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特石模式的生态循环系统

麦场能2019-12-05 13:21:29

文章来自沃土可持续农业发展中心

小沃

        韩农,特石模式创始人。1982年毕业于黑龙江商学院,1992年从政府离职下海,经历多种行业的历练, 2008年组建团队研发实践生态循环有机农业,历时八 年,完成规模化有机农业生产技术体系 - 特石模式的 创建。    


一、特石模式简介


ECOA 属于利用资源高效率的发展高效益农业的体系,而资源的合理配置能够产生最大的福利(效益)。以山西特石农场为例,其主要模式是采用同一经济体双基地模式配置资源,即建设在大城市周边的城郊高效基地和建设在偏远山区的山区辅助基地相结合。城郊高效基地是资源生物量全利用的高效生态循环有机生产基地,使用了大量先进生物和生态技术,种养结合,高效率的生物循环处理装置使生产过程中的废弃物迅速转化为能量和肥料,其高生产力特征表现了在生态环境承载力允许的条件下最大化的单位面积产出。山区辅助基地则发挥广袤的土地、天然的优良环境以及较低的劳动力成本等优势,为城郊高效基地提供生产所需要的能量和蛋白bob电竞登录,通过经济一体化,既保证了合格的原料(粮食和bob电竞登录作物)供应也得到了比常规农业生产高的收益。

特石模式的示意图如下:

特石模式的主要技术方法途径包括以下:

ECOA           ——   生态循环有机农业(Ecology Cycle OrganicAgriculture)

双基地模式    ——   远郊山区原料基地+城市近郊蔬果基地

土壤改良       ——   培育土壤微生物群,提升土壤地力

有机生产       ——   种植、养殖和废弃物循环,全生物量循环

肥料供应       ——   沼液快速发酵、生物有机肥、有机物料还田

病虫害控制   ——   以生态条带为特征构建天敌栖息地,对虫害实施“前端控制”

 

二、特石生态种植法的第一要务土壤改良和提供可持续肥力


1、原理及技术路线设计

土为本是中国传统农业的哲学思想,但是缺乏科学的数据和量化指标。特石认为,有机种植和首要任务是采取人工干预的方法建立土壤微生物的多样性和足够的丰富,保证为作物提供充足且平衡的养分,并使作物的抗病抗虫能力得以提高。


2、实践要点

特石农场的土壤改良方案分为土壤改良期和土壤肥力保持期,具体实践策略请参考下表:

特别需要注意的是,有机物料还田和生肥入地这两项措施中,需要分别使用专性分解菌群和富集培养的土著菌群进行处理,施到土壤中进行简单掩埋或旋耕,在土壤还要有不少于20天的休耕期,之后才能播种耕作。


三、特石生态种植法之生物多样性 - 以生态条带为特征的符合作物-植物群落的有机农业生产模型


多样化的植物群落是构建生态系统多样性的基础,特石农场以态条带为特征的符合作物-植物群落的有机农业生产模型能够很好地解决农业生态系统病虫害问题。


1、生态条带搭建的技术路线

实践要点参照如下表格。


2、特石太原基地生物多样性人工营造措施

2008年开始特石太原基地多样化营造措施:

(1)   隔离带。主要植物为杨树(毛白杨和中华红叶杨)、柳树、紫穗槐。

(2)  大生态条带。主要植物为苜蓿、三叶草、除虫菊、香水薄荷以及杂草。

(3)  小生态条带。主要植物为苜蓿、三叶草、胡椒薄荷、罗马甘菊、冬寒菜、除虫菊以及杂草。

(4)  生态廊道。主要植物为苜蓿和杂草。

(5)  种植菜地除苗期锄草以外,均采用高于蔬菜部分割除的办法,所有田间田埂的杂草均予以保留。


四、营养型有机养殖体系


自然型的生态养殖虽然能保证养殖产品的品质,但是无法实现低成本、高生物量产出的目标,所以营养型的有机养殖技术在有机农业产业化模式中必不可少。在畜禽养殖中,影响成本的主要因素是bob电竞登录,约占养殖直接成本的70%,所以在满足有机认证要求基础上,以低成本的方式满足足够的营养条件成为特石模式有机养殖的试验方向。

特石营养型养殖实践要点:


五、特石模式的独门利器 - 变压厌氧发酵技术装置


生物循环技术和装备是规模化有机生产体系中连接两个生产单元(有机养殖和有机种植)的关键接口,这个接口的能力决定着两个生产单元实现有效对接的效果。特石的变压厌氧发酵技术装置是高效的液体粪水厌氧发酵装置(见下图)。




特石生物循环处理装置为特石自主创新研发的高科技工业化设备,从研发 - 小试 - 中试 - 工业化定型 - 生产运行,历时八年,获得多项国家发明和实用新型专利。该装置可以高效率地处理畜禽粪便污水,使其转化为全效的液体有机肥,副产品则是高热值的生物天然气。为了更直观地了解该装置的特点,首先看看标准装置实际运行的技术指标:

(1) 进料COD浓度高达50000mg/L,有机负荷可达30Kg/M3/d,提高10倍以上;

(2)发酵消化时间 14小时,比常规沼气池提高60倍,比大型UASB提高30倍;

(3)COD去除率95%以上;

(4)  产气效率 3 M3/M3/d天以上,比常规沼气池提高10倍,比UASB提高6倍;

(5)  产气纯度高,所产生物天然气甲烷含量80%以上,热值28.8MJ,比常规沼气(甲烷50%)热值18MJ高出60%;

(6)  装置全部成套设备化,安装操作简便,标准装置每日高浓度进料3-5吨,出液按照稀释10倍计算,可以每日提供30-50吨液体有机肥;

(7)  配套设施成熟完备。系统配置络合器可制成兼具杀菌杀虫的液肥;配备田间管道可以直接喷灌滴灌。按照特石模式用于有机蔬菜追施液肥量核算,一套标准装置可以支持1000亩的有机蔬菜生产。


从60天到14个小时,是厌氧发酵技术巨大的进步,目前,该装置正在深圳特石有机农业惠东基地运行,各项指标均达到或超过设计要求。


图:特石农场厌氧发酵装置及效果图


六、特石模式生态循环系统相关参数以及成本效益分析


1、特石模式中生物量的平衡分析示例(100亩蔬菜) 计算模型数据:仅以氮平衡计算100亩有机叶 菜生产。

氮输出部分:

叶菜生产平均生产周期40天,20天的休耕期, 年生产次数6次。每轮次平均亩产2,000Kg,可上 市用标品1,000Kg,余菜1,000Kg(还田)。则系统 年产总量中供上市净菜量为1,000Kg*6轮*100亩 =600,000Kg,年余菜总量600,000Kg中一部分喂 鸡、鹅,一部分留在地里(按照50%计)。

按每1,000公斤鲜菜氮消耗量按照5公斤计算, 土壤氮挥发损失不计算,则系统内全年叶菜生产移 出氮量为(600,000+300,000)*0.005==4,500Kg。

氮供给部分:

(1)养殖约700只鹅,养殖鹅部分的粪便量(11.5Kg/只/日),按照低值计算,每年700只*1Kg*365 天*1.82%=4,650Kg(鹅粪便含氮量1.82%)。

(2)土壤固氮生物每年固氮3-5Kg/亩,100亩约 有300~500公斤纯氮积累。

结论:特石模式中100亩蔬菜田与700只鹅能够 实现氮供给略有盈余。


2. 成本-效益分析 

计算模型数据:使用系数法计算,考察循环对于 成本的降低效果。计算系统模型为100亩蔬菜种植, 配置700只鹅的养殖。其中养殖环节的收入占系统 总收入的25%。

有机蔬菜生产成本系数以及特石模式中特有环 节对成本降低的贡献系数如下图: 

说明如下:

(1). 养殖产生的粪便污水和豆腐加工的废水经 过装置处理后,使用到蔬菜生产中,可以增加有效产 量30%,对蔬菜成本系数的贡献为 69*30%=20.7, 减去装置本身的成本系数10,对于蔬菜成本系数的 贡献为10.7。

(2).在特石模式中,有机蔬菜的亩均成本按照 影响因子依次为产量、人工、投入品和管理费用,其 中起决定因素是产量。所以,提高产量对于降低有机 农业的成本有着绝对重要的意义。

    

在特石模式中,产量的提高是通过系统化的技术 实现的。第一,通过以微生物为核心的土壤改良技 术,利用当地低廉的有机质资源和矿质原料,在较短 的时间内以低成本的方式使比较贫瘠或轻度污染的土壤成为优质的有机土壤;


其次,选择优良的品种在 当地进行适应性栽培,选出品质产量双优的品种;

第 三,在种植过程中,利用特石生物循环装置的厌氧 发酵液和专门发酵的微生物有机营养液肥满足该品 种对有机养分的需求;

第四,尽可能使用设施化的装 备来代替人工作业,例如喷淋喷灌、机械割草等;

第 五,规范品种的标准化田间管理,简化作业流程,减 少不必要也不符合生态有机农业的传统作业,例如 禁止“ 三面光” 式的锄草作业,从而实现减人增效 的目的。

    

系统化技术的使用,保证了有机蔬菜的产量基本 上接近或者超过常规蔬菜的产量,此为降低有机蔬 菜亩均成本最重要的手段。按照特石几年的测算,产 量对亩均成本的影响可以达到70%左右。

  

 至于人工费用、有机投入品和管理费用,不同的地 区和不同的管理方式都有一些差别,但是对于亩均 成本而言,影响不是很大。

    

需要提及的是,特石模式配置的技术装备和设施 需要一次性较大的投入,对应的生产面积也需要匹 配。在目前推广的标准有机蔬菜生产基地配置中,生 产面积不宜小于500亩,否则每年的设备折旧费用 和管理费用将有相当程度的提高,从而间接提高了 亩均成本。

    

养殖环节对降低亩均成本的贡献主要体现在可 以基本上获得免费的有机肥料原料,如果原料充足, 可以每天提供4-5吨厌氧发酵液原液,稀释后每日可 提供数十吨的液体有机肥。即便是算上处理装置的 运行费用(一人操作,装置的动力为5.5Kw,满负荷 每日运行2小时),也是极其便宜的。

   

 豆腐生产作为生产循环的一个环节,是特石模式 建议配置的项目,它可以通过加工出售豆制品获得 额外收益,生产豆腐过程中的废水成为装置的原料,变成液体有机肥,豆腐渣经过特石专用微生物发酵 后可以替代部分bob电竞登录蛋白,降低养殖成本。

    

对于小型的生态农场,也可以利用特石模式中微 生物改良土壤的方法来提高土壤地力,再通过适应 性栽培选择合适的品种,也能在相当程度上降低生 产成本。


 3. 特石农场土壤改良效果

生态(有机)种植的土壤改良效果主要表现在作 物的健康生长、产量提高、抗逆性增强,在土壤本身 的表现上包括有机质提升、保水保肥性改善、营养供 给平衡等。我们可以通过下表作为一个窗口看土壤 的有机质提升与营养状况变化。


从下表可以看出,特石模式下土壤的有机质提 升非常明显,改良1、2年的土地有机质分别提升了 122%、321%,经过两年改良的土壤有机质达到了 接近4%。土壤速效氮磷钾的含量也明显提升,证实了土壤地力和矿质养分逐渐积累的事实。种植品种 不同对于矿质元素的移出量不同,土壤微生物对矿 质元素的转化也非恒定,下表中的数据是随机取样测 定的,改土前后和种植前后都会有一定程度的变化 (钙镁元素含量下降,有效磷和速效钾变动幅度也较 大)。按照特石模式的规定,每个收获季结束后,都要 对该地块进行补充性的土壤改良,通过添加矿质原 料(石灰、粉煤灰、炉渣等)使得土壤中减少的矿质元 素得到补充。


七、关于特石模式的思考

 

1. 生态循环有机农业是一个系统工程,一招平 天下是幻想。

微生物、生态、发酵工程、无机材料、机械、电子、 动力、水利、气象、污染物治理、土壤学、肥料、植物生 理病理、植物营养、动物生理病理、动物营养、田间管 理、采后处理、保鲜……一个真正的有机农业一定是多专业有机结合的系统工程,那种四不用(化肥、农 药、激素、抗生素)仅仅是初级原始的传统农业,是低 生物量的产出,低生产力的模式,不可能为社会提供 足够数量的高品质农产品。要做到真正意义上的有 机农业,首先必须实现规模化、产业化,面对日益增 长的食品需求和食品安全保障的双重要求,没有规 模化的有机农业注定会被边缘化和小众化。

靠单一的生物菌肥、生物制剂等等,那些单一的 技术或产品都不足以挑起有机农业产业化的重任。


2. 特石模式需要建立不同地区的量化模型

目前我们的数据大部分是估算,个别指标做过 检测。特石模式生态循环的生物量平衡量化模型,需 要通过各个环节的实际测量进行精算,为特石模式 提供量化的指标体系。

生产力指标体系的测量,包括原料、损耗、人力、 动力、机械等要素,最终的指标反映出产能、成本;能 量流和物流指标。

【编后语】

特石模式是在总结积累大量实践经验 基础上形成的复杂农业生态系统的高级形 式,有大量的数据参数和高效率的科技装 置,结合微生物发酵技术,大大提高农业生 态系统的物质转化效率,降低成本,适于规 模化、产业化的有机农业系统。从文中土壤 检测附表可以看出,特石模式下土壤有机质 提升显著,当前还需要钙、镁一些矿质元素 的补充。


——本文选自沃土可持续农业发展中心杂志内刊《可持续农业》第二期“生态循环系统”

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