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北京农业废弃物现状与循环利用模式探讨


国土与自然资源研究
2011 No.4
文章编号: 1003- 7853 (2011)04- 0085- 03 基金项目: 京市科学技术研究院青年骨干计划 北 (2011- 5)

TERRITORY & NATURAL RESOURCES STUDY
中图分类号: X71

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文献标

识码: A

北京农业废弃物现状与循环利用模式探讨
北京 袁顺全, 洁(北京城市系统工程研究中心, 100089) 韩

摘要: 为了了解北京农业废弃物的现状, 探讨农业废弃物的循环利用模式, 根据统计数据与公开发表文献, 利用作物秸秆籽粒系 数与畜禽粪便排泄系数法对北京农业废弃物数量及养分进行了估算。结果表明: 2008 年北京农作物秸秆总量达 220 万吨,氮、 磷、 钾含量分别为 2.0、 和 2.7 万吨, 1.1 畜禽粪便总量达 786 万吨, 磷、 氮、 钾含量分别为 5.47、 1.59 和 2.65 万吨。 北京农业废弃物 种类虽多, 但分布集中, 玉米秸秆量占作物秸秆总量的 80%, 畜禽粪便中猪粪、 牛粪占到畜禽粪便总量的 79%。农业废弃物的循 改善环境的重要途径, 以堆肥、 以太阳能沼气或食用菌生产为纽带的循环利用模式是当前农业废弃 环利用是提高资源利用率、 物循环利用的重要模式。 关键词: 农业废弃物; 循环利用; 北京

Exploration on Recycle Mode and Situation of Agriculture Wastes in Beijing
YUAN Shun-quan et al (Beijing Research Center of Urban Systems Engineering, Beijing 100089, China) Abstract: In order to know the situation of Beijing agriculture wastes and its recycle model, the amount of agriculture wastes and its nutrient resources were estimated by crop straws seed coefficient and animal manure excretion coefficient method. The results showed which included the amount of nitrogen, phosphorus, potassium nutrient that there was more than 2.2 million tons crop straws, in 2008, were 20,11, 27 thousand tons. There was more than 7.86 million tons animal manure, which included the amount of nitrogen, phospho- rus, potassium nutrient were 54.7,15.9,26.5 thousand tons. At last three kinds recycle model of agriculture wastes were proposed. Key words: agriculture wastes; recycle use; Beijing 2010 年中央一号文件 《中共中央、 国务院关于加大统筹城 乡发展力度,进一步夯实农业农村发展基础的若干意见》 指 出, 支持农村开发利用新能源, “ 推进农林废弃物资源化、 清洁 化利用” 。废弃物的资源化、 循环利用是发展循环经济的有效 农业废弃物的循环利用又是 《北京都市型现代农 途径。同时, 业基础建设及综合开发规划》 中的一项重要内容。 在绿色北京、 宜居城市的目标定位下, 必须解决农业废弃 物问题。因此, 了解北京农业废弃物的现状, 探讨北京适用的 农业废弃物循环利用模式与技术, 是当前急需解决的课题。本 文利用统计数据和前人的研究成果,对北京农业废弃物进行 估算, 并对农业废弃物的循环利用模式进行探讨, 以推动北京 农业废弃物的循环利用进程。 1 材料与方法 农业废弃物是指在整个农业生产过程中被丢弃的有机类 物质, 主要包括: 农林生产过程中产生的植物残余类废弃物; 牧、 渔业生产过程中产生的动物类残余废弃物; 农业加工过程 中产生的加工类残余废弃物和农村城镇生活垃圾等 [1]。通常所 指的农业废弃物主要是指种植业生产过程中产生的作物秸秆 和养殖过程中产生的畜禽粪便。 1.1 农作物秸秆数量估算方法 中国历史上对作物秸秆资源量没有专门进行统计, 因此, 在各类统计资料上直接查不到农作物秸秆数量的数据。作物 秸秆资源数量通常是通过与作物经济产量的关系—秸秆籽粒 比计算得到 [2]。 本文采用文献 [3]的秸秆数量估算方法进行计算, 其计算公式为:
n n

SK(K2 O)=Σ Si Ki· · 1.2046
i = 1

(4)

式中: 为作物秸秆资源总量 (风干基), i 为第 i 种作物 St Cr 经济产量, i 为第 i 种作物秸秆籽粒比值。Si 为第 i 种作物秸 Ra SN (N 资源总量, 为第 i 种作 Ni 秆资源数量, 为作物秸秆 N 素 ) 物秸秆 N 素养分含量, 为作物秸秆 P 素 (P2O5) 资源总量, SP Pi 为第 i 种作物秸秆 P 素养分含量, 2.29 为单质磷折算为 P2O5 的 系数, 为作物秸秆 K 素(K2O)资源总量, 为第 i 种作物秸 SK Ki 秆 K 素养分含量, 1.2046 为单质钾折算为 K2O 的系数。 1.2 畜禽粪便数量估算方法 畜禽粪便数量根据文献 [4]的方法进行估算, 计算公式如下,
n

Q=Σ Ni· · i (5) T P
i = 1

St=Σ Cr i· i Ra
i = 1 n

(1) (2) (3)

SN(N)=Σ Si Ni ·
i = 1 n

SP (P

2 O5 )

=Σ Si P i· · 2.29
i = 1

Q N 式中: 为区域畜禽粪便总量, i 为第 i 种畜禽的饲养数 量, 为该畜禽的饲养时间, i 为第 i 种畜禽的粪便排泄系数。 T P 1.3 数据来源 主要农作物产量数据和牲畜饲养数据来源于 《北京统计年 [5] 鉴 2009》 。作物产量数据直接取自北京统计年鉴中的作物总 产量, 统计计算的农作物包括稻谷、 冬小麦、 玉米、 薯类、 大豆、 棉花和油料。畜禽饲养量在统计年鉴中没有直接的数据, 对应 的是畜禽的出栏量和存栏量。 马、 驴、 牛、 骡、 羊等牲畜由于其生 长期长于一年, 用年末存栏数代替年内饲养量, 肉猪用全年出 栏量代替年内饲养量, 肉猪的生长期平均按照 199 天估算 [6]。 家 禽类由于年鉴上仅有年末存栏数据, 故只能用该数据代替年内 家禽的饲养量, 肉鸡按照 55 天的生长期估算 [6], 兔有年末养兔 数据。 作物秸秆籽粒比系数来源于文献 [3],作物秸秆中养分含量 来源于文献 [7]以及实验测定。 2 结果与分析 2.1 北京作物秸秆数量及其养分含量 北京农作物秸秆种类虽多, 但秸秆总量的分布非常集中。 2008 年北京主要农作物秸秆数量及其养分含量如表 1 所示,

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表 1 北京 2008 年主要农作物秸秆数量及其养分含量

作物名称 稻谷 小麦 玉米 薯类 大豆 棉花 花生 其他油料 合计

秸秆总量 /t 所占比例 2989 360131.2 1759334 9390.5 30582.4 4071 31879.5 900 2199277.6 0.10% 16.40% 80.00% 0.40% 1.40% 0.20% 1.40% 0.00% 100.00%

含 N 量 /t 24.5 1980.7 16713.7 235.7 553.5 50.5 580.2 7.8 20146.7

占总 N 比例 含 P 量 /t 0.10% 9.80% 83.00% 1.20% 2.70% 0.30% 2.90% 0.00% 100.00% 3.9 252.1 10907.9 26 59.9 6.1 52 1.3 11309.2

占总 P 比例 含 K 量 /t 0.00% 2.20% 96.50% 0.20% 0.50% 0.10% 0.50% 0.00% 100.00% 55 4177.5 21287.9 328.7 357.8 41.5 347.5 17.5 26613.4

占总 K 比例 总养分 /t 0.20% 15.70% 80.00% 1.20% 1.30% 0.20% 1.30% 0.10% 100.00% 83.4 6410.3 48909.5 590.4 971.3 98.1 979.7 26.6 58069.2

所占比例 0.10% 11.00% 84.20% 1.00% 1.70% 0.20% 1.70% 0.00% 100.00%

表 2 北京 2008 年畜禽粪便量及其养分含量估算表 畜禽名称 年饲养量×104 粪便排泄系数 猪 牛 马 骡 驴 羊 蛋鸡 肉鸡 鸭 兔 合计 292.69 23.02 0.19 0.28 0.96 73.2 1377.1 882.05 414.89 9 5.3Kg/d 13.55t/a 5.9t/a 5.0t/a 5.0t/a 0.87t/a 53.3Kg/a 1.0Kg/d 39.0Kg/a 41.4Kg/a 粪便总量 /t 3087001.4 3119210 11210 14000 48000 636840 733994.3 48512.8 161807.1 3726 7864301.6 粪便总量占比 39.30% 39.70% 0.10% 0.20% 0.60% 8.10% 9.30% 0.60% 2.10% 0.00% 100.00% 含 N 量 /t 16885.9 11946.6 49 43.7 10036.3 6457.6 7574.8 500.7 1155.3 32.6 54682.4 含 P 量 /t 7563.2 2963.2 15 21.8 90.2 1375.6 3031.4 200.4 589 11.1 15860.9 含 K 量 /t 9075.8 7205.4 42.7 32.5 256.8 3388 5262.7 347.8 885.1 24.3 26521.1 养分总量 /t 33524.8 22115.2 106.7 98 10383.4 11221.1 15869 1048.8 2629.4 68 97064.4 养分总量占比 34.50% 22.80% 0.10% 0.10% 10.70% 11.60% 16.30% 1.10% 2.70% 0.10% 100.00%

北京全年农作物秸秆总量约 220 万吨, 其中以玉米秸秆最多, 约 176 万吨, 占当年秸秆总量的 80%, 其次为小麦秸秆, 36 为 万吨, 占秸秆总量的 16%, 玉米和小麦秸秆占到总秸秆数量的 96%以上, 其他作物的秸秆较少, 总量不足 4%。 从养分含量看, 全年秸秆总养分含量达 58069 吨, 仍以玉 米秸秆和小麦秸秆的养分含量为主,分别占到总养分含量的 84.2%和 11.0%。从 N、 K 含量看, P、 农作物秸秆中的养分以含 K 量最多, 26613 吨, 为 其次为含 N 量, 20147 吨, P 量最 为 含 低, 11309 吨。2008 年北京全市化肥施用量(氮肥、 为 磷肥、 钾 肥折纯量)为 136318 吨, 作物秸秆中的 N、 K 养分数量占到 P、 当年化肥施用量的 42.6%, 因此, 如果能将这些废弃物充分利 用起来, 不但避免农业秸秆的环境污染, 还能大大减少化肥的 施用。 2.2 北京畜禽粪便数量及其养分含量 北京养殖的畜禽种类繁多, 有牛、 马、 鸡、 鹅、 羊、 猪、 鸭、 兔 等,养殖数量最多的是鸡, 2008 年年末存栏 2259.15 万只, 其 次鸭,年末存栏量达 414.89 万只,再次是猪,肉猪全年出栏 292.69 万头。畜禽粪便的产生量也相当大, 如表 2 所示, 2008 年全年产生的畜禽粪便约 786 万吨, 其中以牛的粪便最多, 约 312 万吨, 约占当年畜禽粪便总量的 40%, 猪的粪便几乎和牛 相差无几, 309 万吨, 为 牛和猪的粪便占当年畜禽粪便总量的 79%, 形成了北京畜禽粪便以牛粪和猪粪为主的特点。再次是 鸡粪, 总量约为 78.2 万吨, 约占畜禽粪便总量的 10%。羊粪的 总量约占 8%, 其余所有畜禽的粪便量较少, 总量不足 4%。 2008 年北京畜禽粪便中氮含量为 54682 吨,由于不同种

类的畜禽粪便养分含量差异较大, 因此, 各畜禽粪便中的养分 贡献亦有较大差异。 其中猪粪贡献量最高, 占总氮量的 30.9%, 再次为驴粪占 18.4%。北京畜禽粪便中 其次为牛粪占 21.8%, 磷的总量为 15860.9 吨, 其中猪粪中磷含量占绝对优势, 约占 总磷含量的 47.7%,其次为鸡粪,占 20.4%,再次为牛粪, 占 18.7%。北京畜禽粪便中钾的总量为 26521.1 吨, 以猪粪、 牛粪 和鸡粪的含量最多,分别占到总量的 34.2%、 27.2%和 21.1%。 畜禽粪便中总养分含量为 97064.4 吨, 以牛粪、 猪粪和鸡粪的 含量最多, 三者约占畜禽粪便总养分含量的 75%。 2.3 北京农业废弃物循环利用模式 北京农业废弃物中农作物秸秆最主要的是玉米秸,其他 作物秸秆数量少而分散,难以收集利用,畜禽粪便主要是猪 粪、 牛粪和鸡粪, 除此之外林地和果园每年产生的剪枝也是农 业废弃物的一个重要组成部分,如怀柔区九渡河镇杏树台村 每年修剪下来的板栗树枝多达 280 吨 [8]。因此, 北京农业废弃 物的循环利用以玉米秸秆、 猪粪、 牛粪、 鸡粪、 园林剪枝为主。 利用循环经济的理念,根据这些废弃物的特点设计以下循环 利用模式: 2.3.1 以堆肥为纽带的循环利用模式 模式的适宜区域为:同时具有规模养殖业和大面积的种 植业的地区。该模式主要是将种植业产生的作物秸秆、 瓜蔬藤 蔓等废弃物和养殖业产生的畜禽粪便等废弃物按照一定的比 例进行混合, 通过堆肥发酵处理, 杀灭废弃物中所含有的病原 菌、 寄生虫卵、 杂草种子等对农作物有害的物质, 并生成腐熟 的有机肥。有机肥的使用, 能改善土壤结构、 减少化肥和农药

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的使用。这样以堆肥工程为纽带的循环农业发展区, 全区内种植 业和养殖业的废弃物通过堆肥全部消纳, 变成了资源, 不再产生 废弃物, 可有效改善当地的生态环境。同时, 堆肥形成的有机肥, 还是一种高档的商品肥, 可带来相当的经济效益。堆肥工程的建 设与运行需要一定数量的劳动力, 能有效解决农村就业问题。因 生态效 此, 以堆肥工程为纽带的循环农业具有明显的经济效益、 益和社会效益。该模式的循环利用示意图如图 1 所示 [9]。 2.3.2 以太阳能沼气为纽带的循环利用模式 以沼气为纽带的循环利用模式有多种,如南方的猪—沼— 果、 北方的四位一体、 西北的五配套模式等。本文设计了一种北 形成的 方适用的太阳能沼气工程, 保证了冬季低温期正常运行。 以太阳能沼气为纽带的农业废弃物循环利用模式, 如图 2 所示。 太阳能沼气工程通常建设在养殖区,以畜禽养殖产生的粪便为 原料, 通过厌氧发酵产生的沼气作为能源, 沼液、 沼渣是很好的 有机肥, 可返还给种植业, 形成种养业的良性循环, 如大兴区的 留民营村、 平谷区的西柏店村。 随着北京农业产业结构的调整和人民消费需求的不断提 高, 蔬菜种植, 特别是设施蔬菜种植面积不断扩大, 随之产生的 蔬菜废弃物不断增多, 这些蔬菜废弃物多未被利用。 蔬菜秧含有 很高的养分, 不利用不但造成了资源浪费还产生了环境污染。 蔬 菜种植区仍可以发展以太阳能沼气为纽带的废弃物循环利用模 式。该模式是将蔬菜采收后的废弃菜叶、 菜秧为原料, 投入到沼 气池中, 经厌氧发酵, 产生的沼气可供蔬菜园区炊事能源、 温室 加温、 沼气灯杀虫灯; 沼液可滴灌, 沼渣做肥料。 这种模式使整个 蔬菜产区无废弃物, 实现生产的良性循环。 2.3.3 以食用菌为纽带的循环利用模式 北京林地、 园地面积广, 每年产生大量的剪枝等废弃物。这 些剪枝多数未被有效利用, 根据循环经济理论, 设计出适合北京 林区和园区适用的循环利用模式, 该模式是以林地、 园地生产中 产生的剪枝等枝条废弃物, 粉碎灭菌后作为食用菌生产的基质,

生产食用菌菌棒, 利用生产的菌棒进行食用菌栽培, 生产食 用菌后的废弃菌棒,一部分废弃菌棒可直接压块制作成燃 料, 供给食用菌生产, 剩余的废弃菌棒作为堆肥的原料进行 有机肥生产, 生产的有机肥再返还林地或园地, 提高地力, 形成良性循环。模式示意图如图 3 所示。 3 结论与讨论 北京农业废弃物种类虽多, 但主要是玉米秸秆 、 猪粪、 牛粪、 鸡粪以及园林剪枝。农业废弃物数量大, 2008 年北京 畜禽粪便总量达 786 万吨, 同 农作物秸秆总量达 220 万吨, 时这些废弃物蕴含着很高的资源潜力,其中农作物秸秆中 含有养分约 5.8 万吨, 畜禽粪便中含有养分 9.7 万吨。 2008 年全年北京全市化肥施用量 (折纯) 13.6 万吨, 为 而同年产生的作物 秸 秆 和 畜 禽 粪 便 中 养 分 含 量 达 15.5 万 吨, 如果这些废弃物充分利用, 将有效减少化肥施用量 、 改 以太阳 善农村生态环境。各地可根据实际选择发展以堆肥、 能沼气或食用菌生产为纽带的农业废弃物的循环利用模 式。
参考文献: [1] 孙振钧, 袁振宏, 张夫道, .农业废弃物资源化与农村生物质 等 资 源 战 略 研 究 报 告 [R]. 国 家 中 长 期 科 学 和 技 术 发 展 战 略 研 究 , 2004. [2] 全国农业技术推广中心.中国有机肥料养分志[M].北京: 中国农 1999: 53~81. 业出版杜, [3] 高利伟, 马林, 张卫峰, .中国作物秸秆养分资源数量估算及 等 其利用状况[J].农业工程学报, 2009, 25(7): 173~179. [4] 王方浩, 马文奇, 窦争霞, .中国畜禽粪便产生量估算及环境 等 效应[J].中国环境科学, 2006, 26(5) : 614~617. [5] 北京市统计局,国家统计局北京调查队.北京统计年鉴 2009 [M]. 北京: 中国统计出版社, 2009: 206~207. [6] 张克强, 高怀有.畜禽养殖业污染物处理与处置[M] .北京: 化学 2004, 22~23. 工业出版社, [7] 李 季 , 生 平 . 堆 肥 工 程 实 用 手 册 [M]. 北 京 : 学 工 业 出 版 社 , 彭 化 2005: 163. [8] 隗永青, 曹均, 曹庆昌.北京郊区板栗林下栗蘑栽培技术及效益 分析[J].中国食用菌, 2010, (2) 21~23, 29 : 53. [9] 袁顺全, 韩洁, 张俊峰, .以堆肥工程为纽带的循环农业模式 等 [J].畜牧与饲料科学, 2009, : (5) 103~104. 作者简介: 袁顺全 (1975~) 男, , 博士, 助理研究员, 主要从 事 资 源 生态环境与循环农业等方面的研究。 安全、 (2011- 03- 08 收稿 刘晓佳编辑)


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