重慶農(nóng)村有機(jī)廢棄物產(chǎn)沼氣潛力估算及減排效益

由溫室氣體排放造成的全球氣候變化已經(jīng)成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。如何減少溫室氣體的排放也成為了各國(guó)學(xué)者研究的熱點(diǎn)。據(jù)相關(guān)資料表明，農(nóng)業(yè)是溫室氣體的主要排放源，因此，減少農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放對(duì)控制全球氣候變化有重要作用，發(fā)展以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的低碳農(nóng)業(yè)技術(shù)已經(jīng)成為共識(shí)。
充分利用畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈等農(nóng)村有機(jī)廢棄物發(fā)展農(nóng)村沼氣，可以有效解決農(nóng)村能源短缺問(wèn)題，有效改善農(nóng)村用能結(jié)構(gòu)，節(jié)約大量柴薪及煤炭能源，減少溫室氣體排放，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。因此，筆者對(duì)畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈等重慶農(nóng)村有機(jī)廢棄物產(chǎn)沼氣潛力進(jìn)行定量估算，并分析了溫室氣體減排效益，以期為重慶市發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)提供參考。
1重慶農(nóng)村沼氣利用現(xiàn)狀
重慶農(nóng)村沼氣發(fā)展建設(shè)已經(jīng)突破農(nóng)村能源建設(shè)的范疇，成為改善農(nóng)村民生、建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村、發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)、低碳農(nóng)業(yè)的重要內(nèi)容，得到了較快發(fā)展。截止2009年底重慶農(nóng)村戶用沼氣已發(fā)展到108萬(wàn)戶，沼氣入戶率達(dá)到15%，直接受益農(nóng)戶達(dá)到356萬(wàn)人；畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)大中型沼氣工程已發(fā)展到1185處。推廣畜禽糞便、秸稈等農(nóng)村有機(jī)廢棄物的沼氣利用技術(shù)，大力開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能源，已經(jīng)成為重慶農(nóng)村普及面最廣、最受農(nóng)民歡迎的以低碳為特征的能源消費(fèi)模式。
2重慶農(nóng)村有機(jī)廢棄物資源量估算
2.1農(nóng)作物秸稈資源估算
重慶農(nóng)作物種類繁多，糧食作物主要以稻谷、玉米、薯類、豆類、小麥為主，其中又以稻谷、玉米、薯類分布最廣、產(chǎn)量最多。經(jīng)濟(jì)作物中主要以油料作物為主。因此，文中統(tǒng)計(jì)的農(nóng)作物秸稈主要包括稻谷、小麥、玉米、其他谷物、豆類、薯類和油料作物。由于秸稈產(chǎn)量未列入國(guó)家有關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)范圍，其產(chǎn)量通常依據(jù)農(nóng)作物的產(chǎn)量計(jì)算而得。
2.1.1概算方法。
（1）草谷比系數(shù)。秸稈資源概算的關(guān)鍵是農(nóng)作物草谷比系數(shù)的確定，它是可以通過(guò)田間試驗(yàn)和觀測(cè)得到的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，不同地區(qū)、不同品種的農(nóng)作物大致相同，可能略有差異。
（2）秸稈理論資源量。理論資源量是指某一區(qū)域秸稈的年總產(chǎn)量，表明理論上該地區(qū)每年最大可能生產(chǎn)的秸稈資源量。一般根據(jù)農(nóng)作物產(chǎn)量和草谷比來(lái)大致估算，即秸稈理論資源量＝作物產(chǎn)量×草谷比。
（3）秸稈可收集資源量。可收集資源量是指某一區(qū)域通過(guò)現(xiàn)有收集方式可供實(shí)際利用的最大秸稈數(shù)量，可通過(guò)理論資源量乘以收集系數(shù)來(lái)確定。考慮到收集過(guò)程中的損耗，可收集資源量與理論資源量并不相同，受收獲機(jī)械化水平、收集方式、氣候等因素的影響。
（4）秸稈可能源化利用資源量。秸稈作為農(nóng)作物的副產(chǎn)品，是工、農(nóng)業(yè)的重要生產(chǎn)資源，可用作肥料、飼料、燃料以及造紙、建材、編織、種植食用菌等工副業(yè)的生產(chǎn)原料。因此，評(píng)價(jià)可利用資源量時(shí)，除了扣除為保證土壤肥力的秸稈還田（或過(guò)腹還田）量外，還需要考慮當(dāng)?shù)亟斩捹Y源現(xiàn)有的競(jìng)爭(zhēng)性用途，實(shí)際可利用資源量低于可收集資源量，可通過(guò)可收集資源量乘以可能源化利用系數(shù)來(lái)確定。
2.1.2資源概算。根據(jù)重慶地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況，初步確定各種農(nóng)作物的草谷比系數(shù)（表1）。依據(jù)草谷比系數(shù)和農(nóng)作物產(chǎn)量估算出秸稈理論資源量。2009年重慶耕種收綜合機(jī)械化水平達(dá)到21.08%，水稻生產(chǎn)機(jī)械化加快推進(jìn)，油菜、玉米等其他農(nóng)作物生產(chǎn)機(jī)械化開(kāi)始示范，取得了新進(jìn)展。綜合考慮重慶地區(qū)農(nóng)作物收獲方式、秸稈收集方式、氣候、地形等因素，估算重慶地區(qū)農(nóng)作物秸稈的收集系數(shù)為0.8。
據(jù)調(diào)查顯示，2009年，全市秸稈利用率僅為28.4%，其余的71.6%均為未利用或不合理方式處理。適當(dāng)數(shù)量的秸稈還田可以增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)。但是，由于重慶人均占有耕地少，復(fù)種指數(shù)高，倒茬間隔時(shí)間短，加之秸稈碳氮比高，不易腐爛，妨礙耕作，甚至造成減產(chǎn)。通過(guò)秸稈還田、秸稈作飼料用途和食用菌基料、工業(yè)原料加工用途的分析，估算重慶秸稈可能源化利用系數(shù)為0.6。
表1農(nóng)作物秸稈估算t

經(jīng)綜合分析和估算，2009年重慶各種農(nóng)作物秸稈可能源化資源量為716.87萬(wàn)t，秸稈干物質(zhì)含量按85%計(jì)，則秸稈可能源化干物質(zhì)量為609.34萬(wàn)t。可見(jiàn)，重慶秸稈資源豐富，為農(nóng)村沼氣的開(kāi)發(fā)利用提供了優(yōu)越的資源條件。

2.2畜禽糞便估算
養(yǎng)殖業(yè)是重慶農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)、優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，重慶是農(nóng)業(yè)部確定的生豬、山羊、肉牛優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)。2009年全市存欄生豬1604.07萬(wàn)頭，出欄生豬2003.11萬(wàn)頭；牛存欄119.39萬(wàn)頭，出欄46.94萬(wàn)頭；羊存欄142.29萬(wàn)只，出欄166.55萬(wàn)只；家禽存欄12458.65萬(wàn)只，出欄17918.26萬(wàn)只，全市畜牧業(yè)總產(chǎn)值319.42億元，占農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值的35.0%。
2.2.1估算方法。
畜禽糞便年產(chǎn)生量＝年排泄參數(shù)×存欄動(dòng)物數(shù)量
年排泄參數(shù)指每頭動(dòng)物每年的排泄量，排泄參數(shù)與動(dòng)物種類、品種、性別、生長(zhǎng)期等因素有關(guān)，統(tǒng)計(jì)包括豬、牛、羊、家禽、兔（表2）。
表2每頭牲畜年平均排糞量（干重）

2.2.2排放量估算。經(jīng)估算，2009年全市畜禽糞便資源干物質(zhì)總量為734.32萬(wàn)t，其中豬糞368.94萬(wàn)t，牛220.87萬(wàn)t，羊19.92萬(wàn)t，家禽124.59萬(wàn)t（表3）。
表3 2009年重慶畜禽糞便產(chǎn)生量估算（干重）

3沼氣潛力估算
3.1估算方法
據(jù)資料顯示，在35℃條件下，糞便經(jīng)60d發(fā)酵，秸稈經(jīng)90d發(fā)酵，各種廢棄物產(chǎn)氣量參見(jiàn)表4。重慶屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫在18℃以上，農(nóng)村戶用沼氣池多數(shù)是地埋式結(jié)構(gòu)，其發(fā)酵溫度按20℃計(jì)。20℃的值是依據(jù)35℃時(shí)原料產(chǎn)氣量的60%折算。
年產(chǎn)沼氣潛力＝可能源化資源量（干重）×產(chǎn)氣參數(shù)，產(chǎn)氣參數(shù)為每噸干物質(zhì)有機(jī)廢棄物資源的沼氣產(chǎn)生量。各種秸稈的沼氣產(chǎn)氣量平均以0.25m3/kgTS計(jì)。
3.2沼氣潛力估算
經(jīng)估算，全市畜禽糞便和農(nóng)作物秸稈年可產(chǎn)沼氣達(dá)到32.46億3m（表5）。按2009年全市731萬(wàn)農(nóng)戶來(lái)計(jì)算，則戶均擁有沼氣資源為444m3，基本可以解決農(nóng)村生活用能問(wèn)題。
表4農(nóng)村各種有機(jī)廢棄物產(chǎn)氣特性參數(shù)m3/kgTS

4農(nóng)村有機(jī)廢棄物沼氣利用的溫室氣體減排效益分析
沼氣是有機(jī)物經(jīng)過(guò)厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的混合氣體，主要成分CH4約占沼氣總量的55%～70％，熱值較高，熱效率穩(wěn)定。
按1m3沼氣折合標(biāo)準(zhǔn)煤的系數(shù)0.714計(jì)算，重慶人畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈等農(nóng)村有機(jī)廢棄物產(chǎn)生的沼氣32.46億m3相當(dāng)于23.18億kg標(biāo)準(zhǔn)煤。
表5 2009年重慶農(nóng)村有機(jī)廢棄物資源沼氣潛力估算

畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈等有機(jī)廢棄物的沼氣利用，可以減少糞便產(chǎn)生的甲烷排放量及秸稈直接燃燒利用產(chǎn)生的大量的濃煙和CO2排放；同時(shí)利用收集的沼氣有替代煤炭和保護(hù)林木的作用，即具有減排CO2和增加碳匯吸收的效益。重慶農(nóng)村有機(jī)廢棄物的沼氣利用年可替代煤炭231.8萬(wàn)t，則可減排CO2 351.49萬(wàn)t/a；增加碳匯吸收3699.85萬(wàn)t/a，減排效益顯著。同時(shí)，沼氣利用產(chǎn)生大量的沼渣沼液可以替代常規(guī)化肥，減少化肥中的溫室效力相當(dāng)于CO2約300倍的N2O的排放。沼渣沼液作為一種高效有機(jī)肥，不但能提高農(nóng)作物產(chǎn)量，而且能有效殺滅害蟲和病菌。通過(guò)使用沼氣，節(jié)省農(nóng)民對(duì)能源和肥料等的支出，實(shí)踐顯示，一戶農(nóng)民全年使用沼氣可直接節(jié)省各種費(fèi)用1000～1500元，且能夠有效減少煙霧和糞便污染，有利于農(nóng)村生態(tài)環(huán)境保護(hù)，具有良好的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。
5結(jié)語(yǔ)
農(nóng)村有機(jī)廢棄物的沼氣利用可有效促進(jìn)生物質(zhì)能源的開(kāi)發(fā)利用，改善農(nóng)村用能結(jié)構(gòu)，有效減少CO2、CH4等溫室氣體的排放，是減緩氣候變化的一個(gè)重要途徑；同時(shí)，通過(guò)有效利用畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈等農(nóng)村生活和生產(chǎn)中的廢棄物，改善了農(nóng)村環(huán)境質(zhì)量，是建立低碳農(nóng)業(yè)、循環(huán)農(nóng)業(yè)的重要模式，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益的統(tǒng)一。
參考文獻(xiàn)略