夏文勝， 葛 昕， 劉祚軍， 李布青

(安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)工程研究所，安徽合肥 230031)

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基于農(nóng)村沼氣的生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術(shù)示范

夏文勝， 葛 昕， 劉祚軍， 李布青

(安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)工程研究所，安徽合肥 230031)

摘要首先，介紹了沼氣發(fā)酵多樣化原料利用技術(shù)、高效沼氣發(fā)酵技術(shù)以及生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術(shù)；然后，以阜陽市潁東區(qū)典型規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場康樂養(yǎng)殖場為試點(diǎn)，集成沼氣發(fā)酵多樣化原料利用技術(shù)和高效沼氣發(fā)酵技術(shù)，進(jìn)行生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術(shù)示范，并分析實(shí)施效果。結(jié)果表明，該項(xiàng)目的實(shí)施不僅促進(jìn)了農(nóng)村沼氣的可持續(xù)發(fā)展，提高了示范區(qū)農(nóng)民的收入水平，而且有效防治了農(nóng)業(yè)面源污染，改善了農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。

關(guān)鍵詞農(nóng)村沼氣；種養(yǎng)循環(huán)；技術(shù)示范

農(nóng)村沼氣建設(shè)作為社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的一個(gè)環(huán)節(jié)，在實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源循環(huán)利用，緩解農(nóng)村能源供需矛盾，改善農(nóng)村人居環(huán)境和溫室氣體減排等方面的作用日益受到重視[1]。隨著城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的變化，農(nóng)村生產(chǎn)、生活方式的改變，原有的農(nóng)村沼氣技術(shù)和管理模式難以適應(yīng)新形勢發(fā)展需要，沼氣利用的綜合效益難以體現(xiàn)，農(nóng)村沼氣推廣面臨前所未有的困境。選擇推廣適應(yīng)農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展變化的沼氣新技術(shù)，是農(nóng)村能源綜合建設(shè)的主要發(fā)展方向。農(nóng)村沼氣新技術(shù)的示范與推廣應(yīng)用，對(duì)提升安徽省農(nóng)村沼氣科技水平、促進(jìn)農(nóng)民增收、改善生態(tài)環(huán)境、推進(jìn)美好鄉(xiāng)村建設(shè)都具有重要的意義。筆者針對(duì)目前沼氣原料利用單一、沼氣發(fā)酵技術(shù)粗放、缺乏高效利用技術(shù)等農(nóng)村沼氣發(fā)展的現(xiàn)實(shí)問題，集成沼氣發(fā)酵多樣化原料利用技術(shù)、高效沼氣發(fā)酵技術(shù)等技術(shù)，進(jìn)行生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術(shù)示范，以期在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)有效防治農(nóng)業(yè)面源污染，改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境。

1集成示范的技術(shù)

1.1農(nóng)村沼氣發(fā)酵新技術(shù)

1.1.1沼氣發(fā)酵多樣化原料利用技術(shù)。沼氣發(fā)酵原料是沼氣微生物賴以生存和產(chǎn)生沼氣的物質(zhì)基礎(chǔ)。按照營養(yǎng)成分，沼氣發(fā)酵原料可分為富氮原料和富碳原料。在農(nóng)村，富氮原料主要是指人、畜和家禽糞便，富碳原料主要指各種農(nóng)作物秸稈。原料的碳氮比是影響生物轉(zhuǎn)化的重要因素。物料厭氧發(fā)酵的C/N比為25～30最好[2]。C/N過低，過量的N會(huì)變成可溶性氮，導(dǎo)致料液“氨中毒”，抑制消化過程；C/N過高，由于氮素缺乏，發(fā)酵細(xì)菌生長營養(yǎng)不足，這樣不僅會(huì)延長處理時(shí)間，而且會(huì)降低有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化率[3]。因此，采用多種物料混合厭氧發(fā)酵，可避免單一原料厭氧發(fā)酵的缺陷，提高沼氣發(fā)酵產(chǎn)氣效率，從而有效解決環(huán)境污染與能源生產(chǎn)問題。原料種類是影響厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣過程的基礎(chǔ)因素，它通過影響原料的C/N、營養(yǎng)元素濃度、料液的pH、微生物種類及數(shù)量、料液黏度及傳熱傳質(zhì)能力等來影響發(fā)酵系統(tǒng)。畜禽糞便和秸稈均是良好的沼氣發(fā)酵資源，兩者混合發(fā)酵有利于解決單一秸稈發(fā)酵效率低下、單一糞便發(fā)酵原料不足的問題，避免單一原料厭氧發(fā)酵缺陷，提高有機(jī)廢棄物處理過程的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)而提高沼氣工業(yè)化的生產(chǎn)效率，從而高效解決能源生產(chǎn)與環(huán)境污染問題。

1.1.2高效沼氣發(fā)酵技術(shù)。溫度是影響厭氧消化的關(guān)鍵因素之一。研究表明，溫度直接影響產(chǎn)CH4菌的活性，從而影響厭氧發(fā)酵的速率和產(chǎn)氣質(zhì)量。產(chǎn)CH4菌活性適宜的溫度區(qū)間是中溫20~37 ℃、高溫 50~60 ℃。溫度為40~50 ℃時(shí)，產(chǎn)CH4菌的活性受到抑制。最大的沼氣產(chǎn)量分別出現(xiàn)在中溫35 ℃和高溫55 ℃[4]。在沼氣發(fā)酵中料液濃度對(duì)沼氣發(fā)酵有很大影響，不同溫度下發(fā)酵料液的最適濃度不同。發(fā)酵料液的濃度要根據(jù)發(fā)酵原料的含水量和不同季節(jié)所要求的濃度確定。夏季由于氣溫高，原料分解快，發(fā)酵料液濃度可適當(dāng)?shù)鸵恍?，一般要求濃度?%左右；冬季由于原料分解慢，濃度應(yīng)適當(dāng)提高一些，通常為10%左右。當(dāng)沼氣池容積一定時(shí)，低濃度的發(fā)酵料液含水量過多，單位容積的有機(jī)物含量少，產(chǎn)氣量也會(huì)減少，不利于沼氣池的充分利用；高濃度的發(fā)酵料液含水量太少，容易積累有機(jī)酸，發(fā)酵受阻，產(chǎn)氣率降低[3]。同時(shí)，接種物濃度對(duì)沼氣發(fā)酵也有很大影響。研究表明，接種物濃度為6%，物料濃度與接種物濃度之比為1∶1時(shí)，沼氣發(fā)酵系統(tǒng)的啟動(dòng)速度、COD降解率和產(chǎn)氣量都達(dá)最大[5]。在厭氧發(fā)酵的過程中，適當(dāng)?shù)臄嚢枘軌蚴拱l(fā)酵原料與微生物充分接觸，提高反應(yīng)速率，但需要控制好攪拌的強(qiáng)度。攪拌強(qiáng)度過大，會(huì)影響厭氧微生物的微環(huán)境，同時(shí)增加電耗，影響系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

1.2生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術(shù)農(nóng)作物秸稈、畜禽糞污經(jīng)處理去除懸浮物，再進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)生沼氣和有機(jī)肥。發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣可為農(nóng)戶日常生活提供能源，同時(shí)過量的沼氣可用于發(fā)電。沼渣生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥施用于周圍農(nóng)田，可增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量和肥力，減少農(nóng)藥化肥的使用，而且能改善土壤理化性狀，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。將養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)各項(xiàng)生產(chǎn)中能量轉(zhuǎn)換和物質(zhì)循環(huán)有機(jī)結(jié)合起來，以提高能源和養(yǎng)分資源利用率，降低環(huán)境污染，在為消費(fèi)者提供優(yōu)質(zhì)綠色農(nóng)產(chǎn)品的同時(shí)，也為農(nóng)民增加收入。通過一系列的污染治理，改善秸稈、畜禽糞污肆意堆放和排放的現(xiàn)狀，在處理農(nóng)業(yè)面源污染的同時(shí)生產(chǎn)清潔能源沼氣，從而減少對(duì)周圍環(huán)境的污染。

2生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術(shù)示范

2.1示范點(diǎn)概況阜陽市潁東區(qū)資源豐富，盛產(chǎn)小麥、玉米、大豆等糧食作物和瓜果等經(jīng)濟(jì)作物，是國家重要的商品糧基地、皖西北重要的蔬菜供應(yīng)基地和瘦肉型豬、黃牛、山羊、禽類生產(chǎn)基地。選取阜陽市潁東區(qū)典型規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場康樂養(yǎng)殖場為示范點(diǎn)。康樂養(yǎng)殖場始建于2008年12月，坐落于阜陽市潁東區(qū)插花鎮(zhèn)人民居委會(huì)，占地面積2.2 hm2，年出欄生豬7 600頭，采取干清糞方式，建有沼氣池，有蔬菜基地可以消納沼液。

2.2實(shí)施方案以阜陽市潁東區(qū)典型規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場康樂養(yǎng)殖場為試點(diǎn)，推廣沼氣發(fā)酵多樣化原料利用技術(shù)、高效沼氣發(fā)酵技術(shù)等多項(xiàng)沼氣新技術(shù)，建設(shè)展示基地和示范基地?；睾诵恼故緟^(qū)6.67 hm2，進(jìn)行生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術(shù)集成、示范與推廣。以康樂養(yǎng)殖場種植基地為核心，在阜陽市潁東區(qū)示范生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術(shù)，輻射帶動(dòng)周邊農(nóng)戶。試驗(yàn)示范以沼氣工程為紐帶的“秸稈-養(yǎng)殖-糞便-沼氣、有機(jī)肥-有機(jī)農(nóng)業(yè)-秸稈”的立體生態(tài)種、養(yǎng)循環(huán)生產(chǎn)模式。通過引進(jìn)示范推廣生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術(shù)，引導(dǎo)農(nóng)民拓展資源綜合利用，延長產(chǎn)業(yè)鏈，在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)有效防治農(nóng)業(yè)面源污染，改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，核心示范區(qū)農(nóng)民戶均年收入增加10%。同時(shí)，開展以農(nóng)村沼氣為紐帶的“秸稈-養(yǎng)殖-糞便-飼料、沼氣、有機(jī)肥-有機(jī)農(nóng)業(yè)-秸稈”的立體生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術(shù)示范和培訓(xùn)工作，包括沼氣發(fā)酵多樣化原料利用技術(shù)、高效沼氣發(fā)酵技術(shù)等農(nóng)村沼氣新技術(shù)、示范推廣生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術(shù)。

2.3組織實(shí)施為確保項(xiàng)目的順利實(shí)施，經(jīng)過探索實(shí)踐，采用“科研單位+ 公司+ 示范區(qū)+ 農(nóng)戶”的運(yùn)行機(jī)制，由安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)工程研究所提供技術(shù)支撐，公司聯(lián)合科研單位創(chuàng)辦示范區(qū)，示范農(nóng)村清潔能源與生態(tài)農(nóng)業(yè)相結(jié)合的高效、循環(huán)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。以示范區(qū)為樣板帶動(dòng)周邊農(nóng)戶參與，通過宣傳、技術(shù)培訓(xùn)、示范指導(dǎo)等多種形式，從基礎(chǔ)理論到技術(shù)應(yīng)用對(duì)周邊農(nóng)戶進(jìn)行全方位指導(dǎo)，以示范基地為核心，輻射帶動(dòng)周邊區(qū)域，探索農(nóng)村清潔能源與生態(tài)農(nóng)業(yè)相結(jié)合的高效、循環(huán)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，以取得良好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，實(shí)現(xiàn)共同發(fā)展。為了更好地宣傳和推廣沼氣新技術(shù)，在阜陽、合肥共舉辦了5期培訓(xùn)班，主要培訓(xùn)對(duì)象為農(nóng)技人員、技術(shù)干部、養(yǎng)殖大戶、周邊農(nóng)戶及企業(yè)技術(shù)骨干，共培訓(xùn)學(xué)員208人次，并發(fā)放技術(shù)手冊(cè)200余份，取得了良好的效果。

2.4實(shí)施效果通過集成沼氣發(fā)酵多樣化原料利用技術(shù)和高效沼氣發(fā)酵技術(shù)，在示范區(qū)進(jìn)行生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術(shù)示范，以提高沼氣工程的產(chǎn)氣率，改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境。以100 m3沼氣池年產(chǎn)沼氣1.82萬m3測算，每年可節(jié)約燃煤1.27萬kg，市場價(jià)值約6 350元。發(fā)酵后的沼液、沼渣是很好的肥料，能改良土壤，提高土壤中有機(jī)質(zhì)含量。經(jīng)測算，每年可節(jié)省肥料費(fèi)4 500元/hm2。該項(xiàng)目生產(chǎn)的沼液、沼渣做成有機(jī)肥后用于8 hm2康樂養(yǎng)殖場蔬菜生產(chǎn)基地及繼春養(yǎng)豬合作社生產(chǎn)基地的生產(chǎn)。基地種植的蔬菜以大白菜、蘿卜、青椒、芹菜、豆角、茄子、菠菜、番茄、黃瓜為主，主要供應(yīng)華夢(mèng)盛世購物中心、首信商城、棗莊鎮(zhèn)樂美生購物中心、正午鎮(zhèn)樂美生購物中心4個(gè)超市。以康樂養(yǎng)殖場蔬菜生產(chǎn)基地為核心，示范帶動(dòng)周邊后高、中高、董莊村民組，示范推廣面積達(dá)66.67 hm2。沼肥用于農(nóng)作物生產(chǎn)，能夠提高農(nóng)作物產(chǎn)量和附加值，減少了病蟲害防治的成本，每年每戶可增收13%，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。

3結(jié)語

通過集成沼氣發(fā)酵多樣化原料利用技術(shù)和高效沼氣發(fā)酵技術(shù)，進(jìn)行生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術(shù)的示范與推廣，為農(nóng)村廢棄物以及生產(chǎn)沼氣產(chǎn)生的沼液沼渣找到新的出路，不僅提高了資源的利用效率，改善了農(nóng)村的人居環(huán)境，也促進(jìn)了農(nóng)村沼氣的可持續(xù)發(fā)展，最終提高了示范區(qū)農(nóng)民的收入水平，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。

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Demonstration of Ecological Circulation Farming Technology Based on Rural Biogas

XIA Wen-sheng, GE Xin, LIU Zuo-jun et al (Agricultural Engineering Research Institute, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei, Anhui 230031)

AbstractFirstly, we introduced the utilization technology of diversified raw materials of biogas fermentation, the efficient biogas fermentation technology, and ecological circulation farming technology. Then, with Kangle Livestock Farm in Yingdong Area of Fuyang City as the pilot project, ecological circulation farming technology demonstration was carried out based on diversified raw materials utilization technology and efficient biogas fermentation technology. The implementation effects were analyzed. Results showed that implementation of this project promoted the sustainable development of rural biogas, enhanced the income level of farmers in demonstration area, controlled the non-point source pollution, improved rural ecological environment, and obtained good economic, social and ecological benefits.

Key wordsRural biogas； Farming cycle； Technology demonstration

收稿日期2015-12-16

作者簡介夏文勝(1969-)，男，安徽潛山人，副研究員，碩士，從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣工作。

基金項(xiàng)目農(nóng)業(yè)部2015年農(nóng)村能源綜合建設(shè)項(xiàng)目(2130126);安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院2014年成果推廣項(xiàng)目(14E1307)。

中圖分類號(hào)S 216.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)02-131-02