我国现代农业循环经济技术标准研究

廖祖君

(四川省社会科学院，四川 成都 610072)



我国现代农业循环经济技术标准研究

廖祖君

(四川省社会科学院，四川 成都 610072)

本文认为要解决循环农业示范项目中建设随意化、资金使用效益低、财政资金补贴错位等问题，必须科学确定现代循环农业经济的关键性技术指标。文章以猪牛粪便和秸秆的资源化利用为核心内容，对现代农业循环经济项目的建设标准进行了研究，并提出相关的技术标准体系。

循环农业；技术标准；沼气发酵

发展现代农业循环经济，是破解资源环境瓶颈、促进农业可持续发展的有效途径。为此，国家在部分区域开展了农业综合开发生态循环农业示范项目建设。现阶段，我国农业循环经济发展过程中还有一些不成熟和欠规范的地方，特别是由于缺乏一套简便管用的技术标准来进行规范和指引，出现了项目建设随意化、资金使用效益低、财政资金补贴错位和价值链利益失衡等问题。特别是与传统循环农业模式相比，现代农业循环经济模式的循环环节、组织形式和利益联结都更加复杂，在建设环节、技术标准、投资标准和监测标准等方面，都有一些新的特点和要求。因此，应加快现代循环经济相关技术标准研究，科学确定现代循环农业经济的关键性技术指标。本文以猪牛粪便和秸秆的资源化利用为核心内容，对现代农业循环经济项目的建设标准进行研究。

1　猪牛粪便资源化循环利用模式建设标准

1.1关键建设环节

该模式以猪、牛养殖为基础，以粪便发酵为中间纽带，构建复合生态链，实现猪、牛粪便综合循环利用和农业生态的良性循环。该模式主要包括3个环节：猪牛养殖环节、沼气发酵环节(或有机肥生产)和粮果蔬种植环节，其中沼气发酵是该模式循环农业的核心环节。基于我国现有养殖规模实际情况，本建设标准包括大型、中型和小型3种沼气发酵工程。

1.1.1小型沼气发酵工程根据“沼气工程规模分类(NY/T667-2011)”的行业标准要求，小型沼气发酵工程主要是针对日产沼气量5～150m3，养殖规模为生猪存栏量一般介于5～150头的养殖小区而言。该模式因规模适度可控，通过猪牛养殖、沼气发酵和粮果蔬种植3个环节的有机衔接，能使养殖粪便在种养业内部得到有效消纳，实现农业生态良性循环。

图1以猪牛养殖为中心、粪便发酵为纽带的资源利用型模式

注：上图虚线涵盖的区域为小型沼气发酵工程循环模式，外围实线为大中型沼气发酵工程循环模式。

1.1.2大中型沼气发酵工程大中型沼气发酵工程主要是针对规模化养殖场而言。中型沼气发酵工程日产沼气量150～500m3，养殖规模为生猪存栏量一般介于150～500头。而大型沼气发酵工程的沼气日产量为500～5000m3，生猪存栏量介于500～5000头。由于规模养殖产生的粪污量很大，环境负效应明显，养殖场本身难以消纳，因此需要通过引入有机肥生产线进行外部消纳，实现粪便的资源化、无害化利用，变废为宝。

1.2技术标准

1.2.1品种选择畜禽品种：一般选择适应性强、生长快速、饲料报酬高的品种，如生猪可选择三元杂交(简称DLY)商品肉猪或品质相似品种。作物品种：要求品种抗性强、适应性广、品质优、重金属吸附率低。

1.2.2种养方式种养管理上要做到科学合理，营养平衡，养分利用率高，粪便中氮、磷及金属元素排放量低，同时尽量降低抗生素的使用。养殖场所要满足“雨污分流、干湿分离、节水养殖、循环利用”的综合技术措施。

1.2.3中小规模沼气工程建设

1.2.3.1厌氧反应器(沼气池)为地下式混凝土整体现浇结构，点盖式圆筒形，沼气池尽量与厕所和牲畜养殖场结合，实现自动进料；牲畜养殖场、厕所与办公(生活)场所功能独立，位置相对分离。

1.2.3.2沼液存储池修建地点尽量选择地势较高的地方，以利于沼液自然输送；通过PE管道与田园、果园或其它植物种植场地连通；存储池周边配建防护栏，入水口最好建有沉沙池。

1.2.3.3栽培基地土壤平整，质地较为疏松，利于排灌；用沼液抽排专用泵进行沼液输送；作物品种不同，种植方式不同，对沼液的消纳能力不一样，配套的粮果蔬栽培基地面积也不尽相同。

1.2.3.4沼液输送管网沼液输送管道主要采用PE管道(管道参数为1.5MpaΦ110，可根据实际情况调整)用于传输，该管道于土中掩埋，掩埋深度视具体情况而定(至少30cm以上)；同时配备耐腐蚀暗杆闸阀(PN1.6Mpa)、快速接口阳端与接口阴端和软管，用于沼液田间施用。

1.2.3.5沼气输送管网输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沼气管(公称外径主管应大于63mm，进户管道约16～20mm，公称压力1.0Mpa)。

1.2.3.6主要机械装置包括对沼气发酵产物进行固液分离的固液分离机，沼液输送过程中的沼液专用泵，沼液运输车，沼气远距离运输过程中的增压装置，沼气脱硫装置等。

1.2.4大型沼气工程建设用于规模化养殖场粪便及污水无害化处理的沼气发酵工程处理，应符合国家的相关标准和规范。目前，规模化养殖场粪便及污水的沼气发酵处理工艺主要包括“能源生态型”和“能源环保型”两种处理工艺，“能源生态型”工艺的产物作为水肥还回农田，而“能源环保型”的产物要求达到排放标准后直接排放或回收。

1.2.4.1格栅设置于沉砂池、集水池或水泵前，其数量不宜少于2道，一道粗格栅条间隙为20～40mm去除大型杂物，一道细格栅条间隙为8～15mm去除中小型杂物；污水过栅流速为0.5m/s～0.8m/s，格栅倾角为45°～75°。格栅处应设置工作平台，其高度应高出格栅前最高设计水位0.5m。

1.2.4.2调节池位于进水口处，容积计算公式为：调节池有效容积(m3)=畜禽养殖场每日排污水量(m3/d)/畜禽养殖场每日排污次数。

1.2.4.3沉淀池容积50m3左右，设计标准参考国家室外排水(GBJ14)中的相关规定；要求污水滞留时间应大于1h，并设置排泥管道。

1.2.4.4集污池养殖场污水厌氧处理系统前，应设置集污池，以短时间接纳猪粪，容积90m3左右；集污池容积不应小于该池水泵30min的出水量。

1.2.4.5污水泵与泵房污水泵的选择应根据其用途和输送介质的种类、流量、扬程和工作性质等因素确定，泵应尽量选用同一型号；进料泵应设置一台备用泵与工作泵并联。

1.2.4.6厌氧消化器可采用与气柜分体式结构或产气贮气一体化结构。高浓度发酵原料厌氧消化应采用高固含率(TS>8%)中温(35℃左右)消化工艺，年均池容产气率≥0.8m3/m3·d，挥发性固形物去除率≥70%；低浓度发酵原料厌氧消化应采用厌氧复合反应器、厌氧接触、上流式污泥床等工艺，年均池容产气率≥0.3m3/m3·d，化学需氧量去除率≥70%。

1.2.4.7沼气净化系统主要设备包括气水分离器、砂滤、脱硫装置等。经过净化系统处理后的沼气质量指标，应符合甲烷含量55%以上，硫化氢含量小于20mg/m3的要求。

1.2.4.8沼气贮存设备主要包括贮气柜和流量计两部分。贮气柜容积根据沼气的用途确定：炊用时，容积按日产量的50%～60%设计；炊用和发电(或烧锅炉)各占一半左右时，容积按日产量的40%设计；用于工业用气时，应根据沼气供求平衡曲线确定贮气柜的容积。贮气柜布置在气源附近。设有防止过量充气和抽气的安全装置。放空管应设阻火、防雨雪和杂物堵塞的措施。钢板或钢筋混凝土构造。沼气贮气柜出气口处应设阻火器。

1.2.4.9沼液存储池沼液存储池为地下式钢筋混凝土结构，修建规模及标准参见上面的小型沼气发酵工程的相关标准。

1.2.4.10沼液沼气输送管网标准参见小型沼气发酵工程的相关标准。

1.2.5环境监测沼渣沼液成分不定，投放到环境后可能会对生态环境产生难以估计的影响。因此需要加强沼渣沼液使用后的环境效应监测。土壤：需要监测土壤的各项理化性质指标和微生物学指标，包括土壤酸碱度、有机质、氮磷钾含量，以及土壤重金属含量和大肠菌群数量等。水体：基本监测指标包括：生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、总需氧量(TOD)、总有机碳(TOC)、悬浮物、有毒物质、pH值、大肠菌群数。农产品：利用沼渣沼液生产的农产品应符合《中华人民共和国农产品安全质量法》的相关要求。

2　作物秸秆“四化”综合利用模式建设标准

2.1关键建设环节

作物秸秆“四化”综合利用模式主要包括：肥料化、饲料化、基料化、能源化。通过上述措施实现秸秆的资源化利用，消解秸秆对环境的污染和生态的破坏(综合模式见图2)。

图2农作物秸秆的“四化”综合利用模式

2.1.1秸秆“肥料化”利用秸秆“肥料化”主要是利用秸秆自身的元素特性，将其还田作为营养物质补充到土壤中进行资源化利用。还田方式主要包括直接还田、间接还田和腐熟还田3种方式。其中秸秆直接还田是近年来主推的利用方式，包括粉碎还田和整秆还田。主要的技术环节包括机械收获、秸秆还田、播种。

2.1.2秸秆“饲料化”利用秸秆“饲料化”主要是利用秸秆自身的营养特性，通过对其进行一定处理，可以作为反刍动物饲料的重要组成部分。秸秆的“饲料化”包括直接饲喂、生物处理和机械加工等方法。青贮发酵是目前我国农业部重点推广的秸秆生物处理实用技术，其主要技术环节包括预备发酵期、酸化成熟期、完成保存期。

2.1.3秸秆“基料化”利用该模式主要利用食用菌来转化农作物秸秆，从而将废弃的农作物秸秆转化为人类可食用的优质蛋白质和健康食品，残余的培养料作为良好的有机肥料，从而实现农作物秸秆的循环利用。主要技术环节包括培养料配制及发酵、播种栽培、培菌、出菇管理、采收和废弃物处理等。

2.1.4秸秆“能源化”利用秸秆是一种重要的生物质能，据测算，2t秸秆能源化利用热值可替代1t标准煤。秸秆沼气(生物气化)是指以秸秆为主要原料，经微生物发酵作用生产沼气和沼渣、沼液等有机肥料的技术，主要环节包括秸秆预处理、投池发酵、产物处理等。秸秆热解气化是指以秸秆为主要原料，经热解反应气化产生生物质燃气的技术，主要环节包括秸秆预处理、投池发酵、秸秆热化学反应、产物处理等。

2.2技术标准

2.2.1品种选择

2.2.1.1作物品种秸秆“肥料化”利用模式中要求秸秆应是抗病、高产优质、抗倒伏的优良品种；“饲料化”利用中，秸秆应选择含糖量较高的玉米、高粱和禾本科植物等；“基料化”利用中，秸秆应选择纤维素含量高、易降解的品种，比如稻草；“能源化”利用中要求秸秆不能是桃叶、大蒜、辣椒和木本枝条以及刚喷施过农药的农作物秸秆、草料和树叶等。

2.2.1.2畜禽品种在秸秆青贮饲喂动物为牛、羊等反刍动物，且要求具有饲料利用率高、抗性强、饲喂周期短的特性。

2.2.2种养要求

2.2.2.1秸秆还田的种植要求秸秆还田量不能过大，一般为200～300kg/667m2；配合施用氮磷肥，一般100kg秸秆配施0.7kg的尿素，同时结合浇水以利秸秆腐解；还田的秸秆应无病虫害、无霉变。

2.2.2.2秸秆青贮饲料要求一般占日粮干物质的50%以下；每天根据喂量，用多少取多少，否则容易腐臭或霉烂；冬季气温较低，在早上饲喂青贮饲料时，取出青贮饲料后，应等温度适当回升后再饲喂。同时需要与青草、青干草或其他草料配合，并补充油饼或豆科饲料。

2.2.2.3秸秆“基料化”要求食用菌品种应该选择分解能力强、抗性强、生长速度快的草腐类食用菌，如双孢菇、鸡腿蘑等。秸秆无霉变、不生虫。同时根据食用菌品种的差异辅以不同的矿物质元素和碳氮元素。栽培场所清洁卫生，根据品种特点构建相应的栽培小生态气候条件。

2.2.2.4秸秆“能源化”要求秸秆投池量要达到或略超过批量投料量，用于后续补料。沼气池启动使用后，必须加强后期的科学管理。做好以下管理：沼气池及时出料和加料；时常搅动发酵料以利产气；保持6%～12%的发酵液浓度，6.8～7.5的pH值；入冬前沼气池彻底换料1次，做好必要的保温措施。秸秆热解气化过程，要控制好秸秆原料含水率，做好秸秆预处理工作程序。

2.2.3关键技术

2.2.3.1秸秆还田农机人员应经过培训，具有一定田间经验，懂结构原理，懂农艺要求、懂安全规程，会安装、会调整、会操作使用、会排除故障；拖拉机、稻麦联合收割机、秸秆切碎装置、秸秆还田机等农业机械应按要求保养、调整、润滑，具有良好的技术状态；稻麦联合收割机收获水稻，留茬约10cm。秸秆切碎装置作业质量应达到水稻秸秆切碎长度≤10cm，全幅均匀撒铺，不压未割作物。

2.2.3.2秸秆青贮原料要切短(1～3cm)，压实，密闭，以排除空气；青贮原料温度在20℃～35℃为宜；水分适当，约70%左右；秸秆采收时间适宜，籽粒处于蜡熟阶段，秸秆叶片主要为青叶；发酵制成的青贮饲料颜色接近于物料原始颜色，具有比较浓郁的发酵香味，尽量无氨味；青贮设施应建在地势较高，向阳干燥土质坚硬距离畜禽较近的地方，大小根据实际情况来定。

2.2.3.3秸秆“基料化”秸秆基料化主要指将秸秆作为培养料栽培食用菌，主要环节包括原料准备、装袋灭菌、接种、培菌管理和出菇管理等。相关生产技术流程应符合国家《无公害食品食用菌栽培基质安全技术要求(NY 5099～2002)》《食用菌菌种良好作业规范(NY/T1731～ 2009)》《食用菌菌种生产技术规程(NY/T 528～2010)》《食用菌生产技术规范(NY/T 2375～2013)》的相关要求。

2.2.3.4秸秆“能源化”秸秆能源化主要包括秸秆沼气(生物气化)和秸秆热解气化两种。秸秆沼气(生物气化)是指以秸秆为主要原料，经微生物发酵作用生产沼气和沼渣、沼液等有机肥料的技术。主要环节包括：秸秆预处理、投池发酵、产物处理等。循环设施应符合国家《秸秆沼气工程施工操作规程(NY/T 2141～2012)》、《秸秆沼气工程工艺设计规范(NY/T 2142～2012)》等相关技术规范和标准的要求。秸秆热解气化主要环节包括：秸秆预处理、投池发酵、秸秆热化学反应、产物处理等。

2.2.4环境监测作物秸秆“四化”循环利用模式中，不管哪一种循环转化模式的产物都会对生态环境产生影响。因此要加强监管不同模式产生的环境效应。土壤：需要监测土壤的各项理化性质指标和微生物学指标，包括土壤酸碱度、有机质、氮磷钾含量，以及土壤重金属含量和大肠菌群数量等。水体：基本监测指标包括：生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、总需氧量(TOD)、总有机碳(TOC)、悬浮物、有毒物质、pH值和大肠菌群数。农产品：利用沼渣沼液生产的农产品应符合《中华人民共和国农产品安全质量法》的相关要求。

2016-6-29

中国农业科学院科技创新工程(CAAS-ASTIP-2015- BIOMA)

廖祖君(1980-)，男，汉族，从事农业经济研究。E-mail：9130000@qq.com