以沼气技术为纽带的循环农业模式探析

陈明波 汪玉璋

摘要：循环农业作为一种新的农业发展模式，是转变农业发展方式的重要技术创新。沼气技术作为处理农业废弃物、发展循环农业的纽带，在循环农业中发挥着核心作用。本文介绍了沼气技术在循环农业中的作用，总结了以沼气技术为纽带的循环农业主要模式类型，分析了存在的问题并提出了发展措施，以期为更好的利用沼气技术发展循环农业提供参考。

关键词：农业废弃物;沼气; 循环农业

我国是一个农业大国，随着农业技术不断进步，粮食及畜产品产量逐年提高，产出的农作物秸秆、畜禽粪便等农业废弃物也越来越多，许多农业废弃物没有得到很好的利用，不仅浪费了资源，而且污染了环境，影响了农业的可持续发展。按照循环经济理念与生态学原理发展循环农业，实现农业废弃物变废为宝，不仅对促进农业生产与环境保护融合，优化农业生态环境意义重大，而且对改善农村用能结构、提高耕地质量、实现农业可持续发展意义重大。本文总结了以沼气技术为纽带的循环农业主要模式类型，分析了存在的问题并提出了发展措施，以期为更好的利用沼气技术发展循环农业提供参考。

1农业废弃物利用现状

农业废弃物主要包括植物类废弃物、动物类废弃物、加工类废弃物和农村城镇生活垃圾等4大类，通常农业废弃物主要指农作物秸秆和畜禽粪便[1]。据统计，全国每年作物秸秆理论资源量约10.4亿t，可收集资源量约9亿t，利用量约7.2亿t，秸秆综合利用率达80.1%，还有约20%的秸秆未实现综合利用[2]，既浪费了资源，又污染了农业生态环境。近年来，在中央标准化规模养殖等扶持政策的推动下，我国畜牧业快速发展，养殖规模、数量持续增长，规模化、集约化程度不断提高，极大丰富了消费市场。与此同时畜禽粪污的产生量也在逐年增加，根据《中国畜牧业年鉴》提供的有关数据，2017年我国每年畜禽粪污排放总量约38亿t，真正被还田消纳利用的不到60%，有近14%的粪污排入水体和土壤，对生态环境造成了严重污染[3]。因此，农业废弃物污染问题已成为影响农业可持续发展的突出问题。

2沼气技术在循环农业中的作用

沼气技术主要是利用厌氧细菌的分解作用，经水解、酸化、乙酸化和产甲烷等阶段[4]，将有机物转化为沼气和二氧化碳，发酵产物沼液沼渣作为优良的有机肥料用于农业生产。作为处理农业废弃物的一种有效方法，沼气技术集环保、能源、资源再利用于一体，在循环农业中发挥着核心纽带作用。

2.1生产清洁能源，实现农业废弃物变废为宝

沼气厌氧发酵产生的沼气是一种清洁能源，其主要成分甲烷是一种理想的气体燃料，它无色无味，纯甲烷的发热量为 34000kJ/m3，沼气的发热量约为20800～23600kJ/m3。作为一种可再生能源，沼气在农村可作为炊事用能，也可用于发电、烧锅炉等。沼液、沼渣中富含作物生长所必需的氮磷钾等营养元素，且病菌、虫卵大部分被杀死，是优质的有机肥料，可用作基肥、追肥、叶面肥和浸种，可以起到改良土壤，节省化肥，提高作物产量、品质和抗病能力的作用[5]，是生产无公害食品、绿色食品、有机食品的重要肥料来源之一。

2.2改善农村人居环境及农业生态环境

长期以来，农村地区随处可见的简易厕所及养殖业产生的大量畜禽粪便由于得不到及时处理，是造成农村卫生状况脏、乱、差的主要根源。沼气池的建设和综合利用，给解决这个问题提供了十分有利、有效的途径。人畜粪便经沼气池厌氧发酵处理后，杀灭了各种虫卵病菌，降低了COD含量，极大地改善了农村卫生条件和居住环境。同时利用沼气这一洁净能源，减少了农村有害气体排放，起到了保护大气环境的作用。另外，沼液、沼渣的合理利用，减少化肥及农药的使用，降低了农药及化肥对土壤和农村水环境的污染。

2.3延伸产业链条

作为连接循环农业各个环节的纽带，农业废弃物经沼气技术处理后实现了变废为宝，通过“三沼”综合利用，延长了农业产业链条，形成了“猪—沼―粮、果、茶、菜”等各类农业生产模式。通过以沼气为纽带的区域大循环，串联起了种植、养殖、加工、销售一体化经营产业链，实现了一二三产业融合对接，提高了资源的再利用率，减少农业生产投入，为农业产业结构调整、农民增收、农业生产节本增效提供了有效的途径。

3以沼气技术为纽带的循环农业模式类型

3.1家庭养殖——户用沼气——家庭种植模式

该模式又称庭院模式，以家庭養殖户为单元，通过建设户用沼气池，家庭所产人畜粪便单独或与农作物秸秆混合后投入沼气发酵池厌氧发酵，所产沼气用作农户生活用能，沼液、沼渣作为有机肥施入农田，农田所产秸秆可再次进入此系统中循环利用，形成循环农业微循环利用模式。具调查，养殖3～5头猪的家庭，配套建设池容8m3的户用沼气池，年产沼气400m3左右[6]，可基本解决家庭每年10个月以上生活用能，生产的沼液、沼渣能解决0.13～0.2hm2农作物的用肥需求。

3.2小型养殖场——沼气工程——种植业模式

该模式适合于小规模的养殖场，配套建设小型沼气工程，养殖场所产粪污投入沼气发酵池厌氧发酵，所产沼气用于养殖场生产、生活用能或为附近农户提供清洁能源，生产的沼渣用于养殖场自有农田或为周边种植户提供基肥，生产的沼液用于农田灌溉。

3.3农作物秸秆——沼气工程——种植业模式

该模式通常以周边秸秆资源丰富的村委会或农业企业为单元，通过秸秆预处理站对秸秆进行预处理，处理后的秸秆投入沼气池厌氧发酵，所产沼气用于农村集中供气，沼液、沼渣作为有机肥施入农田，提供农作物生长所需养分，所产农作物秸秆再次进入此系统之中，实现营养成分不断在作物与土壤间循环流动。

3.4大型养殖场——沼气工程——有机肥——种植业模式

该模式适合规模较大的养殖场，通过建设大型沼气工程，配套有机肥厂、污水处理设施。养殖场采取干清粪工艺，干粪用于商品化有机肥加工，冲洗水进入沼气工程进行厌氧发酵处理，工程所产沼气用于场圈舍保暖、发电或为周边农户供气等，生产的沼渣用于商品化有机肥加工，沼液用于养殖场周边的规模化种植企业，未用完的沼液异地消纳或通过污水处理设施深度处理后达标排放。

3.5区域整体大循环模式

该模式一般以县域为一个单元，通过合理的生态设计，构建种植、养殖、加工、销售一体化经营产业链，形成一二三产业融合大循环利用模式。该模式以特大型沼气工程、有机肥厂为纽带，生产的沼气发电并入电网或经提纯净化后进入天然气管网用于工业生产和城镇居民用气，生产的沼渣沼液为作为农业生产肥料。

4沼气技术在循环农业应用中存在的问题

4.1种养失衡，沼液、沼渣难以就近还田利用

在国家政策的支持下，近年来规模化养殖业快速发展，导致种植业规模与养殖规模不相适应，许多养殖场周边没有规模化的种植业农场来消纳产生的大量沼肥，而分散经营的农户利用量有限，致使规模养殖场沼肥很难实现农田完全消纳。加之部分养殖场规划不合理，周围缺乏配套的农田，异地消纳成本较高，更加剧了沼肥还田的难度。

4.2沼液、沼渣的安全使用问题

为提高饲料效果，饲料生产厂家常在饲料中添加大量含有铜、锌、铁、砷等微量元素的添加剂，同时一些养殖场养殖过程中过量使用抗生素，导致沼液沼渣中时常存在重金属、抗生素超标问题[7-9]。沼液沼渣中重金属、抗生素的存在势必影响沼肥的质量，农田长期大量施用后，会导致土壤耕层中有害物质累积，存在污染农产品和生态环境的潜在风险。

4.3沼气工程装备、沼气提纯净化等配套技术尚需完善

在过去很长一段时间内，我国对沼气工程的研究重点都围绕在沼气发酵技术上，忽略了对沼气工程装备技术的研究和开发，目前市场上的沼气工程装备自动化程度低，装备没有统一的规格，距离形成产业化还有较大差距[10]。另外目前我国沼气的提纯、净化，沼液沼渣的深度处理、合理使用等技术还需进一步完善[11]。

5对策与措施

5.1坚持生态循环理念，科学规划种养业

科学的农业规划布局是发展循环农业的基础，在整体思路上，应坚持生态循环的理念，遵循因地制宜、农牧结合、种养平衡的原则，以种定养，科学布局和合理规划养殖业。鼓励通过土地流转等方式扩大种植业规模化程度，为沼肥大规模利用提供种植业基础。

5.2加强沼气技术薄弱环节研发力度

沼气技术是发展循环农业的重要纽带，针对存在的问题，在沼气工程装备方面应进一步提高原料预处理、沼气发酵、气体净化、产品利用等环节装备设计标准化、成套化水平，进一步提高沼气工程装备自动化水平，降低运行成本。在“三沼”综合利用方面进一步加强沼渣沼液中有害物质监测、去除等方面研究，制定沼渣沼液农田施用规范。

5.3实施政策倾斜，加大财政投入

循环农业是转变农业发展方式的一种技术和模式创新， 短期内可能经济效益不明显。为做好推广工作，政府应给予一定的政策倾斜，通过制订相应的财税鼓励政策、设立循环农业发展基金等形式予以支持;同时加大对循环农业核心环节如农村沼气、养殖场标准化改造、测土配方施肥等支持力度，促使农业主体自觉采用循环农业模式开展农业生产。

参考文献

[1]陈豫，胡伟，张培栋，等. 沼气产业在循环农业中的作用和地位[J].安徽农业科学， 2012，40（10）：6145-6147.

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[4] 于蕾，江皓，钱名宇，等.沼气工程厌氧发酵过程的监测与控制[J]. 中国沼气，2014，32（6）：59-64.

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[6] 许应萍，陈静，陈明波.江苏省中部地区农村户用沼气经济效益评价研究[J].安徽农业科学，2013，41（1）：391-392.

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[10]孙振锋.沼气工程装备研究应用现状与展望[J].中国沼气，2018，36（4）：66-69.

[11] 李伟，吴树彪，Hamidou Bah，等.沼气工程高效稳定运行技术现状及展望[J].农业机械学报，2015，46（7）：187-196.