全 文 ：　 　 收稿日期 ：２００６唱０８唱０１
中国生态农业与生物质工程对循环经济的作用
程 　序
（中国农业大学生物质工程中心 　 北京 　 １０００９４）
摘 　 要 　 简析了循环经济理论的产生 、发展 、应用及农业 、农业生物质工程与循环经济的关系 。 农业是集约化进行
生物质生产的过程 ，生物质工程（能及材料）应是生态农业工程的重要组分 ，并通过它与循环经济全面对接 。 通过农
业领域的这种拓展 ，能更大程度地融入现代经济 ，反过来也促进农村工业的发展和增加农民收入 。
关键词 　 中国生态农业 　 生物质工程 　 循环经济
Effects of eco唱agriculture and biomass engineering on circular economy in China ．CHENG Xu（Center for Biomass Engi唱
neering ，China Agricultural University ，Beijing １０００９４ ，China） ，CJEA ，２００７ ，１５（２） ：１ ～ ４
Abstract 　 The formation ，development and utilization of the circular economy theory and its relationships to biomass engi唱
neering and eco唱agriculture are discussed ．The biomass engineering ，including biomass materials and energy ，is an impor tant
component of eco唱agriculture which is an in tensive process producing biomass and jointing the biomass engineering to the
circular economy ．Agriculture containing the biomass engineering and circular economy can be more closely combined with
the modern economy ，improve the development of agricultural indust ry and increase the incomes of farmers ．
Key words 　 Chinese eco唱agriculture ，Biomass engineering ，Circular economy
（Received Aug ．１ ，２００６）
中国生态农业有很多种模式 ，几乎无一例外地体现了物质循环和充分利用的原则 。 但鉴于能量流的特
殊性 ，如囿于农业本身 ，很难将它与循环经济联系在一起 。 但实际上 ，能量的物化载体是 C 及其与 H 、O 的
合成衍生物 ，归根到底来源于生物质 。 因此 ，专门研究和开发生物质能及生物材料的生物质工程 ，就将中国
生态农业与循环经济紧紧地联系起来 。
1 　 循环经济理论的产生与发展
１９６６ 年美国生态经济学家鲍尔丁提出“用循环使用各种资源的循环式经济（“飞船经济”）代替单程式经
济”的观点［１］ 。 这里所说的单程式经济是指传统工业化模式下“大量生产唱大量消费唱大量排放废物”的技术
经济模式 。 循环式经济则是指把废弃物经过加工处理变为再生资源 ，再回到生产过程中使用的经济模式 。
目前世界上尚未形成完整一致的循环经济理论体系 。
随着循环经济理论的发展 ，其关注点更多地汇集到环境治理与保护上 。 从西方经济学观点看 ，市场价
格机制可以解决短缺问题 ：资源短缺必然会引起价格上升 ，迫使生产者通过技术创新节约使用日益昂贵的
资源 ，或者寻找替代资源 。 因而资源问题的解决或缓解就有了机制的保障 。 而环境问题则没有这么幸运
了 。由于环境具有明显的公共性 ，难以确定“产权” ，传统的市场不能解决环境污染问题 。 这就是西方经济
学讲的所谓“市场失败”（Market failure） 。 为治理工业化带来的严重环境污染 ，西方国家开始采取对排放废
弃物进行无害化处理的末端治理模式 。 实践证明 ，该模式成本巨大 ，且环境一旦遭到严重破坏 ，便难以完全
恢复 。 实践要求创新环境治理的模式与思路 。 这为循环经济的系统发展提供了契机 。
２０ 世纪 ８０ 年代以来 ，西方发达国家开始转向从源头预防废弃物的产生 ，以达到从源头预防环境污染的
目标（“源头治理”） 。 由于所有废弃物都是消耗资源产生的 ，所以从生产过程中减少资源消耗并对产生的废
弃物进行循环利用 ，成为保护环境的最有效途径［１］ 。
2 　 国外（主要是发达国家）循环经济的主要做法
在国家层次上 ，发达国家通过立法推进循环经济 ，通过对利用资源和废弃物进行专项立法 ，进而发展到
第 １５卷第 ２ 期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol畅１５ 　 No畅２
２ ０ ０ ７ 年 ３ 月 Chinese Journal of Eco唱Agriculture March ，　 ２００７
进行综合立法来促进循环经济发展 。 发达国家政府推进循环经济发展是以解决经济外部性（Ex ternali唱
ty） ——— 环境问题为主要目标的 。 在企业层次上 ，发达国家主要以清洁生产和 ３R（减量化 reduction 、再使用
re唱use 、再生化 regeneration）原则指导循环经济 。 在区域层次上 ，发达国家则主要是建设以废弃物集中收集 、
分类处理和综合循环回收利用为特点的“生态工业园模式”（如日本）［２］ 。
２００５ 年 ６ 月 ，我国国务院通过了枟关于加快发展循环经济的若干意见枠 ，“十一五”规划纲要对发展循环
经济做出了具体规划 ，提出了明确要求 。 总体看来 ，我国的循环经济是作为转变经济增长方式 、建设资源节
约型和环境友好型社会的具体措施来推进的 。
3 　 中国生态农业中的质能循环利用思想
农业生产消耗的不可再生及虽可再生 、但受到数量限制的资源 ，主要有植物养分资源 、化石能源 、饲料
及添加剂 、塑料薄膜 、化学农药及土地 、水资源等 。 农业生产引发的环境问题包括氮氧化合物 、P等元素过量
进入地上 、地下水体 ，畜禽粪便 、重金属污染 ，水土流失 ，“白色污染”以及秸秆堆放焚烧等 。 前两项被归为
“非点源污染”范畴 。
农产品加工也是农业的重要组成部分 ，它更多地具有工业生产的特性 。 在我国 ，农产品加工造成的环
境问题除一般工业的粉尘 、SO２ 和重金属等外 ，最大的一个特点是有来自造纸 、淀粉 、酿造等业产生的大量有
机废水及有机废渣 。 这是由加工对象是有机物质的性质决定的 。
中国生态农业在 ２０ 世纪 ８０ 年代初刚提出时 ，即把物质循环利用和能量多级利用作为最主要的目标 。
中国生态农业的倡导者们当时已开始意识到 ，中国很稀缺的（人均）资源条件和已经很脆弱的环境本底 ，不
允许照搬发达国家“高投入 ，高产出”和“先污染 ，后治理”的农业常规现代化模式 。
遗憾的是 ，专家们的这些远见卓识并未被决策层全面理解和接受 ，更谈不上付诸实践（除极少数生态农
业试点县外） 。 以致进入新世纪后 ，农业乃至各行业的资源和环境问题终于大爆发 。
4 　 集约化农业造成的资源和环境问题
随着农业（含加工）集约化程度越来越高 ，资源投入的强度必然不断提高 ，农业造成的环境问题对整个
环境恶化的“贡献”也越来越大 。 如近年国家环境保护总局认定 ，大中型畜牧场排放的畜禽粪便所含 COD
（化学需氧量）和 BOD（生物需氧量）是导致水污染的元凶 ，其总量已超过工业污水加城市污水之和［３］ ，且迄
今为止尚无妥善的处理方法及机制 。
造纸 、淀粉 、酿造业产生巨量高浓度有机废液 ，其 COD 值和 BOD 值极高（如糖蜜酒精废液的 COD 浓度
可高达 ２０ 万 mg／L ，而达标排放的要求是 １００mg／L） ，处理的难度更大 。 我国“十五”计划期间 ，国民经济和
社会发展的各项指标几乎都完成或超额完成了 ，但 COD 等 ３ 项指标未完成预定任务 。 可见治理农业面源污
染的难度之大 ！
COD的实质是废水中携带的有机物在分解过程中需要消耗的氧的数量 。 饲料 、秸秆等都是有机物 ，统
称生物质（Biomass） 。 农业生产是利用植物 ，在土地的参与下 ，把水和空气中的 CO２ 在太阳光照下合成有机
物 。 其实质就是将太阳光能转化为储存在植物组分 ——— 淀粉 、纤维素等中的化学能 。 COD 的减少实际就是
废水中有机物完成 C 循环的降解过程 ，伴随的是能量的释放 。
5 　 当今农业薄弱环节的能量流和物流本质
农业生产的最主要目的是生产含化学能的食物（包括转化／合成食物蛋白） ，但该过程（种植业）中能量
的利用极不经济 ，其原因一是农作物的光能同化率非常低 ，一般 ＜ ０畅５ ％ ；二是作物同化光能后形成的生物
质 ，被人类直接利用的部分（“经济系数”）仅 ０畅３ ～ ０畅３５ 左右 ；三是为实现上述作物同化作用 ，需投入（直接 、
间接）的各种化石能折合的量 ，不一定比同化获取的能量多很多 。 有时（如在发达国家高集约化农业生产条
件下）还可能很接近 ，即能量的产投比趋近 １ 。
正因为如此 ，加剧了资源（含商品化石能）的过耗以及对环境的污染 。 如禾谷类作物成熟时 ，籽粒重与
秸秆 、叶 、根茬重之比一般为 ０畅３ ～ ０畅３５∶０ ．７ ～ ０ ．６５ ，由于人们一般只收取籽粒 ，因而大量的秸秆 、叶 、根茬留
在地里 ，很多情况下是一把火烧掉 ，形成严重污染空气的顽症 。
畜牧业生产的能量和物质利用率也很低 。 以反刍动物牛 、羊为例 ，一般草料和秸秆能量的有效利用率
分别只有 ５０ ％ 和 ３０ ％ 左右 ；对玉米等精料的能量有效利用率也仅约为 ４０ ％ ，绝大部分均以粪 、尿形式排出 。
２　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷
反刍动物如此 ，单胃动物如猪 、鸡等的能量效率则更低 。 饲料中 N 素（以蛋白质和氨基酸形式存在）的有效
利用率一般只有 ２０ ％ 左右 ，剩余部分随粪尿排出 。 又如 P素 ，由于植酸等干扰的原因 ，畜禽的吸收利用率也
很低 ，有时 ＜ ３０ ％ ，剩余部分均在粪 、尿之中 。 粪 、尿中的大量能量和 N 、P 等元素是当其进入水体后 ，引发
“富营养化”的关键性因素 。
6 　 农业与整个循环经济的关系
循环经济绝不只是指物质的循环利用 ，且由于农业是整个经济的一个组分 ，在考虑循环经济时 ，也不能
只在农业内部转圈子 。 跳出农业的圈子 ，以生物地球化学变化（Bio唱geochemical change）的思路 ，把农业融入
整个经济来观察循环经济 ，可发现 ：农业只是全球 C 循环的一个组成部分 ，但它却是长期存储 C（Sequestra唱
tion ，存于植物体和土壤中）的惟一途径 ；农业对全球 N 循环起到非常大的影响 ，自哈伯 １９１３ 年发明工业化
合成氨技术后 ，N 化肥产业迅猛发展［５］ ，２０ 世纪内发达国家的活化态氮（Activated N ，人类活动形成的活化
态氮中 ，约 ８５ ％ 存在于 N 肥中 ，１５ ％ 来自化石能源的燃烧）的聚积量增加了 ５ 倍［６］ ，环境中的活化态氮远远
超过大自然的循环（消化）能力 ，因而造成酸雨 、硝酸盐富营养化等一系列严重的环境问题 。 N２O 是与 CO２
等价的温室气体 。 物质可以循环利用 ，但能量则不能循环利用 ，完全依赖于不可再生能源（石油 、天然气 、
煤）的现代社会和经济早晚会“坐吃山空” ，而生物质能则是可再生的 ，取之不尽 、用之不竭 。 农（林）业是地
球上惟一能进行生物质生产的部门 ，但如果仅限于利用现成的生物质 ，即农（林）业下脚料和废弃物 ，能量的
数量级还远不够 ，还必须充分发挥农业生物质生产的作用和潜力 ，进行能源作物的大规模生产 ，才有望越来
越多地替代不可再生能源 ，能源作物生产应成为生态农业新的重要组成部分 。
当前以化石能（石油 、天然气 、煤）的使用为基础的经济 ，其生物地球化学实质是把在地球史上几亿到几
十亿年中 ，通过植物残体化石形式（已产生物理结构变化）保留在地质层的巨量的 C ，在短短二三百年内用
尽 ，并通过燃烧释放到大气中 。 其结果必然是严重破坏全球 C 循环的平衡 ，引发多种问题 。 全球气候变化
和温室气体效应就是突出的表现 。
另一方面 ，既然现代文明是建立在“烃”（碳氢化合物）经济基础之上 ，而烃的主要形式石油 、天然气 、煤
将在几十年至几百年中耗竭 ，为使文明能延续 ，必须尽快找到能够在技术和经济上均可行的烃燃料替代物 。
以糖（碳水化合物）代谢为中心的农业（植物）生产具有不可比拟的优越性 。
因此 ，经济和社会可持续发展与循环经济的关系可归结为 ：要实现人类文明的可持续 ，就必须重新构建
全球经济 ；淘汰具有很多不可持续因子的所谓现代化经济模式（主要是西方国家那种以化石燃料尤其是石
油为基础 、以小汽车为中心 、“一次性”产品泛滥的模式） ，代之以以可再生能源为基础 、以多样化运输系统为
主要交通方式 、全面实现资源循环利用的崭新可持续发展模式［４］ 。 循环经济是可持续发展最重要的手段和
实施方式 。
7 　 农业生物质工程与循环经济
对于农业的物质循环利用 ，现在很多人都比较熟悉了 。 而对于能量方面的情况 ，则多数人还不很了解 。
农业生物质工程的重点内容是农（林）业生物质下脚料和废弃物的利用 ，生物能源和生物材料的开发 ，能源
作物的种植和利用 。 三者与中国生态农业进而与循环经济的关系均极其密切 。 例如就温室气体而言 ，现代
生物能源的典型代表之一 ——— 利用淀粉／糖类／木质纤维类转化而成的燃料乙醇 ，不但在燃烧时形成的 CO２
量一般只是汽油的 １／８ 左右 ，而且用于制造（转化）乙醇的各种生物质在其原始植物形态的生长过程中 ，通过
光合作用吸收了大量的 CO２ 。 因此在总体 C 平衡上 ，它是净储存 ，而不是净排放 。 这对于减轻化石能燃料
造成的温室气体巨量排放和全球气候变暖能起到不可忽视的作用 。
生物质能的潜力之大 ，远超出一般想象 。 每年到达地球陆地表面的太阳能（不含海面）为 ２６０００TWA（ T
为 １０１２ ，WA 为瓦·年） 。 如果捕获到 １ ％ ，就是 ２６０TWA ，是当前世界不可再生能源年使用量的近两倍 。 全
球生物质 ——— 全部植物的数量折每年 １００TWA 能量 。 我国每年有 ７ 亿多 t作物秸秆 ，相当于 ３畅５ 亿 t 标准
煤 ，其中 ２ 亿 t 被就地焚烧 ，污染大气 ；每年有 ２ 亿多万 t 林地废弃物未被利用和构成火灾隐患 ；每年有 ２５ 亿
t 畜禽粪便及大量有机废弃物 ，相当于 ３ 亿 t 标煤未能利用 ，反而成为水体的污染源 。 总计农林废弃物至少
可年产 ８ 亿 t标煤能量（相当于目前全国年商品能源消费量的 ４０ ％ ） 。 另一方面 ，我国有 １ 亿多 hm２ （稍少于
现耕地面积）边际性土地 ，边际性土地种植能源植物 ，至少可年产出或替代 ３ 亿 t 燃油（相当于目前全国石油
年消费量的 １畅５ 倍）的生物质 。
第 ２期 程 　 序 ：中国生态农业与生物质工程对循环经济的作用 ３　
因此 ，除了充分利用现有的农业生物质能资源 ——— 秸秆 、林木废（下脚）料 、畜禽粪便和农产品加工副产
品等外 ，种植能源作物的潜力不能低估 。 特别是在缺少耕地资源的我国 ，利用“边际土地”包括应退耕的山
坡地及退化草地种植能源作物 ，如甜高粱 、木薯 、柠条 、菊芋和柳枝稷（一种引进的高产牧草） ，能兼收经济和
生态两方面的效益 。 这种“双赢”的做法正是中国生态农业的深化所需要的 。
总之 ，生物质工程（能及材料）应是生态农业工程的新的重要组分 ，通过它能实现与循环经济全面对接 。
其深远意义在于通过农业领域的拓展 ，能更大程度地融入现代经济 ，反过来促进农村工业的发展 ；并且在全
球化石能源只升不降的大背景下 ，为农业提供一种久违了的“卖方市场”新产品 ，对增加农民收入意义重大 。
参 　 考 　 文 　 献
１ 　 齐建国 ．循环经济理论与实践综述 ．人民日报 ，２００６ 年 ６ 月 ９ 日
２ 　 冯之浚 ．循环经济导论 ．北京 ：人民出版社 ，２００４
３ 　 国家环保总局自然生态保护司 ．全国规模化畜禽养殖业污染情况调查及防治对策 ．北京 ：中国环境科学出版社 ，２００３
４ 　 Leste r B ro wn ．B模式 ２畅０ ．北京 ：东方出版社 ，２００６
５ 　 Leigh G ．J ．T he World摧s Great est Fix ，A Hist ory of N itrogen and Agriculture ．Ox fo rd ：Ox fo rd U niv ．Press ，２００４
６ 　 Huber L ．Certain substance in the air ．New Scientist s ，Jan ．２１ ，２００５
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