顏佳旺，熊康寧，劉肇軍，郭應軍，孫若晨

(貴州師范大學 喀斯特研究院/國家喀斯特石漠化防治工程技術研究中心，貴州 貴陽 550001)

0 引言

【研究意義】傳統(tǒng)生物質(zhì)能是農(nóng)戶賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎[1]。隨著特色生態(tài)種植業(yè)產(chǎn)業(yè)化和養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；陌l(fā)展[2]，農(nóng)業(yè)廢棄物的生產(chǎn)量日益增長，由于其低品位與分散性高的特點、農(nóng)村燃燒爐具效能低下、農(nóng)戶環(huán)境保護和合理用能意識薄弱[3]，大量農(nóng)作物秸稈被直接無利用燃燒、禽畜糞便隨意排放等普遍現(xiàn)象引起了嚴重的農(nóng)村面源污染[4]。中國作為傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，衍生的農(nóng)業(yè)廢棄物資源數(shù)量大、可再生性強，開發(fā)利用潛力巨大[5]，因此，積極發(fā)展以農(nóng)業(yè)廢棄物為主要原料的能源化技術已成為社會各界的共識和眾多學者關注與探討的熱點問題。【前人研究進展】喀斯特脆弱的生態(tài)環(huán)境下，不合理的社會經(jīng)濟活動造成的人地關系不和諧，誘發(fā)了嚴重的石漠化問題[6-7]。農(nóng)戶的低碳高效用能意識薄弱、以薪柴為主的能源消費結(jié)構(gòu)和粗放式的農(nóng)業(yè)廢棄物利用方式不僅造成了室內(nèi)空氣污染，還嚴重威脅到當?shù)剞r(nóng)戶的身體健康，造成森林資源退化、水土流失、加劇石漠化的惡化，導致人地矛盾不斷惡化[8]，該地區(qū)土地破碎化嚴重，廢棄物的隨處排放堆積，大面積占用耕地，降低了土地的可利用程度?！狙芯壳腥朦c】隨著多年石漠化防治措施的開展及電力等商品能源的普及，農(nóng)戶薪柴的獲取方式從之前的“砍柴”轉(zhuǎn)變?yōu)楫斍暗摹皳觳瘛?，對薪柴的需求量也大大減少，大多未被利用的農(nóng)業(yè)廢棄物仍被大量丟棄或就地燃燒，加上當?shù)卣畬r(nóng)業(yè)生物質(zhì)能的低碳高效利用重視程度不夠，相關政策支持力度較弱，基礎設施不夠完善等，喀斯特石漠化地區(qū)農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用的情況依然嚴峻。當前喀斯特石漠化地區(qū)處于農(nóng)村能源發(fā)展的初期階段，主要集中在生物質(zhì)能的利用現(xiàn)狀、生物質(zhì)能承載力和生物質(zhì)能潛力的估算方面[9-13]，對該地區(qū)的農(nóng)業(yè)廢棄物能源化的研究總體較少?！緮M解決關鍵問題】梳理國內(nèi)農(nóng)業(yè)廢棄物能源化階段性研究成果，以期為我國喀斯特地區(qū)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能源的合理開發(fā)利用提供理論依據(jù)，為農(nóng)村能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和相關政策的制定提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

選擇中國學術期刊網(wǎng)(CNKI)全文數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)源，對國內(nèi)農(nóng)業(yè)廢棄物能源化的研究動態(tài)和發(fā)展前沿進行分析。為保證文獻的查準率和查全率，采用農(nóng)業(yè)廢棄物、農(nóng)村沼氣利用、農(nóng)村秸稈能源化及農(nóng)村廢棄物能源化等多種組合進行主題詞檢索，檢索截止時間為2019年12月31日。采取人工核實的方式對所選文獻進行逐一校對和篩選，經(jīng)過去重整理并剔除不相關文獻，共收集樣本文獻1 065篇。

1.2 研究方法

科學知識圖譜以研究領域知識為對象，直觀形象地顯示該研究領域的發(fā)展進程和內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的關系，從而呈現(xiàn)某個研究領域的知識結(jié)構(gòu)、規(guī)律和分布情況，是一種有效的、綜合性的知識可視化分析方法和工具[14-15]，用于探求一個學科或知識領域在一定時期的發(fā)展趨勢和動向，在一定程度上避免了研究者的主觀性，進而增強結(jié)果的客觀性與可靠性[15]。運用CiteSpace文獻計量分析軟件，以中國農(nóng)業(yè)廢棄物能源化領域的文獻為研究對象，厘清其整體研究狀況，如文獻年度分布，研究機構(gòu)和作者共現(xiàn)情況及研究熱點等，客觀地揭示其發(fā)展態(tài)勢。

2 結(jié)果與分析

2.1 文獻發(fā)文量變化

從圖1看出，文獻發(fā)文量大致分為3個階段：第一階段是1979-2003年，文獻量較少，屬于緩慢發(fā)展的萌芽期；第二階段是2003-2008年，國家惠農(nóng)政策的提出，能源政策的頒布，農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能得到重視，針對農(nóng)業(yè)廢棄物的能源化處理逐漸得到關注，研究成果快速增多，處于快速發(fā)展階段；第三階段是2008-2019年，近年的研究成果雖有減少，但各年文獻量均保持在60篇以上，整體處于平穩(wěn)發(fā)展階段。喀斯特石漠化地區(qū)在2004年才開始出現(xiàn)相關研究成果，起步較晚，2004-2019年共發(fā)文10篇，成果產(chǎn)出較少。

圖1 中國農(nóng)業(yè)廢棄物能源化研究發(fā)文量變化Fig.1 Number of published papers on agricultural waste energy utilization in China

2.2 研究機構(gòu)和作者共現(xiàn)情況

對樣本文獻中的相關研究機構(gòu)和作者進行共現(xiàn)分析，能客觀反映該領域研究團隊間合作強度。從表1看出，華中農(nóng)業(yè)大學經(jīng)濟管理學院出現(xiàn)次數(shù)最多，為22次；其次是農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設計研究院和農(nóng)業(yè)部沼氣科學研究所，分別為14次和11次。各機構(gòu)的中心度都為0，說明在這一領域雖有成績顯著的機構(gòu)，但機構(gòu)間的聯(lián)系較少，并未形成有影響力的中心研究團隊。

表1 1979-2019年農(nóng)業(yè)廢棄物能源化領域研究機構(gòu)發(fā)表論文概況Table 1 Rank of papers published by research institutions in the field of agricultural waste energy utilization during 1979—2019

作者共現(xiàn)分析結(jié)果 (圖2)顯示，共有140個網(wǎng)絡節(jié)點，150條連線，網(wǎng)絡密度為0.015 4，網(wǎng)絡密度值較小，說明僅部分作者之間有為數(shù)不多的共現(xiàn)關系，但共現(xiàn)程度低，呈現(xiàn)部分集中，整體分散的狀態(tài)。因此，相關研究的團隊與團隊、學者與學者間還需加強交流合作。

圖2 1979-2019年農(nóng)業(yè)廢棄物能源化研究發(fā)文作者圖譜Fig.2 Author map of the study on agricultural waste energy utlization during 1979—2019

2.3 研究熱點

通過對關鍵詞的分析繪制“農(nóng)業(yè)廢棄物能源化”研究熱點知識圖譜，從而客觀地反映該研究的熱點問題。從圖3看出，共有183個網(wǎng)絡節(jié)點，490條連線，網(wǎng)絡密度為0.014 9，關鍵詞間形成了一個結(jié)構(gòu)復雜、主次明顯的共現(xiàn)圖譜。因低頻關鍵詞較多，將出現(xiàn)頻次≥20次的關鍵詞列出(表2)，其中秸稈、沼氣、生物質(zhì)能、農(nóng)業(yè)廢棄物、農(nóng)村、資源化利用、綜合利用這七大關鍵詞的出現(xiàn)次數(shù)均超過70次，出現(xiàn)頻次分別為171次、133次、132次、121次、92次、84次和74次，在該領域具有重要地位。為更客觀、準確、有效地分析和把握研究內(nèi)容，將高頻關鍵詞聚類成若干主題，借助圖譜節(jié)點的查詢功能梳理相關文獻，進一步篩選和組合，根據(jù)其研究內(nèi)容，分為以下3個主要研究熱點主題。

圖3 農(nóng)業(yè)廢棄物能源化研究關鍵詞共現(xiàn)圖譜Fig.3 Co-occurence of key words in the study of agricultural waste energy utilization

表2 農(nóng)業(yè)廢棄物能源化研究熱點頻次(≥20)Table 2 Research hotspots frequency(≥20) in agricultural waste energy utilization

2.3.1 農(nóng)業(yè)廢棄物能源化潛力評估 農(nóng)業(yè)廢棄物能源化潛力評估相關文獻較多，如蔡亞慶等[16-17]通過文獻分析和實地調(diào)查，利用草谷比法，構(gòu)建農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用潛力估算模型，分析了中國農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便等廢棄物的資源量和可能源化利用的潛力。相關研究對一些區(qū)域農(nóng)業(yè)廢棄物利用進行了利用潛力分析[12，18-19]，如盈斌等[12]以貴州為例，對典型喀斯特石漠化地區(qū)的秸稈、畜禽糞便等資源的生物質(zhì)潛力和發(fā)展變化趨勢進行評估表明，貴州省畜禽糞便產(chǎn)量最多，能源化潛力巨大。諸多學者通過對中國各區(qū)域多個時期的農(nóng)業(yè)廢棄物資源量進行測算，以生態(tài)效益和社會經(jīng)濟效益為評價標準對農(nóng)業(yè)廢棄物能源化潛力進行定量和定性評價，揭示了中國在節(jié)能減排約束下的農(nóng)業(yè)廢棄物能源化可利用價值高，發(fā)展?jié)摿薮螅瑢r(nóng)村能源建設和生態(tài)環(huán)境保護具有重要意義。

2.3.2 農(nóng)業(yè)廢棄物能源化技術研究 通過對沼氣技術中的原料供應、厭氧發(fā)酵、產(chǎn)氣、出料等關鍵環(huán)節(jié)的技術研究，解決了非養(yǎng)殖農(nóng)戶和已建沼氣池的原料供應及沼廢的科學處理問題，在農(nóng)村地區(qū)被廣泛采用[20-22]，但隨著農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和社會經(jīng)濟轉(zhuǎn)型，呈由戶用微型沼氣向大中型沼氣轉(zhuǎn)變的新趨勢，但秸稈預處理及沼氣低溫發(fā)酵技術一直是農(nóng)村地區(qū)農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用有待突破的技術難點[23]。我國生物質(zhì)成型燃料技術已基本完成自主研發(fā)和創(chuàng)新，作為供熱燃料將繼續(xù)保持較快的發(fā)展勢頭，但當前的固化成型燃料技術主要適用于規(guī)?；痛笮娃r(nóng)業(yè)基地，在土地破碎程度高的小農(nóng)地區(qū)，還存在經(jīng)濟性較差，農(nóng)戶無法利用等問題[24-25]。在生物質(zhì)直燃技術方面，除直燃發(fā)電技術外，還通過將老虎灶、地火塘等傳統(tǒng)灶具改進為新型節(jié)能灶具和爐具[26]，提高了能源利用效率，環(huán)境效益顯著。

2.3.3 農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用行為和意愿研究 農(nóng)戶在農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用和選擇上扮演著重要角色，其利用行為和意愿影響生態(tài)文明鄉(xiāng)村建設及農(nóng)村能源可持續(xù)發(fā)展。王火根等[27-29]運用邏輯回歸分析法對湖北、河北、云南等不同地區(qū)農(nóng)戶沼氣的利用行為和影響因素的分析發(fā)現(xiàn)，在不同地區(qū)間，農(nóng)戶廢棄物利用行為和意愿雖有所差異，但隨著基礎設施的改善、農(nóng)戶認知水平的提高、經(jīng)濟水平的提升，有利于提高農(nóng)戶對農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用意愿；也有學者針對不同地區(qū)的畜禽廢棄物資源化處理利用的行為和意愿及影響因素進行研究發(fā)現(xiàn)，計劃行為理論能較好地解釋農(nóng)戶畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用意愿和行為，農(nóng)戶的廢棄物能源化處理意愿和行為呈相互促進關系[30-33]。通過對農(nóng)戶行為和意愿的影響因素研究，揭示了家庭稟賦、社會經(jīng)濟，能源可獲性、政策實行等影響因素與農(nóng)村居民能源利用間的相互關系，構(gòu)建以政府控制為主導、以能源法規(guī)為保障、以經(jīng)濟調(diào)節(jié)為補充、以公眾為監(jiān)督的農(nóng)戶利用意愿長效激勵機制，從而提高農(nóng)戶參與性。

3 討論

農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用具有經(jīng)濟性強，低碳化特征[5]，是改變喀斯特石漠化地區(qū)以薪柴為主能源消費結(jié)構(gòu)的可行選擇?？λ固氐貐^(qū)可持續(xù)發(fā)展面臨最嚴峻的生態(tài)問題是石漠化，特別是在農(nóng)村地區(qū)，石漠化的惡性發(fā)展不僅對生態(tài)環(huán)境安全構(gòu)成巨大威脅，也嚴重制約了社會經(jīng)濟發(fā)展[34]。農(nóng)業(yè)廢棄物能源化是農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能高效利用的有效方式和重要體現(xiàn)，不僅對增強喀斯特山區(qū)農(nóng)林生態(tài)服務功能和生態(tài)系統(tǒng)修復有重要作用，還提高了生物質(zhì)能承載力，可有效降低喀斯特石漠化地區(qū)農(nóng)戶對當?shù)厣镔|(zhì)資源賦存的過度依賴，也是石漠化治理和生態(tài)系統(tǒng)修復的有效途徑。

在對農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用示范研究中，研究區(qū)域主要集中在中國北方地區(qū)，而喀斯特石漠化地區(qū)主要集中于中國南方，由于地區(qū)間區(qū)域差異性較大，使得很多示范只適合在北方進行或在小面積內(nèi)推廣，若要利用示范區(qū)域的某一種方法時，應借鑒而不是照搬，需因地制宜，科學利用?？λ固厥貐^(qū)傳統(tǒng)生物質(zhì)能低值粗放的利用方式對薪柴的依賴非常嚴重，應積極運用地理區(qū)劃的方法，結(jié)合不同等級喀斯特石漠化地區(qū)的地形地貌特征、社會經(jīng)濟基礎、農(nóng)業(yè)廢棄物資源稟賦、農(nóng)戶利用意愿等特征，不斷創(chuàng)新和研發(fā)適用于當?shù)氐霓r(nóng)業(yè)廢棄物能源化技術，優(yōu)化農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)，因地制宜推廣薪材替代的新模式，如推廣以石山沼氣池、節(jié)柴灶、節(jié)能爐，將農(nóng)業(yè)廢棄物作為重點納入大山地生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的建設中。由于喀斯特石漠化地區(qū)特殊的地上與地下二元結(jié)構(gòu)，畜禽糞便的隨意排放也會造成地表與地下的立體污染，所以也應加強并完善農(nóng)業(yè)廢棄物收儲運管理體系，從而保證農(nóng)業(yè)廢棄物能源化高效利用，保障能源安全。

在喀斯特石漠化地區(qū)，農(nóng)戶作為農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用的主體，由于受當?shù)刈匀画h(huán)境和社會經(jīng)濟環(huán)境的限制，其文化水平普遍不高，能源化設備使用和管理的技術不成熟，導致設備使用壽命縮短。政府應發(fā)揮好自身的主導作用，加強與企業(yè)和高校間的合作，做好相關地方性政策制度的制定和實施，研發(fā)適用于喀斯特石漠化地區(qū)的廢棄物能源化新技術，通過線上培訓+線下專家指導相結(jié)合，合理科學地利用和管理農(nóng)業(yè)廢棄物資源，培養(yǎng)標桿農(nóng)戶，設立農(nóng)業(yè)廢棄物經(jīng)理人，并對其他農(nóng)戶進行培訓和積極引導，既能從根本上提高能源化設施的使用壽命，改善農(nóng)戶的農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用意識，提高農(nóng)戶利用意愿與參與性。

中國農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用潛力巨大且發(fā)展基本成熟，但研究團隊較為分散，聯(lián)系與合作較少，應加強相互間的交流合作。研究內(nèi)容主要集中于潛力評估、利用技術、農(nóng)戶行為與意愿研究3個方面，呈現(xiàn)不斷研究、不斷深化，系統(tǒng)性、針對性更強的趨勢。解決農(nóng)村能源問題是喀斯特石漠化治理過程中的必要環(huán)節(jié)，但當前喀斯特石漠化地區(qū)專門針對該領域的研究較少，須加強關注程度。在借鑒發(fā)展成熟地區(qū)農(nóng)業(yè)廢棄物能源化的利用技術和模式的基礎上，選擇和研發(fā)適合于當?shù)氐男录夹g和新模式，力求喀斯特石漠化地區(qū)農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)朝著生態(tài)化、高效化、經(jīng)濟化發(fā)展，促進農(nóng)村地區(qū)人地關系的和諧穩(wěn)定，從而達到防治石漠化的目的。

4 結(jié)論

1979-2019年，我國農(nóng)業(yè)廢棄物能源化領域的研究成果整體呈上升趨勢，但研究團隊間較為分散，聯(lián)系與合作較少。應加強機構(gòu)和研究團體之間的交流和合作，為農(nóng)業(yè)廢棄物的能源化利用提供全新的思路和方法，共同推進該領域的發(fā)展。

研究熱點主要集中于利用現(xiàn)狀調(diào)查與潛力評估、利用技術、農(nóng)戶行為與意愿3個方面，綜合發(fā)展趨勢不斷系統(tǒng)化。農(nóng)業(yè)廢棄物能源化是一個復雜而綜合的系統(tǒng)，內(nèi)部各要素間也存在大量線性和非線性的相互作用，從農(nóng)業(yè)廢棄物能源化機理及其高效利的機制，到模式的構(gòu)建、提出創(chuàng)新技術并進行示范和推廣。

當前該領域針對全國和地方的研究較為豐富，但專門針對喀斯特石漠化地區(qū)的研究較少，應在借鑒其他地區(qū)研究的基礎上，因地制宜，選擇和研發(fā)適于當?shù)刈陨頎顩r的新技術和新模式，力求喀斯特石漠化地區(qū)農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)朝著生態(tài)化、高效化和經(jīng)濟化發(fā)展，促進人地關系的和諧穩(wěn)定。