20世紀90年代起,中國快速小康而后又正在富裕起來的國民(主要是城市居民),開始遭遇到“發展通病”的種種困擾。嚴重依靠化石能源發展重、化工業的傳統工業化模式,還有掠奪式和粗放經營的農業模式,使生態質量迅速惡化,水和能源、礦物等資源過量消耗;“暴發戶”式的奢侈消費模式,又造成“富營養化”、“沙塵暴”、“垃圾圍城”等環境困局。我們都陷入了一種尷尬的局面:在環境保護和污染治理方面,得到發達國家經濟學界公認的所謂“環境庫茲涅茨倒U型曲線”規律開始起作用。在生態和環境迅速惡化及人均GDP尚未達到可使環境質量由惡化變為好轉的“拐點”之前,中、低收入的中國人要“被迫”提前“享受”優美環境這一“奢侈品”。其具體表現在生態建設方面是植樹造林和退耕還林草等大規模項目的推出，但因其只有生態效益、很少甚至沒有經濟效益而難以為繼。“循環經濟”理論以及農業上“生態農業”實踐的出現,使人們看到了走出以上悖論和怪圈的希望。而基于有機物廢棄物高效利用的生態產業——生物能源產業的崛起,更為中國的“循環經濟”和“生態農業”提供了堅實的生態經濟基礎。
1、農業是我國最早提出并實踐循環經濟原理的部門
應該說,由于有幾千年傳統農業精華的傳承和眷顧,以物質循環利用和能量多層次利用為基本特色的“中國生態農業”,在國內外都是最早提出并實踐循環經濟原理的。早在20世紀70年代末,當“四個現代化”目標重新提出后,在圍繞“中國農業應如何現代化”長達數年的爭論中,有識之士開始意識到,以高投入(尤其是化石能源)、高產出為核心的西方傳統農業現代化模式,在中國是行不通的。惟一正確的道路,是繼承帶有樸素循環經濟思想的中國傳統農業的精華,以發揚人才和智力之長,避資源和投入不足之短,才可能走出有中國特色的可持續農業的道路。為此,西南農業大學(現西南大學)葉謙吉教授等最先正式提出了“生態農業”的概念[1],并得到廣泛地響應。
“中國生態農業”的定義是:“在生態學和生態經濟學指導下,將中國傳統農業的精華同現代科學技術結合,依據整體、協調、循環、再生的原則,運用生態工程的手段因地制宜地改進或優化設計的農業生態—經濟—社會系統,實現生態效益、經濟效益和社會效益的統一”。“中國生態農業”與西方那種完全回歸自然、摒棄現代投入的“生態農業”主張完全不同。它強調的是繼承中國傳統農業的精華——廢棄物質循環利用;規避常規現代農業的弊病(單一連作,大量使用化肥、農藥等化學品,大量使用化石能源等);通過用系統學和生態學規律指導農業和農業生態系統結構的調整與優化(如推行立體種植,病蟲害生物防治),改善其功能;以及推進農戶庭院經濟等。在從村到縣的各級生態農業的試點上,曾普遍取得良好的效果[2]。
2“中國生態農業”已暴露出不能回避的缺陷
然而“中國生態農業”經歷了近三十年的試點試驗和示范,雖然有了很大成績,涌現出若干創造性的生態工程模式,但也暴露出不能回避的缺陷或瓶頸,以致出現了某種被“邊緣化”的趨勢。具體表現是:經濟活力嚴重不足,難以在當今條件下被農民及基層干部廣泛接受,距離在全國農業中占到主導地位還差得很遠很遠。根本原因在于,它缺乏富有生命力的“生態產業“的支撐,生態與經濟結合得不理想。
[拜泉縣案例]
黑龍江省拜泉縣曾是全國生態農業最著名的典型之一。該縣地處小興安嶺與松嫩平原的過渡地帶,是典型的旱作農業區。20世紀50年代曾經列入黑龍江省松花江流域的“黑土糧倉帶”。但從20世紀60年代起,糧食產量卻節節下降,“呼海克拜,拜泉在外”。經過縣領導和生態農業專家們一起多次研究,最后找到了根本性的原因:土地退化(“破皮黃”)/小氣候惡化是糧產大降的主因。而土地退化及肥力下降則源于土壤侵蝕。該縣廣泛分布的是漫坡度地形,溝壑密布;由于多年來農民砍伐木材出賣和無休止地收集薪材燃料而使植被遭受嚴重破壞,森林覆蓋率一度降至3.7%。加上濫墾濫伐和廣種薄收,使黑土表層厚度從墾殖初期的1m左右,銳減到0.3m。不少地方甚至已沖刷完,露出黏質的黃色底土,群眾稱之為不打糧的“破皮黃”和“火燒云”地。糧、豆產量大幅度下降。1986年起,縣領導抓住主要矛盾,通過適當補貼多能互補、農牧結合增施有機肥改良土壤以及精耕細作等措施,遏制住濫墾濫伐的勢頭;實施小流域綜合治理,共治溝上萬條,修梯田3.6萬hm2;并大力營造多圈防護林帶和梯田,建造十大生態工程。經10余年堅持不懈地努力,終于徹底扭轉了水土嚴重流失局面,重新回到糧豆產量大縣的行列;生態和環境也有了很大改觀。
但是,進入21世紀之后,拜泉縣生態農業突然銷聲匿跡,名聲不再。而有關“黑土地正在被吞噬”、“拯救黑土地”的呼吁卻仍經年不絕。這說明,拜泉縣以生態農業治理黑土地的經驗并未能得到推廣。個中原因究竟何在？
首先是生態環境治理的機/體制和政策上存在很大漏洞。生態建設完全依靠連年的、在某種程度上是強制性和無償的群眾性義務出工;地方也得不到應有的(中、下游受益地區)的生態補償。根本的問題則是,生態農業一直未能實現產業化,生態農業產業未成為增加農民收入和地方財政的重要支柱。例如曾經大力推行的農牧結合、發展肉牛、奶牛和奶山羊等,均未形成大的產業。到2000年時,全縣農民人均收入只有千余元,縣財政年收入還不到1億元。兩項指標均大大低于周邊經濟較發達的縣。
3、、生態與經濟的結合是一切變革傳統經濟模式主張成功的前提
生態與經濟脫節,是國內外始終普遍存在的嚴重頑癥。聯合國環境與發展委員會(WCED,即著名的布倫特蘭委員會)在1987年劃時代的文件“OurCommonFuture”(引導了全世界可持續發展運動)扉頁上就令人注目地呼吁“生態學與經濟學的聯姻”(marriage)。國際生態學權威E.P.Odum和H.T.Odum(1981),以及其后的Costanza(1989)、Daly(1991)等[3],都一直不遺余力地宣揚生態學與經濟學“聯姻”的重大意義。在E.P.Odum晚年(1997年)出版的最后一部著作——《生態學:連接科學與社會的橋梁》(ECOLOGY—ABridgeBetweenScienceandSociety)[4]中,他把“人類社會從年輕轉向成熟”(TheTransitionfromYouthtoMaturity)作為總結一章的標題。精辟地指出,對人類社會的未來,可以有多種預測,從最悲觀的直到最樂觀的。但只有將3個“E”(對“家事的研究”即生態學,Ecology;對“管理家事的研究”即經濟學,Economy;以及環境倫理觀即Environmentalethics)緊密結合(tomerge)起來,才有可能使人類社會變得成熟起來,也才可能有真正令人樂觀的未來。國際生態界在20世紀90年代派生出多學科交叉的生態經濟學,也是旨在從宏觀角度為決策者提供符合生態學和經濟學雙原則的建議和運作模式[5]。
這些年在國內外風靡一時的所謂“生態城”建設,出現了一批規模不等的試點。雖然也取得了若干進展,但迄今為止,并未真正走出一條全新的、可行的路子來。當前,世界銀行面對發展中國家洶涌而來的城市化浪潮(全球90%的城市化發生在發展中國家)所引發的一系列嚴峻的挑戰,又不得不開始另一輪新的探索。據2010年世行發表的題為《生態經濟城市》的報告(Eco2Cities:EcologicalCitiesasEco-nomicCities)[6],到2030年,發展中國家城市面積將達到2000年的3倍。生態經濟城市著眼于通過綜合城市規劃及管理強化市民的福祉,進而充分發揮生態系統的優勢,為子孫后代扶植和保護生態資產。它通過高效使用有形資產和無形資產,為市民、企業和社區創造價值和機會,實現經濟活動的高產、包容和可持續。建設“生態經濟城市”的理念(paradigm)是,充分發揮和“放大”十分有限的(城市域內)資源的多重效益和價值(此點對發展中國家特別重要),并大幅度減少有害污染物及沒有必要的廢棄物。說到底,不僅要有生態效益,更要有經濟和社會效益,創造更多的就業崗位,為脫貧作出貢獻。
被視為“生態經濟城市”典范的瑞典斯德哥爾摩市(老工業港區)的最大成就是:1)大幅度拓展郊區的面積(因為根據生態經濟城市建設的原則,城市規模須依據生態承載力,以及城市密度須符合“高度復合原則”,即密度高處非常密集,低處完全沒有建筑來確定);2)減少水資源用量41%;3)通過可再生能源的替代,減少化石能源消耗量30%。對照發展中國家特別是中國的國情,第一條是學不了的。但在節水和發展可再生能源尤其是生物能源方面則大有可為。
總之,生態與經濟的結合乃至“雙贏”,已被大量的實踐證明是非常困難的。而開發高效生態產業,無疑提供了一條可行的途徑。
4、、生物質能/材料的問世為農業生態產業發展提供了千載難逢的機遇
幾十年的實踐已經反復證明,在中國,農業也罷,“三農”問題也罷,最難最難的事,莫過于如何為廣大的糧食主產區的農民找到糧棉油以外、大宗的、高價值的和能夠長久居“賣方市場”的新產品(商品),并藉以顯著地增加就業和收入;同樣,中國環境保護(包括農業環保)最難的事,就是如何在人均GDP水平離“環境庫茲涅茨倒U曲線”的拐點還很遠的前提下,破除“環保事業”單純“公益性”的束縛,獲得環境和經濟“雙贏”。用這兩個大標準來衡量,目前各類形形色色、冠以“生態農業”名號的“有機農業”、“綠色/無公害農業”、“觀光農業”、“特色產品農業”、“休閑農業”等等,都只能是市場容量有限、能受益的農民數量不多的中、小產業,難以成為支柱型生態產業,也不可能對整個農村經濟和全國生態與環境起到全局性的推動作用。而迄今為止,只有生物質能(材料)有望真正符合上兩條非常苛刻的要求。
以我國華南地區的兩大支柱性經濟作物——甘蔗和木薯為例。兩者的單產潛力都很高(一般產量分別為60t•hm2和22.5t•hm2,但高者可分別達600t•hm2和75t•hm2),但實際生產和銷售中存在的問題,卻從根子上制約著潛力的發揮和種植面積的擴大。甘蔗種植主要受國際及國內市場糖價控制,糖價低的年份“糖賤傷農”嚴重;木薯則因用途十分有限(制淀粉,但淀粉需求量有限,價格低),收購價長期低迷(100~150t•元1),農民種植積極性很低。該地區還有不少用制蔗糖的下腳料糖蜜及木薯直接制酒精的中、小企業,但一則酒精的需求量(工業用、食用、衛生用)也有限且價格不理想,更糟糕的是在生產酒精的同時,會形成十幾倍于酒精量的高COD(化學需氧量)濃度的酒精廢液,是嚴重的污染物,一直缺少有效的治理方法。
經過中機院近年來的研究和開發,發現用糖蜜及木薯制出的酒精經脫水,可獲得生物燃料乙醇;用特定技術,可從高COD濃度酒精廢液中轉化出沼氣,同時又使有機污染物COD濃度大幅下降,便于進一步治理到達標排放。沼氣經過凈化和提純,可以獲得與天然氣品質完全相同的生物天然氣。而燃料乙醇和天然氣在我國都是大宗稀缺商品,需要大量進口,幾乎永遠是“賣方市場”產品[7]。
除利用有機廢棄物和下腳料之外,從長遠看,“能源農業”即在邊際土地種植能源作物作為原料生產生物能源,在我國也有光明的前景。仍以生物天然氣為例,根據歐盟國家的實踐,每1hm2地種植沼氣專用能源作物,收獲期制成青貯供厭氧沼氣發酵之用,可獲得4500~7500m3的生物天然氣。如此,在我國每1hm2地的純收入可過萬元甚至達30000元;而種植糧食作物則只有此收入水平的1/4至1/5。隨著全世界化石能源資源的逐步枯竭,作為可再生能源、特別是惟一能提供最稀缺液體燃料的生物能源,其市場潛力無限,而且價格只升不降。這就為生態農業的高經濟效益提供了根本性的保障。
5、、成長中的中國生物能源產業已顯示出其作為生態與經濟結合理想載體的潛力
只有生態效益而沒有(缺乏)經濟效益,只有環境效益而沒有(缺乏)經濟效益,……這樣的尷尬局面在中國已存在多年,嚴重地阻礙了可持續發展原則的實際貫徹,也使很多所謂的“生態××”完全流于形式。
若干案例已經表明,特別符合中國國情的、以有機廢棄物利用和邊際性土地利用為中心的中國生物能源產業,不僅有助于國家的能源安全,還能夠使物質循環利用和能量多層次利用,打破以往只在農戶和小規模經營體實行的局限,真正發揮出生物質經濟在緩解我國土地、礦產和能源等方面存在的對農業的巨大制約的重大作用,社會效益巨大。
以化肥為例。當前我國農業特別是糧食生產過于依賴化肥的局面已很難收拾。化肥生產需要的磷、鉀礦資源非常不足。然而化肥的浪費卻十分嚴重。幾乎無處不在的水體“富營養化”本身,就表明了大量的養分不但無謂地流失,而且造成嚴重的污染問題。除了化肥施用上有許多不當外,秸稈等廢棄物和畜禽糞便中含有的氮、磷、鉀等植物礦質養分,相當于年化肥施用量的一半以上,都絕大部分白白地流失掉。而發展以這些廢棄物為原料的規模化先進沼氣生物能源產業,不但可獲得高價值的生物天然氣,還能使幾乎全部的殘留態氮、磷、鉀以及部分有機質(木質素)真正實現還田(目前一般的傳統沼氣工程,大量沼渣液只有理論上的好處,但無法實現;甚至還成為難以“處理”的沉重“包袱”)。發展生物能源還能收到有效治理“三廢“污染、治理沙地及增加綠色植被覆蓋率等生態效益。此外,生物燃料比化石燃料的大氣污染物及溫室氣體排放量要低得多[8]。因此,以農業為基礎的生物能源真正實現了中國生態農業的理想:即經濟效益、社會效益和生態效益的完美統一。
[案例1]毛烏素生物熱電廠
我國北方毛烏素、渾善達克、科爾沁、呼倫貝爾四大沙地的面積為155萬hm2,其中固定、半固定沙丘及丘間農田約占2/3,約100萬hm2。四大沙地處在我國北方的東部半濕潤季風區向西部干旱氣候區過渡的森林草原、典型草原和荒漠草原地帶,年降水量由500mm漸減到200mm,是我國東西部地區間的一道重要生態屏障。如果四大沙地治理好了,便可以在我國東西部地區建立一道綠色的生態屏障,及經濟、社會和民族和諧發展的繁榮走廊。
四大沙地中,庫布其沙地有近333.33萬hm2沙荒地。在治理和發展上有不少有利條件。一是它處在400~500mm年降水量的草原地帶,其沙化的可逆條件顯著優于西部的干旱荒漠地帶;二是擁有相當豐富的潛在土地和光熱資源,其資源人均占有量顯著高于東部地區;三是它緊鄰東部經濟發達區,交通方便,市場廣大[9]。
然而多年來,沙地的治理一直是政府行為而非農、牧民自發的行為。政府年年用大量補貼款買樹苗和整地、雇農牧民栽種。結果卻是年年見種,獨不見林。問題恰恰出在生態效益和經濟效益、社會效益的完全脫節。
近年來,在以鄂爾多斯市毛烏素生物熱電廠成功經驗的帶動下,出現了新的態勢。即由民營企業牽頭和投資,大規模種植固沙灌木和建生物電廠。利用沙柳等灌木3~5年必須平一次茬(如不平茬,長到第5、6年就開始枯萎)的特點,將所產生的枝條用于發電,實現治理沙地生態效益、企業及地方經濟效益和農民增收“三贏”。在打好沙障的前提下,每公頃插條1500多株,成活率可達60%~70%。到第2、3次平茬(6~8年)時,枝條產量可達15~22.5t•hm2,每噸售出價150元。沙柳能生長幾十年。當地牧民人均有150hm2左右的沙荒地,種沙柳是一條很好的脫貧致富的途徑。沙柳的此種利用方式與歐盟國家當前盛行的種植能源作物蒿柳(Salixspp),每3年收割(平茬)1次的所謂“短輪伐期灌木”(short-rotationcoppice,SRC)方式,有異曲同工之妙。
毛烏素生物熱電廠通過幾年的成功運作,迄今已經治理了2.2萬hm2沙地。發電1.8萬kW•h,消耗了原料25萬t,當地農牧民年增收7000多萬元,獲得了約7000個勞動崗位,還減排CO220萬t。[
案例2]、林木剩余物制顆粒生物燃料
2011年國家決定,在2011—2020年期間,投資2195億元,實施1.4億hm2的天然林資源保護二期工程。力爭使森林蓄積量凈增11億m3,森林碳匯增加4.16億t,林區民生進一步改善。主要措施除繼續停止商品采伐外,加強森林資源培育特別是中幼林的撫育是關鍵。這些年來,天然林保護區面臨很困難的局面。停止木材商品采伐后,由于沒有接續產業,林業職工收入銳減;其次,封山育林后次生林及人工造林面積雖然增加不少,但大量進入急需撫育的中、幼林階段后,密度過大、郁閉度高,撫育跟不上,相當一部分林木生長不良,樹勢弱。而撫育的核心環節——間伐與清林,由于過于費工、報酬低(林地撫育至少需要勞務費4500元•hm2,而國家僅補貼1500元•hm2)而基本上流于形式。據估計,人工間伐與清林能夠達標(指在集材道兩側5km區域內完成間伐與清林,并且把清、伐下的枝條運至集材道拉運下山)的,一般只占天然林面積的5%左右。因此,很多地方天然林地的平均蓄積量只有每公頃幾十立方米,比國際先進水平低5~7倍。此外,即使清、伐下的枝條拉下了山,也沒有什么價值,這些年來林區建起的人造板廠由于質次大多賠錢、倒閉。
顯然,研發出高效、低成本的清林手段和“三剩物”(采伐剩余物、清林剩余物和林木加工剩余物)的高值化,是解決上述生態與經濟矛盾的根本出路。近年來,一些林業局開發了用鋸末為主的“三剩物”養殖食用菌,成效顯著,有的林業局一年就有上億袋之多。然而,新的問題又出現:巨量的培養基袋使用后被丟棄,連同塑料袋造成嚴重的污染。
吉林宏日新能源公司在充分利用“三剩物”制備生物質成型燃料方面取得了成功。通過對生物質顆粒燃料準確定位和開辟分布式能源服務的新市場,避免了一般的成型燃料企業的失敗教訓。即依靠出售顆粒(塊)間接進入市場(產品銷售無保障,資金鏈極易斷裂;總體的流通成本也過大)。其次,通過成功研制特別設計的機械和設備,包括造價比進口設備大幅降低的顆粒成型設備,生物質燃料專用鍋爐以及能夠開上山、高效收集處理清林/間伐剩余物的機動設備,使充分利用吉林省資源極豐富(資源量為每年數千萬噸)、但實際利用極差的林業“三剩物”(包括廢棄木耳菌培養基)以及作物秸稈成為可能。上述模式延長了產業鏈條。項目投產后,“三剩物”要經過兩次加工過程。第1次是加工成木質顆粒,銷售給木耳種植戶;木耳收獲以后,生物燃料廠再將木質顆粒收回,進行第2次加工,生產出成型顆粒燃料,向社會提供生物質節能供熱服務,實現二次增值,創造新的就業崗位。全國有幾十萬臺燃煤中小鍋爐,年耗5億t標準煤,急需替代能源,成型顆粒生物燃料市場廣闊。
[案例3]高有機濃度的酒精廢液制取生物天然氣
沼氣在我國已有幾十年的推廣應用史。它也是公認的中國生態農業物質循環和能量多層利用的紐帶。但多年來,傳統的使用方式,包括農戶炊事用能自給式的小型農戶沼氣，以及與規模化畜禽場配套、為其處理廄糞的沼氣工程,“事業”的性質都極為突出。表現在離不開對國家或地方政府補貼的依靠。不同于農戶沼氣小型、自給和沼氣就地利用,“產業沼氣”是大規模、商品化的產業;沼氣經凈化、提純成為生物天然氣后,還可以高壓氣或液化天然氣(LNG)形態長距離輸送,進入天然氣管網或加氣站。有望引發中國沼氣利用領域的一場深刻變革。
廣西盛產甘蔗和木薯,甘蔗糖廠、糖蜜(蔗糖生產的下腳料)酒精廠,木薯淀粉和酒精廠遍布各地。由于生產淀粉和酒精的污水排放量很大,且污水中殘留有機物非常多,COD濃度為2~20萬mg•L1,成為巨大的環境污染源,而且這類污水的治理難度高。這就使得廣西自治區的年COD排放總量,多年來一直居于各省(市、區)之首。
中國農業大學生物質工程中心在對國內外沼氣研發以及廣西天然氣(燃氣)市場調研的基礎上,2006年提出了通過“高效、快速沼氣生物發應器”開發“產業沼氣”,并引入沼氣凈化提純技術,使沼氣的甲烷含量從60%提高到95%以上,生產出“生物天然氣”的新產品,替代在廣西和南寧市資源非常緊缺的天然氣或液化石油氣(即開辟新的民用燃氣市場)。成功的關鍵,一是創新了原料——開發高有機濃度酒精廢液為制沼氣的“富礦”(而不是傳統的、產氣率低的沼氣原料畜禽糞便),二是創新了生產方法——能有效對付酒精廢液COD濃度過高、過酸和含硫過多難題的厭氧發酵技術UASB-TLP[10]。從而可形成環境保護和生物能源開發“雙贏”的生態產業。
中國農業大學生物質工程中心與廣西武鳴縣安寧淀粉公司合作,由后者承擔沼氣凈化、提純設備的風險資金,提高該公司淀粉/酒精廢液的發酵產沼氣率,成功地生產出生物天然氣。改變了以往廢液環保處理只投入而無產出的局面,在價格完全市場化及完全無國家補貼的條件下仍能贏利甚豐,市場前景光明。目前此項技術正在廣西推廣。事實上,近5~6年來由于包括非糧乙醇等在內的木薯生物能源用途的開發,廣西的木薯面積擴大,收購價已翻了兩番,這對農民來說無疑是個福音。
總之,作為“低碳”乃至“零碳”農業的突出代表,生物能源的開發將對重振中國生態農業、實現中國生態農業的轉型即生態經濟型產業化作出歷史性的貢獻。
當然,高度評價以生物能源產業為中心的新型生態農業,不等于否定或輕視小規模的農戶沼氣、“庭院生態經濟”和農戶型循環農業等。兩者應可以是并行不悖的。
6結語
生態學原理和原則的指導作用,關鍵要靠生態工程去落實,并體現于生態經濟之中。幾十年來,中國生態農業在生態工程的設計和應用上有很多創造。但隨著農村經營方式的演變,以往的中國生態農業模式當今已顯現出若干不適應之處。核心問題是,一直未能及時形成一批對農村經濟能起到重大作用的支柱型生態產業。現代生物能源產業的出現和崛起,提供了難得的機遇。生態與經濟如何聯姻、環保如何產業化以實現環境效益與經濟效益的“雙贏”等,在任何國家都是“兩難”問題,而在中國當前人均GDP水平遠未達到相當高度的條件下,更是極其困難的。現代生物能源產業在我國的實踐已初步表明,完全有可能得到“雙贏”的答案。它對重新振興中國的生態農業乃至推行“綠色經濟”,都具有不可忽視的意義。
