沼氣生態農業模式能值分析論文
摘要：以沼氣為紐帶的種養結合迴圈農業系統是一種資源節約型、環境友好型的農業生態系統，它透過生物轉換技術，形成一個產氣、積肥同步，種養並舉，能流、物流良性迴圈的能源生態系統工程。以能值理論為基礎分析了農業迴圈的能值流，並綜合評價其生態和經濟效益，結果表明：在本系統中，初級生產者的能量產投比為1.18，能量產投比較高，主要原因是在本系統中投入了較多的人工能。從總的能量流動分析結果來看，該系統內豬糞尿入沼氣池，產生沼渣、沼液，繼而進入土壤補充土壤有機質，沼氣供能做飯，結構合理，能量和物質基本得到了合理利用，這樣的迴圈關係增加了產出，減少了廢物的排放，提高了經濟效益、生態效益和社會效益。
關鍵詞：沼氣；農業；系統；能值
以沼氣為紐帶的種養結合迴圈農業系統，能夠有效地將農戶養殖生產、種植生產有機結合起來，使農業系統形成能流和物流合理轉換的閉合生態鏈，在區域性和整體上達到經濟和環境等多重效益。早在上世紀80年代，沼氣利用模式已在全球範圍內不斷得到理論上的探討和實踐應用，全國各地區都開展了沼氣工程建設。近年來，農業部提出了“生態家園富民計劃”，國內多地區逐步興起高產低耗的沼氣綜合利用生態農業模式，以“減量化（reduce）、再利用（reuse）、再迴圈（recycle）”（3R）為原則，倡導資源減量化和迴圈利用，達到生態系統能量多級迴圈利用和物質的良性迴圈。能值分析方法是以自然價值為基礎，將系統中各種生態流和經濟流轉換為能值，對自然環境生產與人類經濟活動進行統一評價，定量分析系統結構、功能與生態經濟效益的一種常用方法之一，目前已廣泛應用於自然生態系統、農業生態系統、工業生產系統、城市生態系統以及區域生態系統發展可持續性的分析、評價與比較。為科學評估以沼氣為紐帶、種養結合迴圈農業模式的可持續性和綜合生態經濟效益，本文運用能值分析方法分析農業迴圈模式的能值流，並綜合評價其生態和經濟效益，以期為這種迴圈模式的推廣提供科學依據。
一、研究區概況及方法
（一）研究區概況
金華市位於浙江省中部，為省轄地級市，以境內金華山得名。界於東經119°13′－120°47′，北緯28°32′－29°41′。東鄰台州，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，地勢南北高、中部低。境內山地以500～1000m低山為主，分佈在南北兩側，山地內側散佈起伏相對和緩的丘陵。屬中亞熱帶季風氣候，四季分明，年溫適中，熱量豐富，雨量較多，有明顯幹、溼兩季。春早秋短，夏季長而炎熱，冬季光溫互補。盆地小氣候多樣，有一定垂直差異。災害性天氣頻繁。全年日照時數為1667.5h，降水量為1489mm，平均氣溫17.9℃。金華光、熱、水條件優越，時空分佈不均衡。
（二）研究方法
系統以小規模養豬場為平臺，將種植、養殖、沼氣池功能區構成系統能源轉換系統，經沼氣池厭氧發酵，產生的'沼氣用於產熱和發電，沼渣、沼液用來澆灌牧草、蔬菜、桃子等果樹等，形成物質多極迴圈利用的迴圈複合生態系統。本研究以“生豬養殖一沼氣工程一蔬菜種植”迴圈農業模式為研究物件，應用能值進行分析比較。1、資料收集與資料處理方法。透過實地調查和資料收集，獲得2013年研究區完整年度生產記錄資料及當地氣象部門的氣象資料，根據以下公式計算太陽能值。EM=OD*UEV式中，EM為太陽能值，sej：OD為原始資料；UEV為能值轉換率。2、環境條件監測的方法與原理。本專案應用了一種基於網路的農業環境無線遠端監測系統，透過RS—85匯流排將生態農業現場的數字感測器與計算機連線，組成現場實時監控系統，透過GPRS無線模組與移動GPRS網路和公共網際網路連線，將現場採集資料實時傳送並存儲到遠端資料庫伺服器。同時，應用java+技術，實現資訊在網路上的動態釋出和共享。系統藉助於移動無線通訊技術，採用與Internet技術標準及交換資料伺服器相匹配的裝置，實現與網際網路的聯接。3、監測系統設計。在試驗農戶的溫室、沼氣池、池內氣體部分與溫室內各放置3個溫度感測器，監測沼氣池內外的溫度變化；在沼氣池內的氣體部分放置1個氣壓感測器，實時反映沼氣池內氣壓的變化；在溫室的中部放置CO2感測器反映種植、養殖共生系統中空氣CO2濃度的變化。另外，在溫室內、外放置光照強度感測器。沼氣池作為生態農業的中心環節是整個監測系統的重點，旨在定量反應生態農業模式最適宜的環境條件。
二、“生豬養殖—沼氣工程—蔬菜種植”農戶生態系統的能值分析
（一）系統輸入、輸出物質與能量的測定
本研究專案把養殖場作為一個系統，包括種植業、養殖業、沼氣池3個亞系統。家庭養豬規模100頭，沼氣池30m3，種植面積1350m2，詳細記載系統和亞系統2013年一年內各輸入和輸出成分及數量。種植業各作物有機能和無機能投入項透過調查獲得，蔬菜收穫後按果實和莖葉兩部分測產，家畜對精飼料、粗飼料的採食量和糞尿排出量指標透過調查和飼養試驗獲得。
（二）能值分析
本系統中，初級生產者的能量產投比為19194000/16260010=1.18其中，化肥、農藥的投入佔到總投能比：(229600+71050+21500+147060)/16260010=2.9%人力投能佔比：1176000/16260010=7.2%沼液、沼渣投能佔比:(13921800+693000)/16260010=89.9%在沼氣池的迴圈系統內，能量產投比為：157985000/658134000=0.24每年產生的沼氣為2200m3，沼液65600kg，沼渣11500kg。從能量流動分析結果來看，該家庭養殖場小系統內，結構合理，能量和物質基本都得到了合理利用，這樣的迴圈關係增加了產出，減少了廢物的排放，提高了經濟效益。
三、結論
該系統中，物質的迴圈利用還不夠，每年產生的沼液65600kg、沼渣11500kg，而在本系統內迴圈利用的僅9000kg和1500kg，迴圈利用率僅為13.7%和13.0%。因此，在今後的生產中應在技術環節上加以調整，使沼液、沼渣儘可能在系統內迴圈利用，減少化肥、農藥的投入。
作者:陳宏金 單位:金華職業技術學院
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