以沼氣技術(shù)為紐帶的循環(huán)農(nóng)業(yè)模式探析

陳明波 汪玉璋

摘要：循環(huán)農(nóng)業(yè)作為一種新的農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，是轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的重要技術(shù)創(chuàng)新。沼氣技術(shù)作為處理農(nóng)業(yè)廢棄物、發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)的紐帶，在循環(huán)農(nóng)業(yè)中發(fā)揮著核心作用。本文介紹了沼氣技術(shù)在循環(huán)農(nóng)業(yè)中的作用，總結(jié)了以沼氣技術(shù)為紐帶的循環(huán)農(nóng)業(yè)主要模式類型，分析了存在的問題并提出了發(fā)展措施，以期為更好的利用沼氣技術(shù)發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)提供參考。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)廢棄物;沼氣; 循環(huán)農(nóng)業(yè)

我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)不斷進(jìn)步，糧食及畜產(chǎn)品產(chǎn)量逐年提高，產(chǎn)出的農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便等農(nóng)業(yè)廢棄物也越來越多，許多農(nóng)業(yè)廢棄物沒有得到很好的利用，不僅浪費(fèi)了資源，而且污染了環(huán)境，影響了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。按照循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念與生態(tài)學(xué)原理發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物變廢為寶，不僅對促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)融合，優(yōu)化農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境意義重大，而且對改善農(nóng)村用能結(jié)構(gòu)、提高耕地質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展意義重大。本文總結(jié)了以沼氣技術(shù)為紐帶的循環(huán)農(nóng)業(yè)主要模式類型，分析了存在的問題并提出了發(fā)展措施，以期為更好的利用沼氣技術(shù)發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)提供參考。

1農(nóng)業(yè)廢棄物利用現(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)廢棄物主要包括植物類廢棄物、動物類廢棄物、加工類廢棄物和農(nóng)村城鎮(zhèn)生活垃圾等4大類，通常農(nóng)業(yè)廢棄物主要指農(nóng)作物秸稈和畜禽糞便[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國每年作物秸稈理論資源量約10.4億t，可收集資源量約9億t，利用量約7.2億t，秸稈綜合利用率達(dá)80.1%，還有約20%的秸稈未實(shí)現(xiàn)綜合利用[2]，既浪費(fèi)了資源，又污染了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。近年來，在中央標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)模養(yǎng)殖等扶持政策的推動下，我國畜牧業(yè)快速發(fā)展，養(yǎng)殖規(guī)模、數(shù)量持續(xù)增長，規(guī)?；?、集約化程度不斷提高，極大豐富了消費(fèi)市場。與此同時(shí)畜禽糞污的產(chǎn)生量也在逐年增加，根據(jù)《中國畜牧業(yè)年鑒》提供的有關(guān)數(shù)據(jù)，2017年我國每年畜禽糞污排放總量約38億t，真正被還田消納利用的不到60%，有近14%的糞污排入水體和土壤，對生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染[3]。因此，農(nóng)業(yè)廢棄物污染問題已成為影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的突出問題。

2沼氣技術(shù)在循環(huán)農(nóng)業(yè)中的作用

沼氣技術(shù)主要是利用厭氧細(xì)菌的分解作用，經(jīng)水解、酸化、乙酸化和產(chǎn)甲烷等階段[4]，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼氣和二氧化碳，發(fā)酵產(chǎn)物沼液沼渣作為優(yōu)良的有機(jī)肥料用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。作為處理農(nóng)業(yè)廢棄物的一種有效方法，沼氣技術(shù)集環(huán)保、能源、資源再利用于一體，在循環(huán)農(nóng)業(yè)中發(fā)揮著核心紐帶作用。

2.1生產(chǎn)清潔能源，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物變廢為寶

沼氣厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣是一種清潔能源，其主要成分甲烷是一種理想的氣體燃料，它無色無味，純甲烷的發(fā)熱量為 34000kJ/m3，沼氣的發(fā)熱量約為20800～23600kJ/m3。作為一種可再生能源，沼氣在農(nóng)村可作為炊事用能，也可用于發(fā)電、燒鍋爐等。沼液、沼渣中富含作物生長所必需的氮磷鉀等營養(yǎng)元素，且病菌、蟲卵大部分被殺死，是優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料，可用作基肥、追肥、葉面肥和浸種，可以起到改良土壤，節(jié)省化肥，提高作物產(chǎn)量、品質(zhì)和抗病能力的作用[5]，是生產(chǎn)無公害食品、綠色食品、有機(jī)食品的重要肥料來源之一。

2.2改善農(nóng)村人居環(huán)境及農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境

長期以來，農(nóng)村地區(qū)隨處可見的簡易廁所及養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的大量畜禽糞便由于得不到及時(shí)處理，是造成農(nóng)村衛(wèi)生狀況臟、亂、差的主要根源。沼氣池的建設(shè)和綜合利用，給解決這個(gè)問題提供了十分有利、有效的途徑。人畜糞便經(jīng)沼氣池厭氧發(fā)酵處理后，殺滅了各種蟲卵病菌，降低了COD含量，極大地改善了農(nóng)村衛(wèi)生條件和居住環(huán)境。同時(shí)利用沼氣這一潔凈能源，減少了農(nóng)村有害氣體排放，起到了保護(hù)大氣環(huán)境的作用。另外，沼液、沼渣的合理利用，減少化肥及農(nóng)藥的使用，降低了農(nóng)藥及化肥對土壤和農(nóng)村水環(huán)境的污染。

2.3延伸產(chǎn)業(yè)鏈條

作為連接循環(huán)農(nóng)業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)的紐帶，農(nóng)業(yè)廢棄物經(jīng)沼氣技術(shù)處理后實(shí)現(xiàn)了變廢為寶，通過“三沼”綜合利用，延長了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條，形成了“豬—沼―糧、果、茶、菜”等各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。通過以沼氣為紐帶的區(qū)域大循環(huán)，串聯(lián)起了種植、養(yǎng)殖、加工、銷售一體化經(jīng)營產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)了一二三產(chǎn)業(yè)融合對接，提高了資源的再利用率，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入，為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、農(nóng)民增收、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)節(jié)本增效提供了有效的途徑。

3以沼氣技術(shù)為紐帶的循環(huán)農(nóng)業(yè)模式類型

3.1家庭養(yǎng)殖——戶用沼氣——家庭種植模式

該模式又稱庭院模式，以家庭養(yǎng)殖戶為單元，通過建設(shè)戶用沼氣池，家庭所產(chǎn)人畜糞便單獨(dú)或與農(nóng)作物秸稈混合后投入沼氣發(fā)酵池厭氧發(fā)酵，所產(chǎn)沼氣用作農(nóng)戶生活用能，沼液、沼渣作為有機(jī)肥施入農(nóng)田，農(nóng)田所產(chǎn)秸稈可再次進(jìn)入此系統(tǒng)中循環(huán)利用，形成循環(huán)農(nóng)業(yè)微循環(huán)利用模式。具調(diào)查，養(yǎng)殖3～5頭豬的家庭，配套建設(shè)池容8m3的戶用沼氣池，年產(chǎn)沼氣400m3左右[6]，可基本解決家庭每年10個(gè)月以上生活用能，生產(chǎn)的沼液、沼渣能解決0.13～0.2hm2農(nóng)作物的用肥需求。

3.2小型養(yǎng)殖場——沼氣工程——種植業(yè)模式

該模式適合于小規(guī)模的養(yǎng)殖場，配套建設(shè)小型沼氣工程，養(yǎng)殖場所產(chǎn)糞污投入沼氣發(fā)酵池厭氧發(fā)酵，所產(chǎn)沼氣用于養(yǎng)殖場生產(chǎn)、生活用能或?yàn)楦浇r(nóng)戶提供清潔能源，生產(chǎn)的沼渣用于養(yǎng)殖場自有農(nóng)田或?yàn)橹苓叿N植戶提供基肥，生產(chǎn)的沼液用于農(nóng)田灌溉。

3.3農(nóng)作物秸稈——沼氣工程——種植業(yè)模式

該模式通常以周邊秸稈資源豐富的村委會或農(nóng)業(yè)企業(yè)為單元，通過秸稈預(yù)處理站對秸稈進(jìn)行預(yù)處理，處理后的秸稈投入沼氣池厭氧發(fā)酵，所產(chǎn)沼氣用于農(nóng)村集中供氣，沼液、沼渣作為有機(jī)肥施入農(nóng)田，提供農(nóng)作物生長所需養(yǎng)分，所產(chǎn)農(nóng)作物秸稈再次進(jìn)入此系統(tǒng)之中，實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)成分不斷在作物與土壤間循環(huán)流動。

3.4大型養(yǎng)殖場——沼氣工程——有機(jī)肥——種植業(yè)模式

該模式適合規(guī)模較大的養(yǎng)殖場，通過建設(shè)大型沼氣工程，配套有機(jī)肥廠、污水處理設(shè)施。養(yǎng)殖場采取干清糞工藝，干糞用于商品化有機(jī)肥加工，沖洗水進(jìn)入沼氣工程進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理，工程所產(chǎn)沼氣用于場圈舍保暖、發(fā)電或?yàn)橹苓呣r(nóng)戶供氣等，生產(chǎn)的沼渣用于商品化有機(jī)肥加工，沼液用于養(yǎng)殖場周邊的規(guī)?；N植企業(yè)，未用完的沼液異地消納或通過污水處理設(shè)施深度處理后達(dá)標(biāo)排放。

3.5區(qū)域整體大循環(huán)模式

該模式一般以縣域?yàn)橐粋€(gè)單元，通過合理的生態(tài)設(shè)計(jì)，構(gòu)建種植、養(yǎng)殖、加工、銷售一體化經(jīng)營產(chǎn)業(yè)鏈，形成一二三產(chǎn)業(yè)融合大循環(huán)利用模式。該模式以特大型沼氣工程、有機(jī)肥廠為紐帶，生產(chǎn)的沼氣發(fā)電并入電網(wǎng)或經(jīng)提純凈化后進(jìn)入天然氣管網(wǎng)用于工業(yè)生產(chǎn)和城鎮(zhèn)居民用氣，生產(chǎn)的沼渣沼液為作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)肥料。

4沼氣技術(shù)在循環(huán)農(nóng)業(yè)應(yīng)用中存在的問題

4.1種養(yǎng)失衡，沼液、沼渣難以就近還田利用

在國家政策的支持下，近年來規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展，導(dǎo)致種植業(yè)規(guī)模與養(yǎng)殖規(guī)模不相適應(yīng)，許多養(yǎng)殖場周邊沒有規(guī)?；姆N植業(yè)農(nóng)場來消納產(chǎn)生的大量沼肥，而分散經(jīng)營的農(nóng)戶利用量有限，致使規(guī)模養(yǎng)殖場沼肥很難實(shí)現(xiàn)農(nóng)田完全消納。加之部分養(yǎng)殖場規(guī)劃不合理，周圍缺乏配套的農(nóng)田，異地消納成本較高，更加劇了沼肥還田的難度。

4.2沼液、沼渣的安全使用問題

為提高飼料效果，飼料生產(chǎn)廠家常在飼料中添加大量含有銅、鋅、鐵、砷等微量元素的添加劑，同時(shí)一些養(yǎng)殖場養(yǎng)殖過程中過量使用抗生素，導(dǎo)致沼液沼渣中時(shí)常存在重金屬、抗生素超標(biāo)問題[7-9]。沼液沼渣中重金屬、抗生素的存在勢必影響沼肥的質(zhì)量，農(nóng)田長期大量施用后，會導(dǎo)致土壤耕層中有害物質(zhì)累積，存在污染農(nóng)產(chǎn)品和生態(tài)環(huán)境的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

4.3沼氣工程裝備、沼氣提純凈化等配套技術(shù)尚需完善

在過去很長一段時(shí)間內(nèi)，我國對沼氣工程的研究重點(diǎn)都圍繞在沼氣發(fā)酵技術(shù)上，忽略了對沼氣工程裝備技術(shù)的研究和開發(fā)，目前市場上的沼氣工程裝備自動化程度低，裝備沒有統(tǒng)一的規(guī)格，距離形成產(chǎn)業(yè)化還有較大差距[10]。另外目前我國沼氣的提純、凈化，沼液沼渣的深度處理、合理使用等技術(shù)還需進(jìn)一步完善[11]。

5對策與措施

5.1堅(jiān)持生態(tài)循環(huán)理念，科學(xué)規(guī)劃種養(yǎng)業(yè)

科學(xué)的農(nóng)業(yè)規(guī)劃布局是發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)，在整體思路上，應(yīng)堅(jiān)持生態(tài)循環(huán)的理念，遵循因地制宜、農(nóng)牧結(jié)合、種養(yǎng)平衡的原則，以種定養(yǎng)，科學(xué)布局和合理規(guī)劃養(yǎng)殖業(yè)。鼓勵通過土地流轉(zhuǎn)等方式擴(kuò)大種植業(yè)規(guī)?；潭龋瑸檎臃蚀笠?guī)模利用提供種植業(yè)基礎(chǔ)。

5.2加強(qiáng)沼氣技術(shù)薄弱環(huán)節(jié)研發(fā)力度

沼氣技術(shù)是發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)的重要紐帶，針對存在的問題，在沼氣工程裝備方面應(yīng)進(jìn)一步提高原料預(yù)處理、沼氣發(fā)酵、氣體凈化、產(chǎn)品利用等環(huán)節(jié)裝備設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、成套化水平，進(jìn)一步提高沼氣工程裝備自動化水平，降低運(yùn)行成本。在“三沼”綜合利用方面進(jìn)一步加強(qiáng)沼渣沼液中有害物質(zhì)監(jiān)測、去除等方面研究，制定沼渣沼液農(nóng)田施用規(guī)范。

5.3實(shí)施政策傾斜，加大財(cái)政投入

循環(huán)農(nóng)業(yè)是轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的一種技術(shù)和模式創(chuàng)新， 短期內(nèi)可能經(jīng)濟(jì)效益不明顯。為做好推廣工作，政府應(yīng)給予一定的政策傾斜，通過制訂相應(yīng)的財(cái)稅鼓勵政策、設(shè)立循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展基金等形式予以支持;同時(shí)加大對循環(huán)農(nóng)業(yè)核心環(huán)節(jié)如農(nóng)村沼氣、養(yǎng)殖場標(biāo)準(zhǔn)化改造、測土配方施肥等支持力度，促使農(nóng)業(yè)主體自覺采用循環(huán)農(nóng)業(yè)模式開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

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