重庆农村有机废弃物产沼气潜力估算及减排效益

由温室气体排放造成的全球气候变化已经成为全球关注的焦点。如何减少温室气体的排放也成为了各国学者研究的热点。据相关资料表明，农业是温室气体的主要排放源，因此，减少农业源温室气体排放对控制全球气候变化有重要作用，发展以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳农业技术已经成为共识。
充分利用畜禽粪便、农作物秸秆等农村有机废弃物发展农村沼气，可以有效解决农村能源短缺问题，有效改善农村用能结构，节约大量柴薪及煤炭能源，减少温室气体排放，保护生态环境。因此，笔者对畜禽粪便、农作物秸秆等重庆农村有机废弃物产沼气潜力进行定量估算，并分析了温室气体减排效益，以期为重庆市发展低碳农业提供参考。
1重庆农村沼气利用现状
重庆农村沼气发展建设已经突破农村能源建设的范畴，成为改善农村民生、建设社会主义新农村、发展循环农业、低碳农业的重要内容，得到了较快发展。截止2009年底重庆农村户用沼气已发展到108万户，沼气入户率达到15%，直接受益农户达到356万人；畜禽养殖场大中型沼气工程已发展到1185处。推广畜禽粪便、秸秆等农村有机废弃物的沼气利用技术，大力开发生物质能源，已经成为重庆农村普及面最广、最受农民欢迎的以低碳为特征的能源消费模式。
2重庆农村有机废弃物资源量估算
2.1农作物秸秆资源估算
重庆农作物种类繁多，粮食作物主要以稻谷、玉米、薯类、豆类、小麦为主，其中又以稻谷、玉米、薯类分布最广、产量最多。经济作物中主要以油料作物为主。因此，文中统计的农作物秸秆主要包括稻谷、小麦、玉米、其他谷物、豆类、薯类和油料作物。由于秸秆产量未列入国家有关部门的统计范围，其产量通常依据农作物的产量计算而得。
2.1.1概算方法。
（1）草谷比系数。秸秆资源概算的关键是农作物草谷比系数的确定，它是可以通过田间试验和观测得到的经验常数，不同地区、不同品种的农作物大致相同，可能略有差异。
（2）秸秆理论资源量。理论资源量是指某一区域秸秆的年总产量，表明理论上该地区每年最大可能生产的秸秆资源量。一般根据农作物产量和草谷比来大致估算，即秸秆理论资源量＝作物产量×草谷比。
（3）秸秆可收集资源量。可收集资源量是指某一区域通过现有收集方式可供实际利用的最大秸秆数量，可通过理论资源量乘以收集系数来确定。考虑到收集过程中的损耗，可收集资源量与理论资源量并不相同，受收获机械化水平、收集方式、气候等因素的影响。
（4）秸秆可能源化利用资源量。秸秆作为农作物的副产品，是工、农业的重要生产资源，可用作肥料、饲料、燃料以及造纸、建材、编织、种植食用菌等工副业的生产原料。因此，评价可利用资源量时，除了扣除为保证土壤肥力的秸秆还田（或过腹还田）量外，还需要考虑当地秸秆资源现有的竞争性用途，实际可利用资源量低于可收集资源量，可通过可收集资源量乘以可能源化利用系数来确定。
2.1.2资源概算。根据重庆地区的农业生产情况，初步确定各种农作物的草谷比系数（表1）。依据草谷比系数和农作物产量估算出秸秆理论资源量。2009年重庆耕种收综合机械化水平达到21.08%，水稻生产机械化加快推进，油菜、玉米等其他农作物生产机械化开始示范，取得了新进展。综合考虑重庆地区农作物收获方式、秸秆收集方式、气候、地形等因素，估算重庆地区农作物秸秆的收集系数为0.8。
据调查显示，2009年，全市秸秆利用率仅为28.4%，其余的71.6%均为未利用或不合理方式处理。适当数量的秸秆还田可以增加土壤有机质含量，改善土壤结构。但是，由于重庆人均占有耕地少，复种指数高，倒茬间隔时间短，加之秸秆碳氮比高，不易腐烂，妨碍耕作，甚至造成减产。通过秸秆还田、秸秆作饲料用途和食用菌基料、工业原料加工用途的分析，估算重庆秸秆可能源化利用系数为0.6。
表1农作物秸秆估算t

经综合分析和估算，2009年重庆各种农作物秸秆可能源化资源量为716.87万t，秸秆干物质含量按85%计，则秸秆可能源化干物质量为609.34万t。可见，重庆秸秆资源丰富，为农村沼气的开发利用提供了优越的资源条件。

2.2畜禽粪便估算
养殖业是重庆农业的支柱产业、优势产业，重庆是农业部确定的生猪、山羊、肉牛优势产区。2009年全市存栏生猪1604.07万头，出栏生猪2003.11万头；牛存栏119.39万头，出栏46.94万头；羊存栏142.29万只，出栏166.55万只；家禽存栏12458.65万只，出栏17918.26万只，全市畜牧业总产值319.42亿元，占农林牧渔业总产值的35.0%。
2.2.1估算方法。
畜禽粪便年产生量＝年排泄参数×存栏动物数量
年排泄参数指每头动物每年的排泄量，排泄参数与动物种类、品种、性别、生长期等因素有关，统计包括猪、牛、羊、家禽、兔（表2）。
表2每头牲畜年平均排粪量（干重）

2.2.2排放量估算。经估算，2009年全市畜禽粪便资源干物质总量为734.32万t，其中猪粪368.94万t，牛220.87万t，羊19.92万t，家禽124.59万t（表3）。
表3 2009年重庆畜禽粪便产生量估算（干重）

3沼气潜力估算
3.1估算方法
据资料显示，在35℃条件下，粪便经60d发酵，秸秆经90d发酵，各种废弃物产气量参见表4。重庆属中亚热带湿润季风气候区，年平均气温在18℃以上，农村户用沼气池多数是地埋式结构，其发酵温度按20℃计。20℃的值是依据35℃时原料产气量的60%折算。
年产沼气潜力＝可能源化资源量（干重）×产气参数，产气参数为每吨干物质有机废弃物资源的沼气产生量。各种秸秆的沼气产气量平均以0.25m3/kgTS计。
3.2沼气潜力估算
经估算，全市畜禽粪便和农作物秸秆年可产沼气达到32.46亿3m（表5）。按2009年全市731万农户来计算，则户均拥有沼气资源为444m3，基本可以解决农村生活用能问题。
表4农村各种有机废弃物产气特性参数m3/kgTS

4农村有机废弃物沼气利用的温室气体减排效益分析
沼气是有机物经过厌氧发酵产生的混合气体，主要成分CH4约占沼气总量的55%～70％，热值较高，热效率稳定。
按1m3沼气折合标准煤的系数0.714计算，重庆人畜禽粪便、农作物秸秆等农村有机废弃物产生的沼气32.46亿m3相当于23.18亿kg标准煤。
表5 2009年重庆农村有机废弃物资源沼气潜力估算

畜禽粪便、农作物秸秆等有机废弃物的沼气利用，可以减少粪便产生的甲烷排放量及秸秆直接燃烧利用产生的大量的浓烟和CO2排放；同时利用收集的沼气有替代煤炭和保护林木的作用，即具有减排CO2和增加碳汇吸收的效益。重庆农村有机废弃物的沼气利用年可替代煤炭231.8万t，则可减排CO2 351.49万t/a；增加碳汇吸收3699.85万t/a，减排效益显著。同时，沼气利用产生大量的沼渣沼液可以替代常规化肥，减少化肥中的温室效力相当于CO2约300倍的N2O的排放。沼渣沼液作为一种高效有机肥，不但能提高农作物产量，而且能有效杀灭害虫和病菌。通过使用沼气，节省农民对能源和肥料等的支出，实践显示，一户农民全年使用沼气可直接节省各种费用1000～1500元，且能够有效减少烟雾和粪便污染，有利于农村生态环境保护，具有良好的经济和生态效益。
5结语
农村有机废弃物的沼气利用可有效促进生物质能源的开发利用，改善农村用能结构，有效减少CO2、CH4等温室气体的排放，是减缓气候变化的一个重要途径；同时，通过有效利用畜禽粪便、农作物秸秆等农村生活和生产中的废弃物，改善了农村环境质量，是建立低碳农业、循环农业的重要模式，实现了环境、经济、社会效益的统一。
参考文献略