我國現代農業循環經濟技術標準研究

廖祖君

(四川省社會科學院，四川 成都 610072)

?

我國現代農業循環經濟技術標準研究

廖祖君

(四川省社會科學院，四川 成都 610072)

本文認為要解決循環農業示范項目中建設隨意化、資金使用效益低、財政資金補貼錯位等問題，必須科學確定現代循環農業經濟的關鍵性技術指標。文章以豬牛糞便和秸稈的資源化利用為核心內容，對現代農業循環經濟項目的建設標準進行了研究，并提出相關的技術標準體系。

循環農業；技術標準；沼氣發酵

發展現代農業循環經濟，是破解資源環境瓶頸、促進農業可持續發展的有效途徑。為此，國家在部分區域開展了農業綜合開發生態循環農業示范項目建設。現階段，我國農業循環經濟發展過程中還有一些不成熟和欠規范的地方，特別是由于缺乏一套簡便管用的技術標準來進行規范和指引，出現了項目建設隨意化、資金使用效益低、財政資金補貼錯位和價值鏈利益失衡等問題。特別是與傳統循環農業模式相比，現代農業循環經濟模式的循環環節、組織形式和利益聯結都更加復雜，在建設環節、技術標準、投資標準和監測標準等方面，都有一些新的特點和要求。因此，應加快現代循環經濟相關技術標準研究，科學確定現代循環農業經濟的關鍵性技術指標。本文以豬牛糞便和秸稈的資源化利用為核心內容，對現代農業循環經濟項目的建設標準進行研究。

1　豬牛糞便資源化循環利用模式建設標準

1.1關鍵建設環節

該模式以豬、牛養殖為基礎，以糞便發酵為中間紐帶，構建復合生態鏈，實現豬、牛糞便綜合循環利用和農業生態的良性循環。該模式主要包括3個環節：豬牛養殖環節、沼氣發酵環節(或有機肥生產)和糧果蔬種植環節，其中沼氣發酵是該模式循環農業的核心環節。基于我國現有養殖規模實際情況，本建設標準包括大型、中型和小型3種沼氣發酵工程。

1.1.1小型沼氣發酵工程根據“沼氣工程規模分類(NY/T667-2011)”的行業標準要求，小型沼氣發酵工程主要是針對日產沼氣量5～150m3，養殖規模為生豬存欄量一般介于5～150頭的養殖小區而言。該模式因規模適度可控，通過豬牛養殖、沼氣發酵和糧果蔬種植3個環節的有機銜接，能使養殖糞便在種養業內部得到有效消納，實現農業生態良性循環。

圖1以豬牛養殖為中心、糞便發酵為紐帶的資源利用型模式

注：上圖虛線涵蓋的區域為小型沼氣發酵工程循環模式，外圍實線為大中型沼氣發酵工程循環模式。

1.1.2大中型沼氣發酵工程大中型沼氣發酵工程主要是針對規模化養殖場而言。中型沼氣發酵工程日產沼氣量150～500m3，養殖規模為生豬存欄量一般介于150～500頭。而大型沼氣發酵工程的沼氣日產量為500～5000m3，生豬存欄量介于500～5000頭。由于規模養殖產生的糞污量很大，環境負效應明顯，養殖場本身難以消納，因此需要通過引入有機肥生產線進行外部消納，實現糞便的資源化、無害化利用，變廢為寶。

1.2技術標準

1.2.1品種選擇畜禽品種：一般選擇適應性強、生長快速、飼料報酬高的品種，如生豬可選擇三元雜交(簡稱DLY)商品肉豬或品質相似品種。作物品種：要求品種抗性強、適應性廣、品質優、重金屬吸附率低。

1.2.2種養方式種養管理上要做到科學合理，營養平衡，養分利用率高，糞便中氮、磷及金屬元素排放量低，同時盡量降低抗生素的使用。養殖場所要滿足“雨污分流、干濕分離、節水養殖、循環利用”的綜合技術措施。

1.2.3中小規模沼氣工程建設

1.2.3.1厭氧反應器(沼氣池)為地下式混凝土整體現澆結構，點蓋式圓筒形，沼氣池盡量與廁所和牲畜養殖場結合，實現自動進料；牲畜養殖場、廁所與辦公(生活)場所功能獨立，位置相對分離。

1.2.3.2沼液存儲池修建地點盡量選擇地勢較高的地方，以利于沼液自然輸送；通過PE管道與田園、果園或其它植物種植場地連通；存儲池周邊配建防護欄，入水口最好建有沉沙池。

1.2.3.3栽培基地土壤平整，質地較為疏松，利于排灌；用沼液抽排專用泵進行沼液輸送；作物品種不同，種植方式不同，對沼液的消納能力不一樣，配套的糧果蔬栽培基地面積也不盡相同。

1.2.3.4沼液輸送管網沼液輸送管道主要采用PE管道(管道參數為1.5MpaΦ110，可根據實際情況調整)用于傳輸，該管道于土中掩埋，掩埋深度視具體情況而定(至少30cm以上)；同時配備耐腐蝕暗桿閘閥(PN1.6Mpa)、快速接口陽端與接口陰端和軟管，用于沼液田間施用。

1.2.3.5沼氣輸送管網輸送管道可以采用高萘聚乙烯塑料管、PE管、PPR管等，目前主要采用PE沼氣管(公稱外徑主管應大于63mm，進戶管道約16～20mm，公稱壓力1.0Mpa)。

1.2.3.6主要機械裝置包括對沼氣發酵產物進行固液分離的固液分離機，沼液輸送過程中的沼液專用泵，沼液運輸車，沼氣遠距離運輸過程中的增壓裝置，沼氣脫硫裝置等。

1.2.4大型沼氣工程建設用于規模化養殖場糞便及污水無害化處理的沼氣發酵工程處理，應符合國家的相關標準和規范。目前，規模化養殖場糞便及污水的沼氣發酵處理工藝主要包括“能源生態型”和“能源環保型”兩種處理工藝，“能源生態型”工藝的產物作為水肥還回農田，而“能源環保型”的產物要求達到排放標準后直接排放或回收。

1.2.4.1格柵設置于沉砂池、集水池或水泵前，其數量不宜少于2道，一道粗格柵條間隙為20～40mm去除大型雜物，一道細格柵條間隙為8～15mm去除中小型雜物；污水過柵流速為0.5m/s～0.8m/s，格柵傾角為45°～75°。格柵處應設置工作平臺，其高度應高出格柵前最高設計水位0.5m。

1.2.4.2調節池位于進水口處，容積計算公式為：調節池有效容積(m3)=畜禽養殖場每日排污水量(m3/d)/畜禽養殖場每日排污次數。

1.2.4.3沉淀池容積50m3左右，設計標準參考國家室外排水(GBJ14)中的相關規定；要求污水滯留時間應大于1h，并設置排泥管道。

1.2.4.4集污池養殖場污水厭氧處理系統前，應設置集污池，以短時間接納豬糞，容積90m3左右；集污池容積不應小于該池水泵30min的出水量。

1.2.4.5污水泵與泵房污水泵的選擇應根據其用途和輸送介質的種類、流量、揚程和工作性質等因素確定，泵應盡量選用同一型號；進料泵應設置一臺備用泵與工作泵并聯。

1.2.4.6厭氧消化器可采用與氣柜分體式結構或產氣貯氣一體化結構。高濃度發酵原料厭氧消化應采用高固含率(TS>8%)中溫(35℃左右)消化工藝，年均池容產氣率≥0.8m3/m3·d，揮發性固形物去除率≥70%；低濃度發酵原料厭氧消化應采用厭氧復合反應器、厭氧接觸、上流式污泥床等工藝，年均池容產氣率≥0.3m3/m3·d，化學需氧量去除率≥70%。

1.2.4.7沼氣凈化系統主要設備包括氣水分離器、砂濾、脫硫裝置等。經過凈化系統處理后的沼氣質量指標，應符合甲烷含量55%以上，硫化氫含量小于20mg/m3的要求。

1.2.4.8沼氣貯存設備主要包括貯氣柜和流量計兩部分。貯氣柜容積根據沼氣的用途確定：炊用時，容積按日產量的50%～60%設計；炊用和發電(或燒鍋爐)各占一半左右時，容積按日產量的40%設計；用于工業用氣時，應根據沼氣供求平衡曲線確定貯氣柜的容積。貯氣柜布置在氣源附近。設有防止過量充氣和抽氣的安全裝置。放空管應設阻火、防雨雪和雜物堵塞的措施。鋼板或鋼筋混凝土構造。沼氣貯氣柜出氣口處應設阻火器。

1.2.4.9沼液存儲池沼液存儲池為地下式鋼筋混凝土結構，修建規模及標準參見上面的小型沼氣發酵工程的相關標準。

1.2.4.10沼液沼氣輸送管網標準參見小型沼氣發酵工程的相關標準。

1.2.5環境監測沼渣沼液成分不定，投放到環境后可能會對生態環境產生難以估計的影響。因此需要加強沼渣沼液使用后的環境效應監測。土壤：需要監測土壤的各項理化性質指標和微生物學指標，包括土壤酸堿度、有機質、氮磷鉀含量，以及土壤重金屬含量和大腸菌群數量等。水體：基本監測指標包括：生化需氧量(BOD)、化學需氧量(COD)、總需氧量(TOD)、總有機碳(TOC)、懸浮物、有毒物質、pH值、大腸菌群數。農產品：利用沼渣沼液生產的農產品應符合《中華人民共和國農產品安全質量法》的相關要求。

2　作物秸稈“四化”綜合利用模式建設標準

2.1關鍵建設環節

作物秸稈“四化”綜合利用模式主要包括：肥料化、飼料化、基料化、能源化。通過上述措施實現秸稈的資源化利用，消解秸稈對環境的污染和生態的破壞(綜合模式見圖2)。

圖2農作物秸稈的“四化”綜合利用模式

2.1.1秸稈“肥料化”利用秸稈“肥料化”主要是利用秸稈自身的元素特性，將其還田作為營養物質補充到土壤中進行資源化利用。還田方式主要包括直接還田、間接還田和腐熟還田3種方式。其中秸稈直接還田是近年來主推的利用方式，包括粉碎還田和整稈還田。主要的技術環節包括機械收獲、秸稈還田、播種。

2.1.2秸稈“飼料化”利用秸稈“飼料化”主要是利用秸稈自身的營養特性，通過對其進行一定處理，可以作為反芻動物飼料的重要組成部分。秸稈的“飼料化”包括直接飼喂、生物處理和機械加工等方法。青貯發酵是目前我國農業部重點推廣的秸稈生物處理實用技術，其主要技術環節包括預備發酵期、酸化成熟期、完成保存期。

2.1.3秸稈“基料化”利用該模式主要利用食用菌來轉化農作物秸稈，從而將廢棄的農作物秸稈轉化為人類可食用的優質蛋白質和健康食品，殘余的培養料作為良好的有機肥料，從而實現農作物秸稈的循環利用。主要技術環節包括培養料配制及發酵、播種栽培、培菌、出菇管理、采收和廢棄物處理等。

2.1.4秸稈“能源化”利用秸稈是一種重要的生物質能，據測算，2t秸稈能源化利用熱值可替代1t標準煤。秸稈沼氣(生物氣化)是指以秸稈為主要原料，經微生物發酵作用生產沼氣和沼渣、沼液等有機肥料的技術，主要環節包括秸稈預處理、投池發酵、產物處理等。秸稈熱解氣化是指以秸稈為主要原料，經熱解反應氣化產生生物質燃氣的技術，主要環節包括秸稈預處理、投池發酵、秸稈熱化學反應、產物處理等。

2.2技術標準

2.2.1品種選擇

2.2.1.1作物品種秸稈“肥料化”利用模式中要求秸稈應是抗病、高產優質、抗倒伏的優良品種；“飼料化”利用中，秸稈應選擇含糖量較高的玉米、高粱和禾本科植物等；“基料化”利用中，秸稈應選擇纖維素含量高、易降解的品種，比如稻草；“能源化”利用中要求秸稈不能是桃葉、大蒜、辣椒和木本枝條以及剛噴施過農藥的農作物秸稈、草料和樹葉等。

2.2.1.2畜禽品種在秸稈青貯飼喂動物為牛、羊等反芻動物，且要求具有飼料利用率高、抗性強、飼喂周期短的特性。

2.2.2種養要求

2.2.2.1秸稈還田的種植要求秸稈還田量不能過大，一般為200～300kg/667m2；配合施用氮磷肥，一般100kg秸稈配施0.7kg的尿素，同時結合澆水以利秸稈腐解；還田的秸稈應無病蟲害、無霉變。

2.2.2.2秸稈青貯飼料要求一般占日糧干物質的50%以下；每天根據喂量，用多少取多少，否則容易腐臭或霉爛；冬季氣溫較低，在早上飼喂青貯飼料時，取出青貯飼料后，應等溫度適當回升后再飼喂。同時需要與青草、青干草或其他草料配合，并補充油餅或豆科飼料。

2.2.2.3秸稈“基料化”要求食用菌品種應該選擇分解能力強、抗性強、生長速度快的草腐類食用菌，如雙孢菇、雞腿蘑等。秸稈無霉變、不生蟲。同時根據食用菌品種的差異輔以不同的礦物質元素和碳氮元素。栽培場所清潔衛生，根據品種特點構建相應的栽培小生態氣候條件。

2.2.2.4秸稈“能源化”要求秸稈投池量要達到或略超過批量投料量，用于后續補料。沼氣池啟動使用后，必須加強后期的科學管理。做好以下管理：沼氣池及時出料和加料；時常攪動發酵料以利產氣；保持6%～12%的發酵液濃度，6.8～7.5的pH值；入冬前沼氣池徹底換料1次，做好必要的保溫措施。秸稈熱解氣化過程，要控制好秸稈原料含水率，做好秸稈預處理工作程序。

2.2.3關鍵技術

2.2.3.1秸稈還田農機人員應經過培訓，具有一定田間經驗，懂結構原理，懂農藝要求、懂安全規程，會安裝、會調整、會操作使用、會排除故障；拖拉機、稻麥聯合收割機、秸稈切碎裝置、秸稈還田機等農業機械應按要求保養、調整、潤滑，具有良好的技術狀態；稻麥聯合收割機收獲水稻，留茬約10cm。秸稈切碎裝置作業質量應達到水稻秸稈切碎長度≤10cm，全幅均勻撒鋪，不壓未割作物。

2.2.3.2秸稈青貯原料要切短(1～3cm)，壓實，密閉，以排除空氣；青貯原料溫度在20℃～35℃為宜；水分適當，約70%左右；秸稈采收時間適宜，籽粒處于蠟熟階段，秸稈葉片主要為青葉；發酵制成的青貯飼料顏色接近于物料原始顏色，具有比較濃郁的發酵香味，盡量無氨味；青貯設施應建在地勢較高，向陽干燥土質堅硬距離畜禽較近的地方，大小根據實際情況來定。

2.2.3.3秸稈“基料化”秸稈基料化主要指將秸稈作為培養料栽培食用菌，主要環節包括原料準備、裝袋滅菌、接種、培菌管理和出菇管理等。相關生產技術流程應符合國家《無公害食品食用菌栽培基質安全技術要求(NY 5099～2002)》《食用菌菌種良好作業規范(NY/T1731～ 2009)》《食用菌菌種生產技術規程(NY/T 528～2010)》《食用菌生產技術規范(NY/T 2375～2013)》的相關要求。

2.2.3.4秸稈“能源化”秸稈能源化主要包括秸稈沼氣(生物氣化)和秸稈熱解氣化兩種。秸稈沼氣(生物氣化)是指以秸稈為主要原料，經微生物發酵作用生產沼氣和沼渣、沼液等有機肥料的技術。主要環節包括：秸稈預處理、投池發酵、產物處理等。循環設施應符合國家《秸稈沼氣工程施工操作規程(NY/T 2141～2012)》、《秸稈沼氣工程工藝設計規范(NY/T 2142～2012)》等相關技術規范和標準的要求。秸稈熱解氣化主要環節包括：秸稈預處理、投池發酵、秸稈熱化學反應、產物處理等。

2.2.4環境監測作物秸稈“四化”循環利用模式中，不管哪一種循環轉化模式的產物都會對生態環境產生影響。因此要加強監管不同模式產生的環境效應。土壤：需要監測土壤的各項理化性質指標和微生物學指標，包括土壤酸堿度、有機質、氮磷鉀含量，以及土壤重金屬含量和大腸菌群數量等。水體：基本監測指標包括：生化需氧量(BOD)、化學需氧量(COD)、總需氧量(TOD)、總有機碳(TOC)、懸浮物、有毒物質、pH值和大腸菌群數。農產品：利用沼渣沼液生產的農產品應符合《中華人民共和國農產品安全質量法》的相關要求。

2016-6-29

中國農業科學院科技創新工程(CAAS-ASTIP-2015- BIOMA)

廖祖君(1980-)，男，漢族，從事農業經濟研究。E-mail：9130000@qq.com