基于農村沼氣的生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術示范

夏文勝， 葛 昕， 劉祚軍， 李布青

(安徽省農業(yè)科學院農業(yè)工程研究所，安徽合肥 230031)

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基于農村沼氣的生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術示范

夏文勝， 葛 昕， 劉祚軍， 李布青

(安徽省農業(yè)科學院農業(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、高效沼氣發(fā)酵技術以及生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術；然后，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，集成沼氣發(fā)酵多樣化原料利用技術和高效沼氣發(fā)酵技術，進行生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術示范，并分析實施效果。結果表明，該項目的實施不僅促進了農村沼氣的可持續(xù)發(fā)展，提高了示范區(qū)農民的收入水平，而且有效防治了農業(yè)面源污染，改善了農村生態(tài)環(huán)境，取得了良好的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。

關鍵詞農村沼氣；種養(yǎng)循環(huán)；技術示范

農村沼氣建設作為社會主義新農村建設的一個環(huán)節(jié)，在實現(xiàn)農業(yè)廢棄物資源循環(huán)利用，緩解農村能源供需矛盾，改善農村人居環(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，農村社會經(jīng)濟結構的變化，農村生產、生活方式的改變，原有的農村沼氣技術和管理模式難以適應新形勢發(fā)展需要，沼氣利用的綜合效益難以體現(xiàn)，農村沼氣推廣面臨前所未有的困境。選擇推廣適應農村社會經(jīng)濟發(fā)展變化的沼氣新技術，是農村能源綜合建設的主要發(fā)展方向。農村沼氣新技術的示范與推廣應用，對提升安徽省農村沼氣科技水平、促進農民增收、改善生態(tài)環(huán)境、推進美好鄉(xiāng)村建設都具有重要的意義。筆者針對目前沼氣原料利用單一、沼氣發(fā)酵技術粗放、缺乏高效利用技術等農村沼氣發(fā)展的現(xiàn)實問題，集成沼氣發(fā)酵多樣化原料利用技術、高效沼氣發(fā)酵技術等技術，進行生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術示范，以期在促進經(jīng)濟發(fā)展的同時有效防治農業(yè)面源污染，改善農村生態(tài)環(huán)境。

1集成示范的技術

1.1農村沼氣發(fā)酵新技術

1.1.1沼氣發(fā)酵多樣化原料利用技術。沼氣發(fā)酵原料是沼氣微生物賴以生存和產生沼氣的物質基礎。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作物秸稈。原料的碳氮比是影響生物轉化的重要因素。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會變成可溶性氮，導致料液“氨中毒”，抑制消化過程；C/N過高，由于氮素缺乏，發(fā)酵細菌生長營養(yǎng)不足，這樣不僅會延長處理時間，而且會降低有機碳的轉化率[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)酵產氣效率，從而有效解決環(huán)境污染與能源生產問題。原料種類是影響厭氧發(fā)酵產氣過程的基礎因素，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，提高有機廢棄物處理過程的經(jīng)濟效益，進而提高沼氣工業(yè)化的生產效率，從而高效解決能源生產與環(huán)境污染問題。

1.1.2高效沼氣發(fā)酵技術。溫度是影響厭氧消化的關鍵因素之一。研究表明，溫度直接影響產CH4菌的活性，從而影響厭氧發(fā)酵的速率和產氣質量。產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，產CH4菌的活性受到抑制。最大的沼氣產量分別出現(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?shù)鸵恍?，一般要求濃度?%左右；冬季由于原料分解慢，濃度應適當提高一些，通常為10%左右。當沼氣池容積一定時，低濃度的發(fā)酵料液含水量過多，單位容積的有機物含量少，產氣量也會減少，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，容易積累有機酸，發(fā)酵受阻，產氣率降低[3]。同時，接種物濃度對沼氣發(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，沼氣發(fā)酵系統(tǒng)的啟動速度、COD降解率和產氣量都達最大[5]。在厭氧發(fā)酵的過程中，適當?shù)臄嚢枘軌蚴拱l(fā)酵原料與微生物充分接觸，提高反應速率，但需要控制好攪拌的強度。攪拌強度過大，會影響厭氧微生物的微環(huán)境，同時增加電耗，影響系統(tǒng)的運行效率。

1.2生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術農作物秸稈、畜禽糞污經(jīng)處理去除懸浮物，再進行發(fā)酵產生沼氣和有機肥。發(fā)酵產生的沼氣可為農戶日常生活提供能源，同時過量的沼氣可用于發(fā)電。沼渣生產的優(yōu)質有機肥施用于周圍農田，可增加土壤的有機質含量和肥力，減少農藥化肥的使用，而且能改善土壤理化性狀，提高農作物的產量和品質。將養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)各項生產中能量轉換和物質循環(huán)有機結合起來，以提高能源和養(yǎng)分資源利用率，降低環(huán)境污染，在為消費者提供優(yōu)質綠色農產品的同時，也為農民增加收入。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，在處理農業(yè)面源污染的同時生產清潔能源沼氣，從而減少對周圍環(huán)境的污染。

2生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術示范

2.1示范點概況阜陽市潁東區(qū)資源豐富，盛產小麥、玉米、大豆等糧食作物和瓜果等經(jīng)濟作物，是國家重要的商品糧基地、皖西北重要的蔬菜供應基地和瘦肉型豬、黃牛、山羊、禽類生產基地。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。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，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，推廣沼氣發(fā)酵多樣化原料利用技術、高效沼氣發(fā)酵技術等多項沼氣新技術，建設展示基地和示范基地?；睾诵恼故緟^(qū)6.67 hm2，進行生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術集成、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，輻射帶動周邊農戶。試驗示范以沼氣工程為紐帶的“秸稈-養(yǎng)殖-糞便-沼氣、有機肥-有機農業(yè)-秸稈”的立體生態(tài)種、養(yǎng)循環(huán)生產模式。通過引進示范推廣生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術，引導農民拓展資源綜合利用，延長產業(yè)鏈，在促進經(jīng)濟發(fā)展的同時有效防治農業(yè)面源污染，改善農村生態(tài)環(huán)境，核心示范區(qū)農民戶均年收入增加10%。同時，開展以農村沼氣為紐帶的“秸稈-養(yǎng)殖-糞便-飼料、沼氣、有機肥-有機農業(yè)-秸稈”的立體生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術示范和培訓工作，包括沼氣發(fā)酵多樣化原料利用技術、高效沼氣發(fā)酵技術等農村沼氣新技術、示范推廣生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術。

2.3組織實施為確保項目的順利實施，經(jīng)過探索實踐，采用“科研單位+ 公司+ 示范區(qū)+ 農戶”的運行機制，由安徽省農業(yè)科學院農業(yè)工程研究所提供技術支撐，公司聯(lián)合科研單位創(chuàng)辦示范區(qū)，示范農村清潔能源與生態(tài)農業(yè)相結合的高效、循環(huán)的農業(yè)生產模式。以示范區(qū)為樣板帶動周邊農戶參與，通過宣傳、技術培訓、示范指導等多種形式，從基礎理論到技術應用對周邊農戶進行全方位指導，以示范基地為核心，輻射帶動周邊區(qū)域，探索農村清潔能源與生態(tài)農業(yè)相結合的高效、循環(huán)的農業(yè)生產模式，以取得良好的社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，實現(xiàn)共同發(fā)展。為了更好地宣傳和推廣沼氣新技術，在阜陽、合肥共舉辦了5期培訓班，主要培訓對象為農技人員、技術干部、養(yǎng)殖大戶、周邊農戶及企業(yè)技術骨干，共培訓學員208人次，并發(fā)放技術手冊200余份，取得了良好的效果。

2.4實施效果通過集成沼氣發(fā)酵多樣化原料利用技術和高效沼氣發(fā)酵技術，在示范區(qū)進行生態(tài)循環(huán)種養(yǎng)技術示范，以提高沼氣工程的產氣率，改善農村生態(tài)環(huán)境。以100 m3沼氣池年產沼氣1.82萬m3測算，每年可節(jié)約燃煤1.27萬kg，市場價值約6 350元。發(fā)酵后的沼液、沼渣是很好的肥料，能改良土壤，提高土壤中有機質含量。經(jīng)測算，每年可節(jié)省肥料費4 500元/hm2。該項目生產的沼液、沼渣做成有機肥后用于8 hm2康樂養(yǎng)殖場蔬菜生產基地及繼春養(yǎng)豬合作社生產基地的生產?；胤N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，主要供應華夢盛世購物中心、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個超市。以康樂養(yǎng)殖場蔬菜生產基地為核心，示范帶動周邊后高、中高、董莊村民組，示范推廣面積達66.67 hm2。沼肥用于農作物生產，能夠提高農作物產量和附加值，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、社會和生態(tài)效益。

3結語

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

參考文獻

[1] 馬樹梅，李布青，朱麗君，等.農村沼氣發(fā)展的障礙分析及對策[J].中國沼氣，2010(4)：49-55.

[2] 王曉嬌，楊改河，馮永忠，等. 牲畜糞便與秸稈混合的厭氧發(fā)酵效果及影響因素分析[J]. 農業(yè)環(huán)境科學學報，2011(12)：2594-2601.

[3] 王曉嬌.混合原料沼氣厭氧發(fā)酵影響因素分析及工藝優(yōu)化[D].楊凌：西北農林科技大學，2013.

[4] GERARDI M H. The microbiology of anaerobic digesters[M].Hoboken NJ,USA:John Wiley & Sons，Inc,2003.

[5] 潘云霞，李文哲. 接種物濃度對厭氧發(fā)酵產氣特性影響的研究[J].農機化研究，2004(1)：187-192.

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，從事農業(yè)技術推廣工作。

基金項目農業(yè)部2015年農村能源綜合建設項目(2130126);安徽省農業(yè)科學院2014年成果推廣項目(14E1307)。

中圖分類號S 216.4

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)02-131-02