农村人畜粪便产气量及评估

一是畜禽养殖数量。根据云南省农业厅《云南省2010年畜牧业统计年报》中收集各州市的主要畜禽养殖规模，包括出栏和存栏两部分。2010年云南省农户饲养主要畜禽数量见表1。肉猪存栏部分在当年不考虑，因这部分会在次年的出栏中;公(母)猪的出栏数已考虑在肉猪中，故公(母)猪只计存栏部分，约400万头。目前生猪仍以农户分户养殖为主，占75%左右，猪的平均饲养期一般为300d［1］。耕牛和奶牛当年不出栏，出栏数一般为肉牛，牛的饲养数量按存栏数和出栏数合计计算，其中耕牛和肉牛农户饲养量按照90%计算，奶牛按照80%计算。马、驴和骡生长期一般长于1年，基本为农户饲养。羊的农户饲养量按照75%计算。目前云南省肉鸡的农户饲养量占35%，生长期一般为55d［1］;蛋鸡农户饲养量占25%，为全年饲养，按照存栏数计算，鸭、鹅全部按照农户饲养计算。出栏兔认为是肉兔，全部为农户饲养，生长期一般为90d［3］，以当年出栏数计为饲养数量;存栏兔认为是能繁兔，以年末存栏数计。二是农村人口数量。根据2010年第六次全国人口普查公报数据取2978．6×104人。1．3．2畜禽粪便有效收集比例的估算猪、兔等粪便属于廐养畜禽，粪便全年可以收集，有效收集的比例取90%。云南羊、驴骡、马、牛等牲畜夏秋季节一般为廐养，放养时间一般为5个月，白天放养，晚上归廐，有效收集的比例可达到60%。鸡、鸭、鹅属于常年放养，有效收集的比例取40%。根据各类畜禽每日粪便产生量和畜禽的饲养周期估算畜禽粪便排放量，估算公式如下:年粪便排放量(t/a)=个体日产粪量(kg/d•头)×饲养期(d)×饲养数(头、只)×有效收集的比例+个体日产尿量(kg/d•头)×饲养期(d)×饲养数(头、只)×有效收集的比例［4］关于畜禽的粪便排泄系数中国目前尚没有相应的国家标准，文章中猪、牛、禽采用国家环境保护总局《关于减免家禽业排污费等有关问题的通知(环发［2004］43号)》中的排放标准，其它数据采用同属于西南地区的重庆市研究［1］成果，确定各类畜禽日产粪尿量。不同类型单位畜禽饲养期内的排泄量如表2所示。人畜粪便的含水量一般都比较大，见表3，是沼气发酵的理想原料。所估算每年排放的各种畜禽粪尿中，为了便于分析，其资源量估算值均折算为干物质(TS)的粪便量。各种发酵原料能够转变成沼气的最大数量称为“理论产气量”。关于理论产气量的计算，希腊研究人员F．A．Batzias等人于2003年提出了ABEPE模型［6］，以各类农业废弃资源的TS质量与产气因子为基础估算相应物质的产气量，最终估算出总的沼气产量。经过近几年的发展，该模型理念已经成熟。公式如下:B=∑niDMi×Faci式中:B———理论产气量，m3;DMi———第i种物质的TS总量，Faci———第i种物质单位质量的TS的产气因子(在35℃的条件下测定)，m3/kg。由于沼气发酵温度的高低，对产气率影响很大。假设35℃时产气率为1，则在25℃时下降为0．89，20℃时下降为0．80，15℃仅有0．63左右。因此，对ABEPE模型进行修正，修正后的产气量计算如下:Bu=B×TIn×L式中:Bu———修正后的产气量，m3/a;TIn———1．6m地温为T℃下的相对产气速率因子，无量纲;L———每年沼气池正常产气时间。云南农村户用沼气池多采用自然发酵，适宜温度为10℃以上。根据云南省气象局资料，云南省大部分地区20cm地温在15～25℃，因此，选用20℃作为沼气池内的温度，以此为标准推算，迪庆州产气时间为8个月，昭通、曲靖、丽江、怒江等4个州市为10个月，其它地区基本上全年均产气。按保守估计，把全省年平均产气时间定为10个月。并对云南省2010年基于人畜粪便资源的沼气发展潜力计算结果进行修正。再则，建设一口8m3沼气池，需要3头猪或1头大牲畜提供原料，部分农户达不到建设标准。另一方面由于多种原因，部分农户达到建池标准要求而没有建设愿意。根据笔者多年的工作经验，这部分农户占总农户的四成左右，加上不适宜发展的农户，预计发展沼气只能占总农户数的一半。据此对云南省2010年基于人畜粪便资源的沼气发展潜力计算结果进行再次修正。

2010年可收集的折算为TS的人畜粪便资源总量及其构成详见表4。基于ABEPE模型对云南省农村2010年人畜粪便沼气理论产气量估算结果详见表5。由于沼气发酵温度的高低，对产气率影响很大。根据气温的影响对修正后，云南省2010年沼气发展潜力计算结果为423422．2×104m3。根据云南省农村沼气建设的实际情况再次修正后，云南省2010年基于人畜粪便资源的沼气发展潜力计算结果为211711．1×104m3，相当于建设年产气量为450m3的户用沼气池470．47万口，与《云南省农村沼气推广应用规划(2006－2020年)》提出的到2020年沼气用户累计达到450～500万户，实现全省基本普及农村沼气的目标吻合。直接经济效益和间接经济效益:直接经济效益主要是沼气的燃料效益和沼肥利用效益两方面进行分析。间接经济效益一般从节约劳动力成本、“三沼”综合利用等方面进行评价。从沼气的燃料效益方面，建设一口8m3国标曲流布料A型沼气池，需要水泥1．5t，公分石3．5m3，砂子2．5m3，钢材20kg，涂料2kg。按照云南省目前招标采购价，共计需要投入1500元，沼气灶具2011年农业部招标采购价每套为196元。每口沼气池使用寿命为15年，灶具及其配件使用寿命5年，加上平时养护和易损件的购置等，年平均成本不超过200元。根据云南省农村能源站测定数据，云南省8m3国标曲流布料A型沼气池年产气量为450m3，由于沼气没有市场价，采用替代等量燃料的价值进行计算。沼气的热值约等于液化石油气的一半(即2m3沼气相当于1kg液化气)，按目前昆明液化石油气市场售价9．6元/kg计算，450m3沼气折合2160元。扣除成本后价值为4．35元/m3。按此折算，相当于每年增加105855．55×104kg天液化石油气供应量，年产生直接经济效益为92．09亿元，若加上节约农民砍柴的人工费等，经济效益更佳。沼液中含有丰富的氮、磷、钾、丰富的蛋白质、氨基酸及微量元素，对调控作物生长发育、防治作物病虫害具有重要作用。根据保山市腾冲县进行的水稻沼液浸种试验，每公顷增产442．5kg。文山州广南县按沼液兑水1∶5比例对茶树叶面进行喷施，每批茶叶与不喷施相比增产20%～30%。在蔬菜瓜果生产上，利用沼渣作底肥、沼液进行定期灌溉可使西红柿、黄瓜等蔬菜增产效果明显。一口8m3沼气池，可年产沼渣4745kg，沼液21313kg［9］。据此测算云南省每年可产沼渣2232×104t，产沼液10027×104t。沼渣中的TS含量为18%，沼液为1%［9］，则沼肥的TS含量为502×104t。与普通人畜粪便作为肥料相比，沼肥中全氮、全磷、全钾分别提高1．65%、0．3%、1．61%［9］，按照云南2010年含N46%尿素1950元/t，含磷60%磷酸一铵2300元/t，含钾50%硫酸钾按2950元/t，计算增加价值为8．86亿元。一是改善农民生活环境和健康状况。云南是一个农业山区贫困省，农业人口占80%以上，农民生活所依赖的生产生活用能一半以上是农作物秸秆和薪柴，既污染生活环境又有害健康。在农村大力发展“一池三改”户沼气可以有效改善农民生活环境和健康状况。二是带动农业相关产业发展。通过多年实践，云南省已成功探索出了“猪－沼－果(鱼、稻、菜、食用菌)等多种生态经营模式，既降低了农业生产成本，又促进了生态农业的发展和农业产业结构的优化，对推动农业经济的可持续发展起到了积极作用。同时，把劳动力特别是妇女劳动力从繁重的家务中解脱出来，通过引导，可以促进相关产业的发展，促进劳动力结构不断优化。三是促进农村社会文明进步。一方面，发展沼气，推动农业科技的推广利用，提高农民的科学文化素质，另一方面通过沼气及其附产品的充分利用，增强农民的科技意识和环保意识，改变陈规陋习，从而有力地促进新农村建设。通过多年的建设，云南沼气建设区农业和农村经济发生了可喜变化，农业生态环境得到明显改善，农村沼气建设已成为云南促进农业可持续发展重要抓手，成为关系农村千家户的德政工程，民心工程。［10］首先可以有效减少温室气体排放。每立方米沼气低位发热值折0．714kg标煤［9］，相当于节约薪柴3．13kg。据此估算云南省农村人畜粪便资源用于生产沼气相当于年生产151．16×104t标煤，可替代662．66×104t薪柴，相当于保护8×104hm2林地。按每吨标煤减排2．664kgCO2，0．0224kgSO2计算［9］，每年可减排CO24027t，SO234t。同时有效为云南省开辟了有机肥源，避免大量使用化肥农药带来的环境污染。其次，通过发展农村沼气，可以改变广大农村“脏、乱、差”现象，减少疾病传播。据中国疾病防控中心健康教育所对部分省(市)农村沼气卫生效果评估，在已建沼气池并正常运行了3个月以上的沼气发酵液中的寄生虫卵阳性率为零，达到了粪便无害化处理的国家标准。未建沼气池户蛔虫病、钩虫病、肠道传染病率分别是已建沼气池户的29，3．92和9．86倍;已建沼气池中未发生蛲虫病患者，未建沼气户庭院蚊蝇孽生环境发生率是已建沼气池的2．03倍［9］。

云南省农村人畜粪便资源丰富，沼气发酵条件好，充分利用人畜粪便资源农村发展沼气，是一项投资少、见效快、一次投资长期受益的经济、社会和生态效益俱佳的好项目;是多层次有效综合利用农业有机废弃物实现农业可持续发展战略的一项有效措施;对保护农业生态环境，改善农村生产生活环境和村容村貌、全面建设小康社会具有显著的效果。在大力倡导发展低碳经济、建立资源节约型社会的今天，发展农村沼气无疑是一个较好的切入点，因此，应因地制宜地加大沼气的推广力度，使更多的适宜区农户认识到沼气的好处，通过发展和使用沼气来改善他们的生产和生活条件。

本文作者：黄建伟陈良正工作单位：云南农业职业技术学院