沼气生态农业模式能值分析

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摘要：以沼气为纽带的种养结合循环农业系统是一种资源节约型、环境友好型的农业生态系统，它通过生物转换技术，形成一个产气、积肥同步，种养并举，能流、物流良性循环的能源生态系统工程。以能值理论为基础分析了农业循环的能值流，并综合评价其生态和经济效益，结果表明：在本系统中，初级生产者的能量产投比为1.18，能量产投比较高，主要原因是在本系统中投入了较多的人工能。从总的能量流动分析结果来看，该系统内猪粪尿入沼气池，产生沼渣、沼液，继而进入土壤补充土壤有机质，沼气供能做饭，结构合理，能量和物质基本得到了合理利用，这样的循环关系增加了产出，减少了废物的排放，提高了经济效益、生态效益和社会效益。

关键词：沼气；农业；系统；能值

以沼气为纽带的种养结合循环农业系统，能够有效地将农户养殖生产、种植生产有机结合起来，使农业系统形成能流和物流合理转换的闭合生态链，在局部和整体上达到经济和环境等多重效益。早在上世纪80年代，沼气利用模式已在全球范围内不断得到理论上的探讨和实践应用，全国各地区都开展了沼气工程建设。近年来，农业部提出了“生态家园富民计划”，国内多地区逐步兴起高产低耗的沼气综合利用生态农业模式，以“减量化（reduce）、再利用（reuse）、再循环（recycle）”（3R）为原则，倡导资源减量化和循环利用，达到生态系统能量多级循环利用和物质的良性循环。能值分析方法是以自然价值为基础，将系统中各种生态流和经济流转换为能值，对自然环境生产与人类经济活动进行统一评价，定量分析系统结构、功能与生态经济效益的一种常用方法之一，目前已广泛应用于自然生态系统、农业生态系统、工业生产系统、城市生态系统以及区域生态系统发展可持续性的分析、评价与比较。为科学评估以沼气为纽带、种养结合循环农业模式的可持续性和综合生态经济效益，本文运用能值分析方法分析农业循环模式的能值流，并综合评价其生态和经济效益，以期为这种循环模式的推广提供科学依据。

一、研究区概况及方法

（一）研究区概况

金华市位于浙江省中部，为省辖地级市，以境内金华山得名。界于东经119°13′－120°47′，北纬28°32′－29°41′。东邻台州，南毗丽水，西连衢州，北接绍兴、杭州。南北跨度129km，东西跨度151km，土地面积10942平方公里，为浙中丘陵盆地地区，地势南北高、中部低。境内山地以500～1000m低山为主，分布在南北两侧，山地内侧散布起伏相对和缓的丘陵。属中亚热带季风气候，四季分明，年温适中，热量丰富，雨量较多，有明显干、湿两季。春早秋短，夏季长而炎热，冬季光温互补。盆地小气候多样，有一定垂直差异。灾害性天气频繁。全年日照时数为1667.5h，降水量为1489mm，平均气温17.9℃。金华光、热、水条件优越，时空分布不均衡。

（二）研究方法

系统以小规模养猪场为平台，将种植、养殖、沼气池功能区构成系统能源转换系统，经沼气池厌氧发酵，产生的沼气用于产热和发电，沼渣、沼液用来浇灌牧草、蔬菜、桃子等果树等，形成物质多极循环利用的循环复合生态系统。本研究以“生猪养殖一沼气工程一蔬菜种植”循环农业模式为研究对象，应用能值进行分析比较。1、资料收集与数据处理方法。通过实地调查和资料收集，获得2013年研究区完整年度生产记录数据及当地气象部门的气象数据，根据以下公式计算太阳能值。EM=OD*UEV式中，EM为太阳能值，sej：OD为原始数据；UEV为能值转换率。2、环境条件监测的方法与原理。本项目应用了一种基于网络的农业环境无线远程监测系统，通过RS—85总线将生态农业现场的数字传感器与计算机连接，组成现场实时监控系统，通过GPRS无线模块与移动GPRS网络和公共互联网连接，将现场采集数据实时发送并存储到远端数据库服务器。同时，应用java+技术，实现信息在网络上的动态和共享。系统借助于移动无线通讯技术，采用与Internet技术标准及交换数据服务器相匹配的设备，实现与互联网的联接。3、监测系统设计。在试验农户的温室、沼气池、池内气体部分与温室内各放置3个温度传感器，监测沼气池内外的温度变化；在沼气池内的气体部分放置1个气压传感器，实时反映沼气池内气压的变化；在温室的中部放置CO2传感器反映种植、养殖共生系统中空气CO2浓度的变化。另外，在温室内、外放置光照强度传感器。沼气池作为生态农业的中心环节是整个监测系统的重点，旨在定量反应生态农业模式最适宜的环境条件。

二、“生猪养殖—沼气工程—蔬菜种植”农户生态系统的能值分析

（一）系统输入、输出物质与能量的测定

本研究项目把养殖场作为一个系统，包括种植业、养殖业、沼气池3个亚系统。家庭养猪规模100头，沼气池30m3，种植面积1350m2，详细记载系统和亚系统2013年一年内各输入和输出成分及数量。种植业各作物有机能和无机能投入项通过调查获得，蔬菜收获后按果实和茎叶两部分测产，家畜对精饲料、粗饲料的采食量和粪尿排出量指标通过调查和饲养试验获得。

（二）能值分析

本系统中，初级生产者的能量产投比为19194000/16260010=1.18其中，化肥、农药的投入占到总投能比：(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%在沼气池的循环系统内，能量产投比为：157985000/658134000=0.24每年产生的沼气为2200m3，沼液65600kg，沼渣11500kg。从能量流动分析结果来看，该家庭养殖场小系统内，结构合理，能量和物质基本都得到了合理利用，这样的循环关系增加了产出，减少了废物的排放，提高了经济效益。

三、结论

该系统中，物质的循环利用还不够，每年产生的沼液65600kg、沼渣11500kg，而在本系统内循环利用的仅9000kg和1500kg，循环利用率仅为13.7%和13.0%。因此，在今后的生产中应在技术环节上加以调整，使沼液、沼渣尽可能在系统内循环利用，减少化肥、农药的投入。

作者:陈宏金 单位:金华职业技术学院

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