四川省戶用沼氣池碳減排效益的區(qū)域特征及發(fā)展對策

田叢珊，李　明，李　勇，劉　勤

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都　610059；2.中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川 成都　610041；3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京　100049)

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四川省戶用沼氣池碳減排效益的區(qū)域特征及發(fā)展對策

田叢珊1,2，李明2,3，李勇1①，劉勤1,2

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都610059；2.中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川 成都610041；3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049)

摘要：為揭示戶用沼氣池溫室氣體減排能力的區(qū)域差異性特征，以四川省為例，在對5個農(nóng)業(yè)大區(qū)進行農(nóng)戶調(diào)查的基礎(chǔ)上，以縣/區(qū)為基本評價單元，采用國內(nèi)常用的評價方法和關(guān)鍵參數(shù)取值，核算了四川省各農(nóng)業(yè)大區(qū)戶用沼氣池的碳減排效益。結(jié)果表明，全省戶用沼氣池的戶均減排能力為2.21～3.21 t·a-1，平均為2.69 t·a-1；各農(nóng)業(yè)大區(qū)的戶均減排能力差異顯著，從大到小依次為盆周山地大區(qū)(3.21 t·a-1)>川西北高山、高原大區(qū)(2.94 t·a-1)>川西南山地大區(qū)(2.65 t·a-1)>盆地丘陵大區(qū)(2.42 t·a-1)>盆西平原大區(qū)(2.21 t·a-1)。按照減排效益貢獻大小可將戶用沼氣池類型劃分為保護林地減排型和改變能源結(jié)構(gòu)減排型2大類，前者的減排效益更高。2013年全省戶用沼氣池通過改變糞便管理方式產(chǎn)生的直接減排量為416.4萬t，通過保護林地和改變能源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的間接減排量為1 493.6萬t，沼氣池泄漏和因沼氣自身燃燒產(chǎn)生的碳排放量為330.7萬t，總體減碳能力為1 579.3萬t。針對戶用沼氣項目推廣中面臨的新問題、新現(xiàn)象，建議未來新建戶用沼氣池項目重點向盆周山地大區(qū)和川西北高山、高原大區(qū)傾斜；建議重視盆西平原大區(qū)和盆地丘陵大區(qū)戶用沼氣池的維修保障體系建設(shè)，并重點支持新興的小規(guī)模養(yǎng)殖戶發(fā)展中小型沼氣工程。

關(guān)鍵詞：戶用沼氣；減排效益；區(qū)域特征；發(fā)展對策

在眾多溫室氣體排放源中,農(nóng)業(yè)排放占全球人為源CH4和N2O排放的52%和84%[1],農(nóng)業(yè)減排已經(jīng)成為繼工業(yè)減排后的重要減排途徑。2005年《京都議定書》已正式生效,各國開始尋求通過市場手段完成各自的減排承諾,碳交易市場持續(xù)火爆[2]。在此背景下,農(nóng)村溫室氣體減排成為一個迅速發(fā)展的研究領(lǐng)域,農(nóng)村沼氣工程[3-4]、太陽能熱水器[5]、測土配方施肥[6]、保護性耕作[7]和秸稈還田[8]等減排技術(shù)的減排潛力研究取得了一系列重要成果。

沼氣是一種清潔的可再生能源。戶用沼氣池產(chǎn)生的減排量通過清潔發(fā)展機制項目(CDM)進行交易的可行性得以論證[9],并且國內(nèi)多地已經(jīng)開始嘗試將沼氣池的減排效益打捆出售,這掀起了沼氣工程溫室氣體減排效益評估方法研究的新高潮[3,10-11]。然而已有研究主要是針對項目區(qū)尺度(多為縣域),在區(qū)域尺度(農(nóng)業(yè)大區(qū)、省域尺度)上估算沼氣項目減排潛力的論述尚鮮見報道。筆者以我國的沼氣大省四川省為例,在對各農(nóng)業(yè)大區(qū)進行農(nóng)戶調(diào)查的基礎(chǔ)上,采取當前通用的、適合我國實際情況的沼氣池減排量計算方法,以縣/區(qū)為基本評價單元,評估各農(nóng)業(yè)大區(qū)的戶用沼氣池減排能力現(xiàn)狀;在新農(nóng)村建設(shè)、城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展和城鎮(zhèn)化快速推進等新形勢下,發(fā)掘戶用沼氣項目推廣面臨的新情況、新問題,并有針對性地提出相關(guān)對策建議,以期為未來戶用沼氣項目的推廣實施提供科學(xué)參考。

1數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)采集

四川省地處中國西南部長江上游,境內(nèi)地貌復(fù)雜,氣候垂直差異大且類型眾多,土壤類型豐富,是我國著名的農(nóng)業(yè)大省。依據(jù)自然地理要素狀況和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟特征,可將四川省劃分為5個農(nóng)業(yè)大區(qū)[12](圖1)。

圖1　四川省農(nóng)業(yè)區(qū)劃

其中,盆西平原大區(qū)(Ⅰ區(qū))地勢平坦,土層深厚肥沃,灌溉設(shè)施良好,是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植區(qū),也是全省最重要的商品糧生產(chǎn)基地;盆地丘陵大區(qū)(Ⅱ區(qū))位于四川盆地東部,耕地面積占全省的60%以上,農(nóng)業(yè)人口占全省人口的65%以上,在四川農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占舉足輕重的地位;盆周山地大區(qū)(Ⅲ區(qū))地貌類型以中低山為主,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平相對較低,以傳統(tǒng)種養(yǎng)業(yè)為主;川西南山地大區(qū)(Ⅳ區(qū))屬典型的高原山地區(qū),光熱條件充足但降水量偏少,農(nóng)地類型以旱地為主,且集中分布在河谷區(qū);川西北高山、高原大區(qū)(Ⅴ區(qū))海拔高氣溫低,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以畜牧業(yè)為主。

四川省是我國戶用沼氣池數(shù)量最多的省份[13],截至2013年底,全省擁有戶用沼氣池574萬余口,年總產(chǎn)氣量超過20億m3。全省各縣/區(qū)戶用沼氣池相關(guān)數(shù)據(jù)來源于四川省農(nóng)業(yè)能源辦公室,各縣/區(qū)的沼氣池數(shù)量為截至2013年底仍正常運行的沼氣池。為了準確評價各農(nóng)業(yè)大區(qū)戶用沼氣池的碳減排能力,研究人員于2014年10─11月在各農(nóng)業(yè)大區(qū)內(nèi)分別選擇1個縣進行入戶問卷調(diào)查,獲取農(nóng)戶家庭基本信息、畜禽養(yǎng)殖情況、能源消費狀況及節(jié)能減排意愿等第一手資料和數(shù)據(jù)。氣溫數(shù)據(jù)來源于四川省氣象中心157個氣象站,取2001─2011年氣溫平均值作為各縣/區(qū)年平均氣溫。

1.2核算方法

對戶用沼氣池溫室氣體排放潛力的核算方法研究已經(jīng)比較成熟。較為一致的觀點是通過改變畜禽糞便管理方式和農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的減排量,扣除沼氣池泄露量和因燃燒沼氣產(chǎn)生的碳排放量,即為凈減排能力[3,9-11]。然而,上述方法并未考慮因保護林地不被砍伐，森林固碳釋氧增加形成的間接減排量。筆者主要參考溫曉霞等[10]總結(jié)出的評估方法,關(guān)鍵參數(shù)取值采用國內(nèi)已有的研究成果[11],據(jù)此評價四川省各農(nóng)業(yè)大區(qū)戶用沼氣池的溫室氣體減排能力。

1.2.1因保護林地產(chǎn)生的固碳量估算

以郝先榮等[14]提供的數(shù)據(jù)作為參考,每口戶用沼氣池保護林地的面積可通過式(1)進行估算。

S=M/1 204×0.22。

(1)

式(1)中,S為1口沼氣池每年保護林地的面積,hm2·a-1;M為1口8 m3沼氣池年替代的薪柴量,kg·a-1;1 204為1口8 m3沼氣池多年平均替代薪柴的量,kg·a-1;0.22為沼氣池替代1 204 kg薪柴所對應(yīng)的保護林地面積,hm2·a-1。

保護林地面積所產(chǎn)生的固碳量參考LY/T 1721─2008《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》提供的計算方法。

GZ=1.63×0.272 7×S×B。

(2)

式(2)中,GZ為植被年固定碳量,t·a-1;1.63為系數(shù)；0.272 7為CO2中碳的質(zhì)量分數(shù);S為林分面積,hm2;B為林分每年的凈生產(chǎn)力,t·hm-2·a-1。

核算戶用沼氣池通過保護林地產(chǎn)生的減排量,其關(guān)鍵是確定不同植被類型的凈生產(chǎn)力。方精云等[15]的研究結(jié)果得出,我國亞熱帶常綠闊葉林的凈生產(chǎn)力為14.5 t·hm-2·a-1,亞寒帶(亞高山帶)針葉林約為11.85 t·hm-2·a-1。我國亞熱帶不同森林植被類型的生產(chǎn)力研究結(jié)果見表1。

表1我國亞熱帶不同類型人工林的凈生產(chǎn)力

Table 1Net productivities of different types of forest plantations in subtropical China

林型林齡/a生產(chǎn)力/(t·hm-2·a-1)觀測地點文獻榿柏混交林1812.79四川鹽亭[16]71杉木林218.44湖南會同[17]柏木林304.14四川梓潼[18]馬尾松林205.03湖南會同[19]

四川省的5個農(nóng)業(yè)大區(qū)中,盆西平原大區(qū)和盆地丘陵大區(qū)的植被類型較為復(fù)雜,其森林植被的凈生產(chǎn)力數(shù)值取方精云等[15]、王金錫等[16]71和楊韌等[18]研究成果的平均值10.476 6 t·hm-2·a-1;盆周山地大區(qū)的植被類型以榿柏混交林和馬尾松林為主,森林植被凈生產(chǎn)力取王金錫等[16]71和馮宗煒等[19]研究成果的平均值8.91 t·hm-2·a-1;川西南山地大區(qū)的森林植被凈生產(chǎn)力取方精云等[15]與馮宗煒等[19]測定的平均值9.765 t·hm-2·a-1;川西北高山/高原大區(qū)的植被類型以亞高山針葉林為主,其凈生產(chǎn)力取方精云等[15]和馮宗煒等[17]測定的平均值10.145 t·hm-2·a-1。

1.2.2因改變糞便管理方式產(chǎn)生的減排量估算

通過概化徐琬瑩等[11]的核算方法,戶用沼氣池投產(chǎn)后,因改變糞便管理方式減少的CH4排放量計算公式為

FP=FE,CH4-FP,CH4,

(3)

(4)

FP,CH4=PCH4×DCH4×FAD×B0×SG×

365×N,

(5)

(6)

式(3)～(6)中,FP為每個戶用沼氣池減少的CH4排放量,t·a-1;FE，CH4為戶均甲烷排放量,t·a-1;FP，CH4為因沼氣池泄漏產(chǎn)生的甲烷排放量,t·a-1;SG為每頭豬每天產(chǎn)生的揮發(fā)性固體,kg·d-1;D為生豬平均生長期,d;B0為豬排泄物厭氧發(fā)酵的最大潛力,取0.31 m3·kg-1[20];DCH4為1個大氣壓和20 ℃條件下甲烷密度,取0.000 67 t·m-3;FMC為甲烷轉(zhuǎn)化因子,%,依據(jù)各縣/區(qū)多年平均氣溫取值[21];S為各縣/區(qū)利用糞坑處理糞便的比例,%;PCH4為甲烷增溫潛勢,取全球統(tǒng)一默認值21;N為各縣/區(qū)沼氣戶飼養(yǎng)生豬的平均數(shù)量,頭;FAD為沼氣池的泄漏因子,按IPCC 2006國際統(tǒng)一的默認值,取0.10;365為1 a的總天數(shù),按365 d計;EG為生豬每日攝取的能量,取68.8 MJ·d-1;DE為消化率,取平均值85%;EU為尿中能量,取0.02 MJ·d-1;HA為排泄物灰分的質(zhì)量分數(shù),取0.27[22]。四川省各農(nóng)業(yè)大區(qū)因改變糞便管理方式產(chǎn)生的減排量估算參數(shù)見表2。

表2四川省各農(nóng)業(yè)大區(qū)因改變糞便管理方式產(chǎn)生的減排量估算參數(shù)

Table 2Parameters used for estimating carbon emission reduction as a result of alteration of livestock manure management in each agricultural area of Sichuan Province

農(nóng)業(yè)大區(qū)年均氣溫/℃甲烷轉(zhuǎn)化因子FMC1)/%戶均養(yǎng)豬量N/頭平均生長期D/d沼氣池數(shù)量2)/萬口Ⅰ18.635.21.5270114.0Ⅱ18.935.92.6270348.9Ⅲ18.234.03.036566.9Ⅳ18.233.24.536538.6Ⅴ9.518.82.73656.3

Ⅰ為盆西平原大區(qū),Ⅱ為盆地丘陵大區(qū),Ⅲ為盆周山地大區(qū),Ⅳ為川西南山地大區(qū),Ⅴ為川西北高山、高原大區(qū)。1)該農(nóng)業(yè)大區(qū)內(nèi)各區(qū)縣FMC平均值;2)截至2013年底數(shù)據(jù)。

1.2.3因改變農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的減排量估算

戶用沼氣替代煤炭、薪柴和秸稈燃燒產(chǎn)生的減排量,扣除沼氣自身燃燒產(chǎn)生的排放量,即為沼氣池因改變農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的減排量。依據(jù)王革華[23]提出的關(guān)于能源燃燒的CO2排放計算方法進行估算。

RE=CC+CS+CW-CB,

(7)

=1.487C,

(8)

(9)

(10)

(11)

式(7)～(11)中,RE為每口沼氣池因改變農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)減少的CO2排放量,t·a-1;CC、CS、CW、CB分別為燃燒民用煤、秸稈、薪柴和沼氣產(chǎn)生的CO2年排放量,t·a-1;C、S、W分別為沼氣替代民用煤、秸稈、薪柴的使用量,t·a-1;B為沼氣年燃燒量,萬m3·a-1;0.020 9、0.209分別為民用煤、沼氣的熱值,TJ·t-1或TJ·(萬m3)-1;40%、45%分別為秸稈、薪柴的含碳系數(shù),80%、85%、87%分別為民用煤、秸稈、薪柴的碳氧化率;24.26、15.3分別為民用煤、沼氣的碳排放系數(shù),t·TJ-1;44/12為林地固碳量折算CO2系數(shù)。根據(jù)農(nóng)戶調(diào)查結(jié)果,各農(nóng)業(yè)大區(qū)的沼氣池戶均每年替代民用煤、薪柴和秸稈的使用量見表3。

表3四川省各農(nóng)業(yè)大區(qū)沼氣池對常規(guī)能源的替代量

Table 3Substitution of conventional energy by biogas in each agricultural area of Sichuan Province

農(nóng)業(yè)大區(qū)薪柴/(kg·a-1)秸稈/(kg·a-1)煤炭/(kg·a-1)產(chǎn)氣量/(m3·a-1)Ⅰ230375640352Ⅱ325380400348Ⅲ550425240337Ⅳ[24]156634640380Ⅴ500325330287

Ⅰ為盆西平原大區(qū),Ⅱ為盆地丘陵大區(qū),Ⅲ為盆周山地大區(qū),Ⅳ為川西南山地大區(qū),Ⅴ為川西北高山、高原大區(qū)。

1.2.4戶用沼氣池的總減排能力估算

戶用沼氣池的溫室氣體總減排能力即為因保護林地產(chǎn)生的固碳量、因改變糞便管理方式產(chǎn)生的甲烷減排量與因改變能源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的減排量之和。

RS=GZ×44/12×FP+RE。

(12)

式(12)中,RS為每口沼氣池的溫室氣體減排量,以CO2當量計,t·a-1;GZ為植被固碳量,t·a-1。

2結(jié)果與分析

2.1戶用沼氣池的空間分布特征

截至2013年底,四川省正常運行的農(nóng)村戶用沼氣池共計574.7萬口,年總產(chǎn)氣量20.4億m3,集中供氣7.5萬戶。從戶用沼氣池的空間分布看,各農(nóng)業(yè)大區(qū)的發(fā)展水平極不均衡。Ⅱ區(qū)的戶用沼氣池數(shù)量和產(chǎn)氣量所占比例最大,分別占全省總量的60.7%和62.2%;Ⅰ區(qū)次之,分別占全省的19.8%和16.4%;V區(qū)沼氣池數(shù)量和產(chǎn)氣量最少,僅占全省的1.1%和0.6%(圖2)。從近3 a的戶用沼氣推廣率(即戶用沼氣池占區(qū)內(nèi)農(nóng)戶總數(shù)比例)看,Ⅳ區(qū)沼氣推廣率最高,平均達49.3%;Ⅰ區(qū)次之,平均為40.3%;Ⅱ區(qū)最低,平均為28.5%。

Ⅰ—盆西平原大區(qū)；Ⅱ—盆地丘陵大區(qū)；Ⅲ—盆周山地大區(qū)；Ⅳ—川西南山地大區(qū)；Ⅴ—川西北高山、高原大區(qū)。

研究表明,戶用沼氣池的區(qū)域適宜性主要受氣候條件、能源狀況和社會經(jīng)濟等因素影響[25],其中農(nóng)業(yè)氣候條件是影響高寒地區(qū)沼氣產(chǎn)氣率的決定性因素[26]。Ⅱ區(qū)的光熱條件相對充足,能源資源匱乏,國家政策較早在該區(qū)落實,加之其農(nóng)戶基數(shù)大,使之成為沼氣池數(shù)量最多但沼氣推廣率最低的農(nóng)業(yè)大區(qū)。Ⅳ區(qū)的沼氣池產(chǎn)氣條件優(yōu)良,戶用沼氣項目推廣起步早,雖然沼氣池的絕對數(shù)量不大，但沼氣推廣率最高。V區(qū)年均氣溫低,薪柴等常規(guī)能源資源豐富,地廣人稀,大部分地區(qū)不適宜開發(fā)沼氣項目,導(dǎo)致其沼氣池的絕對數(shù)量和沼氣推廣率均低。

2.2戶均減排能力及其空間差異

薪柴和秸稈是西南山區(qū)農(nóng)戶利用最廣泛的農(nóng)村能源,高山地區(qū)的農(nóng)戶人均薪柴消費比例高達68.55%[27],戶用沼氣的投入明顯降低了農(nóng)戶薪柴使用量,對保護森林資源具有不可忽視的重要作用。全省戶用沼氣池戶均保護林地面積0.06 hm2·a-1,其中Ⅲ和Ⅴ區(qū)戶用沼氣池保護林地的能力突出,每年戶均保護林地面積達0.1 hm2左右。全省戶用沼氣池的戶均凈減排能力范圍為2.21～3.21 t·a-1,平均凈減排能力為2.69 t·a-1,其減排效益主要源于因改變能源結(jié)構(gòu)和保護林地產(chǎn)生的間接減排,達2.74 t·a-1,是直接減排能力(0.53 t·a-1)的5.2倍。沼氣池因沼氣泄漏和自身燃燒產(chǎn)生的碳排放量為0.59 t·a-1,遠低于碳減排量,減排效益良好。

不同農(nóng)業(yè)大區(qū)的戶均減排效益差異較大。按照減排量貢獻大小可將全省的戶用沼氣池劃分為2種減排效益模式,即保護林地減排型和改變能源結(jié)構(gòu)減排型。Ⅲ和Ⅴ區(qū)的傳統(tǒng)能源以薪柴為主,沼氣池對保護林地的效益顯著,戶均保護林地面積0.1 hm2左右,是Ⅰ區(qū)的2.5倍,Ⅳ區(qū)的3.3倍;因保護林地產(chǎn)生的固碳量達1.5 t·a-1,占區(qū)域凈減排效益的50%左右,屬于典型的保護林地減排型。Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ區(qū)的傳統(tǒng)能源以煤炭為主,戶用沼氣池因改變能源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的減排量占凈減排量的比例均超過60%,其減排效益屬于改變能源結(jié)構(gòu)減排型。顯然,保護林地減排型沼氣池的減排效益更高(表4)。

表4四川省各農(nóng)業(yè)大區(qū)戶用沼氣池的戶均碳減排效益

Table 4Carbon emission reduction per household biogas digester in each agricultural area of Sichuan Province

農(nóng)業(yè)大區(qū)保護林地面積/hm2保護林地固碳量/(t·a-1)糞便管理減排量/(t·a-1)改變能源結(jié)構(gòu)減排量/(t·a-1)薪柴秸稈煤炭總量沼氣泄漏量與燃燒排放量/(t·a-1)凈減排量/(t·a-1)Ⅰ0.040.720.250.330.470.951.750.512.21Ⅱ0.061.010.450.470.470.591.540.582.42Ⅲ0.101.460.660.790.530.361.680.593.21Ⅳ0.030.450.970.220.790.951.970.742.65Ⅴ0.091.510.330.720.410.491.610.512.94平均值0.061.030.530.510.530.671.710.592.69

Ⅰ為盆西平原大區(qū),Ⅱ為盆地丘陵大區(qū),Ⅲ為盆周山地大區(qū),Ⅳ為川西南山地大區(qū),Ⅴ為川西北高山、高原大區(qū)。

2.3各農(nóng)業(yè)大區(qū)碳減排效益總量

如表5所示，受戶均減排能力差異影響,各農(nóng)業(yè)大區(qū)的減排效益差距明顯。Ⅱ區(qū)戶均減排能力相對較低(2.42 t·a-1),但戶用沼氣池數(shù)量占全省的60.7%,其年均凈減碳總量達950余萬t,占全省的60.2%;Ⅰ區(qū)擁有全省19.8%的戶用沼氣池,對全省碳減排總量的貢獻僅為17.2%;Ⅲ區(qū)僅擁有全省11.6%的沼氣池數(shù)量,對全省碳減排總量的貢獻卻達15.5%。

全省戶用沼氣池每年保護林地面積33.9萬hm2,相當于2個若爾蓋濕地國家級自然保護區(qū)的面積;因保護林地產(chǎn)生的固碳量560.2萬t·a-1,是若爾蓋高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)濕地植物年均固碳量的511.4倍[28]。戶用沼氣池通過改變糞便管理方式產(chǎn)生的直接減排量416.4萬t,通過保護林地和改變能源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的間接減排量1 593.6萬t,沼氣池泄漏和因沼氣燃燒產(chǎn)生的碳排放量330.7萬t,總體減碳能力1 579.3萬t。如果按照43美元·t-1的價格全部交易[29],可實現(xiàn)6.79億美元的經(jīng)濟收益。

表5四川省各農(nóng)業(yè)大區(qū)戶用沼氣池的減排效益總量

Table 5Gross carbon emission reduction by household biogas digesters in each agricultural area of Sichuan Province

農(nóng)業(yè)大區(qū)保護林地固碳量/(104t·a-1)糞便管理減排量/(104t·a-1)改變能源結(jié)構(gòu)減排量/(104t·a-1)沼氣泄漏量及燃燒排放量/(104t·a-1)凈減排量/(104t·a-1)減排量占比/%沼氣池占比/%Ⅰ81.848.3199.558.2271.417.219.8Ⅱ353.8262.4535.7201.2950.760.260.7Ⅲ97.674.8112.139.1245.415.511.6Ⅳ17.529.076.028.993.65.96.7Ⅴ9.51.910.13.418.11.11.1全省560.2416.4933.4330.71579.3100.0100.0

Ⅰ為盆西平原大區(qū),Ⅱ為盆地丘陵大區(qū),Ⅲ為盆周山地大區(qū),Ⅳ為川西南山地大區(qū),Ⅴ為川西北高山、高原大區(qū)。

3討論與結(jié)論

農(nóng)戶調(diào)查結(jié)果表明,受新農(nóng)村建設(shè)、城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展和城鎮(zhèn)化快速推進等影響,各農(nóng)業(yè)大區(qū)的戶用沼氣項目出現(xiàn)了一些新現(xiàn)象,主要包括:(1)部分農(nóng)民(尤其是平原地區(qū)和城市郊區(qū))摒棄了傳統(tǒng)的養(yǎng)殖習(xí)慣,致使沼氣池原料供給不足,部分原料需要購買,沼氣池產(chǎn)氣能力大幅下降;(2)早期投產(chǎn)(2007年前)的沼氣池出現(xiàn)了不同程度的故障,但因缺乏維修技術(shù)人員,部分沼氣池已棄用;(3)天然氣的普及擠占了戶用沼氣池的市場,致使這些地區(qū)難以繼續(xù)推廣沼氣項目,部分已建沼氣池亦隨之棄用;(4)新農(nóng)村建設(shè)傾向于規(guī)劃村民集中居住區(qū),傳統(tǒng)的戶用沼氣池被新型的生活污水凈化沼氣池取代,并實現(xiàn)集中供氣;(5)大型養(yǎng)殖企業(yè)不再將畜禽養(yǎng)殖作為盈利的主要途徑,而是轉(zhuǎn)向發(fā)展畜禽產(chǎn)品的深加工,企業(yè)越來越傾向于將其自身的養(yǎng)殖職能分散到城郊結(jié)合部的多個小規(guī)模養(yǎng)殖散戶。這種新型企業(yè)發(fā)展模式致使其建設(shè)的大中型沼氣工程因原料短缺而處于不飽和運行狀態(tài),不能實現(xiàn)規(guī)劃的節(jié)能減排目標;而新增的小規(guī)模養(yǎng)殖散戶因缺乏政策支持,沼氣工程項目未能及時跟進,造成大量的溫室氣體泄漏。

戶用沼氣池的戶均減排效益因核算方法和區(qū)域差異等影響而有差異。劉尚余等[9]以1個3～6口之家,養(yǎng)殖3～5頭豬,容積10 m3,年產(chǎn)氣400 m3的戶用沼氣池為例,估算出的沼氣池戶均溫室氣體減排量為1.382 t·a-1。董紅敏等[3]對湖北恩施農(nóng)村戶用沼氣池項目的減排效益研究發(fā)現(xiàn),其戶均年減排能力1.43～2.0 t·a-1。徐琬瑩等[11]考慮了畜禽不同生長期的排泄量差異,核算出湖北恩施戶用沼氣池戶均減排量(以CO2計)為1.10～1.29 t·a-1。上述研究均未考慮戶用沼氣池因保護林地而產(chǎn)生的固碳量和因減少薪柴、秸稈等常規(guī)農(nóng)村能源利用而產(chǎn)生的減排量,因此核算結(jié)果偏小。筆者借鑒已有的評價方法[10-11],綜合考慮了沼氣池因保護林地和改變農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的間接減排效益、因改變畜禽糞便管理方式產(chǎn)生的直接減排效益,并扣除沼氣池泄漏量,得出四川省戶用沼氣池的戶均減排能力2.21～3.21 t·a-1,平均凈減排量2.69 t·a-1。該結(jié)果與溫曉霞等[10]在陜西省退耕區(qū)核算的結(jié)果(戶均減排2.86～3.00 t·a-1)相近。

區(qū)域尺度的農(nóng)村溫室氣體減排效益評估研究中,采取自下而上法將小尺度調(diào)研結(jié)果直接上推,盡管存在有限樣點難以反映減排效益空間變異性的缺陷,對于數(shù)據(jù)積累較少的區(qū)域而言卻不失為一種有效方法[27-28]。農(nóng)村家庭能源消費主要受當?shù)厣鐣?jīng)濟發(fā)展水平、能源可獲性、氣候條件和生活習(xí)慣等因素影響[29],不同區(qū)域的農(nóng)村能源消費結(jié)構(gòu)和消費水平各異。朱虹穎等[30]研究發(fā)現(xiàn),不同地貌類型區(qū)的農(nóng)戶生活主導(dǎo)用能類型不同,導(dǎo)致農(nóng)戶生活用能的區(qū)域排放差異非常顯著。農(nóng)業(yè)區(qū)劃綜合考慮了氣候條件、地貌特征、作物布局和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特征等因素,農(nóng)業(yè)大區(qū)內(nèi)部差異特征不明顯,但大區(qū)之間的差異顯著。因此,對于諸如省域等大尺度的溫室氣體減排能力評估工作而言,以農(nóng)業(yè)區(qū)劃結(jié)果作為評價單元,具有一定的科學(xué)依據(jù)和現(xiàn)實意義。

由于受資助項目資金逐漸減少影響,戶用沼氣池將難以在省域范圍內(nèi)持續(xù)大規(guī)模推廣,利用有限資金獲取最大的減排效益是未來亟需考慮的問題。Ⅰ和Ⅱ區(qū)戶均減排能力最弱,不宜繼續(xù)大規(guī)模投資單戶式沼氣池,建議一方面重視戶用沼氣池的維修保障體系建設(shè),另一方面重點支持小規(guī)模養(yǎng)殖散戶發(fā)展中小型沼氣工程。Ⅲ和Ⅴ區(qū)戶均減排能力最強,當前的沼氣推廣率也相對較低,因此常規(guī)的戶用沼氣項目可適當向該區(qū)域的適宜建設(shè)區(qū)傾斜,這樣不僅有助于提高全省戶用沼氣池的溫室氣體減排效益,還可以有效保護森林資源，減少水土流失。Ⅳ區(qū)仍有部分農(nóng)戶對推廣農(nóng)村節(jié)能減排措施的意愿強烈,但經(jīng)濟水平低下,建議將該區(qū)域的戶用沼氣項目納入民生工程進行補貼。

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(責任編輯： 陳昕)

Regional Characteristics of Carbon Emission Reducing Effect of Rural Household Biogas Project and Strategies for Future Development of the Project: A Case Study of Sichuan Province, China.

TIAN Cong-shan1,2, LI Ming2,3, LI Yong1,LIU Qin1,2

(1.Geoscience Institute, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China;2.Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041, China;3.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

Abstract:In order to explore regional characteristics of the greenhouse gas emission reducing effects of the rural household biogas project, Sichuan Province was cited as a case for study. Based on farmer household surveys in five major agricultural zones of the province, carbon emission reducing effect of the household biogas project in each of the five agricultural zones was figured out. Results show that a household biogas digester could reduce 2.21-3.21 t·a-1of carbon emission and 2.69 t·a-1on average over the province. The effect varied sharply with the agricultural zone and the five zones followed an order of the mountainous areas around the Sichuan Basin(3.21 t·a-1) > the high mountains and the plateau in Northwest Sichuan(2.94 t·a-1) >the mountainous area of Southwest Sichuan(2.65 t·a-1) >the hilly area of the Sichuan Basin(2.42 t·a-1) >the Chengdu Plain(2.21 t·a-1). According to contribution of the biogas digesters to carbon emission reduction, the household biogas digesters in the study area can be sorted into two categories, namely, forest protection digesters and energy structure alteration digesters, of which the former was much higher in carbon emission reducing effect. In 2013，the use of biogas digesters changing the way of domestic waste treatment reduced carbon emission directly by 4.164 million tons, and indirectly by 14.936 million tons through protecting forests and altering energy structure, while increasing carbon emission by 3.307 million tons via leakage and combustion of methane, thus, making the total reduction of carbon emission up to 15.793 million tons. Aiming at the new problems and phenomena confronted in extension of the household biogas project, it is suggested that the emphasis of the extension should lean towards the mountainous areas around the Sichuan Basin and the high mountains and plateau area of Northwest Sichuan, and as for the hilly area and the Chengdu Plain of the Sichuan Basin, more attention should be paid to construction of the maintenance support system for household biogas digesters, and extrapolation of the moderate- and small-sized biogas digester project to new small-scaled animal-rearing farmers.

Key words:household biogas digester;carbon emission reduction;regional characteristics;development strategy

收稿日期：2015-09-15

基金項目：國家自然科學(xué)基金(41401664,41371539)

中圖分類號：X37

文獻標志碼：A

文章編號：1673-4831(2016)03-0432-07

DOI：10.11934/j.issn.1673-4831.2016.03.015

作者簡介：田叢珊(1990—),女,山西臨汾人,碩士生,主要從事第四紀環(huán)境方面的研究。E-mail: shanshanlaichitcs@163.com

① 通信作者E-mail: liy@cdut.edu.cn