以沼气为纽带的生态家庭农场资源利用途径分析

张再起+陈可金+熊桂云

摘要：湖北省近年家庭农场的规模和数量发展迅猛，经营模式多种多样。以宜都市白龙山生态家庭农场为例，详细分析了农场内生态食物链结构和资源利用途径，并对湖北省开展以沼气为纽带的家庭生态农场建设提出了几点建议，对推动省内家庭农场的发展具有指导作用。

关键词：生态家庭农场；生态食物链；沼气；生态休闲农业

中图分类号：F325.15 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）07-1238-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.07.010

Analysis on Resource Utilization Way of Ecological Family Farm with Biogas as Link：Take Bailong Mountain Ecological Family Farm of Yidu City as An Example

ZHANG Zai-qi1，CHEN Ke-jin2，XIONG Gui-yun1

（1.Institute of Plant Protection and Soil Fertilizer， Hubei Academy of Agricultural Sciences， Wuhan 430064， China；

2.Office of Energy in Rural Areas in Hubei Province， Wuhan 430070，China）

Abstracts： In recent years， the family farm develop rapidly， the size and the number of business model are varied in Hubei province. Taking ecological family farm of Bailong Mountain in Yidu city as an example， the farm ecological food chain structure and resource utilization way were analyzed. And several proposals to the ecological family farm construction were put forward to carry out with biogas as link in Hubei province， which had important guiding significance to promote the development of the family farm in Hubei province.

Key words： ecological family farm； ecological food chain； biogas； ecological leisure agriculture

近年来，随着土地流转速度加快推进，农村富余劳动力的大量转移，湖北省先后出台了《湖北省示范家庭农场创建办法》、《省农业厅关于促进家庭农场健康发展的通知》，积极探索新型农业经营模式，通过流转土地兴办家庭农场，推进适度规模经营，全省家庭农场发展迅速，2014-2015年湖北省分别公布了第一批、第二批省级示范家庭农场共607家。

宜都市高坝洲镇白龙山生态家庭农场就是一家省级示范家庭农场，其占地面积约20 hm2，地处万里长江之滨，清江之尾，交通便利，生态环境宜人。属于亚热带季风气候，四季分明，光照充足，年平均气温16.8 ℃。雨量充沛，年降雨量为1 200 mm。境内土壤别为黄棕壤土和石灰岩土类。2000年，承包人筹措20万元资金买断了荒芜多年的白龙山果园场经营权，经过5年的“开疆拓土”式奋斗，改造了5.3 hm2柑橘园，开发了1.3 hm2菜地，修建了两棟年出栏1 000头的标准化猪舍，4个沼气池，承包了13.3 hm2白龙冲水库，从外地引种了500多株品种多样化的水果树。本研究以此农场为例，介绍了农场内生态食物链结构和资源利用途径，并对湖北省开展以沼气为纽带的家庭生态农场建设提出了几点建议，以期为推动湖北省家庭农场的发展提供指导。

1 家庭农场资源生态循环利用途径

2005年，白龙山家庭生态农场已达到年出栏1 200头牲猪的规模，年产猪粪便约1 100 t，大量的猪粪曾一度堆聚在猪场周围，蚊虫孳生，臭气熏天，猪粪成了污染环境的一大公害。为了破解这一污染难题，2007年，在当时市农村能源办等部门的支持下，将原来的4口小沼气池改造，扩建了两口共300 m3的大型沼气工程，专门用来消化处理牲猪粪便。修建了80 m3的沼气沉淀池，50 m3的沼液微灌塔，铺设3 500多米沼液排灌管。

沼气工程投入运行后，果园场由原来单纯的种植业和养殖业结合成一个完整的生物质资源多级利用的体系，使得家庭农场形成了一个完整的生态食物链结构布局，具体循环利用途径见图1。食物链是生态系统中储存于有机物中的化学能在生态系统中层层传递的过程[1]。在该系统中，猪、鸡粪便经沼气发酵后产生了沼气、沼液和沼渣，简称“三沼”。沼气可用于炊事、照明，还可以用于猪舍的消毒，是一种清洁能源。沼渣一部分作为柑橘、蔬菜的基肥，另一部分用来繁殖富含高蛋白的蚯蚓。同时，蚯蚓又是鸡、鱼的优质饲料。沼液经沉淀达标后，由微灌塔自流至储肥池，通过机动喷雾器给柑橘、蔬菜喷施叶面肥；沼液也是养鱼的优质饲料。果园场生态系统通过物质多层循环和能量相互转换，充分提高了资源的利用率。

2 家庭农场资源生态循环利用模式的优势

2.1 通过利用沼肥，达到高产、优质、环保

系统内资源高效良性循环利用，也伴随着高产和高品质农产品输出。厌氧发酵是发酵微生物在厌氧环境下将有机质原料（猪、鸡粪等）进行分解的复杂生化过程。在厌氧发酵过程中，微生物将发酵原料分解成多种蛋白质、氨基酸及维生素、生长素、糖类等多种水溶性物质形成厌氧发酵液（沼液），而原料中不能被微生物分解或分解不完全的物质，由于自身重力作用而沉淀在反应器底部形成液态物质，这些液态物质干燥去除水分后就形成了沼渣[2]。

沼肥可提高土壤有机质含量，增加土壤培肥能力。其营养成分具有多样性及均衡性，有机质含量达30%～50%，腐殖酸含量达到10%～20%，发酵原料的N、P、K元素在发酵过程中损失较小，施用后其养分具有逐步稳步释放的特性。利用沼渣作为植物的基肥，是一种优质的有机肥料。沼肥和其他有机肥主要成分详见表1。由表1可以看出，沼液中可溶性养分多，但氮、磷、钾含量较低。沼渣的养分含量高，有机质含量是猪粪的2倍及以上，全氮、全磷、全钾的含量均高于人粪和猪粪的含量。沼渣肥料中含有的腐殖质疏松多孔又是亲水胶体，能吸持大量水分，对土壤的保水能力有很大的提升。同时因腐殖质带有正负两种电荷，能吸附阴、阳离子，又因其以负电荷为主，所以它具有较强的吸附阳离子的能力，其中作为原料养分的Ca2+、Mg2+、K+、NH4+等阳离子被吸附后，就避免了随水流失，能随时被植物根系附近的其他阳离子交换出来供作物吸收，仍不失其有效性。另外，腐殖质是一种含有多酸性功能团的弱酸，具有很强的缓冲酸碱变化的能力。当连续使用沼渣肥料时，可增强土壤缓冲酸碱变化的能力[3]。

另外，沼肥具有环保性。化学肥料如碳氨、尿素等在大量使用过程中往往会伴随大量的氮素，并以硝化氨的形式储存在土壤中，长期使用会改变土壤理化性状，致使土壤板结，肥力降低，作物对化肥的依赖性增强。特别是在蔬菜种植方面，由于病虫害增加，产量下降，品质变差，加上盲目使用化肥、农药来追求高产，使蔬菜成为当前农产品中污染最为严重的作物之一。而通过施用沼肥可明显改善土壤理化性状和土壤酶活力，增加土壤微生物数量。沼液里含有数十种防治作物病虫害的活性物质、植物生长激素、抗菌素等。农场利用沼肥种植蔬菜的“猪-沼-蔬菜”模式，利用沼液喷洒白菜、莴苣等蔬菜叶面、茎部，蚜虫死亡率在90%左右，防治蚜虫效果与乐果相当。对于菜青虫的杀灭率一次防治率在70%左右，二次防治率可达95%[4]。农场利用沼肥种植柑橘的“猪-沼-柑橘”模式，将沼液均匀喷施在柑橘叶面后，红蜘蛛、黄蜘蛛3～4 h后开始失去活动能力，5～6 h后死亡，杀死率93.25%；矢尖蚧在3～8 h后开始变黑翅壳，死亡脱落，杀死率为91.55%[5]。

用沼液叶面喷施蔬菜和柑橘，使其产量增产10%～20%。抗病防虫能力得到了比较大的提升，减少了农药的使用量，提高了蔬菜、柑橘的品质，农场生态系统真正成为无污染、高品质的优质农产品的生产基地。2005年，这条生态循环环保食物链使家庭农场年收入超过了百万元。

2.2 通过延长食物链，实现家庭农场生态系统良性循环

在沼气发酵过程中，由于微生物菌团和未完全分解原料的加入，使沼渣具有独有的特性，既可作为肥料使用，又可用于某些特种养殖的饲料，主要有以下两种模式。

2.2.1 利用沼渣繁殖蚯蚓的模式 即“沼渣-蚯蚓-鸡、鱼”模式。蚯蚓主要以腐烂的有机物为食，腐烂的落叶、作物秸秆、禽畜粪便以及生活垃圾都可以作为蚯蚓的食物来源。在人工养殖过程中，处理蚯蚓饲料方式一般是将禽畜粪便与一些有机生活垃圾进行充分堆沤发酵的腐熟物质作为饲料来使用。而沼渣作为完全发酵腐熟化后的产品，在有机质含量、病虫卵去除和酸碱度等条件上都比简单堆沤腐熟后的饲料更适用于蚯蚓人工养殖。目前农场的蚯蚓养殖是半地下池养殖，这种养殖蚯蚓的方式效益不高，应当逐步改为立体箱式养殖，因为其占地少、养殖密度大、使用人力少、养殖环境容易控制、成品收集简单、生产效益高。另外，应尽量引进具有较高经济价值的蚯蚓品种，选择蛋白质含量（干重含量）为53.5%～65.1%、脂肪含量为4.40%～17.38%的品种。蚯蚓体内还会有丰富的维生素D以及钙和磷等矿物质元素。利用蚯蚓喂鸡，不仅节约了鸡饲料量，还可使鸡产蛋量提高7.8%，经济效益增加9.6%[6]。

2.2.2 利用沼液养鱼模式 即“猪粪-沼液-鱼”模式。沼液按浓度10%测定，其蛋白质含量为6.2%，还含有游离氨基酸、维生素、磷、鈣、钾、铜、铁、锌、镁等多种常量物质，含有活力较强的纤维素酶、蛋白酶，而且是可溶性营养物质，易于消化吸收，能够满足鱼的生长需要。沼液施于鱼塘，不仅可以改善养鱼池的条件，促使塘内浮游生物的繁殖比常规多37.48%，产氧量增加约46.86%，减少鱼饵消耗，同时减少由于施新鲜猪粪带来的寄生虫及病菌，有效地控制烂鳃、肠炎、白头白嘴病等鱼病发生，避免翻塘。鱼苗成活率可提高10%～20%，鲜鱼产量增加19%～38%，而且改善了鱼的品质，增加了鲜味[7]。农场里有13.3 hm2水库，如合理使用沼液喂鱼，其养鱼效益更可观。

通过以上方式，可延长食物链，进而实现家庭农场生态系统良性循环。

3 生态家庭农场今后发展的建议

3.1 充分发挥系统自身的整体效应

生态家庭农场系统有结构和功能两大属性。系统的功能取决于生态结构，如果生产结构合理，不仅经济效益成倍地增长，而且生态环境与生产条件也向良性与持续的方向发展。因此，要整体优化需首先调整生产结构，运用生态学上的“整体功能大于个体相加之和”的原理，使系统内物质流、能量流、信息流和价值流进行正常高效的运转、链接、交替与补偿活动[8]，促使家庭生态农场系统整体纳入良性高效循环的轨道。

3.2 遵循食物链原理，提高资源利用率

在家庭农场里，有植物（柑橘、蔬菜）、动物（牲猪、鸡）和微生物（沼气发酵微生物），由于各生物间存在依存关系，所以它们按一定数量比例有序地组合成有稳定结构和相应功能的系统。在该农场里运行的“猪-沼-果”、“猪-沼-菜”模式就是在猪和果树（蔬菜）两个营养级之间增加了厌氧发酵微生物这样一个营养级，在猪和厌氧微生物之间形成一条腐食食物链，使得该生物系统的自我调节能力都得以提高。在“猪-沼-蚯蚓-鸡、鱼”和“猪-沼-鱼”模式中，通过增加相应的生物进行转化，用蚯蚓将沼渣的营养成分转化为鸡、鱼的饲料，提高了系统内生物能的利用率。

3.3 通过开展“三沼”多种形式的利用，拓展“三沼”的综合利用率

3.3.1 沼气温室应用于蔬菜大棚 沼气中含有大量的甲烷和二氧化碳，甲烷燃烧时产生大量的二氧化碳，同时释放大量的热能。一般燃烧1 m3沼气可产生0.975 m3二氧化碳，释放大约23 kJ的热量。在塑料大棚中，沼气具有两方面作用，一是利用沼气燃烧的热量提高棚内温度或增加光照，二是利用沼气燃烧后产生的二氧化碳为蔬菜生长提供“气肥”，促进光合作用，提高作物产量。试验表明，沼气温室可使黄瓜增产50%、西红柿增产20%、辣椒增产30%[9]。

3.3.2 沼气贮藏保鲜水果 在农场里选择适宜的贮藏场所，采取措施，用沼气取代空气，在缺少氧气，高浓度二氧化碳的环境里，降低了水果（蔬菜）的呼吸强度，减弱代谢速度。在沼气贮藏环境里，抑制乙烯的生成，阻碍了某些真菌的生长，显著减轻果品的腐烂。同时也抑制了害虫、病菌的生长，从而达到延长水果、蔬菜保存期和提高完好率的目的[10]。

3.3.3 沼液、沼渣用于养殖特种水产品 农场可依靠水域面积大的优势，利用沼液、沼渣养殖黄鳝、牛蛙等特种水产品。沼液、沼渣中含有较全面的养分，可供鳝鱼、牛蛙直接食用，同时也能促进水中浮游生物的繁殖生长，为鳝鱼、牛蛙提供饵料，减少饵料的投放，节约养殖成本，一般可降低成本30%左右。

3.4 大力推进农旅融合，致力发展生态休闲农业

农场依托绿水青山、田园风光和瓜果飘香等自然资源，采取市场化运作的办法，发展集中种植养殖、休闲观光、农事体验融于一体的各具特色的生态休闲观光农业，把“种庄稼”变为“种风景”，实现农区变景区，田园变公园，促进传统农业向现代化观光型休闲农业转型。2009年，该农场投资30多万元兴办了在宜都还不多见的农家乐。农家乐一开业，就吸引了宜昌等周边城市消费群，到白龙山采摘水果、垂钓休闲、观光品尝的游客络绎不绝。一年下来，仅农家乐就赚了10多万元。因此，家庭农场应该充分利用自身的资源优势，除了搞好生态农业这个基础建设以外，还应该根据市场需求，探索出一条适宜自身发展的生态休闲农业之路。

参考文献：

[1] 王兆骞.中国生态农业与农业可持续发展[M].北京：北京出版社，2001.

[2] 沈瑞芝，朱惠芬，程平宏，等.沼肥的养分性质、特点及质量的影响因子[J].中国沼气，1984（1）：18-21，27.

[3] 蔡阿興，蒋其鳌，常运诚，等.沼气肥改良碱土及其增产效果研究[J].土壤通报，1999，30（1）：4-6.

[4] 宋洪川，张无敌，韦小岿.蔬菜种子在沼液中发芽的研究[J].云南师范大学学报，2002，37（3）：19-23.

[5] 王卫平，陆新苗，魏章焕，等.施用沼液对柑橘产量和品质以及土壤环境的影响[J].农业环境科学学报，2011，30（11）：2300-2305.

[6] 孙振均.蚯蚓反应器与废弃物肥料化技术[M].北京：化学工业出版社，2004.

[7] 吴巨昌.沼液的饲用药用价值[J].科学养鱼，1995（3）：12-15.

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

[9] 苑瑞华.沼气生态农业技术[M].北京：中国农业出版社，2002.

[10] 袁书钦.农村沼气实用技术[M].郑州：河南技术出版社，2005.