基于畜禽粪便制有机肥工艺的种养结合生态农业系统能值分析

孙育峰，张鹏飞，陈 博，蔡文超，胡建军 (河南农业大学农业部可再生能源新材料与装备重点实验室，河南郑州450002)

当前，我国的养殖业生产水平不断提高，综合能力显著增强［1］。畜牧业迅速发展的同时，畜禽粪便的产生量也在不断地增加。据调查显示，2009年全国畜禽粪便产生量为32.64亿t，据估算，2020年全国畜禽粪便的产生量将达到42.44亿t［2］。养殖场生产过程中排放的大量粪尿，由于得不到集中、有效的处理，对土壤、空气和水源等生态环境造成了严重的污染［3－5］。以畜禽粪便制有机肥为纽带的种养结合模式是当前解决粪便处理难的有效模式之一［6］，运用一些特殊菌种进行分解处理，有效地调整畜禽粪便的营养成分比例，使之成为具有标准指标的有机肥［7］。

美国著名生态学家H.T.Odum经过长期研究，综合系统生态概念和度量标准，创立了能值理论和分析方法，通过对自然环境生产和人类经济活动进行统一评价，分析某个系统的功能、生态和经济效益［8］。在国内，骆世明等已经在能值理论及方法研究取得了不小的进展［9－12］，能值分析方法已广泛应用于农业生态学［13］、城市生态系统［14］、区域生态系统［15］等发展的可持续性分析、评价。此方法为科学评估畜禽粪便制有机肥的种养结合生态农业系统的可持续性和经济效益提供了科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况 该研究对象为河南省郑州市中牟县锦华牧业。该区域位于34.77°N，113.65°E，总占地面积26.67 hm2，其中种植面积为13.33 hm2。年均降雨量为624.5 mm，年均辐射量4 875.9 MJ/km2，年平均气温14℃。该养殖场以养殖奶牛为平台，养殖数量为1 050头。养牛场的畜禽粪便进行干湿分离，运用河南金汇农业科技的有机肥生产工艺生产有机肥。有机肥大部分被施入种植区域，进行农作物的生产。此模式达到了资源的循环有效利用，并且改善了土壤的质量，提高了蔬菜的无公害化生产。以此种种养结合的复合农业生态循环系统模式为研究对象，记为模式Ⅱ，以单独养牛模式为参照，记为模式Ⅰ，对2种不同模式运用能值分析方法进行分析比较。模式Ⅱ的能流图如图1所示:

1.2 研究方法

1.2.1 原始数据及处理方法。通过对研究区域资料和数据的收集，将其转换成统一单位(太阳能值)，转换公式为:

式中，EM为太阳能值，sej;OD为原始数据;UEV为能值转换率。模式Ⅰ和模式Ⅱ的原始数据见表1。

表1 模式Ⅰ和模式Ⅱ的原始数据

1.2.2 能值指标及计算方法。针对生态农业循环系统，可以从资源的有效利用及可持续发展性等方面着手研究。因此，该研究所采用的能值指标包括能值投资率、能值产出率、能值自给率、废弃物资源利用率、环境负载率、可更新能源投入率及可持续发展指数。计算公式(表2)来源于蓝盛芳等著的《生态经济系统能值分析》［10］。

表2 能值指标公式计算

2 结果与分析

2.1 两种模式能值流分析比较 依据能值分析有关计算方法及分析步骤，结合相应的数据，计算得出了两种不同模式的农业生产系统的投入产出的能值数据。具体的能值计算结果如表3所示:

2.2 能值指标分析 运用表2中的公式对表3中的数据进行处理，可以得出模式Ⅰ和模式Ⅱ的主要能值指标(表4)。

2.2.1 自然资源能值自给率和系统能值自给率。能值自给率越高，系统对投入依赖程度越小。锦华牧业自然资源能值自给率模式Ⅰ和模式Ⅱ分别为0和0.11，系统能值自给率模式Ⅰ和模式Ⅱ分别为0和0.30，表明模式Ⅱ的自然资源能值自给率和系统能值自给率相对于模式Ⅰ的都在变大，说明模式Ⅱ对自然环境的利用程度增加，对经济性投入依赖降低。

2.2.2 废弃物资源利用率。系统的废弃物资源利用率反映系统的废弃物给当前环境所带来的压力，其值越大，系统对环境的压力越小，对资源的有效利用程度越大。模式Ⅰ和模式Ⅱ废弃物资源利用率分别为0和0.15，表明模式Ⅱ对废弃物进行了有效处理并加以利用，对系统的投入减小，可持续的发展起到了良好的作用。

表3 模式Ⅰ和模式Ⅱ能值投入产出结构 sej

表4 模式Ⅰ和模式Ⅱ的主要能值指标比较

2.2.3 环境负载率。环境的负载率指经济投入能值加上不可更新资源能值与可更新资源能值的比率。模式Ⅰ和模式Ⅱ的环境负载率分别为0.44和0.37，表明模式Ⅱ的环境压力小，有巨大的发展潜力，应进一步加大能值投入。据发达国家统计，农业产值增加的90%是依靠科技技术，因此先进技术的应用是有效推动农业发展的有效途径。

2.2.4 净能值产出率。模式Ⅱ的净能值产出率为1.47，高于模式Ⅰ的1.32。说明模式Ⅱ具有较高的能值利用效率，生产成本低，因而在同等条件下，其产品在市场上具有较强的竞争能力。这是由于模式Ⅱ系统购买能值的投入比例较低，而生产消耗无偿的自然环境资源，如太阳能、雨水、土壤等的比例较高。

2.2.5 可持续发展指数。可持续发展指数即能值产出率与环境负载率的比值，作为兼顾系统社会经济效益与生态环境压力的系统可持续发展能力的复合评价指标。模式Ⅱ的可持续发展指数3.97高于模式Ⅰ的3.00，表明模式Ⅰ的可持续发展能力相对较差，系统的发展前景不够理想，模式Ⅱ的可持续发展能力较强，在市场的竞争力较为突出。

3 结论

(1)目前，锦华牧业采用的运作模式具有较高的现代化水平，能值自给率和废弃物利用率都有提升，直接性的经济投入下降。环境负载率下降16%，对于响应国家的环境保护政策起到了很好的效果。

(2)锦华牧业运用模式Ⅱ进行生产，净能值产出率提升11%，可持续发展指数提升32%，表明此种种养结合的生态农业循环系统不仅在收益方面有所提升，对企业的长远发展也具有良好的作用。

［1］马永喜.规模化畜禽养殖废弃物处理的技术经济优化研究［D］.杭州:浙江大学，2010.

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