溫志英，劉 晶

（1.河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)工商管理學(xué)院，河北石家莊 050061；2.河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊 050061）

農(nóng)業(yè)廢棄物是指在整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中被丟棄的有機(jī)類物質(zhì)，其中農(nóng)作物及果蔬殘留物是主要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物，包括農(nóng)作物秸稈、果樹枝條、落葉和果實(shí)外殼、以及雜草和農(nóng)副產(chǎn)品加工剩余物等[1]。我國農(nóng)業(yè)廢棄物不僅數(shù)量大而且高分散，居世界前列[2]，2019 年秸稈產(chǎn)生量達(dá)到8.65 億t，蔬菜廢棄物總量高達(dá)2.45 億t[2-4]。這些副產(chǎn)物除了少部分被用作中藥、飼料和燃料外，資源的浪費(fèi)極其嚴(yán)重。大量的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物隨意丟棄或任意排放到環(huán)境中，既增加了農(nóng)業(yè)資源浪費(fèi)，又加重農(nóng)業(yè)環(huán)境污染，使農(nóng)村生態(tài)環(huán)境日趨惡化。因此，尋找一條適合我國農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的有效途徑，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展意義重大。

1 我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物資源化利用的傳統(tǒng)途徑

目前，農(nóng)業(yè)廢棄物的能源化、肥料化、飼料化、材料化和基質(zhì)化是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物資源化利用的主要途徑[5]。

1.1 能源化

生物質(zhì)能源占世界總能源消費(fèi)總量的14%，具有綠色、低碳等優(yōu)勢，且還是可再生的清潔能源?！?060 零碳生物質(zhì)能發(fā)展?jié)摿λ{(lán)皮書》顯示，我國生物質(zhì)資源開發(fā)潛力約相當(dāng)于4.6 億t 標(biāo)準(zhǔn)煤。借助碳捕獲和儲存技術(shù)，預(yù)計(jì)到2060 年生物質(zhì)能將為全社會減碳20 億t 以上[6]。

農(nóng)業(yè)廢棄物中的秸稈是生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化的主要原料，能有效促進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源利用。2019 年我國能源化利用的秸稈約48.4%用于成型燃料，27.8%用于生物質(zhì)發(fā)電，16.4%用于規(guī)?；託夂蜕锾烊粴?，總利用量達(dá)到5 025.4 萬t。生物質(zhì)資源能源化利用，既有效解決了農(nóng)村環(huán)境污染問題、提升了土壤固碳能力，又減少了溫室氣體排放，實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)的零碳或負(fù)碳[7]，為有效緩解因石油、煤炭等化石能源過度開發(fā)帶來的能源危機(jī)提供了新的途徑。

1.2 肥料化

通過直接還田和發(fā)酵還田2 種方式可實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物中有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀的高效利用。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2017 年我國農(nóng)作物秸稈及殘存物的二氧化碳當(dāng)量高達(dá)3 920 萬t （聯(lián)合國糧農(nóng)組織數(shù)據(jù)）。我國有機(jī)肥每年未被利用部分約為1 億t，約占理論可生量（2.79 億t） 的1/3。秸稈全量還田將增加農(nóng)田氮肥38.4%，磷肥18.9%和鉀肥85.5%，充分合理利用這些資源，可有效替代化肥施用，有效緩解中國有機(jī)肥短缺的難題，促進(jìn)農(nóng)作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)，同時降低農(nóng)產(chǎn)品成本，并減少化肥生產(chǎn)引起的碳排放[8]。

1.3 飼料化

農(nóng)作物秸稈飼料化為奶牛、肉牛和肉羊飼養(yǎng)提供充足的粗飼料，不僅可以緩解畜牧業(yè)畜草矛盾，還能保障“節(jié)糧型”畜牧業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。青（黃）貯、堿化或氨化、汽爆等飼料化利用技術(shù)，顯著提高秸稈在瘤胃內(nèi)的消化率，促進(jìn)秸稈資源飼料化[9]。秸稈飼料化技術(shù)可以有效解決我國粗飼料資源短缺，實(shí)現(xiàn)秸稈資源化利用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，約30.7%的農(nóng)作物秸稈用于生產(chǎn)動物飼料[10]。

1.4 材料化

農(nóng)業(yè)廢棄物富含植物性纖維，可廣泛用于生產(chǎn)生物質(zhì)材料。不僅包括各種包裝材料，如植物纖維板、可降解餐具、發(fā)泡緩沖材料，還可用于生產(chǎn)纖維素薄膜和保溫材料。利用納米技術(shù)制備出的納米纖維素，廣泛用于各類功能材料的復(fù)合增強(qiáng)等場合。秸稈的精深加工與低碳利用，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)廢棄物高科技產(chǎn)業(yè)化發(fā)展[11]。

1.5 基質(zhì)化

秸稈、木薯、蔗渣、蘆葦末、花生殼、棉稈和其他作物秸稈等廢棄物混合、殺菌并快速發(fā)酵，作為食用菌、水稻、蔬菜和花卉等綠色有機(jī)產(chǎn)品的基質(zhì)，實(shí)現(xiàn)廢棄物基料化應(yīng)用[12-13]?；|(zhì)化的關(guān)鍵是要篩選能快速促進(jìn)作物秸稈及農(nóng)殘廢棄物基質(zhì)化的適宜微生物及菌種，使形成的生物質(zhì)基質(zhì)具有良好的理化性質(zhì)，能滿足不同植物生長發(fā)育所需?；|(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)化和商品化生產(chǎn)將大大提高農(nóng)業(yè)廢棄物利用率，減少污染，創(chuàng)造生態(tài)及經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物資源循環(huán)利用的理論基礎(chǔ)

2.1 循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論

循環(huán)經(jīng)濟(jì)是一種遵循可持續(xù)發(fā)展理念的經(jīng)濟(jì)模式，其核心是資源的高效利用和循環(huán)利用。通過廢棄物資源的減量化（Reduction）、再循環(huán)（Rrecy cle）、再利用（Rreuse） 3R 原則，實(shí)現(xiàn)資源低消耗、低排放和高效率利用，與自然生態(tài)系統(tǒng)和諧共存，通過構(gòu)建“資源- 產(chǎn)品- 再生資源”閉路循環(huán)過程，達(dá)到資源的最佳利用[14]。在當(dāng)前的環(huán)境背景下，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)對于應(yīng)對氣候變化、遏制生物多樣性喪失和減少浪費(fèi)污染等全球環(huán)境挑戰(zhàn)具有重要意義。

資源節(jié)約和循環(huán)利用是循環(huán)經(jīng)濟(jì)的特征，不同于傳統(tǒng)的開環(huán)經(jīng)濟(jì)，循環(huán)經(jīng)濟(jì)是一種閉環(huán)經(jīng)濟(jì)，通過“資源投入- 產(chǎn)出- 消費(fèi)- 廢棄物- 轉(zhuǎn)化利用-資源”這一閉路循環(huán)，實(shí)現(xiàn)污染排放最小化與資源的無限循環(huán)利用。因此，循環(huán)經(jīng)濟(jì)是一種把清潔生產(chǎn)、生態(tài)優(yōu)化、廢棄物綜合利用和可持續(xù)消費(fèi)等融為一體的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式[15]。循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式下，人不再是破壞生態(tài)環(huán)境、限制經(jīng)濟(jì)發(fā)展的障礙，而是表現(xiàn)為通過利用先進(jìn)科技和管理理念，實(shí)現(xiàn)一種社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境“共贏”的有利局面。

2.2 價(jià)值創(chuàng)新理論

資源價(jià)值創(chuàng)新是將價(jià)值創(chuàng)新理論應(yīng)用于農(nóng)業(yè)廢棄物資源，以循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論為依據(jù)，借助現(xiàn)代科技術(shù)與管理理念，最大限度挖掘資源的潛在利用價(jià)值，追求差異化和低成本，實(shí)現(xiàn)高價(jià)值利用[16]?；谘h(huán)經(jīng)濟(jì)的視角，環(huán)境中很少有真正的“廢物”。農(nóng)業(yè)4.0 時代借助創(chuàng)新技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物中的應(yīng)用，催生了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物價(jià)值的發(fā)現(xiàn)，這種“放錯位置的資源”作為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)原料被廣泛利用。因此，該模式提高廢物的價(jià)值的同時減少了環(huán)境壓力，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物價(jià)值利用的最大化和生態(tài)化。

3 我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物資源創(chuàng)新利用模式的探索

近年來，對副產(chǎn)品直接進(jìn)行能源化、肥料化、飼料化、材料化和基質(zhì)化利用，在一定程度上減少了環(huán)境壓力，實(shí)現(xiàn)了資源的再循環(huán)和再利用。但是，我國目前農(nóng)業(yè)廢棄物的利用方式仍以粗放型方式為主，不能適應(yīng)當(dāng)前農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展要求和生態(tài)文明建設(shè)需求。根據(jù)循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論和價(jià)值創(chuàng)新理論，將目前的粗放循環(huán)利用模式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，建立粗放低值轉(zhuǎn)化- 增效綜合利用-集約精細(xì)增值相結(jié)合的梯度化綜合利用模式體系。

3.1 粗放低值轉(zhuǎn)化

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物飼料化、肥料化、基質(zhì)化、能源化是其粗放低值轉(zhuǎn)化的主要模式，通過轉(zhuǎn)化，成為再生資源產(chǎn)品，初步消除其對環(huán)境的污染和生態(tài)的破壞。例如，秸稈還田和堆漚還田有助于增強(qiáng)土壤肥力和改善土壤結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物增產(chǎn)；玉米、花生等農(nóng)作物秸稈粉碎氨化加工的飼料便于禽畜消化吸收，有效緩解畜草矛盾。以秸稈為例，據(jù)統(tǒng)計(jì)，15%的秸稈直接還田，30.7%的秸稈用于生產(chǎn)動物飼料，17.9%的秸稈用于工業(yè)能源，5.25%用于材料制備等其它領(lǐng)域，直接廢棄燃燒的秸稈資源比例高達(dá)31.6%[17]。

3.2 增效綜合利用

轉(zhuǎn)化增效的核心是提高利用效率，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物品產(chǎn)生量。因此，轉(zhuǎn)化增效循環(huán)利用模式是指運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)，如酶轉(zhuǎn)化技術(shù)、微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)、發(fā)酵轉(zhuǎn)化技術(shù)及相關(guān)技術(shù)的集成提高廢棄物的利用效率，將可資源化的成分轉(zhuǎn)化為具有較高利用價(jià)值的資源性物質(zhì)，降低末端產(chǎn)物排放量。例如，利用秸稈、果蔬皮殼生產(chǎn)食用菌基質(zhì)，而生產(chǎn)食用菌的副產(chǎn)品食用菌糠由于富含粗蛋白質(zhì)、粗纖維，以及各種氨基酸，不僅可以作為畜牧業(yè)的優(yōu)質(zhì)飼料，還是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥[18]。

3.3 集約精細(xì)增值

集約精細(xì)增值循環(huán)模式利用先進(jìn)的化學(xué)分離、提純技術(shù)、納米技術(shù)、生物技術(shù)，生產(chǎn)出具有潛在開發(fā)價(jià)值的生物活性化學(xué)成分或轉(zhuǎn)化為具有生物功能的高附加值資源性物質(zhì)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物中的皮殼類富含豐富的色素、營養(yǎng)物質(zhì)等生物活性成分，通過集約精細(xì)增值將其用于生產(chǎn)藥品、醫(yī)藥保健產(chǎn)品、化妝品、香精香料、化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)品等，實(shí)現(xiàn)化工、醫(yī)藥、食品產(chǎn)業(yè)化增值[19-20]。中國農(nóng)科院環(huán)發(fā)所種植廢棄物清潔轉(zhuǎn)化與高值利用團(tuán)隊(duì)突破性的利用熱解炭氣聯(lián)產(chǎn)技術(shù)使秸稈轉(zhuǎn)變?yōu)樯锾縖21]，實(shí)現(xiàn)了秸稈能源化精細(xì)增值?？傊?xì)增值模式是目前對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物利用效率最高、價(jià)值增值最大的一種模式，這種模式的實(shí)現(xiàn)對科技水平和技術(shù)工藝的要求更高，產(chǎn)生更高的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

4 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物資源超循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式體系構(gòu)建

超循環(huán)理論是建立在分子生物學(xué)基礎(chǔ)上的關(guān)于非平衡態(tài)系統(tǒng)的自組織理論，由德國科學(xué)家艾根（Manfred Eigen） 在20 世紀(jì)70 年代提出，近年來已廣泛應(yīng)用于生態(tài)文明建設(shè)。超循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式以循環(huán)經(jīng)濟(jì)的3R 原則為基礎(chǔ)，加入再分配（Redistribution）和再培育（Recultivation） 原則，構(gòu)建出5R 原則。在超循環(huán)經(jīng)濟(jì)中，資源鏈、生態(tài)鏈和價(jià)值鏈基層循環(huán)進(jìn)一步耦合，相互促進(jìn)相互催化，提升資源、生態(tài)和價(jià)值，使生態(tài)與農(nóng)業(yè)互利共生，實(shí)現(xiàn)資源利用、生態(tài)改善和價(jià)值提升的共生運(yùn)行機(jī)制[22]。

資源鏈?zhǔn)寝r(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物實(shí)現(xiàn)超循環(huán)利用的基礎(chǔ)，是生態(tài)鏈的生物學(xué)基礎(chǔ)，又是價(jià)值鏈的物質(zhì)基礎(chǔ)。資源鏈按照“農(nóng)業(yè)資源耗用→農(nóng)業(yè)生產(chǎn)→農(nóng)產(chǎn)品使用→農(nóng)業(yè)廢棄物→資源再生→農(nóng)業(yè)資源耗用”的閉環(huán)運(yùn)行。資源再生環(huán)節(jié)的加入實(shí)現(xiàn)了資源增值的超循環(huán)，減量化是資源鏈的關(guān)鍵。價(jià)值鏈通過利益機(jī)制促進(jìn)資源鏈和生態(tài)鏈的良性發(fā)展，發(fā)揮動力和紐帶作用，是超循環(huán)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵因素[22]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物價(jià)值鏈的具體體現(xiàn)為將廢棄物循環(huán)利用的3 種模式嵌入了超循環(huán)體系中，通過低值轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)能源化、肥料化、飼料化、材料化和基質(zhì)化；通過微生物轉(zhuǎn)化、酶轉(zhuǎn)化、發(fā)酵轉(zhuǎn)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物到生物能源、活性成分的增效利用；通過化學(xué)分離技術(shù)、生物技術(shù)和化學(xué)提純技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生物活性物質(zhì)提取純化，并用于醫(yī)藥保健、化妝品、食品行業(yè)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的精細(xì)增值。生態(tài)鏈為實(shí)現(xiàn)資源鏈持續(xù)增長和價(jià)值鏈的良好運(yùn)行提供了支撐[22]。生態(tài)鏈?zhǔn)菍⑥r(nóng)業(yè)資源耗用、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品使用、農(nóng)業(yè)廢棄物、處理排放的生態(tài)過程連接起來形成的開放鏈條。在生態(tài)鏈運(yùn)行過程中，綠色種植、節(jié)水減排、清潔生產(chǎn)等有利于生態(tài)鏈的良好運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)生態(tài)改善與優(yōu)化。

超循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式通過資源的減量化、廢棄物的再循環(huán)、再利用、可再生資源的培育和再配置，通過生態(tài)鏈、價(jià)值鏈和資源鏈的相互嵌套，最大程度降低廢物的排放和自然資源耗用對環(huán)境有負(fù)向作用，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源的最充分利用，并實(shí)現(xiàn)廢棄物的價(jià)值創(chuàng)新和整個產(chǎn)業(yè)鏈的價(jià)值提升，構(gòu)建出“資源→生產(chǎn)→消費(fèi)→再生資源→創(chuàng)新→新循環(huán)"”超循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。超循環(huán)經(jīng)濟(jì)的開放性，使之與經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致，有效融合，從而促進(jìn)農(nóng)業(yè)由“淺綠”到“深綠”的可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)“人工超生物文明”的實(shí)現(xiàn)[23-24]。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物超循環(huán)經(jīng)濟(jì)利用模式見圖1。

圖1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物超循環(huán)經(jīng)濟(jì)利用模式

5 結(jié)語

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物超循環(huán)利用對解決我國資源瓶頸問題具有重大戰(zhàn)略意義。2030 年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和，是中國對世界的承諾，實(shí)現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物資源循化利用刻不容緩。整合農(nóng)業(yè)廢棄物資源，構(gòu)建超循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的重要舉措，也是潛力所在。構(gòu)筑起完善的保障體系，加快農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物超循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式實(shí)現(xiàn)，離不開政策、技術(shù)、品牌建設(shè)等方面的協(xié)同作用。建立健全以法律政策為基礎(chǔ)、政府為導(dǎo)向、市場調(diào)節(jié)為補(bǔ)充、農(nóng)民積極參與的運(yùn)行機(jī)制，建立健全廢棄物的資源化利用法律法規(guī)等政策支持體系；建立健全資源利用高新技術(shù)開發(fā)、專業(yè)人才支撐體系；建立健全農(nóng)業(yè)廢棄物精細(xì)增值的品牌發(fā)展戰(zhàn)略。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物超循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式的實(shí)施將為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)作出重要貢獻(xiàn)。