規(guī)?；託夤こ贪l(fā)展現(xiàn)狀及對策-以洛陽市新安縣爛柯山秸稈沼氣工程為例

尹冬雪， 劉小黨

（1. 河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院，河南 洛陽 471003；2. 洛陽市新安縣爛柯山農(nóng)業(yè)種植專業(yè)合作社，河南 洛陽 471800）

0 引言

鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略是新時(shí)期解決農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民問題的行動(dòng)指南。生態(tài)宜居是鄉(xiāng)村振興的關(guān)鍵抓手。改善農(nóng)村人居環(huán)境，綜合治理農(nóng)村生產(chǎn)、生活垃圾對生態(tài)宜居至關(guān)重要?！度珖r(nóng)村沼氣發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中指出，沼氣工程是控制農(nóng)村生產(chǎn)垃圾和農(nóng)村有機(jī)廢棄物面源污染的有效途徑之一，它能夠利用農(nóng)業(yè)廢棄物（作物秸稈秧莖、果蔬殘余）和人畜糞污生產(chǎn)清潔能源沼氣的同時(shí)提供大量的沼肥[1-2]。沼氣工程上聯(lián)養(yǎng)殖業(yè)，下聯(lián)種植業(yè)，是促進(jìn)生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要舉措，不僅有利于推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變，而且也能有效促進(jìn)農(nóng)村人居環(huán)境改善。但是目前沼氣工程也面臨著投資巨大、原料收儲(chǔ)運(yùn)成本高、沼液沼渣難消納、沼氣工程終端產(chǎn)品商品化開發(fā)不足等瓶頸[3-5]。沼氣產(chǎn)業(yè)亟待向綜合利用、效益拉動(dòng)、科技支撐的方向轉(zhuǎn)型升級(jí)，形成以沼氣工程為紐帶的種養(yǎng)循環(huán)發(fā)展模式，推進(jìn)沼氣工程在鄉(xiāng)村振興建設(shè)中發(fā)揮更大的產(chǎn)業(yè)支撐作用，有效推動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展[6-7]。

鄉(xiāng)村振興背景下，農(nóng)村農(nóng)作物秸稈和畜禽糞污的無害化處理與資源化利用顯得尤為重要，而沼氣工程是實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物秸稈和畜禽糞污無害化處理與資源化利用的重要途徑[8]。農(nóng)作物秸稈和畜禽糞污的無害化處理與資源化利用會(huì)對沼氣工程所在地及其周邊村莊的人居環(huán)境整治與提升有直接促進(jìn)作用。因此，本研究以洛陽市爛柯山農(nóng)業(yè)種植專業(yè)合作社的規(guī)模化沼氣工程（以下簡稱爛柯山沼氣工程）為研究對象，通過文獻(xiàn)資料分析和實(shí)地調(diào)查估算出農(nóng)作物秸稈資源量、畜禽糞便資源量，以及沼氣、沼肥、有機(jī)肥年產(chǎn)量，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析，明晰沼氣工程存在的共性問題，提出更優(yōu)化的沼氣工程運(yùn)行模式與沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議，以期為洛陽市沼氣產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展及相關(guān)部門的決策提供理論依據(jù)。

1 爛柯山種植專業(yè)合作社基本情況

爛柯山種植專業(yè)合作社成立于2014 年12 月，坐落于河南省洛陽市新安縣鐵門鎮(zhèn)劉河村。爛柯山種植專業(yè)合作社將種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、沼氣工程結(jié)合在一起，是以秸稈、畜禽糞便為發(fā)酵原料的沼氣工程循環(huán)體系，建立了循環(huán)利用的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。這種模式能夠?qū)U棄物污染降到最低，實(shí)現(xiàn)畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。目前合作社也通過種植無公害有機(jī)產(chǎn)品，提升經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化，致力于保護(hù)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，推動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變。爛柯山種植專業(yè)合作社已建成1 500 m3大型秸稈沼氣工程，發(fā)酵原料以小麥、玉米秸稈和豬糞為主，能夠處理周邊5 個(gè)村的農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物。截至2021 年，已有196 戶入社，流轉(zhuǎn)土地面積約318.7 hm2（4 780 畝），幫助脫貧150 余戶，在脫貧攻堅(jiān)與鄉(xiāng)村振興中做出了積極貢獻(xiàn)。

2 研究方法

2.1 調(diào)查方法與關(guān)鍵數(shù)據(jù)來源

采用文獻(xiàn)資料查閱、實(shí)地走訪調(diào)查及問卷調(diào)查相結(jié)合的方法，研究爛柯山沼氣工程規(guī)模、原料來源、原料類型、設(shè)備類型、農(nóng)作物種植面積、沼氣年產(chǎn)量、有機(jī)肥年產(chǎn)量、沼肥年產(chǎn)量、沼氣入戶情況、沼肥利用情況、運(yùn)行模式和效益等關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)。

2.2 關(guān)鍵指標(biāo)的計(jì)算

2.2.1 農(nóng)作物秸稈資源量

農(nóng)作物秸稈資源量主要通過草谷比系數(shù)估算得出。草谷比系數(shù)是指農(nóng)作物地上莖稈產(chǎn)量與作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量之比，即有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的農(nóng)作物主要產(chǎn)品的產(chǎn)量，它是經(jīng)驗(yàn)常數(shù)[9]。本研究參考前人報(bào)道的草谷比系數(shù)對爛柯山沼氣工程農(nóng)作物秸稈資源量進(jìn)行估算（小麥草谷比系數(shù)為1.1；玉米草谷比系數(shù)為1.5）[9-12]。

農(nóng)作物秸稈資源量的計(jì)算公式為

2.2.2 畜禽糞便資源量估算方法

畜禽糞便是養(yǎng)殖業(yè)的廢棄物，但也是一種清潔的可再生的生物質(zhì)資源。畜禽糞便排泄量與畜禽的種類、品種、生長期、性別、生理狀態(tài)、飼料種類和飼養(yǎng)方式等有關(guān)。爛柯山合作社豬糞年產(chǎn)量根據(jù)在喂養(yǎng)周期中排出的糞便量、畜禽存欄數(shù)量和畜禽出欄數(shù)量估算[13-14]。其中，豬糞的排泄系數(shù)為2.0 kg/（d?頭），存欄豬的飼養(yǎng)周期按全年365 d 計(jì)算，出欄飼養(yǎng)周期按照200 d 計(jì)算，則豬糞年產(chǎn)量為

3 結(jié)果與分析

3.1 發(fā)酵原料及來源

3.1.1 農(nóng)作物秸稈

農(nóng)作物秸稈主要來源于種植的小麥和玉米，以及周邊村莊收購。目前，爛柯山農(nóng)業(yè)種植專業(yè)合作社入社土地318.7 hm2（4 780 畝），主要種植玉米和小麥。根據(jù)式（1），2021 年合作社小麥和玉米秸稈總產(chǎn)量約為7 700 t。沼氣發(fā)酵過程中產(chǎn)氣率的高低與原料類型密切相關(guān)，由于玉米秸稈與小麥秸稈的物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)不一樣（如纖維素、碳氮比等），在發(fā)酵過程中應(yīng)考慮混合原料發(fā)酵以提高產(chǎn)氣率[15-20]。

3.1.2 畜禽糞便

爛柯山農(nóng)業(yè)種植專業(yè)合作社沼氣工程，除使用作物秸稈外，主要添加豬糞原料。合作社的養(yǎng)豬場2021 年末出欄數(shù)10 177 頭，存欄數(shù)5 060 頭，根據(jù)式（2）可估算出爛柯山農(nóng)業(yè)種植合作社一年可產(chǎn)出7 764 t 糞便。值得注意的是，發(fā)酵后的豬糞沼液沼渣在還田利用時(shí)要避免其對農(nóng)田的潛在污染風(fēng)險(xiǎn)[21-27]。

3.2 運(yùn)行模式

爛柯山農(nóng)業(yè)種植合作社沼氣工程是“企業(yè)建管、商業(yè)化運(yùn)營”的模式，由政府、企業(yè)共同投資建設(shè)，由企業(yè)獨(dú)立管理經(jīng)營，政府給予企業(yè)適當(dāng)?shù)倪\(yùn)維財(cái)政補(bǔ)貼，企業(yè)自負(fù)盈虧。通過農(nóng)作物產(chǎn)生的秸稈，以及生豬養(yǎng)殖為沼氣工程提供發(fā)酵原料。2021 年，該合作社年產(chǎn)沼氣25 萬m3，年處理作物秸稈約4 000 t，年產(chǎn)沼渣、沼肥約3 萬t。這些沼渣沼液能夠解決周邊地區(qū)133.3 hm2（2 000 畝）的化肥使用問題，極大程度地降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，并利用沼液有機(jī)肥種植生產(chǎn)加工綠色食品，如合作社種植的辣椒、赤松茸、雜糧等。該合作社通過沼氣工程將種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)聯(lián)系起來，有效實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)農(nóng)村廢棄物（主要是農(nóng)業(yè)秸稈和畜禽糞污）的資源化利用與無害化處理，農(nóng)村廢棄物得到資源化利用的同時(shí)，還承擔(dān)了周圍5 個(gè)村的旱廁糞污處理，人居環(huán)境得到了整治與提升，獲得了經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)多重效益。

4 存在的問題與建議

4.1 存在的問題

（1）沼氣產(chǎn)量不穩(wěn)定。夏季是沼氣工程的產(chǎn)氣高峰時(shí)段，氣量充足、氣壓相對穩(wěn)定，在七、八月時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)沼氣過剩。但是隨著季節(jié)的變化，秋冬季節(jié)氣溫降低導(dǎo)致沼氣工程的產(chǎn)氣量顯著下降，這也導(dǎo)致沼氣入戶的氣壓不穩(wěn)定，尤其是冬季，常出現(xiàn)氣量不足甚至斷氣的現(xiàn)象，造成農(nóng)戶使用的體驗(yàn)感較差。另一方面，沼氣工程單位原料產(chǎn)氣率和單位容積產(chǎn)氣率不足。一定溫度下，沼氣厭氧發(fā)酵容積產(chǎn)氣率、單位原料產(chǎn)氣率和總固體濃度（TS）有關(guān)，當(dāng)沼氣工程采用畜禽糞便或秸稈單獨(dú)發(fā)酵的TS<8%，加之資金投入的限制，發(fā)酵罐的保溫增溫性能不佳，也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)氣率較低，無法達(dá)到預(yù)期產(chǎn)量。尤其冬季溫度較低時(shí)，產(chǎn)氣尤為不足，因此導(dǎo)致沼氣工程出現(xiàn)了“夏剩冬缺”的現(xiàn)象。

（2）單純依靠沼氣，經(jīng)濟(jì)效益甚微。沼氣工程投產(chǎn)后生產(chǎn)的直接產(chǎn)品包括沼氣、沼液、沼渣。沼氣的使用途徑主要為企業(yè)自用和沼氣供戶。企業(yè)自用主要是利用沼氣進(jìn)行炊事、加熱取暖或利用沼氣進(jìn)行發(fā)電。沼氣供戶是通過鋪設(shè)管網(wǎng)直接將沼氣輸送給農(nóng)戶使用，但沼氣生產(chǎn)存在氣量、壓力不穩(wěn)等狀況，收費(fèi)較難，且供戶存在安全、維修等諸多問題，企業(yè)除了需要承擔(dān)管網(wǎng)鋪設(shè)的費(fèi)用，還要長期擔(dān)負(fù)相關(guān)專業(yè)人員的開支，因此大部分沼氣工程未供戶，而是通過自用代替天然氣、煤和電的開支，所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益十分微薄。此外，由于大部分沼氣工程的承建企業(yè)為養(yǎng)殖企業(yè)，建造沼氣工程的主要目的是解決畜禽糞便的污染問題，養(yǎng)殖企業(yè)無法有效利用沼氣工程產(chǎn)生的大量沼液沼渣，這也是制約規(guī)?；託夤こ贪l(fā)展的重要因素之一。據(jù)調(diào)研顯示，雖然有部分養(yǎng)殖企業(yè)額外投資開發(fā)利用沼液沼渣，但是商品化的沼肥市場推廣難度較大，加之沼液量大、運(yùn)輸難，施用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范性不明確，因此，大部分企業(yè)為了消納沼液沼渣不得不再次投資，流轉(zhuǎn)土地自己消納沼肥。因此，沼氣工程僅能維持現(xiàn)狀，持續(xù)運(yùn)行面臨較多困難。

（3）缺乏完整產(chǎn)業(yè)鏈，依托企業(yè)的運(yùn)行管理模式不夠科學(xué)合理。完整的沼氣工程產(chǎn)業(yè)鏈包括原料收儲(chǔ)運(yùn)、沼氣生產(chǎn)與利用、沼液沼渣綜合開發(fā)利用、種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展，以及相關(guān)種養(yǎng)產(chǎn)品的加工銷售等環(huán)節(jié)。由于前期投資巨大，收益較少且回報(bào)期較長，相關(guān)配套的政策不完善，因此，沼氣工程的依托企業(yè)緊靠一己之力無法建立完整的產(chǎn)業(yè)鏈，很難推動(dòng)整個(gè)沼氣產(chǎn)業(yè)體系的發(fā)展，這就造成沼氣工程建好后，運(yùn)行一旦遇到問題容易出現(xiàn)荒廢的現(xiàn)象。

4.2 建議

（1）糞便、秸稈和其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有機(jī)廢棄物混合發(fā)酵解決單一原料產(chǎn)氣不足問題。沼氣工程在建設(shè)初期，在合理投資的基礎(chǔ)上，制定詳細(xì)的越冬增溫保溫措施方案應(yīng)對冬季產(chǎn)氣量低、甚至不產(chǎn)氣的情況。此外，建議選擇糞便、秸稈和其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有機(jī)廢棄物混合發(fā)酵，提升原料的總固體濃度，提高發(fā)酵系統(tǒng)的緩沖能力，可有效促進(jìn)沼氣產(chǎn)量。

（2）政企共推，綜合開發(fā)利用沼液、沼渣，提高沼氣工程的經(jīng)濟(jì)效益。開展沼液、沼渣綜合利用，在最低投入的前提下，將沼液、沼渣加工為優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥，提高其商品價(jià)值。同時(shí)，延伸沼液、沼渣加工利用的產(chǎn)業(yè)鏈，通過政府積極宣傳，引導(dǎo)規(guī)?；r(nóng)產(chǎn)品龍頭企業(yè)使用沼液、沼渣，使沼液、沼渣的利用形成規(guī)模化、穩(wěn)定化，保障沼氣工程的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）構(gòu)建創(chuàng)新運(yùn)行管理模式。

將沼氣工程的運(yùn)營管理分為前端與后端，可分開獨(dú)立運(yùn)行。沼氣工程的產(chǎn)品包含兩類：一是沼液沼渣，主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域；二是沼氣，經(jīng)過提純的沼氣可以用于汽車燃料或者并入天然氣管網(wǎng)，未經(jīng)提純的沼氣可以用于發(fā)電。因此，就目前沼氣工程中存在的問題，提出使用分段式商業(yè)運(yùn)行管理模式，也就是說沼氣工程相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)與銷售可分開獨(dú)立運(yùn)行，也可以交由專業(yè)的公司（第三方）經(jīng)營管理。

前端為沼氣工程相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)與運(yùn)行管理。應(yīng)具備優(yōu)秀的技術(shù)管理團(tuán)隊(duì)，其市場經(jīng)驗(yàn)豐富，責(zé)任心強(qiáng)，在政府授權(quán)下負(fù)責(zé)建立用于沼氣生產(chǎn)的農(nóng)村有機(jī)廢棄物的收儲(chǔ)體系，負(fù)責(zé)沼氣工程的建設(shè)、運(yùn)營管理及確保高質(zhì)量的生產(chǎn)沼氣工程相關(guān)產(chǎn)品，包括確保沼氣產(chǎn)量充足的同時(shí)，提升沼液沼渣的品質(zhì)，為后端的銷售提供質(zhì)量保障和產(chǎn)品迭代。后端為沼氣相關(guān)產(chǎn)品的銷售及物業(yè)化服務(wù)管理。將前端生產(chǎn)的沼氣直接安裝入戶或提純后并入天然氣管道，最大限度地提升前端生產(chǎn)的沼氣效益。此外，負(fù)責(zé)前端沼液沼渣肥料化的市場推廣與銷售，以及相關(guān)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)與銷售，并負(fù)責(zé)與客戶對接，提供售后服務(wù)和市場開發(fā)。

5 結(jié)束語

沼氣工程通過綜合利用農(nóng)村有機(jī)廢棄物，生產(chǎn)清潔能源，改善農(nóng)村人居環(huán)境，助力鄉(xiāng)村振興。目前包括爛柯山農(nóng)業(yè)種植專業(yè)合作社在內(nèi)的沼氣工程存在沼氣產(chǎn)量不穩(wěn)定、單純依靠沼氣、經(jīng)濟(jì)效益甚微、缺乏完整產(chǎn)業(yè)鏈、運(yùn)行管理模式不夠創(chuàng)新等共性問題。針對以上共性問題創(chuàng)新提出分段式沼氣工程運(yùn)行模式，前端負(fù)責(zé)沼氣工程相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)及運(yùn)行管理，后端負(fù)責(zé)沼氣工程相關(guān)產(chǎn)品的銷售，前端為后端銷售提供品質(zhì)保障，后端為前端持續(xù)運(yùn)行提供效益支持，分段式經(jīng)營各司其職促進(jìn)沼氣工程良性可持續(xù)發(fā)展。