向循环经济的转型和实现可持续发展目标（SDGs）是全球面临的重大挑战（Stahel, 2016），尤其是在快速城市化和农村振兴的背景下（Liu and Li, 2017）。全球约42%的人口（34.3亿人）居住在农村地区，这些地区贡献了全球近70%的食品生产（FAO, 2024）。随着农村经济的扩张和消费模式的变化（Han et al., 2019），废物产生的持续增加成为一个紧迫的问题（Teng et al., 2022）。然而，尽管农村地区在社会经济发展中发挥着关键作用（Cheng et al., 2019），但在可持续发展战略中往往被忽视，尤其是在以城市为中心的工业化议程下（Liu et al., 2023）。这种忽视体现在废物管理和基础设施方面的长期投资不足（Liu and Li, 2017），导致农村社区无法有效应对他们产生的有机和无机废物的复杂问题，而在发展中国家这一问题尤为严重（Huang et al., 2022）。忽视农村废物管理不仅威胁环境健康，还浪费了可回收的能源资源（Jiang et al., 2024）。
农村废物主要包括居民日常活动产生的生活污水和生活垃圾，以及农业实践产生的农作物残余物和蔬菜废弃物，还有畜禽粪便（Xu et al., 2022）。据估计，中国农村地区的废水量为141亿立方米（Huang et al., 2021），其中只有30-40%得到了有效处理（Huang et al., 2024）。农村生活固体废物的年产生量约为2.94亿吨（Liu et al., 2021），畜禽粪便约为31亿吨，农业废物总量约为9亿吨（You et al., 2022）。然而，大约50%的农村固体废物没有得到充分处理（Deng et al., 2022），农村居民经常采用露天焚烧的方式处理废物（Vinti et al., 2023）。这种做法不仅浪费资源，还会造成严重的环境污染。大量未经处理的农村废物对农村地区的环境卫生构成潜在威胁（Deng et al., 2022），尤其是在低收入和中等收入国家（Patwa et al., 2020），阻碍了实现联合国可持续发展目标的努力（UNICEF, 2020）。
农村废物的特点是含有高比例的有机成分（Liao et al., 2023）。农村固体废物的管理是碳排放的主要来源，并对农村地区的氮和磷循环产生显著影响（Xu et al., 2020）。虽然回收这些废物以减少化学需氧量（COD）、总氮（TN）和总磷等污染物的技术潜力已被广泛认可（Morero et al., 2024），但在实际应用中农村废物回收的总体系统效益仍不明确。大多数关于农村废物管理的研究仅关注单一类型的废物，未能捕捉到综合方法的协同效应（Valle et al., 2024）。一些研究侧重于城市废物回收的综合评估（Chicaiza-Ortiz et al., 2024），还有一些研究探讨了农村废物收集和转运的优化策略（Cheng et al., 2024）以及成本效益高的废物管理模式（Zambra-Rivera et al., 2024），通常使用生命周期评估（LCA）、仅基于地理信息系统（GIS）或仅基于优化的模型（Pasciucco et al., 2022）。然而，每种方法在单独应用时都存在局限性。传统的LCA模型能够有效评估环境影响，但往往缺乏空间和优化维度（Pasciucco et al., 2023）；仅基于GIS的模型在空间分析方面表现优异，但不适合量化生命周期负担（Kerstens et al., 2016）；仅基于优化的模型则优先考虑经济效率，经常忽略全面的环境权衡（Friesen et al., 2023）。因此，亟需一个能够同时量化系统环境效益的综合分析框架。这样的框架对于确定关键干预点和制定有针对性的管理策略至关重要。填补这一空白对于制定基于证据的政策和优化资源回收策略至关重要，这在中国农村振兴的背景下是一个紧迫的挑战。
鉴于这一知识空白，并促进可持续的农村发展，我们开发并应用了一个新的概念性系统框架，旨在定义在循环经济背景下通过综合农村废物管理可实现的多维效益的理论上限，这是任何后续技术经济评估和政策规划的基础和必要第一步。本研究的具体目标是：a) 对甘肃省的主要农村废物进行全面的时空库存分析并预测其演变；b) 量化2023年至2050年间能源回收、净二氧化碳减排和关键污染物负荷（COD、TN、TP）的潜在效益；c) 使用Shapley加性解释（SHAP）分析（Lundberg and Lee, 2017）识别和解释影响废物产生模式的主要驱动因素，为有针对性的政策干预提供可操作的见解。我们希望这项研究能为数据稀缺、生态脆弱的地区提供一个方法论原型，并具有可推广性。
