活垃圾、廁所化糞池糞水、果菜集散地下腳料、近郊工廠有機排放物,還有郊區養殖糞便污水、遠郊農田秸稈等等。下面將主要以這些物質的科學循環利用,與“城市型農業”的建立,作一個整體模型設計。

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真正意義上的“城市型農業”其本質是把可利用的城市廢棄物最大限度地轉化成農業資源,達到城市干凈,農產品成本下降,食品更健康安全。在這個基本方針下,力爭提高城市農副產品的自給率,提高周邊農業對本城市的依存度,組成“城鄉共同體”,產生一種新的“近距離”供求關系,減少農民種養殖的市場風險,使市場保持穩定繁榮。

從圖3可見,要達到這個目標,政府必須在廢棄物收集方面加大資金投入和監管力度,使專業循環轉化企業能運轉起來。沒有行政力量的多方介入,專業企業用錢也買(收)不來那么多分散的資源;收來轉化的產品也不容易被農業企業認可使用。

實施循環轉化的公司必須應用先進、節能、高效的有機廢棄物轉化技術,轉化過程不能產生新的污染,才有存在下去和發展起來的條件。對此政府有關部門也應該適度干預(方案把關)和指導,因地制宜地制定轉化工程的技術規范和工藝方案。

每個大中城市都應該把建立“城市型農業”作為節能減排和建設幸福家園的大事對待。如何充分利用社會主義制度的優越性,把扶持農業和環保投入的資金用到點子上,用到“城鄉物質循環大業”上,是對政府行政能力的挑戰和考驗。下決心持續地把物質大循環抓好,我們就能建設起一座又一座城鄉繁榮、百業興旺、水清氣凈、人民幸福的大中城市。我國城市化建設就能避免走入“邊發展,邊污染,再治理”的怪圈,使發展付出最小的代價,發展的步子走得更快更穩健。

“城市型農業”的出現還將促使我國農業科研院校的科研體制和研究方向發生劇烈變革和進步,為國家培養大量二十一世紀新型農業技術人才,并反過來加快“城市型農業”向工業化、信息化蛻變。

“城市型農業”作為最先進、最高效的農業,將進一步加強我國農業的基礎,并成為全國農業現代化的領頭雁,從而加快農業現代化的進程。

有了成功創建“城市型農業”的經歷和經驗,再結合類似新疆石河子農墾區和黑龍江北大荒農墾區幾十年城市建設的經驗,我們就能在各大農業區域逐步創建“農業型城市”,使社會主義新農村建設有著更科學、更現代化的模式和方向。如此,我國大地一場新的更深刻的變革就能真正展開,這將奠定我國作為世界農業強國的基礎,我國人民一百多年來的強國夢就能加快實現。


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