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【關鍵詞】 生物多樣性 生態園林 建設
1.生物多樣性的涵義生物多樣性可以定義為不同性質的生命系統的不同的、不相似的屬性。生物包括植物、動物及微生物。植物是園林綠地的主體,屬于自養生物,是生態系統的生產者;動物是生態系統的消費者,直接或間接地利用植物;微生物是生態系統的還原者,死亡物質和排泄物被分解用作能源,支持著微生物的活動。生物在進化過程中,不同物種在不同地理條件下形成相對穩定的群落結構,進而形成了不同的生態系統。同一生態系統內種類結構功能等各個水平上存在著差異性。生物多樣性是相互依賴的,沒有遺傳的多樣性,生物便失去了進化的動力,物種的生命力將變得十分脆弱;而沒有物種多樣性,就無法形成生態系統的多樣性;沒有生態系統的多樣性,許多物種就會面臨滅絕,也就談不上遺傳的多樣性。生物多樣性的實質就是基因的多樣性,是每一個生命系統的基本特征,是從分子到生態系統的各個生物級水平上所表現出來的基本特征。
2.生態園林建設的意義由于城市人口密度高,工廠集中,三廢排放多,加之城市的地表被大量的建筑物、水泥、柏油路面等覆蓋,使城市的每條街路都變成一個熱島,繁華的建筑構成了水泥森林。同時,隨著城市工業、交通運輸業的飛速發展,城市噪音增多,噪音分貝大,國際標準組織提出的工廠噪音標準為70dB~75dB,當強度超過70dB時,就會使人產生頭昏、頭痛、神經衰弱、消化不良、高血壓等病癥。由此可見,我國城市噪音污染是很嚴重的;另外,城市中的工礦企業、交通工具、北方冬季取暖燒煤排放出大量的粉塵、碳氫化合物、氮氧化合物、硫化物、煤煙等有害物質,使城市空氣污濁,煙霧彌漫,嚴重危害到人們的健康。生態園林建設的目的就是為解決上述問題,綠色樹木對聲波有散射、吸收作用,如40m寬的林帶可以降低噪音10~15 dB,高6~7m的綠帶平均能減低噪音20~30%。據統計,喬木的葉面積是占地面積的20~75倍,灌木和草是占地面積的5~10倍,所以應按照生態學的原理規劃設計多層次綠化結構。植物的環境保護作用是和葉面積成正比的,植物的葉面積大,攝取太陽光能的能力就高,植物葉形多樣,形態各異,減弱噪音的作用較大,生態園林能建立合理的時間結構、空間結構、營養結構、人工植物群落,充分利用綠色植物將太陽能轉化為化學能,提高太陽能的利用率和生物能轉化率,調節小氣候,吸收環境中的有害氣體,減少噪音、調節生態平衡、美化環境,為生物多樣性提供有利條件,從而為人們提供更高層次的文化、游憩、娛樂的綠色生態環境。
3.生物多樣性的種類生物的種類十分豐富,被子植物、裸子植物、蕨類植物、苔蘚、藻類等應有盡有,可在園林中應用的種類、品種不計其數。由于我國地域遼闊,氣候、土壤條件變化較大,植物的生態類型多種多樣,植物群落從南到北,從東到西都呈現明顯的規律變化,荒漠、草原、熱帶雨林等都具有十分明顯的特征。而分布在不同區域的植物形成多種生態適應性,對土壤、大氣都有著不同的適應性,為營造各種不同景觀,滿足不同地域及小環境的綠化美化需求提供了充分的條件。
【關鍵詞】 哲學關系 高中生物教學
【中圖分類號】 G633.91 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1992-7711(2014)01-080-01
哲學與具體科學聯系緊密。哲學是一般世界觀和方法論,它把整個世界作為研究的對象,回答世界最本質、最一般性的問題。而具體科學是研究整個世界的某個部分、某個領域的特殊規律,是研究個性。哲學以具體科學為基礎,是對具體科學共性的抽象和概括,具體科學也離不開哲學世界觀的指導,如果離開正確哲學的指導,具體科學的研究就會迷失方向。
生物學科作為具體科學的一種,哲學對于生物學科有重要的指導作用。這種指導作用滲透在生物學科的方方面面。包括:生物學理論、生物學研究、生物學教學等。本文主要從高中生物教學中一般與特殊、整體與局部、抽象與具體、宏觀與微觀幾種哲學關系的處理進行論述。
1. 中學生物教學中一般與特殊關系的處理
一般,指矛盾的普遍性,即通常所說的事物的共性,事物中相同的東西;特殊,指矛盾的特殊性,即事物的個性、特點。一般與特殊、共性與個性之間的關系。一般與特殊、共性與個性是對立統一的矛盾關系,二者相互依存、相互轉化、互為存在的前提條件。
生物教學中也要注意一般與特殊關系的處理。讓學生認識到生物學科中所講的規律一般都是一般規律。任何一般規律都是對事物的共性的總結。事物還存在其個性與特點。共性和特性相互依存。
以人教版高中生物第一冊為例:一般高等植物細胞都含有葉綠體,但植物的根尖細胞、葉表皮細胞不含有葉綠體;一般真核細胞都含有線粒體,但蛔蟲細胞中不含有線粒體;一般的真核細胞都含有細胞核和細胞器,但哺乳動物成熟的紅細胞沒有細胞核和細胞器;絕大部分細菌為異養型,但硝化細菌為自養型等等。
2. 中學生物教學中整體與局部關系的處理
唯物辯證法認為,一切事物都是由各個局部構成的有機聯系的整體。整體與局部既有區別又相互聯系。首先,二者相互依存,不可分割。整體由部分構成,整體功能的形成離不開部分原有功能;部分是整體中的部分,部分離開整體就不再有部分功能。第二,二者相互影響,整體的性能狀態及其變化會影響部分,反之,部分也制約著整體,在一定條件下,關鍵部分的性能甚至會對整體性能狀態起決定性作用。第三,整體和部分的地位在一定條件下可以相互轉化。
整體和局部的關系要求我們在生物學教學中要從整體著眼,尋求最優目標;搞好局部,使整體功能得到最大發揮。
首先,從具體問題上來看:在講述植物體時,首先要強調植物體為活體這個整體觀點,也要進一步指出植物體中的某些組織和細胞,例如:導管細胞、根冠外部細胞為死細胞。植物體一般組織的無氧呼吸的產物為C2H5OH與CO2,但馬鈴薯塊莖、甜菜塊根、玉米胚細胞等無氧呼吸的產物為C3H6O3.
另外,從中學生物教學的整體教學來說:
(1)在中學生物教學中,要注意各個章節內容的連貫性、整體性。例如:人教版的高中生物在講解時,通過對生物體六大基本特征的講解,可以進一步引導學生對高中生物課程整體內容進行了解,使學生對高中生物課程有一個整體的了解。
(2)在各個章節內容的講解和學習中,也要針對每一章內容進行詳細深入的學習。
(3)各章節的內容的講解要與課程整體內容相互聯系。
3.中學生物教學中抽象與具體關系的處理
本文所討論的抽象指的是在學生的認識過程中,感覺比較空泛、難以理解的知識。具體指的是比較直觀、易于理解的知識。高中生物教學過程中,抽象的知識點有很多。如何把抽象的知識具體化,便于學生理解、學習,對于提高學生的學習認識水平有重要的意義。在實際的教學過程中,將抽象問題具體化的方法主要有以下幾種:
模型具體化 例如:在人教版第二冊DNA分子結構的講解過程中,DNA分子的結構比較抽象,學生難以理解。在這部分內容的學習中,可以借助DNA分子雙螺旋結構模型。通過對DNA分子雙螺旋結構模型教具的使用,以及學生自己動手制作模型,深刻認識DNA分子的結構特點。
實例具體化 例如:在人教版第一冊細胞的分化的講解過程中,分化的概念對于學生而言很抽象。我們可以以人的個體發育的過程為例進行具體認識。人最初是由受精卵發育而來的。在由受精卵發育成完整個體的過程中,有絲分裂產生的細胞在形態、結構和生理功能方面產生穩定性的差異,而形成肌細胞、紅細胞、神經細胞、骨細胞等細胞。從而弱化細胞分化概念的抽象性。
模擬實驗具體化 例如:在人教版第二冊基因分離定律的講解過程中,子代性狀的分離比學生難以理解。課本借助于“性狀分離比模擬實驗”,讓學生在直觀的實驗過程中,認識精卵結合的隨機性,進而認識性狀分離比為31.
4. 中學生物教學中宏觀與微觀關系的處理
哲學中的宏觀是指從大的方面去觀察,微觀是指從小的方面去觀察。在自然科學中,微觀世界通常是指分子、原子等粒子層面的物質世界,而除微觀世界以外的物質世界被稱為宏觀世界。中學生物教學中,所涉及到的宏觀與微觀主要引導我們不僅要注重學生對生物微觀知識的認識,還必須注重宏觀角度的理解。
【關鍵詞】化學知識;生物教學;應用;方法
生物教學與化學知識有著密不可分的聯系,生物的基本特征是新陳代謝,而新陳代謝又是一個化學反應,因此,化學知識在生物教學中是不可或缺的組成部分,我們可以適當地將化學知識和生物知識結合起來,幫助學生對各類知識進行融會貫通,從而提高學生的學習效果。
一、化學知識與生物教學的聯系
(一)生物體中有很多化學元素
在生物教學中,涉及到很多元素,這些元素與化學知識中的元素是相符的,在進行知識點的講解時,能夠將化學元素的特征引入到其中,從而幫助學生更好地掌握生物學知識。例如,在講到細胞中的碳元素時,教師可以將化學中的碳元素特征引入到教學當中,讓學生明確碳元素的存在與細胞特性的關系,也可以將其他物質中的碳元素與細胞中的碳元素含量進行對比,讓學生能夠加深對知識點的理解。
(二)生物體內有很多化學反應
很多生物現象的產生,都是化學反應的過程,例如光合作用就是葉綠素在光照的作用下與二氧化碳發生化學反應的過程;呼吸作用就是植物體內的葉綠素在光照的作用下產生的有機物與氧氣反應產生的效果,在在生物教學中引入化學知識,能夠讓學生對生物現象的反應過程進行更加深刻的了解,更好地掌握生物的各種特性。
二、化學知識在生物教學中的應用方法
(一)在生物實驗方面的應用
在生物教學當中,實驗教學是非常重要的部分,能夠讓學生在實驗過程中對教材中的知識親手進行實驗,從而更加深入地對生物知識進行掌握。在很多教學中都存在著“生化不分家”的說法,更加說明了化學知識在生物教學中的重要作用。在很多生物實驗中,都需要使用化學器材進行操作,因此酒精燈的使用方法、顯微鏡的使用方法、量杯的使用方法、漏斗的使用方法等,都成為學生進行生物實驗的必備知識。例如,在“綠葉在光下制造淀粉”的實驗中,需要利用酒精、碘酒、燒杯等對與光發生反應的葉片進行隔水加熱,從而使葉綠素溶解到酒精中,并將溶解完的黃白色葉片滴加碘液,在沖洗之后觀察葉片的變化。在這個過程中,學生對基本的化學實驗知識進行了學習,并將其應用到生物實驗,學習了碘酒、酒精燈、燒杯等,從而能夠讓學生更好地認識到葉綠素在植物中的作用,并了解綠色在光下制造淀粉的全過程。在講綠色植物的呼吸作用這節內容時,演示實驗引入了二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁,二氧化碳不支持燃燒,氧氣具有助燃性等化學知識。在講肺與外界氣體交換時,引入了人吸入氣體和呼出氣體中氧氣、二氧化碳含量的對比試驗。這也是化學知識在生物實驗教學中的應用。
(二)在生物理論教學中的應用
由于生物與化學在很多方面有類似的元素、類似的反應,因此在生物理論教學當中,一些較為抽象的問題可以適當加入化學知識,使學生能夠更快地以化學思維來思考生物教學中的問題,使一些教學難點迎刃而解。例如,在學習光合反應的過程中,教師就可以引導學生,光合作用其實就是一個氧化還原反應,在反應過程中,所有的得失電子總數相等,因此,學生就可以很簡單的掌握,如果一摩爾的葡萄糖想要完全氧化,就需要六摩爾的氧氣參與,并且如果六摩爾氧氣想要還原成為水,則需要二十四摩爾的氫離子。這就說明在有氧呼吸過程的第二階段必須有6mol水參加反應生成20mol[H],這樣才能保證電子得失的平衡。通過對化學原理的分析,學生們掌握了光合作用的反應過程,從而在遇到相似問題的時候能夠更快地進行聯想和解答。
(三)化學方程式在其中的應用
細胞中的化學反應式生命特有的一種現象,用現在觀點說是基因的選擇性表達,是有一定的生物目的,如提供能量、形成某種物質參與機體的構建等,基本上都是有機反應,且都是在常溫、常壓下進行的酶促反應。而化學反(化學角度)是一種非生命現象的過程,不具有特定的生命目的,且大多數反應條件很苛刻。因此在書寫生理反應式時要注意反應的情境,注明反應條件和目的,如以下七個反應是以能量代謝為目的:
光合作用:6CO2+12H2O ――C6H12O6+6H2O+6O2(條件葉綠體、光能)
有氧呼吸:C6H12O6+6O2+6H2O――6CO2+12H2O+能量(條件酶)
無氧呼吸:C6H12O6――2CO2+2C2H5OH+能量(條件酶)
C6H12O6――2C3H6O3+能量(條件酶)
ATP合成(ADP+Pi+能量――ATP+H2O(水可以不用寫),(條件酶)
ATP分解 ATP+H2O(水可以不用寫) ――ADP+Pi+能量(條件酶)
n(C6H10O6)(淀粉,纖維素)+nH2O――nC6H12O6 (條件酶)
以下三個反應式參與生命的物質組成:
n氨基酸――肽鏈+(n-1)H2O(條件酶)
n脫氧核苷酸――DNA+(n-2)H2O(條件DNA聚合酶)
n核糖核苷酸――RNA+(n-1)H2O(條件RNA聚合酶)
三、結語
總之,生物與化學之間有著非常密切的聯系,但是當前很多教學當中,教師將學科之間的聯系完全阻隔,僅僅對本學科的內容進行講解,不對思維進行擴散,從而影響了學生發展自己的學習能力,培養自己的探索精神。作為教師,我們應認識到生物與化學在學科上的交叉之處,并積極對其共同點進行融合和發揚,在生物教學中對化學知識進行滲透,從而使學生在學習過程中善于對各類只是進行運用,實現思維的發散,從而有效提高生物教學的效果,促進學生全面發展。
參考文獻:
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關鍵詞:農村生活污水;人工濕地;凈化機理;
Abstract: Through analysis of the status quo of the treatment of country life and basic characteristics, the author proposed constructed wetland and their combination process as preferred method of rural sewage treatment thanks its fitting to local conditions, with less investment, stable operation, convenient maintenance and management . By expounding the mechanism and the design principle of constructed wetland and their combination process purification, the paper points out the technology is suitable for China's national conditions, especially suitable to the rural, small and medium-sized city sewage treatment, thus has the great application potential.
Key Words: rural sewage; artificial wetland; purification mechanism
中圖分類號: [R123.3]文獻標識碼:A 文章編號:
1農村生活污水處理現狀
近年來國外的專家學者對農村生活污水的處理越來越關注,農村生活污水處理技術逐漸成熟,工藝呈現出多樣性。現階段,我國小城鎮污水處理率還不到10%[1],農村地區生活污水的處理率更低,絕大部分生活污水未經處理直接排放。國內對農村生活污水的治理隨著三河、三湖污染的加重才剛剛興起,但農村生活污水治理工程較少,很多處理技術也僅僅處在示范研究階段。目前農村生活污水的治理存在一個較大的難點,即基建投資以及運行費用較大,農村經濟實力以及技術力量很難滿足常規城市生活污水處理廠技術要求等[2]。因此,急需要開發高效、低能耗、低成本的污水資源化技術,引進適合我國國情的國外發達國家的先進技術與工藝,解決農村生活污水污染問題[3]。
2農村生活污水的基本特征
農村生活污水是農村居民在生活和家庭養殖等過程中產生的污水的總稱。農村生活污水包括廚房炊事廢水(淘米洗菜用水、泔水等)、洗衣、洗浴和廁所污水、家養蓄禽糞便、廢水等。與城鎮生活污水相比,農村生活污水無論是排放點分布還是排放量大小,無論是污染物濃度還是資源化需求都具有明顯特征。
(1)農村人均用水量明顯低于城市
一般來說,農村居民人均用水量明顯低于城市居民。居民生活用水包括居民家庭用水和“三產”服務業用水。在城市,“三產”服務業用水占市民生活用總量的30%以上。根據水利部公報顯示,2004年,我國城鎮人均生活用水量為每日212L(含公共用水),農村居民人均生活用水量為每日68L。之所以出現如此差距主要就是農村“三產”服務業明顯滯后于城市所致。此外,居民生活用水量與居民生活水平呈正比相關。一般來說,在目前情況下,村民生活水平與城市相比還是有較大差距的。因此,農村居民生活用水量一般僅為城市居民生活用水量的30%左右。
(2)農村生活污水排放系數明顯低于城市
對農村而言,生活用水在某種意義上是一種資源。例如,廚房泔水就是家禽家畜的好飼料;衛生清潔用水完全可以直接倒人附近農田,既有一定肥力,還有抗旱潤土之效。因此,真正需要處理的生活污水量(即排放系數)并不高。在城市,生活污水排放系數一般為0.8左右,在農村一般不到0.5。
(3)農村生活污水污染物濃度低于城市
如前所述,農村生活污水中濃度較高的部分如廚房泔水等一般都被綜合利用了,真正需要處理的生活污水污染物濃度并不高,且可生化性強[4]。
3人工濕地模式
廢水處理的目的是將廢水中有害、有毒物質加以分離,另行處理或回收利用,或使有毒物質轉變成無毒物。處理方法大體可分為物理處理法、物化處理法及生化處理法。物理處理法包括自然沉降、浮選、過濾、蒸發等。物化法包括混凝沉淀、中和、氧化還原、萃取、吸附、離子交換、反滲透、電滲析。生化處理包括活性污泥、生物濾池、氧化塘、污水灌溉、濕地及人工濕地。其中人工濕地污水處理系統具有以下優點:1.建造和運行費用低:2.易于維護,技術含量低;3.可進行有效可靠的廢水處理;4.可緩沖對水力和污染負荷的沖擊;5.可提供和間接提供效益,如水產、畜產、造紙原料、建材、綠化、野生動物棲息、娛樂和教育。
根據廢水流徑的方式,人工濕地可分為表面流濕地(SFW)、潛流濕地(SSFW)、立式流濕地(VFW)。表面流濕地與自然濕地最為接近,廢水在填料表面漫流,絕大部分有機物的降解由位于植物水下莖稈上的生物膜來完成,但這種類型未能充分發揮填料和豐富的植物根系的作用,衛生條件也不好;潛流濕地是水在填料表面下潛流,充分利用整個系統的協同作用,且衛生條件較好,占地小,處理效果較好;立式流濕地水流情況綜合了表面流濕地和潛流濕地的特點,但其建造要求高,又易孳生蚊蟲。故人工濕地大部分采用潛流式濕地系統[5]。
3.1凈化機制
人工濕地是一種由人工建造和監督控制得,與沼澤地類似得地面,它利益自然生態系統中物理、化學及生化反應三重協同作用來實現對污水的凈化[6]。
物理作用,主要是過濾、沉積作用。土壤-植物是一個活的過濾器,污水進入濕地, 經過基質層及密集的植物莖葉和根系,可以過濾、截留污水中的懸浮物,并沉積在基質中。
化學反應,由于植物、土壤-無機膠體復合體、土壤微生物區系及酶的多樣性, 人工濕地中可以發生各種化學反應過程如化學沉淀、吸附、離子交換、拮抗 、氧化還原反應等,這些化學反應的發生主要取決于所選擇的基質類型。一般而言,含有機質豐富的基質有助于吸附各種污染物;含CaCO3較多的石灰石有助于磷的去除 。
生化反應,對于去除有機污染物主要依賴于系統中的生物。首先,所有人工濕地都類似于附著生物膜的反應器,有機物質被填料吸附后, 可以通過生物的同化吸收和異化分解去除。其次,根據德國學者KickuthR.1977年提出的根區法理論,由于生長在濕地中的挺水植物對氧的運輸、釋放、擴散作用,將空氣中的氧轉運到根部,再經過植物根部的擴散,在植物根須周圍微環境中依次出現好氧區、兼氧區和厭氧區,有利于硝化、反硝化反應和微生物對磷的過量積累作用,達到除氮、磷效果,另一方面通過在厭氧條件下有機物的降解、或開環、或斷鍵成簡單分子、小分子, 提高對生物難降解有機物的去除效果。因而生化反應對凈化污水起重要作用。
3.2污染物的去除
人工濕地去除污染物的范圍廣泛,包括N、P、SS、有機物、微量元素、病原體等。
1)氮的去除
人工濕地處理系統對氮的去除作用包括基質的吸附、過濾、沉淀以及氨的揮發、植物的吸收和微生物硝化和反硝化作用。氮是植物生長的必需元素,廢水中的無機氮包括NH3-N和NO3-N,均可以被人工濕地中的植物吸收,合成植物蛋白質,最后通過植物的收割形式從人工濕地的廢水中去除。一部分NH3-N可轉化成NH3后,以氣態的形式揮發到大氣中。
微生物的硝化、反硝化作用對氮的去除起重要作用。根據根區法理論,人工濕地植物中根毛的輸氧,根區附近濕地土壤中連續出現好氧、缺氧、厭氧狀態,為自養型好氧微生物亞硝酸菌、硝酸菌和異養型微生物反硝化細菌大量的存在提供了條件,使要求好氧條件的硝化反應和要求厭氧的反硝化反應可以同時完成。另外,對硝化反應有抑制作用的是NH3-N、重金屬、氰化物及有機物,人工濕地對這些物質也有一定的去除作用。因此人工濕地比一般污水處理系統具有較強的氮處理效率。根據試驗實測結果[7],人工濕地中氨化細菌、亞硝化菌、硝化菌、反硝化菌數量都處于較高水平,因此人工濕地具硝化、反 硝化、脫氮的良好基礎和潛力。
2)磷的去除
磷和氮一樣是生物的必需元素,但水體中磷又是富營養化的限制性元素,含量過高時又可造成藻類過度繁殖而成富營養化狀態 。廢水中磷的存在形態取決于廢水中磷的類型,最常見的是磷酸鹽(包括H2PO4、HPO4、PO3-4)、聚磷酸鹽和有機磷酸鹽。人工濕地對磷的去除作用包括基質的吸收和過濾、植物吸收、微生物去除及物理化學作用。基質中的吸收和過濾對無機磷的去除作用,因填料不同而存在差異,若土壤中含有較多的鐵、鋁氧化物,有利于生成溶解度很低的磷酸鐵或磷酸鋁,使土壤固磷能力大大增加;若以礫石為填料的濕地, 礫石中的鈣可以生成不溶性磷酸鈣而從廢水中沉淀。植物吸收無機磷和吸收無機氮一樣,都是在吸收同化作用下, 將無機磷變成植物體的組成部分,最后通過植物收割去除。
微生物對磷去除包括對磷的正常吸收和對磷的過量積累,由于人工濕地根區附近土壤中不同的含氧狀態而相當于許多A-A-O處理單元,使某些細菌種類在厭氧條件下吸收低分子的有機物(如脂肪酸),同時將細胞原生質中聚合磷酸鹽異染粒的磷釋放出來,提供必需的能量,又在好氧條件下,氧化所吸收的有機物,并提供能量,同時從廢水中吸收超過其生長所需的磷,并以聚磷酸鹽的形式成為微生物細胞的內含物而被貯存起來,因此人工濕地有較高的除磷效果。
3)有機物的去除
人工濕地對有機物有較強的降解能力 ,廢水中的不溶性有機物通過濕地沉淀、過濾作用,從廢水中截留下來而被微生物利用;可溶性有機物則通過植物根系生物膜的吸附、吸收和生物代謝降解過程被去除。有關研究結果表明,在進水濃度較低的條件下,人工濕地對BOD5的去除率可達85%~95%,COD去除率達80%以上,處理出水中BOD5的濃度在10mg/L左右,SS小于20mg/L[8]。廢水中大部分有機物作為異養微生物的有機養分,最終被轉化為微生物體及CO2、H2O。
3.3人工濕地的構造
絕大多數自然和人工濕地由五部分組成:1.具有各種透水性的基質,如土壤、砂、礫石;2.適于在飽和水和厭氧基質中生長的植物,如蘆葦;3.水體(在基質表面下或上流動的水);4.無脊椎或脊椎動物;5.好氧或厭氧微生物種群。
濕地系統正是在這種有一定長寬比和底面坡度的洼地中由土壤和填料(如礫石等)混合組成填料 床,廢水在床體的填料縫隙中流動或在床體表面流動 ,并在床體表面種植具有性能好、成活率高、抗水性強、生長周期長、美觀及具有經濟價值的水生植物(如蘆葦、蒲草等)形成一個獨特的動植物生態系統,對廢水進行處理。
其中濕地植物具有三個間接的重要的作用:1.顯著增加微生物的附著(植物的根莖葉);2.濕地中植物可將大氣氧傳輸至根部,使根在厭氧環境中生長;3.增加或穩定土壤的透水性。
植物通氣系統可向地下部分輸氧,根和根狀莖向基質中輸氧,因此可向根際中好氧和兼氧微生物提供良好環境。植物的數量對土壤導水性有很大影響,蘆葦的根可松動土壤,死后可留下相互連通的孔道和有機物。不管土壤最初的孔隙率如何,大型植物可穩定根際的導水性相當于粗砂2~5年。
而土壤,砂,礫石基質具有:為植物提供物理支持;為各種復雜離子、化合物提供反應界面,為微生物提供附著。水體為動植物、微生物提供營養物質[9]。
3.4人工濕地應用于農村生活污水處理的設計原則
1)工藝簡單
農村地區的污水處理具有缺乏專業技術管理人員和要求運行費用低廉這個特點,人工濕地系統最大的優勢就在于其簡單性。通過預處理、曝氣、回流以及其他機械方法來改善濕地性能將在一定程度上失去濕地技術簡單性的優勢。所以在工程設計中理想的人工濕地系統是充填礫狀介質、沒有移動顆粒及只需要太陽能和簡單的管理。較大的濕地系統可以考慮一些輔助設備,只有針對特殊水質要求時才值得考慮附加設置曝氣池等處理工藝的復雜濕地系統。
2)大系統分區
較大的人工濕地應該分區分成幾個平行的單元,這樣可以利于流量分配。同時利于植物管理和植物病蟲危害防治。另外床體的長寬比影響氨的去除效果,一般可采用較大的長寬比。
3)植物選種鄉土性
充分重視鄉土品種的生態特性,不宜在未考慮當地生態環境條件下盲目引進外來物種。通過對當地植物在人工濕地系統中的應用研究,了解植物對水力、營養及其他因素的物種特性,并加以充分利用來提高人工濕地的凈化效率。同 時也應關注濕地的生物多樣性。
3.5人工濕地工藝處理農村生活污水設計流程
1依據實地調查數據資料,選擇適宜的工藝系統。2進行濕地物種挑選試驗,為了考核物種對當地的生態環境的適應性及對污水的凈化程度。對所挑選的物種要進行2個試驗:一是試驗室模擬試驗。考察植物在特定的環境中的適應性、生存能力分析植物對污染物的吸附能力和最佳吸附時間。二是現場試驗。考察內容與上一環節類似,并為工程的具體實施提供基本工藝參數。特別注意植物在當地是否有生物侵害的現象。
4結束語
目前,我國絕大部分城市污水廠均采用傳統的二級活性污泥法處理工藝。這種工藝工程投資高,耗能大,運行管理要求高,對控制大城市的水環境污染起到了關鍵作用。然而由于我國經濟發展水平不高,能源短缺,許多地方,尤其中小城市和鄉村缺乏具有一定操作管理和技術水平的人員。同時我國的鄉鎮企業迅猛發展,對當地造成了嚴重的環境污染。因此在我國大力開發具有高效、簡易、低耗的污水處理技術,具有很大意義。
人工濕地是一個綜合的生態系統,具有緩沖容量大、處理效果好、工藝簡單、投資省、耗電低、運行費用低等特點,它應用生態系統中物種共生、物質循環再生原理,結構與功能協調原則,在促進廢水中污染物質良性循環的前提下,充分發揮資源的生產潛力,防止環境的再污染,獲得污水處理與資源化的最佳效益。它具有環境效益、經濟效益及社會效益,是一種較好的廢水處理方式,比較適合于處理水量不大、水質變化不很大,管理水平不很高的城鎮污水,如我國農村中、小城鎮的污水處理。人工濕地作為一種處理污水的新技術有待于廣大環境工作者結合各個地區的實際情況,積累設計經驗,制定出一定的設計規范,以促進它的推廣和應用。
參考文獻
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課堂教學設計包括教學目標,教學重點和難點,教學策略,教學媒體等因素,本文擬就素質教育觀念下的這些設計作新的審視.
一,對教學目標設定的新審視
教學目標是指學生通過教學活動后要達到的學習結果.教學過程是圍繞教學目標而進行的,教學目標是教學活動的出發點和歸宿.隨著素質教育的深入,當前的生物課堂教學目標設定已向素質教育的要求邁進了一大步,如僅以認知為課堂教學目標的狀況得到了很大的改觀,但離素質教育的要求尚有差距.素質教育首先要有教學目標的素質化.
一是教學目標重心應向非認知領域轉移.當前,生物課堂教學目標的設定大多仍是以認知為核心的,非認知目標仍是一種附屬和點綴.表現在一方面目標設定中非認知目標往往可有可無或空泛含糊;另一方面在教學過程中教學的定向,調節和評價大多以認知目標為依據,學有余力時才顧及非認知目標,或者有人聽課時才"貼"一些標簽.發展學生全面素質是素質教育的基本特征之一.培養學生的創新精神和實踐能力是素質教育的核心.誠然,作為基礎教學而言,認知無疑是十分重要的,它是創新的基石,沒有一定的知識具備,缺乏必要的基本技能,即使有著創新的火花也會熄滅.但在創新機制中,基礎知識主要提供的是材料支持,相對于創新意識,創新思維,創新能力等非認知因素來說,它是較為被動和次要的.在知識經濟時代,獲取知識并不難,人們常常可以直接應用前人創造的成果,直接站在巨人的肩膀上進行創造,難得的是好的創意.因此,把教學重心從認知向非認知(特別是創新精神和實踐能力)轉變,就成為一種必然.
二是教學目標的設定要面向全體學生.目前教師的教學目標設計大多忽視了全體學生的差異性.不同的班級不同的學生其學習目標是相同的,這種按統一標準設定的目標,必然難以落實面向全體學生的要求.面向全體學生是素質教育的另一基本特征.學生之間的差異是一種客觀的存在,也是一種資源.要面向全體學生就必須充分認識到這種差異的存在,并針對這種差異因人定標,因材施教.要制訂面向全班每個學生不同的教學目標是不現實的,但制訂分層的教學目標則是可行而且必要的.
二,對教學重點和難點確定的新審視
教學重點是教材中舉足輕重,關鍵性的,最基本的,最重要的中心內容,是課堂結構的主要線索,掌握了這部分內容,對于鞏固舊知識和學習新知識都起著決定性作用.教學難點,是難于理解或領會的內容,或較抽象,或較復雜,或較深奧.難,包括學生難學和教師難教,由于學生難學致使教師難教.課堂教學過程是為了實現目標而展開的,確定教學重點,難點是為了進一步明確教學目標,以便教學過程中突出重點,突破難點,更好地為實現教學目標服務.因此目標的多樣性,也就決定了教學重點,難點的多樣性.但目前我們所見到的生物課堂教學設計中,重點和難點設定幾乎都是在認知領域,很少見到有非認知領域的重點和難點的.當我們把教學目標從認知向非認知擴展的時候,也需要重點和難點的相應擴展,當我們把教學重心從認知向非認知轉移的時候,也需要重點和難點的轉移.人們在目標擴展和轉移的同時,重點和難點的按兵不動也反映了人們觀念并沒有真正的轉變.
目標的多元化要求重點難點的多元化,非認知目標比認知目標的落實更重要更困難,更難見效,因此在許多時候我們的重點和難點應該是非認知領域的.如高中生物中"DNA是主要的遺傳物質","植物生命活動的調節"等部分內容,如果僅從認知角度來看,只需幾句話就可概括,然而這些部分的教材內容中卻包含了豐富的非認知因素,如科學實驗的思想和方法,這理應是教學的重點,也是教學的難點.
三,對教學策略設計的新審視
教學策略是實現教學目標的方式.多年來,廣大生物教師在教學策略上進行了不少實踐和創新,不斷地從傳統的以教師為中心轉向以學生為主體,這無疑體現了素質教育"以學生為主體,讓學生主動地生動活潑地學習"的素質教育特征的.但由于教師"自我中心"意識的頑固和沿襲傳統的惰性的影響,或者是由于缺少切實可行的操作措施,在教學過程中,教師唱主角,學生當配角的狀態還未從根本上加以改變.例如,"自學輔導法"不失為引導學生主動學習,學會學習的一種好的方法,但教師在教學過程設計時往往是幫助學生確定好學習目標,同時將教材的知識內容轉化為一個個具體的問題,要求學生在書本上找到現成的答案.由于學生的學習目標,學習程序,學習計劃都是教師幫學生訂制訂的,學生也就失去了自我定向的機會.教師期待學生的學習過程按著教師指定的目標和思路進行;對學習過程的監控和調節,也是依據教師制訂的學習目標,教師的評價指標和準則來完成.又如,"引導發現法"以解決問題為中心,以觀察和實驗為基礎,引導學生運用創造性思維去獲得親身實證的知識,這對培養學生發現問題,分析問題和解決問題的能力,培養學生的創造性思維有十分重要的意義,因此也是體現素質教育要求的.但在實際教學中,通過教師的"精心"設計和安排,學生往往已不需要對材料信息進行收集,選擇和甄別;在"發現"過程中也不會遇到困境和挫折,也沒有新的思路和方式;"發現"的結果自然也都是教師所預期的.這樣學生的主體性也就無從得到真正的體現.
根據素質教育的特征,教師在設計教學策略時應著重思考下列問題:
一是要突出學生的主體地位.教師要轉變觀念,變"指揮者"為"引導者".要從學生的角度去設計教學過程,引導學生積極主動地參與到學習過程中去進行自主的學習活動.如:①引導學生自我定向.思考如何由學生自己確定學習目標,安排學習程序,制定學習計劃,為自主學習定向.②引導學生自我探究.思考如何讓學生通過獨立思考,自主探究知識的發生過程.讓學生按照自己的基礎和習慣,水平和能力,去讀,想,做,說,議,畫,通過動手,動腦,動口等自主活動,獨立發現問題,解決問題,得出科學結論.③引導學生自主評價.思考如何引導學生基于對自己的認識,依據學習目標和自身的評價指標和準則,對自身的學習目標,策略,方法,計劃進行自我反思與評價,進而對學習過程進行積極的監控.④引導學生自我調控.思考如何讓學生對照學習目標,尋找學習差距,考慮如何改 進自己的學習策略和方法,并采取針對性措施,及時調整自己的學習目標,策略和方法,以促進目標的達成.⑤引導學生自我激勵.思考怎樣引導學生在學習過程中,不斷地激勵自己戰勝困難,獲得學習成功,使自己始終處于積極,活躍的學習狀態.二是要面向全體學生,重視學生的個性差異.在班級授課制下,如何使班級中不同層次的學生都能通過課堂教學活動有所提高發展,最基本的一條準則,就是要面向全體學生,正視學生的個性差異,因材施教.由于不同層次學生之間的學習起點(包括動機,態度,學習能力,知識基礎等)落差較大,課堂教學起點準確定位是保障不同層學生都吃飽,吃好的關鍵.習慣的"抓兩頭促中間"的做法,實際上是以優等生為教學起點,放棄了中下等生的教學,以面向全體學生為出發點,但最終以落腳優等生為歸宿.有的教師提出"抓中間促兩頭",以中等生為教學起點,這比起"抓兩頭促中間"的做法來得公正一些,但這是以優等生和學習困難學生的部分無效和低效學習時間為代價的.因此,在班級授課制中,沒有分層的教學過程是難以實現面向全體學生的要求的.在設計教學過程中,要想辦法積極創設讓所有學生都能積極主動地學習的機會,如設計集體活動,小組活動,個別活動的環節,以便有針對性地加強對不同層次學生的學習指導;設計分層次的練習和作業,從不同層次學生的實際出發,安排難易適中,梯度明顯的練習或作業,使不同層次的學生都可根據自己的學情,有彈性地加以選擇和完成.對不同層次的學生實施不同的學業成就評價方法,以增強不同類型學生的學習信心,提高他們的學習興趣,強化他們的學習動機,激勵他們努力學習.
四,對教學媒體選擇的新審視
教學媒體是教學設計中要涉及到的物質條件.隨著學校教學條件的改善,教師在教學設計中涉及的教學媒體越來越豐富,也越來越先進.除了傳統的掛圖,模型,標本及實驗設備外,錄像,投影,錄音等設備也已廣泛地進入了課堂,多媒體運用也已不再是新鮮的事.但從實施素質教育要"以培養學生的創新精神和實踐能力為重點"的要求來看,還需要在教學媒體設計上作進一步的拓展.
一是要為學生的學習和實踐創造更豐富的物質條件.我們的教學在培養學生創新精神和實踐能力方面有著明顯的不足,其原因是多方面的,但缺少實踐活動不能不說是重要的原因.我們的教材與國外的相比,實踐方面已明顯不足,而在我們相當部分教師的教學中實踐又被大大削減了,許多學生實驗變成了演示實驗或教師講實驗.如果不加強實踐環節,培養學生的實踐能力也就成了空話.
[關鍵詞] 生態農業; GAP; 中藥材; 種植; 生態經濟學
Ecological agriculture: future of Good Agriculture Practice of
Chinese materia medica
GUO Lan-ping, ZHOU Liang-yun, MO Ge, WANG Sheng, HUANG Lu-qi*
(State Key Laboratory of Dao-di Herbs, National Resource Center for Chinese Materia Medica,
China Academy of Chinese Medical Sciences, Beijing 100700, China)
[Abstract] Based on the ecological and economic problems in Good Agriculture Practice (GAP) of Chinese material medica, we introduced the origin, concept, features and operative technology of eco-agriculture worldwide, emphasizing its modes on different biological levels of landscape, ecosystem, community, population, individual and gene in China. And on this basis, we analyzed the background and current situation of eco-agriculture of Chinese materia medica, and proposed its development ideas and key tasks, including: ①Analysis and planning of the production pattern of Chinese material medica national wide. ②Typical features extraction of regional agriculture of Chinese materia medica. ③ Investigation of the interaction and its mechanism between typical Chinese materia medica in each region and the micro-ecology of rhizosphere soil. ④ Study on technology of eco-agriculture of Chinese materia medica. ⑤ Extraction and solidification of eco-agriculture modes of Chinese materia medica. ⑥ Study on the theory of eco-agriculture of Chinese materia medica. Also we pointed out that GAP and eco-agriculture of Chinese material medica are both different and relative, but they are not contradictory with their own features. It is an irresistible trend to promote eco-agriculture in the GAP of Chinese material medica and coordinate ecological and economic development.
[Key words] ecological agriculture(eco-agriculture); GAP; Chinese materia medica; cultivation; ecological economics
doi:10.4268/cjcmm20151707
現代農業生產中大量使用化肥與農藥,不但造成農產品質量及安全性下降,也造成土壤和水源污染,導致農田蚯蚓等有益生物及微生物數量急劇下降,大規模的單一機械化種植,加劇了土壤惡化的程度,使資源與環境問題不斷凸顯。全球環境惡化、食品安全隱患成為當今最嚴重的問題,引發人們對建立在化肥與農藥基礎上高投資、高能耗的化學農業的反思,并由此產生了生態農業(ecological agriculture)的思潮,繼而在農學、生態學、資源學、環境毒理學等相關學科中迅速發展。
2015年,國務院《關于加大改革創新力度加快農業現代化建設的若干意見》指出,“我國農業資源短缺,開發過度、污染加重,如何在資源環境硬約束下保障農產品有效供給和質量安全、提升農業可持續發展能力,是必須應對的一個重大挑戰”,要求“做強農業,必須盡快從主要追求產量和依賴資源消耗的粗放經營轉到數量質量效益并重、注重提高競爭力、注重農業科技創新、注重可持續的集約發展上來,走產出高效、產品安全、資源節約、環境友好的現代農業發展道路”。而資源與環境并重的可持續發展的農業,就是當代最先進的生態農業。
中藥材規范化種植(good agriculture practice,簡稱GAP)推行10多年來取得了巨大的成就,但也存在基地布局不合理、基地產出中藥材占市場份額極小、盲目引種造成道地性消失、地緣經濟和小農經濟耕作與規范化和規模化不協調、栽培技術不成熟導致一些品種的生產風險較大及比較效益偏低等限制GAP發展的問題。其中土壤微生態惡化及連作障礙是不少GAP基地建設的瓶頸,嚴重影響了中藥材的可持續生產[1]。分析可知,以上中藥材GAP中的問題,或與資源經濟相關,或與生態環境相關,均是生態學或經濟學中的熱點問題。那么,中藥材GAP的出路在哪里,如何攻克中藥材GAP面臨的困難呢?本文圍繞生態農業的形成背景、概念及特點等關鍵問題,探討生態農業在中藥材GAP生產中的應用前景及策略。
1 生態農業
1.1 生態農業的起源
綠色革命在帶來增長奇跡的同時,也帶來了前所未有的社會和環境問題,水土流失、氣候變暖、環境污染為現代農業帶來的巨大的挑戰,生態農業正是在這種背景下產生的[2]。1935年,岡田茂吉提到的“自然農法”[3];20世紀40年代J I Rodale出版的《堆肥農業與園藝》[4],以及1962年Rachel Carson的《Silent Spring》[5]等均表達了生態農業的思想。1974年,日本成立IEOAM(國際有機農業運動聯盟);1975年,英國成立國際生物農業研究中心;同年,美國建立了Rodale有機農業實驗場;1982年,出現了地區性協作研究機構“東南亞大學農業生態系統研究網(SUAN)”。1987年世界環境和發展委員會提交“我們共同的未來”的報告。1992年里約地球問題首腦會議上通過了《21世紀議程》,提出人類社會可持續發展的行動準則[6]。21世紀以來,生態農業的實踐在全球范圍內,尤其在德國、美國、英國、日本、以色列等很多國家得到飛速發展,如在美國已有2萬多個生態農場。
1.2 生態農業的概念
生態農業是目前國際社會最先進的環境友好型種植模式。作為一個古老而嶄新的概念,生態農業的內涵和外延尚不完全清晰,不同國家的不同學者對生態農業進行了描述,并提出了自然農法(natural farming)、有機農業(organic agriculture)、可持續農業(sustainable agriculture)、生物農業(biological agriculture)等類似概念。以生態學家馬世俊為首的科學家認為,“生態農業是生態工程的簡稱,以生態學和生態經濟學為原理為基礎,現代科學技術與傳統農業技術相結合,以社會、經濟、生態效益為指標,應用生態系統的整體、協調、循環、再生原理,結合系統工程方法設計,通過生態與經濟的良性循環農業生產,實現能量的多級利用和物質的循環再生,達到生態和經濟發展的循環及經濟、生態和社會效益的統一,使農業資源得合理用的新型農業生產技術體系。即從系統的思想出發,按照生態經濟學的基本原理,運用系統方法能力起來的綜合農業發展模式”[7]。而盧永根等認為,“凡是把生態效益列入發展目標,并且自覺地把生態學原理運用于生產中的農業,都可以稱生態農業”[8]。這2個概念代表了對生態農業理解中的2種極端,前者強調系統、循環、再生的工程,后者則強調關心生態效益和生態學的理念和立意,2種概念相輔相成,可為不同尺度、不同生產水平的生態農業發展提供指導。
1.3 生態農業的特點
作為把農業生產、農村經濟發展和生態環境治理與保護、及資源的培育與高效利用融為一體的具有生態合理性、功能良性循環的新型綜合農業生產模式,生態農業具有以下基本特征:①追求生態平衡,合理利用自然資源,減少對生態環境負面影響;②注重農、林、牧、副、漁全面發展,重視綜合經濟學;③不用或少用化肥、農藥、生長調節劑,減少能源消耗,以較少的投入獲得較多產出;④內部組成與結構復雜,形成良性循環,有較強的抵抗外界干擾的緩沖能力和較高的自我調節能力,有穩定和持續發展能力;⑤提倡使用固氮植物、作物輪作以及正確處理和使用農家肥料等技術,副產品循環可再利用,盡量減少廢棄物輸出,能自我維持。總體來看,生態農業在生態上低輸入、能自我維持,在經濟上有活力,在環境、倫理道德、審美、人文社會方面不引起大的或長遠不可接受的變化[6]。
1.4 生態農業遵循的原理
生態農業的理論主要涉及生態學和經濟學的相關理論。此外,由于生態農業通常體現為生態工程的設計管理,因此,系統學和工程學的相關理論也是生態農業理論的重要組成部分。生態農業的理論研究一直很活躍,主要包括對生態農業概念、內涵的界定,生態農業特點的分析,生態農業發展中生態策略的研究,生態農業原理的分析,生態農業類型的劃分,生態農業技術的提煉及整合,生態農業模式的構建和推廣,生態農業系統結構、功能和能量流動的研究,生態農業評價指標體系的研究及生態農業效益的評價等[2]。生態農業原理是指導生態農業發展的核心理論,主要如下。
1.4.1 生態農業遵循的生態學原理 ①生態位原理。作為半人工或人工的生態系統,人為的干擾控制使農業生態系統物種單一,從而產生了較多的空白生態位。因此,在生態農業工程設計及技術應用中,應合理運用生態位原理,把適宜而有經濟價值的物種引入生態系統以填充空白的生態位,以此實現各層次空間生態位光、氣、熱、肥資源的充分利用,最大限度地減少資源的浪費,增加生物量與產量;同時可以提高生態系統的多樣化物和穩定性,阻止一些有害的雜草、病蟲等的侵襲。②限制因子原理。只有與生境條件高度相適應時,生物才能最大限度地利用環境資源,表現出最大的增產潛力。因此,在生態農業生產時,必須高度重視生態因子的限制作用。③食物鏈原理。生態農業系統中縮減的食物鏈降低了生態系統的穩定性,不利于能量的有效轉化和物質利用,加重環境污染。因此,生態農業生產中,通常會通過利用因食物選擇而廢棄的生物物質和作為糞便排泄的生物物質,延長食物鏈的長度,提高生物能的利用率。如林下養雞,雞糞喂豬等。④整體效益原理。整體效益的取得要取決于系統的結構和功能。因此,生態農業強調不同層次上自然資源和社會經濟條件的有機組裝和調節,以達到高產、高效、持續發展的目的。⑤互惠共生原理。模仿自然生態系統中多種生物共生的現象,在農業生態系統中,人工誘導多種共生互利關系,加強物質能量的循環,以提高生態和經濟效益。⑥生物與環境的適應與協同進化原理。生物不只是被動地受環境作用和限制,也通過排泄物、死體、殘體等釋放能量和物質作用于環境,使環境得到物質補償,從而保證生物的延續。封山育林,植樹種草,退耕還林,合理間套輪作等措施都可改善農業生態環境,促進資源再生和循環利用。⑦效益協調一致原理。農業生態系統是一個社會-經濟-自然復合生態系統,具有多種功能與效益,只有生態與經濟效益相互協調,形成良好的自然再生產和經濟再生產交織的復合生產過程,才能發揮系統的整體綜合效益。因此,要將經濟與生態保護有機結合,促進資源的利用與增殖。⑧自適應原理。當遇到外界壓力受損后,生態系統通過自適應或自組織在一定范圍內可逐步回復。因此,調動和提高農業生態系統的自組織能力是生態農業的重要目標之一。⑨區域性原理。生態系統類型與當地氣候和土壤因子密不可分。因此,生態農業模式的選擇應充分考慮當地的氣候土壤類型,因地制宜,切忌盲目照搬。⑩結構穩定原理。生物與環境協調進化的結果是生態系統內各組分及結構具有穩定性。生態農業要求物質投入和物質輸出的平衡,避免由于投入過大造成某種物質在生態系統中的滯留而帶來結構的非穩態,甚至造成生態系統的崩潰和解體[9-10]。
1.4.2 生態農業遵循的經濟學原理 ①農業資源價值理論。自然資源是有價值的資產,其開發利用具有經濟效應及環境效應,資源開發會付出環境消耗及生態代價。因此,生態農業要尋求經濟與生態兩者之間的平衡,在獲取最大收益的同時,應盡可能減少在資源利用和生產過程中產生的環境負效應。生態農業特別注重循環經濟的理論,“資源-產品-廢物-再生資源-產品”是生態農業常見模式。②生態經濟理論。生態農業是由生態系統、經濟系統和技術系統有機組合形成的復合系統。生態系統是生態經濟系統的基礎,技術系統作為生態系統和經濟系統的橋梁,使兩者融合為一體。生態農業要求生態循環及經濟循環過程的良性發展與耦合。③可持續發展理論。生態農業強調可持續發展的戰略思想,要求在維持農業高效生產力的基礎上,強化對生態環境的保護和建設[9]。
1.4.3 生態農業遵循的工程學原理 作為系統設計與工程建設的結合體,生態農業必須遵循系統工程的整體協調優化原理,生態工程的層次結構理論,生態農業工程的系統調控原理(即生態農業工程的自然調控原理和生態農業工程的人工調控原理)等[9]。
1.5 生態農業的常用技術
由于自然環境不同,各國在實踐中采取的生態技術不完全相同,國際上主要的生態農業技術有:①立體種植(養殖、種養)技術;②農作物病蟲害生物防治技術(以蟲治蟲、以菌治蟲、以菌治病、菌根真菌技術、輪作和保護天敵以控制病蟲害);③測土配方施肥技術;④設施農業技術(地膜覆蓋栽培、日光溫室栽培、塑料大棚栽培);⑤有機肥料與農作物秸稈的循環高值利用技術(生物固氮、牲畜糞便、作物秸稈提供氮素營養、秸稈沼氣高效生產、秸稈在食用菌栽培中的循環利用、秸稈青貯及氨化技術、秸稈氣化及壓縮成型技術);⑥現代機械技術(多用園盤形或鑿形裝置淺耕,不用或少用有壁犁耕作,不翻轉土壤);⑦水土保持技術(采用梯田、帶狀或等高作業,防止土壤侵蝕);⑧田間管理(采用豆科綠肥和覆蓋物作為基礎的輪作技術,主要通過輪作、耕作、中耕除草來控制農田雜草);⑨抗性品種選育技術(應用作物新品種抗病蟲害、抗干旱等);⑩合理牲畜管理技術等[11]。
2 中國的生態農業
2.1 中國生態農業的起源
在我國,自古以來勞動人民積累了大量生態農業的經驗,如間作、套作、輪歇地及農業措施等自然的生態農業的經驗。1908年F H King主編的《四千年農夫》[12]和20世紀30年代A Howard主編的《農業圣典》2本書均提到了中國有機肥保持地力的經驗[13]。如稻田養殖可以追溯到公元前400年。《呂氏春秋?審時》載“夫稼,為之者人也,生之者地也,養之者天也”[14]。《齊名要術》載“順天時,量地力,則用少力而成功多。任情返道,勞而無獲。入泉伐木,登山求魚,手必虛;迎風散水,逆坂走丸,其勢難”[15]。其核心是因地制宜、因時制宜、因物制宜的“三宜”原則。20世紀80年代初,國內學者對生態農業進行理論探討,并在此基礎上組織技術力量開展試驗研究。1984年初,我國召開了第二次全國環境保護會議,5月出版了《國務院關于環境保護工作的決定》,11月召開了全國農業生態環境保護經驗交流會。1985年國家頒布了《關于發展生態農業,加強農業生態環境保護工作的意見》,是我國生態農業的發展的里程碑。1991年國家環保部編著的《中國的生態農業》中指出,中國的生態農業是在總結和吸收各種農業生產實踐的成功經驗的基礎上,根據生態學和經濟學的原理,應用現代科學技術方法所建立和發展起來的一種多層次、多結構、多功能的集約經驗管理的綜合農業生產體系,表明我生態農業的理論框架已初步建成[16]。Chen Xinping等[17]在覆蓋我國大米、小麥和玉米主產區的153樣地開展了基于土壤-作物系統綜合管理的田間試驗,證明生態種植在實現了氮素高效利用和作物高產的同時,還降低了氮盈余,從而降低了單位產量的活性氮排放和碳足跡。據報道,在改善生態環境,增強農業后勁的同時,我國開展生態農業試點地區的糧食總產平均增幅15%以上,單產較試點前增加10%以上,分別為全國平均增長水平的4.5,9.2倍[11],表明生態農業在我國具有廣闊的前景。
2.2 中國生態農業主要措施
30年來,我國農業生產遵循生態規律,結合我國傳統農業的優點,保護農業生態環境,取得了一定成績。我國生態農業的主要措施有:①加速太陽能向生物能轉化,充分利用太陽能、風能和地熱等;②在大力提高種植業第一級生產的基礎上,積極發展畜牧、水產養殖和其他養殖業,大力發展飼料和農畜產品加工業,加強各種剩余物的綜合利用;③因地制宜地發展沼氣、節柴灶,積極開發小水電;④積極推進林下種植、立體種植;⑤促進有機質還田;⑥大力推行作物病蟲害綜合防治,科學施用農藥和化肥,防止農藥、化肥對土壤和農產品的污染,提高農畜產品的品質;⑦積極推進多種經營和綜合利用的農業結構等。以上做法都有較為顯著的經濟效益,使自然資源得到合理開發,植被得到有效保護,生態環境得到顯著改善[18]。
2.3 中國生態農業特點及常見模式
2.3.1 中國生態農業特點 作為生態強烈干預下的開發系統,農業生態系統具有明顯地域性,受自然生態規律和社會經濟規律的雙重制約[9]。生態農業應根據當地的自然和社會條件及歷史,在因地制宜的基礎上發展和推廣適宜的栽培模式及技術。我國地域廣闊,自然條件復雜,民族眾多,文化習俗多樣,即使在現代農業得到大規模發展的今天,傳統生態農業在我國很多地方仍然是主流的農業生產方式。人口眾多,水資源缺乏和生態環境脆弱,決定了我國既不能全面推行美國、加拿大等國的大規模機械化現代農業模式,也不能模仿日韓等國依靠高補貼維護農戶高收入的做法。因此,中國生態農業在強調系統整體功能的發揮和多元化發展,體現社會、經濟、生態三大效益高效循環統一,重視傳統農業技術和現代科技成果相結合的同時,表現出豐富的區域特色[2]。
2.3.2 中國生態農業常見模式 生態農業模式可被看作是用于發展農業生產的各種要素,包括自然、社會因素等的最佳組合,是具有一定結構和功能、效益的實體,是資源永續利用的具體方式[19],是生態學和經濟學原理在開展農業生態建設中的具體運用[7],是一定尺度上農業可持續發展的農業生態過程的動態模型,該模型可作為樣板進行借鑒和推廣[20]。我國大多數生態農業模式是在長期生產實踐中總結提升的,成功的生態農業模型,可以為相似地區生態農業發展提供成功經驗[2]。不同的專家針對不同區域從不同的角度因地制宜提出了不同的生態農業模式。中國生態農業的常見模式有:①立體種養模式,指充分利用氣候和地形地貌條件,使不同高度的光、溫、水、氣、熱得到充分利用,如海南文昌的“膠-茶-雞”復合模式、廣東鶴山“林-果-草-魚”復合模式;②物能(實物/功能)的多層次利用模式,包括以沼氣、農副產品加工或生態旅游為紐帶的不同形式;③“貿-工-農-加”綜合經營模式,可以充分利用閑時勞動力,大大提高資源的利用率和生產效率,增加農產品的附加值,提高經濟效益,較好地解決長期效益和短期效益的矛盾;④水陸交換的物質循環生態系統,典型的如“桑基魚塘”,即池中養魚、池埂種桑養蠶的綜合養魚方式;⑤多功能的污水自凈工程系統等[7,18-35]。
其中,駱世明等[31]按照生物層次所提出的生態農業模式最具有代表性(圖1,表1)。處于上一層次的生態農業模式基本類型可以與向下各層次的模式套疊,形成復合模式,包括:景觀層次上以農業土地利用布局為核心的景觀模式;生態系統層次上以組分能量流為核心的循環模式;群落層次上以生物種群結構安排為核心的立體模式;種群層次上以食物鏈關系設計為核心的食物鏈模式;個體與基因層次上以品種選擇為核心的物種與品種搭配模式。
圖1 生態農業模式的基本類型及其層級和套疊關系[31]
Fig.1 Fundamental classification of eco-agricultural models and its hierarchical structure
2002年,農業部向全國征集到了370種生態農業模式或技術體系,通過反復討論,遴選了具有代表性的十大類型生態模式,并正式將這十大類型生態模式列為后期推廣的重點。這十大典型模式和配套技術是:①北方“四位一體”生態模式及配套技術;②南方“豬-沼-果”生態模式及配套技術;
表1 生態農業模式的基本類型[31]
Table 1 Fundamental classification of eco-agricultura models
③平原農林牧復合生態模式及配套技術;④草地生態恢復與持續利用生態模式及配套技術;⑤生態種植模式及配套技術;⑥生態畜牧業生產模式及配套技術;⑦生態漁業模式及配套技術;⑧丘陵山區小流域綜合治理模式及配套技術;⑨設施生態農業模式及配套技術;⑩觀光生態農業模式及配套技術[36]。
3 中藥生態農業
3.1 中藥生態農業的背景及現狀
中藥農業是我國現代農業的重要組成部分,更是整個中藥產業的源頭。歷史上,中藥材栽培一直處于小農經濟的種植模式,多數品種種植歷史短、規模小,產區局限,栽培技術落后。近年來,伴隨著大健康產業的快速發展,中藥材需求量劇增,為了滿足不斷增長的醫療需求,歷史上很多以野生或少量栽培為主的中藥材開始大面積種植。據估計,全國中藥材栽培面積達3 000萬畝,常見栽培品種達到200多種[1]。目前已實現人工栽培的藥用植物中,95%以上具有連作障礙。中藥材的連作障礙不僅表現為重茬,還表現為多年生同種藥用植物隨栽培年限增加自毒作用顯著加劇,如栽培4~5年后的人參隨栽培年限增加發病率顯著上升。連作障礙導致中藥材產量和質量下降,病蟲害高發甚至絕收。為克服連作障礙,中藥材生產中大量使用化肥農藥,但事實證明,這種做法不但不能有效改善中藥材生長狀況,還造成土壤和藥材中農殘及重金屬超標,既危害人民的用藥安全,又污染生態環境[36-39]。最近十幾年來,GAP的推行,特別是固定產地和單品種機械化的規范種植,導致中藥材可持續種植與環境(尤其是連作土壤環境)的矛盾異常突出[1]。
中藥生態農業的理念及生產實踐正是在這種背景下產生的。由于中藥栽培具有明顯的地域性,其種植和研究主要集中在國內。國家“十一五”科技支撐計劃“有效恢復中藥材生產立地條件與土壤微生態環境修復技術”首次支持中藥生態農業相關的研究。該課題針對當前中藥材栽培中普遍存在的土壤退化,連作障礙嚴重及土壤農殘重金屬超標的現象,選擇栽培生產立地條件要求高、適宜用地緊張、土壤退化嚴重、連作障礙突出的大宗常用中藥材,開展中藥生態種植研究及土壤立地條件綜合治理。相關研究初步形成了中藥生態種植的技術體系,包括:病原微生物防治技術、自毒作用克服技術、農殘重金屬污染防治技術、土壤理化性質改良及土壤綜合修復等關鍵共性技術[40-58]。
“有效恢復中藥材生產立地條件與土壤微生態環境修復技術”是首次在國家層面立項探索栽培中藥材立地條件恢復及土壤微生態環境修復的項目,其對中藥生態農業的研究和實踐起到的作用是重大而深遠的。應當看到,相對于大宗農作物生產,當前中藥生態農業剛剛起步,中藥生態農業的相關理論研究還相當薄弱,成熟有效、推廣價值高的生態種植模式尚未形成,高效實用的生態種植技術還有待大量開發。當前,大力宣傳和普及中藥生態農業的理念,形成中藥生態農業和可持續發展的共識,是中藥生態農業發展面臨的首要任務。
3.2 中藥生態農業的發展思路及重點任務
生態農業實踐的基本做法是:在對自然條件、資源狀況和社會經濟條件等進行調查研究的基礎上,分析區域特征,確定對農業生產和社會發展的有利條件和限制因子,借鑒國內外生態種植的經驗和教訓,將現代先進的科學技術與實用有效的傳統農業技術相結合,合理開發、綜合利用農業資源,因地制宜地選擇生態農業模式及配套技術,并進行推廣應用[2]。中藥生態農業的思路也大體如是。
據此,從科研的角度提出當前中藥生態農業的重點任務,包括:①全國中藥材生產格局分析及規劃。在全國中藥資源普查獲得大量環境數據的基礎上,完成中藥材分布區劃、產量區劃、質量區劃;參照大農業規劃,分析中藥材分布格局,制定我國現代中藥農業規劃,完成中藥材種植分區。②區域中藥農業典型特征提取。明確各區域優勢特色中藥材品種及其生產特點和規律,確認該優勢與當地自然生態和社會生態的相關性,分析優勢特色中藥材品種中藥農業生產和社會發展的有利條件和限制因子。③各區域典型中藥材與根際土壤微生態互作規律及機制研究。在各類農業區劃內選擇代表中藥材,開展典型中藥材與根際土壤微生態互作規律研究;并運用土壤宏基因組、代謝組等現代技術研究中藥材與根際土壤互作機制。④中藥材生態種植技術研究。依據各區域中藥農業特征及各類典型中藥材的生理生態學特性,綜合研究品種篩選、栽培物候期、播種密度、養分平衡、測土配方、立體栽培、間作套作、輪作、中藥材與其他農林牧副產業的綜合生產等各種實用技術。⑤中藥生態種植模式的提取及固化。綜合考慮土地利用布局、生態系統組分能量流、生物種群結構安排、食物鏈關系設計、品種選擇等因素,在景觀、生態系統、群落、種群、個體和基因等不同尺度不同生物層次總結、提煉并固化經濟適用、高效低毒的中藥生態農業模式,開展大田推廣應用(圖1,表1)。⑥中藥生態農業理論研究。利用TEEB (The Economics of Ecosystems and Biodiversity)原理[59],分析各種生態農業模式及配套技術對提高中藥材產量和質量、減少病蟲害發生率、減少中藥材生產中化肥和農藥用量和保護生物多樣性及生態系統服務功能的貢獻,提出和完善中藥生態農業的理論,并指導中藥生態農業實踐。
3.3 中藥材GAP與中藥生態農業
中藥材GAP與中藥生態農業既有區別,又有聯系(表2),二者各有特點,但并不矛盾。當前,制約中藥材GAP生產的關鍵問題一個是經濟學問題(比較效益偏低),另一個是生態學問題(土壤微生態惡化,連作障礙嚴重),而這兩個問題正是生態農業研究和實踐的核心。
表2 藥材GAP與中藥生態農業的比較
Table 2 comparison of Good Agriculture Practice and ecological agriculture of Chinese materia medica
項目目的手段缺點
中藥材GAP[1] 保證中藥材的質量和安全。高度關注中藥材本身 制定制度、規范、SOP及標準,嚴格記錄,保證可追溯。較大規模的中藥材規范化種植 記錄過程繁雜,比較效益偏低;土壤微生態惡化,連作障礙嚴重
生態農業 保證中藥材的質量和安全、保證生態環境的持續利用,關注中藥材、環境,及二者的相關關系 借鑒合理的農業生態模式,開展農業生態設計,配合各種使用的農業生態技術,利用循環經濟等手段,提高生態系統的多樣性和生態系統穩定性,實現持續優質高效生產。各種尺度、各種方式的中藥材生產 早期技術要求高,需要生態學經濟學方面的專業人士進行設計和指導
作為一個生態經濟復合系統,生態農業將種植生態系統與種植經濟系統綜合統一起來,可取得最大的生態經濟整體效益。作為一種環境友好型農業模式,生態農業既體現了中藥農業生產的科學配置,又體現了多學科多部門交叉合作的現代產業模式。為此,在GAP生產過程中,引入生態農業的理念和方法,按照遵循生態與經濟整體統一的原理,在中藥材GAP生產中建立生態與經濟兩者之間的協調和統一,不僅是有效控制中藥材栽培土壤污染及連作障礙,確保中藥材產量和質量,保障人民用藥安全及促進農業的可持續發展的關鍵,也是保護中藥農業立地條件及土壤微生態,減少農殘重金屬污染,解決農業生態環境惡化,實現經濟、社會和環境的和諧發展,促進生態文明的重要組成部分。依托中藥材GAP,發展中藥生態農業對落實國家中藥農業發展部署,轉變中藥農業發展方式、加強農業生態治理意義深遠。
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[關鍵詞]循環農業;生態強省;可持續發展
[中圖分類號]F124.5;F323.2 [文獻標識碼]A [文章編號]1674-6848(2012)06-0093-10
[作者簡介]翁伯琦(1957一),男,福建福州人,福建省農業科學院農業生態研究所研究員,主要從事區域生態經濟與生態農業技術研究;雷錦桂(1973一),男,福建羅源人,福建省農業科學院科技干部培訓中心副研究員,主要從事循環農業與食藥用菌育種與栽培技術研究。(福建福州 350003)
[基金項目]國家“十二五”科技支撐計劃項目“東南地區農牧廢棄物多級循環利用技術集成與示范”(2012BAD14B15)和福建省農業科學院創新團隊(STIF—YO1)、福建省農業科學院“雙百行動”計劃項目(sbmb)的階段性研究成果。
Title: Thought of Promoting the Construction of Eco-province by Developing Modern Circular Agriculture
Authors: Weng Boqi & Lei Jingui
Abstract: In view of the grim situation of the current resources and eco-environment, modern circular agriculture should be developed to promote the construction of eco-province for the realization of sustainable development of economy, society and eco-environment. This paper expounds the evolution of circular economy and eco-province and their interrelationships, makes an in-depth analysis of five “favorable” and five “adverse” conditions for the development of modern regional circular agriculture and the construction of eco-province of Fujian, and proposes five major models and eight key steps to develop regional circular agriculture based on local conditions, which provide scientific thinking and countermeasures for promoting the construction of eco-province by developing modern circular agriculture.
Key words: circular agriculture; eco-province; sustainable development
生態環境是人類賴以生存和發展的基本條件,是經濟和社會發展的基礎資源。改革開放三十年來,我國國民經濟發展取得了令人矚目的成就,但由于自然、歷史和認識等方面的原因,在相當長的時間內,我們沒有擺脫圍繞高產量生產的高投入、高能耗、低效益的粗放式經濟發展模式,造成了嚴重的環境污染和生態破壞。
針對全國資源能源和生態環境面臨的嚴峻形勢,為實現經濟社會和生態環境的可持續發展,1995年,國家環保總局從環境保護的角度出發,開始探索區域的可持續發展模式和途徑,提出開展生態示范區建設工作。從1999年開始,在國家環保總局的倡導和推動下,全國部分省區陸續開展“生態省”建設試點。目前,全國已形成生態省—生態市—生態縣—環境優美鄉鎮—生態村的生態示范建設的系統工程,至今已有14個省(自治區、直轄市)開展了生態省(區、市)建設。全國有500多個縣(市)開展了生態縣(市)建設,其中11個縣(市、區)達到國家生態縣(市、區)標準,全國環境優美鄉鎮達629個。①與此同時,國家環保總局以科學發展觀為統領,從經濟可持續發展的角度出發,積極推動粗放式的經濟發展模式向“循環經濟”的發展模式轉變。經過十多年的研究和實踐,循環經濟的內容得到了豐富和發展,逐步成熟并趨完善。
黨的十報告提出:“建設生態文明,是關系人民福祉、關乎民族未來的長遠大計。面對資源約束趨緊、環境污染嚴重、生態系統退化的嚴峻形勢,必須樹立尊重自然、順應自然、保護自然地生態文明理念,把生態文明建設放在突出地位,融入經濟建設、政治建設、文化建設、社會建設各方面和全過程,努力建設美麗中國,實現中華民族永續發展。”②農業作為國民經濟的基礎產業,面臨的資源約束和環境問題日益突出,嚴重制約著農業和農村經濟的可持續發展,并影響著全面建設小康社會的進程。發展現代循環農業是生態強省建設的重要舉措,也是生態文明建設的具體實踐。研究和運用循環經濟理論指導農業生產,創新農業生產模式,轉變傳統農業增長方式,實現人與自然的和諧共處,是當前一項重要而緊迫的任務。發展循環農業是全國農業發展在特定歷史時期的必然選擇,而從省域空間看,發展循環農業則是生態強省建設的不可或缺的組成部分。
一、發展現代循環農業是生態強省建設的重要基礎
何謂生態省?《生態縣、生態市、生態省建設指標(暫行)》指出:生態省是社會經濟和生態環境協調發展、各個領域基本符合可持續發展要求的省級行政區域。③確切地說,生態省是指在一個省域的范圍內,運用科學發展觀和可持續發展理論以及生態學、生態經濟學原理,遵循生態規律和經濟規律,以經濟建設為中心,以促進經濟增長方式的轉變和改善環境質量為基本出發點,尋求經濟、社會與人口、環境、信息高效利用,社會生態、經濟生態和自然生態高度和諧,為追求高效且全面統籌協調可持續發展的目標而構建的人與自然互惠共生的新型復合生態系統。生態省建設是可持續發展在一個省域的具體實施,其核心思想是以資源環境保護和可持續利用為前提,通過發展區域生態經濟,建立行業循環經濟體系,培育生態文化,建設生態文明,提高綜合實力,營建一個高效、開放、持續、健康、穩定的“社會—經濟—自然”復合生態系統,建立起和諧的人與自然的關系;其最終目標是實現省域水平上的資源環境、經濟社會的可持續發展。生態強省的建設包括生態工業、生態農業、生態服務業、生態文明等方面的內容。其基本內涵包括五個方面:(1)生態強省的提出是經濟社會發展到特定階段和高度的產物,是具有高度社會文明的標志。(2)生態強省是個戰略概念,不是單項工作,而是牽動經濟社會發展、人與自然和諧相處的整體戰略和目標,也是諸多發展戰略在省級區域的最佳結合點和實施載體。(3)生態強省建設的核心是轉變經濟增長方式,以循環經濟、生態經濟模式代替傳統的線性經濟增長模式,這也是建設生態省的重點和難點。(4)生態強省建設的本質是對環境與發展進行整合性思考,將生態建設、環境保護與經濟建設、社會發展融為一體。(5)生態強省建設的目的是營造人與自然和諧共處的人居環境。
目前,國內外關于循環農業的概念尚無定論。國內“循環農業”一詞首先出現在2002年陳敏德和王文獻的《循環農業——中國未來農業的發展模式》一文中,①但該文沒有對循環農業的概念進行詳細定義,高旺盛、翁伯琦、周震峰等人先后提出了發展循環農業的思考與對策,②郭鐵民和王永龍的《福建發展循環農業的戰略規劃思路與模式選擇》兩文則詳述了循環農業的定義與概念。③綜合學者們的觀點,循環農業的定義可歸納為:以循環經濟理論為指導,尊重生態系統和經濟系統的基本規律,以促進農業的可持續發展為目標,以“4R”原則(即再利用、減量化、再循環、可控化)為核心,以低能耗、低排放、高效率為基本特征,以生態產業為發展載體,以清潔生產為重要手段。通過農業生態系統設計與管理,實現物質能量資源的多層次、多級化的循環利用,達到農業系統的自然資源利用效率最大化、購買性資源投入最低化、可再生資源高效循環化、有害生物和污染物可控制化的產業目標。就其內涵而言,循環農業是以農業資源減量消耗、農產品多級利用和農業有機廢棄物資源化等諸多環節組成的“資源利用—現代農業—資源再生”的閉合循環生產模式的工業型農業,是以資源的高效利用為核心的資源節約型農業,是以減少廢棄物和污染物排放的環境友好型農業,是以產業鏈延伸和產業升級為目標的高效農業,是以科技進步與管理優化為支撐的現代農業。循環農業建設包括農業廢棄物綜合利用、農業產業鏈延伸和循環農業園區建設三方面內容。其主要特點有:(1)合理優化的循環模式。循環農業的提出是全國農業發展到特定歷史階段的必然,是綠色農業、有機農業、生態農業的延伸,是以生態農業為基礎的一種新型的農業發展模式。(2)高效利用的循環模式。循環農業是一個全新的理念,賦予資源以新的概念與內涵,形成了新的資源觀。從循環農業的角度看,農業生產過程之所以有廢棄物,是因為生產組織不合理,把資源“放錯了地方”。在循環農業的世界里,只有放錯了地方的資源,而沒有廢棄物。(3)“4R”原則的實踐載體。循環農業是一個全新的策略,明確提出按照“4R”原則組織農業生產,要求物質能量資源循環利用。(4)形成閉合的運作回路。循環農業提出了通過對農業生產流程的分析,對農業生產流程重新加以組織,以形成一個物質和能量的閉環系統,在農業生產工藝流程的設計中增加了一個反饋機制,從而使得物質和能量流的運動按照一個循環線路進行。(5)現代農業的高優成效。循環農業是涉及整個農業系統的良性生產運作農業模式,是工業型農業。
生態強省的建設離不開生態農業的支撐,而循環農業是生態農業的繼承和發展,是生態農業的深層應用。生態農業的發展為循環農業的發展提供了理論基礎和經驗借鑒,循環農業是高效的生態農業,生態農業的建設是實現循環農業的最佳實現形式之一。生態強省建設離不開高效生態農業—循環農業的發展,而循環農業的發展也離不開生態強省建設中生態工業、生態服務業等的協助,因此,我們很有必要去探討生態強省與循環農業的內在聯系。一是統一性:(1)哲學思想一致。在對待人與自然關系的問題上,兩者都將人與自然環境看成不可分割、高度相關的有機統一體,注重人與環境的內在和諧性。(2)理論指導一致。兩者都是以循環經濟理論為指導。(3)基本目標吻合。兩者都是為了實現經濟與社會、人與環境的和諧、可持續發展。二是差異性:(1)側重不同。生態強省是為了實現省域建設的可持續發展,而循環農業則是為了實現農業的可持續發展。(2)范疇不同。生態強省建設包含生態農業,而循環農業為生態農業的新的發展形式,也是新的發展階段。因而,生態強省建設需要發展循環農業,循環農業是生態強省建設重要的組成部分。值得關注的是,農田生態系統也與溫室氣體密切相關。據報道,耕地釋放的溫室氣體相當于150億t的CO2,超過全球人為溫室氣體排放總量的30%。若無需生產工業化肥每年可節省1/3的石油能源,而全球耕地不施用化肥,農作系統可降低30%的CO2排放,而當耕地的固氮率達到400kg/hm2/a,即可抵消掉80%的因農業導致的全球溫室氣體排放量。①初步估計,中國氮肥生產產生大約2億tCO2,氮肥和有機肥施用過程中排放至少1.5億t的CO2,以上排放的溫室氣體占中國總CO2釋放的20%以上。全國農作物年固氮量(凈初級生產力)為5.2~6.5億t。合理的農業管理措施(包括平衡施肥、合理種植、增加秸稈還田、少耕免耕等)和減少土壤侵蝕能大大提高農業土壤固碳量。根據研究表明,保護性耕作可避免碳排放量約為879kg/hm2/a,施用有機肥可使土壤有機碳平均增加幅度為8.52~59.78g/(m2.a),農作物秸稈還田平均可增加土壤有機碳45.24g/(m2.a),免耕和少耕可分別增加土壤有機碳134.81g/(m2.a)和208.74g/(m2.a)。②因此,全國農田生態系統土壤的固碳潛力是巨大的。由此可見,發展低碳經濟,工業系統固然要勇挑重擔,但“三農”戰線同樣責無旁貸,發展低碳農業是調整全國農業結構、建設后現代農業的緊迫任務。不論是綠色農業、有機農業、生態農業,還是循環農業、低碳農業,盡管它們特點各異,側重不同,但共同的內涵是節約資源,減少投入,提高效益,降低污染。低碳農業本質上也是循環農業,但其更關注節能減排,講求碳的排放,可以說是社會、經濟和環境在特定時期對農業發展提出的新的導向。循環農業其實也是低碳農業的一種農業生產方式,我們倡導立足國情,因地制宜地大力發展低碳循環農業,而低碳循環農業本質上是將低碳農業和循環農業進行有機結合,在循環農業的發展基礎上,立足于資源節約型、環境友好型、生態文明型集成技術的推廣應用,并用碳值衡量碳排放和農田生態系統的碳儲功能,力求自然平衡與環境自凈,實現人與自然的和諧以及經濟社會的可持續發展。
基于生態強省建設的循環農業發展是根據各區域的省情以及經濟、社會、環境和農業的現狀,轉變農業增長方式,為實現生態強省而采取的一種新型高效的農業實現形式;需從總體出發,全面規劃,科學開發,集約經營,立體種養,多級利用,多種經營,多層加工,綜合治理,建立良性循環的現代農業生產體系。
二、福建省發展區域現代循環農業的優勢潛力分析
福建省“八山一水一分田”的地理格局,素有“東南明珠”的美稱。改革開放以來,福建省在改革開放戰略的引導下,積極作為,農業生產獲得了巨大的發展,為推進全省農業向循環農業的發展奠定了良好的經濟社會基礎。但同時,我們必須清醒地認識到,福建省農業盡管已進入新的增長階段,但農業經濟基礎薄弱,農業環境污染擴展,農業生產“兩高一低”(即高投入、高消耗、低產出)制約著福建省農業生產的轉型。農業發展的相對優勢比較集中,但其發展劣勢也相對顯著。歸納起來,主要有五個“有利”與五個“不利”條件,這就要求人們要因勢利導,揚長避短,因地制宜,加快發展。
福建省實施生態強省建設、發展循環農業的“有利”條件有以下五個方面:
(1)區域生態環境基礎良好。福建省是一個相對獨立的自然區,絕大部分地區是濕潤的中亞熱帶和南亞熱帶海洋性氣候,氣溫暖熱,雨量充沛,季節變化明顯。流域面積在50khm2以上的河流有597條,其中流域面積在500khm2以上的河流有14條,閩江、九龍江、汀江和晉江四大水系流域面積合計89724khm2,占全省陸域面積的74.3%。①植被類型復雜多樣,植被種類繁多,世界植物種屬的80%在本省都有出現,群落分布錯雜。土壤類型多種多樣,土壤資源相當豐富。2006年耕地面積133.70萬hm2,園地63.17萬hm2,人工牧草地0.26萬hm2,分別約占國土面積的10.78%、5.09%和0.02%,生態環境質量優的區域占85.37%,其余14.63%的區域為良,優良率居全國第一。②農業發展從單純依賴耕地資源轉向對整個國土資源的依賴。單位土地的生產力是華北的1.5倍,東北的2倍多,西北的3~10倍。各地的農業氣候資源類型生產力指數在0.80~0.90,③而全國西部、北部的農業氣候資源生產力指數大多在0.14以下,最低為0.04以下。
(2)農業生物物種豐富多樣。2005年每年都從省外、境外引進300多個農作物新品種,1983-2008年共審(認)定農作物品種685個。野生果樹資源282個,茶樹種質資源豐富,藥用植物600多種,野生木本淀粉和糖料植物40多種,油料植物30多種。野生動物數千種,僅脊椎動物就有1000多種,約占全國的61%,海洋魚類750種,甲殼類和頭足類如蛤、蟶、泥蚶等有數十種,淡水魚類160多種,微生物中真菌類有430種。④目前保存珍貴作物種質資源13000多份。
(3)生態強省建設卓有成效。立足于本省的優勢,福建省于2000年底正式提出建設生態省的戰略決策,并于2002年提出生態省建設的總體目標:“力求通過20年的努力奮斗,把全省建設成為生態效益型經濟發達,城鄉人居環境優美舒適、自然資源永續利用、生態環境全面優化、人與自然和諧相處的可持續發展省份。”之后,又出臺了《福建生態省建設總體規劃綱要》,并經環保總局批準,正式成為繼海南、吉林、黑龍江之后的全國第四個生態省建設試點省份。至2005年底,全省已先后有13個市、縣(區)開展國家級生態示范區建設試點,44個鄉鎮開展省級生態示范區建設試點,生態示范區建設試點面積約占全省陸域面積的41%,已建成的自然保護區95個(其中國家級10個),自然保護區、森林公園、風景名勝區面積占全國相應區域面積的11%以上。①
(4)農村基礎設施初具規模。節水灌溉面積截至2006年底達582.9km2。節水灌溉系數從44%提高到55%。②農村沼氣池數量從2005年的26.51萬口增加到2007年的35.24萬口,大中型沼氣工程由2005年的681處增加至2007年的988處。③2007年每百戶擁有大中型拖拉機0.38臺,小型和手扶拖拉機4.23臺,農用水泵11.21臺。全省2800多個農村開展以“管網通、溝渠通、道路通和集中收集垃圾、匯集污水、幾種無害化處理”為主要內容的行動,農村環境逐步改善,農業環境污染和生態破壞得到一定程度的遏制。
(5)循環農業正在蓬勃發展。已初步形成臨海藍色、閩西北綠色、閩東南高優三個農業產業帶。2002年啟動了安溪、漳浦、龍海、平和、福安五個國家級無公害農產品基地縣建設,共有3個國家級的生態農業建設試點,12個縣(市)省級生態農業建設試點,3個縣(市)被評為首批省級可持續發展實驗區,建成有機食品試點基地400 km2,生態農業示范縣的覆蓋面積占國土面積的25%以上,有105家企業的198個產品獲得“綠色食品”標志使用權。至2011年底,累計認證并獲得有效使用標志的無公害農產品1448個,綠色食品588個,有機農產品132個。④通過試點示范,推廣了多種具有福建特色的生態農業建設模式,并建立了循環農業的發展體系。如省農科院稻萍魚共生循環體系,山地生態果園模式以及 “豆—稻—菜”種植業生產體系循環模式,圣農集團“一主三副”的資源循環再利用模式以及種養綜合型的循環農業模式。出現了福建龍海龍佳農業觀光園、福建圣農集團、福州滿堂香現代生態農業園、連江玉華山生態農業園、福清清源生態種養復合生產園、福建(龍巖)卓越新能源發展公司等現代循環農業產業。⑤
就區域社會與自然條件而言,福建省實施生態強省建設、發展循環農業的“不利”因素有以下五個方面:
(1)人均耕地緊缺,人地矛盾突出。2007年全省土地總面積12.40萬km2,全省人口為3581萬人,同比上年增加了23萬人,人均土地面積僅有0.346hm2;耕地面積1333.10khm2,同比上年減少了101.6khm2,人均耕地面積僅0.037hm2,遠低于全國0.1hm2的平均數。①
(2)生態環境脆弱,自然災害頻繁。從陸域生態環境看,福建山地丘陵面積占89%左右,山地、坡地多,土層薄(土壤層厚度僅20~80cm),易受雨水沖刷,生態系統礦質營養和灰分元素相當大部分積累于活質地上部分,而土壤相對瘠薄,受臺風影響較大,洪澇、干旱等自然災害發生頻率很高。2007年福建省成災面積占受災面積比重的60.5%,居全國第6位,超過全國比重的平均水平51.2%。從海域生態環境看,福建海域多呈腹大口小且半封閉的海灣,其自凈能力差,受陸域生態環境變化的影響十分明顯,易造成污染。
(3)農業生境退化,農業污染面廣。1996年至2006年的10年間,福建省園地和水域面積的年均增長率分別為0.761%和0.765%,農田的年均減少率為0.74%。全省土壤酸化嚴重,肥力有不同程度的下降。2000年全省水土流失面積已達131.3萬hm2,占全省土地面積的10.72%,②雖然水土保持與綜合防治工作取得一定成效,但局部控制、面上擴展仍未得到有效的遏制。隨著農業種植結構的改變,茶果園地的土壤侵蝕比重增加,成為當前土壤侵蝕的突出問題。農業污染有來自農業內部的污染和農業外部的污染。農業內部污染來自化肥、農藥、地膜的使用,單位面積使用量均高于全國平均水平,總體呈現化肥污染控制取得一定成效,農藥和地膜污染逐年遞增;而畜禽養殖污染有所加重,尤以豬糞尿對水域污染問題較為突出。農業外部的“工業”三廢污染物排放量呈三種不同的趨勢,廢水排放基本呈穩定狀態,廢氣排放呈逐年遞增的趨勢,固體廢物的排放呈遞減的趨勢,而2007年生活污染物的排放量比2005年增加了11.22%。
(4)農業栽培物種單一,外來入侵物種增多。20世紀40年代全國種植水稻、小麥、玉米品種分別有46000余個、13000余個和10300余個品種。90年代水稻只種植1000余個,其中面積較大的僅322個;小麥500~600個,其中面積較大的僅331個品種;玉米大面積種植的僅152個品種,且雜交種占總面積的85%,農業栽培物種呈現單一化程度增加。③目前福建省外來物種入侵已達21種之多,影響遍及全省各地,其中危害較重的有水葫蘆、空心蓮子草、美洲斑潛蠅、松針褐斑病、松材線蟲、大米草等。④例如,水葫蘆廣泛分布于福建省各地河道、庫區和水塘等淡水水域,累積分布1.5萬處,占全省淡水水面的2%以上,就南平市受災面積就達800多hm2,“大米草”的蔓延已使福建灘涂養殖業每年損失超過3億元。
(5)科技投入仍然不足,科研綜合實力不強。2005年全國農業科研投入占農業總產值達0.4%,福建省農業科研投入占農業總產值達0.33%,是世界發達國家的1/8。農業現代化目標值在華東地區排列第5位。農產品質量與世界發達國家相差5~10年,每年有7000多項農業科技成果問世,但成果轉化率只有30%左右,其中對農業生產起到巨大作用的成果依然偏少,遠遠低于世界發達國家的70~80%的水平。⑤
就此,福建省實施生態強省建設,必須從實際出發,立足于更高站位,科學規劃,因勢利導,統籌協調,合理開發。要將區域現代循環農業發展融入生態強省建設大局中,結合城鄉經濟優化與新型農村建設,有計劃、分區域地設立現代循環農業項目鏈與資源合理開發產業群,著力提高土地產出率、資源利用率和勞動生產率,實現農業生產高產優質高效與生態環境美化凈化靚化的和諧統一,從而使現代循環農業發展與生態強省建設相互促進,優勢互補,發揮整合效應,顯現疊加功能。
三、發展現代循環農業以推動生態強省建設的對策思考
基于生態強省建設的循環農業發展,首先要通過分析與運作,摸清全省各地域特點以及與發展循環農業有關的自然、經濟、社會條件,選擇龍頭企業與優勢項目作為突破口,制定和設計良性互動有效鏈接的循環農業工程,因地制宜地構建和創立運作模式,創新和推廣適宜的配套技術,完善監測和保障體系,其關鍵在于因地制宜建模式,發揮優勢善經營。從循環農業區域發展的層次性劃分,主要包括農戶層次、鄉村層次和區域層次。
一是農戶庭院小循環農業模式。農戶是一個相對獨立的經濟單元或生產單位,因此,農戶循環農業模式更適合于廣大農村的千家萬戶。該模式是以農戶為循環實施主體,農戶經濟來源以種植或養殖為主,具有規模小、涉面廣的特點。該模式以構建農戶內部種植—養殖—農戶生活循環鏈為主,是單個農戶農業生產的整個過程(田間—農產品生產—農產品消費—農業再生資源—田間)合理構建閉合循環,組成一個有機的物質能源多層次多級化循環再利用體系,有助于提高資源、能源利用率,減少廢棄物,提高經濟效益,改善農戶農戶環境衛生狀況。該模式主要以沼氣為鏈接紐帶,例如養牛戶的農—牛—沼氣—肥—農模式,養雞戶的雞—沼氣—蚯蚓—雞模式,養豬戶的農—豬—沼氣—農模式,茶果樹種植戶的茶果—牧草套種—草食畜牧養殖—沼氣—肥—茶果模式,以及林木種植戶林木—牧草套種—草食畜禽養殖—林木和食用菌種植戶的農—牛—食用菌—農模式等。
二是鄉村層次的中循環農業模式。鄉村中循環農業模式是在農戶小循環農業的基礎上,結合農村環境整治,將農戶的生活垃圾由村集中收集,送衛生填埋場,進行無害化處理,農戶生活污水則集中收集至村污水處理廠處理后進入農田灌溉系統,使資源和能源在農戶與農戶之間,養殖戶與種植戶之間循環使用,一家的廢料成為另一家的原料或燃料,盡可能把各種資源都充分利用,做到資源共享,各得其利,共同發展。該模式是農戶庭院小循環農業模式的升級,可以處置大量種植業和養殖業廢物,循環利用水資源。但該模式的推廣較為困難,需要多方投入,支持建設村莊污水處理站、生活垃圾收集站和中型的沼氣工程,或吸引資金建設有機肥生產企業。
三是園區層次的中循環農業模式。園區中循環農業模式是以社會資金投資為主體,政府給予政策支持,引導企業在富有特色的鄉鎮興建生態農業園。該模式是以生態農業為主的集種植業、養殖業或畜牧業、農產品加工、旅游業為一體的園區綜合循環農業模式。如福建龍海龍佳農業觀光園、福建圣農集團、福州滿堂香現代生態農業園、連江玉華山生態農業園、福清市星源農牧開發有限公司等現代園區循環農業產業。
四是鄉鎮區域的大循環農業模式。傳統鄉鎮區域經濟發展戰略強調不同產業之間的集群,旨在通過“簇群式”發展謀求推進鄉鎮區域經濟整體水平的提升,而對于不同類型產業之間的產業鏈與生態轉換關系卻相對忽視。雖然鄉鎮區域產業發展的規模壯大,但此相對應的鄉鎮資源的消耗量和對鄉鎮環境破壞的污染物的排放量也越來越大。鄉鎮循環農業適合于以農業為主的縣域循環經濟布局,根據產業分工原則,以區域資源優勢為導向,以特色農產品和主導產業為中心,鏈接第一、第二、第三產業,實施以發展生態農業為主的區域型循環農業模式。該模式在資源循環利用的基礎上,更為注意循環農業產業化以及農產品加工業、農產品貿易與服務業等之間的耦合。
五是城鎮區域循環農業模式。隨著全省城鎮化和工業化步伐的加快,工業和生活廢棄物排放量越來越大,每年得投資大量的財政資金用于工業“三廢”的治理,生活污水和糞尿的處理以及生活垃圾填埋場的建立,而城鎮的綠化僅可消納部分的廢棄物資源,大部分可循環利用的資源采用棄置、焚燒、填埋的方式給予處理,造成資源的大大浪費。生態強省建設,應在建立生態城市和生態工業生產,促進工業園區循環工業的發展的同時,實現資源能源的最大化利用,鏈接循環農業的發展,將廢棄物資源進行分類分級,并運輸至以農業生產為主的城鎮,將無害化處理廢棄物資源用于發展循環農業。該模式在短期內需要資金用于廢棄物的分類分級及運輸,但從生態強省發展的長遠看,該模式是實現資源能源在省域范圍內最大化配置和利用方式之一,是鏈接生態強省—廢棄物循環再利用—循環農業省域循環的最佳紐帶之一。
基于生態強省建設的循環農業的發展除了關注農業生態系統內部的循環再利用,也應注重加強與第二、三產業的聯動,將經濟的發展與農業的循環緊密地聯系。其本質是發展,其核心是持續,其關鍵是循環。就循環農業的發展對策而言,要切實把握好以下八個環節:
(1)因地制宜,制定規劃。根據福建省生態省建設的總體目標和循環農業的中長期發展戰略目標,以循環農業“4R”的原則,編制具體的循環農業發展規劃,確定其重點發展模式。在建設全省三大農業產業帶的基礎上,完善現代生態農業的發展模式和技術體系,并提升到循環農業的發展模式和技術體系。在經濟比較發達、能源相對緊張而環境污染較為嚴重的閩東南地區,發展廢棄物資源再利用型和農業產業鏈延伸型循環農業模式;在閩西北綠色產業帶,發展以稻田、以果園為主的生態農業改進型循環農業模式,以及種養結合綜合和以沼氣生產為紐帶的生態環境改善型循環農業模式。
(2)完善體制,推動創新。循環經濟發展較快的貴陽、上海、遼寧、重慶等地已啟動了循環經濟的地方立法程序,而福建省的循環經濟立法程序尚未啟動,循環經濟及相關的經濟、價格等激勵措施與機制尚未建立。應制定相應的循環農業發展的法規政策和產業政策,建立綠色國民經濟核算體系和循環農業評價指標體系,創新與集成適應循環農業發展的組織方式和運行基質,建立有效的行政管理體制和機制,完善各相關部門的協調監管,把發展循環農業納入地方基層政府的職責范圍之內。在原有生態農業的基礎上,探索并創新適合各區域的農業循環模式。
(3)明確目標,狠抓落實。全省目前農業生產以家庭農戶經濟為主,因此以生態農業與農戶庭院經濟的結合為依托,向更廣產業尺度、更大的物質循環利用空間和更高農業科技發展水平的循環農業發展,是克服農業發展與資源能源環境矛盾的有效途徑。現階段,要立足省情,力求發揮優勢,揚長避短,在理論上明晰循環農業概念與生態農業概念的區別,以生態省建設的總體目標為方向,充分考察省域內資源利用和布局;在實踐上總結和提出更多、更好的適合福建農業現狀的循環農業模式,積極推動農業產業化,延長農業產業鏈條。
(4)宣傳教育,鼓勵參與。積極開展循環農業在全省的宣傳與普及。中國對循環農業的探討僅有幾年時間,公眾對于循環農業的知識較為缺乏,因此,有必要借助各種媒體手段,進行循環農業知識的普及,并主要宣傳兩方面的知識:一是循環農業的理論知識,提高廣大農民對循環農業的認識,使公眾意識到發展循環農業的重要性;二是宣傳和介紹適合全省循環農業發展的一些具體技術和生產模式,通過技術和生產模式的傳播,促進人們在農業生產中主動融入循環農業的發展建設過程中,應用循環農業技術進行生產,提高農民收入,帶動農民農業生產的積極性。
(5)部門聯動,行業協作。循環農業是一個綜合性的生產系統,涉及農業、林業、畜牧業、漁業、土地、環保等管理部門。各個部門應樹立一盤棋的思想,充分認識部門雖然有不同分工,但都是促進循環農業發展的重要組成部分,對推動循環農業發展負有不可推卸的責任。再則,循環農業與全省二、三產業密切聯系,循環農業不僅要考慮農業系統資源的再利用,也應考慮消納部分無害化處理后的工業和生活廢棄物資源,二、三產業也應積極配合或以資金反哺循環農業的產業化和產業鏈條的構建,實現生態省大生態系統的資源循環再利用和產業協作。
(6)發揮優勢,優化結構。循環農業提倡通過農業技術創新和組織方式變革,調整和優化農業生態系統內部結構,延長產業鏈條,提高農業系統物質能量的多級循環利用。福建省農業種植結構已由糧食作物逐漸向經濟作物轉變,經濟效益高的茶、果、蔬、食用菌正成為全省主要的種植產業,而隨之出現的是,經濟發展較快的閩東南薪炭能源被煤炭和液化氣所代替,秸稈資源焚燒棄置比例較大,占秸稈資源總量的15.5%。水資源呈現季節性短缺,茶果園水土流失正成為新的重大生態環境問題。閩西北畜牧業發展快速,總產值超過種植業,已從過去的“副業”成為農民增收的重要主業之一。同時,畜牧業發展帶來了嚴重的生態問題,當前全省農村畜牧養殖對各水域氨氮和總磷的污染貢獻率分別達到80%和95%。因此,循環農業在各地域的體現應根據各地域的實際農業種植結構和農業生境,經濟和產業狀況,發揮區域優勢,促進資源再循環,推進循環農業產業化。