廖祖君

(四川省社會科學(xué)院，四川 成都 610072)

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我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究

廖祖君

(四川省社會科學(xué)院，四川 成都 610072)

本文認(rèn)為要解決循環(huán)農(nóng)業(yè)示范項目中建設(shè)隨意化、資金使用效益低、財政資金補(bǔ)貼錯位等問題，必須科學(xué)確定現(xiàn)代循環(huán)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)。文章以豬牛糞便和秸稈的資源化利用為核心內(nèi)容，對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)項目的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究，并提出相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

循環(huán)農(nóng)業(yè)；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；沼氣發(fā)酵

發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，是破解資源環(huán)境瓶頸、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。為此，國家在部分區(qū)域開展了農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)示范項目建設(shè)。現(xiàn)階段，我國農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中還有一些不成熟和欠規(guī)范的地方，特別是由于缺乏一套簡便管用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行規(guī)范和指引，出現(xiàn)了項目建設(shè)隨意化、資金使用效益低、財政資金補(bǔ)貼錯位和價值鏈利益失衡等問題。特別是與傳統(tǒng)循環(huán)農(nóng)業(yè)模式相比，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式的循環(huán)環(huán)節(jié)、組織形式和利益聯(lián)結(jié)都更加復(fù)雜，在建設(shè)環(huán)節(jié)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、投資標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)等方面，都有一些新的特點(diǎn)和要求。因此，應(yīng)加快現(xiàn)代循環(huán)經(jīng)濟(jì)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究，科學(xué)確定現(xiàn)代循環(huán)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)。本文以豬牛糞便和秸稈的資源化利用為核心內(nèi)容，對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)項目的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究。

1　豬牛糞便資源化循環(huán)利用模式建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

1.1關(guān)鍵建設(shè)環(huán)節(jié)

該模式以豬、牛養(yǎng)殖為基礎(chǔ)，以糞便發(fā)酵為中間紐帶，構(gòu)建復(fù)合生態(tài)鏈，實現(xiàn)豬、牛糞便綜合循環(huán)利用和農(nóng)業(yè)生態(tài)的良性循環(huán)。該模式主要包括3個環(huán)節(jié)：豬牛養(yǎng)殖環(huán)節(jié)、沼氣發(fā)酵環(huán)節(jié)(或有機(jī)肥生產(chǎn))和糧果蔬種植環(huán)節(jié)，其中沼氣發(fā)酵是該模式循環(huán)農(nóng)業(yè)的核心環(huán)節(jié)?；谖覈F(xiàn)有養(yǎng)殖規(guī)模實際情況，本建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)包括大型、中型和小型3種沼氣發(fā)酵工程。

1.1.1小型沼氣發(fā)酵工程根據(jù)“沼氣工程規(guī)模分類(NY/T667-2011)”的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，小型沼氣發(fā)酵工程主要是針對日產(chǎn)沼氣量5～150m3，養(yǎng)殖規(guī)模為生豬存欄量一般介于5～150頭的養(yǎng)殖小區(qū)而言。該模式因規(guī)模適度可控，通過豬牛養(yǎng)殖、沼氣發(fā)酵和糧果蔬種植3個環(huán)節(jié)的有機(jī)銜接，能使養(yǎng)殖糞便在種養(yǎng)業(yè)內(nèi)部得到有效消納，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)良性循環(huán)。

圖1以豬牛養(yǎng)殖為中心、糞便發(fā)酵為紐帶的資源利用型模式

注：上圖虛線涵蓋的區(qū)域為小型沼氣發(fā)酵工程循環(huán)模式，外圍實線為大中型沼氣發(fā)酵工程循環(huán)模式。

1.1.2大中型沼氣發(fā)酵工程大中型沼氣發(fā)酵工程主要是針對規(guī)模化養(yǎng)殖場而言。中型沼氣發(fā)酵工程日產(chǎn)沼氣量150～500m3，養(yǎng)殖規(guī)模為生豬存欄量一般介于150～500頭。而大型沼氣發(fā)酵工程的沼氣日產(chǎn)量為500～5000m3，生豬存欄量介于500～5000頭。由于規(guī)模養(yǎng)殖產(chǎn)生的糞污量很大，環(huán)境負(fù)效應(yīng)明顯，養(yǎng)殖場本身難以消納，因此需要通過引入有機(jī)肥生產(chǎn)線進(jìn)行外部消納，實現(xiàn)糞便的資源化、無害化利用，變廢為寶。

1.2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1品種選擇畜禽品種：一般選擇適應(yīng)性強(qiáng)、生長快速、飼料報酬高的品種，如生豬可選擇三元雜交(簡稱DLY)商品肉豬或品質(zhì)相似品種。作物品種：要求品種抗性強(qiáng)、適應(yīng)性廣、品質(zhì)優(yōu)、重金屬吸附率低。

1.2.2種養(yǎng)方式種養(yǎng)管理上要做到科學(xué)合理，營養(yǎng)平衡，養(yǎng)分利用率高，糞便中氮、磷及金屬元素排放量低，同時盡量降低抗生素的使用。養(yǎng)殖場所要滿足“雨污分流、干濕分離、節(jié)水養(yǎng)殖、循環(huán)利用”的綜合技術(shù)措施。

1.2.3中小規(guī)模沼氣工程建設(shè)

1.2.3.1厭氧反應(yīng)器(沼氣池)為地下式混凝土整體現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，點(diǎn)蓋式圓筒形，沼氣池盡量與廁所和牲畜養(yǎng)殖場結(jié)合，實現(xiàn)自動進(jìn)料；牲畜養(yǎng)殖場、廁所與辦公(生活)場所功能獨(dú)立，位置相對分離。

1.2.3.2沼液存儲池修建地點(diǎn)盡量選擇地勢較高的地方，以利于沼液自然輸送；通過PE管道與田園、果園或其它植物種植場地連通；存儲池周邊配建防護(hù)欄，入水口最好建有沉沙池。

1.2.3.3栽培基地土壤平整，質(zhì)地較為疏松，利于排灌；用沼液抽排專用泵進(jìn)行沼液輸送；作物品種不同，種植方式不同，對沼液的消納能力不一樣，配套的糧果蔬栽培基地面積也不盡相同。

1.2.3.4沼液輸送管網(wǎng)沼液輸送管道主要采用PE管道(管道參數(shù)為1.5MpaΦ110，可根據(jù)實際情況調(diào)整)用于傳輸，該管道于土中掩埋，掩埋深度視具體情況而定(至少30cm以上)；同時配備耐腐蝕暗桿閘閥(PN1.6Mpa)、快速接口陽端與接口陰端和軟管，用于沼液田間施用。

1.2.3.5沼氣輸送管網(wǎng)輸送管道可以采用高萘聚乙烯塑料管、PE管、PPR管等，目前主要采用PE沼氣管(公稱外徑主管應(yīng)大于63mm，進(jìn)戶管道約16～20mm，公稱壓力1.0Mpa)。

1.2.3.6主要機(jī)械裝置包括對沼氣發(fā)酵產(chǎn)物進(jìn)行固液分離的固液分離機(jī)，沼液輸送過程中的沼液專用泵，沼液運(yùn)輸車，沼氣遠(yuǎn)距離運(yùn)輸過程中的增壓裝置，沼氣脫硫裝置等。

1.2.4大型沼氣工程建設(shè)用于規(guī)?；B(yǎng)殖場糞便及污水無害化處理的沼氣發(fā)酵工程處理，應(yīng)符合國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。目前，規(guī)?；B(yǎng)殖場糞便及污水的沼氣發(fā)酵處理工藝主要包括“能源生態(tài)型”和“能源環(huán)保型”兩種處理工藝，“能源生態(tài)型”工藝的產(chǎn)物作為水肥還回農(nóng)田，而“能源環(huán)保型”的產(chǎn)物要求達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后直接排放或回收。

1.2.4.1格柵設(shè)置于沉砂池、集水池或水泵前，其數(shù)量不宜少于2道，一道粗格柵條間隙為20～40mm去除大型雜物，一道細(xì)格柵條間隙為8～15mm去除中小型雜物；污水過柵流速為0.5m/s～0.8m/s，格柵傾角為45°～75°。格柵處應(yīng)設(shè)置工作平臺，其高度應(yīng)高出格柵前最高設(shè)計水位0.5m。

1.2.4.2調(diào)節(jié)池位于進(jìn)水口處，容積計算公式為：調(diào)節(jié)池有效容積(m3)=畜禽養(yǎng)殖場每日排污水量(m3/d)/畜禽養(yǎng)殖場每日排污次數(shù)。

1.2.4.3沉淀池容積50m3左右，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)參考國家室外排水(GBJ14)中的相關(guān)規(guī)定；要求污水滯留時間應(yīng)大于1h，并設(shè)置排泥管道。

1.2.4.4集污池養(yǎng)殖場污水厭氧處理系統(tǒng)前，應(yīng)設(shè)置集污池，以短時間接納豬糞，容積90m3左右；集污池容積不應(yīng)小于該池水泵30min的出水量。

1.2.4.5污水泵與泵房污水泵的選擇應(yīng)根據(jù)其用途和輸送介質(zhì)的種類、流量、揚(yáng)程和工作性質(zhì)等因素確定，泵應(yīng)盡量選用同一型號；進(jìn)料泵應(yīng)設(shè)置一臺備用泵與工作泵并聯(lián)。

1.2.4.6厭氧消化器可采用與氣柜分體式結(jié)構(gòu)或產(chǎn)氣貯氣一體化結(jié)構(gòu)。高濃度發(fā)酵原料厭氧消化應(yīng)采用高固含率(TS>8%)中溫(35℃左右)消化工藝，年均池容產(chǎn)氣率≥0.8m3/m3·d，揮發(fā)性固形物去除率≥70%；低濃度發(fā)酵原料厭氧消化應(yīng)采用厭氧復(fù)合反應(yīng)器、厭氧接觸、上流式污泥床等工藝，年均池容產(chǎn)氣率≥0.3m3/m3·d，化學(xué)需氧量去除率≥70%。

1.2.4.7沼氣凈化系統(tǒng)主要設(shè)備包括氣水分離器、砂濾、脫硫裝置等。經(jīng)過凈化系統(tǒng)處理后的沼氣質(zhì)量指標(biāo)，應(yīng)符合甲烷含量55%以上，硫化氫含量小于20mg/m3的要求。

1.2.4.8沼氣貯存設(shè)備主要包括貯氣柜和流量計兩部分。貯氣柜容積根據(jù)沼氣的用途確定：炊用時，容積按日產(chǎn)量的50%～60%設(shè)計；炊用和發(fā)電(或燒鍋爐)各占一半左右時，容積按日產(chǎn)量的40%設(shè)計；用于工業(yè)用氣時，應(yīng)根據(jù)沼氣供求平衡曲線確定貯氣柜的容積。貯氣柜布置在氣源附近。設(shè)有防止過量充氣和抽氣的安全裝置。放空管應(yīng)設(shè)阻火、防雨雪和雜物堵塞的措施。鋼板或鋼筋混凝土構(gòu)造。沼氣貯氣柜出氣口處應(yīng)設(shè)阻火器。

1.2.4.9沼液存儲池沼液存儲池為地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，修建規(guī)模及標(biāo)準(zhǔn)參見上面的小型沼氣發(fā)酵工程的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.4.10沼液沼氣輸送管網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)參見小型沼氣發(fā)酵工程的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.5環(huán)境監(jiān)測沼渣沼液成分不定，投放到環(huán)境后可能會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生難以估計的影響。因此需要加強(qiáng)沼渣沼液使用后的環(huán)境效應(yīng)監(jiān)測。土壤：需要監(jiān)測土壤的各項理化性質(zhì)指標(biāo)和微生物學(xué)指標(biāo)，包括土壤酸堿度、有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀含量，以及土壤重金屬含量和大腸菌群數(shù)量等。水體：基本監(jiān)測指標(biāo)包括：生化需氧量(BOD)、化學(xué)需氧量(COD)、總需氧量(TOD)、總有機(jī)碳(TOC)、懸浮物、有毒物質(zhì)、pH值、大腸菌群數(shù)。農(nóng)產(chǎn)品：利用沼渣沼液生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品應(yīng)符合《中華人民共和國農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量法》的相關(guān)要求。

2　作物秸稈“四化”綜合利用模式建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

2.1關(guān)鍵建設(shè)環(huán)節(jié)

作物秸稈“四化”綜合利用模式主要包括：肥料化、飼料化、基料化、能源化。通過上述措施實現(xiàn)秸稈的資源化利用，消解秸稈對環(huán)境的污染和生態(tài)的破壞(綜合模式見圖2)。

圖2農(nóng)作物秸稈的“四化”綜合利用模式

2.1.1秸稈“肥料化”利用秸稈“肥料化”主要是利用秸稈自身的元素特性，將其還田作為營養(yǎng)物質(zhì)補(bǔ)充到土壤中進(jìn)行資源化利用。還田方式主要包括直接還田、間接還田和腐熟還田3種方式。其中秸稈直接還田是近年來主推的利用方式，包括粉碎還田和整稈還田。主要的技術(shù)環(huán)節(jié)包括機(jī)械收獲、秸稈還田、播種。

2.1.2秸稈“飼料化”利用秸稈“飼料化”主要是利用秸稈自身的營養(yǎng)特性，通過對其進(jìn)行一定處理，可以作為反芻動物飼料的重要組成部分。秸稈的“飼料化”包括直接飼喂、生物處理和機(jī)械加工等方法。青貯發(fā)酵是目前我國農(nóng)業(yè)部重點(diǎn)推廣的秸稈生物處理實用技術(shù)，其主要技術(shù)環(huán)節(jié)包括預(yù)備發(fā)酵期、酸化成熟期、完成保存期。

2.1.3秸稈“基料化”利用該模式主要利用食用菌來轉(zhuǎn)化農(nóng)作物秸稈，從而將廢棄的農(nóng)作物秸稈轉(zhuǎn)化為人類可食用的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)和健康食品，殘余的培養(yǎng)料作為良好的有機(jī)肥料，從而實現(xiàn)農(nóng)作物秸稈的循環(huán)利用。主要技術(shù)環(huán)節(jié)包括培養(yǎng)料配制及發(fā)酵、播種栽培、培菌、出菇管理、采收和廢棄物處理等。

2.1.4秸稈“能源化”利用秸稈是一種重要的生物質(zhì)能，據(jù)測算，2t秸稈能源化利用熱值可替代1t標(biāo)準(zhǔn)煤。秸稈沼氣(生物氣化)是指以秸稈為主要原料，經(jīng)微生物發(fā)酵作用生產(chǎn)沼氣和沼渣、沼液等有機(jī)肥料的技術(shù)，主要環(huán)節(jié)包括秸稈預(yù)處理、投池發(fā)酵、產(chǎn)物處理等。秸稈熱解氣化是指以秸稈為主要原料，經(jīng)熱解反應(yīng)氣化產(chǎn)生生物質(zhì)燃?xì)獾募夹g(shù)，主要環(huán)節(jié)包括秸稈預(yù)處理、投池發(fā)酵、秸稈熱化學(xué)反應(yīng)、產(chǎn)物處理等。

2.2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1品種選擇

2.2.1.1作物品種秸稈“肥料化”利用模式中要求秸稈應(yīng)是抗病、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、抗倒伏的優(yōu)良品種；“飼料化”利用中，秸稈應(yīng)選擇含糖量較高的玉米、高粱和禾本科植物等；“基料化”利用中，秸稈應(yīng)選擇纖維素含量高、易降解的品種，比如稻草；“能源化”利用中要求秸稈不能是桃葉、大蒜、辣椒和木本枝條以及剛噴施過農(nóng)藥的農(nóng)作物秸稈、草料和樹葉等。

2.2.1.2畜禽品種在秸稈青貯飼喂動物為牛、羊等反芻動物，且要求具有飼料利用率高、抗性強(qiáng)、飼喂周期短的特性。

2.2.2種養(yǎng)要求

2.2.2.1秸稈還田的種植要求秸稈還田量不能過大，一般為200～300kg/667m2；配合施用氮磷肥，一般100kg秸稈配施0.7kg的尿素，同時結(jié)合澆水以利秸稈腐解；還田的秸稈應(yīng)無病蟲害、無霉變。

2.2.2.2秸稈青貯飼料要求一般占日糧干物質(zhì)的50%以下；每天根據(jù)喂量，用多少取多少，否則容易腐臭或霉?fàn)€；冬季氣溫較低，在早上飼喂青貯飼料時，取出青貯飼料后，應(yīng)等溫度適當(dāng)回升后再飼喂。同時需要與青草、青干草或其他草料配合，并補(bǔ)充油餅或豆科飼料。

2.2.2.3秸稈“基料化”要求食用菌品種應(yīng)該選擇分解能力強(qiáng)、抗性強(qiáng)、生長速度快的草腐類食用菌，如雙孢菇、雞腿蘑等。秸稈無霉變、不生蟲。同時根據(jù)食用菌品種的差異輔以不同的礦物質(zhì)元素和碳氮元素。栽培場所清潔衛(wèi)生，根據(jù)品種特點(diǎn)構(gòu)建相應(yīng)的栽培小生態(tài)氣候條件。

2.2.2.4秸稈“能源化”要求秸稈投池量要達(dá)到或略超過批量投料量，用于后續(xù)補(bǔ)料。沼氣池啟動使用后，必須加強(qiáng)后期的科學(xué)管理。做好以下管理：沼氣池及時出料和加料；時常攪動發(fā)酵料以利產(chǎn)氣；保持6%～12%的發(fā)酵液濃度，6.8～7.5的pH值；入冬前沼氣池徹底換料1次，做好必要的保溫措施。秸稈熱解氣化過程，要控制好秸稈原料含水率，做好秸稈預(yù)處理工作程序。

2.2.3關(guān)鍵技術(shù)

2.2.3.1秸稈還田農(nóng)機(jī)人員應(yīng)經(jīng)過培訓(xùn)，具有一定田間經(jīng)驗，懂結(jié)構(gòu)原理，懂農(nóng)藝要求、懂安全規(guī)程，會安裝、會調(diào)整、會操作使用、會排除故障；拖拉機(jī)、稻麥聯(lián)合收割機(jī)、秸稈切碎裝置、秸稈還田機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)按要求保養(yǎng)、調(diào)整、潤滑，具有良好的技術(shù)狀態(tài)；稻麥聯(lián)合收割機(jī)收獲水稻，留茬約10cm。秸稈切碎裝置作業(yè)質(zhì)量應(yīng)達(dá)到水稻秸稈切碎長度≤10cm，全幅均勻撒鋪，不壓未割作物。

2.2.3.2秸稈青貯原料要切短(1～3cm)，壓實，密閉，以排除空氣；青貯原料溫度在20℃～35℃為宜；水分適當(dāng)，約70%左右；秸稈采收時間適宜，籽粒處于蠟熟階段，秸稈葉片主要為青葉；發(fā)酵制成的青貯飼料顏色接近于物料原始顏色，具有比較濃郁的發(fā)酵香味，盡量無氨味；青貯設(shè)施應(yīng)建在地勢較高，向陽干燥土質(zhì)堅硬距離畜禽較近的地方，大小根據(jù)實際情況來定。

2.2.3.3秸稈“基料化”秸稈基料化主要指將秸稈作為培養(yǎng)料栽培食用菌，主要環(huán)節(jié)包括原料準(zhǔn)備、裝袋滅菌、接種、培菌管理和出菇管理等。相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)流程應(yīng)符合國家《無公害食品食用菌栽培基質(zhì)安全技術(shù)要求(NY 5099～2002)》《食用菌菌種良好作業(yè)規(guī)范(NY/T1731～ 2009)》《食用菌菌種生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程(NY/T 528～2010)》《食用菌生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范(NY/T 2375～2013)》的相關(guān)要求。

2.2.3.4秸稈“能源化”秸稈能源化主要包括秸稈沼氣(生物氣化)和秸稈熱解氣化兩種。秸稈沼氣(生物氣化)是指以秸稈為主要原料，經(jīng)微生物發(fā)酵作用生產(chǎn)沼氣和沼渣、沼液等有機(jī)肥料的技術(shù)。主要環(huán)節(jié)包括：秸稈預(yù)處理、投池發(fā)酵、產(chǎn)物處理等。循環(huán)設(shè)施應(yīng)符合國家《秸稈沼氣工程施工操作規(guī)程(NY/T 2141～2012)》、《秸稈沼氣工程工藝設(shè)計規(guī)范(NY/T 2142～2012)》等相關(guān)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求。秸稈熱解氣化主要環(huán)節(jié)包括：秸稈預(yù)處理、投池發(fā)酵、秸稈熱化學(xué)反應(yīng)、產(chǎn)物處理等。

2.2.4環(huán)境監(jiān)測作物秸稈“四化”循環(huán)利用模式中，不管哪一種循環(huán)轉(zhuǎn)化模式的產(chǎn)物都會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。因此要加強(qiáng)監(jiān)管不同模式產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)。土壤：需要監(jiān)測土壤的各項理化性質(zhì)指標(biāo)和微生物學(xué)指標(biāo)，包括土壤酸堿度、有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀含量，以及土壤重金屬含量和大腸菌群數(shù)量等。水體：基本監(jiān)測指標(biāo)包括：生化需氧量(BOD)、化學(xué)需氧量(COD)、總需氧量(TOD)、總有機(jī)碳(TOC)、懸浮物、有毒物質(zhì)、pH值和大腸菌群數(shù)。農(nóng)產(chǎn)品：利用沼渣沼液生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品應(yīng)符合《中華人民共和國農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量法》的相關(guān)要求。

2016-6-29

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程(CAAS-ASTIP-2015- BIOMA)

廖祖君(1980-)，男，漢族，從事農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)研究。E-mail：9130000@qq.com