農(nóng)業(yè)有機廢棄物能源化資源環(huán)境效應(yīng)評估

郗偉東 武曉藝

摘要：

根據(jù)能值理論建立農(nóng)業(yè)資源環(huán)境效應(yīng)評估模型，并對漣水縣高溝鎮(zhèn)進行實證分析。結(jié)果表明，農(nóng)業(yè)有機廢棄物能源化具有較高資源環(huán)境正效應(yīng)和較高代際正效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：

農(nóng)業(yè)有機廢棄物能源化;資源環(huán)境效應(yīng);能值

中圖分類號：S216

文獻標識碼：A

DOI：1019754/jnyyjs20200630035

前言

我國自20世紀80年代初就已經(jīng)全面進入化學農(nóng)業(yè)模式。化學農(nóng)業(yè)又稱能源農(nóng)業(yè)，或稱石油農(nóng)業(yè)，即越來越依靠以礦物能源（特別是石油能源）為基礎(chǔ)的技術(shù)和產(chǎn)品來管理農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的趨勢。1982年我國平均每公頃農(nóng)作物播種面積所用的氮肥量已比美國1975年的用量高22%，農(nóng)藥和除草劑的平均用量也已接近美國用量的2倍，每公頃農(nóng)作物播種面積實際消耗的礦物能源總量比美國1975年高17%，按生產(chǎn)每千焦糧食所實際消耗的工業(yè)能源計，則比美國1975年還高24%[1]。目前，我國以僅占世界耕地面積7%的耕地，消費了將近世界1/3的肥料，單位面積用量約為世界平均水平的37倍[2]，導致了日益嚴重的農(nóng)業(yè)面源污染問題。如2014年，除黑龍江、西藏、青海外，其余地區(qū)均存在不同程度的化肥面源污染，其中重度污染以上就包括北京、海南、陜西、福建、廣東、河南、天津、廣西、新疆、湖北、山東、江蘇、吉林等13個地區(qū)，中度污染包括浙江、河北、安徽、遼寧、山西、寧夏、云南、內(nèi)蒙古等8個地區(qū)，中重度以上地區(qū)超過2/3[3]。近年來，雖然我國出臺了一系列化肥農(nóng)藥減量化、降低分散化畜禽養(yǎng)殖規(guī)模等政策，但化學投入品居高不下，農(nóng)業(yè)面源污染問題依然突出。因此，通過農(nóng)業(yè)有機廢棄物（簡稱農(nóng)廢）能源化與生態(tài)化（簡稱能源化）降低農(nóng)業(yè)面源污染水平具有重要意義。

1農(nóng)廢能源化的資源與環(huán)境效應(yīng)

作為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動衍生出大量生物質(zhì)廢棄物資源，農(nóng)村生物質(zhì)資源具有資源量大、再生性強等特征，具備較高的開發(fā)潛力[4]。其通過能源化可以轉(zhuǎn)化為綠色“氣、電、肥”等產(chǎn)品，從而代替較大比例的化肥、農(nóng)藥等化學農(nóng)業(yè)投入品，以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)村生活所需不可更新的化石能源（及其轉(zhuǎn)化而來的二次能源）。從可持續(xù)發(fā)展角度看，農(nóng)廢能源化產(chǎn)生的要素替代不僅具有較高的資源效應(yīng)，而且也具有較高的生態(tài)效應(yīng)。在資源效應(yīng)方面，農(nóng)廢能源化產(chǎn)品可以替代較大比例的化肥、農(nóng)藥、戶用化石能源（農(nóng)戶生活與生產(chǎn)所需的煤炭、電力）等，進而降低用于生產(chǎn)化肥、農(nóng)藥、電力等所需的一次化石能源;在環(huán)境效應(yīng)方面，農(nóng)廢能源化生產(chǎn)出來的沼渣、沼液是具有較好生態(tài)效應(yīng)的有機肥，其通過替代降低化肥農(nóng)藥對土壤、水資源和空氣的污染，改善農(nóng)業(yè)與農(nóng)村環(huán)境、提升居民健康水平。

2農(nóng)廢能源化資源環(huán)境效應(yīng)評估方法

以往評估人類經(jīng)濟活動對資源環(huán)境的影響主要采取價值評估方法。但該方法存在2個難以避免的缺陷：對不同形態(tài)的投入和產(chǎn)出缺乏統(tǒng)一的價值折算標準，使價值評估難以客觀真實反映評估對象的外部性;難以科學估算不可更新資源與生態(tài)環(huán)境的損失。而能值理論則認為，人類的任何行為及行為對象都可以利用太陽能值表征，進而可以對不同度量因素進行加總，從而有效避免價值評估方法的缺陷。

能值理論是美國著名生態(tài)學家奧德姆（H.T.Odum）在熱力學定律、最大功率原則和能量等級原理基礎(chǔ)上創(chuàng)立的以能量為核心的系統(tǒng)分析方法，其以能值作為基準，把不同種類、不可比較的能量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標準來進行比較，進而從一個更為系統(tǒng)化的角度給出了可持續(xù)發(fā)展水平的衡量標準[5]。本文在外部性理論框架下根據(jù)能值理論建立了農(nóng)廢能源化資源環(huán)境效應(yīng)評價模型。

21化學農(nóng)業(yè)資源環(huán)境效應(yīng)評估模型

我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的核心目標是確保糧食穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，因此化學農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式資源環(huán)境效應(yīng)評估是建立在這一核心目標基礎(chǔ)之上，其評估模型如式（1）所示。該模型描述了在確保糧食安全目標條件下化學農(nóng)業(yè)的資源環(huán)境負效應(yīng)水平。

NH=-（NHZ+NHH+NHJ）s.t.LS（NH）LS0（1）

式中，Ni按下式計算：

ΔHi=Wi·wi·Bi·zi（2）

式中，NHZ、NHH、NHJ、NH分別為化學農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動產(chǎn)生的熱耗失所導致資源負效應(yīng)、環(huán)境負效應(yīng)、人類健康負效應(yīng)和總效應(yīng)，NH為化學投入品數(shù)量，這些指標均以能值表征（單位為sej）;LS、LS0分別為糧食實際產(chǎn)量和目標產(chǎn)量;Wi、wi、Bi、zi分別為第i種化學投入品的投入數(shù)量、生產(chǎn)過程中的耗散率、作用對象邊界和治理單耗。

22農(nóng)廢能源化資源環(huán)境效應(yīng)評估模型

農(nóng)廢能源化開發(fā)利用的目標是在確保糧食穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)條件下優(yōu)化農(nóng)業(yè)生態(tài)與改善農(nóng)村環(huán)境同時，降低不可更新資源的消耗、減化學農(nóng)業(yè)面源污染，進而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。故農(nóng)廢能源化資源環(huán)境效應(yīng)評估模型如式（3）所示。

分別為以能值表征的農(nóng)廢能源化產(chǎn)品替代化學投入帶來的資源正效應(yīng)、環(huán)境正效應(yīng)、人類健康正效應(yīng)和總效應(yīng)，NFFNX為農(nóng)廢能源化系統(tǒng)投入能值，N′H、NF、N0分別為以能值表征的化學投入品數(shù)量、農(nóng)廢能源化產(chǎn)品數(shù)量和農(nóng)廢資源可利用量，其它與式（1）相同。

在模型（3）中，約束條件分別表明了化肥與有機肥組合使用確保糧食穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)、農(nóng)廢能源化資源數(shù)量不超過可利用量、化肥與有機肥組合需要達到化學農(nóng)業(yè)模式下糧食產(chǎn)量同等效果。

3漣水縣高溝鎮(zhèn)農(nóng)廢能源化的資源環(huán)境效應(yīng)分析

31漣水縣高溝鎮(zhèn)農(nóng)廢產(chǎn)量

本文選擇江蘇省漣水縣高溝鎮(zhèn)為實證分析對象，相關(guān)數(shù)據(jù)來源于《漣水統(tǒng)計年鑒》與《淮安統(tǒng)計年鑒》，其中各類農(nóng)廢數(shù)量按可收集系數(shù)換算得出。數(shù)據(jù)資料整理如表1。

32漣水縣高溝鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)資源環(huán)境效應(yīng)分析

321能值轉(zhuǎn)換參數(shù)

本文農(nóng)廢能源化資源環(huán)境效應(yīng)計算所需參數(shù)如表2所示。

322高溝鎮(zhèn)現(xiàn)行農(nóng)業(yè)資源環(huán)境負效應(yīng)

由表1可以看出高溝鎮(zhèn)屬于化學農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。根據(jù)表1、表2和模型（1）計算出高溝鎮(zhèn)現(xiàn)行農(nóng)業(yè)資源環(huán)境負效應(yīng)如表3所示。

由表3可以看出，高溝鎮(zhèn)化學農(nóng)業(yè)帶來的資源負效應(yīng)與環(huán)境負效應(yīng)非常明顯，僅化肥農(nóng)藥導致的資源負效應(yīng)與環(huán)境負效應(yīng)每年分別約合標煤785811tce、1618352tce;同時，化學污染與畜禽糞便污染導致的環(huán)境負效應(yīng)更為明顯，其相當于標煤2935865tce。而資源存量的減少導致的代際負效應(yīng)相當于標煤878072tce，農(nóng)業(yè)面源污染致使環(huán)境遭受破壞導致的代內(nèi)負效應(yīng)相當于標煤3596843tce。

323農(nóng)廢能源化資源環(huán)境效應(yīng)

根據(jù)高溝鎮(zhèn)農(nóng)廢可利用量、經(jīng)濟收集半徑和評估模型（3），本文將該鎮(zhèn)農(nóng)廢能源化模式設(shè)定為：

A根據(jù)60%有機肥加40%化肥搭配比例[6]，全鎮(zhèn)依托畜禽養(yǎng)殖場布局10套分布式“電、熱、肥”聯(lián)產(chǎn)發(fā)電項目，熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電裝機總規(guī)模為10×430kW，年轉(zhuǎn)化秸稈313×104t，占全部秸稈產(chǎn)量比例為335%、畜禽糞便為484×104t，占全部畜禽糞便比例為694%。

B農(nóng)廢能源化生產(chǎn)的電、熱、肥全部就地消納，其中電、熱直接用于本地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)民生活，有機肥替代化肥農(nóng)藥用于本地生態(tài)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

在上述條件下，高溝鎮(zhèn)農(nóng)廢能源化資源環(huán)境效應(yīng)計算結(jié)果如表4所示。

農(nóng)廢能源化資源正效應(yīng)。由表4可以看出，高溝鎮(zhèn)農(nóng)廢能源化資源正效應(yīng)為217×1019sej，相當于每年節(jié)約185×104tce。其中有機肥替代化肥能值為80×1018sej，相當于每年節(jié)省約標煤682482tce。

農(nóng)廢能源化生態(tài)正效應(yīng)。該鎮(zhèn)農(nóng)廢能源化環(huán)境正效應(yīng)為377×1019sej，相當于每年節(jié)約322×104tce。其中恢復生物多樣性和改善水質(zhì)分別為114×1019sej、130×1019sej，兩項合計相當于節(jié)約標煤208×104tce。

代際效應(yīng)。從代際公平角度看，該鎮(zhèn)農(nóng)廢能源化代際負效應(yīng)、代際正效應(yīng)、代內(nèi)正效應(yīng)分別為146×1019sej、331×1019sej、263×1019sej，分別相當于標煤125×104tce、282×104tce、225×104tce。

因此，綜合而言，扣除農(nóng)廢能源化系統(tǒng)投入的不可更新資源，高溝鎮(zhèn)實施農(nóng)廢能源化資源環(huán)境效應(yīng)凈效應(yīng)為448×1019sej，相當于每年節(jié)約382×104tce。

對比表4和表3可以看出，高溝鎮(zhèn)農(nóng)廢能源化可以減少該鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)負效應(yīng)達7723%。如果僅考慮化肥農(nóng)藥的影響，則可減少該鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)負效應(yīng)達8549%;而在恢復生物多樣性與水質(zhì)改善方面，農(nóng)廢能源化恢復生物多樣性能力達到60%，改善水質(zhì)能力達6033%。

4結(jié)論與政策啟示

41結(jié)論

實證分析表明，僅高溝鎮(zhèn)的農(nóng)廢能源化的資源環(huán)境正效應(yīng)非常顯著。推而廣之，在全國農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)面向農(nóng)村推廣分布式農(nóng)廢能源化模式不僅可以大幅度減少化學農(nóng)業(yè)導致的面源污染，而且可以降低化石能源等不可更新資源的消耗速度，從而提升代際公平。

42政策啟示

完善面向農(nóng)村的農(nóng)廢能源化政策體系，將分布式能源產(chǎn)業(yè)政策、生態(tài)農(nóng)業(yè)政策、節(jié)能減排政策有效結(jié)合。積極培育農(nóng)廢能源化市場、完善相關(guān)公共服務(wù)體系，使農(nóng)業(yè)農(nóng)村農(nóng)民融入農(nóng)廢能源化產(chǎn)業(yè)過程。在制度層面上，建立面向農(nóng)業(yè)生態(tài)需求的社會反哺農(nóng)業(yè)機制，使社會資本與技術(shù)、農(nóng)村資本、農(nóng)業(yè)勞動力、農(nóng)廢資源形成有效配置的同時，確保三農(nóng)利益。

參考文獻

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（責任編輯周康）