近年来,我国农业发展面临着资源、生态、环境、能源等方面的严峻挑战,迫切需要转变传统农业增长方式,提高农业可持续性。20世纪初欧洲盛行的循环经济思想为我国农业的发展提供了新思路,当将其应用于农业生产全过程时可视为循环农业,它要求在农业生产和产品生命周期中减少外部购买性资源的投入量,提高废弃物资源的利用效率,减少污染物的排放量,在农业生产过程中实现“资源-产品-废弃物-再生资源”的循环综合利用,达到生态环境效益和经济效益的双赢。我国已积极开展了循环农业生产实践,发展出多种循环农业生产模式,但对循环农业的基础理论研究还处于初级阶段,对循环农业生产过程中的物质循环、能量流动特征及其环境效应、生态经济效益等的掌握还很有限,更缺乏与之对应的评价和认知方法,这些都极大限制了循环农业在我国的持续发展。因此,本文选取关中平原地区典型农田循环生产模式(秸秆直接还田模式)、种养结合循环模式(“牛-沼-菜”模式、“果(草)-猪-沼-窖”五配套模式)和多层复合循环模式(山地立体复合种养模式)为研究对象,通过对循环农业模式户(或企业)和非模式户的跟踪调查及相关资料的收集整理,应用能值分析法、生命周期环境影响评价法、经济分析法对该区域不同循环农业生产模式、传统单一生产模式下的资源利用效率、生产效率、再循环利益率、环境压力、可持续发展潜力、温室气体排放减缓效应及经济效益等特征进行对比分析和综合评价,得到如下主要结论:(1)“牛-沼-菜”种养结合循环模式中牛饲料是最大的能值投入,占到总投入的68.43%。该循环模式的能值转换率、可更新率、环境负载率、能值可持续性指数和综合考虑市场交换输入输出的可持续发展潜力指标都优于传统独立生产系统相应的加权平均指标,产出能值反馈率为10.50%,废弃物循环利用所替代或减少的投入是为了循环利用所增加的能值投入的3.2倍。但它的能值产出率接近于1,不能有效的开发和利用本地资源。此外,“牛-沼-菜”循环模式的能值交换率小于1,表明该模式生产的产品在市场交换中损失了能值。经济分析显示“牛-沼-菜”循环模式的经济产投比高于独立育肥牛模式但低于传统温室蔬菜。该循环生产模式上下游环节实现的温室气体排放净减缓总量约5.57×105 kg CO2-eq/yr,粪便利用避免堆放对排放减缓的贡献最大。(2)五配套种养结合循环模式中猪饲料和猪仔约占总能值投入的57.58%。该循环模式能值转换率、可更新率、环境负载率、能值可持续性指数和能值反馈率都优于单独养猪模式和传统清耕制苹果模式相应的加权平均能值指标,产出能值反馈率约为33%,再循环利益率为1.36。但五配套模式的能值产出率与传统独立生产模式的加权平均值相等,且接近于1,开发和利用本地资源的能力较弱。经济分析显示劳力是五配套综合生产模式中最大的成本投入(约占总经济投入的33%),且该模式经济产投比高于两个传统独立生产模式。五配套综合生产模式所能实现的温室气体排放减缓达到2.72×103 kg CO2-eq/yr,尤其是沼气池处理粪便污水避免其堆放对温室气体排放减缓的贡献最大。(3)“山地立体种养”多层复合循环生产模式中最大的能值投入是玉米,约占总能值投入的30%。山地立体复合种养模式比传统独立生产模式的可更新率提高了1.13倍,能值产出率提高了41.38%,对环境的负荷降低了65.5%,能值可持续性指数提高了3.07倍,考虑系统产出时的可持续发展能力提高了2.62倍,产出能值反馈率达到22.83%,由于废弃物、自然生物量的利用所替代和减少的投入是为了循环利用这些废弃物而增加投入的14.78倍。经济分析显示山地立体复合种养模式净收入较两个独立生产模式的净收入之和提高了约1.22×104$,但经济投入产出率低于核桃作物种植生产模式。山地立体复合种养模式温室气体排放的净减缓总量达到了9.33×104 kg CO2-eq/yr。其中由于鸡、鹅放养在核桃树下以昆虫、杂草作为食物和作物秸秆作为饲料喂猪所替代的购买饲料减缓的温室气体最多。(4)“秸秆直接还田”农田循环生产模式中氮肥是最大的能值输入,秸秆直接还田模式与对照模式相比,不但减少了能值总投入,而且增加了产出。秸秆直接还田模式的能值转换率、可更新率、能值产出率、环境负载率、能值可持续性指数等都优于对照模式,产出能值反馈率是对照模式的3.25倍,再循环利益率为2.35。秸秆还田模式的生命周期环境影响评价结果显示原料系统和农资系统对全球变暖的贡献率大,约占83%,农作系统对富营养化、环境酸化和毒性的贡献率较大,是造成环境影响的主要阶段。对照模式的全球变暖、环境酸化、富营养化和水体毒性影响潜值都高于秸秆还田模式,分别是秸秆还田模式的1.78倍、1.58倍、1.41倍和10.60倍。秸秆还田模式温室气体排放减缓约2.10×103 kg CO2-eq。秸秆直接还田模式的经济产投比(1.46)高于对照模式(1.23)。(5)不同循环生产模式相比,山地立体复合种养模式的能值指标包括能值转换率、能值产出率、环境负载率、可持续性指标和经济效益都明显优于农田循环生产模式和种养结合循环模式,再循环利益率是“牛-沼-菜”模式的4.6倍,是五配套模式的11倍,是秸秆还田模式的6.3倍,温室气体排放减缓强度是“牛-沼-菜”模式的16.8倍,是五配套模式的5.6倍,是秸秆还田模式的3.5倍。从生态、环境、经济方面来看,山地立体复合种养模式是这四种模式中的最优模式。