郭應(yīng)軍，熊康寧，孫若晨，顏佳旺

·專題論壇·

中國南方石漠化地區(qū)農(nóng)村低碳社區(qū)模式與效益提升途徑

郭應(yīng)軍，熊康寧※，孫若晨，顏佳旺

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

有序推進中國南方石漠化地區(qū)農(nóng)村低碳社區(qū)建設(shè)對石漠化綜合治理、鄉(xiāng)村振興、精準扶貧等具有重要現(xiàn)實意義。以石漠化嚴重的貴州省4個不同等級石漠化縣為研究區(qū)，系統(tǒng)梳理8種典型農(nóng)村低碳社區(qū)模式，對比分析各種模式的適用范圍及特點，基本符合現(xiàn)階段社會經(jīng)濟狀況與低碳社區(qū)的目標需求。運用投入-產(chǎn)出法評價典型低碳社區(qū)生態(tài)效益、經(jīng)濟效益，驗證所提模型的有效性。結(jié)果表明：中國南方石漠化地區(qū)低碳社區(qū)建設(shè)難以形成統(tǒng)一模式與標準，低碳社區(qū)建設(shè)應(yīng)因地制宜考慮產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人口特征、鄉(xiāng)村振興和精準扶貧等，運用綜合效益評估法來確定不同等級石漠化地區(qū)低碳社區(qū)適合發(fā)展方案?；谔岣咝б嫘枰?，從技術(shù)、發(fā)展、能源、制度、管理等5個視角，及中央政府、地方政府、電網(wǎng)公司、科研機構(gòu)和社區(qū)農(nóng)戶5個層面設(shè)計的低碳社區(qū)綜合效益提升途徑，并提出8種典型低碳模式效益提升途徑。

農(nóng)村；石漠化；低碳模式；效益提升；中國南方

0 引 言

社區(qū)（Community），表示由自然意志構(gòu)成的小規(guī)模社會實體，存在親密的關(guān)系與集體約束，非正式社會組織[1-2]。中國農(nóng)村社區(qū)呈現(xiàn)生產(chǎn)功能多樣化、生活功能人文化、生態(tài)功能剛性化的發(fā)展趨勢[3]，職業(yè)分化明顯[4]。

農(nóng)村低碳社區(qū)是通過正式制度、非正式制度等建立起來，集生產(chǎn)-生活-居住為一體化的地域綜合體，能源利用實現(xiàn)可循環(huán)化、綠色化、低排放化等特點，低碳社區(qū)建設(shè)呈現(xiàn)明顯的地域性、階段性、低排放化等特征[5]。國內(nèi)對農(nóng)村低碳社區(qū)的相關(guān)性研究較晚，涉及低碳社區(qū)模式構(gòu)建、低碳社區(qū)模式評價、低碳社區(qū)技術(shù)體系與規(guī)劃等，以定性化、理論化研究為主[5]，缺乏對荒漠化、喀斯特等特殊地理環(huán)境地區(qū)的研究。

中國南方喀斯特分布于貴州、廣西、云南、四川、重慶、湖北、湖南和廣東8個省（區(qū)）[6]。中國南方喀斯特地區(qū)土地承載力低[7]、以薪柴為主的能源消費結(jié)構(gòu)[8]等共同作用下，引發(fā)了類似于荒漠化的土地退化景觀[9]稱為石漠化。2016年間中國南方石漠化土地為10.06萬km2，等級上以輕度和中度為主，以貴州省發(fā)生分布面積最廣，其中輕度石漠化為22 019.65 km2，中度石漠化為3 730.00 km2，重度石漠化為3 001.07 km2，極重度石漠化700.57 km2[10]。

石漠化綜合治理屬于典型的生態(tài)修復問題[9]，需要在發(fā)展模式、科技創(chuàng)新上尋求根本解決途徑[11]。農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化在中國南方石漠化治理中發(fā)揮著重要作用，能源工程建設(shè)成效顯著，形成了以爐具改良[12]、沼氣[12-13]、秸稈氣化爐[14]等多能互補模式[13-14]，取得了顯著經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益。然而，受城鎮(zhèn)化、工業(yè)化和農(nóng)村空心化的影響，傳統(tǒng)的“豬-沼-果”“豬-沼-茶”“豬-沼-菜”“豬-沼-花”等生態(tài)農(nóng)業(yè)模式面臨嚴重挑戰(zhàn)。同時，受種養(yǎng)分離影響，秸稈和禽畜糞便非資源化利用成為低碳社區(qū)建設(shè)障礙。因此，有序推進中國南方石漠化地區(qū)低碳社區(qū)建設(shè)對石漠化綜合治理、鄉(xiāng)村振興、精準扶貧等具有重要現(xiàn)實意義。

鑒于此，該論文所關(guān)注的是中國南方石漠化地區(qū)農(nóng)村低碳社區(qū)能源模式演變規(guī)律與影響因素。本文擬解決的問題：1）構(gòu)建不同等級的中國南方石漠化地區(qū)農(nóng)村低碳社區(qū)模式；2）分析不同低碳社區(qū)模式有效性與效益；3）提出低碳模式效益提升途徑。本文擬以生態(tài)環(huán)境脆弱、經(jīng)濟發(fā)展滯后、石漠化嚴重的貴州省4個不同等級石漠化縣為研究對象，為中國南方石漠化地區(qū)低碳社區(qū)模式提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

中國南方以貴州高原為中心的喀斯特地區(qū)是世界上面積最大、最集中連片的喀斯特生態(tài)脆弱區(qū)，面積超過55萬km2，是全球喀斯特發(fā)育最典型、最復雜，景觀最漂亮、類型最豐富的典型區(qū)域，石漠化是該區(qū)面臨的最嚴重的生態(tài)環(huán)境問題[15-16]。本文在課題組前期研究基礎(chǔ)上[8,12-14]，在代表南方喀斯特環(huán)境類型總體結(jié)構(gòu)的貴州高原山區(qū)，選擇具有代表性的畢節(jié)撒拉溪、關(guān)嶺花江、貞豐北盤江、施秉喀斯特3類喀斯特生態(tài)環(huán)境類型（圖1）作為研究區(qū)，石漠化等級上依次代表了潛在-輕度、中度-強度和潛在-無石漠化三種類型。

畢節(jié)撒拉溪研究區(qū)位于貴州省西北部，涉及撒拉溪鎮(zhèn)、野角鄉(xiāng)2個鄉(xiāng)的9個行政村52個村民小組。總面積86.27 km2，其中林地面積44.18 km2，植被覆蓋度達37.06%，土壤侵蝕模數(shù)216.59 t/(km2·a)?？λ固孛娣e為64.06 km2，石漠化面積55.93 km2，占研究區(qū)巖溶面積的87.31%，石漠化等級以潛在-輕度為主。

關(guān)嶺花江研究區(qū)地處貴州省西南部的北盤江花江峽谷區(qū)，包含峽谷村、木工村、壩山村、五里村等4個行政村，地勢起伏大，相對高差700 m。該研究區(qū)位于貴州省關(guān)嶺縣花江鎮(zhèn)，總面積23.512 km2，林地面積14.34 km2，占60.99%；石漠化等級以中度-強度為主。種植業(yè)以花椒、馬鈴薯、火龍果、枇杷、少量玉米和水稻為主，養(yǎng)殖業(yè)以生豬為主，規(guī)模化特征較為明顯。

貞豐北盤江研究區(qū)位于貴州西南部的北盤江花江峽谷區(qū)，包含云洞灣村、貓貓寨村和查耳巖村等3個行政村，落差大，相對高差700 m，面積28.122 km2，其中林地面積20.1 km2，占比71.47%；石漠化等級以中度-強度為主。種植業(yè)以花椒、少量玉米為主，養(yǎng)殖業(yè)以家庭生豬養(yǎng)殖為。

施秉喀斯特研究區(qū)是世界自然遺產(chǎn)地，典型的白云巖喀斯特地貌，石漠化等級以潛在-無石漠化。該研究區(qū)總面積282.95 km2，林地總面積208.34 km2，非喀斯特面積為30.82 km2，無石漠化面積138.38 km2，潛在石漠化面積為86.42 km2，輕度石漠化面積為24.93 km2，中度石漠化面積為2.38 km2。種植業(yè)以水稻、烤煙、太子參為主，養(yǎng)殖業(yè)以養(yǎng)牛、豬等為主。年均溫16.7 ℃，年均降水量1 220 mm，無霜期為257 d。夏旱、倒春寒、冰雹及暴雨等氣象災(zāi)害嚴重。該研究區(qū)包含7個村82個村民小組，共2 692戶8 076人。

2 典型低碳社區(qū)模式分析

太陽能路燈在4個研究區(qū)典型村組都已經(jīng)配置，資金為縣級財政統(tǒng)一配置的農(nóng)村亮化工程或課題組科研基金，農(nóng)戶無需集資，輸出功率1 000 W，總費用為3 200元。

2.1 畢節(jié)撒拉溪

該研究區(qū)位于貴州省西北部，為典型高原山地喀斯特地貌，年降水量800 mm左右，年平均氣溫在12 ℃，年平均日最低氣溫低（<7 ℃[17]），1月平均日最低氣溫低（<-0.7 ℃[18]）和日平均最高氣溫較低（＜2 ℃[18]）。根據(jù)課題組前期研究發(fā)現(xiàn)[8]，形成“薪柴+煤炭”的生活用能模式，“煤炭”型取暖模式和“薪柴”型生產(chǎn)用能（煮豬食）模式。

2.1.1 庭院式太陽能照明燈+煤炭取暖炊事（模式1）

利用農(nóng)戶現(xiàn)有房屋屋檐，太陽能照明燈直接固定于屋檐，資金來源為科研示范獲得，產(chǎn)權(quán)歸屬于農(nóng)戶。庭院式太陽能照明燈每戶按照太陽能電板5V、3.2WPET，輸出3.2 V、10W統(tǒng)一配置。夏半年室內(nèi)照明、炊事用能、娛樂采用電力方式獲得。冬半年取暖依靠煤炭，炊事用能以煤炭為主電力為輔組合方式、煮豬食形成薪柴為主煤炭為輔方式。2008年國家石漠化治理以來，永紅組為課題組高原山地石漠化治理的示范基地，承擔著草食畜牧業(yè)、混農(nóng)林、農(nóng)村能源等示范任務(wù)，取得良好經(jīng)濟效益與環(huán)境效益，有效抑制石漠化擴張。在前期戶用沼氣、太陽能路燈等示范基礎(chǔ)上，利用太陽輻射較強的優(yōu)勢，突出示范庭院式照明燈，為進一步試點創(chuàng)造條件。

2.1.2 太陽能熱水器+煤炭取暖炊事（模式2）

農(nóng)戶自行購買太陽能熱水器。夏半年室內(nèi)照明、炊事用能、娛樂采用電力方式獲得。冬半年取暖依靠煤炭，炊事用能以煤炭為主電力為輔組合方式，煮豬食形成薪柴為主煤炭為輔方式。該組位于交通主干道沿線，以務(wù)工收入為主，收入水平較高，購買太陽能熱水器能力較強且節(jié)能效果較好，基本可以滿足8個月左右洗浴用水。

2.2 關(guān)嶺花江

位于貴州省西南部花江峽谷的北部，典型高原峽谷喀斯特地貌，年平均氣溫高（18.4 ℃）。7月份受副熱帶高氣壓控制，加之地形影響，氣溫高，夏季致冷需要量大，冬季氣溫較高，取暖需求量較低。根據(jù)課題組前期研究發(fā)現(xiàn)[8]，已經(jīng)形成薪柴主導、電力為輔的生活用能模式，電力型取暖模式。

2.2.1 太陽能熱水器+戶用沼氣炊事（模式3）

農(nóng)戶自行購買太陽能熱水器。炊事用能通過戶用沼氣方式解決，3頭豬糞便基本上可以5口之家的全年炊事用能。室內(nèi)照明、娛樂依靠電力，冬季供暖需求量較小，大約持續(xù)1個月左右，電熱毯、電暖爐等方式獲得。能源需求量較低，清潔能源比重較高，能源轉(zhuǎn)型特征較為明顯。2008年以前為典型玉米種植區(qū)、石漠化嚴重。2008年成為課題組高原峽谷石漠化治理示范地，承擔種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)轉(zhuǎn)型、戶用沼氣等示范任務(wù)。木工組花椒、枇杷等經(jīng)濟林種植面積大；生豬規(guī)模養(yǎng)殖戶較多，以生豬糞便為原料生產(chǎn)沼氣，沼氣基本能夠全年正常使用，基本滿足家庭炊事用能，沼液、沼渣、多余生豬糞便還田。

2.2.2 太陽能熱水器+小型光伏板+電暖爐取暖+煤炭型花椒烘烤機（模式4）

農(nóng)戶自行購買太陽能熱水器，娛樂依靠電力資源，冬季取暖以電暖爐為主，炊事用能以電力為主。室內(nèi)照明依靠小型太陽能光伏板，基本能夠滿足主屋的照明需要。堡堡上組為課題組的花椒示范種植基地，合作社種植面積13.3 hm2，散戶種植200 hm2?；ń贩N植規(guī)?；卣黠@著，采摘季受西南季風和東南季風雙重影響，陰雨天氣較多，導致花椒晾曬困難，造成花椒品質(zhì)下降。農(nóng)戶獲取經(jīng)濟利益最大化，基于降低能源開支，多采用煤炭型烘干機。整體上，花椒經(jīng)濟效益明顯，農(nóng)戶收入水平較高，電暖爐取暖替代了薪柴，明顯改善了室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。

2.2.3 太陽能熱水器+屋頂光伏+電力炊事（模式5）

農(nóng)戶自行購買太陽能熱水器，炊事和取暖依靠電力，農(nóng)戶獲得相應(yīng)租金（圖2）。光伏扶貧是增加貧困戶收入、造福貧困地區(qū)的惠民工程[19]。采用平屋頂建設(shè)，資金通過“農(nóng)戶申請貸款+縣財政擔?！鲍@得，貸款直接注入電力公司，產(chǎn)權(quán)第1～9年產(chǎn)權(quán)歸屬電力公司，第10年起產(chǎn)權(quán)歸貧困戶。設(shè)計統(tǒng)一規(guī)模的光伏發(fā)電系統(tǒng)，日常管護由貧困戶負責。采用“全額上網(wǎng)”的并網(wǎng)方式，全部電量由電網(wǎng)公司按上網(wǎng)電價收購，電網(wǎng)公司每年將收益撥付電力公司銀行專戶，售電收益和發(fā)電補貼歸電力公司所有。電力公司承擔運維費用、代替農(nóng)戶償還銀行貸款、支付貧困戶年純收益2 580元左右，持續(xù)收益20 a以上。其優(yōu)點在于充分利用農(nóng)戶閑置屋頂，規(guī)避該地地勢起伏大、平地匱乏劣勢，且建設(shè)周期短，貧困戶無需支付建設(shè)成本。

韓家寨組為課題組火龍果種植示范基地，農(nóng)戶收入水平較高、房屋以2～3層獨棟樓為主，為屋頂光伏扶貧項目落地創(chuàng)造了物質(zhì)基礎(chǔ)?；谡吲c投資風險考慮，電力公司通常選取經(jīng)濟基礎(chǔ)較好、房屋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定農(nóng)戶為主。薪柴難以繼續(xù)作為炊事用能與取暖用能，農(nóng)戶轉(zhuǎn)向以電力為主的能源消費方式。同時，農(nóng)戶從屋頂光伏當中能夠獲得相應(yīng)經(jīng)濟收入（2 580元/a），農(nóng)戶積極性較高。

2.3 貞豐北盤江

位于花江峽谷南部，典型高原峽谷喀斯特地貌，夏季氣溫高、冬季氣溫較溫和。根據(jù)前期研究發(fā)現(xiàn)[8]，已經(jīng)形成薪柴主導、電力為輔的生活用能模式，電力型取暖模式。

2.3.1 太陽能熱水器+電力炊事+電暖爐取暖（模式6）

農(nóng)戶自行購買太陽能熱水器，冬季通過電暖爐采暖，炊事用能為電力。2008年前為典型玉米種植區(qū)，石漠化嚴重，薪柴為主要燃料。2008年以來，查爾巖組為課題組高原峽谷石漠化示范地，承擔花椒種植、低碳社區(qū)建設(shè)示范任務(wù)。查爾巖組所在查爾巖村現(xiàn)有耕地78.6 hm2，全村530戶2 561人，非貧困村。種植以花椒產(chǎn)業(yè)為主，現(xiàn)有花椒1 200 hm2，2010年開始大規(guī)模種植，2016年退耕還林73.3 hm2，依次按照7 500、6 000、4 500元的政策連續(xù)3年補貼；李子66.7 hm2，金銀花53.3 hm2。太陽能路燈10盞，太陽能熱水器和電熱水器200臺，其中查爾巖組18臺太陽能熱水器。整體上，查爾巖組農(nóng)戶經(jīng)濟收入水平較高，購買能源設(shè)備能力強，電力完全替代了薪柴取暖與炊事用能源。

2.4 施秉喀斯特

位于貴州東部山地峽谷區(qū)，1月份處于滇黔靜止鋒南側(cè)，南下冷空氣受云貴高原阻擋難以到達，1月平均日最低氣溫較高（>6.2 ℃）、日平均最高氣溫較高（＞14.0 ℃）[17-18]。山地峽谷地形區(qū)內(nèi)陰雨天氣較多，濕度大，冬季采暖需求量大。冬季，農(nóng)戶以廉價便利薪柴作為取暖用能。7月份受副熱帶高壓影響，加之海拔較低，日最低氣溫在15.6～21.3 ℃，平均日最高氣溫22.1～30.0 ℃[17-18]，致冷需求量大，電力消費較高。根據(jù)前期研究發(fā)現(xiàn)[8]，已經(jīng)形成薪柴+電力的生活用能模式，薪柴+煤炭取暖用能模式和煤炭型生產(chǎn)用能模式。

2.4.1 太陽能熱水器+戶用沼氣+節(jié)柴爐（模式7）

農(nóng)戶自行購買太陽能熱水器，炊事用能以沼氣為主，2頭豬滿足2個成人家庭全年炊事用能。冬季取暖依靠薪柴，“火塘”和節(jié)能爐兩種方式并存。中寨組森林資源豐富，人口較少，薪柴獲取便利，形成以薪柴為主炊事用能結(jié)構(gòu)。2008年以來，施秉縣農(nóng)業(yè)局出臺戶用沼氣建設(shè)補貼政策，中寨組修建15個左右沼氣池，有效減少薪柴消費量。戶用沼氣原料需求量較少、管理簡單，農(nóng)戶基本飼養(yǎng)1～3頭“年豬”即可。但是，中寨組沼氣池漏氣等建設(shè)質(zhì)量問題嚴重，影響農(nóng)戶使用積極性，廢棄嚴重。

2.4.2 太陽能熱水器+火塘+煤炭烤煙（模式8）

農(nóng)戶自行購買太陽能熱水器，炊事和取暖主要以薪柴為主，烤煙使用煤炭。黑沖組是施秉縣烤煙種植基地，具有前期投入高、市場波動大等特點。烤煙已經(jīng)成為當?shù)剞r(nóng)戶主要經(jīng)濟來源。烤煙加工過程中對煤炭需求量大，且熱量較為充足，成為種植戶首選。冬季氣溫低[18]，廉價便利的薪柴成為取暖和“臘肉”熏制的首選燃料。

2.5 典型低碳社區(qū)模式的比較

2.5.1 模式的適用范圍與空氣質(zhì)量等級

以薪柴為主的貧困性能源的消費，導致石漠化加劇與室內(nèi)環(huán)境污染，對老人、兒童和婦女的身體健康構(gòu)成威脅?，F(xiàn)將形成的典型低碳社區(qū)模式進行比較，具體見（表1）所示。

表1 典型農(nóng)村低碳社區(qū)模式對比

2.5.2 模式存在問題

1）畢節(jié)撒拉溪模式。模式1，冬季采暖需求量，燃煤導致室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量較差，農(nóng)戶普遍采用回風爐，室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量中等。該小組形成以玉米種植、牛、豬、山羊等養(yǎng)殖業(yè)為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，散養(yǎng)與集中放養(yǎng)并存。玉米秸稈資源野燒、禽畜糞便任意堆積等非資源化問題突出。模式2環(huán)境質(zhì)量中等和能源支付性問題突出，太陽能熱水器效果較差。

2）關(guān)嶺花江模式。模式3，玉米秸稈焚燒突出，戶用沼氣廢棄突出，不可持續(xù)性問題突出。戶用沼氣成熟技術(shù)難以有效推廣，與政府管理、后續(xù)服務(wù)、官員貪腐等沼戶用沼氣技術(shù)實質(zhì)性推廣，農(nóng)戶參與性程度低。模式4，生豬養(yǎng)殖規(guī)模較大，分散與集中養(yǎng)殖并存，生豬糞污問題突出。農(nóng)戶節(jié)能和利用太陽意識較高，花椒的煤炭支出費用高。模式5，光伏扶貧項目產(chǎn)權(quán)在前9年內(nèi)不明晰，且對農(nóng)戶普遍缺乏約束，農(nóng)戶參與度較低，易受風力損害等。國家精準扶貧政策的退出，該模式的可持續(xù)性值得商榷[19-20]。

3）貞豐北盤江模式。模式6，能源設(shè)備投資費用高、電力不支付性問題突出。

4）施秉喀斯特模式。模式7，能源設(shè)備支付費用較高，水稻秸稈非資源化利用突出。模式8，水稻秸稈、玉米秸稈、烤煙秸稈非資源化利用突出，太陽能熱水器效果整體效果較差。

3 低碳社區(qū)模式綜合效益評價

高成本、慢收益是低碳社區(qū)持續(xù)性主要障礙[21]，日本屬于高成本模式[5]。綜合考慮石漠化治理、經(jīng)濟發(fā)展、居民接受能力等，擬提出了將低碳社區(qū)模式的經(jīng)濟效益、生態(tài)效益兩者定量化模型。

3.1 評價指標選擇

3.1.1 經(jīng)濟效益指標

農(nóng)戶基于自身利益最大化原則，優(yōu)先選擇經(jīng)濟廉價、可再生性強的生物質(zhì)能、煤炭等。石漠化治理工程的屬于典型的政府性行為，農(nóng)戶與政府之間進行經(jīng)濟利益博弈。因此，本文設(shè)計出經(jīng)濟效益評價模型如下

式中E表示年均總支出成本，元，cost表示設(shè)備年折舊額，元/a；cost為所用能源使用過程中的煤炭、電力等消費性支出費用；I為低碳社區(qū)設(shè)備初始投資額，元；d為第期折舊率，為設(shè)備數(shù)量；number為第種能源消費量，price為單位價格。

式中為常數(shù)，為折舊率的GDP增長率系數(shù)，g+1為+1期GDP增長率[22]。

3.1.2 生態(tài)效益指標

低碳社區(qū)的生態(tài)效益主要體現(xiàn)在排污量減少、資源合理利用性程度增加、有效替代薪柴和煤炭的使用，實現(xiàn)了石漠化綜合治理、精準扶貧、鄉(xiāng)村振興、節(jié)能減排融合。本文所設(shè)計低碳社區(qū)模式生態(tài)效益的計算方法分為2步：一是根據(jù)節(jié)能減排的標準計算節(jié)能排放量；二是根據(jù)環(huán)境價值標準計算節(jié)能減排所帶來的環(huán)境價值[23]。

1）污染物排放量

式中emisson為低碳社區(qū)模式各污染物的排放量，kg；S為第種污染物的排放系數(shù)，kg/(kW·h)；為污染物的類型數(shù)目，d為第種能源消費量；d/d為第種污染物減排量（表 2）。

表2 主要炊事能源的氣候變化因子及排放系數(shù)[24]

2）環(huán)境污染減排損失費

3.1.3 社會效益指標

社會效益難以實現(xiàn)量化的評價，研究者通常主要是對就業(yè)和收入結(jié)構(gòu)影響、室內(nèi)環(huán)境污染對健康影響、勞動強度緩解、娛樂時間增加等。戶用沼氣緩解能源貧困、增加婦女和兒童學習時間等具有正向反饋。扶貧部門認為光伏扶貧模式不利于農(nóng)戶能力提升，可能會影響其推廣[20]。

3.2 實證分析

3.2.1 能源消費結(jié)構(gòu)變化

4個研究區(qū)的典型低碳模式下的能源消費結(jié)構(gòu)多元化、清潔化和現(xiàn)代化特征（表3）。畢節(jié)撒拉溪研究區(qū)由煤炭、薪柴、電力、石油液化氣轉(zhuǎn)變?yōu)槊禾?、電力、太陽能。其中，模?，煤炭完全替代了薪柴取暖，導致煤炭消費量上升；模式2中太陽能替代了薪柴、部分煤炭消費，導致煤炭消費量下降。關(guān)嶺花江研究區(qū)，由薪柴、電力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏Α⒄託?、太陽能為主的結(jié)構(gòu)；模式4戶用沼氣完全替代薪柴，模式5，花椒采摘季節(jié)為雨季，農(nóng)戶選擇烘干機以保證了花椒質(zhì)量，提高經(jīng)濟收益，但是煤炭型較電力型總體成本偏低，同時農(nóng)戶自己購買光伏板，表明農(nóng)戶節(jié)能意識逐漸增強；模式6位置偏僻，薪柴、秸稈等資源豐富，農(nóng)戶能源轉(zhuǎn)型動力不足。貞豐北盤江，模式6清潔化特征顯著，以電力為主導。施秉喀斯特，能源消費結(jié)構(gòu)變化呈現(xiàn)多樣化特征，向薪柴、電力、沼氣、太陽能等演變，薪柴仍居主導型。

表3 低碳模式下的戶均能源消費結(jié)構(gòu)

3.2.2 能源支出費用變化

能源支出費用關(guān)系農(nóng)戶切身利益，直接影響低碳模式推廣。與課題組前期研究[8]相比，畢節(jié)撒拉溪研究模式費用上升了1 000元左右，接近10%的能源貧困線[26]；關(guān)嶺花江模式下降了500～1 800元；貞豐北盤江模式下降最為明顯，降低能源可支付性；施秉喀斯特降低2 800～3 500元，薪柴消費量較高，室內(nèi)環(huán)境污染問題突出。

3.2.3 對石漠化防治影響

低碳模式構(gòu)建對石漠化防治具有重要意義[13]，減輕室內(nèi)環(huán)境污染，降低老人、婦女、兒童的呼吸道疾病發(fā)生風險。低碳社區(qū)模式與石漠化綜合治理、全國性市場建立等相關(guān)。外界新型社會結(jié)構(gòu)為社區(qū)居民與外界交流與聯(lián)系提供了可選擇性，居民生計策略轉(zhuǎn)變，尤其是務(wù)工收入。農(nóng)戶基于機會成本考慮，使用電磁爐、電暖爐等清潔能源，降低了薪柴依賴，抑制了石漠化擴張。

3.2.4 綜合效益評價

低碳社區(qū)模式涉及經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益的綜合性評價。研究結(jié)果顯示：經(jīng)濟效益較差（表4），生態(tài)效益明顯（表5），與仲聲[27]研究相一致。政府在低碳社區(qū)建設(shè)中發(fā)揮主導作用，形成政府-農(nóng)戶之間的利益攸關(guān)、多層次的協(xié)同治理體系。對可再生能源必要的財政激勵政策[20]，降低農(nóng)戶能源設(shè)備與支出成本。以可再生能源項目為核心，構(gòu)建產(chǎn)權(quán)明晰、社區(qū)參與的管理制度[28]。畢節(jié)撒拉溪玉米秸稈資源、禽畜糞便資源豐富，傳統(tǒng)戶用沼氣、多能互補模式難以維持；試點規(guī)?；恼託夤こ毯蜕锾烊粴鈁29]，借鑒國內(nèi)外能源轉(zhuǎn)型與低碳社區(qū)經(jīng)驗[28,30]，研發(fā)具有區(qū)域特色的生物天然氣儲能技術(shù)。關(guān)嶺花江與貞豐北盤江以光伏技術(shù)為突破點，試點光熱技術(shù)。施秉喀斯特以秸稈、薪柴資源開發(fā)為主導方向，提升傳統(tǒng)薪柴成型燃料技術(shù)，降低生產(chǎn)成本，減輕室內(nèi)環(huán)境污染。

表4 低碳社區(qū)模式年均成本

注：電力價格為0.50元·(kW·h)-1、煤炭價格為1.40元·kg-1、每口沼氣池成本為4 000 元、每盞太陽能路燈價格為3 200元、每臺太陽能熱水器價格為3 000元、每塊光伏電板280元，使用年限為13年計算。每個庭院式太陽能照明燈150元，使用年限按5年計算。太陽能能路燈費用由政府或科研機構(gòu)完全承擔。

Note: The price of electricity is 0.50 yuan·(kW·h)-1, the price of coal is 1.40 yuan·kg-1, the cost of biogas digester is 4 000 yuan mouth, the price of solar street lamp is 3 200 yuan RMB /piece, the price of solar water heater is 3 000 yuan per piece, and the photovoltaic panel is 280 yuan piece. The service life is calculated as 13 years. Courtyard solar lighting is 150 yuan per piece, the service life is calculated by 5 years. The cost of solar energy street lamps is fully borne by the government or scientific research institutions.

表5 貨幣化年環(huán)境效益

4 低碳社區(qū)綜合效益提升途徑

本文歸納了8種低碳社區(qū)典型模式并設(shè)計了效益評價方法，基本滿足當前生產(chǎn)力水平下的低碳社區(qū)建設(shè)目標，但從效益提升與石漠化綜合治理、鄉(xiāng)村振興的角度看，目前低碳社區(qū)效益提升還存在巨大潛力。該文綜合技術(shù)、發(fā)展、能源、制度、管理 5 個層面，從中央政府、地方政府、電網(wǎng)公司、科研機構(gòu)、社區(qū)農(nóng)戶5個視角來設(shè)計低碳社區(qū)效益提升途徑。

4.1 技術(shù)層面

中央政府完善石漠化治理綜合政策，結(jié)合石漠化防治、鄉(xiāng)村振興、精準扶貧等戰(zhàn)略，構(gòu)建以地方政府、科研機構(gòu)為主體的區(qū)域低碳社區(qū)技術(shù)服務(wù)平臺，給予必要經(jīng)費支撐。地方政府與科研機構(gòu)逐步形成產(chǎn)學研一體化，結(jié)合石漠化等級、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人口特征及能源轉(zhuǎn)型等，給予消費清潔與可再生能源較多農(nóng)戶財政補貼，以推動農(nóng)村能源消費結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級。電網(wǎng)公司則應(yīng)配套發(fā)展分布式光伏發(fā)電，提高區(qū)域農(nóng)網(wǎng)的裝備水平和承載力?？蒲袡C構(gòu)需提升對喀斯特地區(qū)農(nóng)戶的技術(shù)服務(wù)，因地制宜開發(fā)分布式可再生清潔能源，開發(fā)戶用沼氣轉(zhuǎn)型升級及規(guī)?；眉夹g(shù)，試點中大型沼氣工程和小型風力發(fā)電技術(shù)，重點突破以秸稈和禽畜糞便為主的混合型生物天然氣的技術(shù)瓶頸，完善技術(shù)標準體系。社區(qū)農(nóng)戶基于經(jīng)濟效益與健康風險的前提下，逐漸減少薪柴等傳統(tǒng)生物質(zhì)能直接燃燒，以降低健康風險。

4.2 發(fā)展層面

中央政府制定中國南方石漠化地區(qū)農(nóng)村發(fā)展的中長期戰(zhàn)略規(guī)劃，鼓勵地方政府將農(nóng)村低碳社區(qū)發(fā)展納入社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃，設(shè)立低碳社區(qū)建設(shè)基金。地方政府將低碳社區(qū)建設(shè)納入社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃，建立企業(yè)進入低碳社區(qū)標準與技術(shù)體系，鼓勵社會資本進入，形成多元化投入與分配機制。電網(wǎng)公司則應(yīng)加快農(nóng)網(wǎng)改造工作，適度鼓勵光伏扶貧項目靠近電力負荷建設(shè)[19]。科研機構(gòu)開發(fā)具有與區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展一致的綠色化、循環(huán)化、清潔化的可再生能源技術(shù)，并及時進行試點與示范。社區(qū)農(nóng)戶逐步減少玉米、水稻等種植面積，基于市場風險與認知轉(zhuǎn)向經(jīng)濟收益較高的經(jīng)濟作物與經(jīng)濟林等。

4.3 能源層面

中央政府制定農(nóng)村可再生能源和清潔能源發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，將清潔可再生能源納入社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃，給予購買清潔可再生能源設(shè)備的農(nóng)戶財政補貼。地方政府結(jié)合石漠化防治與鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，在石漠化嚴重地區(qū)優(yōu)先推行清潔可再生能源技術(shù)。電網(wǎng)公司優(yōu)先在石漠化嚴重地區(qū)布局秸稈發(fā)電、沼氣發(fā)電、分布式光伏發(fā)電、風力發(fā)電工程，同時需要防范風電和光伏發(fā)電風險[31]?？蒲袡C構(gòu)在傳統(tǒng)種養(yǎng)殖循環(huán)利用模式的基礎(chǔ)上，開發(fā)具有可再生性特征和工程性特征顯著的能源利用新模式。社區(qū)農(nóng)戶逐漸增加清潔可再生能源利用比重，適度降低傳統(tǒng)可再生能源利用比例。

4.4 制度層面

中央政府制定中國南方石漠化地區(qū)農(nóng)村低碳社區(qū)安全評價標準，界定低碳社區(qū)模式建設(shè)性質(zhì)與類型。地方政府結(jié)合石漠化等級、能源發(fā)展戰(zhàn)略、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、精準扶貧和鄉(xiāng)村振興等，制定不同等級石漠化農(nóng)村低碳社區(qū)評價細則，健全農(nóng)戶消費清潔可再生能源消費利益補償機制與制度；健全與明確農(nóng)村農(nóng)業(yè)、電力等部門職責，推行目標控制與過程管理相結(jié)合的考核機制。電網(wǎng)公司建立清潔可再生能源發(fā)展負面清單制度?？蒲袡C構(gòu)建立可再生能源研發(fā)與投入長效機制。社區(qū)農(nóng)戶根據(jù)國家石漠化防治總體布局，適度增加清潔可再生能源消費，并獲取相應(yīng)經(jīng)濟補償，以期望達到示范帶動效果。

4.5 管理層面

中央政府制定中國南方石漠化地區(qū)農(nóng)村低碳社區(qū)政策，并加大低碳社區(qū)支持力度，建立健全低碳社區(qū)全程監(jiān)管體系，加強對電力市場尤其是農(nóng)網(wǎng)的監(jiān)管。地方政府適度增加低碳社區(qū)財政轉(zhuǎn)移支付，對于石漠化地區(qū)的建設(shè)成效明顯的社區(qū)給予激勵的財政補貼。電網(wǎng)公司應(yīng)將全方位引入行業(yè)技術(shù)標準，標準化管理電力系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)劃、建設(shè)施工、檢修維護等工作，將石漠化地區(qū)秸稈發(fā)電、沼氣發(fā)電、風電、光伏、水電等納入電網(wǎng)，避免產(chǎn)生棄風棄光等。科研機構(gòu)健全石漠化地區(qū)清潔可再生清潔能源技術(shù)示范與管理。社區(qū)農(nóng)戶對低碳社區(qū)模式及時與科研機構(gòu)、地方政府等及時溝通與反饋。

4.6 典型低碳社區(qū)模式效益提升途徑

中國南方石漠化地區(qū)自然資源、發(fā)展模式等差異顯著。結(jié)合石漠化治理、能源轉(zhuǎn)型、鄉(xiāng)村振興等，現(xiàn)將典型農(nóng)村低碳社區(qū)模式效益提升途徑歸納如下（表6）。

表6 典型農(nóng)村低碳社區(qū)效益提升途徑

5 結(jié) 論

該論文圍繞石漠化綜合治理背景下中國南方石漠化地區(qū)低碳社區(qū)典型模式、存在問題、低碳社區(qū)效益分析、低碳社區(qū)效益提升途徑開展研究，提出了數(shù)學模型和計算方法，驗證了低碳社區(qū)模型與方法的可行性和有效性。主要結(jié)論如下：

1）中國南方石漠化地區(qū)低碳社區(qū)建設(shè)難以形成統(tǒng)一模式與標準。低碳社區(qū)不僅需要借鑒其他地區(qū)的模式，更應(yīng)因地制宜考慮產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人口特征、鄉(xiāng)村振興和精準扶貧等，運用綜合效益評估法來確定不同等級石漠化地區(qū)低碳社區(qū)最優(yōu)發(fā)展方案。

2）4個研究區(qū)已有的8種典型低碳社區(qū)模式基本符合當?shù)厣鐣?jīng)濟狀況，各具特色，基本滿足低碳社區(qū)建設(shè)目標。

3）建立低碳社區(qū)綜合效益評價體系，表明：環(huán)境效益高、經(jīng)濟效益較低，本文所提農(nóng)戶低碳社區(qū)效益評價方法可以進一步優(yōu)化。

4）從技術(shù)、發(fā)展、能源、制度、管理等 5 個視角，及中央政府、地方政府、電網(wǎng)公司、科研機構(gòu)和社區(qū)農(nóng)戶5個層面設(shè)計的低碳社區(qū)綜合效益提升途徑總架構(gòu)，可以為進一步提升石漠化綜合治理、鄉(xiāng)村振興、精準扶貧等提供技術(shù)與理論依據(jù)。

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Model of rural low-carbon communities in karst rocky desertification region of southwestern China and approaches to benefit improvement

Guo Yingjun, Xiong Kangning※, Sun Ruochen,Yan Jiawang

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Green or sustainable design has gained good momentum as compact, resource-efficient, and affordable way in most communities. A low-carbon mode can also contribute to the comprehensive control of rocky desertification, rural revitalization, and targeted poverty alleviation in rural karst areas of southern China. In this study, four counties were taken as the study areas with different grades of karst rocky desertification in Guizhou Province. 8 key approaches were then proposed to improve the benefits in the construction of typical low-carbon communities. It was found that: 1) 8 kinds of typical patterns were found in the rural low-carbon mode, namely, a combination of courtyard solar lighting + coal heating cooking, solar water heater + coal heating cooker, solar water heater + household biogas cooking, solar water heater + small photovoltaic panel + electric heater heating + coal-type prickly ash roaster, solar water heater + rooftop photovoltaic + electric cooking, solar water heater + electric cooker + electric heater heating, solar water heater + household biogas + firewood saving stove, and solar water heater + fire pond + coal flue-cured tobacco. 2) A mathematical model of benefit was designed for the low-carbon community to monetize the economic and environmental benefits. A field test was carried out to verify the feasibility and effectiveness of the low-carbon community model. The study areas were characterized by high environmental and low economic benefits on the whole. There were still some challenges on a unified standard for the specific construction of low-carbon community in study areas. It was also necessary to learn from the representative models in other regions, considering industrial structure, population characteristics, rural revitalization, and targeted poverty alleviation. The existing model of low-carbon community was basically in line with the local social and economic conditions, fully meeting the construction goal of the low-carbon community, although there was still large room to improve in each mechanism. 3) 8 specific approaches to benefit improvement were as follows. Modle 1 was for the non-resource utilization of livestock manure and corn stalks, where to pilot the biological or natural gas, while moderately control the scale of live pigs and commercial cattle. Mode 2 was to improve the utilization rate of solar water heaters, where to pilot the fusion technology of solar and electric water heaters, and then introduce part of hot water into cooking energy. Mode 3 was aimed at a large number of farmers with large-scale pig breeding, where to pilot the integrated project of pig breeding - biogas - prickly ash, and further to develop the storage and purification of household biogas. Mode 4 was for a high demand of prickly ash coal resources, where to pilot electric prickly ash dryer. Model 5 was for the participation of the household, where to empower the household with management rights and economic rewards. Mode 6 was aimed at the non-resource utilization of discarded Zanthoxylum bungeanum branches, where to pilot the centralized collection and treatment. Mode 7 was aimed at indoor environmental quality, biogas leakage in the household, and non-resource utilization of rice straw, where to maintain the biogas digester, while pilot-test the curing treatment of straw and firewood. Mode 8 was for the utilization of coal and electricity in the flue-cured tobacco processing, where to pilot the heat conversion in a flue-cured tobacco room with a return air furnace and energy-saving facilities.

rural areas; karst rocky desertification; low-carbon model; approaches to benefit improvement; southern China

郭應(yīng)軍，熊康寧，孫若晨，等. 中國南方石漠化地區(qū)農(nóng)村低碳社區(qū)模式與效益提升途徑[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2021，37(8)：323-331.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.08.037 http://www.tcsae.org

Guo Yingjun, Xiong Kangning, Sun Ruochen, et al. Model of rural low-carbon communities in karst rocky desertification region of southwestern China and approaches to benefit improvement[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(8): 323-331. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.08.037 http://www.tcsae.org

2020-12-02

2021-01-12

貴州省科技計劃重大專項(黔科合平臺人才[2017]5411號)；國家十三五重點研發(fā)計劃課題(2016YFC0502607)；貴州省世界一流學科建設(shè)計劃項目(黔教科研發(fā)[2019]125號)

郭應(yīng)軍，博士生，研究方向為農(nóng)村能源與環(huán)境。Email：guoyingjun1982@163.com.

熊康寧，教授，博士生導師，研究方向為喀斯特與洞穴、資源與環(huán)境及石漠化生態(tài)治理。Email：xiongkn@163.com.

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.08.037

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1002-6819(2021)-08-0323-09