基于能值的福建落后山区农村沼气运营研究——以福建省屏南县为例

福建师范大学地理科学学院　徐凌星　林惠花

基于能值的福建落后山区农村沼气运营研究
——以福建省屏南县为例

福建师范大学地理科学学院徐凌星林惠花

该文以福建省屏南县为例，利用能值分析法评价不同沼气运营模式的综合效益和可持续性。结果表明：（1）集中供气模式的生态效益、生产效率、经济发展程度优于户用沼气模式，而户用沼气模式对环境资源的利用优于集中供气模式，对环境产生的负荷较小；（2）基于不同生计模式的户用沼气运营存在差异，种植-养猪型农户运营的沼气系统生态效益和生产效率最佳，半工半耕型农户运营的沼气系统经济发展程度较高，市场型农户运营的沼气系统发展更具可持续性。

屏南县农村沼气效益评价能值分析

我国沼气工程建设起始于20世纪60年代末，先后形成了以获取沼气能源为目的的户用沼气工程、围绕畜禽规模养殖展开的大中型沼气工程。目前，我国沼气运营模式逐渐由上述“能源—环保型”转向“能源—生态型”，沼气主产业开始进一步分化成原料、沼气、肥料、设备供应等多个支链产业，产业链的稳定与可持续发展成为时代的要求［1］。

屏南县农村沼气作为福建省落后山区沼气发展的代表，主要发展有农户直接燃烧沼气、利用沼液沼渣进行施肥的户用沼气模式，以及以沼气为纽带的结合农业循环模式处理猪场粪污，所产沼气供农户使用的集中供气模式。在当前落后山区急需摆脱以牺牲环境为代价发展经济的背景下，衡量当前屏南农村沼气系统的综合效益与可持续性，对于发展和推广福建落后山区的沼气运营模式具有重要意义。将美国著名生态学家H.T.Odum创立的能值理论用于论证该运营模式是否达到综合效益最大，可以有效解决研究系统可持续性和效率对接的难题［2-3］。

目前，对农户家庭生计模式的研究已应用于探讨农村劳动力转移、农村政策调整等问题［4-5］，本文借此思路对研究区的沼气运营模式进一步加以区分，因地制宜、因户制宜地研究农村沼气的运营发展情况。

1　研究区对象简介

屏南县位于福建省东北部，地处北纬26°44′～27°10′、东经118°41′～119°13′，辖4镇7乡153个行政村，总面积1485km2，人口18.89万，其中耕地面积1.33万hm2，农业人口约占总人口的75%。全县平均海拔830m，地形以中山为主［6］。

1.1集中供气沼气工程

屏南县集中供气沼气工程从2008年发展至今，已经形成了“生猪养殖—固废处理—沼气工程—沼液利用—集中供气”的循环农业模式。本文取样的工程1、2皆为县内的沼气示范性工程。工程1所产沼气主要供应给周边农户及公司食堂，沼液用于浇灌果树、蔬菜。工程2所产沼气供应给周边农户、为猪供地暖及公司食堂，沼液用于浇灌竹林、无患子林。

1.2里坋溪村户用沼气工程

里坋溪村位于屏南县屏城乡，是屏南县典型的户用沼气推广村。户用沼气大致表现出沼气-种植“二位一体”或养殖—沼气—种植“三位一体”的运营模式。依据农户家庭主要经济创收渠道，将沼气户划分为市场型、半工半耕型及种养型。市场型农户的经济创收渠道主要为种植经济作物，半工半耕型农户以务工、种植渠道获取生计，种养型农户主要发展种植业及庭院养殖，因沼气发酵系统受养殖类别影响较大，又将种养型进一步划分为养殖禽类农户及养殖畜类农户（分别记为种养型1、2）。

2　沼气工程效益的能值分析

本文将研究系统的边界确定为2013年度沼气生产的起点到发酵产物综合利用的终端。能值计算参照Odum、蓝盛芳等的方法［2-3］，根据收集的数据和相应的能值转换率［3-7］，将不同量度单位转换为统一的太阳能值，整理编制能值分析表（见表1）。其中研究区完整年度生产、气象数据来源于《2014年屏南县统计年鉴》、屏南县气象局地面观测资料，各种农业生产资料及能量折算系数参考农业经济技术手册［8］及骆世明［9］的研究结果，相关沼气、沼肥产量计算参考张全国、汤云川等的研究结果［10-11］。

基于现金价值和能值货币价值计算的系统产投比、年经济净收益，可以在一定程度上评析屏南县沼气生态系统的经济效益［12］，见表2。为进一步评析该循环系统的可持续性，本文参考席运官等人［7，13］关于农业循环的可持续性能值评估，计算结果见表3。

表1　各类沼气运营系统能值投入、产出表

表2　各类沼气运营系统经济效益分析

表3　各类沼气运营系统能值指标对比

3　沼气工程效益结果分析

3.1能值投入

由表1可知，规模化的集中供气型能值投入大，是户用沼气型的82～125倍。各类沼气系统中，投入能值最大的是可更新有机能，能值占沼气系统总投入能值的81%以上，户用型可更新能值由沼气池初始投料、种子、猪仔等构成；集中供气型主要为劳工、管理以及饲料费。工程1、2的不可更新工业辅助能值所占比例较多，分别为16.37%、10.85%，主要为沼气工程建设费，贡献率分别为66%、65%；化肥、农药费对户用沼气型工业辅助能贡献最大，以种养型2、市场型为典型，比例分别为8.40%和5.89%。另外，各类沼气系统存在的反馈能值可相应减少系统对外部投入的依赖，但比例仅在0.8%～3.8%之间。

3.2能值产出

据表2，工程1、2的净能值货币价值比净市场价值分别高出1.39E+08元、1.28E+08元，能值货币价值产投比是市场价值产投比的10倍左右，可见工程1、2的综合效益远高于经济效益。从产出效益的构成来看，工程1、2的三沼利用比重为1%～2%，沼气系统的综合效益不佳。定性来看，工程1、2实施免费集中供气，存在沼液外流、沼渣弃用的现象；工程1消纳沼液的果园、菜地规模不大，消纳量有限，工程2消纳沼液的竹林、无患子林所得未进入市场，无直接的经济效益。

户用沼气型表现出较高市场价值产投比，较低能值货币价值产投比的特点，净能值货币价值为负，生态效益亏损。定性来看，发酵、种植、养殖系统联系薄弱，一方面，沼液的肥料替代效益不佳，因作物施肥是非连续性的，沼液的产生是连续性的，沼肥肥效不如化肥，沼液外排现象普遍存在；另一方面，除种养型2外，其他类沼气系统仅靠人粪尿产气，沼气的能源替代效益不佳。

3.3能值指标特征

据表3，可以评估各类沼气系统的综合效益及可持续程度。其中，能值投资率用于评价经济发展、环境负载程度。工程1的能值投资率明显高于其他沼气系统，说明该系统经济发展程度较高，对环境依赖性较低。工程1较于工程2，建池时间晚，沼气工程不稳定，所需相关外购资源大。从能值自给率上看，户用沼气型普遍高于集中供气型，如市场型是工程1的15.93倍，说明户用沼气型对环境资源的利用较高，这与农户种植业的发展程度相关。

工程1、2的净能值产出率相当，是户用沼气型的24倍左右，可见集中供气型的生产效率和产出程度明显优于户用沼气型。

户用沼气系统较集中供气沼气系统有环境负荷小的优势。工程2的环境负载率最高，表明该系统对环境的压力较大。户用沼气型产生的环境压力不高，说明其发展水平较低，可进一步加大能值投入，提高生产力水平。

户用沼气型与集中供气型在能值反馈率上25～38倍的差距表明前者的自我组织程度优于后者。

此外，各类沼气系统的可更新率普遍达到90%以上，表现出很好的可再生性。从可持续发展指数观察，各类沼气系统维持在5～10，表现出一定的可持续度，能流循环情况良好，其中市场型与工程1的可持续发展指数较高，说明该系统持续发展性能较优。

4　讨论

4.1集中供气与户用沼气模式对比

目前屏南县发展了基于养殖场的“生猪养殖—固废处理—沼气工程—沼液利用”集中供气运营模式和基于农户的“种植—养殖”两位一体的户用沼气运营模式。从能值分析结果来看，两种模式都产生了一定的反馈能值、可持续发展能力和可再生性，但表现出的综合效益存在下述差异：

一是集中供气型模式的生态经济效益显著，优于户用沼气型。集中供气型的净能值货币价值比净市场价值高，户用沼气型的净能值货币价值为负值，远不及净市场价值。

二是集中供气型模式与户用沼气型模式相比，能值投资率高，环境负载率高，能值自给率低，能值反馈率低。这表明集中供气模式的经济发展程度、对环境的负荷高于户用沼气模式，对环境资源的利用、系统的自我组织程度低于户用沼气模式。

三是集中供气型模式的净能值产出率为户用沼气型的约24倍，说明集中供气型的生产效率和产出程度优于户用沼气型。

4.2不同生计模式下的户用沼气运营模式对比

对比各户用沼气型的能值指标，可分析不同生计模式下的农户家庭发展户用沼气的优劣，具体结论如下：

（1）种植—养猪（种养型2）模式下的户用沼气型净能值产出率和能值—货币价值产投比最高，说明该生计下的户用沼气型的生产效率和综合效益优于其他生计模式。

（2）半工半耕型模式下的户用沼气型能值投资率最高，能值自给率最低，说明该系统经济具有程度较发达、对环境资源依赖较低的特点。

（3）从可持续性角度分析，市场型农户的户用沼气型表现出最佳的可持续程度与系统自我组织程度，而种植—养鸡（种养型1）的户用沼气型可持续性最弱。

［1］中国沼气学会.2010年中国沼气工程行业发展现状和趋势报告［R］.2011.

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

［3］蓝盛芳，钦佩，陆宏芳.生态经济系统能值分析［M］.北京：化学工业出版社，2002.

［4］万冰，龙开义.农村家庭生计模式变迁与农村劳动力转移——新疆玛纳斯县凉州户镇新渠村调查分析［J］.城乡统筹与农村改革，2013，23（2）：20-26.

［5］但文红，彭思涛.农村生计模式变迁与石漠化治理政策调整研究——以紫云县为例［A］//中山区土地资像开发利用与人地协调发展研究［C］.2010，451-456.

［6］宁德市统计局.2014宁德市统计年鉴［M］.北京：中国统计出版社，2014.

［7］韩芳，林聪.畜禽养殖场沼气工程技术模式能值评价［J］.中国沼气，2014，32（1）：70-74.

［8］中国技术经济研究会.农业技术经济手册［M］.北京：中国农业出版社，1983.

［9］骆世明.农业生态学［M］.北京：中国农业出版社，2003.

［10］张全国.沼气技术及其应用［M］.北京：化学工业出版社，2005.

［11］汤云川，张卫峰，马林，等.户用沼气产气量估算及能源经济效益［J］.农业工程学报，2010，26（3）：281-288.

［12］陈豫，杨改河，冯永忠，等.沼气生态农业模式综合评价［J］.农业工程学报，2010，26（2）：274-279.

［13］席运官，钦佩.稻鸭共作有机农业模式的能值评估［J］.应用生态学报，2006，17（2）：237-242.