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沼气生态农业模式能值分析

摘要:以沼气为纽带的种养结合循环农业系统是一种资源节约型、环境友好型的农业生态系统,它通过生物转换技术,形成一个产气、积肥同步,种养并举,能流、物流良性循环的能源生态系统工程。以能值理论为基础分析了农业循环的能值流,并综合评价其生态和经济效益,结果表明:在本系统中,初级生产者的能量产投比为1.18,能量产投比较高,主要原因是在本系统中投入了较多的人工能。从总的能量流动分析结果来看,该系统内猪粪尿入沼气池,产生沼渣、沼液,继而进入土壤补充土壤有机质,沼气供能做饭,结构合理,能量和物质基本得到了合理利用,这样的循环关系增加了产出,减少了废物的排放,提高了经济效益、生态效益和社会效益。

关键词:沼气;农业;系统;能值

以沼气为纽带的种养结合循环农业系统,能够有效地将农户养殖生产、种植生产有机结合起来,使农业系统形成能流和物流合理转换的闭合生态链,在局部和整体上达到经济和环境等多重效益。早在上世纪80年代,沼气利用模式已在全球范围内不断得到理论上的探讨和实践应用,全国各地区都开展了沼气工程建设。近年来,农业部提出了“生态家园富民计划”,国内多地区逐步兴起高产低耗的沼气综合利用生态农业模式,以“减量化(reduce)、再利用(reuse)、再循环(recycle)”(3R)为原则,倡导资源减量化和循环利用,达到生态系统能量多级循环利用和物质的良性循环。能值分析方法是以自然价值为基础,将系统中各种生态流和经济流转换为能值,对自然环境生产与人类经济活动进行统一评价,定量分析系统结构、功能与生态经济效益的一种常用方法之一,目前已广泛应用于自然生态系统、农业生态系统、工业生产系统、城市生态系统以及区域生态系统发展可持续性的分析、评价与比较。为科学评估以沼气为纽带、种养结合循环农业模式的可持续性和综合生态经济效益,本文运用能值分析方法分析农业循环模式的能值流,并综合评价其生态和经济效益,以期为这种循环模式的推广提供科学依据。

一、研究区概况及方法

(一)研究区概况

金华市位于浙江省中部,为省辖地级市,以境内金华山得名。界于东经119°13′-120°47′,北纬28°32′-29°41′。东邻台州,南毗丽水,西连衢州,北接绍兴、杭州。南北跨度129km,东西跨度151km,土地面积10942平方公里,为浙中丘陵盆地地区,地势南北高、中部低。境内山地以500~1000m低山为主,分布在南北两侧,山地内侧散布起伏相对和缓的丘陵。属中亚热带季风气候,四季分明,年温适中,热量丰富,雨量较多,有明显干、湿两季。春早秋短,夏季长而炎热,冬季光温互补。盆地小气候多样,有一定垂直差异。灾害性天气频繁。全年日照时数为1667.5h,降水量为1489mm,平均气温17.9℃。金华光、热、水条件优越,时空分布不均衡。

(二)研究方法

系统以小规模养猪场为平台,将种植、养殖、沼气池功能区构成系统能源转换系统,经沼气池厌氧发酵,产生的沼气用于产热和发电,沼渣、沼液用来浇灌牧草、蔬菜、桃子等果树等,形成物质多极循环利用的循环复合生态系统。本研究以“生猪养殖一沼气工程一蔬菜种植”循环农业模式为研究对象,应用能值进行分析比较。1、资料收集与数据处理方法。通过实地调查和资料收集,获得2013年研究区完整年度生产记录数据及当地气象部门的气象数据,根据以下公式计算太阳能值。EM=OD*UEV式中,EM为太阳能值,sej:OD为原始数据;UEV为能值转换率。2、环境条件监测的方法与原理。本项目应用了一种基于网络的农业环境无线远程监测系统,通过RS—85总线将生态农业现场的数字传感器与计算机连接,组成现场实时监控系统,通过GPRS无线模块与移动GPRS网络和公共互联网连接,将现场采集数据实时发送并存储到远端数据库服务器。同时,应用java+技术,实现信息在网络上的动态发布和共享。系统借助于移动无线通讯技术,采用与Internet技术标准及交换数据服务器相匹配的设备,实现与互联网的联接。3、监测系统设计。在试验农户的温室、沼气池、池内气体部分与温室内各放置3个温度传感器,监测沼气池内外的温度变化;在沼气池内的气体部分放置1个气压传感器,实时反映沼气池内气压的变化;在温室的中部放置CO2传感器反映种植、养殖共生系统中空气CO2浓度的变化。另外,在温室内、外放置光照强度传感器。沼气池作为生态农业的中心环节是整个监测系统的重点,旨在定量反应生态农业模式最适宜的环境条件。

二、“生猪养殖—沼气工程—蔬菜种植”农户生态系统的能值分析

(一)系统输入、输出物质与能量的测定

本研究项目把养殖场作为一个系统,包括种植业、养殖业、沼气池3个亚系统。家庭养猪规模100头,沼气池30m3,种植面积1350m2,详细记载系统和亚系统2013年一年内各输入和输出成分及数量。种植业各作物有机能和无机能投入项通过调查获得,蔬菜收获后按果实和茎叶两部分测产,家畜对精饲料、粗饲料的采食量和粪尿排出量指标通过调查和饲养试验获得。

(二)能值分析

本系统中,初级生产者的能量产投比为19194000/16260010=1.18其中,化肥、农药的投入占到总投能比:(229600+71050+21500+147060)/16260010=2.9%人力投能占比:1176000/16260010=7.2%沼液、沼渣投能占比:(13921800+693000)/16260010=89.9%在沼气池的循环系统内,能量产投比为:157985000/658134000=0.24每年产生的沼气为2200m3,沼液65600kg,沼渣11500kg。从能量流动分析结果来看,该家庭养殖场小系统内,结构合理,能量和物质基本都得到了合理利用,这样的循环关系增加了产出,减少了废物的排放,提高了经济效益。

三、结论

该系统中,物质的循环利用还不够,每年产生的沼液65600kg、沼渣11500kg,而在本系统内循环利用的仅9000kg和1500kg,循环利用率仅为13.7%和13.0%。因此,在今后的生产中应在技术环节上加以调整,使沼液、沼渣尽可能在系统内循环利用,减少化肥、农药的投入。

作者:陈宏金 单位:金华职业技术学院

参考文献:

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