农村沼气发酵综合利用的优势分析及发展建议_沼气副产品综合利用

　　摘要无论沼气作为能源，还是发酵残留物作为肥料、饲料添加剂，都有其独特的优势。沼气发酵的综合利用对于改进传统农业生产方式，推进农业清洁生产具有重要意义。目前，推动农村沼气建设的关键是正确、有效地宣传和沼气发酵综合利用技术的普及。
　　关键词沼气发酵；综合利用；优势；建议
　　
　　农村沼气发酵综合利用是指沼气发酵产物沼气和副产物沼渣、沼液在生产和生活中的有效利用。政府支持，各界关注和沼气发酵较高的综合效益是我国沼气建设事业迅猛发展的主要动力。近年来，农村沼气发酵综合利用的范围和研究的深入程度在不断加大。它广泛地应用于农村生活、农业生产和农副产品加工等各个方面。其所产生的能源效益、生态效益、农业生产效益、环境效益、社会效益和经济效益等，显示出其他产业无可比拟的强大优势。
　　
　　1农村沼气发酵综合利用的优势分析
　　
　　1.1能源优势
　　沼气是一系列微生物活动的产物，这些微生物的活动只需要很少的能量。农作物秸秆、杂草、粪便、农副产品加工废水、生活污水及有机工业废水等各种可生物降解的有机废物（除在发酵中会产生磷化氢等对沼气发酵微生物有毒的物质外）都能作为沼气发酵的原料。而这些废物的沼气化又巧妙地解决了农业生产中的环境问题。能耗低，原料来源广泛，对环境友好，是沼气这种优质能源的突出优势。
　　沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳，分别约占总体积的60%和40%，其余是少量的氢、硫化氢、氨。其使用方式灵活，可作为能源用来炊事、照明、发电、育雏、增温、工业热源等；其热值高，每立方米沼气燃烧的热值随发酵工艺和发酵原料的不同而不同，一般为17 928～25 100KJ。其热效率比较稳定，使用方便；技术经济性仅次于液化石油气。另外，沼气还可用来储粮、进行蔬果保鲜等。因为沼气中的甲烷和二氧化碳含量高、氧气含量低，可使果蔬的呼吸、蒸发作用降到最低程度而又不致因窒息发生生理病害，从而达到保鲜目的。沼气的多用途、高热值和使用的方便性是其区别于其他能源的又一特点。沼气的使用对于改善农村生产生活方式，优化农业生产结构和能源结构具有重要意义，但其更大的优势却是沼液和沼渣的综合利用。
　　1.2沼液和沼渣的综合利用优势
　　沼气发酵是一系列微生物在厌氧条件下对有机物进行的水解、产氢、产乙酸和产气的微生物活动。该活动的产物除沼气外，还有沼液和沼渣。沼液含有沼气发酵过程分解释放的氨基酸、有机、无机酸盐类（如铵盐、钾盐、磷酸盐等）可溶性物质；而沼渣则由灰分物质、腐殖酸类物质和难分解的有机残余物质（如木质素、少量的纤维素及半纤维素等）组成。在灰分中，既有吸附于有机残渣上或与腐殖酸代换结合的铵、钾、磷酸根等离子以及某些微量元素等，也有由钙、镁、铁等金属离子形成的硅酸盐类、碳酸盐类以及复盐等，这些组分决定了沼液和沼渣是重要的农牧业生产资料。
　　1.2.1农村沼气发酵是积造有机肥的先进方法。传统的有机肥堆沤方法，有机质和氮素的损失都较严重，而沼气发酵的严格厌氧环境使发酵过程中产生更多的有机酸，特别是腐殖酸有利于把分解释放的氨及时吸收固定，减少了氮素的损失，起到了良好的保肥作用。试验研究的结果表明，沼气发酵对氮、磷、钾的回收率可达90%以上，总体矿化率低。与堆沤肥相比，磷的损失率仅为堆沤处理的1/16，矿化率为难沤处理的1/5，而堆沤肥的氮素损失率高达50%左右[1]。沼肥中含有水溶性的多种养分，氮、磷、钾含量高出普通堆肥的50％。加上农村沼气池的沉卵灭菌效果，使得沼液和沼渣（沼肥）成为一种速效、迟效兼备而且干净卫生的优质有机肥料。将沼肥与化肥混合堆沤，可制取沼腐铵肥或沼腐磷肥，且卫生效果更好。
　　1.2.2肥料优势。主要体现在以下几个方面：
　　（1）沼肥能够有效地改良土壤品质。作为一种优质的有机肥，沼肥中含有比普通堆肥更高的多种有机酸，有机质分解产生的各种有机酸，能分解土壤中的岩石、矿物，促进矿物中养分的释放，改善植物的营养条件。沼渣中含有10%~20%的腐殖酸，含有羟基（醇类、酚类）、羧基（脂烃、芳烃上）和酮基（醌型、酮型）等多种官能团，它们能与土壤中的金属、氧化物、土壤粘粒和其他有机质等结合，改善土壤理化性质。由于腐殖质是良好的胶结剂，因而能促进土壤团粒结构的形成，改善土壤的耕性，并能提高土温，改善土壤的热状况；同时，腐殖质是一种有机亲水胶体，有巨大的吸收代换能力和缓冲性能，对增加土壤的蓄水能力，调节土壤的保肥性能及改善土壤酸碱性方面有着重要作用。长期的对比试验研究证明，沼气发酵残留物能够使土壤中有机质含量提高0.17%～0.6%，使全氮增加0.003%～0.005%，全磷增加0.01%～0.03%，耐旱能力明显增加。另外，腐殖质与某些重金属离子能形成溶于水的络合物，并随水排出，从而减轻有毒物质对土壤的污染以及对作物的危害。
　　（2）沼肥能够对植物生长起到全方位的营养呵护作用。由于沼肥中含有木质素、纤维素和半纤维素以及腐殖酸类物质，又含有多种可溶性养分（氮、磷、钾及多种微量元素），因而是迟效、速效兼备的复合有机肥。施用沼肥后，能使氮肥的利用率普遍达到86%以上。沼肥含有的可溶性无机盐类和各种氨基酸等厌氧生化产物，具有营养、抑菌、抗虫、抗逆、刺激作物生长等多种功效，这是沼肥的独特优势。利用沼液浸泡麦种试验表明[2]：沼液能够激发种子内部酶的活性，促进胚细胞分裂刺激生长；沼液中的吲哚乙酸（LAA）、赤霉素（GA3）可促进植物根系的发育；腐殖酸钠是某些抗旱剂的主要成分，黄腐酸也被证明可增强作物抗旱能力；胡敏酸能促进过氧化酶的活性，加速种子发芽和养分吸收；沼液中的脯氨酸、亚麻酸、亚油酸、脱落酸等能有效提高幼苗的抗寒能力。利用沼液浸种后，种子的抗菌能力明显增强。上海市农科院土肥所的试验证明，沼液抑菌的原因与浸过沼液的种子能长时间释放乙烯有关[3]。因此，利用沼液浸种不仅能加快种子的萌发进程，而且能显著提高其抗菌、抗逆性。在作物的生长过程中，沼液可作为一种速效肥，主要用来叶面喷施。试验表明，24h叶面吸收附着达喷量的80%。沼液中的多种生物活性物质，如氨基酸、微量元素、植物生长剌激素、B族维生素、某些抗生素等，特别是有机酸中的丁酸和植物激素中的GA3、LAA以及维生素B12对病菌有明显的抑制作用。沼液中的氨和铵盐，某些抗生素对作物的虫害有着直接作用。有研究表明[4]：沼气发酵液中的黄腐酸能有效提高植株体内的苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性，抑制西瓜枯萎病。沼液对苹果树中的蚜虫、红黄蜘蛛、轮纹病、黑星病、炭疽病等20余种病虫害的防治作用已被广大果农通过实践得以证实。多项研究表明，沼液对粮食、经济作物、蔬菜、水果等13种作物中的23种病害和14种害虫有防治作用，有的单用沼液就已达到或超过药物的功效，有的加入药物后强化了防治效果。因此，沼肥是防治病虫害，无污染、无残毒、无抗药性的“准农药”。
　　（3）沼肥的使用，能显著提高农产品的品质。化肥、农药、重金属、寄生虫卵和病原菌等的污染是影响农产品品质的主要因素。尽管我国在1983年就禁止生产和使用有机氯农药，但有机氯农药的残留仍不容乐观。2000年太湖流域农田土壤中15种多氯联苯同系物检出率为100%，六六六、DDT超标率为28%和24%，上海市郊区农田中的DDT含量严重超标，南京市菜地土壤中六六六和DDT的检出率为100%；2002年上海地区人乳中六六六超标率为18.30%[5]。虽然目前使用有机磷、氨基甲酸酯类等农药代之以有机氯农药，但其中一些品种比有机氯的毒性大10倍甚至100倍，农药对环境的排毒系数比1983年前还高，而且，这些农药虽然低残留，但有一部分与土壤形成结合残留物，虽然可暂时避免分解或矿化，但一旦由于微生物或土壤微生物活动而释放，后果不可轻视。显然，大量施用沼肥将相对减少农药的使用。而且，厌氧污水污泥可作为生物修复土壤的生物强化剂，在产甲烷、硫酸盐还原剂反硝化条件下，通过还原脱氯的途径降解或最终矿化[6]，即可用沼肥为接种物，通过灌水淹田的方式，使土壤中的有机氯农药解除毒性，从而提高农产品品质。蔬菜是一种容易富集硝酸盐的作物，在蔬菜生产中，肥料对蔬菜造成污染有两种途径，一是肥料中所含有的有害有毒物质如病菌、寄生虫卵、毒气、重金属等；二是氮素肥料的大量施用造成硝酸盐在蔬菜体内积累。人体摄入的硝酸盐有81.2%来自于蔬菜，施用有机肥料能有效减少蔬菜中硝酸盐的积累[7]。通过对木耳菜施用沼液的研究表明，施用沼液降低木耳菜硝酸盐含量5.4%～67.4%。沼肥中的腐殖酸能与土壤中的某些重金属离子形成溶于水的络合物，并随水排出，减轻了重金属对蔬菜的污染。腐熟的沼肥中，95%以上的病原菌和寄生虫卵已被杀死，保证了蔬菜的卫生品质。有试验表明，用富里酸钠喷施西瓜，能显著提高西瓜的甜度。甜玉米施用沼肥能明显提高甜玉米的单项品尝品质，其效果优于土杂肥，显著优于化肥[8]。还有不少人利用沼肥对黄瓜、番茄、果树等进行了对比试验，研究结果都表明，施用沼肥能明显提高农产品品质。
　　1.2.3饲料优势。沼气的发酵过程不仅是各类有机物逐级降解的过程，同时也是自身合成的过程。在这个过程中，微生物利用降解的产物合成了大量的菌体蛋白质，这些菌体蛋白质是一种全价性的蛋白质。这些蛋白质，必需氨基酸种类齐全，第一、第二限制性氨基酸含量丰富，作为一种饲料添加剂能提高日粮蛋白质的营养价值和生物学效率。在沼液和沼渣中，还有丰富的矿物质、维生素、核苷酸、生物酶和少量的激素。因此，给日粮中添加沼液沼渣，对动物的健康生长具有重要作用。多年来，沼液和沼渣在养猪、养牛、养鸡、养鱼以及其他特种养殖（蚯蚓、土元、甲鱼、鳝鱼、田鸡等）等方面应用广泛，并积累了丰富的经验。经验表明，沼液拌料喂猪，能够促进生猪生长，缩短育肥期，提高饲料转换率，降低料肉比，经济效益提高显著。将沼液施入鱼塘，可增加鱼塘浮游生物量，加强光合作用，增加产氧量，减少鱼病，鱼产量平均可增加16%。
　　1.3沼气发酵的生态学意义
　　生态系统是一个能量、物质和信息开放的系统，生态系统之所以能够不断发挥功能，是因为有不断的能量输入，及地壳物质进入生态系统。随着我国经济的高速发展，由农药、化肥、农业废物以及由兽药、饲料添加剂和集约化畜牧生产所引发的环境问题已成为制约农村可持续发展的重大问题。这意味着，人类的粗放经营和对自然界的过度索取已经引起了严重的生态危机。耗散结构理论认为，生态系统的自组织能力依赖于结构的有序性，有序性又以自组织为目标，二者的相互协调与耦合，共同促成生态平衡和生态系统的良性循环。在农业生态系统中，人类最直接干预的就是物质的摄走与投入。农业系统的非平衡态的维持正是靠这种物质交换，从而载入能量来抵抗内熵的增加[9]。因此，合理协调自组织非线性耗散结构中生产、生活、生态三者之间的关系是解决农业生态问题的关键。沼气发酵的综合利用，正是通过与环境相适应的沼气发酵微生物参与生态系统的自我设计，然后由具有自组织能力的自然系统最终发展并完善新系统，使农业生态达到稳定，从而合理解决农村生产和生活的“三料（燃料、肥料、饲料）”矛盾来促进农业生态系统成长的。从另一方面讲，由于在生态循环系统中包括有许多相生和相斥的环节，每个环节产物或废物的输出，往往成为另一环节的原料输入。因此，农业和畜牧业所产生的废物并非绝对的废物或污染物。按照超循环理论分析[10]，它们原本是一定条件下能够被人类利用的物质和能量，只是因为被分布在不恰当的地方和环境下，未能被正常的生态―社会超循环系统所吸收，并且干扰、阻碍、甚至为害该系统中正常循环过程，才构成“污染”。在收获的农产物中，秸秆等副产物生物质能占50%~70%，人畜粪便中未被利用的生物质能占38%~51%。沼气发酵环节的加入，充分利用了被线性耗散掉的大量太阳能，使得农业废物和人畜粪便这些以低级形态散耗的能量，充分吸收到更高形态的循环中，减少了线性耗散，强化了循环过程。实践证明，只有加上吸收和利用人类生产的废弃污染物的产业，才能使产业结构成为“超循环结构”绿色产业，实现人类社会在循环中的持续发展。因此，沼气发酵是我国农村实现农业清洁生产的必要措施。
　　
　　2问题与建议
　　
　　尽管沼气发酵的综合利用有诸多优势，但推动我国沼气发展的动力却主要是政府的号召和支持。调查表明，农民对沼气建设缺乏全面而正确地认识，对沼气综合利用技术缺乏有效指导是阻碍沼气发展的主要障碍。因此，全面、正确、有效地宣传工作仍是我国沼气建设中的重要环节。
　　2.1大力宣传，突出重点
　　调查发现，在农村，许多农民只知道沼气的能源价值，而对沼气综合利用的价值却知之甚少或持怀疑态度。实际上，沼气发酵综合利用的价值已经远远超出了其单纯的能源价值。因此，加大宣传力度，着重宣传沼气综合利用能够给农民、农业生产和农村带来的实际利益。不仅要让农民从沼气的使用中得到实惠，更要让他们知道沼气建设是农业生产“流水线”上不可或缺的重要环节；不仅要让他们知道沼肥的用途，更要让他们认识到沼肥的突出优势；发展沼气不仅能够降低农业生产成本，延长农业产品价值链，更是农产品从“农田到餐桌”清洁生产的农业革命。只有把握了宣传重点，才能使沼气建设由被动变为主动。农民办沼气的主动热情是推动沼气事业的强大动力，是推进农村沼气产业化，促进农村沼气健康发展的决定性力量。
　　2．2技术普及，注重全面
　　我国在农村举办的沼气技术培训班是促进沼气发展的重要技术支撑。但培训的重点是建池技术和沼气的日常管理技术，忽视了沼气发酵产物利用技术的指导和培训。沼气技术是发展沼气的重要保证，但沼气的综合利用才是关键。应该大力普及沼气发酵残留物在施肥、防治病虫害、养殖、种菇、无土栽培等方面的成熟技术，积极引导农民探索沼气发酵综合利用的新思路，激发农民建池的积极性。全面普及沼气技术，是发展农村沼气事业的有效保证。
　　
　　3结语
　　
　　沼气发酵综合利用具有独特的优势，这种特有的优势正是其强大生命力的支撑。大力宣传其优势，普及其技术，对农业清洁生产具有重大意义。
　　
　　4参考文献
　　
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