顏佳旺，熊康寧，劉肇軍，郭應(yīng)軍，孫若晨

(貴州師范大學(xué) 喀斯特研究院/國家喀斯特石漠化防治工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽 550001)

0 引言

【研究意義】傳統(tǒng)生物質(zhì)能是農(nóng)戶賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。隨著特色生態(tài)種植業(yè)產(chǎn)業(yè)化和養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；陌l(fā)展[2]，農(nóng)業(yè)廢棄物的生產(chǎn)量日益增長，由于其低品位與分散性高的特點(diǎn)、農(nóng)村燃燒爐具效能低下、農(nóng)戶環(huán)境保護(hù)和合理用能意識薄弱[3]，大量農(nóng)作物秸稈被直接無利用燃燒、禽畜糞便隨意排放等普遍現(xiàn)象引起了嚴(yán)重的農(nóng)村面源污染[4]。中國作為傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，衍生的農(nóng)業(yè)廢棄物資源數(shù)量大、可再生性強(qiáng)，開發(fā)利用潛力巨大[5]，因此，積極發(fā)展以農(nóng)業(yè)廢棄物為主要原料的能源化技術(shù)已成為社會(huì)各界的共識和眾多學(xué)者關(guān)注與探討的熱點(diǎn)問題?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】喀斯特脆弱的生態(tài)環(huán)境下，不合理的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)造成的人地關(guān)系不和諧，誘發(fā)了嚴(yán)重的石漠化問題[6-7]。農(nóng)戶的低碳高效用能意識薄弱、以薪柴為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和粗放式的農(nóng)業(yè)廢棄物利用方式不僅造成了室內(nèi)空氣污染，還嚴(yán)重威脅到當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的身體健康，造成森林資源退化、水土流失、加劇石漠化的惡化，導(dǎo)致人地矛盾不斷惡化[8]，該地區(qū)土地破碎化嚴(yán)重，廢棄物的隨處排放堆積，大面積占用耕地，降低了土地的可利用程度?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】隨著多年石漠化防治措施的開展及電力等商品能源的普及，農(nóng)戶薪柴的獲取方式從之前的“砍柴”轉(zhuǎn)變?yōu)楫?dāng)前的“撿柴”，對薪柴的需求量也大大減少，大多未被利用的農(nóng)業(yè)廢棄物仍被大量丟棄或就地燃燒，加上當(dāng)?shù)卣畬r(nóng)業(yè)生物質(zhì)能的低碳高效利用重視程度不夠，相關(guān)政策支持力度較弱，基礎(chǔ)設(shè)施不夠完善等，喀斯特石漠化地區(qū)農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用的情況依然嚴(yán)峻。當(dāng)前喀斯特石漠化地區(qū)處于農(nóng)村能源發(fā)展的初期階段，主要集中在生物質(zhì)能的利用現(xiàn)狀、生物質(zhì)能承載力和生物質(zhì)能潛力的估算方面[9-13]，對該地區(qū)的農(nóng)業(yè)廢棄物能源化的研究總體較少?！緮M解決關(guān)鍵問題】梳理國內(nèi)農(nóng)業(yè)廢棄物能源化階段性研究成果，以期為我國喀斯特地區(qū)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能源的合理開發(fā)利用提供理論依據(jù)，為農(nóng)村能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和相關(guān)政策的制定提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

選擇中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)(CNKI)全文數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)源，對國內(nèi)農(nóng)業(yè)廢棄物能源化的研究動(dòng)態(tài)和發(fā)展前沿進(jìn)行分析。為保證文獻(xiàn)的查準(zhǔn)率和查全率，采用農(nóng)業(yè)廢棄物、農(nóng)村沼氣利用、農(nóng)村秸稈能源化及農(nóng)村廢棄物能源化等多種組合進(jìn)行主題詞檢索，檢索截止時(shí)間為2019年12月31日。采取人工核實(shí)的方式對所選文獻(xiàn)進(jìn)行逐一校對和篩選，經(jīng)過去重整理并剔除不相關(guān)文獻(xiàn)，共收集樣本文獻(xiàn)1 065篇。

1.2 研究方法

科學(xué)知識圖譜以研究領(lǐng)域知識為對象，直觀形象地顯示該研究領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)程和內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，從而呈現(xiàn)某個(gè)研究領(lǐng)域的知識結(jié)構(gòu)、規(guī)律和分布情況，是一種有效的、綜合性的知識可視化分析方法和工具[14-15]，用于探求一個(gè)學(xué)科或知識領(lǐng)域在一定時(shí)期的發(fā)展趨勢和動(dòng)向，在一定程度上避免了研究者的主觀性，進(jìn)而增強(qiáng)結(jié)果的客觀性與可靠性[15]。運(yùn)用CiteSpace文獻(xiàn)計(jì)量分析軟件，以中國農(nóng)業(yè)廢棄物能源化領(lǐng)域的文獻(xiàn)為研究對象，厘清其整體研究狀況，如文獻(xiàn)年度分布，研究機(jī)構(gòu)和作者共現(xiàn)情況及研究熱點(diǎn)等，客觀地揭示其發(fā)展態(tài)勢。

2 結(jié)果與分析

2.1 文獻(xiàn)發(fā)文量變化

從圖1看出，文獻(xiàn)發(fā)文量大致分為3個(gè)階段：第一階段是1979-2003年，文獻(xiàn)量較少，屬于緩慢發(fā)展的萌芽期；第二階段是2003-2008年，國家惠農(nóng)政策的提出，能源政策的頒布，農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能得到重視，針對農(nóng)業(yè)廢棄物的能源化處理逐漸得到關(guān)注，研究成果快速增多，處于快速發(fā)展階段；第三階段是2008-2019年，近年的研究成果雖有減少，但各年文獻(xiàn)量均保持在60篇以上，整體處于平穩(wěn)發(fā)展階段?？λ固厥貐^(qū)在2004年才開始出現(xiàn)相關(guān)研究成果，起步較晚，2004-2019年共發(fā)文10篇，成果產(chǎn)出較少。

圖1 中國農(nóng)業(yè)廢棄物能源化研究發(fā)文量變化Fig.1 Number of published papers on agricultural waste energy utilization in China

2.2 研究機(jī)構(gòu)和作者共現(xiàn)情況

對樣本文獻(xiàn)中的相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和作者進(jìn)行共現(xiàn)分析，能客觀反映該領(lǐng)域研究團(tuán)隊(duì)間合作強(qiáng)度。從表1看出，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院出現(xiàn)次數(shù)最多，為22次；其次是農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院和農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所，分別為14次和11次。各機(jī)構(gòu)的中心度都為0，說明在這一領(lǐng)域雖有成績顯著的機(jī)構(gòu)，但機(jī)構(gòu)間的聯(lián)系較少，并未形成有影響力的中心研究團(tuán)隊(duì)。

表1 1979-2019年農(nóng)業(yè)廢棄物能源化領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu)發(fā)表論文概況Table 1 Rank of papers published by research institutions in the field of agricultural waste energy utilization during 1979—2019

作者共現(xiàn)分析結(jié)果 (圖2)顯示，共有140個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，150條連線，網(wǎng)絡(luò)密度為0.015 4，網(wǎng)絡(luò)密度值較小，說明僅部分作者之間有為數(shù)不多的共現(xiàn)關(guān)系，但共現(xiàn)程度低，呈現(xiàn)部分集中，整體分散的狀態(tài)。因此，相關(guān)研究的團(tuán)隊(duì)與團(tuán)隊(duì)、學(xué)者與學(xué)者間還需加強(qiáng)交流合作。

圖2 1979-2019年農(nóng)業(yè)廢棄物能源化研究發(fā)文作者圖譜Fig.2 Author map of the study on agricultural waste energy utlization during 1979—2019

2.3 研究熱點(diǎn)

通過對關(guān)鍵詞的分析繪制“農(nóng)業(yè)廢棄物能源化”研究熱點(diǎn)知識圖譜，從而客觀地反映該研究的熱點(diǎn)問題。從圖3看出，共有183個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，490條連線，網(wǎng)絡(luò)密度為0.014 9，關(guān)鍵詞間形成了一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、主次明顯的共現(xiàn)圖譜。因低頻關(guān)鍵詞較多，將出現(xiàn)頻次≥20次的關(guān)鍵詞列出(表2)，其中秸稈、沼氣、生物質(zhì)能、農(nóng)業(yè)廢棄物、農(nóng)村、資源化利用、綜合利用這七大關(guān)鍵詞的出現(xiàn)次數(shù)均超過70次，出現(xiàn)頻次分別為171次、133次、132次、121次、92次、84次和74次，在該領(lǐng)域具有重要地位。為更客觀、準(zhǔn)確、有效地分析和把握研究內(nèi)容，將高頻關(guān)鍵詞聚類成若干主題，借助圖譜節(jié)點(diǎn)的查詢功能梳理相關(guān)文獻(xiàn)，進(jìn)一步篩選和組合，根據(jù)其研究內(nèi)容，分為以下3個(gè)主要研究熱點(diǎn)主題。

圖3 農(nóng)業(yè)廢棄物能源化研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜Fig.3 Co-occurence of key words in the study of agricultural waste energy utilization

表2 農(nóng)業(yè)廢棄物能源化研究熱點(diǎn)頻次(≥20)Table 2 Research hotspots frequency(≥20) in agricultural waste energy utilization

2.3.1 農(nóng)業(yè)廢棄物能源化潛力評估 農(nóng)業(yè)廢棄物能源化潛力評估相關(guān)文獻(xiàn)較多，如蔡亞慶等[16-17]通過文獻(xiàn)分析和實(shí)地調(diào)查，利用草谷比法，構(gòu)建農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用潛力估算模型，分析了中國農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便等廢棄物的資源量和可能源化利用的潛力。相關(guān)研究對一些區(qū)域農(nóng)業(yè)廢棄物利用進(jìn)行了利用潛力分析[12，18-19]，如盈斌等[12]以貴州為例，對典型喀斯特石漠化地區(qū)的秸稈、畜禽糞便等資源的生物質(zhì)潛力和發(fā)展變化趨勢進(jìn)行評估表明，貴州省畜禽糞便產(chǎn)量最多，能源化潛力巨大。諸多學(xué)者通過對中國各區(qū)域多個(gè)時(shí)期的農(nóng)業(yè)廢棄物資源量進(jìn)行測算，以生態(tài)效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對農(nóng)業(yè)廢棄物能源化潛力進(jìn)行定量和定性評價(jià)，揭示了中國在節(jié)能減排約束下的農(nóng)業(yè)廢棄物能源化可利用價(jià)值高，發(fā)展?jié)摿薮?，對農(nóng)村能源建設(shè)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

2.3.2 農(nóng)業(yè)廢棄物能源化技術(shù)研究 通過對沼氣技術(shù)中的原料供應(yīng)、厭氧發(fā)酵、產(chǎn)氣、出料等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)研究，解決了非養(yǎng)殖農(nóng)戶和已建沼氣池的原料供應(yīng)及沼廢的科學(xué)處理問題，在農(nóng)村地區(qū)被廣泛采用[20-22]，但隨著農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和社會(huì)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，呈由戶用微型沼氣向大中型沼氣轉(zhuǎn)變的新趨勢，但秸稈預(yù)處理及沼氣低溫發(fā)酵技術(shù)一直是農(nóng)村地區(qū)農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用有待突破的技術(shù)難點(diǎn)[23]。我國生物質(zhì)成型燃料技術(shù)已基本完成自主研發(fā)和創(chuàng)新，作為供熱燃料將繼續(xù)保持較快的發(fā)展勢頭，但當(dāng)前的固化成型燃料技術(shù)主要適用于規(guī)?；痛笮娃r(nóng)業(yè)基地，在土地破碎程度高的小農(nóng)地區(qū)，還存在經(jīng)濟(jì)性較差，農(nóng)戶無法利用等問題[24-25]。在生物質(zhì)直燃技術(shù)方面，除直燃發(fā)電技術(shù)外，還通過將老虎灶、地火塘等傳統(tǒng)灶具改進(jìn)為新型節(jié)能灶具和爐具[26]，提高了能源利用效率，環(huán)境效益顯著。

2.3.3 農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用行為和意愿研究 農(nóng)戶在農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用和選擇上扮演著重要角色，其利用行為和意愿影響生態(tài)文明鄉(xiāng)村建設(shè)及農(nóng)村能源可持續(xù)發(fā)展。王火根等[27-29]運(yùn)用邏輯回歸分析法對湖北、河北、云南等不同地區(qū)農(nóng)戶沼氣的利用行為和影響因素的分析發(fā)現(xiàn)，在不同地區(qū)間，農(nóng)戶廢棄物利用行為和意愿雖有所差異，但隨著基礎(chǔ)設(shè)施的改善、農(nóng)戶認(rèn)知水平的提高、經(jīng)濟(jì)水平的提升，有利于提高農(nóng)戶對農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用意愿；也有學(xué)者針對不同地區(qū)的畜禽廢棄物資源化處理利用的行為和意愿及影響因素進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，計(jì)劃行為理論能較好地解釋農(nóng)戶畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用意愿和行為，農(nóng)戶的廢棄物能源化處理意愿和行為呈相互促進(jìn)關(guān)系[30-33]。通過對農(nóng)戶行為和意愿的影響因素研究，揭示了家庭稟賦、社會(huì)經(jīng)濟(jì)，能源可獲性、政策實(shí)行等影響因素與農(nóng)村居民能源利用間的相互關(guān)系，構(gòu)建以政府控制為主導(dǎo)、以能源法規(guī)為保障、以經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)為補(bǔ)充、以公眾為監(jiān)督的農(nóng)戶利用意愿長效激勵(lì)機(jī)制，從而提高農(nóng)戶參與性。

3 討論

農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用具有經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，低碳化特征[5]，是改變喀斯特石漠化地區(qū)以薪柴為主能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的可行選擇?？λ固氐貐^(qū)可持續(xù)發(fā)展面臨最嚴(yán)峻的生態(tài)問題是石漠化，特別是在農(nóng)村地區(qū)，石漠化的惡性發(fā)展不僅對生態(tài)環(huán)境安全構(gòu)成巨大威脅，也嚴(yán)重制約了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[34]。農(nóng)業(yè)廢棄物能源化是農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能高效利用的有效方式和重要體現(xiàn)，不僅對增強(qiáng)喀斯特山區(qū)農(nóng)林生態(tài)服務(wù)功能和生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)有重要作用，還提高了生物質(zhì)能承載力，可有效降低喀斯特石漠化地區(qū)農(nóng)戶對當(dāng)?shù)厣镔|(zhì)資源賦存的過度依賴，也是石漠化治理和生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的有效途徑。

在對農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用示范研究中，研究區(qū)域主要集中在中國北方地區(qū)，而喀斯特石漠化地區(qū)主要集中于中國南方，由于地區(qū)間區(qū)域差異性較大，使得很多示范只適合在北方進(jìn)行或在小面積內(nèi)推廣，若要利用示范區(qū)域的某一種方法時(shí)，應(yīng)借鑒而不是照搬，需因地制宜，科學(xué)利用?？λ固厥貐^(qū)傳統(tǒng)生物質(zhì)能低值粗放的利用方式對薪柴的依賴非常嚴(yán)重，應(yīng)積極運(yùn)用地理區(qū)劃的方法，結(jié)合不同等級喀斯特石漠化地區(qū)的地形地貌特征、社會(huì)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、農(nóng)業(yè)廢棄物資源稟賦、農(nóng)戶利用意愿等特征，不斷創(chuàng)新和研發(fā)適用于當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)廢棄物能源化技術(shù)，優(yōu)化農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)，因地制宜推廣薪材替代的新模式，如推廣以石山沼氣池、節(jié)柴灶、節(jié)能爐，將農(nóng)業(yè)廢棄物作為重點(diǎn)納入大山地生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的建設(shè)中。由于喀斯特石漠化地區(qū)特殊的地上與地下二元結(jié)構(gòu)，畜禽糞便的隨意排放也會(huì)造成地表與地下的立體污染，所以也應(yīng)加強(qiáng)并完善農(nóng)業(yè)廢棄物收儲(chǔ)運(yùn)管理體系，從而保證農(nóng)業(yè)廢棄物能源化高效利用，保障能源安全。

在喀斯特石漠化地區(qū)，農(nóng)戶作為農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用的主體，由于受當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境的限制，其文化水平普遍不高，能源化設(shè)備使用和管理的技術(shù)不成熟，導(dǎo)致設(shè)備使用壽命縮短。政府應(yīng)發(fā)揮好自身的主導(dǎo)作用，加強(qiáng)與企業(yè)和高校間的合作，做好相關(guān)地方性政策制度的制定和實(shí)施，研發(fā)適用于喀斯特石漠化地區(qū)的廢棄物能源化新技術(shù)，通過線上培訓(xùn)+線下專家指導(dǎo)相結(jié)合，合理科學(xué)地利用和管理農(nóng)業(yè)廢棄物資源，培養(yǎng)標(biāo)桿農(nóng)戶，設(shè)立農(nóng)業(yè)廢棄物經(jīng)理人，并對其他農(nóng)戶進(jìn)行培訓(xùn)和積極引導(dǎo)，既能從根本上提高能源化設(shè)施的使用壽命，改善農(nóng)戶的農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用意識，提高農(nóng)戶利用意愿與參與性。

中國農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用潛力巨大且發(fā)展基本成熟，但研究團(tuán)隊(duì)較為分散，聯(lián)系與合作較少，應(yīng)加強(qiáng)相互間的交流合作。研究內(nèi)容主要集中于潛力評估、利用技術(shù)、農(nóng)戶行為與意愿研究3個(gè)方面，呈現(xiàn)不斷研究、不斷深化，系統(tǒng)性、針對性更強(qiáng)的趨勢。解決農(nóng)村能源問題是喀斯特石漠化治理過程中的必要環(huán)節(jié)，但當(dāng)前喀斯特石漠化地區(qū)專門針對該領(lǐng)域的研究較少，須加強(qiáng)關(guān)注程度。在借鑒發(fā)展成熟地區(qū)農(nóng)業(yè)廢棄物能源化的利用技術(shù)和模式的基礎(chǔ)上，選擇和研發(fā)適合于當(dāng)?shù)氐男录夹g(shù)和新模式，力求喀斯特石漠化地區(qū)農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)朝著生態(tài)化、高效化、經(jīng)濟(jì)化發(fā)展，促進(jìn)農(nóng)村地區(qū)人地關(guān)系的和諧穩(wěn)定，從而達(dá)到防治石漠化的目的。

4 結(jié)論

1979-2019年，我國農(nóng)業(yè)廢棄物能源化領(lǐng)域的研究成果整體呈上升趨勢，但研究團(tuán)隊(duì)間較為分散，聯(lián)系與合作較少。應(yīng)加強(qiáng)機(jī)構(gòu)和研究團(tuán)體之間的交流和合作，為農(nóng)業(yè)廢棄物的能源化利用提供全新的思路和方法，共同推進(jìn)該領(lǐng)域的發(fā)展。

研究熱點(diǎn)主要集中于利用現(xiàn)狀調(diào)查與潛力評估、利用技術(shù)、農(nóng)戶行為與意愿3個(gè)方面，綜合發(fā)展趨勢不斷系統(tǒng)化。農(nóng)業(yè)廢棄物能源化是一個(gè)復(fù)雜而綜合的系統(tǒng)，內(nèi)部各要素間也存在大量線性和非線性的相互作用，從農(nóng)業(yè)廢棄物能源化機(jī)理及其高效利的機(jī)制，到模式的構(gòu)建、提出創(chuàng)新技術(shù)并進(jìn)行示范和推廣。

當(dāng)前該領(lǐng)域針對全國和地方的研究較為豐富，但專門針對喀斯特石漠化地區(qū)的研究較少，應(yīng)在借鑒其他地區(qū)研究的基礎(chǔ)上，因地制宜，選擇和研發(fā)適于當(dāng)?shù)刈陨頎顩r的新技術(shù)和新模式，力求喀斯特石漠化地區(qū)農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)朝著生態(tài)化、高效化和經(jīng)濟(jì)化發(fā)展，促進(jìn)人地關(guān)系的和諧穩(wěn)定。