定西節(jié)水型農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模式研究

縣永平

(1.武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院，武漢 430070;2.甘肅省定西市循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)園區(qū)管委會，定西 743000)

甘肅省定西市是一個農(nóng)村能源供應(yīng)不足，農(nóng)村能源消費結(jié)構(gòu)不盡合理的地區(qū)。特別是在北部干旱半干旱區(qū)，大多數(shù)地方燃料、肥料、飼料俱缺，人們?yōu)楂@取燃料往往大量破壞植被，造成農(nóng)村生態(tài)環(huán)境惡化和大面積的水土流失。為了更好地推進定西市農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整，加速農(nóng)業(yè)由資源數(shù)量型向技術(shù)效益型轉(zhuǎn)化，全面改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，增加農(nóng)民收入，2004年定西市農(nóng)村能源啟動實施了“干旱半干旱區(qū)能源生態(tài)優(yōu)化模式試驗示范推廣”項目，旨在對定西不同區(qū)域條件下以沼氣為紐帶的能源生態(tài)模式進行試驗示范，開展對“三沼”綜合利用的研究，并結(jié)合沼氣國債項目和封山禁牧農(nóng)村能源配套項目在定西市進行推廣，形成一定規(guī)模，達到解決群眾生活用能、鞏固封山禁牧成果、改善生態(tài)環(huán)境、促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目的［1］。

1 項目實施背景

定西市沼氣建設(shè)始于20世紀70年代初，隨著解決農(nóng)村能源短缺，改善日趨惡化的生態(tài)環(huán)境條件而起步的，開始時只是在少數(shù)農(nóng)戶中進行試驗示范。20世紀80年代，為解決中部地區(qū)“三料”俱缺造成的農(nóng)業(yè)生態(tài)惡性循環(huán)，在財政資金和“兩西”農(nóng)業(yè)專項資金支持下，因地制宜地進行了小范圍推廣，主要解決貧困干旱地區(qū)農(nóng)民的生活燃料和照明。但由于當時沼氣技術(shù)的缺陷和管理上的制約，加之投入不足，沼氣發(fā)展比較緩慢。90年代后期，隨著生態(tài)農(nóng)業(yè)的興起，沼氣科研工作的開展，沼氣技術(shù)從建筑材料、建造工藝、發(fā)酵工藝、管理維護、功能利用等方面進一步規(guī)范化、標準化，促進了這項既取得燃料、又可得到優(yōu)質(zhì)肥料的技術(shù)得以健康有序的發(fā)展。這一時期，沼氣技術(shù)作為生態(tài)農(nóng)業(yè)模式的核心技術(shù)，利用當?shù)刎S富的太陽能資源，開始在一些縣引進示范。1997年，渭源縣上灣鄉(xiāng)水家窯村從遼寧引進北方能源型生態(tài)農(nóng)業(yè)模式，在該村建設(shè)25戶。2000年，臨洮縣八里鋪鎮(zhèn)孫家大莊被農(nóng)業(yè)部確定了首批“生態(tài)家園富民計劃”示范點，引進西北農(nóng)林科技大學邱凌教授獨創(chuàng)研制的“旋流布料自動循環(huán)沼氣池”技術(shù)，當年在該村建設(shè)“一池三改”能源生態(tài)模式戶30戶，2001年又在安定區(qū)鳳翔鎮(zhèn)大坪村建立示范點30戶。在總結(jié)示范點經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，為了進一步探索適合干旱干半旱地區(qū)自然和經(jīng)濟發(fā)展條件的能源生態(tài)模式，加快農(nóng)村能源建設(shè)步伐，2004年結(jié)合臨洮、安定、漳縣三縣區(qū)實施沼氣國債項目，由定西市能源站自籌課題經(jīng)費3.8萬元，啟動實施了“干旱半干旱區(qū)能源生態(tài)優(yōu)化模式試驗示范推廣”項目。

2 項目內(nèi)容及目標

2.1 建立示范點

結(jié)合全市不同地區(qū)的自然和經(jīng)濟條件，選擇有代表性的區(qū)域建立“三結(jié)合” (也稱一池三改，沼氣池、改廁、改圈、改廚)、“四位一體”(日光溫室、沼氣池、圈舍、廁所)、“五配套”(沼氣池、暖圈、集水窖、果菜園、太陽灶)示范戶，由技術(shù)人員全程指導、跟蹤、服務(wù)，將示范戶建成精品、樣板［2］。

2.2 開展試驗研究

試驗研究的主要內(nèi)容:節(jié)水型區(qū)域干旱半干旱區(qū)“三結(jié)合”、“四位一體”、“五配套”三種模式戶用沼氣池產(chǎn)氣率與地溫的變化規(guī)律及管理技術(shù);沼液、沼渣用于基肥、追肥后，對馬鈴薯、當歸、蔬菜增產(chǎn)影響情況;根據(jù)光合作用原理，利用沼氣二氧化碳對溫室蔬菜的影響情況;用沼液浸種和葉面噴施對馬鈴薯、當歸、蔬菜增產(chǎn)及病蟲害防治情況［3-4］。

2.3 規(guī)模推廣

結(jié)合沼氣國債項目和封山禁牧農(nóng)村能源配套項目，對示范成熟的能源生態(tài)模式進行推廣，并形成一定的規(guī)模。項目建設(shè)的目標是形成適合定西市實際的各種能源生態(tài)模式，使農(nóng)業(yè)成為具有強大的自然再生產(chǎn)和社會再生產(chǎn)能力的產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)生態(tài)、經(jīng)濟和社會3種效益全面充分的發(fā)揮。

3 項目取得的成果

3.1 示范推廣初具規(guī)模

2004年以來，定西市能源站在認真調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，有針對性地在全市不同區(qū)域建立示范點35個，涉及農(nóng)戶300戶，其中“三結(jié)合”模式230戶、“四位一體”模式20戶、“五配套”模式50戶。在抓好示范點的基礎(chǔ)上，兩年來全市累計推廣能源生態(tài)模式戶1.345萬戶。其中2004年，全市推廣能源生態(tài)模式戶6 450戶，其中“一池三改”模式5740戶、“四位一體”模式260戶、“五配套”模式450戶;2005年，全市推廣能源生態(tài)模式戶7 000戶，其中“一池三改”模式6 100戶、“四位一體”模式280戶、“五配套”模式620戶。分縣區(qū)完成情況見圖1。

3.2 試驗研究獲得了具有實用價值的結(jié)果

3.2.1 沼氣池產(chǎn)氣率與地溫變化規(guī)律試驗及結(jié)果

據(jù)安定區(qū)、隴西縣、臨洮縣布點試驗，沼氣池的產(chǎn)氣量隨季節(jié)變化而變化:1～3月份產(chǎn)氣率較低，4～7月份產(chǎn)氣率持續(xù)增高，7～8月份為產(chǎn)氣高峰期，從9月份開始產(chǎn)氣率逐漸走低，11～12月份產(chǎn)氣率明顯下降。從不同能源生態(tài)模式來看，“四位一體”模式因保溫性能好，其產(chǎn)氣率較“一池三改”和“五配套”模式穩(wěn)定，且產(chǎn)氣率高，日平均產(chǎn)氣率0.174m3/m3·天，年產(chǎn)氣量635.1m3，“一池三改”和“五配套”模式日平均產(chǎn)氣率為0.12m3/m3·天，年平均產(chǎn)氣量438m3。

3.2.2 沼液、沼渣用于基肥、追肥試驗及結(jié)果

隴西、岷縣試驗結(jié)果表明，用沼渣作基肥、沼液作追肥，能明顯提高蔬菜、馬鈴薯、當歸產(chǎn)量。供試的番茄667m2增產(chǎn)2 841.68kg，增產(chǎn)率為36.36%;黃瓜每hm2增產(chǎn)1 150.4kg，增產(chǎn)率為22%;馬鈴薯667m2增產(chǎn)320kg，增產(chǎn)率為19.6%;當歸667m2增產(chǎn)110.73kg，增產(chǎn)率57.07%。

3.2.3 沼氣燃燒后二氧化碳氣肥在“四位一體”模式中的試驗及結(jié)果

圖1 各縣區(qū)推廣完成情況 (戶)

據(jù)臨洮、隴西試驗，在高效日光溫室中通過點燃沼氣燈、沼氣灶來增供二氧化碳，能提高溫室內(nèi)溫度，增加二氧化碳，促進農(nóng)作物增產(chǎn)。經(jīng)測定，燃燒1m3沼氣，可提高棚內(nèi)溫度2～3℃，制造二氧化碳0.97m3，可使333.5～466.9m2日光溫室中二氧化碳“氣肥”濃度達到要求。通過沼氣在溫室中增施二氧化碳“氣肥”，可使黃瓜增產(chǎn)26%～29%，番茄增產(chǎn)32%，菜瓜增產(chǎn)27%～32%。

3.2.4 沼液浸種和葉面噴施沼液試驗及結(jié)果

據(jù)隴西縣、安定區(qū)試驗結(jié)果表明，用沼液浸種，可使馬鈴薯每667m2增產(chǎn)145kg，增產(chǎn)率為9.3%;小麥每667m2土地增產(chǎn)11kg，增產(chǎn)率為6.5%。用沼液葉面噴肥可使黨參每667hm2增產(chǎn)20kg，增產(chǎn)率為21%;黃瓜每667m2增產(chǎn)1 520kg，增產(chǎn)率26.2%;用濃度為100%、80%和50%的沼液葉面噴施可使馬鈴薯每667m2分別增產(chǎn)715.8kg、578.1kg和300.2kg，增產(chǎn)率分別為37.9%、30.7%、15.9%。

3.2.5 葉面噴施沼液對防治病蟲害和提高作物抗性試驗及結(jié)果

安定區(qū)、隴西縣和岷縣的試驗證明，用50%、80%和100%的沼液葉面噴肥，可使馬鈴薯黑脛病病株率分別下降0.7%、0.9%和1.7%，晚疫病病情指數(shù)分別下降9.3%、13.7%和12.1%;當歸麻口病病株率分別下降1.78%、16.59%和20.08%，病情指數(shù)分別下降8.23%、13.76%和17.43%。

3.3 優(yōu)化了農(nóng)村能源消費結(jié)構(gòu)

項目實施兩年來，取得了顯著的能源效益，項目區(qū)農(nóng)戶累計開發(fā)的沼氣總量726.3萬m3，折合標煤14.526萬t，1.345萬農(nóng)戶使用干凈衛(wèi)生的潔凈能源。能源消費結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，生物質(zhì)能源消費比例由建設(shè)前的73%下降到建設(shè)后的24%，農(nóng)村生態(tài)環(huán)境得到保護和改善。

圖2 能源型生態(tài)農(nóng)業(yè)模式戶建前建后能源消費結(jié)構(gòu)(t標煤)

3.4 取得了良好的經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益

3.4.1 經(jīng)濟效益

據(jù)推廣后典型調(diào)查，每個能源生態(tài)模式戶每年平均可產(chǎn)沼氣540m3，沼肥 (沼液、沼渣)30m3，可使戶均年節(jié)支增收830元。能源生態(tài)模式的推廣應(yīng)用，加快了定西農(nóng)村脫貧致富奔小康的步伐，在項目實施區(qū)年增加農(nóng)民純收入總計1 116.35萬元。

3.4.2 生態(tài)效益

通過該項目的推廣，極大地節(jié)省了農(nóng)民傳統(tǒng)生活用能所需的柴草，相當于保護了266.7hm2林地;沼肥的大量使用，有效改善了土壤團粒結(jié)構(gòu)，減少了農(nóng)藥、化肥對土壤造成的板結(jié);通過對畜禽糞便進行無害化處理，有效解決了當前威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)民生活的農(nóng)業(yè)面源污染問題。

3.4.3 社會效益

能源生態(tài)模式的推廣成為農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的一個新的增長點，也是貧困地區(qū)脫貧致富的一條重要途徑。通過宣傳和效益吸引，在一定程度上增加了農(nóng)民的科技意識，徹底改變了農(nóng)村生活用能方式，促進了文明村鎮(zhèn)建設(shè)，提高了農(nóng)村社會文明程度，也必將對定西市生態(tài)農(nóng)業(yè)的進一步發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。

4 主要技術(shù)創(chuàng)新點

4.1 創(chuàng)立了“一池五配套”、“草-畜-沼-薯”生態(tài)型能源農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模式

針對定西地區(qū)水資源匱缺、燃料短缺、農(nóng)村能源不足等問題，創(chuàng)立了“一池五配套”、“草-畜-沼-薯”生態(tài)型能源農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模式。該模式以旋流布料自循環(huán)沼氣池為紐帶，配套暖圈、廁所、太陽灶、集雨節(jié)水窖及高效無公害馬鈴薯生產(chǎn)為基本單元，形成了集雨節(jié)灌、暖圈養(yǎng)殖、糞便生產(chǎn)沼氣、沼液沖廁、沼肥還田的“草-畜-沼-薯”的生態(tài)型能源農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模式。

4.2 開展沼液、沼渣對馬鈴薯連作土壤的理化性狀影響研究

結(jié)果表明:馬鈴薯連作3年的耕地施用沼液、沼渣后，土壤有機質(zhì)、水解氮、有效磷和有效鉀含量較未施用沼液、沼渣的對照土壤分別提高了0.46%、28mg/kg、2.8 mg/kg、258 mg/kg，達到了改善理化性狀和增強土壤肥力的目的;同時馬鈴薯產(chǎn)量達到2.347 5萬kg/hm2，比連作對照增產(chǎn)4 260kg，增產(chǎn)22.2%，克服了馬鈴薯重茬障礙。

4.3 開展沼液、沼渣對當歸增產(chǎn)效果及麻口病防治效果研究

結(jié)果表明:每公頃施1.5萬kg沼渣、灌根4次的鮮歸產(chǎn)量達到1.317 0萬kg/hm2，比不施沼液、沼渣的處理增產(chǎn)1 779kg/hm2，增產(chǎn)15.6%。隨著沼液灌根次數(shù)增加，麻口病逐漸減輕，經(jīng)過4次灌根處理，麻口病發(fā)病率由85.1%降為5.2%，病情指數(shù)由70.2%下降為2.1%。

4.4 對沼液、沼渣在黃芪施用的增產(chǎn)效果及抗病性進行試驗研究

結(jié)果表明:使用沼液、沼渣后，能明顯提高土壤肥力，促進幼苗生長，提高光和效率，植株生長健壯，葉色深綠，根部粗而長，可提高黃芪的抗逆性，延長枯萎期，能明顯提高黃芪的產(chǎn)量。80%濃度增產(chǎn)69kg，增產(chǎn)率為16.2%;50%濃度增產(chǎn)60kg，增產(chǎn)率為14.1%;噴施不同濃度沼液的黃芪，白粉病的病株率和根腐病的病情指數(shù)分別比未噴施沼液的對照田降低1.6%和10.6%，同時根腐病的田間發(fā)病日前也較未噴施沼液處理推遲5～9天。

5 節(jié)水型區(qū)域生態(tài)型能源農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的主要模式

甘肅中部定西地區(qū)是典型的干旱半干旱節(jié)水型區(qū)域，以下3種模式全是針對定西節(jié)水型區(qū)域的特點，應(yīng)用下雨時機，收集雨水形成集雨 (水)窖來運作，幾乎不需要任何自來水，在節(jié)水型區(qū)域應(yīng)用前景廣闊。

5.1 “一池四配套”、“草-畜-沼-藥”生態(tài)型能源農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模式

該模式具有投資少、適宜性廣等優(yōu)點，是針對甘肅中部定西節(jié)水型地區(qū)農(nóng)村廁所不衛(wèi)生，糞便未能充分利用，特別是受氣溫限制沼氣池冬季不產(chǎn)氣、難越冬等問題而組裝配套的。模式以太陽能為動力，以旋流布料自循環(huán)沼氣池為紐帶，配套暖圈、廁所、太陽灶、集雨節(jié)水窖及高效無公害馬鈴薯生產(chǎn)為基本單元，形成了集雨節(jié)灌、暖圈養(yǎng)殖、糞便生產(chǎn)沼氣、沼液沖廁、沼肥還田的“草-畜-沼-薯”的生態(tài)型能源農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模式。其系統(tǒng)要素是以0.2hm2左右的中藥材為基本生產(chǎn)單元，農(nóng)戶庭院前后建一座10～20m3左右的太陽能暖圈，在暖圈內(nèi)建一座10m3，并改建蹲位面積1.5～2m2的廁所，并與沼氣池連同。

5.2 “一池五配套”、“草-畜-沼-薯”生態(tài)型能源農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模式

該模式針對定西地區(qū)水資源匱缺、能源供應(yīng)不足、飼料短缺的實際情況，依據(jù)生態(tài)學、經(jīng)濟學、系統(tǒng)工程學原理，從有利于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)換與平衡出發(fā)，充分發(fā)揮系統(tǒng)內(nèi)的動、植物與光、熱、氣、水、土等環(huán)境因素的作用，建立起生物種群互惠共生、互相促進、協(xié)調(diào)發(fā)展的能源—生態(tài)—經(jīng)濟良性循環(huán)發(fā)展系統(tǒng)，高效率利用農(nóng)民所擁有的土地資源和勞動力資源，引導農(nóng)民脫貧致富，創(chuàng)造良好的生態(tài)環(huán)境、帶動農(nóng)村經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的一種新模式。模式以太陽能為動力，以推廣應(yīng)用旋流布料自循環(huán)沼氣池為紐帶，配套暖圈、廁所、太陽灶、集雨節(jié)水窖及高效無公害馬鈴薯生產(chǎn)，形成了集雨節(jié)灌、暖圈養(yǎng)殖、糞便生產(chǎn)沼氣、沼液沖廁、沼肥還田的“草-畜-沼-薯”的生態(tài)型能源農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模式。其系統(tǒng)要素是以0.33hm2左右的馬鈴薯為基本生產(chǎn)單元，農(nóng)戶庭院前后建一座10m3左右的新型高效沼氣池和一間10～20m2左右的太陽能畜舍，配套一眼35～45m3的水窖及相應(yīng)的集雨場。

5.3 “四位一體”、“畜-沼-菜”生態(tài)型能源農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模式

該模式依據(jù)生態(tài)經(jīng)濟學原理，針對甘肅中部定西節(jié)水型區(qū)域水川城市區(qū)，以土地資源為基礎(chǔ)，以太陽能為動力，以沼氣池為紐帶，在農(nóng)戶庭院內(nèi)田園，將日光溫室、畜禽養(yǎng)殖、沼氣生產(chǎn)和蔬菜種植有機結(jié)合，使四者相互依存、優(yōu)勢互補，構(gòu)成“四位一體”能源生態(tài)綜合利用體系，并應(yīng)用保護地栽培、高效飼養(yǎng)、厭氧發(fā)酵、太陽能高效利用等技術(shù)體系，在同一塊地上實現(xiàn)了產(chǎn)氣積肥同步、種植養(yǎng)殖并舉的周年環(huán)保型生產(chǎn)機制。其系統(tǒng)要素是在農(nóng)戶庭院或田園建一座300～600m2的日光溫室，在溫室一端建一個10m3的地下水壓式沼氣池，池頂坐落10～20m2豬舍，可養(yǎng)豬4～10頭，側(cè)面配建1.5m2廁所，使人畜糞便直接進入沼氣池，沼肥用于蔬菜及大田生產(chǎn)［5-6］。

［1］劉國勝.生態(tài)能源型農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模式研究及應(yīng)用.甘肅農(nóng)業(yè)，2010，289，(08)

［2］李金才，邱建軍，任天志，等.北方“四位一體”生態(tài)農(nóng)業(yè)模式功能與效益分析研究.中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2009，30(3):46～50

［3］劉國勝.沼液沼渣生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)當歸試驗研究.中國沼氣，2006，25(2):16～18

［4］劉國勝.沼肥用于溫室番茄種植對產(chǎn)量的影響.中國沼氣，2008，26(2):10～12

［5］縣永平.黃土高原半干旱區(qū)生態(tài)模型能源農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模式選擇——以甘肅省定西市為例.中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2011，32(5):22～25

［6］王瑞波，蘭彥平，周連第，等.奶牛養(yǎng)殖廢棄物處理研究.中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2009，30(5):60～66