爱华网摘 要 完整的营养循环是农业生态系统健康与可持续发展的重要保障。中国传统农业属于环境友好型的原始生态农业。农业生态系统的营养循环结构完整，持续健康、繁荣。但是，随着工业化、城市化以及向市场经济的转变，以及农业耕作方式的转变，农业生态系统营养循环的结构遭到严重破坏，导致了一系列资源、环境、经济与社会问题。通过秸秆还田以及城市生活废弃物（排泄物、厨房垃圾等）向农业生态系统的返还，重建农业生态系统完整的营养循环，是我国农业生态系统持续健康发展的必由之路。当然，它对于存在相似情况的其他国家同样重要。
关键词 农业生态系统；营养循环；断裂；重建；生态健康；可持续发展
在长期演化过程中，自然生态系统形成了完整的生产者、消费者、分解者结构，可以自我完成“生产——消费——分解——再生产”为特征的物质循环功能，能流和信息流通畅，系统对其自身状态能够进行有效地调控，生物圈处于良性发展状态。平衡的自然生态系统是一个稳定高效的循环体系。在这个循环体系中没有真正的废物，每一种生物的废弃物都可以成为另外生物的食物。这样，通过复杂的“食物链”和“食物网”，生态系统中一切可利用的物质和能量都能得到充分的利用。在亿万年的地球历史进化过程中，地球上有限的资源通过循环、再生为生物的繁衍和发展提供了(累计)近乎无限的生存资源,孕育、并保障了地球生命的生生不息和持续、有序发展。物质循环、再生利用是自然资源与生态环境从有限到无限的生命原则。
1、营养循环的完整性及其意义
从农业生产的性质和农业发展的历史观察，农业并非不会对生态环境造成破坏或危害。从生态学的角度分析，农业生产破坏了原有的地表植被、影响区域的水热分布，加剧了水土流失；降低了生物多样性、增加了灾害发生的频率；加快了生态系统中物流的速度，增加了营养失衡的可能性等等。所以，农业生产与自然生态之间存在着不协调性，农业技术对这种不协调性的克服程度，将决定农业生态系统兴盛衰亡的命运。这同时也意味着，农业生态系统是一个需要良好管理才能持续利用的生态系统。
中国传统社会是一种自给自足的自然经济社会，规模和强度有限的食品生产在本地进行、本地消费，养分很自然地以牲畜和人类排泄物的方式返还到土壤中。农业生态系统的营养循环链结构完整，功能稳定，农业生产持续繁荣。中国传统农业基本上属于生态农业的范畴。也正是因为这种尊重自然规律的环境友好型的耕作模式，才使中华文明成为世界七大古文明中唯一能够延续至今的古老文明。
世界七大古文明（东半球4个，西半球3个）中的六大文明的消亡，事实上都与其具有反环境性质的农业生产，导致生态环境的破坏直接相关。[1]即使依靠传统生态农业技术一直延续至今的中华文明，其所依存农业生态系统实际上也处于缓慢的退化之中。中华五千年文明发展的历史过程，事实上也是其文明的重心随着农业生态系统的兴衰而从西北向东南缓慢移动的过程。正是因为农业生产对生态环境或急或缓的破坏作用，农业文明也被称为“黄色文明”。
2、农业生态系统中营养循环链的断裂
建国50余年来，我国生产、生活方式发生了深刻的变化。随着工业化、城市化以及向市场经济的转变，农业资源和产品（粮食等）在更加广阔的空间范围内流动，加之农业耕作方式的转变（传统农业转向化石农业），人畜排泄物中的养分很难再完全返回到土壤中去。人类生活系统与农业生产系统之间的营养链被打断，农业生态系统的营养循环遭到严重破坏。这严重危害了农业生态系统的健康和整个社会的持续发展。
农业生态系统营养循环的破坏，对农业生产和农村发展造成的不利影响是多方面的。一方面，农田水肥流失严重，有机质含量减少，生产潜力下降，农业生态系统日趋贫瘠化；另一方面，农民又不得不依赖大量使用化肥来弥补土壤中营养素的损失以维持土地生产力，导致了面源污染，直接威胁食品、环境安全以及国民健康；同时也加大了农业生产成本，降低了生产收益，抑制了农村经济的发展。这些危害在最近的二十几年里表现得尤为突出，并促使农业和农村在经历了生产承包大发展之后，有再度走向持续衰退的可能。
农业生态系统营养循环的破坏，对城市以及整个社会的影响也是深远而巨大的。膨胀的城市不断产生大量有机垃圾（排泄物、厨房垃圾等），这些对于农业生态系统糜足珍贵的营养资源（N、P、K等）不得不依靠规模化的城市污染处理设施，进行代价高昂地处理，使城市陷入消除环境污染的沉重负担和各种垃圾包围的困境中。而许多财政不济的城镇无力运转费用不菲的污染处理设施，污水直接排放和垃圾直接填埋或推积，进一步造成水体、土壤污染和土地占用。这种危害有多大，我们以水污染为例，先来看一组数据。
《2003年中国环境状况公报》显示：2003年，全国工业和城镇生活废水排放总量为460.0亿吨，比上年增加4.7%。其中工业废水排放量212.4亿吨，占总量的46.17%，较上年增长2.5%；城镇生活污水排放量247.6亿吨，占总量的53.83%，较上年增长6.6%。废水中化学需氧量（COD）排放总量1333.6万吨，比上年减少2.4%。其中工业废水中COD排放量511.9万吨，占总量的38.38%，比上年减少12.3%；城镇生活污水中COD排放量821.7万吨，占总量的61.62%，比上年增加5.0%。。废水中氨氮排放总量129.7万吨，比上年增加0.7%。其中工业废水中氨氮排放量40.4万吨，占总量的31.15%，比上年减少4.0%；城镇生活污水中氨氮排放量89.3万吨，占总量的68.85%，比上年增加3.0%。[2]
另根据1999~2003的数据，在全国工业污水排放量保持较低速度增长（2.5%）、以及COD排放量（-12.3%）和氨氮排放量（-4%）减量增长的背景下，城市生活污水三项均保持了快速增长（6.6%、5%和3%）的势头。
从以上数据不难发现，城镇生活污水排放量、COD排放量和氨氮排放量均超过了排放总量的50%，成为名副其实的大宗污染源，并且这种危害还在不断加剧。从数量规模上看，城镇污水COD排放量为821.7万吨，占全国污水COD排放总量的61.62%。821.7万吨的COD排放量是一个什么概念呢？据有关专家估计，中国水环境COD环境容纳量为800万吨。[3]根据生态学原理，只要我们可以把污染物控制在环境容纳量范围内，就可以维持生态系统的健康和良性发展。也就是说，城镇生活污水在我国已经成为水环境恶化的罪魁祸首。如果我们能够把城镇生活污水中的COD消除掉，也就消除掉了我国污水COD排放量大部分，也就可以把COD排放量控制在环境容纳量范围内，实现水环境的健康与持续利用。
从我国城镇生活污水氨氮排放量数据来看（89.3万吨，占总量的68.85%），这既是一个大宗污染源，又是一个宝贵的农业营养资源宝库。如上所述，城镇生活污水目前已经成为我国水资源污染主要污染源，它是水体富营养化、地下水污染和食品污染的最主要原因之一。目前，我国七大江河水系及太湖、滇池和巢湖中，只有36.9％的河段达到或优于地面水环境质量3类标准，63.1％的河段水质为4类、5类和劣5类，其中劣5类水质达到了37.7％。大淡水湖泊和城市湖泊均为中度污染。75％以上的湖泊富营养化加剧。50%的城市地下水不同程度地受到污染。我国水资源污染之严重可见一斑。从另一个角度，水污染控制的成本高昂，非一般的经济条件可以承受。事实上，2004年国家环保局公布数据显示，中国半数以上城市污水处理厂非正常运行，其中出水水质超标的超过1/5。但是，如果我们能够把这些污水中营养物质，以一种合理的方式转移到农业生态系统中去，不仅可以消除污染、减轻城镇污水处理的经济负担、促进城镇经济的繁荣，还会为农田生态系统提供大量的有机肥，实现农业生态系统的健康与可持续发展。这实际上就是在恢复和重建农业生态系统的营养循环。
总之，从农业生态学的结构和功能角度分析，工业化、城市化以及市场经济的发展改变了农业生态系统完整的营养循环格局，使不同的生态子系统从结构和功能上解构为单纯的生产者（如农田）、消费者（如城市）和分解者（如垃圾、污水处理厂等），打破了农业生态系统物流、能流和信息流的对称状态，产生了结构和功能上的破缺，导致了农业生态系统稳态的破坏和功能的衰退，产生一系列农业、经济、社会、资源、环境、安全、健康等问题，直接威胁农业以及社会的可持续发展。
3、农业生态系统营养循环的重建
重建农业生态系统的营养循环，其实质是重新耦合人类复合生态系统破缺的结构与功能，建立和发展以营养平衡为特征的、生态良性循环的、高效生态农业体系。由于工业化、城市化、市场化以及人类生活方式、社会组织方式、农业生产方式的转变，农业生态系统的营养循环遭到严重破坏而导致一系列严重问题。解铃还须系铃人，重建农业生态系统的营养循环、恢复其健康，实现农业与农村的永续发展，仍然需要从这些环节入手。
3.1 城镇生活废弃物中营养物质的回流
重建农业生态系统的营养循环首先涉及到的是，如何建立城镇生活系统与农业生产系统之间营养循环连接的问题。这个问题主要涉及城市生活系统有机废弃物（排泄物、厨房垃圾等）的收集和向农业生态系统的返还。城镇污染物处理主要包括两大块，一是污水处理，二是固体垃圾处理。为适应重建营养循环的需要，城市污水处理系统（管线布局、处理技术和方式）以及垃圾收集和处理方式都必须进行大的改革。
在污水处理方面，通过管线改造不仅要实现“雨污分流”，充分利用天然降水，服务于城乡生产与生态建设；而且必须实现生活污水与工业污水的分流（“污污分流”）。工业区集中规划，工业污水排放严格控制、达标排放。而居民区生活废水中的有机物可以通过分离、加工，制成有机肥，返还农业生态系统。
固体垃圾必须进行分类收集。垃圾是“混在一起的资源”。有数据表明，通过垃圾分类，不仅可以促使大量的资源被循环利用，从而提高资源效率和效益，减少环境危害；而且垃圾分类还可以大量减少垃圾的生产量（1/3以上），减轻城镇垃圾处理的压力。更为重要的是，垃圾分类后的有机成分可以制成有机肥回流农业生态系统，弥补农业生态系统的营养损失，促进其健康和持续发展。根据2003年中国环境状况公报，2003年我国全年清运生活垃圾、粪便18332万吨；其中生活垃圾14857万吨，比上年增加8.8%。其中蕴藏营养物质的数量之巨、价值之大，可见一斑。
如果城镇生活系统能够按照农业生态系统输出农产品的数量和质量，以补贴的形式向其返还相应数量的有机肥料，以补充农田营养物质的损失，那么，我们就可以在这两个系统之间逐步建立起营养物质输入输出的平衡关系，农业生态系统的营养平衡和健康发展就会成为可能。
3.2 农业生态系统内部营养循环的完善
我国每年农作物秸秆产量约7亿吨，约为粮食总产量的1.5倍强。秸秆是土壤另一个主要的营养输出途径。所以，秸秆中营养物质回流土壤是土壤营养平衡的重要保障。
在我国，由于许多农业生产者意识不到秸秆之于农田生态系统的重要价值，大量的秸秆被焚烧，这显然是巨大的资源浪费。而秸秆还田也有两种形式，一种是秸秆直接还田，一种是间接还田。这两种方式究竟哪一种更合理、效益更高，虽然需要具体情况具体分析，但一般情况下，后者更合理。
秸秆直接还田在全国各地开展得轰轰烈烈。2003年，我国机械化秸秆还田面积达1459万公顷，比上年增加17.9万公顷。其中，10个重点省（市）秸秆机械化还田利用面积达到930万公顷，占10省（市）种植面积的31%（2003年中国环境转况公报）。但从作者实际了解的情况看，这些统计数据过于乐观。秸秆直接还田的推广工作进展并不顺利，这存在多方面的原因。比如，从农田耕作的层面讲，秸秆直接还田后需要较长时间才能够腐熟，不能被作物直接迅速利用，而且不利于农田耕作、保肥、保墒、保苗以及保产。从生态学的角度讲，秸秆直接还田目前在技术上还无法克服作物的自毒作用（影响重茬复种）和他感抑制作用（影响轮作）对作物的不利影响。当然对于轮作休闲的耕地，上述问题并不严重。
这里，秸秆间接还田主要指的是秸秆过腹还田。通过大力发展草食动物饲养业，促使秸秆过腹还田。秸秆经草食动物采食后，一般不需要太长的时间，就可以以粪便的形式排出。动物排泄物经腐熟后，可以作为优良的有机肥用于农业生产。这样显著提高了秸秆中营养物质返还土壤的效率，能够更快地满足植物生长的需要，提高生产效率，并可减少了秸秆直接还田可能的不利影响。而且，通过秸秆过腹还田我们还可以把秸秆转换为数量可观的肉类食物。可谓一举多得。在生态工程学中，这种方法称为增加生态位或延长食物链。
在自然生态系统中，物质循环效率实际上对生态系统的生产力影响显著。这方面有点像资金周转率之于企业经济效益之间的关系。一定程度上，人为提高农业生态系统营养物质循环的效率，只要不破坏循环，可以起到提高生态系统生产力的效果，这是提高生态系统生产力水平的多赢的方法。秸秆直接还田是“生产—分解—再生产”循环，秸秆间接还田是“生产—消费（草食动物）—分解—再生产”循环。秸秆间接还田的循环效率、效益均显著提高。效益和效率介于这两者之间的方法是秸秆的人工堆肥，与秸秆直接还田相比，它也是一种加快营养物质循环转化的手段。
我国目前秸秆过腹还田工作进展很快。2003年，全国青贮秸秆1.4亿吨，氨化秸秆5650万吨，秸秆综合利用面积达到1450万公顷，占10省（市）种植面积的48%。但与我国秸秆总产量相比，仍有巨大潜力可挖，相关工作仍需继续加强。
畜牧业作为大农业的重要组成部分，随着我国畜牧业的不断扩大，畜禽排泄物等畜牧业营养物质如何合理回流农田生态系统的问题日渐突出。据统计，目前我国规模化养殖场每年污水排放量已经超过了20吨，牲畜排泄物作为重要的农业营养资源，已经成为造成土壤和地下水污染、水体富营养化的重要因素。合理的处理方式是，严格控制畜牧业污染、达标排放，将畜禽排泄物加工制成有机肥，用于农林生产、生态建设等。
林业也是大农业的重要组成部分。在我国境内天然林已经所剩无几，从事城市园林建设或城乡人工林建设，除必须注意树种搭配的多样性和本地化，重点恢复天然植被外，这些园林的管理同样要注意营养循环的问题。园林中的枯枝落叶层是园林生态系统营养循环的重要组成部分，它们经由分解者分解成简单的无机物返还土壤，供植物循环利用，维持着园林生态系统的稳定与繁荣。在国内园林管理实践中，通常出于所谓“环境卫生”或“文化审美”的需要，将这些枝叶一扫无余。其实，这样做就打断了园林生态系统中营养循环的链条，必然导致园林的逐渐衰退。所以，在园林管理实践中，应该有意识地保留枯枝落叶层，或者将修剪的枝叶粉碎后直接覆盖于林地的地表，或者将枝叶腐熟成有机肥料施用，这样就起到了耦合林地营养循环链条、完善其循环的功能，使林木生长能够持续地获得养分。草坪管理不能照搬同样的办法，修剪物直接覆盖在草皮上，会导致被覆盖部位草皮的死亡，但可以将其腐熟后用作草皮的堆肥，同样可以建立完善的营养循环。
完善的营养循环对于农业生态系统健康与可持续发展具有十分重要的意义。健康的农业生态系统具有合理的结构和良好的功能，系统的稳定性和抗御灾害的能力强，可持续产出水平高，能够满足适度的社会需求。健康的农业生态系统是农业少灾害、低成本、高效益、可持续发展的宏观背景，也是经济与社会可持续发展基石。恢复和重建农业生态系统的营养循环对于世界上人口最多的中国而言，具有特别重要的意义。当然，它对于存在相似情况的其他国家同样重要。
