福建師范大學地理科學學院　徐凌星　林惠花

基于能值的福建落后山區(qū)農(nóng)村沼氣運營研究
——以福建省屏南縣為例

福建師范大學地理科學學院徐凌星林惠花

該文以福建省屏南縣為例，利用能值分析法評價不同沼氣運營模式的綜合效益和可持續(xù)性。結(jié)果表明：（1）集中供氣模式的生態(tài)效益、生產(chǎn)效率、經(jīng)濟發(fā)展程度優(yōu)于戶用沼氣模式，而戶用沼氣模式對環(huán)境資源的利用優(yōu)于集中供氣模式，對環(huán)境產(chǎn)生的負荷較?。唬?）基于不同生計模式的戶用沼氣運營存在差異，種植-養(yǎng)豬型農(nóng)戶運營的沼氣系統(tǒng)生態(tài)效益和生產(chǎn)效率最佳，半工半耕型農(nóng)戶運營的沼氣系統(tǒng)經(jīng)濟發(fā)展程度較高，市場型農(nóng)戶運營的沼氣系統(tǒng)發(fā)展更具可持續(xù)性。

屏南縣農(nóng)村沼氣效益評價能值分析

我國沼氣工程建設起始于20世紀60年代末，先后形成了以獲取沼氣能源為目的的戶用沼氣工程、圍繞畜禽規(guī)模養(yǎng)殖展開的大中型沼氣工程。目前，我國沼氣運營模式逐漸由上述“能源—環(huán)保型”轉(zhuǎn)向“能源—生態(tài)型”，沼氣主產(chǎn)業(yè)開始進一步分化成原料、沼氣、肥料、設備供應等多個支鏈產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈的穩(wěn)定與可持續(xù)發(fā)展成為時代的要求［1］。

屏南縣農(nóng)村沼氣作為福建省落后山區(qū)沼氣發(fā)展的代表，主要發(fā)展有農(nóng)戶直接燃燒沼氣、利用沼液沼渣進行施肥的戶用沼氣模式，以及以沼氣為紐帶的結(jié)合農(nóng)業(yè)循環(huán)模式處理豬場糞污，所產(chǎn)沼氣供農(nóng)戶使用的集中供氣模式。在當前落后山區(qū)急需擺脫以犧牲環(huán)境為代價發(fā)展經(jīng)濟的背景下，衡量當前屏南農(nóng)村沼氣系統(tǒng)的綜合效益與可持續(xù)性，對于發(fā)展和推廣福建落后山區(qū)的沼氣運營模式具有重要意義。將美國著名生態(tài)學家H.T.Odum創(chuàng)立的能值理論用于論證該運營模式是否達到綜合效益最大，可以有效解決研究系統(tǒng)可持續(xù)性和效率對接的難題［2-3］。

目前，對農(nóng)戶家庭生計模式的研究已應用于探討農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移、農(nóng)村政策調(diào)整等問題［4-5］，本文借此思路對研究區(qū)的沼氣運營模式進一步加以區(qū)分，因地制宜、因戶制宜地研究農(nóng)村沼氣的運營發(fā)展情況。

1　研究區(qū)對象簡介

屏南縣位于福建省東北部，地處北緯26°44′～27°10′、東經(jīng)118°41′～119°13′，轄4鎮(zhèn)7鄉(xiāng)153個行政村，總面積1485km2，人口18.89萬，其中耕地面積1.33萬hm2，農(nóng)業(yè)人口約占總?cè)丝诘?5%。全縣平均海拔830m，地形以中山為主［6］。

1.1集中供氣沼氣工程

屏南縣集中供氣沼氣工程從2008年發(fā)展至今，已經(jīng)形成了“生豬養(yǎng)殖—固廢處理—沼氣工程—沼液利用—集中供氣”的循環(huán)農(nóng)業(yè)模式。本文取樣的工程1、2皆為縣內(nèi)的沼氣示范性工程。工程1所產(chǎn)沼氣主要供應給周邊農(nóng)戶及公司食堂，沼液用于澆灌果樹、蔬菜。工程2所產(chǎn)沼氣供應給周邊農(nóng)戶、為豬供地暖及公司食堂，沼液用于澆灌竹林、無患子林。

1.2里坋溪村戶用沼氣工程

里坋溪村位于屏南縣屏城鄉(xiāng)，是屏南縣典型的戶用沼氣推廣村。戶用沼氣大致表現(xiàn)出沼氣-種植“二位一體”或養(yǎng)殖—沼氣—種植“三位一體”的運營模式。依據(jù)農(nóng)戶家庭主要經(jīng)濟創(chuàng)收渠道，將沼氣戶劃分為市場型、半工半耕型及種養(yǎng)型。市場型農(nóng)戶的經(jīng)濟創(chuàng)收渠道主要為種植經(jīng)濟作物，半工半耕型農(nóng)戶以務工、種植渠道獲取生計，種養(yǎng)型農(nóng)戶主要發(fā)展種植業(yè)及庭院養(yǎng)殖，因沼氣發(fā)酵系統(tǒng)受養(yǎng)殖類別影響較大，又將種養(yǎng)型進一步劃分為養(yǎng)殖禽類農(nóng)戶及養(yǎng)殖畜類農(nóng)戶（分別記為種養(yǎng)型1、2）。

2　沼氣工程效益的能值分析

本文將研究系統(tǒng)的邊界確定為2013年度沼氣生產(chǎn)的起點到發(fā)酵產(chǎn)物綜合利用的終端。能值計算參照Odum、藍盛芳等的方法［2-3］，根據(jù)收集的數(shù)據(jù)和相應的能值轉(zhuǎn)換率［3-7］，將不同量度單位轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的太陽能值，整理編制能值分析表（見表1）。其中研究區(qū)完整年度生產(chǎn)、氣象數(shù)據(jù)來源于《2014年屏南縣統(tǒng)計年鑒》、屏南縣氣象局地面觀測資料，各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料及能量折算系數(shù)參考農(nóng)業(yè)經(jīng)濟技術手冊［8］及駱世明［9］的研究結(jié)果，相關沼氣、沼肥產(chǎn)量計算參考張全國、湯云川等的研究結(jié)果［10-11］。

基于現(xiàn)金價值和能值貨幣價值計算的系統(tǒng)產(chǎn)投比、年經(jīng)濟凈收益，可以在一定程度上評析屏南縣沼氣生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟效益［12］，見表2。為進一步評析該循環(huán)系統(tǒng)的可持續(xù)性，本文參考席運官等人［7，13］關于農(nóng)業(yè)循環(huán)的可持續(xù)性能值評估，計算結(jié)果見表3。

表1　各類沼氣運營系統(tǒng)能值投入、產(chǎn)出表

表2　各類沼氣運營系統(tǒng)經(jīng)濟效益分析

表3　各類沼氣運營系統(tǒng)能值指標對比

3　沼氣工程效益結(jié)果分析

3.1能值投入

由表1可知，規(guī)?；募泄庑湍苤低度氪螅菓粲谜託庑偷?2～125倍。各類沼氣系統(tǒng)中，投入能值最大的是可更新有機能，能值占沼氣系統(tǒng)總投入能值的81%以上，戶用型可更新能值由沼氣池初始投料、種子、豬仔等構成；集中供氣型主要為勞工、管理以及飼料費。工程1、2的不可更新工業(yè)輔助能值所占比例較多，分別為16.37%、10.85%，主要為沼氣工程建設費，貢獻率分別為66%、65%；化肥、農(nóng)藥費對戶用沼氣型工業(yè)輔助能貢獻最大，以種養(yǎng)型2、市場型為典型，比例分別為8.40%和5.89%。另外，各類沼氣系統(tǒng)存在的反饋能值可相應減少系統(tǒng)對外部投入的依賴，但比例僅在0.8%～3.8%之間。

3.2能值產(chǎn)出

據(jù)表2，工程1、2的凈能值貨幣價值比凈市場價值分別高出1.39E+08元、1.28E+08元，能值貨幣價值產(chǎn)投比是市場價值產(chǎn)投比的10倍左右，可見工程1、2的綜合效益遠高于經(jīng)濟效益。從產(chǎn)出效益的構成來看，工程1、2的三沼利用比重為1%～2%，沼氣系統(tǒng)的綜合效益不佳。定性來看，工程1、2實施免費集中供氣，存在沼液外流、沼渣棄用的現(xiàn)象；工程1消納沼液的果園、菜地規(guī)模不大，消納量有限，工程2消納沼液的竹林、無患子林所得未進入市場，無直接的經(jīng)濟效益。

戶用沼氣型表現(xiàn)出較高市場價值產(chǎn)投比，較低能值貨幣價值產(chǎn)投比的特點，凈能值貨幣價值為負，生態(tài)效益虧損。定性來看，發(fā)酵、種植、養(yǎng)殖系統(tǒng)聯(lián)系薄弱，一方面，沼液的肥料替代效益不佳，因作物施肥是非連續(xù)性的，沼液的產(chǎn)生是連續(xù)性的，沼肥肥效不如化肥，沼液外排現(xiàn)象普遍存在；另一方面，除種養(yǎng)型2外，其他類沼氣系統(tǒng)僅靠人糞尿產(chǎn)氣，沼氣的能源替代效益不佳。

3.3能值指標特征

據(jù)表3，可以評估各類沼氣系統(tǒng)的綜合效益及可持續(xù)程度。其中，能值投資率用于評價經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境負載程度。工程1的能值投資率明顯高于其他沼氣系統(tǒng)，說明該系統(tǒng)經(jīng)濟發(fā)展程度較高，對環(huán)境依賴性較低。工程1較于工程2，建池時間晚，沼氣工程不穩(wěn)定，所需相關外購資源大。從能值自給率上看，戶用沼氣型普遍高于集中供氣型，如市場型是工程1的15.93倍，說明戶用沼氣型對環(huán)境資源的利用較高，這與農(nóng)戶種植業(yè)的發(fā)展程度相關。

工程1、2的凈能值產(chǎn)出率相當，是戶用沼氣型的24倍左右，可見集中供氣型的生產(chǎn)效率和產(chǎn)出程度明顯優(yōu)于戶用沼氣型。

戶用沼氣系統(tǒng)較集中供氣沼氣系統(tǒng)有環(huán)境負荷小的優(yōu)勢。工程2的環(huán)境負載率最高，表明該系統(tǒng)對環(huán)境的壓力較大。戶用沼氣型產(chǎn)生的環(huán)境壓力不高，說明其發(fā)展水平較低，可進一步加大能值投入，提高生產(chǎn)力水平。

戶用沼氣型與集中供氣型在能值反饋率上25～38倍的差距表明前者的自我組織程度優(yōu)于后者。

此外，各類沼氣系統(tǒng)的可更新率普遍達到90%以上，表現(xiàn)出很好的可再生性。從可持續(xù)發(fā)展指數(shù)觀察，各類沼氣系統(tǒng)維持在5～10，表現(xiàn)出一定的可持續(xù)度，能流循環(huán)情況良好，其中市場型與工程1的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)較高，說明該系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展性能較優(yōu)。

4　討論

4.1集中供氣與戶用沼氣模式對比

目前屏南縣發(fā)展了基于養(yǎng)殖場的“生豬養(yǎng)殖—固廢處理—沼氣工程—沼液利用”集中供氣運營模式和基于農(nóng)戶的“種植—養(yǎng)殖”兩位一體的戶用沼氣運營模式。從能值分析結(jié)果來看，兩種模式都產(chǎn)生了一定的反饋能值、可持續(xù)發(fā)展能力和可再生性，但表現(xiàn)出的綜合效益存在下述差異：

一是集中供氣型模式的生態(tài)經(jīng)濟效益顯著，優(yōu)于戶用沼氣型。集中供氣型的凈能值貨幣價值比凈市場價值高，戶用沼氣型的凈能值貨幣價值為負值，遠不及凈市場價值。

二是集中供氣型模式與戶用沼氣型模式相比，能值投資率高，環(huán)境負載率高，能值自給率低，能值反饋率低。這表明集中供氣模式的經(jīng)濟發(fā)展程度、對環(huán)境的負荷高于戶用沼氣模式，對環(huán)境資源的利用、系統(tǒng)的自我組織程度低于戶用沼氣模式。

三是集中供氣型模式的凈能值產(chǎn)出率為戶用沼氣型的約24倍，說明集中供氣型的生產(chǎn)效率和產(chǎn)出程度優(yōu)于戶用沼氣型。

4.2不同生計模式下的戶用沼氣運營模式對比

對比各戶用沼氣型的能值指標，可分析不同生計模式下的農(nóng)戶家庭發(fā)展戶用沼氣的優(yōu)劣，具體結(jié)論如下：

（1）種植—養(yǎng)豬（種養(yǎng)型2）模式下的戶用沼氣型凈能值產(chǎn)出率和能值—貨幣價值產(chǎn)投比最高，說明該生計下的戶用沼氣型的生產(chǎn)效率和綜合效益優(yōu)于其他生計模式。

（2）半工半耕型模式下的戶用沼氣型能值投資率最高，能值自給率最低，說明該系統(tǒng)經(jīng)濟具有程度較發(fā)達、對環(huán)境資源依賴較低的特點。

（3）從可持續(xù)性角度分析，市場型農(nóng)戶的戶用沼氣型表現(xiàn)出最佳的可持續(xù)程度與系統(tǒng)自我組織程度，而種植—養(yǎng)雞（種養(yǎng)型1）的戶用沼氣型可持續(xù)性最弱。

［1］中國沼氣學會.2010年中國沼氣工程行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢報告［R］.2011.

［2］ODUMHT.EnvironmentalAccounting：EmergyandEnvironmental DecisionMaking［M］.NewYork：JohnWileyandSons，1996：1-370.

［3］藍盛芳，欽佩，陸宏芳.生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值分析［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2002.

［4］萬冰，龍開義.農(nóng)村家庭生計模式變遷與農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移——新疆瑪納斯縣涼州戶鎮(zhèn)新渠村調(diào)查分析［J］.城鄉(xiāng)統(tǒng)籌與農(nóng)村改革，2013，23（2）：20-26.

［5］但文紅，彭思濤.農(nóng)村生計模式變遷與石漠化治理政策調(diào)整研究——以紫云縣為例［A］//中山區(qū)土地資像開發(fā)利用與人地協(xié)調(diào)發(fā)展研究［C］.2010，451-456.

［6］寧德市統(tǒng)計局.2014寧德市統(tǒng)計年鑒［M］.北京：中國統(tǒng)計出版社，2014.

［7］韓芳，林聰.畜禽養(yǎng)殖場沼氣工程技術模式能值評價［J］.中國沼氣，2014，32（1）：70-74.

［8］中國技術經(jīng)濟研究會.農(nóng)業(yè)技術經(jīng)濟手冊［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1983.

［9］駱世明.農(nóng)業(yè)生態(tài)學［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2003.

［10］張全國.沼氣技術及其應用［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2005.

［11］湯云川，張衛(wèi)峰，馬林，等.戶用沼氣產(chǎn)氣量估算及能源經(jīng)濟效益［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2010，26（3）：281-288.

［12］陳豫，楊改河，馮永忠，等.沼氣生態(tài)農(nóng)業(yè)模式綜合評價［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2010，26（2）：274-279.

［13］席運官，欽佩.稻鴨共作有機農(nóng)業(yè)模式的能值評估［J］.應用生態(tài)學報，2006，17（2）：237-242.