农工复合系统模式
（一）概述
随着工业化和城市化的发展，人们对自然资源的需求将会越来越大，大量的资源开发与消费造成了资源的枯竭与生态系统的退化。同时，在生产和生活过程中产生的大量的废弃物，不仅污染了环境，而且也造成了自然资源的浪费。世界各国面临的一个共同任务就是，如何以尽可能小的环境代价、尽可能持久的资源利用，获得社会经济的持续发展。农工复合生态系统工程就是许多成功的途径之一。
所谓农工复合生态系统，是指按照生态学原理（特别是物质循环原理）精心设计的一类生产过程，农产品（包括副产品）作为工业生产的原料。在这种情况下，一个区域生产系统可以保持相对稳定，废物排放减少，并使生态环境得到了保护。就像生态系统中一个物种的废弃物成为另一个物种的食物一样，一个生产部门的废弃物成为另一个生产部门的原料。
随着农村社会经济的发展，特别是农业产业化的发展，使农业生产方式发生了很大变化。农业不仅提供人们生活所需要的农产品，同时还肩负着提高人们收入、改善农村环境的责任。农工复合生态系统将以其显著的特点，在农村社会经济发展与生态环境改善方面发挥重要作用。
（二）案例——黑龙江省肇东市玉米资源综合利用系统模式
1.背景
玉米是我国的重要农作物之一，其产量约占玉米、小麦和水稻3种主要作物年总产量的32.7%。随着技术的更新和投入的增加，其产量还有不断增加的趋势。但是，产量提高的同时隐含着两个问题，制约着经济的可持续发展。一方面，玉米加工规模小时，无法实现由初级生产向原料加工的转换，导致生产效益低；另一方面，加工规模大时，由于未能处理好加工与再利用之间的关系，使大量可利用资源变为废品，给环境造成了很大的压力。本文以黑龙江省肇东市为例对这一问题进行了研究。
黑龙江省肇东市幅员3905km2，耕地资源较为丰富。耕地中又以黑钙土、黑土为主要类型。土壤有机质含量为2.52%，速效氮150mg/L，速效磷17.62mg/L，速效钾119.8mg/L，土壤pH值为7.7，偏碱性。由于土地的盐碱化程度较重，造成很多土地利用不充分。耕地中玉米播种面积为13.77×104hm2，占该市耕地总面积的68%，玉米年产量为112×104t，约占该市谷物总产量的80%以上。1996年全市有各类小型加工厂600多家，玉米总加工能力只有14×104 t，占全市玉米生产规模的12.5%，每个加工厂的平均规模只有233t，规模非常低。同时，由于玉米产量大幅度提高，又缺少相应的转化环节，造成玉米产品的大量积压，给进一步扩大再生产带来了困难，但是，随着对外贸易的扩大，其加工产品的市场前景看好。
2.模式设计
为了彻底改变增产不增收的状况，1994年肇东建立了以金玉公司为龙头的玉米加工企业，开始了以玉米酒精、木糖醇等为主的系列产品开发。到1998年，金玉公司玉米加工规模为45×104 t，占全市玉米生产规模的40.1%。但同时产出的加工废水和CO2分别达到180×104 t和10×104t，而且，基本上是未经处理直接排入环境。现场监测表明，金玉公司废水排放主干河流已经受到很大影响。下游水中化学耗氧量（COD）、生物耗氧量（BOD）含量分别是上游水的5.5倍和5.7倍。
为改变这种重视资源开发和经济效益提高，而忽视生态环境建设的状况，从1996年底开始，采用生态工程原理和方法，对玉米粒、芯、秸秆等资源的综合利用进行了设计研究，取得了理想的结果（图5.8）。
图5.8 玉米生态工程设计流程
从玉米资源综合利用流程图可以看出，玉米资源的产品化途径主要有7条：玉米生产食用酒精；玉米脐加工生产玉米油；玉米酒糟生产颗粒饲料；CO2制造干冰，生产醋酸、甲醇等；酒糟废液生产单细胞蛋白，并用于养鱼；玉米秸秆气化；玉米芯生产木糖醇。
3.效益分析
（1）副产品资源化效益 属于副产品的玉米资源有玉米脐、酒糟、酒糟废液、杂醇油、木糖醇渣、秸秆、玉米芯和CO2等。在金玉公司，这些资源通过生态工程设计大部分都已经得到较好的利用，并产生了较好的效益。除了单细胞蛋白正在试验中，玉米秸秆气化正在落实中，木糖醇由于市场过饱和，没有产值以外，其余利用方式都显示了较高的效益，副产品的总产值达到3.13×108元。其中通过酒糟的颗粒饲料化生产，公司已经与占耕地近67×104 hm2的农户建立了合作关系，公司为农户提供饲料和肥料，农户为公司提供原料，使之成为畜禽粪便的再利用场和原料供应地，加快了物质良性循环的实现。说明按照生态工程设计进行的玉米资源综合利用，是解决玉米资源利用效率低、产值不高、生产过程中污染严重的良好途径。
（2）环境效益 根据检测，金玉公司年排放的180×104t酒糟废液的COD为25000mg/L，含氮112mg/L、磷30mg/L，总固形物2.5%～3.0%（其中悬浮的不溶性固体物约占2.0%～2.5%，可溶性固体物约占0.5%左右）。此外还含有丰富的钙，尤其是含有丰富的糖类、蛋白质和有机酸等，是一种有害无毒的资源。它可以作为生产单细胞蛋白的培养基，该菌与一般酵母相当，可作为饲料添加剂，并且仅需过滤就可收获产品。对酒糟废液培养单细胞蛋白的试验研究表明，用酒糟废水生产单细胞蛋白收率一般可达1.5%～2.0%以上。这一方法对COD为30000mg/L～40000mg/L左右的废水的去除率可达83%，处理后的废水的COD和BOD虽然均有大幅度降低。但是，COD仍有6000mg/L左右。
根据肇东市土地面积丰富，且盐碱地比重比较大的现状，为了对酒精生产废液进行治理，按照实际地形，建造总容积为78.66× 104m3的8个贮水池。其贮水能力相当于年产13×104 t酒精企业外排废水量的52.44%，即这一贮存能力可以接纳全公司近半年的生产废水。废水贮存的目的是在高温季节，通过生物化学过程，降低其中有机物质的含量和浓度。低温季节贮存，待温度适宜后再进行生物处理，从而达到回用和减轻环境负荷的目的。经过贮存和适当的生物处理后，废水出水口的COD含量只有350mg/L左右，可以引入养鱼池养鱼，最后排出的废水基本达到排放标准。
（3）能源利用效益 生物质能源一直是我国农村主要生活能源之一。在目前没有相应替代能源出现的情况下，改变生物质燃料的利用方式，提高其利用效率，是秸秆能源化的关键措施。作为一项先进技术，玉米秸秆气化是一种比较理想的替代技术。经过气化，每千克秸秆可产生2m3燃气，4口之家每天炊事约需5～6m3气，相当于耗用不到3kg秸秆，其生物能的利用率比直接燃烧秸秆提高一倍以上。按一年360天计，每年总秸秆消耗量即为1080kg，可以使户均秸秆总生产量20800kg的5.19%得到利用，因而，有较高的生态可行性。而且，建成一个集中供气系统，气体机组加上配套设备、管网、灶具和煤气表等，每户初始投资约1800～2000元。燃气成本为0.1元/（m3·天），低于燃用煤炭和液化气的费用，具有经济可行性。
（4）经济与社会效益 截止1998年底，通过对金玉公司2年的运行情况分析可以看出，该公司当年实现产值近10×108元，开发利用养鱼水面近1.3×104 hm2，年出栏生猪近6×104头。同时，使180×104 t废水得到多次回用，系统实现废水的达标排放。由酒糟引起的污染问题也得到解决；粪便和秸秆的利用效率大大提高，因此，玉米资源综合利用生态工程的实施，不仅实现了对玉米资源的深加工，而且又使其中的各种副产品基本得到了比较充分的利用，增加了系统产值，最大限度地降低了对环境造成危害的可能性，并为社会提供了大量的就业机会，缓解了社会劳动力就业的矛盾，增大了系统的可持续性。