定西節水型農業經濟模式研究

縣永平

(1.武漢理工大學資源與環境工程學院，武漢 430070;2.甘肅省定西市循環經濟產業園區管委會，定西 743000)

甘肅省定西市是一個農村能源供應不足，農村能源消費結構不盡合理的地區。特別是在北部干旱半干旱區，大多數地方燃料、肥料、飼料俱缺，人們為獲取燃料往往大量破壞植被，造成農村生態環境惡化和大面積的水土流失。為了更好地推進定西市農業結構戰略性調整，加速農業由資源數量型向技術效益型轉化，全面改善農村生態環境，提高農產品質量，增加農民收入，2004年定西市農村能源啟動實施了“干旱半干旱區能源生態優化模式試驗示范推廣”項目，旨在對定西不同區域條件下以沼氣為紐帶的能源生態模式進行試驗示范，開展對“三沼”綜合利用的研究，并結合沼氣國債項目和封山禁牧農村能源配套項目在定西市進行推廣，形成一定規模，達到解決群眾生活用能、鞏固封山禁牧成果、改善生態環境、促進農業可持續發展的目的［1］。

1 項目實施背景

定西市沼氣建設始于20世紀70年代初，隨著解決農村能源短缺，改善日趨惡化的生態環境條件而起步的，開始時只是在少數農戶中進行試驗示范。20世紀80年代，為解決中部地區“三料”俱缺造成的農業生態惡性循環，在財政資金和“兩西”農業專項資金支持下，因地制宜地進行了小范圍推廣，主要解決貧困干旱地區農民的生活燃料和照明。但由于當時沼氣技術的缺陷和管理上的制約，加之投入不足，沼氣發展比較緩慢。90年代后期，隨著生態農業的興起，沼氣科研工作的開展，沼氣技術從建筑材料、建造工藝、發酵工藝、管理維護、功能利用等方面進一步規范化、標準化，促進了這項既取得燃料、又可得到優質肥料的技術得以健康有序的發展。這一時期，沼氣技術作為生態農業模式的核心技術，利用當地豐富的太陽能資源，開始在一些縣引進示范。1997年，渭源縣上灣鄉水家窯村從遼寧引進北方能源型生態農業模式，在該村建設25戶。2000年，臨洮縣八里鋪鎮孫家大莊被農業部確定了首批“生態家園富民計劃”示范點，引進西北農林科技大學邱凌教授獨創研制的“旋流布料自動循環沼氣池”技術，當年在該村建設“一池三改”能源生態模式戶30戶，2001年又在安定區鳳翔鎮大坪村建立示范點30戶。在總結示范點經驗的基礎上，為了進一步探索適合干旱干半旱地區自然和經濟發展條件的能源生態模式，加快農村能源建設步伐，2004年結合臨洮、安定、漳縣三縣區實施沼氣國債項目，由定西市能源站自籌課題經費3.8萬元，啟動實施了“干旱半干旱區能源生態優化模式試驗示范推廣”項目。

2 項目內容及目標

2.1 建立示范點

結合全市不同地區的自然和經濟條件，選擇有代表性的區域建立“三結合” (也稱一池三改，沼氣池、改廁、改圈、改廚)、“四位一體”(日光溫室、沼氣池、圈舍、廁所)、“五配套”(沼氣池、暖圈、集水窖、果菜園、太陽灶)示范戶，由技術人員全程指導、跟蹤、服務，將示范戶建成精品、樣板［2］。

2.2 開展試驗研究

試驗研究的主要內容:節水型區域干旱半干旱區“三結合”、“四位一體”、“五配套”三種模式戶用沼氣池產氣率與地溫的變化規律及管理技術;沼液、沼渣用于基肥、追肥后，對馬鈴薯、當歸、蔬菜增產影響情況;根據光合作用原理，利用沼氣二氧化碳對溫室蔬菜的影響情況;用沼液浸種和葉面噴施對馬鈴薯、當歸、蔬菜增產及病蟲害防治情況［3-4］。

2.3 規模推廣

結合沼氣國債項目和封山禁牧農村能源配套項目，對示范成熟的能源生態模式進行推廣，并形成一定的規模。項目建設的目標是形成適合定西市實際的各種能源生態模式，使農業成為具有強大的自然再生產和社會再生產能力的產業，實現生態、經濟和社會3種效益全面充分的發揮。

3 項目取得的成果

3.1 示范推廣初具規模

2004年以來，定西市能源站在認真調查研究的基礎上，有針對性地在全市不同區域建立示范點35個，涉及農戶300戶，其中“三結合”模式230戶、“四位一體”模式20戶、“五配套”模式50戶。在抓好示范點的基礎上，兩年來全市累計推廣能源生態模式戶1.345萬戶。其中2004年，全市推廣能源生態模式戶6 450戶，其中“一池三改”模式5740戶、“四位一體”模式260戶、“五配套”模式450戶;2005年，全市推廣能源生態模式戶7 000戶，其中“一池三改”模式6 100戶、“四位一體”模式280戶、“五配套”模式620戶。分縣區完成情況見圖1。

3.2 試驗研究獲得了具有實用價值的結果

3.2.1 沼氣池產氣率與地溫變化規律試驗及結果

據安定區、隴西縣、臨洮縣布點試驗，沼氣池的產氣量隨季節變化而變化:1～3月份產氣率較低，4～7月份產氣率持續增高，7～8月份為產氣高峰期，從9月份開始產氣率逐漸走低，11～12月份產氣率明顯下降。從不同能源生態模式來看，“四位一體”模式因保溫性能好，其產氣率較“一池三改”和“五配套”模式穩定，且產氣率高，日平均產氣率0.174m3/m3·天，年產氣量635.1m3，“一池三改”和“五配套”模式日平均產氣率為0.12m3/m3·天，年平均產氣量438m3。

3.2.2 沼液、沼渣用于基肥、追肥試驗及結果

隴西、岷縣試驗結果表明，用沼渣作基肥、沼液作追肥，能明顯提高蔬菜、馬鈴薯、當歸產量。供試的番茄667m2增產2 841.68kg，增產率為36.36%;黃瓜每hm2增產1 150.4kg，增產率為22%;馬鈴薯667m2增產320kg，增產率為19.6%;當歸667m2增產110.73kg，增產率57.07%。

3.2.3 沼氣燃燒后二氧化碳氣肥在“四位一體”模式中的試驗及結果

圖1 各縣區推廣完成情況 (戶)

據臨洮、隴西試驗，在高效日光溫室中通過點燃沼氣燈、沼氣灶來增供二氧化碳，能提高溫室內溫度，增加二氧化碳，促進農作物增產。經測定，燃燒1m3沼氣，可提高棚內溫度2～3℃，制造二氧化碳0.97m3，可使333.5～466.9m2日光溫室中二氧化碳“氣肥”濃度達到要求。通過沼氣在溫室中增施二氧化碳“氣肥”，可使黃瓜增產26%～29%，番茄增產32%，菜瓜增產27%～32%。

3.2.4 沼液浸種和葉面噴施沼液試驗及結果

據隴西縣、安定區試驗結果表明，用沼液浸種，可使馬鈴薯每667m2增產145kg，增產率為9.3%;小麥每667m2土地增產11kg，增產率為6.5%。用沼液葉面噴肥可使黨參每667hm2增產20kg，增產率為21%;黃瓜每667m2增產1 520kg，增產率26.2%;用濃度為100%、80%和50%的沼液葉面噴施可使馬鈴薯每667m2分別增產715.8kg、578.1kg和300.2kg，增產率分別為37.9%、30.7%、15.9%。

3.2.5 葉面噴施沼液對防治病蟲害和提高作物抗性試驗及結果

安定區、隴西縣和岷縣的試驗證明，用50%、80%和100%的沼液葉面噴肥，可使馬鈴薯黑脛病病株率分別下降0.7%、0.9%和1.7%，晚疫病病情指數分別下降9.3%、13.7%和12.1%;當歸麻口病病株率分別下降1.78%、16.59%和20.08%，病情指數分別下降8.23%、13.76%和17.43%。

3.3 優化了農村能源消費結構

項目實施兩年來，取得了顯著的能源效益，項目區農戶累計開發的沼氣總量726.3萬m3，折合標煤14.526萬t，1.345萬農戶使用干凈衛生的潔凈能源。能源消費結構得到優化，生物質能源消費比例由建設前的73%下降到建設后的24%，農村生態環境得到保護和改善。

圖2 能源型生態農業模式戶建前建后能源消費結構(t標煤)

3.4 取得了良好的經濟、生態和社會效益

3.4.1 經濟效益

據推廣后典型調查，每個能源生態模式戶每年平均可產沼氣540m3，沼肥 (沼液、沼渣)30m3，可使戶均年節支增收830元。能源生態模式的推廣應用，加快了定西農村脫貧致富奔小康的步伐，在項目實施區年增加農民純收入總計1 116.35萬元。

3.4.2 生態效益

通過該項目的推廣，極大地節省了農民傳統生活用能所需的柴草，相當于保護了266.7hm2林地;沼肥的大量使用，有效改善了土壤團粒結構，減少了農藥、化肥對土壤造成的板結;通過對畜禽糞便進行無害化處理，有效解決了當前威脅農業生產、農民生活的農業面源污染問題。

3.4.3 社會效益

能源生態模式的推廣成為農村經濟發展的一個新的增長點，也是貧困地區脫貧致富的一條重要途徑。通過宣傳和效益吸引，在一定程度上增加了農民的科技意識，徹底改變了農村生活用能方式，促進了文明村鎮建設，提高了農村社會文明程度，也必將對定西市生態農業的進一步發展產生深遠的影響。

4 主要技術創新點

4.1 創立了“一池五配套”、“草-畜-沼-薯”生態型能源農業經濟模式

針對定西地區水資源匱缺、燃料短缺、農村能源不足等問題，創立了“一池五配套”、“草-畜-沼-薯”生態型能源農業經濟模式。該模式以旋流布料自循環沼氣池為紐帶，配套暖圈、廁所、太陽灶、集雨節水窖及高效無公害馬鈴薯生產為基本單元，形成了集雨節灌、暖圈養殖、糞便生產沼氣、沼液沖廁、沼肥還田的“草-畜-沼-薯”的生態型能源農業經濟模式。

4.2 開展沼液、沼渣對馬鈴薯連作土壤的理化性狀影響研究

結果表明:馬鈴薯連作3年的耕地施用沼液、沼渣后，土壤有機質、水解氮、有效磷和有效鉀含量較未施用沼液、沼渣的對照土壤分別提高了0.46%、28mg/kg、2.8 mg/kg、258 mg/kg，達到了改善理化性狀和增強土壤肥力的目的;同時馬鈴薯產量達到2.347 5萬kg/hm2，比連作對照增產4 260kg，增產22.2%，克服了馬鈴薯重茬障礙。

4.3 開展沼液、沼渣對當歸增產效果及麻口病防治效果研究

結果表明:每公頃施1.5萬kg沼渣、灌根4次的鮮歸產量達到1.317 0萬kg/hm2，比不施沼液、沼渣的處理增產1 779kg/hm2，增產15.6%。隨著沼液灌根次數增加，麻口病逐漸減輕，經過4次灌根處理，麻口病發病率由85.1%降為5.2%，病情指數由70.2%下降為2.1%。

4.4 對沼液、沼渣在黃芪施用的增產效果及抗病性進行試驗研究

結果表明:使用沼液、沼渣后，能明顯提高土壤肥力，促進幼苗生長，提高光和效率，植株生長健壯，葉色深綠，根部粗而長，可提高黃芪的抗逆性，延長枯萎期，能明顯提高黃芪的產量。80%濃度增產69kg，增產率為16.2%;50%濃度增產60kg，增產率為14.1%;噴施不同濃度沼液的黃芪，白粉病的病株率和根腐病的病情指數分別比未噴施沼液的對照田降低1.6%和10.6%，同時根腐病的田間發病日前也較未噴施沼液處理推遲5～9天。

5 節水型區域生態型能源農業經濟的主要模式

甘肅中部定西地區是典型的干旱半干旱節水型區域，以下3種模式全是針對定西節水型區域的特點，應用下雨時機，收集雨水形成集雨 (水)窖來運作，幾乎不需要任何自來水，在節水型區域應用前景廣闊。

5.1 “一池四配套”、“草-畜-沼-藥”生態型能源農業經濟模式

該模式具有投資少、適宜性廣等優點，是針對甘肅中部定西節水型地區農村廁所不衛生，糞便未能充分利用，特別是受氣溫限制沼氣池冬季不產氣、難越冬等問題而組裝配套的。模式以太陽能為動力，以旋流布料自循環沼氣池為紐帶，配套暖圈、廁所、太陽灶、集雨節水窖及高效無公害馬鈴薯生產為基本單元，形成了集雨節灌、暖圈養殖、糞便生產沼氣、沼液沖廁、沼肥還田的“草-畜-沼-薯”的生態型能源農業經濟模式。其系統要素是以0.2hm2左右的中藥材為基本生產單元，農戶庭院前后建一座10～20m3左右的太陽能暖圈，在暖圈內建一座10m3，并改建蹲位面積1.5～2m2的廁所，并與沼氣池連同。

5.2 “一池五配套”、“草-畜-沼-薯”生態型能源農業經濟模式

該模式針對定西地區水資源匱缺、能源供應不足、飼料短缺的實際情況，依據生態學、經濟學、系統工程學原理，從有利于農業生態系統物質和能量的轉換與平衡出發，充分發揮系統內的動、植物與光、熱、氣、水、土等環境因素的作用，建立起生物種群互惠共生、互相促進、協調發展的能源—生態—經濟良性循環發展系統，高效率利用農民所擁有的土地資源和勞動力資源，引導農民脫貧致富，創造良好的生態環境、帶動農村經濟持續發展的一種新模式。模式以太陽能為動力，以推廣應用旋流布料自循環沼氣池為紐帶，配套暖圈、廁所、太陽灶、集雨節水窖及高效無公害馬鈴薯生產，形成了集雨節灌、暖圈養殖、糞便生產沼氣、沼液沖廁、沼肥還田的“草-畜-沼-薯”的生態型能源農業經濟模式。其系統要素是以0.33hm2左右的馬鈴薯為基本生產單元，農戶庭院前后建一座10m3左右的新型高效沼氣池和一間10～20m2左右的太陽能畜舍，配套一眼35～45m3的水窖及相應的集雨場。

5.3 “四位一體”、“畜-沼-菜”生態型能源農業經濟模式

該模式依據生態經濟學原理，針對甘肅中部定西節水型區域水川城市區，以土地資源為基礎，以太陽能為動力，以沼氣池為紐帶，在農戶庭院內田園，將日光溫室、畜禽養殖、沼氣生產和蔬菜種植有機結合，使四者相互依存、優勢互補，構成“四位一體”能源生態綜合利用體系，并應用保護地栽培、高效飼養、厭氧發酵、太陽能高效利用等技術體系，在同一塊地上實現了產氣積肥同步、種植養殖并舉的周年環保型生產機制。其系統要素是在農戶庭院或田園建一座300～600m2的日光溫室，在溫室一端建一個10m3的地下水壓式沼氣池，池頂坐落10～20m2豬舍，可養豬4～10頭，側面配建1.5m2廁所，使人畜糞便直接進入沼氣池，沼肥用于蔬菜及大田生產［5-6］。

［1］劉國勝.生態能源型農業經濟模式研究及應用.甘肅農業，2010，289，(08)

［2］李金才，邱建軍，任天志，等.北方“四位一體”生態農業模式功能與效益分析研究.中國農業資源與區劃，2009，30(3):46～50

［3］劉國勝.沼液沼渣生產優質當歸試驗研究.中國沼氣，2006，25(2):16～18

［4］劉國勝.沼肥用于溫室番茄種植對產量的影響.中國沼氣，2008，26(2):10～12

［5］縣永平.黃土高原半干旱區生態模型能源農業經濟模式選擇——以甘肅省定西市為例.中國農業資源與區劃，2011，32(5):22～25

［6］王瑞波，蘭彥平，周連第，等.奶牛養殖廢棄物處理研究.中國農業資源與區劃，2009，30(5):60～66