化工科技赋能农村振兴：产业融合与生态转型的双重路径

万年青01082

化工科技赋能农村振兴

产业融合与生态转型的双重路径

王一帆

摘要：本文聚焦化学工程与技术在农村振兴战略中的关键作用，系统探讨了化工产业通过技术渗透、资源循环和产业链延伸等方式，推动农业农村现代化发展的多维路径。研究分析了化工技术在农业生产效率提升、农产品深加工、乡村环境治理及新能源开发等领域的应用现状与潜力。同时，深入剖析了化工技术下乡面临的制度瓶颈、技术适配性不足及社区接受度等挑战，提出了以绿色化工为导向，促进技术本土化创新、完善农村化工服务体系、强化风险管控与社区参与的政策框架。研究表明，化工与农业的跨领域融合不仅是农村产业升级的技术杠杆，更是实现乡村生态宜居与可持续发展的核心驱动力。

关键词：农村振兴；化学工程；农业现代化；资源循环；绿色化工；产业融合

一、引言

1.1 研究背景与意义

在全球经济格局深度调整与中国城乡关系转型的背景下，农村振兴战略成为国家现代化进程中的关键举措。该战略旨在破解城乡发展不平衡、农业基础不稳固及乡村发展不充分等结构性矛盾，其核心在于激发农村内生动力，实现产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效和生活富裕的全面目标。然而，传统农业模式面临资源约束加剧、环境压力增大及经济效益有限等多重挑战，亟需跨学科的技术注入与系统性产业升级。

化学工程与技术作为现代工业体系的支柱，其价值远超越传统化工厂的范畴。从分子设计到过程工程，化工技术为物质转化、能源利用及污染控制提供了底层解决方案。将化工的精确性、效率性与系统性思维引入农业农村领域，有望在多个维度破解乡村发展瓶颈：通过新型肥料与农药创新提升土地产出效率，借助生物化工技术实现农业废弃物的高值转化，利用材料科学改善农村基础设施，应用分离纯化技术保障饮用水安全等。因此，探索化工科技赋能农村振兴的路径，不仅具有推动农业技术革新的现实意义，也为化学工程学科拓展了新的应用疆域与社会责任内涵。

1.2 文献综述

国内外学界对化工与农业交叉领域的研究已积累一定基础。国际方面，循环经济与工业生态学理论强调物质闭环流动，农业-工业共生系统（Agro-Industrial Symbiosis）研究成为热点，如将酿酒废料转化为生物基化学品等案例。在技术层面，生物炼制（Biorefinery）概念将秸秆等生物质转化为燃料、材料及化学品，体现了化工平台技术对农业资源的整合能力。绿色化学原则指导下的农用化学品设计，也朝着低毒、高效与可降解方向发展。

国内研究侧重于具体技术应用，如缓控释肥料、可降解农膜、农药微胶囊化等产品开发，以及畜禽粪便厌氧消化产沼气等工程实践。政策研究则关注化工园区与农业区的空间协同。然而，现有研究多聚焦单一技术或产品，缺乏从农村振兴整体目标出发的系统性框架；对技术落地所需的社区嵌入性、制度适配性及长效运维机制探讨不足；对化工技术可能引发的环境风险与社区顾虑也缺乏充分预警与对策分析。本研究旨在弥补这些空白，构建化工赋能农村振兴的综合性分析框架。

1.3 研究内容与方法

本文采用跨学科视角，整合技术经济学、社会学及环境科学方法，通过案例研究、政策文本分析与实地调研（参考典型地区），探讨以下核心问题：化工技术如何针对性解决农村发展的关键瓶颈？技术转移过程中面临哪些主要障碍？如何构建兼顾效率、公平与可持续性的化工助力农村振兴模式？

【论文结构】

第二部分阐述化工技术提升农业生产效率与保障粮食安全的作用；第三部分分析化工驱动农业产业链延伸与价值提升的路径；第四部分探讨化工技术在改善农村人居环境与能源结构中的角色；第五部分剖析当前面临的主要挑战；第六部分提出系统性政策建议；最后总结全文并展望未来方向。

二、化工技术提升农业生产效率与保障粮食安全

2.1 智能肥料与精准施肥技术

传统化肥利用率低（我国氮肥平均利用率约30-35%）导致资源浪费与面源污染。化工技术通过材料创新与制剂工程，正在改变这一局面。缓控释肥料采用聚合物包膜或化学合成缓释结构，使养分释放速率与作物需求同步，可将氮肥利用率提高至50%以上，减少施肥次数与淋失风险。此外，基于水溶性高分子、悬浮剂等技术的液体肥料与功能水溶肥，便于与灌溉系统（水肥一体化）结合，实现精准到根区的养分输送。土壤调理剂（如聚丙烯酰胺类保水剂、土壤重金属钝化剂）则从改善土壤物理化学性质入手，提升耕地质量。这些产品依赖于化工在聚合反应、纳米复合及控释机理方面的深入研究。

2.2 绿色农药与靶向递送系统

农药的安全性与有效性关乎农产品安全与生态健康。绿色农药创制依赖于化工提供的新型高效低毒分子（如基于天然产物结构的仿生合成），以及能降低用量、提升靶向性的递送系统。微胶囊技术将活性成分包覆于高分子壁材中，实现缓慢释放与减少降解；纳米载体（脂质体、聚合物纳米粒）可提高药剂在叶面的附着力与渗透性；响应型农药（如pH触发释放）则在特定环境下才发挥药效。这些技术大幅降低了单位面积的农药施用剂量，减轻了对非靶标生物的危害。制剂加工中涉及的乳化、研磨、干燥等单元操作，正是化学工程的传统优势领域。

2.3 高性能农用材料

农用薄膜、节水器材等材料是现代农业的重要装备。全生物降解地膜（以聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯等为原料）可在堆肥条件下被微生物分解，从根本上解决聚乙烯地膜造成的“白色污染”。化工通过高效催化体系与工艺优化，正在降低这些生物基材料的成本。此外，轻质高强的玻璃纤维或复合材料用于搭建温室大棚，具有更优的耐久性与透光性；高分子保水剂在干旱地区的应用，提升了作物抗旱能力。这些材料的研发与规模化生产，离不开化工聚合工艺与加工技术的持续进步。

三、化工驱动农业产业链延伸与价值提升

3.1 农产品深加工与副产物高值化

初级农产品附加值有限，且产后损失严重。化工分离与转化技术是延伸产业链的关键。从植物中提取天然色素、香料、活性成分（如花青素、多糖、黄酮类化合物），需要超临界流体萃取、膜分离、色谱纯化等绿色分离技术。淀粉、纤维素等大宗生物质通过化学或生物催化，可转化为乙醇、乳酸、聚酯单体等平台化合物，进入能源与材料领域。例如，玉米芯、甘蔗渣中的半纤维素可转化为糠醛，进而生产呋喃基高分子材料。畜禽加工产生的血液、羽毛等副产物，通过酶解或发酵可生产蛋白肽、氨基酸肥料等高价值产品。这些过程将农业废弃物从环境负担转变为“城市矿山”，创造新的经济循环。

3.2 生物炼制与乡村循环经济模式

生物炼制是仿照石油炼制概念，以生物质为原料，集成化工、生物技术生产燃料、电力、材料及化学品的综合性工厂。适用于乡村的中小型分布式生物炼制系统，可围绕本地优势生物质（如秸秆、果木枝条、畜禽粪便）构建。例如，通过热解气化技术将秸秆转化为生物炭（用于土壤改良）、可燃气（用于供热）及木醋液（用于农药）；通过厌氧消化技术将粪污转化为沼气与有机肥。这类系统不仅解决了废弃物处理难题，更通过能源与产品的本地化生产，减少了农村对外部能源与肥料的依赖，提升了资源自给能力与经济弹性。其成功运营需要化工流程设计、系统集成与过程控制技术的支持。

3.3 乡村特色产业与化工品牌塑造

许多乡村拥有独特的自然资源或传统农产品。化工技术可以帮助标准化、品牌化这些资源。例如，对特色中药材的有效成分进行指纹图谱分析与标准化提取，提升产品质量与市场信誉；利用发酵工程与风味化学技术，优化传统酿造食品（如酱、醋、酒）的工艺，开发符合现代口味的新产品；利用化妆品科学，将地方植物资源开发成天然护肤品系列。在此过程中，化工不仅提供技术，更通过产品设计、包装材料创新（如可回收、具有地域文化特色的包装）与质量控制，帮助乡村产业建立品牌辨识度与市场竞争力。

四、化工技术改善农村人居环境与能源结构

4.1 农村污水处理与安全供水

缺乏完善的污水收集处理设施是许多农村的痛点。化工技术为此提供了多样化、模块化的解决方案。高效、低成本的吸附材料（如改性沸石、生物炭）可用于分散式户用污水处理装置，去除氮磷及有机物；膜生物反应器（MBR）技术适用于人口相对集中的村落；而高级氧化技术（如基于二氧化钛的光催化）可用于处理难降解污染物。在安全供水方面，新型消毒剂（如缓释氯制剂）与家用净水器滤芯材料（如抗菌活性炭、超滤膜），保障了饮用水的微生物与化学安全。这些技术的选择需充分考虑农村的经济承受力、运维简便性与气候适应性。

4.2 固体废物资源化与土壤修复

农村固体废物包括生活垃圾、农业废弃塑料、污泥等。化工参与的综合治理策略包括：将混合塑料通过裂解技术转化为燃料油或单体；将厨余垃圾与秸秆协同发酵生产沼气；将污泥经稳定化处理后，与生物炭等复配制成营养土或路基材料。对于受污染的工矿废弃地或农田，化工提供的固化/稳定化药剂、重金属螯合剂及微生物修复菌剂，可以低成本、原位地降低污染物迁移性与毒性，为土地安全再利用创造条件。

4.3 农村清洁能源开发与储能

能源是乡村发展的基础。化工在太阳能、生物质能及储能领域作用显著。光伏电池的核心是硅材料提纯、薄膜沉积等化工工艺；新型钙钛矿太阳能电池的研发更是材料化学的前沿。生物质能方面，除了传统的沼气，将生物质气化合成甲醇、二甲醚等液体燃料（BTL），或通过酯交换生产生物柴油，都是化工转化路径。针对可再生能源的间歇性，适用于农村场景的低成本储能技术，如基于有机分子或锌基的液流电池、相变储能材料等，也依赖于化工材料的创新。分布式能源与储能系统的结合，将推动农村从能源消费者向“产消者”转变。

五、化工助力农村振兴面临的挑战

5.1 技术适配性与经济可行性矛盾

许多先进的化工技术是为资本密集、大规模连续生产的工业场景设计，直接移植到分散、小规模、波动性强的农村场景往往“水土不服”。设备投资高、能耗大、对原料均一性要求严格，导致单位产品成本缺乏竞争力。例如，一套完整的生物炼制示范装置投资可能高达数千万元，远超普通乡村的承受能力。因此，亟需开发模块化、柔性化、低维护的适宜技术（“恰适技术”），在性能和成本间取得平衡。

5.2 制度壁垒与政策协同不足

现行管理体系存在城乡分割与部门分割。农业部门主导农村发展，而化工技术研发和产业管理主要在工业和信息化部门。技术下乡缺乏有效的跨部门协调机制和统一规划。环保标准对分散式化工应用（如小型生物质转化）的监管有时存在空白或“一刀切”问题，既可能放任污染，也可能抑制创新。此外，针对农村化工小微企业的融资、税收优惠政策尚不完善。

5.3 社区接受度与人才短板

公众对“化工”二字存在污名化印象，常与污染、危险关联。在农村地区推广化工技术，可能遭遇“邻避效应”。这要求项目在前期充分沟通，确保信息透明，并切实证明其环境友好性。更深层的挑战是人才匮乏。农村既缺乏能够操作和维护复杂化工设备的技能型人才，更缺乏懂技术、懂管理、懂市场的复合型本土带头人。人才外流使得技术引进后的可持续运营面临巨大风险。

5.4 环境风险与长效监管

即使是最绿色的化工过程，也存在一定的物质和能量输入输出，可能产生新的污染物或安全隐患。例如，生物质转化过程可能产生焦油、废水；新材料的生产或废弃可能引入新的化学物质循环。农村环境监管力量相对薄弱，如何建立覆盖技术全生命周期的风险评估体系，并实施有效的长期监测与应急响应机制，是必须正视的挑战。

六、政策建议与实施路径

6.1 构建以绿色与循环为导向的技术创新体系

国家科技计划应设立“化工助力农业农村现代化”专项，重点支持：1）生物基化学品与材料的低成本制造技术；2）适用于分散式处理的低能耗水净化与废物转化技术；3）智能、缓释农用化学品制剂技术；4）农村分布式能源与储能系统。鼓励“产学研用”协同创新，建立一批田间地头的试验示范基地，让农民和合作社参与技术评估与改进。

6.2 完善乡村化工服务体系与基础设施

建议在县域层面建设“乡村绿色技术服务中心”，提供技术咨询、小试中试、检测分析、技能培训等公共服务。依托中心，推广“按效付费”的合同环境管理或合同能源管理模式，由专业公司投资运营污水处理、废物资源化设施，农民或村集体支付服务费。同时，加强农村数字基础设施建设，利用物联网、大数据优化化工过程的远程监控与调度。

6.3 强化风险治理与社区共治

推行“社会责任嵌入”的项目评估机制，要求项目申请方提交详细的环境与社会影响评估报告，并进行多轮社区听证。建立项目信息公开平台，实时公开主要环境监测数据。探索设立社区监督员制度，赋予本地居民一定的监督权。制定针对农村小微化工项目的简明环保与安全操作规程，并加强基层监管人员培训。

6.4 培育本土人才与创新生态

将化工相关技能培训纳入“新型职业农民培育工程”和“雨露计划”，开设面向农村青年的职业技术课程。鼓励高校化工、农业工程专业学生到农村开展实习和科研。设立“乡村产业创新基金”，支持返乡青年、退伍军人等利用化工技术进行创业。打造一批融合科技示范、观光体验、科普教育于一体的“绿色工坊”，提升公众对现代化工的认知。

七、结论与展望

化学工程与技术作为一套强大的物质转化与系统优化方法论，在农村振兴战略中扮演着不可替代的角色。它不仅能从供给侧提升农业生产的效率与资源可持续性，更能从需求侧延伸产业链、创造新业态，并从根本上改善农村的人居环境与能源自给能力。然而，这种赋能不是简单的技术转移，而是一个需要技术本土化创新、制度协同设计、社区深度参与及风险全程管控的系统工程。

未来的研究与实践应更多关注以下几个方向：一是开发更具经济性和鲁棒性的分布式化工单元技术；二是深入探索基于数字孪生和人工智能的农村物质流-能量流智慧管理系统；三是研究促进化工与农业、生态更深度融合的新的商业模式与社会治理模式。最终目标是构建一个以乡村为基地、以循环经济为原则、以化工技术为纽带、人与自然和谐共生的新型城乡关系，使化工科技真正成为驱动农业农村现代化、实现共同富裕的绿色引擎。

【参考文献】

[1]中国中央国务院印发《乡村全面振兴规划（2024-2027年）》

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[8]王双飞, 等. 农业废弃物资源化利用技术研究进展[J]. 农业工程学报, 2019, 35(23): 1-14.

【结尾】

我的家乡在煤炭大省的山西，我的父辈都是从农村打拼出来的，源于中国中央国务院印发《乡村全面振兴规划（2024-2027年）》推进农村现代化建设的宏伟篮图，根据大学所学的专业课程，我构想设计写一篇关于化工领域助力发展家乡农村振兴方面的毕业论文，以此献给我的家乡，作为回报家乡的第一份微薄礼物！

北京大学这几年，有喜悦，也有过彷惑，让我从一个涉事甚浅的高中学生，渐渐向成熟有志青年迈进！今天我认识到了自己当初的任性会给我人生带来诸多不利因素，我将深刻反省自己，从新开始走向社会，去迎接新的挑战！

我更要感谢我的导师指导和北大校园生活中曾经关心帮助过我的每一位老师和同学，我将立志成为一个对社会有贡献的人，为家乡振兴出谋划策，为建设美丽的家乡发一分光和热，跨步迈向新时代，踏上新征程，再上新台阶！

论文如有不妥之处，请导师和校领导及教务老师给予批评指正，我将诚恳接受并更正！

谢谢！

北京大学X院系X届X班

王一帆

2025年12月1日