山西沼气模式链区域适宜性分析*

雷锦霞，韩伟宏

(山西省农科院农业资源与经济研究所，太原　030006)



·农业区划·

山西沼气模式链区域适宜性分析*

雷锦霞，韩伟宏

(山西省农科院农业资源与经济研究所，太原030006)

沼气模式链反映了产业之间的物流、能流循环关系，是推进循环农业发展的重要研究内容。研究首先对山西沼气模式链的现状进行剖析，其次，针对存在问题结合山西不同区域的资源、生态、经济特征，提出采用“区域资源条件+区域生态环境因素+区域农业主导功能”指标体系对沼气模式链进行适宜性评价。该方法引入“区域农业主导功能”的指标，能更好地体现循环农业的资源、环境、经济相融合的发展目标。区域资源条件选择温度、太阳辐射总量、年秸秆产量、年畜禽粪尿排泄量等指标； 区域生态环境因素选择盆地、丘陵、山地等反映地貌特征的指标； 区域农业主导功能则选择农产品供给功能、就业与生活保障功能、生态调节功能、文化传承与休闲功能等指标。通过分析，将山西省划分为晋南盆地丘陵循环农业区、晋东南及晋中丘陵盆地循环农业区、晋北大同忻定盆地循环农业区、晋西北风沙治理循环农业区、晋西黄土丘陵水土保持循环农业区、太行中条山生态保护循环农业区六大循环农业区。最后，阐述了各区的农业生产特征和所选取模式，确定实施政策扶持、技术创新、多元筹资的保障措施。

循环农业模式链区域适宜性山西

0　引言

沼气模式链即以沼气为纽带的循环农业模式链，是农业废弃物通过交换、循环利用、要素耦合和产业联接等方式形成的一种结构。它解决了农业种植与农产品加工业、服务业、农产品消费领域之间的物流、能流循环问题，是循环农业的一种重要模式[1]。

1　山西沼气模式链现状分析

图1　山西沼气工程循环链分区指标体系

近年来，山西以沼气为纽带循环农业模式链已初步建成，这些模式对解决山西农业发展中的资源利用率低、资源浪费严重、资源潜力未充分发挥等问题发挥了巨大作用。其模式链主要包括：“三位一体”、“四位一体”、“一池三改”、“五个一”工程、种植+果业+养殖—沼气+压块(生物质炉)、大型养殖场或养殖小区—农畜产品加工—沼气工程—发电+有机肥加工—有机果菜种植+食用菌(农业循环园区建设模式)、畜禽养殖—沼气—有机肥料—绿色果菜、庭院种养+沼气工程综合利用模式等。由于山西区域间资源、生态、经济发展差异较大，存在着沼气模式采用盲目、应用效果欠佳等问题。因此，开展以沼气为中心循环农业模式链区域适宜性研究，因地制宜选择模式链，能更有效推动山西省循环农业发展。

2　山西沼气模式链区域适宜性评价

文章采用定量与定性分析相结合的方法，建立“区域资源条件+区域生态环境因素+区域农业主导功能”的分区指标体系，对全省涉农县的沼气工程模式进行分区选择。

表1山西省分地区太阳能资源分布情况

地 区年日照时数(h)太阳辐射(MJ/(m2·a))晋北地区2800以上5648.4～6108.64忻定盆地2670～29455648.4～5857.6吕梁地区2700～28005564.72～5857.6太原地区2675.85439.2～5648.4晋中地区2600～27005439.2～5648.4晋东南地区2500左右5439.2左右临汾地区≤25005230～5313.68运城地区≤2400≤5020.8

2.1区域资源因素评价

2.1.1气候资源

(1)热量资源。沼气发酵除要求一定的酸碱度、密闭嫌气条件外，池内发酵液温度对产气速度和产气效率的影响也很大[2]，沼气的发酵温度为8～60℃，文章选择池温10℃为沼气生产的下限温度。经调研，池温在10℃以上、时长最长的区域为：运城、临汾地区，其次为太原、晋中、忻定盆地、晋东南盆地、吕梁平川区，这些区域所属县(区)具有发展沼气的最适宜温度条件，晋北地区池温10℃以上时长较短，属沼气工程的次适宜区。

(2)太阳能资源。太阳能资源是发展沼气的重要条件，利用太阳能可提高沼气池的发酵温度，因此，太阳能资源是影响沼气池产气量和沼气池利用时间的另一主要因子[3]。据《山西气象志》，各地区太阳能资源分布情况如表1。

表1显示，年太阳辐射总量最丰富的地区为晋北地区、忻定盆地，较丰富的地区为吕梁地区，一般地区为太原、晋中、晋东南地区，较少地区为临汾、运城地区。

(3)生物质资源。生物质资源是沼气工程的原料来源，农村主要包括人畜粪便及部分农作物秸秆，其作用提供沼气工程所需的富氮原料和富碳原料[4]。计算标准参照《农业技术经济手册》和2013年《山西省统计年鉴》数据推算而来。农作物秸秆资源估算依据：小麦主副产品产量之比为1： 1.1； 玉米为1： 1.2； 豆类为1： 1.6； 薯类为1： 0.5[5]。估算结果如表2。

表22012年山西省各市主要农作物的生物质产量

地市小麦秆(万t)玉米秸秆(万t)豆类(万t)薯类(万t)生物质总量(万t)太原市0.51148832.8538101.2783121.08300435.73大同市0.00000090.5409025.2555816.217044102.01阳泉市0.06764031.3377460.2932350.68644832.39长治市5.711254170.7785232.5810215.188950184.26晋城市29.86296268.22106213.1115152.401773113.60朔州市0.046694104.4516806.0471047.681764118.23晋中市10.068728178.0448235.7503202.999151196.86运城市169.612300169.0737245.3871235.388128349.46忻州市0.095635151.38316310.96429915.443549177.89临汾市108.037600132.9882725.3734244.543760250.94吕梁市3.28111294.25294011.86191110.129663119.53合计327.2954121223.92664667.90384661.7632321680.89

表2显示，秸秆资源丰富地区为运城市、临汾市； 较丰富地区为晋中市、长治市、忻州市； 一般地区为晋城市、朔州市、吕梁市、大同市； 贫乏地区为阳泉市、太原市。

畜禽粪便资源量估算标准参照《农业技术经济手册》，估算结果如表3。

表3　2012年山西省各市年畜禽粪尿排泄量　万t

图2　2012年山西各市农林牧渔业从业人员比重

表3所示，畜粪尿资源丰富地区为朔州市、忻州市； 较丰富地区大同市、吕梁市、晋中市； 一般地区为临汾市、运城市、长治市； 贫乏地区为晋城市、太原市、阳泉市。

(4)农村从业人员比重。参考《山西统计年鉴2013》， 2012年山西11市农林牧渔业从业人员占乡村从业人员比重如图2。

图2显示，运城市、朔州市农村从业人员比重最大，其次为忻州、大同市、临汾、晋中、长治市、吕梁市； 比重最小为太原、阳泉市。

2.1.2区域资源条件综合评价计算模型

(1)

式中，T综合评价值；di各指标评价值；Wi指标权重；n总指标数。

11市各类资源按以下标准打分：丰富为4分、较丰富3分、一般2分，贫乏为1分； 借助专家咨询法，设定指标权重：热量资源0.4，太阳能资源0.2，畜禽粪资源0.2，秸秆资源0.15，劳动力资源0.05，区域资源综合评价结果如表4。

表4山西省各市沼气模式区域资源综合评价

地市气候资源生物质资源劳动力资源综合评价值排序热量资源太阳能资源秸秆资源畜禽粪资源临汾市424233.151运城市414243.002晋中市333322.953吕梁市332322.804忻州市233432.804长治市323222.555朔州市142442.506晋城市322222.407大同市142332.258阳泉市331112.209太原市331112.209

表5山西省循环农业区分区指标

区域名称资源评价值生态因素农业主导功能晋南盆地丘陵循环农业区3.00～3.15盆地、丘陵农产品供给、文化传承晋西黄土丘陵水土保持循环农业区2.80～3.15丘陵生态调节晋东南及晋中丘陵盆地循环农业区2.40～2.95丘陵、盆地农产品供给、就业与生活、文化传承晋西北风沙治理循环农业区2.40～2.80丘陵、山地生态调节、文化传承晋北大同忻定盆地循环农业区2.25～2.80盆地农产品供给、就业与生活、文化传承太行中条山生态保护循环农业区2.25～3.00山地生态调节

图3　山西省循环农业分区布局

经计算，沼气工程区域资源较好的地区为临汾市、运城市，资源条件较差的地区为大同市、太原市、阳泉市。

2.2区域生态环境因素与农业主导功能因素评价

山西省区域生态环境因素选取盆地、丘陵、山地为指标进行分析； 农业主导功能依据《山西省农业功能区划研究》的分区结果，考虑县域的农产品供给功能、就业与生活保障功能、生态调节功能、文化传承与休闲功能等。通过分析，将全省涉农115个县(区)分为六大循环农业区，并进行沼气模式的配置[6]。其分区图如图3。

3　山西沼气模式链区域选择方案

3.1晋南盆地丘陵循环农业区

包括临猗、闻喜、永济、芮城、万荣、稷山、新绛、绛县、洪洞、襄汾、曲沃、翼城、浮山、河津、侯马、霍州、盐湖、尧都等共18个县(区)，土地面积占全省的10.53%，乡村人口占全省24.13%。

平川区模式：该区属暖温带气候区，区内农业生产条件优越，农业自然资源丰富，特别是热量资源为全省的高值区，生长期长，能满足一年两熟和棉花生产条件[7]，具有城郊农业生产的特点。结合该区域沼气实施的优越资源条件，选择反映城郊特征的循环农业生产模式，加强大中型沼气工程、秸秆气化集中供气工程、高效低排放户用生物质炉试点等工程的建设。重点选择“大型养殖场或养殖小区—农畜产品加工—沼气工程—发电+有机肥加工—有机蔬菜种植+食用菌”、“种+果+养殖—沼气+压块(生物质炉)”、“农业废弃物+沼气工程—高值综合利用”等。

丘陵区模式：利用当地林果资源丰富、农户庭院经济发展较好的优势，发展以农户为单元的“庭院立体种养+沼气工程综合利用”工程，推行果粮畜沼共生互惠高效循环模式，如“猪—沼—菜”、“猪—沼—果”等“三位一体”、“五个一工程”等能源生态模式[9]。

3.2晋东南及晋中丘陵盆地循环农业区

包括长治县、屯留、长子、襄汾、沁县、泽州、高平、寿阳、榆次、太谷、祁县、平遥、文水、汾阳、尖草坪、杏花岭、万柏林、迎泽、晋源、小店、古交、阳曲、长治郊区、晋城城区、潞城、介休、灵石、榆社、交城、孝义、清徐31县(区)，土地面积占全省的18.08%，乡村人口占全省的26.01%。

南部晋东南盆地属于暖温带半湿润气候区，是全省降水资源最为丰富的地区，为不稳定两年三熟制区，处于我国中部玉米带，也处于世界三大玉米黄金生产带[7]。该区蔬菜生产颇具优势，亦是全省猪肉主产区之一。选择模式应以“种养结合+沼气循环链”为主的相关模式，如“农畜产品—加工业+沼气循环链”、“畜禽养殖—沼气—有机肥料—果菜、农作物秸秆—养殖—沼气工程—综合利用”等。

晋中丘陵盆地处于省会太原市和晋中城镇带的周边地区，农业发展的市场条件和社会经济条件相对优越，历来为山西省主要农产品商品生产基地之一。该区域农业功能定位是大力发展都市农业、设施农业、观光农业，其产品以服务城市市场为目标[8]。该区模式应保证实现农产品供给功能的同时，兼顾农业就业与生活保障功能。如“可食用废弃物—养殖—加工业+沼气循环链”、“设施农业—工业—旅游业+沼气循环链”、“农作物秸秆—养殖—沼气工程——高值综合利用”、“农畜产品—加工业+沼气循环链”、“大型养殖场或养殖小区—农畜产品加工—沼气工程—发电+有机肥加工—有机蔬菜种植+食用菌”、“畜禽养殖—沼气—有机肥料—果菜”等。

3.3晋北大同忻定盆地循环农业区

包括大同县、浑源、阳高、天镇、朔城、山阴、应县、忻府、定襄、原平、新荣、怀仁、代县、大同南郊14县区，土地面积占全省的19.01%，乡村人口占全省14.26%。

大同盆地位于山西北部，热量资源相对不足，为该省一年一熟制耕作区。以种植中晚熟或中早熟玉米为主，少量种植春小麦、谷子、杂豆类等其它杂粮。南部忻定盆地，农业生产条件、热量条件好于大同盆地，属于不稳定两年三熟制区[7]。两区均是全省玉米的重要产区，区域内的畜牧业发展较好，以奶牛、肉牛、肉羊饲养为主导的农牧结合型生态农业建设成效显著。中部山阴、应县、朔城、大同等县区，已成为全省最重要的牛奶生产基地，忻府区和定襄县又属于“有奶牛的农业”区[7]。围绕农牧产品生产及加工，发展种养相关循环链。选择“种养结合+沼气循环链”、“农畜产品—加工业+沼气循环链”、“可食用废弃物—养殖—加工业+沼气循环链”、“大型养殖场或养殖小区—农畜产品加工—沼气工程—发电+有机肥加工—有机蔬菜种植”、“畜禽养殖—沼气—有机肥料—果菜”、沼气工程的高值综合利用等。

3.4晋西北风沙治理循环农业区

包括左云、平鲁、偏关、保德、神池、五寨、岢岚、右玉、河曲9县[7]。土地面积占全省的8.68%，乡村人口占全省3.92%。

该区的特点是风大、沙多、低温，属于沙化发展地带或潜在危险地带，作物生长季节短，水土流失严重，土壤瘠薄，是全省著名的农业低产区。因此，该区的农业功能定位以生态保护为主，摒弃广种薄收陋习，加强基本农田建设与水源建设、节水灌溉设施建设，增加高产稳产农田，该区是华北地区光能、风能资源高值区，应大力开发利用太阳能、风能资源。模式选择为林牧复合经营模式、农畜产品生产与加工相结合的技术模式等。由于该区年低温时间长，沼气运营的成本高，不建议发展简易沼气工程及相关联的技术模式。

3.5晋西黄土丘陵水土保持循环农业区

包括兴县、石楼、交口、汾西、隰县、永和、大宁、吉县、蒲县、宁武、静乐、岚县、方山、娄烦、离石、中阳、柳林、临县、乡宁19县。土地面积占全省的18.78%，乡村人口占全省12.19%。

该区属于我国强度土壤侵蚀区，侵蚀面积居全国第二，因此，该区农业功能以建设、恢复、维护植被为主，水保工程措施与生物措施相结合，提高森林植被覆盖率，维护和改善当地及黄河下游生态环境。选择模式既要发挥区域沼气建设中富氮、富碳原料的资源优势，又要体现防止水土流失的生态调节功能。重点选择农村庭院立体种养+沼气综合利用工程，如“四位一体”、“三位一体”等。同时，充分利用当地的水保工程，选择“种+果+养殖—沼气+压块(生物质炉)”。

3.6太行中条山生态保护循环农业区

包括和顺、左权、武乡、平顺、壶关、黎城、阳城、沁水、垣曲、夏县、平陆、广灵、灵丘、繁峙、五台、沁源、安泽、古县、盂县、平定、阳泉郊区、陵川、昔阳23县。土地面积占全省的24.92%，乡村人口占全省19.49%。

该区是国家和山西省重点生态工程——太行山绿化工程实施的重点区域，适合于玉米、谷子和马铃薯、荞麦、莜麦等杂粮种植。区域的功能定位是以华北地区生态屏障和水源保障建设为主线，同时将生态建设与林果业相结合，因地制宜建设特色干鲜果品生产基地。考虑区域光热资源相对丰富，玉米、林果业发展较好，具有发展沼气的较好资源条件，同时也为了实现区域的生态调节功能。选择“农作物秸秆—养殖—沼气工程—综合利用”、“以蔬菜、果树为主的庭院立体种养+沼气循环链”、“可食用废弃物—养殖—加工业+沼气循环链”、“设施农业—工业—旅游业+沼气循环链”等。

4　保障措施

首先，要制定相应的政策保障体系与扶持措施。尽快制定与完善循环农业的法律法规体系，依法推行清洁生产，加大监督管理的力度。另外，完善农业服务配套体系，并将其落实到位[9]。

其次，在实践应用方面，与国家区域发展战略相衔接，结合区域资源优势、社会经济基础等多种因素[10]，鼓励将项目建设与循环模式链相结合，创造区域资源、经济、环境相融合的良好环境，推动区域循环农业的发展。

再次，技术上加大农业清洁生产、绿色生产和农业资源多级转化等层面的技术整合与集成方面的研究，建立相对完善的循环农业发展的技术创新体系。在融资方面，对循环模式链项目采取政府投资、财政贴息、优惠贷款等途径，同时，引导民间资金的投入，多渠道多形式筹集资金[11]。

[1]尹昌斌， 唐华俊，周颖．循环农业内涵、发展途径与政策建议．中国农业资源与区划， 2006, 27(1): 4～8

[2]陈豫． 中国农村户用沼气区域适宜性与可持续研究．西北农林科技大学博士论文， 2011： 38～40

[3]陈豫， 杨改河，冯永忠，等．“三位一体”沼气生态模式区域适宜性评价指标体系．农业工程学报， 2009, 25(3): 174～178

[4]陈豫， 杨改河，冯永忠，等．农村户用沼气发展的资源分析．西北农林科技大学学报：自然科学版， 2009, 37(3): 200～207

[5]《农业技术经济手册》编委会著．《农业技术经济手册》．北京：农业出版社， 1984， 121～567

[6]孔令聪， 胡永年，王光宇，等．安徽省循环农业模式研究．中国农业资源与区划， 2008, 29(4): 65～69

[7]刘桢． 山西省农产品供给主导功能区定位与拓展．山西农经, 2012，(3)： 50～55

[8]雷锦霞， 张霞．山西农业多功能分区探析．科技情报开发与经济， 2013, 23(354): 146～149

[9]张如红． 针对区域循环型农业经济体系构建的研究．中国集体经济, 2015，(13)： 18～19

[10]周颖， 尹昌斌，邱建军．我国循环农业发展模式分类研究．中国生态农业学报， 2008, 16(6): 1557～1563

[11]徐延熙， 袁长波，徐晓琳，等．济南市以沼气为纽带的循环农业发展现状与对策．现代农业科技, 2012，(1)： 370～373

ANALYSIS OF THE REGIONAL SUITABILITY OF CIRCULAR AGRICULTURE MODEL IN SHANXI*

Lei Jinxia， Han Weihong

(Agriculture Resource and Economy Institute，Shanxi Academy of Agriculture Science，Taiyuan 030006)

Biogas model chain reflected the circular relationship of logistics and energy flow, which is important for promoting circular agriculture development. In this study, biogas model chain of Shanxi province was firstly analyzed. Secondly, aiming at the existing problems, and combining with the resource, ecology and economic characteristics of Shanxi Province, the index system of ′biogas regional suitability + regional ecological environmental elements + dominant functional orientation of regional agriculture′ was adopted to evaluate the suitability of the biogas model chain. This approach introduced the indicator of′dominant functional orientation of regional agriculture′which reflected the development goals of resources, environment, economic integration of circular agriculture. For regional resource conditions, the temperature, amount of solar radiation, the annual production of straw, animal manure excretion were selected as indicators. For regional ecological factors, basin, hills, mountains and others were selected as indicators that reflected the geomorphic features. For regional agricultural dominant function, agricultural supply functions, employment and livelihood security, ecological regulation functions, cultural heritage and recreational functions and others were selected as indicators. This paper divided Shanxi province into six circular agricultural regions: South Shanxi province basin hills circular agricultural region, Southeast Shanxi province and Middle Shanxi province hilly basin circular agricultural region, basin circular agricultural region of Datong city and Xinding city in North Shanxi, sand control circular agricultural region of Northwest Shanxi province, soil and water conservation of loess hilly region circular agricultural region of West Shanxi province, and ecological protective circular agricultural region of Zhongtiao Moutain in Taihang area. Finally, it elaborated the production characteristics and models selected for each region, and determined the implementation of policy support, technological innovation, pluralistic financing safeguards.

circular agriculture; model chain; regional suitability; Shanxi province

10.7621/cjarrp.1005-9121.20160618

2015-06-01

雷锦霞(1965—)，女，山西省孝义人，副研究员、主任。研究方向：农业经济。Email： 956646261@qq.com

山西省留学人员管理委员会办公室科研资助项目“山西省农业资源高效循环利用技术研究”(2008-116)

S216.4

A

1005-9121[2016]06-0115-06

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