沼氣生態(tài)農(nóng)業(yè)模式能值分析

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摘要：以沼氣為紐帶的種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是一種資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，它通過生物轉(zhuǎn)換技術(shù)，形成一個產(chǎn)氣、積肥同步，種養(yǎng)并舉，能流、物流良性循環(huán)的能源生態(tài)系統(tǒng)工程。以能值理論為基礎(chǔ)分析了農(nóng)業(yè)循環(huán)的能值流，并綜合評價其生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)果表明：在本系統(tǒng)中，初級生產(chǎn)者的能量產(chǎn)投比為1.18，能量產(chǎn)投比較高，主要原因是在本系統(tǒng)中投入了較多的人工能。從總的能量流動分析結(jié)果來看，該系統(tǒng)內(nèi)豬糞尿入沼氣池，產(chǎn)生沼渣、沼液，繼而進(jìn)入土壤補(bǔ)充土壤有機(jī)質(zhì)，沼氣供能做飯，結(jié)構(gòu)合理，能量和物質(zhì)基本得到了合理利用，這樣的循環(huán)關(guān)系增加了產(chǎn)出，減少了廢物的排放，提高了經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益。

關(guān)鍵詞：沼氣；農(nóng)業(yè)；系統(tǒng)；能值

以沼氣為紐帶的種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，能夠有效地將農(nóng)戶養(yǎng)殖生產(chǎn)、種植生產(chǎn)有機(jī)結(jié)合起來，使農(nóng)業(yè)系統(tǒng)形成能流和物流合理轉(zhuǎn)換的閉合生態(tài)鏈，在局部和整體上達(dá)到經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等多重效益。早在上世紀(jì)80年代，沼氣利用模式已在全球范圍內(nèi)不斷得到理論上的探討和實踐應(yīng)用，全國各地區(qū)都開展了沼氣工程建設(shè)。近年來，農(nóng)業(yè)部提出了“生態(tài)家園富民計劃”，國內(nèi)多地區(qū)逐步興起高產(chǎn)低耗的沼氣綜合利用生態(tài)農(nóng)業(yè)模式，以“減量化（reduce）、再利用（reuse）、再循環(huán)（recycle）”（3R）為原則，倡導(dǎo)資源減量化和循環(huán)利用，達(dá)到生態(tài)系統(tǒng)能量多級循環(huán)利用和物質(zhì)的良性循環(huán)。能值分析方法是以自然價值為基礎(chǔ)，將系統(tǒng)中各種生態(tài)流和經(jīng)濟(jì)流轉(zhuǎn)換為能值，對自然環(huán)境生產(chǎn)與人類經(jīng)濟(jì)活動進(jìn)行統(tǒng)一評價，定量分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能與生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益的一種常用方法之一，目前已廣泛應(yīng)用于自然生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)、工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)、城市生態(tài)系統(tǒng)以及區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展可持續(xù)性的分析、評價與比較。為科學(xué)評估以沼氣為紐帶、種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)農(nóng)業(yè)模式的可持續(xù)性和綜合生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益，本文運用能值分析方法分析農(nóng)業(yè)循環(huán)模式的能值流，并綜合評價其生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益，以期為這種循環(huán)模式的推廣提供科學(xué)依據(jù)。

一、研究區(qū)概況及方法

（一）研究區(qū)概況

金華市位于浙江省中部，為省轄地級市，以境內(nèi)金華山得名。界于東經(jīng)119°13′－120°47′，北緯28°32′－29°41′。東鄰臺州，南毗麗水，西連衢州，北接紹興、杭州。南北跨度129km，東西跨度151km，土地面積10942平方公里，為浙中丘陵盆地地區(qū)，地勢南北高、中部低。境內(nèi)山地以500～1000m低山為主，分布在南北兩側(cè)，山地內(nèi)側(cè)散布起伏相對和緩的丘陵。屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，年溫適中，熱量豐富，雨量較多，有明顯干、濕兩季。春早秋短，夏季長而炎熱，冬季光溫互補(bǔ)。盆地小氣候多樣，有一定垂直差異。災(zāi)害性天氣頻繁。全年日照時數(shù)為1667.5h，降水量為1489mm，平均氣溫17.9℃。金華光、熱、水條件優(yōu)越，時空分布不均衡。

（二）研究方法

系統(tǒng)以小規(guī)模養(yǎng)豬場為平臺，將種植、養(yǎng)殖、沼氣池功能區(qū)構(gòu)成系統(tǒng)能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，經(jīng)沼氣池厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣用于產(chǎn)熱和發(fā)電，沼渣、沼液用來澆灌牧草、蔬菜、桃子等果樹等，形成物質(zhì)多極循環(huán)利用的循環(huán)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。本研究以“生豬養(yǎng)殖一沼氣工程一蔬菜種植”循環(huán)農(nóng)業(yè)模式為研究對象，應(yīng)用能值進(jìn)行分析比較。1、資料收集與數(shù)據(jù)處理方法。通過實地調(diào)查和資料收集，獲得2013年研究區(qū)完整年度生產(chǎn)記錄數(shù)據(jù)及當(dāng)?shù)貧庀蟛块T的氣象數(shù)據(jù)，根據(jù)以下公式計算太陽能值。EM=OD*UEV式中，EM為太陽能值，sej：OD為原始數(shù)據(jù)；UEV為能值轉(zhuǎn)換率。2、環(huán)境條件監(jiān)測的方法與原理。本項目應(yīng)用了一種基于網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)環(huán)境無線遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，通過RS—85總線將生態(tài)農(nóng)業(yè)現(xiàn)場的數(shù)字傳感器與計算機(jī)連接，組成現(xiàn)場實時監(jiān)控系統(tǒng)，通過GPRS無線模塊與移動GPRS網(wǎng)絡(luò)和公共互聯(lián)網(wǎng)連接，將現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)實時發(fā)送并存儲到遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。同時，應(yīng)用java+技術(shù)，實現(xiàn)信息在網(wǎng)絡(luò)上的動態(tài)和共享。系統(tǒng)借助于移動無線通訊技術(shù)，采用與Internet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及交換數(shù)據(jù)服務(wù)器相匹配的設(shè)備，實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)接。3、監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計。在試驗農(nóng)戶的溫室、沼氣池、池內(nèi)氣體部分與溫室內(nèi)各放置3個溫度傳感器，監(jiān)測沼氣池內(nèi)外的溫度變化；在沼氣池內(nèi)的氣體部分放置1個氣壓傳感器，實時反映沼氣池內(nèi)氣壓的變化；在溫室的中部放置CO2傳感器反映種植、養(yǎng)殖共生系統(tǒng)中空氣CO2濃度的變化。另外，在溫室內(nèi)、外放置光照強(qiáng)度傳感器。沼氣池作為生態(tài)農(nóng)業(yè)的中心環(huán)節(jié)是整個監(jiān)測系統(tǒng)的重點，旨在定量反應(yīng)生態(tài)農(nóng)業(yè)模式最適宜的環(huán)境條件。

二、“生豬養(yǎng)殖—沼氣工程—蔬菜種植”農(nóng)戶生態(tài)系統(tǒng)的能值分析

（一）系統(tǒng)輸入、輸出物質(zhì)與能量的測定

本研究項目把養(yǎng)殖場作為一個系統(tǒng)，包括種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、沼氣池3個亞系統(tǒng)。家庭養(yǎng)豬規(guī)模100頭，沼氣池30m3，種植面積1350m2，詳細(xì)記載系統(tǒng)和亞系統(tǒng)2013年一年內(nèi)各輸入和輸出成分及數(shù)量。種植業(yè)各作物有機(jī)能和無機(jī)能投入項通過調(diào)查獲得，蔬菜收獲后按果實和莖葉兩部分測產(chǎn)，家畜對精飼料、粗飼料的采食量和糞尿排出量指標(biāo)通過調(diào)查和飼養(yǎng)試驗獲得。

（二）能值分析

本系統(tǒng)中，初級生產(chǎn)者的能量產(chǎn)投比為19194000/16260010=1.18其中，化肥、農(nóng)藥的投入占到總投能比：(229600+71050+21500+147060)/16260010=2.9%人力投能占比：1176000/16260010=7.2%沼液、沼渣投能占比:(13921800+693000)/16260010=89.9%在沼氣池的循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)，能量產(chǎn)投比為：157985000/658134000=0.24每年產(chǎn)生的沼氣為2200m3，沼液65600kg，沼渣11500kg。從能量流動分析結(jié)果來看，該家庭養(yǎng)殖場小系統(tǒng)內(nèi)，結(jié)構(gòu)合理，能量和物質(zhì)基本都得到了合理利用，這樣的循環(huán)關(guān)系增加了產(chǎn)出，減少了廢物的排放，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

三、結(jié)論

該系統(tǒng)中，物質(zhì)的循環(huán)利用還不夠，每年產(chǎn)生的沼液65600kg、沼渣11500kg，而在本系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)利用的僅9000kg和1500kg，循環(huán)利用率僅為13.7%和13.0%。因此，在今后的生產(chǎn)中應(yīng)在技術(shù)環(huán)節(jié)上加以調(diào)整，使沼液、沼渣盡可能在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)利用，減少化肥、農(nóng)藥的投入。

作者:陳宏金 單位:金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院

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