农业沼气论文:农业沼气化与农业经济探析

时间:2022-10-11 11:46:07

农业沼气论文:农业沼气化与农业经济探析

作者:张海成 杨改河 单位:西北农林科技大学 陕西省循环农业工程技术研究中心

农作物秸秆和各种粪便的资源量,计算临夏县北塬各种粪便和秸秆资源的沼气发酵潜力,该区粪尿产气量占总发酵原料沼气潜力的84.4%,其中牛粪和猪粪的发酵产气量占总发酵原料沼气潜力的59.2%,而秸秆只占15.6%,这说明粪尿资源是北塬地区最为重要的沼气发酵原料。从某种意义上讲,养殖规模的大小决定了农户沼气产气量的高低,尤其是牛和猪的养殖规模。 沼气资源开发的必要性分析临夏县北塬地区人、畜禽粪便与农作物秸秆年产沼气潜力8 860万m3,其中牛粪和猪粪的发酵产气量占总发酵原料沼气潜力的59.2%,这说明畜牧业的大力发展为北塬地区提供了丰富的沼气发酵原料。一般8m3沼气池年产沼气400m3,由此可得出上述资源量可建成8m3沼气池22.2万座,而至2009年底,北塬地区共建设户用沼气池10 496座[8],表明该区沼气池还有极大的推广空间。临夏县北塬地区人、畜、禽粪便与农作物秸秆年资源量为202.92万t,其中被作为发酵原料的仅占全部发酵资源的4.7%。因此,寻求资源化利用农业废弃物途径、构建农业废弃物利用的循环经济模式,是实现当地生态农业建设的重要条件之一。秸秆综合利用途径是通过利用多种资源化技术,将秸秆完全转化为农业生产或生活所需的原料和能源,使其重新返回到农业系统的循环过程,并持续不断地在农业系统内部得以循环利用,在彻底解决秸秆焚烧等环境问题的同时,减少外部物质和能量的投入,从中获得更高的经济效益和社会效益[10]。该循环利用途径主要以秸秆饲料化为核心,配合秸秆用作沼气发酵,实现秸秆的综合利用。禽殖废弃物资源化利用途径是以根本解决禽畜粪便污染和经济效益为目标,利用厌氧发酵技术和生态工程的方法,将畜禽粪便转化为养殖业或种植业的原料或能源,实现畜禽粪便的潜在经济价值,同时达到畜禽废弃物的零排放[11]。同时,畜禽粪便的厌氧发酵产物(沼液和沼渣)又为种植业提供宝贵了的肥料资源,间接降低了种植业生产成本,有助于推动有机农业的发展。而发酵产生的沼气能有效解决农业的能源问题,减轻日益严重的石油和煤炭资源的压力。通过“三化”处理,可以实现剩余废弃物的资源化、循环化利用,同时为种植业、养殖业、农产品加工业提供物质和能量。目前主要农业废弃物的综合利用方式如图(图略)

基于临夏县北塬灌区丰富的农业废弃物资源形势,以生态农业可持续发展为目的,通过以沼气为纽带的生态农业循环经济模式来模仿自然生态系统的食物链结构,依据系统结构与功能相适应,物质分解、转化、富集、循环再生等原则,通过构建“沼气池-畜禽圈-粮(果、菜)”三位一体农业生态模式,实现“种养加”三位一体产业间的资源高效利用[12]。 生态农业循环经济模式的结构“沼气池-畜禽圈-粮(果、菜)”三位一体农业生态模式是以户为单元,以太阳能为动力,以山地、大田、庭院等为依托,采用先进技术,建造沼气池、畜禽圈、厕所三结合工程,并围绕农业产业,因地制宜开展沼液、沼渣的综合利用。该模式以养殖业为龙头,以沼气为纽带,以各种农业产业为载体,以利用沼肥为技术手段,将畜禽养殖、果蔬种植、农产品加工有机地结合起来。“沼气池-畜禽圈-粮(果、菜)”三位一体农业生态模式包括种植业子系统(粮果菜(套作)复合种植子系统)、养殖业子系统和沼气子系统3个子系统(图2)。该模式实现了种植业、养殖业和沼气3个系统之间能量和物质的较快循环,有效实现了产气、积肥同步和种养并举。人畜粪便和部分秸秆入池经发酵后产生沼气和沼肥,沼气主要用于农户的生活用能,沼肥作为玉米、马铃薯、谷子、蔬菜等农作物的有机肥,沼液作为蔬菜、果树的叶面肥。粮食作物一部分输入市场,另一部分和秸秆配合作为家畜家禽的饲料,而进入市场的部分粮食再经加工后作为禽畜的饲料,同时粮食加工业生产商品时产生的下脚料也可进入沼气池发酵。由此形成了“资源-产品-废弃物-再生资源”的农业生态良性循环方式,可显著降低农民生产成本,提高产出率,显著增加农业经济收入,使传统农业的单一经营转变成链式经营模式,延长了产业链,减少了投入,提高了能量转化率和物质循环率,实现了增长方式的转变和生态经济系统的良性循环及经济、社会、生态三大效益的统一。 生态农业循环经济模式的效益发展沼气资源为依托的生态农业循环经济模式,使系统各组分实现资源互补,农业废弃物资源得到了多层次利用,既制取了燃料、再生饲料和优质有机肥料,又净化了环境,取得了显著的社会、经济和生态效益[13-16]。 经济效益 在当地调查发现,建1座8m3的户用沼气池,所需费用为1 762元,年产沼气350~450m3,基本满足3~5口之家全年的生活用能,全年可节约柴草2 000kg,节电200kW•h(0.5元/(kW•h)),燃料节支可达300元以上,电费节支100元;年提供沼肥30t,相当尿素300kg(2.30元/kg)、磷肥500kg(3.15元/kg)、钾肥200kg(3.10元/kg),减少化肥和农药使用量25%,节支150~200元;利用沼液喂猪可节约饲料15%,施用沼肥后粮食产量可提高25%,增效300元。沼气池给农户带来的直接经济收益在850~900元,2年即可收回成本,使用年限按20年计算,每年分摊的成本不到100元,可使每户人均增收200~300元。社会效益 “沼气池-畜禽圈-粮(果、菜)”生态农业模式的建立,使传统农业逐步向低污染、低消耗的现代农业过渡,强化了农牧结合,既能促进农业的发展,又能加强畜牧业的发展。随着沼气池建设步伐的加快,进一步促进了奶畜、果蔬种植、农产品加工产业的大力发展,使该区域农业经济连续2年以30%的速度递增。秸秆由原来的直接焚烧转变为青贮饲料加工等多利用途径,使用率提高到40%。秸秆和粪便发酵后的沼液、沼渣作为“生物农药”和有机肥施用于田地,减少了农药和肥料购买成本,也使化肥、农药的使用率降低了30%~50%,为当地群众和周边地区提供了绿色无污染的农副产品。同时,随着生产规模的不断扩大,临夏县北塬灌区从事养殖、加工业所需劳动力逐年增加,平均每年递增16%,使劳动力资源得到充分利用。 生态效益 (1)减少林地砍伐量。从表4可以看出,临夏县北塬灌区的能源消耗结构中,沼气资源开发前薪柴占总能源消耗的30%,而沼气资源开发后,薪柴所占比例下降到12%,即该区薪柴用量减少了40 690t。利用各种能源折合标准煤的系数,即薪柴、沼气的折合标准煤系数分别为0.571,0.714kg/m3,可知薪柴减少量相当于3 254万m3沼气量。1个8m3的户用沼气池,1年所产沼气的量为400m3,其热量相当于0.2hm2的薪炭林所产薪柴的能量[7]。由此可以推算,沼气资源开发后全区每年可节约薪炭林的面积为16 271hm2,具有巨大的生态效益。(2)减少CO2排放量。秸秆、薪柴和煤炭燃烧是当地农村生活CO2的主要排放源。以文献[17-18]中CO2排放量的计算方法为依据,即沼气、秸秆、薪柴和煤炭的折合标准煤系数分别为0.714,0.429,0.571和0.714kg/m3,则北塬灌区年均能源消耗量相当于128 150t标准煤。沼气资源开发前,农村能源消费结构中秸秆占10%、薪柴占30%、煤炭占60%,秸秆、薪柴和煤炭燃烧后所排放的CO2总量为294 068t;在沼气资源开发后,沼气发酵池的主要发酵原料为粪便和秸秆,投料比例为3∶2,粪便和秸秆产量对沼气产量的贡献率分别为85%和15%。因此在沼气资源开发后,用沼气替代传统秸秆燃烧作为日常生活用能,秸秆利用率由33.5%提高到40%,同时农村能源消耗结构发生了变化,农村能源消费结构中薪柴占12%、煤炭占60%、沼气占28%,产生的CO2排放量为257 587t。由此可得,沼气资源开发后该区CO2年减排量为36 481t,减排率为12%。

由以上分析可知,大力开发沼气资源并建立以沼气工程为纽带、结合农牧生产的资源综合利用和能源建设工程模式,是优化农业经济结构和增加农民收入的重要手段,是建立以资源高效利用和生态环境保护为基础的可持续农业生产体系的基础。甘肃省临夏县北塬灌区以沼气工程为纽带的“沼气池-畜禽圈-粮(果、菜)”三位一体农业生态模式,是沼气工程在生态农业建设中成功应用的典型模式,其以养殖业为基础,以沼气工程为纽带,可多层次综合利用资源,改善农村生态环境,变废为宝,化害为益,取得了显著的社会、经济和生态效益,这种模式也为全国其他相同农业类型区农业废弃物的综合利用提供了借鉴。

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