定西节水型农业经济模式研究

县永平

(1.武汉理工大学资源与环境工程学院，武汉 430070;2.甘肃省定西市循环经济产业园区管委会，定西 743000)

甘肃省定西市是一个农村能源供应不足，农村能源消费结构不尽合理的地区。特别是在北部干旱半干旱区，大多数地方燃料、肥料、饲料俱缺，人们为获取燃料往往大量破坏植被，造成农村生态环境恶化和大面积的水土流失。为了更好地推进定西市农业结构战略性调整，加速农业由资源数量型向技术效益型转化，全面改善农村生态环境，提高农产品质量，增加农民收入，2004年定西市农村能源启动实施了“干旱半干旱区能源生态优化模式试验示范推广”项目，旨在对定西不同区域条件下以沼气为纽带的能源生态模式进行试验示范，开展对“三沼”综合利用的研究，并结合沼气国债项目和封山禁牧农村能源配套项目在定西市进行推广，形成一定规模，达到解决群众生活用能、巩固封山禁牧成果、改善生态环境、促进农业可持续发展的目的［1］。

1 项目实施背景

定西市沼气建设始于20世纪70年代初，随着解决农村能源短缺，改善日趋恶化的生态环境条件而起步的，开始时只是在少数农户中进行试验示范。20世纪80年代，为解决中部地区“三料”俱缺造成的农业生态恶性循环，在财政资金和“两西”农业专项资金支持下，因地制宜地进行了小范围推广，主要解决贫困干旱地区农民的生活燃料和照明。但由于当时沼气技术的缺陷和管理上的制约，加之投入不足，沼气发展比较缓慢。90年代后期，随着生态农业的兴起，沼气科研工作的开展，沼气技术从建筑材料、建造工艺、发酵工艺、管理维护、功能利用等方面进一步规范化、标准化，促进了这项既取得燃料、又可得到优质肥料的技术得以健康有序的发展。这一时期，沼气技术作为生态农业模式的核心技术，利用当地丰富的太阳能资源，开始在一些县引进示范。1997年，渭源县上湾乡水家窑村从辽宁引进北方能源型生态农业模式，在该村建设25户。2000年，临洮县八里铺镇孙家大庄被农业部确定了首批“生态家园富民计划”示范点，引进西北农林科技大学邱凌教授独创研制的“旋流布料自动循环沼气池”技术，当年在该村建设“一池三改”能源生态模式户30户，2001年又在安定区凤翔镇大坪村建立示范点30户。在总结示范点经验的基础上，为了进一步探索适合干旱干半旱地区自然和经济发展条件的能源生态模式，加快农村能源建设步伐，2004年结合临洮、安定、漳县三县区实施沼气国债项目，由定西市能源站自筹课题经费3.8万元，启动实施了“干旱半干旱区能源生态优化模式试验示范推广”项目。

2 项目内容及目标

2.1 建立示范点

结合全市不同地区的自然和经济条件，选择有代表性的区域建立“三结合” (也称一池三改，沼气池、改厕、改圈、改厨)、“四位一体”(日光温室、沼气池、圈舍、厕所)、“五配套”(沼气池、暖圈、集水窖、果菜园、太阳灶)示范户，由技术人员全程指导、跟踪、服务，将示范户建成精品、样板［2］。

2.2 开展试验研究

试验研究的主要内容:节水型区域干旱半干旱区“三结合”、“四位一体”、“五配套”三种模式户用沼气池产气率与地温的变化规律及管理技术;沼液、沼渣用于基肥、追肥后，对马铃薯、当归、蔬菜增产影响情况;根据光合作用原理，利用沼气二氧化碳对温室蔬菜的影响情况;用沼液浸种和叶面喷施对马铃薯、当归、蔬菜增产及病虫害防治情况［3-4］。

2.3 规模推广

结合沼气国债项目和封山禁牧农村能源配套项目，对示范成熟的能源生态模式进行推广，并形成一定的规模。项目建设的目标是形成适合定西市实际的各种能源生态模式，使农业成为具有强大的自然再生产和社会再生产能力的产业，实现生态、经济和社会3种效益全面充分的发挥。

3 项目取得的成果

3.1 示范推广初具规模

2004年以来，定西市能源站在认真调查研究的基础上，有针对性地在全市不同区域建立示范点35个，涉及农户300户，其中“三结合”模式230户、“四位一体”模式20户、“五配套”模式50户。在抓好示范点的基础上，两年来全市累计推广能源生态模式户1.345万户。其中2004年，全市推广能源生态模式户6 450户，其中“一池三改”模式5740户、“四位一体”模式260户、“五配套”模式450户;2005年，全市推广能源生态模式户7 000户，其中“一池三改”模式6 100户、“四位一体”模式280户、“五配套”模式620户。分县区完成情况见图1。

3.2 试验研究获得了具有实用价值的结果

3.2.1 沼气池产气率与地温变化规律试验及结果

据安定区、陇西县、临洮县布点试验，沼气池的产气量随季节变化而变化:1～3月份产气率较低，4～7月份产气率持续增高，7～8月份为产气高峰期，从9月份开始产气率逐渐走低，11～12月份产气率明显下降。从不同能源生态模式来看，“四位一体”模式因保温性能好，其产气率较“一池三改”和“五配套”模式稳定，且产气率高，日平均产气率0.174m3/m3·天，年产气量635.1m3，“一池三改”和“五配套”模式日平均产气率为0.12m3/m3·天，年平均产气量438m3。

3.2.2 沼液、沼渣用于基肥、追肥试验及结果

陇西、岷县试验结果表明，用沼渣作基肥、沼液作追肥，能明显提高蔬菜、马铃薯、当归产量。供试的番茄667m2增产2 841.68kg，增产率为36.36%;黄瓜每hm2增产1 150.4kg，增产率为22%;马铃薯667m2增产320kg，增产率为19.6%;当归667m2增产110.73kg，增产率57.07%。

3.2.3 沼气燃烧后二氧化碳气肥在“四位一体”模式中的试验及结果

图1 各县区推广完成情况 (户)

据临洮、陇西试验，在高效日光温室中通过点燃沼气灯、沼气灶来增供二氧化碳，能提高温室内温度，增加二氧化碳，促进农作物增产。经测定，燃烧1m3沼气，可提高棚内温度2～3℃，制造二氧化碳0.97m3，可使333.5～466.9m2日光温室中二氧化碳“气肥”浓度达到要求。通过沼气在温室中增施二氧化碳“气肥”，可使黄瓜增产26%～29%，番茄增产32%，菜瓜增产27%～32%。

3.2.4 沼液浸种和叶面喷施沼液试验及结果

据陇西县、安定区试验结果表明，用沼液浸种，可使马铃薯每667m2增产145kg，增产率为9.3%;小麦每667m2土地增产11kg，增产率为6.5%。用沼液叶面喷肥可使党参每667hm2增产20kg，增产率为21%;黄瓜每667m2增产1 520kg，增产率26.2%;用浓度为100%、80%和50%的沼液叶面喷施可使马铃薯每667m2分别增产715.8kg、578.1kg和300.2kg，增产率分别为37.9%、30.7%、15.9%。

3.2.5 叶面喷施沼液对防治病虫害和提高作物抗性试验及结果

安定区、陇西县和岷县的试验证明，用50%、80%和100%的沼液叶面喷肥，可使马铃薯黑胫病病株率分别下降0.7%、0.9%和1.7%，晚疫病病情指数分别下降9.3%、13.7%和12.1%;当归麻口病病株率分别下降1.78%、16.59%和20.08%，病情指数分别下降8.23%、13.76%和17.43%。

3.3 优化了农村能源消费结构

项目实施两年来，取得了显著的能源效益，项目区农户累计开发的沼气总量726.3万m3，折合标煤14.526万t，1.345万农户使用干净卫生的洁净能源。能源消费结构得到优化，生物质能源消费比例由建设前的73%下降到建设后的24%，农村生态环境得到保护和改善。

图2 能源型生态农业模式户建前建后能源消费结构(t标煤)

3.4 取得了良好的经济、生态和社会效益

3.4.1 经济效益

据推广后典型调查，每个能源生态模式户每年平均可产沼气540m3，沼肥 (沼液、沼渣)30m3，可使户均年节支增收830元。能源生态模式的推广应用，加快了定西农村脱贫致富奔小康的步伐，在项目实施区年增加农民纯收入总计1 116.35万元。

3.4.2 生态效益

通过该项目的推广，极大地节省了农民传统生活用能所需的柴草，相当于保护了266.7hm2林地;沼肥的大量使用，有效改善了土壤团粒结构，减少了农药、化肥对土壤造成的板结;通过对畜禽粪便进行无害化处理，有效解决了当前威胁农业生产、农民生活的农业面源污染问题。

3.4.3 社会效益

能源生态模式的推广成为农村经济发展的一个新的增长点，也是贫困地区脱贫致富的一条重要途径。通过宣传和效益吸引，在一定程度上增加了农民的科技意识，彻底改变了农村生活用能方式，促进了文明村镇建设，提高了农村社会文明程度，也必将对定西市生态农业的进一步发展产生深远的影响。

4 主要技术创新点

4.1 创立了“一池五配套”、“草-畜-沼-薯”生态型能源农业经济模式

针对定西地区水资源匮缺、燃料短缺、农村能源不足等问题，创立了“一池五配套”、“草-畜-沼-薯”生态型能源农业经济模式。该模式以旋流布料自循环沼气池为纽带，配套暖圈、厕所、太阳灶、集雨节水窖及高效无公害马铃薯生产为基本单元，形成了集雨节灌、暖圈养殖、粪便生产沼气、沼液冲厕、沼肥还田的“草-畜-沼-薯”的生态型能源农业经济模式。

4.2 开展沼液、沼渣对马铃薯连作土壤的理化性状影响研究

结果表明:马铃薯连作3年的耕地施用沼液、沼渣后，土壤有机质、水解氮、有效磷和有效钾含量较未施用沼液、沼渣的对照土壤分别提高了0.46%、28mg/kg、2.8 mg/kg、258 mg/kg，达到了改善理化性状和增强土壤肥力的目的;同时马铃薯产量达到2.347 5万kg/hm2，比连作对照增产4 260kg，增产22.2%，克服了马铃薯重茬障碍。

4.3 开展沼液、沼渣对当归增产效果及麻口病防治效果研究

结果表明:每公顷施1.5万kg沼渣、灌根4次的鲜归产量达到1.317 0万kg/hm2，比不施沼液、沼渣的处理增产1 779kg/hm2，增产15.6%。随着沼液灌根次数增加，麻口病逐渐减轻，经过4次灌根处理，麻口病发病率由85.1%降为5.2%，病情指数由70.2%下降为2.1%。

4.4 对沼液、沼渣在黄芪施用的增产效果及抗病性进行试验研究

结果表明:使用沼液、沼渣后，能明显提高土壤肥力，促进幼苗生长，提高光和效率，植株生长健壮，叶色深绿，根部粗而长，可提高黄芪的抗逆性，延长枯萎期，能明显提高黄芪的产量。80%浓度增产69kg，增产率为16.2%;50%浓度增产60kg，增产率为14.1%;喷施不同浓度沼液的黄芪，白粉病的病株率和根腐病的病情指数分别比未喷施沼液的对照田降低1.6%和10.6%，同时根腐病的田间发病日前也较未喷施沼液处理推迟5～9天。

5 节水型区域生态型能源农业经济的主要模式

甘肃中部定西地区是典型的干旱半干旱节水型区域，以下3种模式全是针对定西节水型区域的特点，应用下雨时机，收集雨水形成集雨 (水)窖来运作，几乎不需要任何自来水，在节水型区域应用前景广阔。

5.1 “一池四配套”、“草-畜-沼-药”生态型能源农业经济模式

该模式具有投资少、适宜性广等优点，是针对甘肃中部定西节水型地区农村厕所不卫生，粪便未能充分利用，特别是受气温限制沼气池冬季不产气、难越冬等问题而组装配套的。模式以太阳能为动力，以旋流布料自循环沼气池为纽带，配套暖圈、厕所、太阳灶、集雨节水窖及高效无公害马铃薯生产为基本单元，形成了集雨节灌、暖圈养殖、粪便生产沼气、沼液冲厕、沼肥还田的“草-畜-沼-薯”的生态型能源农业经济模式。其系统要素是以0.2hm2左右的中药材为基本生产单元，农户庭院前后建一座10～20m3左右的太阳能暖圈，在暖圈内建一座10m3，并改建蹲位面积1.5～2m2的厕所，并与沼气池连同。

5.2 “一池五配套”、“草-畜-沼-薯”生态型能源农业经济模式

该模式针对定西地区水资源匮缺、能源供应不足、饲料短缺的实际情况，依据生态学、经济学、系统工程学原理，从有利于农业生态系统物质和能量的转换与平衡出发，充分发挥系统内的动、植物与光、热、气、水、土等环境因素的作用，建立起生物种群互惠共生、互相促进、协调发展的能源—生态—经济良性循环发展系统，高效率利用农民所拥有的土地资源和劳动力资源，引导农民脱贫致富，创造良好的生态环境、带动农村经济持续发展的一种新模式。模式以太阳能为动力，以推广应用旋流布料自循环沼气池为纽带，配套暖圈、厕所、太阳灶、集雨节水窖及高效无公害马铃薯生产，形成了集雨节灌、暖圈养殖、粪便生产沼气、沼液冲厕、沼肥还田的“草-畜-沼-薯”的生态型能源农业经济模式。其系统要素是以0.33hm2左右的马铃薯为基本生产单元，农户庭院前后建一座10m3左右的新型高效沼气池和一间10～20m2左右的太阳能畜舍，配套一眼35～45m3的水窖及相应的集雨场。

5.3 “四位一体”、“畜-沼-菜”生态型能源农业经济模式

该模式依据生态经济学原理，针对甘肃中部定西节水型区域水川城市区，以土地资源为基础，以太阳能为动力，以沼气池为纽带，在农户庭院内田园，将日光温室、畜禽养殖、沼气生产和蔬菜种植有机结合，使四者相互依存、优势互补，构成“四位一体”能源生态综合利用体系，并应用保护地栽培、高效饲养、厌氧发酵、太阳能高效利用等技术体系，在同一块地上实现了产气积肥同步、种植养殖并举的周年环保型生产机制。其系统要素是在农户庭院或田园建一座300～600m2的日光温室，在温室一端建一个10m3的地下水压式沼气池，池顶坐落10～20m2猪舍，可养猪4～10头，侧面配建1.5m2厕所，使人畜粪便直接进入沼气池，沼肥用于蔬菜及大田生产［5-6］。

［1］刘国胜.生态能源型农业经济模式研究及应用.甘肃农业，2010，289，(08)

［2］李金才，邱建军，任天志，等.北方“四位一体”生态农业模式功能与效益分析研究.中国农业资源与区划，2009，30(3):46～50

［3］刘国胜.沼液沼渣生产优质当归试验研究.中国沼气，2006，25(2):16～18

［4］刘国胜.沼肥用于温室番茄种植对产量的影响.中国沼气，2008，26(2):10～12

［5］县永平.黄土高原半干旱区生态模型能源农业经济模式选择——以甘肃省定西市为例.中国农业资源与区划，2011，32(5):22～25

［6］王瑞波，兰彦平，周连第，等.奶牛养殖废弃物处理研究.中国农业资源与区划，2009，30(5):60～66