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沼氣生態(tài)農業(yè)模式能值分析論文
摘要：以沼氣為紐帶的種養結合循環(huán)農業(yè)系統是一種資源節約型、環(huán)境友好型的農業(yè)生態(tài)系統，它通過(guò)生物轉換技術(shù)，形成一個(gè)產(chǎn)氣、積肥同步，種養并舉，能流、物流良性循環(huán)的能源生態(tài)系統工程。以能值理論為基礎分析了農業(yè)循環(huán)的能值流，并綜合評價(jià)其生態(tài)和經(jīng)濟效益，結果表明：在本系統中，初級生產(chǎn)者的能量產(chǎn)投比為1.18，能量產(chǎn)投比較高，主要原因是在本系統中投入了較多的人工能。從總的能量流動(dòng)分析結果來(lái)看，該系統內豬糞尿入沼氣池，產(chǎn)生沼渣、沼液，繼而進(jìn)入土壤補充土壤有機質(zhì)，沼氣供能做飯，結構合理，能量和物質(zhì)基本得到了合理利用，這樣的循環(huán)關(guān)系增加了產(chǎn)出，減少了廢物的排放，提高了經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會(huì )效益。
關(guān)鍵詞：沼氣；農業(yè)；系統；能值
以沼氣為紐帶的種養結合循環(huán)農業(yè)系統，能夠有效地將農戶(hù)養殖生產(chǎn)、種植生產(chǎn)有機結合起來(lái)，使農業(yè)系統形成能流和物流合理轉換的閉合生態(tài)鏈，在局部和整體上達到經(jīng)濟和環(huán)境等多重效益。早在上世紀80年代，沼氣利用模式已在全球范圍內不斷得到理論上的探討和實(shí)踐應用，全國各地區都開(kāi)展了沼氣工程建設。近年來(lái)，農業(yè)部提出了“生態(tài)家園富民計劃”，國內多地區逐步興起高產(chǎn)低耗的沼氣綜合利用生態(tài)農業(yè)模式，以“減量化（reduce）、再利用（reuse）、再循環(huán)（recycle）”（3R）為原則，倡導資源減量化和循環(huán)利用，達到生態(tài)系統能量多級循環(huán)利用和物質(zhì)的良性循環(huán)。能值分析方法是以自然價(jià)值為基礎，將系統中各種生態(tài)流和經(jīng)濟流轉換為能值，對自然環(huán)境生產(chǎn)與人類(lèi)經(jīng)濟活動(dòng)進(jìn)行統一評價(jià)，定量分析系統結構、功能與生態(tài)經(jīng)濟效益的一種常用方法之一，目前已廣泛應用于自然生態(tài)系統、農業(yè)生態(tài)系統、工業(yè)生產(chǎn)系統、城市生態(tài)系統以及區域生態(tài)系統發(fā)展可持續性的分析、評價(jià)與比較。為科學(xué)評估以沼氣為紐帶、種養結合循環(huán)農業(yè)模式的可持續性和綜合生態(tài)經(jīng)濟效益，本文運用能值分析方法分析農業(yè)循環(huán)模式的能值流，并綜合評價(jià)其生態(tài)和經(jīng)濟效益，以期為這種循環(huán)模式的推廣提供科學(xué)依據。
一、研究區概況及方法
�。ㄒ唬┭芯繀^概況
金華市位于浙江省中部，為省轄地級市，以境內金華山得名。界于東經(jīng)119°13′－120°47′，北緯28°32′－29°41′。東鄰臺州，南毗麗水，西連衢州，北接紹興、杭州。南北跨度129km，東西跨度151km，土地面積10942平方公里，為浙中丘陵盆地地區，地勢南北高、中部低。境內山地以500～1000m低山為主，分布在南北兩側，山地內側散布起伏相對和緩的丘陵。屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，年溫適中，熱量豐富，雨量較多，有明顯干、濕兩季。春早秋短，夏季長(cháng)而炎熱，冬季光溫互補。盆地小氣候多樣，有一定垂直差異。災害性天氣頻繁。全年日照時(shí)數為1667.5h，降水量為1489mm，平均氣溫17.9℃。金華光、熱、水條件優(yōu)越，時(shí)空分布不均衡。
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系統以小規模養豬場(chǎng)為平臺，將種植、養殖、沼氣池功能區構成系統能源轉換系統，經(jīng)沼氣池厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣用于產(chǎn)熱和發(fā)電，沼渣、沼液用來(lái)澆灌牧草、蔬菜、桃子等果樹(shù)等，形成物質(zhì)多極循環(huán)利用的循環(huán)復合生態(tài)系統。本研究以“生豬養殖一沼氣工程一蔬菜種植”循環(huán)農業(yè)模式為研究對象，應用能值進(jìn)行分析比較。1、資料收集與數據處理方法。通過(guò)實(shí)地調查和資料收集，獲得2013年研究區完整年度生產(chǎn)記錄數據及當地氣象部門(mén)的氣象數據，根據以下公式計算太陽(yáng)能值。EM=OD*UEV式中，EM為太陽(yáng)能值，sej：OD為原始數據；UEV為能值轉換率。2、環(huán)境條件監測的方法與原理。本項目應用了一種基于網(wǎng)絡(luò )的農業(yè)環(huán)境無(wú)線(xiàn)遠程監測系統，通過(guò)RS—85總線(xiàn)將生態(tài)農業(yè)現場(chǎng)的數字傳感器與計算機連接，組成現場(chǎng)實(shí)時(shí)監控系統，通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)模塊與移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò )和公共互聯(lián)網(wǎng)連接，將現場(chǎng)采集數據實(shí)時(shí)發(fā)送并存儲到遠端數據庫服務(wù)器。同時(shí)，應用java+技術(shù)，實(shí)現信息在網(wǎng)絡(luò )上的動(dòng)態(tài)發(fā)布和共享。系統借助于移動(dòng)無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，采用與Internet技術(shù)標準及交換數據服務(wù)器相匹配的設備，實(shí)現與互聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)接。3、監測系統設計。在試驗農戶(hù)的溫室、沼氣池、池內氣體部分與溫室內各放置3個(gè)溫度傳感器，監測沼氣池內外的溫度變化；在沼氣池內的氣體部分放置1個(gè)氣壓傳感器，實(shí)時(shí)反映沼氣池內氣壓的變化；在溫室的中部放置CO2傳感器反映種植、養殖共生系統中空氣CO2濃度的變化。另外，在溫室內、外放置光照強度傳感器。沼氣池作為生態(tài)農業(yè)的中心環(huán)節是整個(gè)監測系統的重點(diǎn)，旨在定量反應生態(tài)農業(yè)模式最適宜的環(huán)境條件。
二、“生豬養殖—沼氣工程—蔬菜種植”農戶(hù)生態(tài)系統的能值分析
�。ㄒ唬┫到y輸入、輸出物質(zhì)與能量的測定
本研究項目把養殖場(chǎng)作為一個(gè)系統，包括種植業(yè)、養殖業(yè)、沼氣池3個(gè)亞系統。家庭養豬規模100頭，沼氣池30m3，種植面積1350m2，詳細記載系統和亞系統2013年一年內各輸入和輸出成分及數量。種植業(yè)各作物有機能和無(wú)機能投入項通過(guò)調查獲得，蔬菜收獲后按果實(shí)和莖葉兩部分測產(chǎn)，家畜對精飼料、粗飼料的采食量和糞尿排出量指標通過(guò)調查和飼養試驗獲得。
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本系統中，初級生產(chǎn)者的能量產(chǎn)投比為19194000/16260010=1.18其中，化肥、農藥的投入占到總投能比：(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%在沼氣池的循環(huán)系統內，能量產(chǎn)投比為：157985000/658134000=0.24每年產(chǎn)生的沼氣為2200m3，沼液65600kg，沼渣11500kg。從能量流動(dòng)分析結果來(lái)看，該家庭養殖場(chǎng)小系統內，結構合理，能量和物質(zhì)基本都得到了合理利用，這樣的循環(huán)關(guān)系增加了產(chǎn)出，減少了廢物的排放，提高了經(jīng)濟效益。
三、結論
該系統中，物質(zhì)的循環(huán)利用還不夠，每年產(chǎn)生的沼液65600kg、沼渣11500kg，而在本系統內循環(huán)利用的僅9000kg和1500kg，循環(huán)利用率僅為13.7%和13.0%。因此，在今后的生產(chǎn)中應在技術(shù)環(huán)節上加以調整，使沼液、沼渣盡可能在系統內循環(huán)利用，減少化肥、農藥的投入。
作者:陳宏金 單位:金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院
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