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第一章 农业废弃物循环利用发展概述
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第一节 农业废弃物定义和分类
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农业废弃物是指在整个农业生产过程中被丢弃的有机类物质。主要包括作物生产过程中的植物废弃物，渔牧业生产过程中产生的动物废弃物，农业加工过程中产生的加工类废弃物和农村城镇生活垃圾等。狭义的农业废弃物特指秸秆和畜禽粪便。农业废弃物按其来源不同，可分为以下几种类型：①种植业废弃物，主要是指农田和果园残留物，如作物秸秆、果树枝条、杂草、落叶、果实外壳等。②养殖业废弃物，主要是指畜禽粪便和栏圈垫物等。③农副产品加工后的剩余物。④农村居民生活废弃物，包括人粪尿及生活垃圾。根据废弃物的形态，又可将其分为固体废弃物、液体废弃物和气态废弃物（图1-1）。
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图1-1 农业废弃物的分类（引自彭靖，2009）
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初步估算，我国农业废弃物年产生量39亿t。其中，畜禽粪便26亿t，农作物秸秆7亿t，蔬菜废弃物1亿t，生活垃圾2.5亿t，其他2.5亿t（图1-2）。未来20年，我国农业废弃物的产生总量仍将呈持续增长趋势，畜禽养殖对环境的污染将更加严重。依据经济发展与农业废弃物产生量的关系，预计到2020年全国农业废弃物产生量将超过50亿t，其中秸秆将达到9.5亿～11亿t，畜禽粪便将达到41亿t（孙振钧，2006）。
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图1-2 我国农业废弃物年产量分布图
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从循环农业的角度看，农业废弃物是某种物质和能量的载体，是错位的农业资源。统计显示，按目前的技术水平，中国年产农业废弃物能转化成3.11×109 m3沼气，户均达1.28×103 m3，可由此缓解农村的能源短缺；若将农作物秸秆用作发电，以1 t秸秆产生1 kW·h电量计算，年产5×108t秸秆就能生产5×108kW·h电量；再将农业废弃物作为肥料，可提供氮（N）2.26×105万t、磷（P2O5）4.59×104t、钾（K2O）2.72×105t；作为饲料，仅玉米秸秆能提供1.9～2.2×108t。可见，我国农业废弃物资源化利用的空间之大，循环农业前景之广，效益之巨。
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第二节 农业废弃物对环境的影响
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一、污染大气
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我国种植业每年有近1.0×109t的农业废弃物（秸秆）未能资源化利用（胡明秀，2004），焚烧是其主要形式。秸秆燃烧过程中会产生CO、CO2和SO2等有害气体（周正广，2003），对环境造成污染。如CO会破坏动物血红蛋白载氧功能，导致生物窒息死亡；CO2是温室气体，大量排放会加剧地球温室效应；甲烷是另一重要温室气体，在温室效应中的贡献率约为15%左右，其中来自于农田土壤微生物活动、农作物秸秆燃烧以及畜禽养殖业三个方面的贡献率合计高达70%（江传杰，2005）。秸秆燃烧时产生大量烟尘和SO2，后者既是酸沉降的发生源，也是许多疾病的诱因。畜禽粪便经微生物分解产生氨、硫化氢、乙醛、硫酚和挥发性脂肪酸等具有恶臭气味的物质（王伟加，2004）。这些物质会刺激动物神经系统，对呼吸中枢产生毒害，危害畜禽生长。
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图1-3 大气污染（图片来源新华网）
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二、污染水体
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据统计2012年我国畜禽粪便产出量超过30亿t，远远超过我国固体废弃物的总量。这些畜禽粪便仅有一小部分作为肥料施入农田，绝大多数未经处理直接排入环境，是造成江河湖泊、水库富营养化的主要原因之一（曾昭鹏，2003）。粪便中含磷有机物进入河流湖泊中后，与硝酸盐产生协同作用，恶化水质，威胁鱼类、贝类、藻类和微生物生存。
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图1-4 水体污染（图片来源新华网）
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三、污染土壤
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农业废弃物污染土壤、继而毒害作物的方式有直接和间接之别，直接方式系指高浓度的畜禽粪便未经处理直接用做肥料可使作物徒长、倒伏、晚熟或不熟，根系腐烂，毒害作物，造成作物减产。但更多情况下，畜禽粪便是以间接方式影响作物：①畜禽养殖场堆置的大量畜禽粪便，在土壤微生物作用下经氨化、硝化等化学反应生成亚硝酸盐，随地表径流（或渗）进入土壤或进入地下水，污染土壤和地下水（江传杰，2005）。②粪便中大量的钠、钾盐与硝酸盐长期滞留土壤中，通过反聚作用使土壤孔隙变少，通透性降低，土壤结构破坏，生产力降低。③畜禽养殖饲料中添加的铜、锌、铁、砷等重金属大部分会随粪便排出，铜和锌的浓度过高会影响土壤还原力，而砷是一种剧毒物质，倘若作物继续在这些金属元素污染的土壤中生长，即便可以存活，也会被作物大量吸收，并通过食物链迁移至人类，带来严重的食品安全问题。④焚烧作物秸秆，既会造成大量养分流失，农田生态系统的物质循环遭阻断，土壤肥力下降，又会破坏土壤表层团粒结构，从而影响作物生长。此外，畜禽粪便能促进某些有害微生物及寄生虫种群增长，后者可以诱发作物生病，无法正常生长。
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图1-5 土壤污染（图片来源新华网）
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四、传播疾病
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家畜粪便中含有大量生物病原体，包括肠道病菌、病毒和寄生虫卵。畜禽的粪便是微生物的良好载体，携带病菌的畜禽粪便能使病菌维持长时间的传染能力。这些粪便不及时处理，就会导致疾病的传播。而且，许多疾病可以在畜禽和人之间传播，影响人类健康。调查显示，粪便未进行无害化处理而导致的生物性污染，会造成农村人群肠道传染病，寄生虫病发病率和感染率较高，甚至儿童蛔虫感染率高达70%以上（祝学礼，2002）。更为不幸的是这些畜禽粪便还可造成周围环境大量蚊蝇孳生，后者可造成畜患疾病的进一步传播和蔓延。此时，畜禽生长出现问题，甚至大量死亡。蚊蝇大量孳生也可引起疟疾和流脑等疾病，威胁附近居民的生活状态与健康。
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第三节 农业废弃物循环利用理论基础
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一、农业生态学理论
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（一）概念及内涵
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农业生态学是生态学在农业上的分支，是用生态学和系统论的原理和方法，将农业生物与其自然环境作为一个整体，研究其中的相互作用、协同演变，以及社会经济环境对其调节控制规律，促进农业全面持续发展的学科。
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农业生态学的根本任务是运用生态学的理论和方法，分析研究农业领域中的生态问题，探讨协调农业生态系统组分结构及其功能，促进农业生产的持续高效发展。农业生态学不仅要进行基础性的理论研究，更要为发展农业生产提出切实可行的技术途径，要理论与实践紧密结合。
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（二）农业生态学的基本原理
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农业生态学的基本原理，通常包括四方面的内容：个体生态、种群生态、群落生态和生态系统生态。美国科学家小米勒总结出的农业生态学三定律如下：
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农业生态学第一定律：我们的任何行动都不是孤立的，对自然界的任何侵犯都具有无数的效应，其中许多是不可预料的。这一定律是G.哈定（G.Hardin）提出的，可称为多效应原理。农业生态学第二定律：每一事物无不与其他事物相互联系和相互交融。此定律又称相互联系原理。农业生态学第三定律：我们所生产的任何物质均不应对地球上自然的生物地球化学循环有任何干扰。此定律可称为勿干扰原理。
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农业生态学的基本原理的应用思路，是模仿自然生态系统的生物生产、能量流动、物质循环和信息传递而建立起人类社会组织，以自然能流为主，尽量减少人工附加能源，寻求以尽量小的消耗产生最大的综合效益，解决目前人类面临的各种环境危机。
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二、循环经济理论
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（一）概念及内涵
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循环经济是指在投入少量的原料和能源等前提下，使资源被最大化地再生循环利用，最终实现经济的可持续发展。近年来，循环经济的研究和发展已受到各学术领域及各级政府的高度关注，作为一种新型的资源利用模式及发展理念，其已成为当前实施可持续发展战略的一个重要途径（崔和瑞，2004）。从生态经济的角度，循环经济是一种生态经济，它以生态学规律为指导来从事人类各项经济活动（肖波等，2005；冯之浚，2007）。循环经济是一种经济形态，它通过提高资源利用率，将传统的发展方式演变为依靠生态资源循环发展的方式（吴季松，2005）。从清洁生产与再生循环利用的角度，循环经济是一种将清洁生产和废弃物综合利用融合为一体的经济（曹凤中，2003）。循环经济是一种经济发展的模式，通过废弃物资源再生循环利用及清洁生产，以实现废弃物资源利用最大化，排放最小化和污染最小化的目标（周宏春，2005；周宏大，2006）。从可持续发展的角度，循环经济是一条实现经济可持续的发展途径（王金南等，2002）是一种以可持续发展理念为基础的新型发展模式，它以可持续发展为目标，从根本上解决经济增长与环境资源间的矛盾（解振华，2005）。
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（二）基本原则
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循环经济发展遵循3R原则，即减量化原则、再利用原则和再循环原则。
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减量化原则本质上是用少量的原料和能源投入来实现既定生产目的或者消费目的，继而从经济活动源头就开始注重节约利用资源并减少环境染。减量化原则在生产、消费等不同环节具有不同的表现。在生产环节，减量化原则常要求产品向小型化及轻型化发展；在消费环节，减量化原则要求产品包装应尽量简单朴实非豪华浪费，从而实现减少废弃物排放的目的。
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再利用原则要求制造的产品与包装的容器都能以初始形式被反复地使用，其反对当今各国一次性用品的使用，生产商应将制品与其包装当作某种日常生活用具来设计，使其能够被反复使用。再使用原则要求制造商应最大程度地延长其生产产品的使用期，通过再利用，从而防止产品过早地被废弃。
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再循环原则要求完成某种产品的使用功能后能将其重新变成可利用资源，而不是成为不可再生利用的废弃物。依据循环经济的理念，再循环有两类情形，一种情形是原级再循环，是指废弃物被循环地用来生产同种规格或者品种的新产品，如易拉罐再生易拉罐，报纸再生报纸等；另一种情形是次级再循环，是指将废弃物转化成为其他某些产品的原料。
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三、农业可持续发展理论
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（一）概念及内涵
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可持续发展包含经济、生态、社会三方面的协调与统一。人类生存及发展，需要讲求经济效益、关注生态和谐和追求社会公平，以实现人类全面发展。可持续发展激励经济的增长，并非以保护环境为名来取消这种经济增长，因为经济发展是一个国家综合实力及社会财富的基础，可持续发展不单单注重于经济增长的数量，同时更加注重于经济发展的质量，可持续发展要求改变传统意义上的高投入、高消耗及高污染的生产与消费模式，实现清洁生产及文明消费，从而达到提效、节源及减废的目的，协调统一经济建设、社会发展及自然承载能力，保护并注意改善全球生态与地理环境、以可持续的发展方式来利用自然资源及环境成本，将人类发展程度控制在地球的承载能力以内。相较于以往将社会发展和环境保护对立的做法，生态可持续发展更为强调环境保护，大力倡导通过转变传统的发展模式，从人类发展源头及根本上来解决生态环境的各种问题。
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（二）基本原则
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可持续发展需要遵循的基本原则主要包括公平性原则、共同性原则及持续性原则。
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首先是公平性原则，从可持续发展的角度看，主要包括两方面的公平，一是本代人的公平；二是代际间的公平。一方面可持续发展要求满足人的基本需求，并给予公民机会以满足其所示高品质的生活的愿望。当今世界发展现状呈现的是部分人富裕，同时也有相当大部分的人仍处在贫困的状态，总体贫富差距较大，两极分化的现象也较为严重，这样的世界不具备实现可持续发展的条件。由此，要实现可持续的发展，就需要赋予全球公民以公平的分配及发展权，优先考虑消除可持续发展过程中的贫困问题。另一方面，要认清人类赖以生存的自然资源的有限性，本代人坚决不能因个人的需要就在某种程度上来损害后代人满足其需求的条件，即是要求自然资源与环境，要给历代人公平利用的权利。
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其次是共同性原则，鉴于全球各国历史文化水平存在一定的差异，可持续发展的具体目标、政策及实施的步骤就不是唯一的。但可持续发展作为全球各国发展的共同目标，其最终目的与利益是相通，要达到共同的总体目标，就有必要联合全球来共同行动，从而促使人与人、人与自然间的和谐，保持良好的互利共生关系。
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第三是持续性原则，持续性原则的核心思想在于人类的经济建设与社会发展均不能超越自然资源和生态环境的承载能力。自然资源与环境是人类生存和发展的基石，可持续发展离不开资源与环境，如若离开其一，人类的生存与发展就无从谈及。可持续发展以保护地球自然生态系统为基础，人类的发展应充分考虑对自然资源的消耗速度，必须以不损害自然为前提，依据持续性的原则来合理调整生活方式，确定合理的消耗标准，防止过度生产和消费。
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第四节 国内外农业废弃资源循环利用现状
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一、农业废弃资源能源化利用现状
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农业废弃物是农村能源的重要组成部分，在解决农村能源短缺和农村环境污染方面有重要的价值。近年来，中国先后对禽畜粪便厌氧消化、农作物秸秆热解气化等技术进行了攻关研究和开发，已经取得了一定成绩，生物质能高新转换技术不仅满足农民富裕后对优质能源的迫切需求，也在乡镇企业等生产领域中得到应用。目前，农业废弃物能源化的方向有：高效沼气和发电工程系统研究；组装式沼气发酵装置及配套设备和工艺技术研究；中热值秸秆气化装置和燃气净化技术研究；移动式秸秆干燥粮食工艺及成套设备研究；秸秆干发酵及其配套技术研究；秸秆直接燃烧供热系统技术研究；纤维素原料生产燃料乙醇技术研究；生物质热解液化制备燃料油、间接液化生产合成柴油和副产物综合利用技术研究；有机垃圾混合燃烧发电技术；城市垃圾填埋场沼气发电技术；“四位一体”模式和“能源—环境工程”技术农业生态综合利用模式研究等。
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美、日、法和德等发达国家广泛采取了厌氧发酵的方法来处理禽畜粪便，印度、菲律宾和泰国等发展中国家采用自循环厌氧技术，结合沼气工程的开展来高效利用畜禽粪便（李淑芹，2003）。
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二、农业废弃资源肥料化利用现状
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在我国，秸秆肥料化可采取秸秆还田的方法，秸秆还田方式主要包括堆沤还田、秸秆机械化还田和运用生化快速腐熟技术来生产有机肥施于田间等（吕小荣，2004）。秸秆肥料化利用能增加土壤有机质含量，改良土壤，对缓解我国N、P、K肥比例失调的矛盾、弥补P、K肥力不足有着十分重要的作用。秸秆肥料化利用已成为我国建设资源节约型和环境友好型社会的一项重要措施（卢声，2008）。畜禽粪便肥料化对提高土壤肥力、增加有机质含量及改善土壤结构等方面有重要作用。
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美国从20世纪40年代开始研究覆盖免耕技术，现有70%的耕地实行农作物秸秆免耕覆盖种植。美国也有农场将秸秆青贮发酵，用作饲料，过腹还田。从养殖业发展看，发达国家的畜禽饲养多以个体农场为主，规模以中小型为主。废弃物处理的方式主要是干清粪和水冲式，利用方式主要是通过堆肥和厌氧发酵无害化处理后，直接用于农田和草地。
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在日本畜禽粪便堆肥已实现工厂化，他们研制的卧式转简式和立式多层式快速堆肥装置，发酵时间约1～2周，具有占地少、发酵快、质地优等特点（陈素华，2003）。
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俄罗斯研制的有机发酵装置每天生产100 t有机肥，最后成品肥每吨中约含N、P、K 45kg。美国BIOTEC2120高温堆肥系统，由10个大型旋转生物反应器组成，通过微生物发酵在72 h内可处理1300 t的畜禽粪便或垃圾，使之成为优质有机肥料，这种方法对于高湿物料具有特殊的作用。
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韩国采用槽式发酵和螺旋式搅拌在国际上属于较先进的粪便发酵技术。国外在堆肥发酵工艺、技术和设备方面已日趋完善，基本上达到了规模化和产业化水平，但是，欧美发达国家一些先进的堆肥设施由于运行成本太高，在我国还没有普遍应用。
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三、农业废弃资源饲料化利用现状
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农业废弃物饲料化利用技术包括植物纤维性废弃物的饲料化和动物性废弃物的饲料化。植物纤维性废弃物主要指农作物秸秆类物质，其中含有纤维类物质和少量的蛋白质，经过适当的技术处理，便可作为饲料应用。我国主要的技术有通过微生物处理转化，将秸秆、木屑等植物废弃物加工变为微生物蛋白产品的技术；通过发酵对青绿秸秆处理的青贮饲料化技术；通过对秸秆氨化处理，改善原料适口性和营养价值的氨化技术。
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动物性废弃物的饲料化主要指畜禽粪便和加工下脚料的饲料化。畜禽粪便中含有许多未被利用的营养物质，如干燥鸡粪含粗蛋白23%～31.3%，粗脂肪8%～10%，还有各种必需的氨基酸和大量维生素，用于喂猪、养鱼，效果良好。由于动物性废弃物的直接饲料化存在较多的安全卫生问题，因此，必须进行一定的无害化处理方可使用。
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发达国家农作物秸秆饲料利用技术和设备已达到现代化水平，已形成了提高农作物秸秆饲料营养成分、提高动物采食量、提高饲料转化率等技术体系，农作物秸秆饲料化生产设备达到全过程机械化作业和全过程电脑自动控制，实现连续化生产，农作物秸秆饲料质量稳定。
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德国的农作物秸秆颗粒饲料生产技术可以完全改变农作物秸秆基本结构，从而使动物的消化率提高30%～50%，农作物秸秆的处理技术比我国的氨化技术要提高工效20倍以上。
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英国Aston大学的研究者从农作物秸秆中筛选出一种白腐菌属真菌，它能降解木质素，但不能降解纤维素，用这种真菌发酵农作物秸秆，能最大限度地提高农作物秸秆的消化率，使农作物秸秆的消化率从9.63%提高到41.13%，效果极为明显。在西欧各国对农作物秸秆的利用情况较好，大约有20%的秸秆被用作饲料。
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据联合国粮农组织统计资料表明，美国约有73%的肉类是由草转化而来的，澳大利亚约90%，新西兰高达100%。由此可见，“秸秆―畜牧业”的农牧结合方式是最简单而有效的农作物秸秆资源利用方式。
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四、农业废弃资源原料化利用现状研究
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利用农业废弃物中的高蛋白质资源和纤维性材料生产多种生物质材料和生产资料是农业废弃物资源化利用的又一个重要领域（孙永明等，2005）。目前国内外主要利用农业废弃物中的高纤维性植物废弃物生产纸板、人造纤维板、轻质建材板等材料；通过固化、炭化技术制成活性炭材料；利用稻壳作为生产白炭黑、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷的原料；利用秸秆、稻壳经炭化后生产钢铁冶金行业金属液面的新型保温材料；利用甘蔗渣、玉米渣等制取膳食纤维产品；利用棉秆皮、棉铃壳等含有酚式羟基化学成分制成吸收重金属的聚合阳离子交换树脂等。原料化是农业废弃物利用的一个重要途径，其关键是依靠科技开发利用，最大程度的利用农业废弃物中有益的物质循环利用，是未来农业废弃物利用的一个重要方向。
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第五节 我国农业废弃物资源化存在主要问题
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一、资源总量不清
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我国每年到底产生多少农业废弃物，这些废弃物的分布与利用状况如何，造成多大的环境影响，没有准确的数据记录，仅仅是根据作物和养殖规模进行估算。不同部门的统计数据出入很大，难辨真伪。农业废弃物是如何处置处理的，各种消纳和利用途径比例及具体应用情况如何，没有量化的数据，也没有估算的标准统计数据。各地根据农业废弃物的数量、特点，以及不同区域依据其地区特点和经济发展状况因地制宜确定的农业废弃物综合利用模式有哪些，都没有明确的数据，中国的农业废弃物的产生量和危害还停留在粗略的估算上，数据不准，家底不清，导致中国农业废弃物资源利用的盲目性，限制了切实可行政策的制定。
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二、技术装备落后
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虽然我国有农业废弃物资源化的传统，但是目前具有很好适应性能和推广价值的技术几乎没有，主要因为我们既没有自主的知识产权技术，也没有很好地进行技术创新。首先，我们原有的优良传统技术（堆肥技术、沼气技术）没有得到很好的利用与发展，主要是因为长期困扰实际生产中的一些问题，比如发酵过程中的微生物筛选，沼气的产气率、堆肥的设备和氮素损失等问题我们一直没有得到很好的解决。其次，我们学习国外的先进技术也不太成功，如，在中国规模化养猪场废弃物处理设备的引进过程中，我们没能很好地吸收和消化国外的整套技术。不清楚农业废弃物产品开发的主攻方向，导致中国的农业废弃物转化产品品种单一、质量差、利用率低、商品价值低，不能形成产业化，无论在国内还是在国际市场上都没有竞争力，也就不能有效的转化农业废弃物，实现资源化利用。同时在设备的投入上，财政的支撑和吸纳社会资金的能力不足，一些很好的技术在产业化的转化过程中，得不到应用和推广，导致废弃物的资源化在低水平上重复以至发展缓慢，不能适应社会生产的需求（孙振钧等，2004）。
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三、政策法规缺乏
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尽管我国目前已颁布了一些废弃物资源化的环境政策，但主要是由国家环保部出台的，相关的农业管理部门则主要重视“谷物、肉、蛋、奶”的生产，并不重视农业废弃物这类“副产品”，更谈不上出台相应的鼓励治理政策。即便是在食品安全受到高度重视的大背景下，农业废弃物的处理与资源化也没有摆在重要的位置，而且多头管理也造成部门间的有关政策法规的矛盾和冲突。目前，废弃物的污染主要是采取末端治理的思路去治理，并没有强调全过程的综合治理，这种思路治理的结果可能是废弃物累积性危害的爆发。目前的政策主要是废弃物的治理性和限制性的政策，标准和准则不全面，不统一，有些标准要求高，缺乏监督管理机制，只“罚”不“奖”，可操作性不强，运行成本超过相关责任人的承担负荷，执法人员执行难度大，导致政策落实难。此外，还没有一套完整的有关农业废弃物利用的专门法律或法规，而且针对不同地域和不同类型的农业废弃物也没有相应的废弃物管理办法，更谈不上系统的监测、监管、预测、预警体系。因此，我国急需要制定出相关的法律和法规来规范废弃物的资源化利用。
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第二章 农作物秸秆资源化利用循环模式与技术
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第一节 农作物秸秆种类
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(一)稻草
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水稻收获后剩下的茎叶称之为稻草（rice straw），其营养价值很低，但是数量非常大。据统计，我国的稻草产量为1.88亿t。稻草中粗蛋白的含量为3%～5%，粗脂肪含量为1%左右，粗纤维为35%，粗灰分相比之下含量较高，大约为17%，其中，硅酸盐所占的比例较大，除此之外，钙磷的含量则比较低，分别为0.29%和0.07%，远低于家畜的生长和繁殖需要。据测定，稻草的产奶净能为3.39～4.43 MJ/kg，增重净能为0.21～7.32 MJ/kg。为提高稻草的饲用价值，除了添加矿物质和能量饲料外，还应对稻草进行氨化、碱化处理。经氨化处理后，稻草的含氮量可增加一倍，并且，其中的氮消化率可提高20%～40%，另外，消化能也可提高15%～30%。相关研究表明，牛对稻草的消化率为50%左右。研究表明，稻草的营养价值受收割时期的影响较大，如表2-1。
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表2-1 不同时期收割稻草的营养价值
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(二)玉米秸
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玉米秸的特点为外皮光滑、质地坚硬，一般作为反刍动物的饲料，反刍动物对玉米秸粗纤维的消化率在65%左右，对无氮浸出物的消化率在60%左右。玉米秸青绿时，胡萝卜素的含量约为3～7 mg/kg。据测定，玉米秸秆干物质中含有4.9%的粗蛋白质，0.9%的粗脂肪，37.8%的粗纤维，48.0%的无氮浸出物，其产奶净能为4.22 MJ/kg。
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生长期短的夏播玉米秸，比生长期长的春播玉米秸所含的粗纤维少，比较容易消化。同一株玉米，上部比下部的营养价值高，叶片比茎秆的营养价值高，反刍动物如牛、羊等喜欢食用，玉米秸的营养价值高于玉米芯，而和玉米苞叶的营养价值相似。为了提高玉米秸的饲用价值，一方面可以在果穗收获前，在植株的果穗上方留下一片叶后，削取上梢食用，也可以制成干草或青贮料。此外，割取青稍由于改善了通风和光照条件，所以，不会影响籽实产量。另一方面，收获后立即将全株分成上半株或上2/3株切碎直接饲喂或调制成青贮饲料。
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试验表明，玉米在收获前7～10 d削去上梢，不但不会影响籽实的产量，反而由于通风效果改善，促进玉米提早3～4 d成熟。用上梢制成的青贮料营养价值较高，含蛋白质、维生素比较多，可以在冬季饲喂产奶母畜或幼畜。
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表2-2 不同时期收割玉米秸秆的营养价值
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(三)麦秸
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麦秸的营养价值因其品种、生长期的不同而有所区别，常用的有小麦秸、大麦秸以及燕麦秸。小麦秸的粗纤维含量比较高，并且含有硅酸盐和蜡质，适口性差，营养价值比较低，小麦秸秆干物质中粗蛋白质含量为3.4%，粗纤维含量为38.3%，粗脂肪含量为0.6%，无氮浸出物含量为49.8%，其增重净能为0.04 MJ/kg，产奶净能为4.02 MJ/kg。小麦秸主要用于饲喂牛羊等反刍动物，经氨化或碱化处理后效果更明显。大麦秸的产量比小麦秸低，但与小麦秸相比，适口性和粗蛋白质都比较高，适用于作为反刍动物的饲料。大麦秸秆中含有5.5%的粗蛋白质，1.8%的粗脂肪，44.7%的粗纤维，其产奶净能为4.08 MJ/kg。在麦类秸秆中，与其他两种相比，燕麦秸是饲用价值最好的一种，其对牛的消化能可达9.17 MJ/kg，产奶净能为3.75～4.51 MJ/kg，其中，粗蛋白质含量为7.5%，粗纤维含量为28.4%，粗脂肪含量为2.4%。
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图2-1 秸秆收割（图片来源安徽农网—夏收夏种专题）
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(四)豆秸
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豆秸包括大豆秸、豌豆秸和蚕豆秸等。由于豆科作物成熟后大部分叶子都凋落，所以豆秸主要以茎秆为主，茎已木质化，质地比较坚硬，维生素和蛋白质都减少，但是，与禾本科秸秆相比较，其中的粗蛋白质含量和消化率均较高。在各类豆秸中，豌豆秸的营养价值最高，但是新豌豆秸水分较多，容易腐败变黑，需要及时晒干后贮存起来。在利用豆秸类饲料时，需要很好地加工调制，搭配其他精粗饲料混合饲喂。风干大豆茎对牛的消化能为6.82 MJ/kg，产奶净能为3.76 MJ/kg，粗纤维含量为38.3%，粗脂肪含量为0.9%，粗蛋白质含量为5.1%。
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(五)谷草
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谷草（millet straw）即粟的秸秆，它的质地柔软厚实，适口性好，营养价值高。在各类禾本科秸秆中，以谷草的品质最好，切碎喂给牛、羊，与野干草混合饲喂，效果更好。其干物质中粗蛋白质的含量为5.0%，粗脂肪含量为1.3%，粗纤维含量为35.9%，产奶净能为4.62 MJ/kg。
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(六)高粱秸秆
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高粱秸秆与玉米秸秆中所含有的营养物质相似，只是高粱芽、高粱苗中含有氢氰酸，有较大的毒性，必须在收割高粱的同时把秸秆割倒利用，一旦出现侧芽就有毒了。由于高粱秸秆比较坚硬，所以在使用时，应该切碎或者揉碎。
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(七)甘薯秧
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新鲜收获的甘薯秧体积大，水分、粗纤维含量高，不易储存，利用率低，但甘薯秧经半干青贮和微贮以后，质地柔软，气味芳香，适口性大大改善，能够提高奶牛的采食量。有报道，经处理后微贮组粗蛋白质比对照组提高63.4%，粗脂肪和灰分处理前后无明显变化，粗纤维经处理后大大降低，青贮组和微贮组分别比对照组降低72.6%和65.3%，表明经青贮和微贮处理后，乳酸菌和高效活微生物复合菌剂可破坏甘薯秧细胞壁结构，为瘤胃微生物利用粗纤维创造了有利条件，并将甘薯秧中的纤维素、半纤维素、糖转化为挥发性脂肪酸，促进了粗纤维的吸收利用。
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表2-3 部分秸秆饲料营养成分与营养价值（占干物质）
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第二节 秸秆循环利用模式与技术
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一、秸秆肥料化技术
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在我国作物秸秆是最易获取的有机资源，对其进行充分有效利用是进行土壤改良、培肥地力最经济、最简单、最可行的方法。秸秆还田不仅具有减少土壤水分蒸发，保墒蓄水，调节地温的效果，而且具有改善土壤结构，提高土壤肥力，防治水土流失等综合效应。在当前的农业生产中，秸秆还田方式较为简单，人为调控手段单一，稻秆的土壤改良效果、养分的释放主要依靠秸秆的自然分解过程。这种秸秆还田具有盲目性，周期长，利用效率低等缺点。因此，如何减少稻秆还田带来的不利影响，积极探索研究秸秆还田新方式，研发一种具有保水、保肥、促根壮苗、改善土壤结构等多功能性、环保性于一体的改良剂是进行土壤改良、修复和维护的客观需要，已经成为农业可持续发展领域的重大课题。
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秸秆肥料化中比较常见的做法有直接还田、焚烧还田、堆沤还田和过腹还田（赵连有，2007；罗岚，2008；胡俊梅，2010；孙永明，2005）。直接还田是在作物收获同时对秸秆进行粉碎，铺撒在田地中，经翻埋后秸秆逐渐腐烂，从而增加土壤有机质，秸秆的养分保留在土壤中。缺点是存在于秸秆中的病虫卵不能够得到有效处理，容易引发病虫害等。焚烧还田是指秸秆焚烧后将得到的草木灰施加到田地中，其中含有丰富的磷、钾、钙等无机盐，能够提高土壤养分。缺点是秸秆焚烧后产生的环境污染较大，同时氮素流失严重，而且目前国家已经明确禁止露天焚烧秸秆。过腹还田是对秸秆的二次利用，秸秆经过牲畜消化后，部分营养物质被吸收，将牲畜粪便施入土壤中，可以大量提高土壤有机质、腐殖质，并改变土壤的理化性质。秸秆在分解过程中产生的腐殖酸具有胶体特征，与土壤中的钙、镁离子结合可形成稳定团粒结构，提髙土壤保肥性、缓冲性、耕性等理化特性。稻秆的腐解速率受土壤水分、温度、微生物、土壤质地等因素影响，规律较为复杂，其腐解总特征为前期快，后期慢，且秸秆的腐解过程主要集中在前8周之内。
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秸秆肥料化生产是通过一定的技术手段，控制一定的条件，在工厂中实现秸秆腐烂分解和稳定，最终将其转化为商品肥料的一种生产方式，其产品一般主要包括精制有机肥和有机—无机复混肥的两种产品。
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利用秸秆等农业有机原料进行肥料化生产的有机肥或有机—无机复混肥产品在改良土壤性质、改善农产品品质、提高农产品产量和减少环境污染方面具有重要的意义和显著的效果。秸秆肥料化生产的产品有增加土壤有机质、氮、磷、钾和各种微量元素的含量，减小土壤的容重和增加总空隙度，保持作物持续增产等作用，是解决化肥大量投入使土壤的理化性质变差，且影响作物的品质以及产量的可持续性提高的问题的重要途径。利用秸秆等农业有机原料进行肥料化生产的产品还可以改善土壤中各种微生物的组成和数量。
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作物秸秆本身养分不均衡、含量偏低和不易腐熟，常常需配合养殖场产生的畜禽粪便、生活垃圾、污水处理厂产生的污泥等物料来共同进行肥料化生产，且需添加一些专用的菌剂。秸秆用量要依据其他物料的养分含量、含水率等进行调节，加入经过粉碎加工的秸秆可以有效的改善发酵物料的碳氮比和含水量，从而利于接种的菌剂发挥作用。
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精制有机肥一般由农作物秸秆或禽畜粪便经腐熟、发酵、灭菌、混拌、粉碎等工艺加工而成，其原料多为农业废弃物，其主要功能成分有机物的含量多在50%以上，主要用于有机食品和绿色食品生产。有机—无机复混肥则是指在生产无机复混肥料过程中，加入一定量有机质而制成的肥料，其产品中既含有大量元素，又含有有机质。
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精制有机肥的生产方法主要有条垛式堆肥、槽式堆肥和反应器式堆肥等几种形式，它们各有优缺点，需要根据企业当地的具体情况加以选择，但它们的生产工艺流程基本相同（图2-2）。
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图2-2 精制有机肥生产的工艺流程（引自田雁飞，2010）
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有机—无机复混肥的生产工艺有两个阶段，一个是有机肥的生产阶段，另一个就是有机肥和无机肥的混合造粒阶段。有机肥的生产阶段与精制有机肥的生产相同，秸秆等物料也需要通过高温快速堆肥处理而成为成品有机肥，造粒阶段的流程主要包括有机肥和无机肥的混合、混合料的造粒、颗粒的筛分、产品的包装等几个步骤。
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二、秸秆饲料化技术
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(一)秸秆青贮技术
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1.制作方法
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青贮的方式有很多种，根据饲养规模，地理位置，经济条件和饲养习惯可分为：窖贮、袋贮、包贮、池贮和塔贮，也可在平面上堆积青贮等。
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窖贮是一种最常见、最理想的青贮方式。虽一次性投资大些，但窖坚固耐用，使用年限长，可常年制作，贮藏量大，青贮的饲料质量有保证。根据地势及地下水位的高低可将青贮窖分为：地下、地上和半地下三种形式。
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图2-3 青贮玉米收切割
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图2-4 青贮玉米入窖（图片来源360图片青贮制作图片）
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图2-5 制作完成青贮
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（1）选址：一般要在地势较高、地下水位较低、背风向阳、土质坚实、离饲舍较近、制作和取用青贮饲料方便的地方。
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（2）窖的形状与大小：窖的形状一般为长方形。青贮窖四壁要平整光滑，最好用砖或石头垒砌，再用水泥抹上；也可砌成土窖，但底面和四周要用水泥抹面，或全部用塑料薄膜铺面，一定要注意防止渗水和漏气。要能够密封，防止空气进入，且有利于饲草的装填压实。窖底部从一端到另一端须有一定的坡度，或一端建成锅底形，以便排除多余的汁液。
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包贮是一种利用机械设备完成秸秆或饲料青贮的方法，是在传统青贮的基础上研究开发的一种新型饲草料青贮技术。将粉碎好的青贮原料用打捆机进行高密度压实打捆，然后通过裹包机用拉伸膜包裹起来，从而创造一个厌氧的发酵环境，最终完成乳酸发酵过程。这种青贮方式已被欧洲各国、美国和日本等世界发达国家广泛认可和使用，在我国有些地区也已经开始尝试使用这种青贮方式，并逐渐把它商品化。除了青贮饲料的一般优点，包贮还有以下优点：制作不受时间、地点的限制，不受存放地点的限制；封闭性比较好，通过汁液损失的营养物质也较少，而且不存在二次发酵的现象；运输和使用都比较方便，有利于它的商品化。
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堆贮适用于养殖规模较小的农户，如养奶牛3～5头或者养羊20～50只，可以采用这种方式。特点是使用期较短，成本低，一次性劳动量投入较小。制作的时候需要注意青贮原料的含水量（一般要求在65%左右），要压实，要密闭。这些都会直接影响青贮料的品质。
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2.采收时间
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优质的青贮原料是调制优质青贮饲料的物质基础。青贮饲料的营养价值，除与原料的种类和品种有关外，还受收割时期的直接影响。适时收割能获得较高的收获量和优质的营养价值（注意保持植株的新鲜和清洁，收后防暴晒和堆压发热）。
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以玉米为例一般指玉米在乳熟后期至蜡熟前期收获，期间含水量应控制在65%～70%为宜。如果含水量过高，应在切碎前进行短时间晾晒，除去多余的水分。
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青贮玉米乳熟中期鲜产量最高，随着籽粒灌浆和成熟度的提高，全株鲜产量及蛋白质含量有所下降，但乳熟后期至蜡熟前期（即四分之一乳线）全株具有较高的干物质和蛋白质总量，具有适宜青贮的最佳含水量，其青贮后中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）的含量最低，此时消化率最高。
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3.制作注意事项
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制作青贮料的技术关键是为乳酸菌的繁衍提供必要条件：
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一是在调制过程中，原料要尽量铡短，装窖时踩紧压实，以尽量排除窖内的空气。二是原料中的含水量在75%左右（即用手刚能拧出水而不能下滴时），最适于乳酸菌的繁殖。青贮时应根据玉米秸的青绿程度决定是否需要洒水。三是原料要含有一定量的糖分，一般玉米秸秆的含糖量符合要求。
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青贮饲料制作成败的关键：一是原料要有一定的含水量。一般制作青贮的原料水分含量应保持在65%～70%，低于或高于这个含水量，均不易青贮。水分高了要加糠吸水，水分低了要加水。二是原料要有一定的糖分含量。一般要求原料含糖量不得低于2%。三是青贮过程要快。缩短青贮时间最有效的办法是快，一般小型养殖场青贮过程应在3 d内完成。这样就要求做到：快收、快运、快切、快装、快踏、快封。四是压实。在装窖时一定要将青贮料压实，尽量排出料内空气，不要忽略边角地带，尽可能地创造厌氧环境。五是密封。青贮容器不能漏水、露气。一定要注意后天的维护工作。
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4.青贮营养价值及使用方法
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合理利用青贮饲料。一般情况下，青贮饲料经过30～45 d的封存即可完成发酵过程，可以开始取用。青贮饲料质量是好是坏，能不能饲用，可以从气味、颜色、触感三方面来判定。一般品质良好的青贮料具有酸香味，呈青绿色或黄绿色，拿在手上感觉松散，质地柔软，略带湿润。
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表2-4 全株玉米青贮营养价值表
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全株玉米青贮是在总营养成分最高的乳熟期至蜡熟期一次收获，利用了秸秆和籽实的营养，是仅利用籽实的粮用玉米营养价值的2倍，比青饲用玉米的营养价值更高。全株玉米秸秆经青贮后，最大限度地保持了作物中较高的蛋白质和能量含量，作为奶牛的粗饲料，消化率可提高12.4%，达到60%～70%，泌乳量增加7.5%，每天可节约精饲料15%左右。
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乳熟期的玉米青贮，粗蛋白含量仅有6%～8%（干物质量），为提高青贮玉米的适口性和蛋白含量，可在制作青贮时添加食盐或尿素。食盐添加量为全株玉米的0.1%～0.15%，尿素为0.3%～0.5%，直接撒入或溶水后喷洒均可，但要均匀，否则易造成奶牛中毒。
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青贮玉米收获后及时切碎加工，青贮窖装填后经40～45 d左右贮藏发酵后即可随时取出饲喂。青贮玉米的喂量一般为每头奶牛每天15～20 kg，优良的青贮奶牛的利用率达70%～80%。但因青贮玉米pH仅4.0左右，日粮中应添加1%碳酸氢钠，防止瘤胃酸中毒。
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表2-5 玉米秸秆青贮营养价值表
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玉米秸秆中的粗纤维和木质素是畜禽难以消化吸收的部分。因此，提高秸秆饲料的利用率，必须改变其生物形态学特点和化学结构，主要有物理方法、化学方法和生物方法等。物理方法是对秸秆进行切短、压扁、浸泡、粉碎、粒化、蒸煮和热喷等处理，不会改变秸秆的化学成分，只是减弱或破坏秸秆的物理特性，使秸秆的纤维组织得到充分破坏，使覆盖纤维素的木质素松散并细化，有利于畜禽肠道中细菌分泌的酶有更多的机会与之接触；利用揉搓机将秸秆揉搓成丝状，揉搓较之切短具有使采食量大大增加消化率大大提高且不会刺伤肉牛的食道等优点，因为揉搓同时还能软化秸秆。
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饲用注意事项：
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（1）取料应从一角开始，自上而下，取用量以满足当天采食为准，用多少取多少，以保证青贮料新鲜，取后仍要注意密封。
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（2）开始饲喂时家畜不大喜欢吃，要进行调教。可以在饲喂青贮料前让牛羊饿上一两顿等其饥饿时再喂，也可以在青贮料上面撒一些牛羊比较喜欢吃的草料，让牛羊慢慢适应其气味。
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（3）喂量要由少到多，逐渐增加，一般情况下每头牛最多每天采食20 kg，羊3～5 kg。
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（4）不可单喂青贮料，应与牧草或与其他干草搭配饲喂。
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（5）冬季如果青贮饲料结冰，应融化后再喂。
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(二)秸秆氨化技术
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1.制作方法
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我国采用较多的氨化方法：堆垛法、池窖和氨化炉法，有的地方还利用塑料袋或大缸进行氨化，每种方法可利用不同的氨源进行氨化。
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将秸秆饲料切成2～3 cm长的小段（堆垛法除外），以密闭的塑料薄膜或氨化窖等为容器，以液氨、氨水、尿素、碳酸氢铵中的任何一种氮化合物为氮源，使用占风干秸秆饲料重2%～3%的氨，使秸秆的含水量达到20%～30%，在外界温度为20～30 ℃的条件下处理7～14 d，外界温度为0～10 ℃时处理28～56 d，外界温度为10～20 ℃时处理14～28 d，30 ℃以上时处理5～7d，使秸秆饲料变软变香。此法加工调制的秸秆饲料适口性和营养价值显著提高，特别是粗蛋白质的含量有所增加。
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选择地势较高、贮取方便、便于管理的地方建池。池的大小可根据需要确定。可选用尿素氨化剂。将尿素按要求配成溶液，分数次喷洒在秸秆上拌匀，边装池边压实，装满后用薄膜覆盖密封，再用镇压物压好。
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2.注意事项
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氨化的秸秆在饲喂牲畜之前应进行品质鉴定，一般来说，经氨化的秸秆颜色应为杏黄色（氨化的玉米秸秆为褐色），质地变软，释放余氨后，气味糊香。如果氨化秸秆变为白、灰色，发黏或结块等，说明秸秆已经霉变，不能再饲喂牲畜。如果氨化秸秆的颜色同氨化前基本一样，虽然可以饲喂，但说明没有氨化好。
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(三)秸秆微贮存技术
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1.制作方法
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秸秆微贮技术通过加入微生物秸秆发酵剂，在密闭的厌氧条件下，促进秸秆纤维素，半纤维素和木质素的分解，改善秸秆的适口性，提高其消化率，并增加营养。农乐微生物秸秆发酵剂处理农作物秸秆，具有产量高、成本低、增重快，无毒害等特点，可以作为一种处理秸秆的新技术，生产的饲料广泛应用于草食家畜的饲养。这一技术的成功应用，为我国农区作物秸秆的有效利用和发展农区畜牧业，又开辟了一条新的途径。
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秸秆微贮养牛饲料的原料配比是：每1500 kg作物秸秆（含水量在15%以下）加入约1000 kg水，加入120 g农乐微生物秸秆发酵剂。将原料混合均匀，装入微贮窖中，封闭好，在10～40 ℃的温度条件下，进行发酵。其流程如下：
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选取秸秆→切短→装窖→压实→密封→出窖→饲喂→微生物秸秆发酵剂→活化→喷洒。
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2.注意事项
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（1）封窖后要及时进行检查，防止踩压，防止深陷，如出现裂缝或漏洞，应及时封堵以防漏水漏气。
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（2）开窖时，应从窖的一端开始，揭开塑料薄膜，由上至下逐段垂直取用。用完后用塑料薄膜封盖好，切忌全部揭开塑料薄膜，否则，会有大量的空气进入窖内，容易引起二次发酵，使秸秆发生腐烂变质。
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(四)秸秆饲料压块技术
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粗饲料压块机可将秸秆、饲草压制成高密度饼块，可大大减少运输与贮藏空间。若与烘干设备配套使用，可压制新鲜牧草，保持其营养成分不变，并能防止霉变。
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秸秆压块饲料的优点：
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（1）可以将时令性饲草加工成可储存的四季饲草。春冬季，各地牧草和农作物秸秆短缺，且所含营养成分少，牲畜普遍缺草；而到了夏秋季，各种农作物秸秆及牧草资源极为丰富，却不能有效的利用。因此通过机械手段将这些秸秆及牧草资源加工成压块饲料，使之成为可以长期储存的四季饲料，是解决这一矛盾最好的方式。
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（2）可以实现牧草/秸秆的异地转化。我国秸秆和牧草资源分布不均衡，北部与西部资源丰富，而东部与南部资源稀少，且东部与南部的牲畜存栏量每年递增，缺草严重，压块饲料技术可以将普通的牧草/秸秆高温压缩，密度是原来的15～20倍，使之成为可以远途运输的商品，从而使实现异地转化成为可能。
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（3）可以有效的解决我国目前存在的“人畜争粮”局面。目前我国粮食和牧草产量不足，已形成“人畜争粮”的局面，饲料已成为制约畜牧业发展的主要瓶颈，如何开发利用6亿多t的农作物秸秆资源，就成为加快发展畜牧业、解决牛羊等草食牲畜优质饲草不足矛盾的主要途径。对秸秆资源高效合理加工利用技术的研究开发，又将是实现秸秆饲料资源化、工厂化、规模化高效利用的重要技术支撑。
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（4）可以增加普通秸秆的适口性和采食率，增强饲喂效果。普通秸秆经过机械化压块加工后由生喂变熟食适口性提高，采食率达100%，易消化吸收；饲喂方便，便于机械化喂养；营养水平有所提高。
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(五)秸秆草粉制作技术
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秸秆粉碎成草粉，经发酵后饲喂牛、羊，能作为饲料代替青干草调剂淡旺季的余缺，且喂饲效果较好。
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(六)秸秆揉搓加工技术
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揉搓技术就是通过对秸秆的精细加工，使之成为柔软的丝状物，其质地松软，能提高牲畜的适口性、采食率和消化率。
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三、秸秆能源化技术
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（一）秸秆沼气（生物气化）技术
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秸秆沼气（生物气化）技术是指以秸秆为主要原料，经微生物发酵作用生产沼气和有机肥料的技术。作物秸秆是一种富含有机质（80%～90%）的生物质能源。沼气发酵工程可以将有机质在厌氧微生物的作用下产生一种可替代化石能源的清洁能源——沼气，而且生产的沼渣沼液可制成生态肥料产品，促进无公害生态农业的可持续发展，产生良好的经济和社会效益。该技术充分利用稻草、玉米等秸秆原料，有效地解决了沼气推广过程中人畜粪便原料不足的问题，并能使不养猪的农户也能用上沼气这种清洁能源（肖伟，2012）。秸秆入池产气后剩余的沼渣是很好的肥料，可作为有机肥料还田（即过池还田），进一步提高了秸秆资源的利用效率。
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秸秆沼气技术分为户用秸秆沼气和秸秆沼气集中供气两种形式。秸秆产沼气按处理工艺可分为干法和湿法发酵两类（郭萃萍，2012），目前在原料预处理、反应器结构、反应器接种、发酵条件控制和发酵过程相分离等方面均取得可喜进展。通过研究农作物秸秆厌氧发酵及沼肥生产技术，提高农作物秸秆干发酵的转化效率，实现农作物秸秆厌氧发酵转换技术的规模化和沼肥生产技术的产业化。
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（1）秸秆预处理。
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原料准备。将新鲜未打农药的稻草、玉米秆、花生秧等农作物秸秆晒干，运至沼气池边上宽敞处备用。
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秸秆粉碎、预湿。用铡草机将秸秆铡成3～5cm长（玉米秆等茎秆粗大的秸秆则需用具有揉搓功能的秸秆揉搓机粉碎），然后加水预湿，最好能加些人畜粪便，以利加速升温。
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拌料。将秸秆预处理复合菌剂和碳酸氢铵分层均匀撤到已润湿的秸秆上，边翻、边撒、边补充水分，将秸秆、绿秸灵和碳酸氢铵充分拌和，一般需拌和两次使之混合均匀，加水，以地面无积水、用手捏紧有少量水滴下为宜（含水量65%～70%）。
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堆沤。将拌匀的秸秆进行堆沤。用棍棒在堆中间插若干通气孔。料堆用塑料布覆盖，防止水分蒸发和下雨淋湿，塑料布在草堆边要留有空隙，以便透气。当秸秆软化变成黑褐色并长有白色菌丝时即可入池。
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（2）原料入池。打开沼气池活动盖，将堆制好的秸秆投入沼气池中，趁热进完。池内没有接种物的，进料过程中将用水溶解的碳酸氢铵及接种物分层加入。
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（3）沼气池启动及管理。池体封口后3～6 d，开始产气。前2 d产生的气体甲烷含量低，必须进行放气。放气2～3 d后开始试火，直至能正常燃烧，之后即可正常使用。
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（4）补料及出料。使用较长时间后，产气量下降，除进行循环搅拌外，亦可适当补料。人粪和猪、牛等畜禽粪便仍可正常入池，起到补料作用。
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(二)秸秆固化成型技术
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秸秆的基本组织是纤维素、半纤维素和木质素，它们通常在200～300 ℃下软化，将其粉碎后，添加适量的黏结剂和水混合，施加一定的压力使其固化成型，即得到棒状或颗粒状“秸秆炭”，若再利用炭化炉可将其进一步加工处理成为具有一定机械强度的“生物煤”（石磊，2005）。
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因此，秸秆固化成型技术是指在一定温度和压力作用下，将农作物秸秆压缩为棒状、块状或颗粒状等成型燃料的技术。秸秆成型后，体积缩小6～8倍，密度为1.1～1.4 t/m3，能源密度相当于中质烟煤，燃烧特性明显得到改善，使用时火力持久，炉膛温度高。秸秆固化后，可以有效地提高运输和储存能力，扩大应用范围。秸秆成型燃料既可代替木材、煤炭为农村居民提供炊事或取暖用能，也可以用在城市中，作为锅炉燃料，替代天然气、燃油（庹洪章，2009）。
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秸秆固化成型技术的优点有：①制作工艺简单，可加工成多种形状规格，体积小，贮运方便；②品位较高，利用率可提高到40%左右；③使用方便，干净卫生，燃烧时污染极小；④除民用和烧锅炉外，还可用于热解气化产煤气、生产活性炭和各类“成型”炭。
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(三)秸秆热解气化技术
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秸秆气化是高品位利用秸秆资源的一种生物能转化方式。秸秆热解气化技术是以农作物秸秆、稻壳、木屑、树枝以及农村有机废弃物等为原料，在气化炉中，通过控制燃烧，使之产生含一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体。秸秆气化集中输供系统通常由秸秆原料处理装置、气化机组、燃气输配系统、燃气管网和用户燃气系统等五部分组成，供气半径一般在1 km之内，可供百余户农民用气。目前有户用秸秆气化炉和以居民小区、村为单位集中供气的秸秆气化站。但也有显著的缺点：由于气化炉与灶直接相连，生物质燃气未得到任何净化处理，因而灶具上连接管及气化炉都有焦油渗出，卫生很差，且易堵塞连接管及灶具；因气化炉较小，气化条件不易控制，产出气体中可燃气成分质量不稳，并且不连续，影响燃用，甚至有安全问题；从点火至产气需要有一定的启动时间，增加了劳动时间，而且该段时间内烟气排放也是个问题。
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(四)秸秆干馏
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秸秆干馏是指利用限氧自热式热解工艺和热解气体回收工艺，将秸秆在一个系统上转化为生物质炭、燃气、焦油和木醋酸等多种产品。由于秸秆炭化与传统的木炭烧制法不同，它以机械加工为主要手段，因而秸秆木炭又被称为机制秸秆木炭或机制木炭。由于秸秆炭化拓展了木炭生产的原料来源，所以有人把以秸秆、木材等生物质为原料通过机械干馏而制取的木炭统称为生物质木炭，简称为生物炭。生物质炭和燃气可作为农户或工业用户的生产生活燃料，焦油和木醋酸可深加工为化工产品。该项技术实现了秸秆资源的高效利用，适用于小规模、多网点建设，集中深加工的方式发展。
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(五)秸秆直接燃烧发电技术
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秸秆直接燃烧发电技术是指秸秆在锅炉中直接燃烧，释放出来的热量通常用来产生高压蒸汽，使高压蒸汽在汽轮机中膨胀做功，转化为机械能驱动发电机发电。
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(六)秸秆直燃供热技术
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作为传统的能量转换方式，直接燃烧具有经济方便、成本低廉、易于推广的特点，可在秸秆主产区为中小型企业、政府机关、中小学校和相对比较集中的乡镇居民提供生产、生活热水和用于冬季采暖。
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四、秸秆原料化技术
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(一)生产可降解的包装材料
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用麦秸、稻草、玉米秸等生产出的可降解型包装材料，如保鲜膜、一次性餐具、果蔬内包装衬垫等，具有安全卫生、体小质轻、无毒、无臭、通气性好等特点，同时又有一定的柔韧性和强度，制造成本与发泡塑料相当，而大大低于纸制品和木制品。在自然环境中，一个月左右即可全部降解成有机肥。
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(二)建筑装饰材料
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将粉碎后的秸秆按一定比例加入黏合剂、阻燃剂和其他配料，进行机械搅拌、挤压成型、恒温固化，可制得高质量的轻质建材，如秸秆轻体板、轻型墙体隔板、黏土砖、蜂窝芯复合轻质板等，成本低、重量轻、美观大方，且生产过程中无污染。
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目前已经有人以稻麦秸秆为原料，以不含甲醛的异氰酸酯为胶黏剂，通过切草、粉碎、干燥、拌胶、铺装、预压、热压和后处理等工序，制成无甲醛释放的稻麦秸秆板，产品质量达到国家标准的要求，可用于家具制造和室内装修等。
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(三)秸秆造纸
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稻麦秸秆是造纸工业的重要原料之一，其纤维组织结构强，可作为木材的替代品。我国以农作物秸秆为原料生产纸浆占总纸浆的比例约为30%，并有扩大的趋势。因此，大量应用稻麦秸秆造纸，可减少森林的砍伐，增加绿色覆盖面积，减少了水土流失，是秸秆综合利用的途径之一。
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(四)生产工业原料
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玉米秸、豆荚皮、稻草、麦秸、谷类秕壳等经过加工所制取的淀粉，不仅能制作多种食品与糕点，还能酿醋酿酒、制作饴糖等。
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五、秸秆食用菌技术
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秸秆富含食用菌（供人类食用的大型真菌）所必需的碳源（单糖、双糖、半纤维素、纤维素、木质素等）、氮源（蛋白质、氨基酸、尿素、硫酸铵等）、矿物质（钾、钙、磷、镁、铁、硫、硼等）、维生素（B1等）等营养物质，以其为原料，结合粪肥以及少量的化肥，根据生产配方制成食用菌培养基，不仅可用于养殖双孢菇、草菇、鸡腿菇、白灵菇、杏鲍菇等草腐菌，而且可以全部或部分替代木材养殖平菇、香菇、滑子菇、金针菇、银耳、猴头菇、黑木耳、真姬菇、灵芝等木腐菇。
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图2-6 利用秸秆菌菇种植（图片来源星沙新闻网）
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适宜于食用菌养殖的秸秆与适宜于工业加工的秸秆种类基本一致，总资源量约为58900万t，占全国可收集利用秸秆总量的90%以上。目前，食用菌养殖利用较多的秸秆主要有稻草、稻壳、玉米芯、棉壳、花生壳、油菜壳、麦秸等。
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六、小结
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我国是农业大国，农作物秸秆具有产量大、分布广、种类多的特点。但是目前秸秆随意抛弃、焚烧现象越来越严重，由此就带来一系列环境问题。据统计，2010年全国秸秆理论资源量为8.4亿t，可收集资源量约为7亿t。2010年，秸秆综合利用率达到70.6%，利用量约5亿t。其中，作为饲料使用量约2.18亿t，占31.9%；作为肥料使用量约1.07亿t（不含根茬还田，根茬还田量约1.58亿t），占15.6%；作为种植食用菌基料量约0.18亿t，占2.6%；作为人造板、造纸等工业原料量约0.18亿t，占2.6%；作为燃料使用量（含农户传统炊事取暖、秸秆新型能源化利用）约1.22亿t，占17.8%，秸秆综合利用取得明显成效。
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我国秸秆开发利用的总体趋势具体体现在“四个增加”“两个减少”“一个替代”。“四个增加”：一是秸秆新能源开发利用量增加；二是秸秆饲用量增加；三是秸秆工业加工利用量增加；四是秸秆食用菌种植利用量增加。“两个减少”：一是秸秆废弃和焚烧量减少；二是秸秆直接燃用量减少。“一个替代”是指秸秆过腹还田、秸秆沼肥还田和秸秆过腹沼肥还田逐步替代秸秆直接还田。农作物秸秆等废弃物循环利用，为农户提供了清洁能源、肥料、饲料和原料，减少了温室气体排放量和肥料施用量，防治了病虫害，改善了耕地地力，改善了农居环境，解决了种养业间矛盾，增强了农业发展后劲，提高了农业综合生产能力。归纳起来，秸秆废弃资源循环利用优化模式带来的生态效益主要从节能减排、高效循环、增产增肥等方面体现（毕于运，2010）。
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我国每年各种农产品加工废弃物在2亿t左右。如果农作物秸秆变废为宝，将产生巨大的生态、经济和社会效益。可减少温室气体排放，保护环境，实现农业可持续发展；可有力促进农村经济的发展，有效增加农民收入；可促进调整能源结构、缓解能源资源矛盾。如果只利用农业籽实而抛弃作物秸秆，那么只是开发利用农产品的部分价值，而其余部分的价值就会被白白浪费掉。我国未来应该把开发利用农作物秸秆置于“大资源”战略地位，把一直以来当作废弃物焚烧的秸秆，变成具有多种用途的资源和财富来源。
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农作物秸秆分布在农村，量大面广，如何充分开发利用农作物秸秆对增加农民收入、促进农业可持续发展和农业现代化具有重要意义。因此，我国需要制定明确的促进包括农作物秸秆在内的生物质能开发利用的政策和措施。目前应着力抓好以下要点：其一，积极研发秸秆利用的设备和推广利用技术。像农作物秸秆固体颗粒成型技术和设备，生物质燃烧锅炉技术和设备都已成熟，我国应该加大对生物质固体颗粒技术的支持力度，使其在全国广大地区推广应用。其二，积极研发以农作物秸秆和林业副产物为燃料的小型热电联产发电技术设备。一般是区域性供电的中小型设施，一个秸秆发电厂的燃料收集半径确定在适宜的范围内，以避免燃料供应不足和运输成本提高。根据国外经验，在秸秆电厂的成本中，燃料价格所占比重不超过50%。农作物秸秆发电，是开发新型清洁能源和发展生态农业的事业，政府应该提供金融、税收支持。其三，要制定适当的措施，积极支持农村经纪人或专业合作社，搜集和经营作物秸秆，使他们和农民群众从销售秸秆中得到合理的经济收入，以提高其积极性，从而最大限度地搜集、储存和利用农作物秸秆。其四，要把农作物秸秆开发利用的科研及其实用技术置于重要位置，特别是对急需的秸秆搜集设备、粉碎储存技术、发电技术设备以及利用秸秆生产燃料乙醇技术，加大科研资金的投入（人民日报，2014）。
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第三节 秸秆循环利用模式的物流及能流分析
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一、物质流分析
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(一)物质流循环的五个模式
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1.秸秆饲料与能源循环模式
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秸秆养殖与能源循环型农业模式的主要特征是将秸秆利用与畜牧养殖业、无公害种植、清洁能源生产结合起来，以秸秆作为饲料饲喂畜牧为起点，通过养殖废弃物的资源化利用延伸产业链条，实现秸秆养殖、生态种植与能源生产的相互耦合与和谐共生。
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为了提高秸秆的消化率和适口性，农业科技人员研制出了一系列秸秆处理方法，如青贮等，秸秆经过技术处理后，其营养价值与中等水平的牧草相当，营养成分提高，适口性改善，大大提高秸秆利用，减少了精料的使用量。将秸秆揉丝后变成青贮，黄贮饲料喂牛羊，牛羊粪便等制成沼气用于做饭、照明、生产及取暖。这个模式的特点是结合了秸秆的使用、养殖、无污染种植和清洁能源，通过充分使用秸秆资源，将其作为饲料原料开始，来实现秸秆饲养、生态种植、能源生产的协同发展。这种模式的物质流是：秸秆通过物理、化学、生物方法转变为饲料；畜禽排泄物可以在沼气池中产生甲烷，在发酵室里产生肥料，甲烷可以用来发电或者生活供气，沼气池泥浆用作作物、蔬菜、花卉、果树肥料，并且残留物可以用来培养蚯蚓。
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作物秸秆不仅是传统的有机肥源，而且可以用作草食畜禽重要的饲料来源。循环体系中要实现不同产业之间的物质能量循环，必须重视研究产业之间的接口技术，开发利用秸秆饲料资源，促进节粮型畜牧业发展，是实施秸秆循环发展战略的重要内容，秸秆转换成畜禽饲料后，进入了养殖循环链，形成“秸秆—家畜—食用菌—蛆—家禽—稻田”循环农业模式。农作物秸秆的主要成分是纤维物质和少量的粗蛋白、粗脂肪，这三种成分在干物质中的含量一般在75%～85%、2.5%～8.0%和1.0%～2.5%之间，还有4.5%～10%的粗灰分，其主要成分是硅酸盐，秸秆中矿物质元素本来数量很少的，与硅酸盐等结合一起，很难被动物利用，而且秸秆中的粗纤维细长而坚韧，特别是木质素，致使秸秆适口性差、采食量低。秸秆的这种特殊结构限制了其营养物质的利用率，直接饲喂给家畜的效果很差，但如果对其进行适当合理的加工调制，可使其利用率、适口性、采食量增加，提高饲喂效果。秸秆饲料加工处理的方法大体包括化学法、物理法和生物技术法等。其中，化学方法包括碱化、氨化、酸处理以及复合处理等方法。在化学处理中，从成本、处理效果等判断，以氨化处理和氨碱复合处理为最佳。物理方法有粉碎、铡切或揉搓、浸泡、蒸煮、膨化以及射线照射等方法，其中揉搓、铡切是处理秸秆粗饲料的最简便而又重要的方法之一，但这几种方法的有共同缺点，就是都不能大幅度的提高采食量。生物技术法包括青贮和微贮技术，生物学处理在目前和未来是一种有效的处理方法，青贮在生产中已得到广泛的推广应用。在实际生产中应综合考虑成本、操作难易和环境污染等方面，并结合当地养殖种类、规模和习惯等采取切实可行的方法提高秸秆利用效率。
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2.秸秆生物堆和炭化循环模式
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生物反应堆技术将秸秆制成生态有机肥用于棚菜生产。秸秆生物反应堆技术是采用生物技术，将秸秆转化为作物所需要的二氧化碳、热量矿质元素有机质等，进而获得高产优质无公害的农产品，其技术原理是：在秸秆中加入微生物菌种、催化剂和净化剂，在通氧的条件下定向产生二氧化碳、水热和矿物元素，将在此过程中产生的大量抗病虫的菌孢子通过一定工艺设施提供给作物，使作物更好地生长发育。秸秆生物反应堆技术有内置式和外置式2种方式。秸秆厌氧生物降解也可产生作为燃料的沼气以及产生有机肥，实现农业生态良性循环。
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秸秆炭化原理是：利用炭化炉将秸秆压块并进一步加工处理，生产出可供烧烤等使用的木炭。这种木炭对环境污染较轻，称为“生物煤”。秸秆制炭循环型农业模式的主要特征是将秸秆利用与工业生产、农业种植与清洁能源生产结合起来，以秸秆热解为起点，通过对气、液、固等热解产品的后续开发来延伸产业链条，实现秸秆的资源化利用和价值增值。这种模式多级循环利用的基本路径可简要表述如下：秸秆通过热解气化可转化成固体的生物质炭、秸秆气和木醋液；生物质炭进一步加工成为栽培基质、肥料缓释剂和土壤修复剂用于农业生产，秸秆气可用于发电或给周边农户供气，木醋液可进一步加工成叶面肥或杀虫抗菌剂等农药用于农业生产。其多级循环利用的工艺流程可表示为：秸秆→热解→秸秆气→农户供气（发电自用）；木醋液→叶面微肥（农药）→粮、菜、花、果；生物质炭→碳基肥料（肥料缓释剂）→粮、菜、花、果。
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3.秸秆气化与沼气循环模式
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当前，秸秆能源化技术主要包括秸秆气化集中供气技术、秸秆直燃供热技术、秸秆发酵制沼、发电技术等。秸秆直燃供热技术与传统能量转换方式对比，不仅具有成本低、效益好的特点，同时，也便于推广和应用。但是，秸秆具有疏松、密度小、单位体积的热值低等缺点，因此直接作为燃料使用不方便、效果差，而且适合中国农村特点的、运行费用低于燃煤锅炉的小型秸秆直燃锅炉还待研发，所以，要充分利用秸秆物质能源，就必须要大力发展秸秆固化和气化技术。
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秸秆气化是一种在气化装置内不完全燃烧秸秆以获得有热值的燃气供给技术。秸秆气化过程包括气化—析出—裂解—热解等几个步骤。最后一步热解后的气体和余碳在氧化区与氧化介质中发生燃烧反应，其产生的热量用于维持干燥、热解和下步还原区的吸热反应，燃烧后生成的气体，经过还原区与碳发生反应，可生成CO、H2、CH2等可燃性气体成分，这种混合可燃气体就是秸秆气。玉米秸秆的燃烧值约为标准煤的50%，并且含硫量仅为煤炭的1/3。玉米秸秆纤维素中，碳占绝大部分，玉米秸秆中碳含量约为40%以上，1 kg玉米秸秆经气化可产生2 m3的燃气，而且，气化后的产物是一氧化碳和烃、烷等有机可燃气体，燃烧后无尘、无烟、无污染。农作物秸秆气化的研究和技术研发是为了建立农村生活集中供气系统。集中供气是一种以节约资源为目的生物能源利用系统，通过集中区域内的秸秆资源，统一建立单个或多个大型秸秆气化设备，采用集中制气、集中供气的方法，以管道的形式将秸秆气输送到各家各户以供其使用。秸秆气化经济方便、干净卫生，但是，在实际应用中依然存在投资成本偏高，燃气热值偏低等一系列问题。
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目前，全国已有多处秸秆气化集中供气示范点，但还待技术集成与推广应用。秸秆发酵制沼技术在中国具有悠久的历史，新中国成立以来实施过几次大规模的沼气池建设运动，目前该技术在中国已普遍推广应用。其原理是：秸秆可以直接投入沼气池进行充分发酵，又可以被利用作为牲畜饲料，从而转化成粪便后放入沼气池。目前，由于技术及装备制约，特别是产气量低、维护费用成本高等问题，影响了秸秆被直接作为原料发酵产生沼气。
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4.秸秆与食用菌循环模式
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食用菌产业具有不与农争时、不与人争粮、不与粮争地、不与地争肥的优势。同时，还具有“点草成金，化害为利，变废为宝，无废生产”特点，是由传统的资源浪费型农业转变为高效、生态的新兴产业，是现代有机农业和生态农业循环经济的典范。秸秆食用菌循环型农业模式的主要特征是将秸秆利用与食用菌栽培、养殖业、无公害种植业、清洁能源生产结合起来，以秸秆作为基料用于食用菌栽培为起点，通过菇渣的后续开发利用来延伸产业链条，提升秸秆食用菌产业的附加值，实现经济与生态的有机统一。这种模式多级循环利用的基本路径可以简要表述为：秸秆经过浸泡、消毒和发酵等处理后用作食用菌栽培的基料；秸秆生产食用菌后形成的菇渣可作为菌体蛋白饲料，用于饲养猪等家畜；菇渣也可作为优质的有机肥，在食用菌收完后，通过菌袋直接还田；菇渣还可作为沼气发酵的原料，用于产生沼气，沼气产生后的沼渣、沼液可进一步用于粮、菜、花、果等种植。此外，还可将菇渣用于繁殖蚯蚓，蚯蚓是畜禽和高档水产养殖的优质蛋白饲料，蚯蚓粪可作为有机肥返还农田。其多级循环利用的工艺流程可表示为秸秆→食用菌→菇渣→后续开发→农田（园地）。秸秆食用菌循环型模式菇渣后续开发主要有4条产业链。产业链一：秸秆→食用菌→菇渣→粮、菜、花、果；产业链二：秸秆→食用菌→菇渣→沼气→农户供气（发电自用），沼渣、沼液→粮、菜、花、果；产业链三：秸秆→食用菌→菇渣→蚯蚓养殖→蛋白饲料，蚯蚓粪→粮、菜、花、果；产业链四：秸秆→食用菌→菇渣→家畜养殖→粪便→粮、菜、花、果（高雪松，2010）。
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农作物秸秆含有丰富的纤维素、木质素等，是栽培食用菌的好基料。目前国内利用秸秆作为培养基生产比较食用菌技术已成熟，平均生产1 kg食用菌（平菇、香菇、金针菇）可消耗秸秆1 kg左右，菌渣还可以还田作有机肥料。
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另外，还可利用牛粪、玉米秸秆作培养基，用沼气池产生的沼渣、沼液浇料发酵生产双孢菇，形成良好的农业循环产业链。
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5.秸秆与生物肥料模式
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秸秆中含有丰富的C、N、P、K以及各种微量元素，一般来讲，秸秆作为有机肥料还田后，可以使作物秸秆富集的大量营养元素返回土壤之中，这样不仅可促进作物增产，而且可固碳减排，培肥土壤，促进农业可持续发展。
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秸秆肥料化包括秸秆直接还田、堆沤还田和过腹还田，通过集成秸秆还田机械、生物制剂开发等关键技术，秸秆肥料化取得较好成效。20世纪70年代以来，全国各地进行了大量的秸秆还田研究和生产应用实践，提出了小麦秸秆全程覆盖耕作技术、小麦高留茬秸秆全程覆盖耕作技术、旱地玉米整秸秆全程覆盖耕作技术、华北夏玉米免耕覆盖耕作技术以及机械化免耕覆盖技术，南方稻草直接还田利用模式等，为中国大面积推广应用秸秆还田技术奠定了良好基础。当前，在中国已经大面积推广了稻田保护性耕作技术，推广作物秸秆翻压还田和作物秸秆覆盖还田技术，推广少耕和翻耕秸秆翻压还田、早稻稻草覆盖免耕种植晚稻、晚稻稻草免耕种植春马铃薯、稻草覆盖免耕种植油菜、作物秸秆覆盖节水等技术，促进有机物质循环利用。
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图2-7 秸秆循环利用模式中物流循环综合图（高雪松，2010）
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从研究的层次上来看，物质流分析主要包括了各大产业内部、产业之间的物质流分析物质流分析以及产品的生命周期评价三个部分。这三个层次又可分为输入、贮存与输出三大环节，通过研究三个环节之间的关系，可以有效了解物质进入系统的路径和流动特征。
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（二）秸秆循环利用模式的物流特征
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随着农业的发展，为建立稳定的农田生态系统，人们逐渐认识到必须综合考虑作物、土壤、环境之间的相互作用，通过研究农田生态系统的物质能量循环，寻求最优的区域农田生态系统模式。农田生态系统物质流研究侧重于循环规律和平衡特性，农田生态系统中的物质流循环过程受人类活动的深刻影响，农业的持续发展不能只依靠化肥和能源的投入，还必须将动物排泄物和作物残留物纳入农田的物质再循环利用，通过物质流循环研究，才能使有限的物质得到最大限度的利用。秸秆还田循环利用对土壤理化性质、作物品质及产量均有极大的影响。“粮—（秸秆）—粮”模式、“粮—（秸秆）—食用菌—（菌废料）—粮”与常规的农田生产方式相比，秸秆的循环利用会改变农田生态系统物质流动特征。
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二、养分循环分析
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（一）养分循环特征分析
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农田生态系统主要从以下途径体现出养分循环特征：秸秆、有机肥、化肥、灌溉水、非共生固氮、大气干湿沉降、降雨等养分物质的输入；土壤养分物质的累积变化；养分损失：包括地下水淋溶及地表径流损失、挥发损失；作物籽粒吸收、根茬及秸秆养分含量。不同系统模式下，N、P、K在农田系统中的流动与分布特征有差异。在一般情况下，养分通过不同路径进入到农田生态系统之后，再经过相互转化和移动过程后离开系统，从而构成了农业生态系统中的一个养分循环，而养分的总收入会与总支出之间存在的大小关系，出现不同程度的系统养分平衡状况。研究表明，不同的施肥方式对农田生态系统中N、P、K的运移和循环特征具有一定的影响，特别是对系统内部的作物植株体和土壤养分物质的迁移具有明显的作用。
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水稻生产亚系统：不同施肥管理模式下，农田土壤系统磷（P2O5）和钾（K2O）都有亏缺，而秸秆还田和菌废料还田方式下，土壤养分系统亏缺量明显小于常规施肥管理方式。菌废料还田（FR2和FR3）方式下，土壤养分系统氮素处于盈余状态。表明秸秆和菌废料等有机肥的施用，有助于培肥地力。不同施肥管理模式下，水稻植株（不包括根茬）年吸收氮素在125 kg/hm2以上，磷素（P2O5）的年吸收量在49 kg/hm2以上，钾素的年吸收量在320 kg/hm2以上。各处理水稻秸秆中的钾占植株总吸收钾量的92.6%～94.9%，可见，秸秆回田除增加农田有机质外，还是水稻土钾素的主要补充来源。不同施肥管理模式下，氮、磷、钾在籽粒和秸秆中的分布比例差异不大。菌废料还田下，FR2处理下水稻籽粒及秸秆养分吸收量最高，表明一定量的有机肥施用，提高了水稻氮素吸收并向籽粒转移。
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小麦生产亚系统：不同施肥管理模式下，农田土壤系统氮素有盈余，并且随菌废料施用量的增加其氮素盈余最大，FR3处理是化肥施用方式的4.88倍，说明有机肥的施用是土壤氮素的重要来源。秸秆还田方式下，土壤系统中钾（K2O）有盈余。不同施肥管理模式下，水稻植株（不包括根茬）年吸收氮素在62 kg/hm2以上，秸秆还田方式下氮素的吸收量最高，达112.71 kg/hm2；磷素（P2O5）的年吸收量在44 kg/hm2以上，秸秆还田方式下氮素的吸收量最高，达58.99 kg/hm2；钾素的年吸收量在114 kg/hm2以上，菌废料还田FR2下钾素的吸收量最高，达135.38 kg/hm2。可见秸秆和菌废料还田，有助于提高小麦植株及籽粒养分吸收量。不同施肥管理模式下，氮、磷、钾在籽粒和秸秆中的分布比例差异不大。在“稻—麦”轮作系统中，水稻季养分回田量较少，多数处于亏缺状态；小麦季菌废料还田方式下，养分回田量与作物养分吸收量之比高达0.90～3.11，而其他管理方式都低于0.5，表明有机物质循环再利用对于增加养分还田量以及改善农田系统的物质循环均具有十分显著的作用，是当前农田养分管理的重要手段之一。
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不同施肥管理方式下，作物吸收养分量与农田生态系统养分输入量之比反映了该系统养分利用转化效率。分析表明，“稻—麦”轮作农田生态系统中，三种不同施肥管理模式下，表现出的养分利用转化率均为N
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农田生态系统内的养分再循环比率，是衡量区域农业可持续性的重要指标，农作物残体有机物（包括有机肥）返回到农田的养分量占系统养分总消耗量的比重，可以较为准确地反映农田系统的养分再循环水平。通过将一定数量的秸秆用于直接回田或者菌废料还田（秸秆间接还田），可以促进农田系统的养分再循环，它不仅能为农业再生产提供充足的养分来源，而且也是提升土壤质量，解决单项施肥带来的一系列环境污染问题的有效措施。秸秆全量还田处理（CFS）下，作物消耗的养分，最后全部返还土壤，养分再循环率达到100%。菌废料还田模式，“稻—麦”轮作系统每公顷每年消纳的菌废料量，相当于5.8 hm2农田秸秆间接还田，养分再循环率达到100%。常规施肥模式（CF），只有根茬还田，养分再循环率约为20%。
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（二）养分循环的基本途径
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通常认为，农业生态系统的养分循环主要包括养分支出、收入以及再循环和系统内部流动这四个基本环节。养分收入主要通过施肥（化肥和有机肥）、降雨、种子、灌溉和生物固氮等途径进入系统的养分；养分支出以农产品输出、农作废弃物、地表径流、淋失和挥发损失等途径输出；养分再循环是衡量系统稳定水平的重要指标之一，农田生态系统中又以秸秆的资源化循环利用为主；系统内部养分流动则是指各亚系统间及内部的养分流动。例如，农田种植绿肥，形成林草亚系统和农田亚系统间的养分流动；“猪—沼—果/鱼”循环模式，形成养殖亚系统内部和种植、养殖亚系统间的养分流动。
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（三）养分循环的主要参数
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（1）农业生态系统养分平衡：（养分收入-养分支出）/养分支出×100%。
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（2）养分的循环速率：养分收支总和（它代表一个地区耕作制度，施肥水平及其他影响养分收支的因素。就优化模式而言，总体养分循环的速率通常较快）。
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（3）养分的再循环率：它一般是用有机肥形态返回的养分总量占养分总消耗量的百分数来表示。
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三、能流分析
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能流，能量在生态系统中的流动过程。生命活动需要的能量来源于太阳能。到达地球的太阳能只有很少一部分为光合作用所固定，从而转变为植物体内的化学能。食草动物只能利用植物能量中的一小部分：被摄食的植物大部分被同化，其余部分随粪尿排出体外，被同化的一部分能量又被呼吸作用消耗，剩余部分才用于构成食草动物自身。食肉动物对食草动物能量的利用也大致如此。动物的尸体及其排出物经物理或生物的作用，变成碎屑，碎屑为碎食性生物利用，并流经腐食食物链而到达捕食者体内，这就是生态系统的能流基本过程。此过程说明：①从太阳的辐射能转变为植物的化学能，然后通过食物链，使能量在各级消费者之间流动，这就构成能流。②能流是单向性的，每经过食物链一个环节，能量都剧烈地减少一次，食物链越长，散失能量越多。③由于能量在流动中层层递减，所以需从太阳能中不断补充能量，生态系统才能维持正常功能。
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生态系统的基本功能过程体现为能量的不断流动、转化和物质的不断循环。本部分从能流角度全面评价秸秆循环利用农田生态系统的能值投入产出，揭示系统能流特征以及系统结构与功能，旨在为提高系统能量利用、转换率，探寻最适合当地实际生产情况的秸秆循环利用模式提供依据。
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秸秆循环利用的基本过程表现为物质流的不断循环、养分循环和能量的不断流动、转化。物质循环周期的长短、频率，直接决定了秸秆循环模式产出和能量转化的效率，秸秆循环模式中物质流循环是不完全循环，核心是提高物质利用效率，养分循环充分，减少能量损失，减少物质、能量的无效输出或有害输出。自然资源存量可分为不可再生资源和可再生资源，秸秆属于可再生资源，其循环利用特征也符合可再生资源利用的规律。秸秆资源在利用过程中，需要注重区分资源存量和流量。存量是用以衡量资源在某个时候的总量或者生物量的；流量是存量在一定时间内的变化量，这种变化可能由生物因素和经济因素引起，存量是可以耗竭的。
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第四节 秸秆循环利用模式的特征及效益分析
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一、秸秆循环利用模式的特征
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（一）农作物秸秆循环型农业的主要模式
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1.秸秆养殖与能源循环型农业模式
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秸秆养殖与能源循环型农业模式的主要特征是将秸秆利用与畜牧养殖业、无公害种植、清洁能源生产结合起来，以秸秆作为饲料饲喂牲畜为起点，通过养殖所产生的废弃物资源化利用延伸产业链条，进行生态种植，实现秸秆养殖与能源生产相互耦合与和谐共生。
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这种模式多级循环利用的基本路径可简要表述如下：通过物理、化学或生物方法将秸秆加工成饲料，应用于畜牧养殖；畜牧粪便一方面可以通过厌氧发酵产生沼气，另一方面可以进入发酵车间生产生物有机肥；沼气可用于发电或给周边居民供气，沼液作为沼肥用于粮食、蔬菜、花卉、水果等种植，沼渣用于饲养蚯蚓；沼气发电用于畜牧养殖的饲料加工或加工秸秆固体成型燃料，蚯蚓用于喂养鹅鸭等家禽，生产有机禽蛋；秸秆固体成型燃料一方面可通过与农户交互秸秆的方式，用于家庭取暖和炊事，另一方面可通过市场卖给工业企业或城市集中供暖用户。
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畜牧粪便的后续开发主要包括四条产业链条。链条一：沼气发电→秸秆固体成型燃料→农户炊事供暖（工业锅炉、农产品烘干和集中供暖）→灰分→农田；产业链二：沼液→粮、菜、花、果；产业链三：沼渣→蚯蚓养殖→家禽（水产）养殖→有机禽蛋（水产品），蚯蚓粪（塘泥）→粮、菜、花、果；产业链四：畜牧粪便→复合菌发酵车间→生物有机肥→粮、菜、花、果。
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2.秸秆制炭循环型农业模式
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秸秆制炭循环型农业模式的主要特征是将秸秆利用与工业生产、农业种植与清洁能源生产结合起来，以秸秆的热解为起点，通过对气、液、固等热解产品的后续开发来延伸产业链条，实现秸秆的资源化利用和价值增值。
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这种模式多级循环利用的基本路径可简要表述如下：秸秆通过热解气化转化成固体生物质炭、秸秆气和木醋液；进一步加工生物质炭使其成为栽培基质、肥料缓释剂和土壤修复剂，进而应用于农业生产，秸秆气可用于发电或给周边农户供气，木醋液可进一步加工成叶面肥或杀虫抗菌剂等农药用于农业生产。
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其多级循环利用的工艺流程可表示为：秸秆→热解→秸秆气→农户供气（发电自用）；木醋液→叶面微肥（农药）→粮、菜、花、果；生物质炭→碳基肥料（肥料缓释剂）→粮、菜、花、果。
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3.秸秆沼气循环型农业模式
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秸秆沼气循环型农业模式的主要特征是将秸秆利用与清洁能源生产、生态种植结合起来，以秸秆厌氧发酵产生沼气为起点，通过沼渣、沼液的综合利用来延伸产业链条，实现经济效益和环境效益的统一。
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这种模式多级循环利用的基本路径可简要表述为：秸秆作为发酵原料通过厌氧发酵产生沼气；沼气用于农户供气或发电，沼液作为沼肥用于粮食、蔬菜、花卉、水果等种植，秸秆沼渣可用于基料培养双孢菇，菇渣返还农田。
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其多级循环利用的工艺流程可表示为：秸秆→沼气→农户供气（发电）；沼液→粮、菜、花、果；秸秆沼渣→食用菌→菇渣→粮、菜、花、果。
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4.秸秆食用菌循环型农业模式
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实践证明，利用各类作物秸秆、皮壳等资源作为食用菌生产原料，对于缓解食用菌原料短缺、合理利用农业废弃物、促进农民增收具有重要意义。玉米秸秆作主料栽培双孢蘑菇的高产新技术，生产效率可达35%～48%，产值可达到 30万元/hm2以上，纯收益在22.5万元/hm2以上，具有较好的社会效益和生态效益。
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秸秆食用菌循环型农业模式的主要特征是将秸秆利用与食用菌栽培、养殖业、无公害种植业、清洁能源生产结合起来，以秸秆作为基料用于食用菌栽培为起点，通过菇渣的后续开发利用来延伸产业链条，提升秸秆食用菌产业的附加值，实现经济与生态的有机统一。这种模式多级循环利用的基本路径可以简要表述为：秸秆经过浸泡、消毒和发酵等处理后用作食用菌栽培的基料；秸秆生产食用菌后形成的菇渣可作为菌体蛋白饲料，用于饲养猪等家畜；菇渣也可作为优质的有机肥，在食用菌收完后，通过菌袋直接还田；菇渣还可作为沼气发酵的原料，用于产生沼气，沼气产生后的沼渣、沼液可进一步用于粮、菜、花、果等种植。此外，还可将菇渣用于繁殖蚯蚓，蚯蚓是畜禽和高档水产养殖的优质蛋白饲料，蚯蚓粪可作为有机肥返还农田。其多级循环利用的工艺流程可表示为：秸秆→食用菌→菇渣→后续开发→农田（园地）。
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实践中，秸秆食用菌循环型模式菇渣后续开发主要有四条产业链。产业链一：秸秆→食用菌→菇渣→粮、菜、花、果；产业链二：秸秆→食用菌→菇渣→沼气→农户供气（发电自用），沼渣、沼液→粮、菜、花、果；产业链三：秸秆→食用菌→菇渣→蚯蚓养殖→蛋白饲料，蚯蚓粪→粮、菜、花、果；产业链四：秸秆→食用菌→菇渣→家畜养殖→粪便→粮、菜、花、果。
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5.秸秆生物反应堆循环型农业模式
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秸秆生物反应堆循环型农业模式的主要特征是通过生物菌剂作用将秸秆资源快速腐熟，用作农作物生长的高效肥料，实现农业生产的降本增效，推动秸秆资源利用的产业化。这种模式多级循环利用的基本路径可简单表述为：将秸秆放入内置式或外置式反应堆，加入微生物菌种、催化剂、净化剂进行好氧发酵，然后应用于蔬菜、水果和花卉等作物种植。其多级循环利用的工艺流程可以表示为：秸秆→生物反应堆→农田（园地）。
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（二）中国秸秆循环利用模式分析
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1.秸秆肥料化
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秸秆中含有C、N、P、K以及各种微量元素，通常来讲，秸秆作为有机肥料还田后，可以使作物秸秆富集的大量营养元素归还给土壤之中，不仅可促进作物增产，而且可固碳减排，培肥土壤，促进农业可持续发展。秸秆肥料化包括秸秆直接还田、堆沤还田和过腹还田等快速、省工、高效就地利用方式，通过集成秸秆还田机械、生物制剂开发等关键技术，取得了较好的效果。20世纪70年代以来，全国各地进行了大量的秸秆还田研究和生产应用实践，提出了渭北高原小麦秸秆全程覆盖耕作技术、小麦高留茬秸秆全程覆盖耕作技术、旱地玉米整秸秆全程覆盖耕作技术、华北夏玉米免耕覆盖耕作技术以及机械化免耕覆盖技术，南方稻草直接还田利用模式等，为中国大面积推广应用秸秆还田技术奠定了良好基础。当前，在中国已经大面积推广了稻田保护性耕作技术，推广作物秸秆翻压还田和作物秸秆覆盖还田技术，推广少耕和翻耕秸秆翻压还田、早稻稻草覆盖免耕种植晚稻、晚稻稻草免耕种植春马铃薯、稻草覆盖免耕种植油菜、作物秸秆覆盖节水等技术，促进有机物质循环利用。
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2.秸秆饲料化
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常用作饲料的秸秆包括玉米秸、稻草、谷草、麦秸、花生秧、薯秧等。秸秆饲用要求其粗脂肪、粗蛋白、无氮浸出物的含量要高，纤维素、木质素和灰分的含量要低，即秸秆中粗蛋白等物质的含量越高、木质素等物质的含量越低，其营养价值越高。目前，我国现实的秸秆饲用量约占适宜饲用秸秆总量的30%。我国秸秆饲用率不高的原因主要有两个方面：一是在我国大部分农村地区，秸秆养畜仍然以直接饲喂为主，采食率低。有些农户在冬季缺草的情况下，直接把不经过任何加工的玉米秸、稻草等秸秆扔给牛羊吃，采食率一般不到1/3，剩余的部分再用作燃料或与畜粪一起堆沤还田。另外，作为垫圈用的秸秆也占有一定比重。二是部分地区尤其是西部牧区，秸秆燃用消耗过多，没有为牛羊留下足够秸秆。
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作物秸秆不仅是很好的有机肥源，而且是草食畜禽重要的饲料来源。秸秆养畜是秸秆综合利用历史最悠久、最重要的方式之一。与牧草相比，大多数秸秆品质较低，秸秆饲料加工成为提高秸秆饲喂价值（利用率、采食率、转化率等）的重要手段。
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农作物秸秆的主要成分是纤维物质和少量的粗蛋白、粗脂肪，这三种成分在干物质中的含量一般在75%～85%、2.5%～8.0%和1.0%～2.5%之间，还有4.5%～10%的粗灰分，其主要成分是硅酸盐，秸秆中本来数量很少的矿物质元素与硅酸盐等结合一起，很难被动物利用。而且秸秆中的粗纤维细长而坚韧，特别是木质素坚硬粗糙，致使秸秆适口性差、采食量低。秸秆的这种特殊结构使其营养物质的利用率受到限制，直接饲喂给家畜的效果很差，但如果对其进行适当合理的加工调制，可使其利用率、适口性、采食量增加，提高饲喂效果。
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在现代畜牧业中，具有较强实用价值的秸秆饲料加工处理方式主要有秸秆青贮、秸秆氨化、秸秆碱化、秸秆微贮、秸秆膨化、秸秆揉搓丝化、秸秆生物草粉饲料加工、秸秆颗粒饲料加工、秸秆压块、秸秆菌糠饲料加工等，并各自形成了较为成熟的技术，共同构建起秸秆饲料加工处理的技术体系（王强等，2004；侯方安，2006）。另外，国内外专家对各种秸秆添加剂和秸秆混合饲料等在秸秆养畜中的作用进行了大量研究。
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循环体系中要实现不同产业之间的物质能量循环，必须重视研究产业之间的接口技术，开发利用秸秆饲料资源，促进节粮型畜牧业发展，是实施秸秆循环发展战略的重要内容。秸秆转换成畜禽饲料后，进入了养殖循环链，形成“秸秆—家畜—食用菌—蛆—家禽—稻田”循环农业模式。在实际生产中应综合考虑成本、操作难易和环境污染等方面，并结合当地实际，养殖种类、规模和习惯等采取切实可行的方法提高秸秆利用效率。
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农作物秸秆粗蛋白含量低（除部分豆科作物秸秆外），一般秸秆含粗蛋白质3%～6%，而且品质不佳；无氮浸出物虽然含量较高，可达40%～50%，但其主要成分是半纤维素和聚糖醛酸，几乎不含淀粉。秸秆的主要成分是纤维性物质，以干物质计，中性洗涤纤维（NDF）约占70%～80%，酸性洗涤纤维（ADF）约占50%～60%。NDF代表秸秆纤维性物质的总含量，包括纤维素、半纤维素和木质素，是植物细胞壁的主要组成部分。随着植物的老化、细胞壁变厚，NDF就成为秸秆的主要组成成分，而NDF含量占秸秆干物质的70%～80%时，秸秆有机物质的消化率则只有35%～40%，这是造成秸秆饲料营养价值过低的主要原因。秸秆的粗蛋白质含量很少，而且消化率很低。
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木质素在秸秆中约占10%～25%。木质素的化学性质非常稳定，72%的硫酸和浓盐酸都不能使其溶解，它既不会被牲畜消化酶所消化，也不受微生物的作用，而且还会抑制微生物的活动，降低饲料中其他养分的消化效率。秸秆中的木质素不仅单独存在，也被吸附在纤维素的纤维上，形成一种牢固的综合化合物。这样，对草食动物来说，木质化的程度就基本上决定了秸秆的营养价值和饲喂效果。木质化程度越高，其消化率也就越低。同一秸秆成熟度越高、木质化程度越高，消化率就越低，加上秸秆不同部位尤其是茎、叶之间的适口性有时往往明显差异，因此，不少秸秆的茎秆虽然不太适宜养殖，但其叶梢、细枝却是优良的饲料。
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与秸秆饲用率不高相比，我国饲用秸秆的转化率有更大增长空间。秸秆富含纤维素、木质素、半纤维素等非淀粉类大分子物质，作为粗饲料营养价值极低。秸秆直接饲喂消化率只有40%左右。据研究部门测试，玉米秸揉碎氨化后其粗纤维由33.4%降到16.72%；稻草氨化后粗蛋白由3.36%增加到12.27%，微贮后增加到12.53%；麦秸氨化后粗蛋白由3.6%增加到11.6%，微贮后增加到12.2%。经过加工处理后的秸秆饲料，干物质消化率提高24.14%，粗纤维消化率提高43.77%，有机物消化率提高29.4%，粗蛋白消化率提高35.3%，牛羊采食速度平均提高40%～43%，采食量平均增加20%～40%，秸秆利用率由不足50%提高到90%左右。
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随着商品能源普及率的提高和农村新型能源开发，我国秸秆燃用量将持续减少，剩余秸秆将不断增加。假如我国的秸秆的饲用量能够占到全国秸秆可收集利用总量的1/3以上，且80%以上能够经过处理利用，仅此就可使全国的秸秆养畜量增加一倍以上，使全国的草食畜出栏量增加1/3以上。
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3.秸秆能源化
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当前，秸秆能源化技术主要包括秸秆气化集中供气技术、秸秆直燃供热技术、秸秆发酵制沼、发电技术等。
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目前，我国可用于新能源开发的秸秆主要由三部分构成：一是现实新能源开发利用的秸秆；二是现实直接燃用的秸秆；三是废弃和焚烧的秸秆。2008年，这三部分的秸秆总量为32642万t，占可收集利用秸秆总量的50.14%。目前，我国秸秆燃用量为21000万t，约占全国秸秆可收集利用总量的1/3。秸秆是目前我国农村能源消费中热效率最低的能源类别。而秸秆直燃供热技术作为对于传统能量转换方式的一种革命，不仅具有成本低、效益好的特点，同时，也便于推广和应用。但是，秸秆普遍都具有疏松、密度小、单位体积的热值低等缺点，直接作为燃料使用不方便、效果差，且适合中国农村特点的、运行费用低于燃煤锅炉的小型秸秆直燃锅炉还待研发，所以，要充分利用秸秆生物质能源，特别是要大力发展秸秆固化和气化技术。
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秸秆沼气（straw biogas）是以农作物秸秆为主要原料，在严格的厌氧环境和一定的温度、水分、酸碱度等条件下，经过沼气细菌的厌氧发酵产生的一种可燃气体。秸秆沼气又称为秸秆生物气化（制取燃气）。就我国而言，秸秆沼气主要有两种生产方式：一是户用秸秆沼气工程；二是规模化秸秆沼气工程。目前，由于技术及装备制约，特别是产气量低、维护费用成本高等问题，影响了秸秆被直接作为原料发酵产生沼气，对于秸秆发酵制沼的技术还需进行系统研发与集成，以适应新农村能源结构的调整。
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秸秆气化是以秸秆为原料，利用气化装置，将秸秆中可燃的部分转化为可燃气体的过程。广义而言，秸秆气化包括秸秆生物气化和秸秆热解（热裂解、热化学）气化。由于人们已经把秸秆沼气作为秸秆生物气化（燃气）最惯常的称谓，为简便起见，秸秆气化就逐渐成为人们对秸秆热解气化的专称，而这并不会造成两者之间概念的混淆。故此，在未作特别说明的情况下，本书所述秸秆气化皆指秸秆热解气化。秸秆气化制取的燃气又称秸秆煤气。
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秸秆固化是指在一定条件下，将松散细碎的、具有一定粒度的秸秆挤压成质地致密、形状规则的棒状、块状或粒状燃料的过程。秸秆固化又称为秸秆固体成型、秸秆压缩成型或秸秆致密成型。秸秆固体成型燃料热值与原煤大体相当，可替代煤炭用于居民炊事和冬季取暖、锅炉供热、餐馆燃料、秸秆发电、秸秆炭化、烤烟生产等诸多方面。
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秸秆炭化是将秸秆经烘干或晒干、粉碎，然后在制炭设备中，经干燥、干馏、冷却等工序，将松散的秸秆制成木炭的过程。由于干馏是秸秆炭化的核心工艺，所以也有人用秸秆干馏代指秸秆炭化。通过秸秆炭化生产的木炭可称之为秸秆木炭或秸秆炭。由于秸秆炭化与传统的木炭烧制法不同，它以机械加工为主要手段，因而人们又把秸秆木炭称之为机制秸秆木炭或机制木炭。由于秸秆炭化拓展了木炭生产的原料来源，所以有人把以秸秆、木材等生物质为原料，通过机械干馏而制取的木炭统称为生物质木炭，简称生物炭。
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秸秆炭气油联产是指在利用机制设备生产秸秆炭的同时，将产生的秸秆燃气经过净化、调质等工艺进行回收利用，同时净化回收秸秆焦油、醋液和甲醇等副产品，由单一木炭生产变为木炭、燃气、木焦油、木醋液、甲醇的联合生产。
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根据秸秆的燃烧方式，可将秸秆发电划分为秸秆直接燃烧发电和秸秆气化发电。秸秆直接燃烧发电又有广义和狭义之分，广义的秸秆直接燃烧发电包括完全利用秸秆的燃烧发电和部分利用秸秆（与煤混合）的混合燃烧发电。下文所述秸秆直接燃烧发电即秸秆直燃发电皆特指完全利用秸秆的燃烧发电。将部分利用秸秆的混合燃烧发电简称为秸秆混燃发电或秸秆共燃发电。根据秸秆发电的最终产品种类，可将秸秆发电划分为单纯秸秆发电和秸秆热电联产。如果我国农村燃用的秸秆全部被秸秆新能源所替代，可节约秸秆数量高达1.35亿t，加上目前废弃和被焚烧的秸秆，总量可达2.5亿t。如果将这些秸秆全部用于养畜牧养殖，可使我国草食畜养殖量新增4亿多只羊单位，相当于我国草食畜养殖总量的1/3左右。如果全部用于发电，可装机2×1.2万kW的火电机组1250处，年发电2100亿kW·h，相当于同等热效率条件下1.65亿t原煤的发电量，约为2008年我国原煤总产量的8.27%或能源消费总量的6.35%。由此看出，我国秸秆新型能源的开发潜力，按发电能力计虽然可相当于2～3个“三峡”的发电量，但与我国总能耗相比仍极为有限。我国秸秆新型能源化开发利用的重要意义在于其可有效实现对可再生清洁能源的分散供应。
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随着能源结构的调整，秸秆发电技术已广泛应用。根据《中国新能源和可再生能源发展纲要》提出的奋斗目标，到2010年年末，在我国境内要实现生物质能的发电装机容量超过300万kW以上。当前，秸秆发电还需通过大量关键技术的研发、创新以及工艺的优化集成。
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4.秸秆原料化
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秸秆作为工业原料利用主要包括造纸、生产板材、秸秆餐具、秸秆编织产品、膜材料、塑料、包装材料、酶制品、生化制品等。
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近年来，由于环境的恶化，人们森林保护意识的增强，造纸纤维资源匮乏，木材价格大幅上涨，农作物秸秆用作造纸原料的研究逐渐增多。国内外大量实验表明，小麦秸秆、蔗渣、红麻纤维、玉米秸秆以及改性后的玉米秸穰等均可作为造纸原料应用于造纸工业中。
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农作物秸秆原料除了灰分和各种抽提物含量较木材原料高以外，影响板材性能的主要因素，如纤维素、木质素和戊聚糖的含量与木材基本相似，尤其是麦秸和蔗渣的纤维素含量非常接近于木材。因此，如果能解决好一些不利的因素，农作物秸秆将非常适合于用作人造板工业的原料（段海燕等，2009）。
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秸秆餐具（包括一次性方便碗、餐盒、餐碟以及各种形状的托盘等）是真正意义上的“绿色餐具”“环保餐具”“低碳餐具”。秸秆一次性餐具生产成本低于纸制类餐具、淀粉类餐具，制造过程无“三废”排放，用完后，无论是与其他有机生活垃圾一起堆沤处理、发酵处理，还是填埋处理，都会快速分解。秸秆餐具主要有三种：第一种是CL无污发泡材料餐具，第二种是植物纤维快餐具，第三种是一次性植物秸秆餐具（相俊红，2002）。
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秸秆编织产品主要有草包、草席、草帘、草编工艺品等，其中修筑防洪堤坝所用的稻草草包产量最大。在个别地区，秸秆编织可发展为农民增收致富的重要产业。如江苏赣榆大力发展草帘机械化编织产业，将秸秆作为编织业和工艺品原料，发展具有地方特色的秸秆综合利用产业，仅草帘编织一项全年加工稻草100万t，销售收入近3亿元，纯利润4000多万元，加工的产品远销20多个省，并出口到日本、澳大利亚等国家。在徐州丰县有10多家麦秆画公司，生产秸秆画，出口到美国、澳大利亚、日本、阿拉伯和俄罗斯等国家，大大促进了秸秆综合利用特色产业的发展。
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（三）总结
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农作物秸秆资源化利用存在着肥料化、饲料化、能源化、原料化和基料化5种基本的途径。然而从农业生态系统物质利用和能量转化的角度来看，采用单一的利用方式，秸秆资源的物质利用率和能量转化率都会受到制约，无法形成规模化和产业化。因此，将秸秆利用与生态养殖、无公害种植、加工增值和产业化服务有机衔接，建立闭路循环工艺，形成多级利用和循环利用相结合的秸秆循环型农业模式，以延长秸秆利用的循环链条，提高秸秆资源的附加值，增强秸秆产品的市场竞争力，是推进我国秸秆综合利用工作的重要方向。笔者从秸秆循环型农业的循环利用与资源化、多级利用与产业链延伸、产业化与价值增值的基本原则出发，归纳和总结了5种主要的秸秆循环型农业模式，为进一步开展相关研究提供了参考和借鉴。
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为加快秸秆循环型农业模式的发展，促进秸秆资源的高效利用，建议从以下几个方面加强对秸秆循环型农业模式的扶持：一是出台引导性政策，鼓励各地发展秸秆多级循环利用产业；二是设立农作物秸秆循环型农业技术研究与产业化专项资金，加大对相关技术开发的财政支持力度；三是在秸秆资源丰富的地区，建立和发展一批从事秸秆循环型农业的示范工程和龙头企业，带动周边农户开展秸秆多级循环利用；四是对利用秸秆资源进行有机农产品、生物肥料或生态农药生产的企业给予财政补贴、税收优惠和金融支持，降低其生产成本；五是鼓励和支持各地建立健全秸秆收储运体系，为秸秆循环型农业模式的发展提供稳定的原料支持。
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二、综合效益分析
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（一）作物秸秆在循环农业中的多重效益
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1.秸秆在“秸秆—肥料—种植”模式中的效益
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“秸秆—肥料—种植”模式是作物秸秆归还于农田中，在土壤微生物的作用下，将其降解为可以被作物吸收利用的土壤养分的一种秸秆循环利用模式。“秸秆—肥料—种植”模式对于提高耕地基础地力、保护环境、节本增效和维持农业的可持续发展具有重要的意义。
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（1）农田效益。“秸秆—肥料—种植”模式能改善土壤物理性质，增加氮、磷，特别是有机质和速效钾含量，具有蓄水、调节土壤温度、降低田间杂草密度、调节土壤pH、提高土壤微生物活性等作用，对农田防护也有重要意义。据测定还田玉米秸秆500 kg，则相当于施用有机肥2500 kg，碳铵11.7 kg，过磷酸钙6.2 kg，硫酸钾4.75 kg。一年后土壤有机质含量相对提高0.05%～0.23%，全磷平均提高0.03%，速效钾增加31.2 mg/kg，土壤容重下降0.03～0.16 g/c m3，土壤孔隙度提高2%～4%。连续多年秸秆还田的耕地，不仅能提高磷肥利用率和补充土壤钾素的不足，地力亦可提高0.5～1个等级，平均增产幅度可达10%以上。
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（2）环境效应。“秸秆—肥料—种植”模式使秸秆中的有机质得到充分利用，避免了长期以来大量焚烧秸秆而造成的环境污染，有利于生态农业和环保农业的发展。因此，农作物秸秆还田技术作为环保农业的一项重要技术，是目前国家重点推广实施的农业新技术之一。
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（3）经济效益和社会效益。目前我国的大部分地区还没有采用有效的秸秆还田措施，致使耕地连年种植不得休闲，土壤养分得不到及时补充，有机质含量逐年下降，农业生产始终处于种大于养、产大于投的掠夺式经营状态。由于化肥的施用量占施肥总量的比例过大，土壤有机质没有得到及时补充，造成土壤板结、地力衰退、农作物营养不良和病虫害增多的严重后果。而“秸秆—肥料—种植”模式能解决这些问题，其不仅可带来良好的农田效益，而且能带来较大的经济效益和社会效益。
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2.秸秆在“秸秆—饲料—种植”模式中的效益
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“秸秆—饲料—种植”模式是作物秸秆经加工后作为家畜或家禽的饲料，而家畜和家禽的粪便又可以作为有机肥用于种植作物的一种秸秆循环利用模式。
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（1）秸秆饲料的畜牧效应。对反刍家畜而言，秸秆饲料有其重要作用。首先是提供粗纤维，保证反刍功能和促进胃肠蠕动；其次是提供部分粗蛋白、青绿多汁养分及部分能量；再次是提供填充物，增加饱腹感，可维持机体的正常生理功能。秸秆所含总能量与干草相似，但其营养价值只相当于干草的一半或谷物的1/4。在其构成成分中，粗纤维含量高，其中有不少木质素；蛋白质含量少，且品质不佳；粗灰分多，且大部分是对动物无营养价值的硅酸盐，而有营养价值的钙、磷却很少。秸秆中粗纤维和木质素是家畜难以消化吸收的部分，并且纤维素、半纤维素和木质素是紧密地结合在一起的，从而使消化率受到影响。秸秆越成熟，木质化程度越高，秸秆的消化率就越低。据统计，每千克秸秆的总能含量虽少于16.72×106 J，但其代谢能约为6.27×106～8.36×106 J。同时，家畜在消化秸秆时，秸秆中木质素含量越高，则损耗的能量越多，故一般秸秆净能量含量仅为1.25×106～2.67×106 J。而秸秆经合理加工后，可提高营养价值和消化率，能作为饲喂草食家畜或作为配制全价饲料的基础日粮，对草食家畜的生长和增重有良好作用。对家禽而言，根据秸秆含粗纤维高的特点，秸秆经微生物发酵后含有大量的纤维素分解菌和蛋白生产菌，使发酵后的秸秆饲料质地柔软，味道芳香，粗纤维含量大大降低，粗蛋白含量显著提高，从而可提高秸秆的营养价值和家禽的消化吸收能力。
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（2）生态效益。农作物秸秆饲料化不仅可以增加肉、奶、皮、毛等畜产品，还可减少秸秆焚烧造成的空气污染，又可以给农田提供优质的有机粪肥和畜力，增加粮食产量，改良土壤，避免过度施用化肥造成的土壤生态恶化，促进农业生产良性循环，产生明显的农业生态效益。发展农作物秸秆饲草化使其“化废为宝”，投资少，产出高，既解决了天然饲草的替代饲料问题，又对草原生态环境的保护作用巨大。如秸秆氨化后，其消化率可提高20%，总营养价值可提高1倍，即1 kg氨化秸秆相当于0.4～0.5 kg燕麦的营养价值。
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3.秸秆在“秸秆—沼气—种植”模式中的效益
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“秸秆—沼气—种植”模式是以秸秆为原料生产沼气供给家庭生活使用，尾料可直接作为有机肥料施用的一种秸秆循环利用模式。该模式原料来源充足、分布广泛，不受时间和空间限制，不产生焦油、废水和废气等污染物，可实现秸秆的完全生态循环和高效利用。它不仅可以解决我国大量秸秆的环境污染问题，还可为我国的沼气生产带来大量原料，为在更大规模和更大范围推广沼气提供原料保障，具有十分广阔的应用前景。
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（1）环境效益。大量废弃秸秆导致日益严重的环境污染问题，迫切需要寻求新的出路。我国种植业在农业生产中占据着十分重要的位置，每年产生各类作物秸秆约7亿t，其中有约50%未得到有效的处理和利用。这不但浪费了资源，而且由于大量秸秆的露天焚烧，导致严重的大气污染，并引发火灾和影响高速公路与民航的运行安全。秸秆的处理与利用是我国农村面临的主要资源环境问题之一。为此，农业部把秸秆沼气生产技术列为我国农业和农村“十大节能减排技术”之首。
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（2）社会效益。“秸秆—沼气—种植”模式为农业可持续发展开辟了新资源。在农村沼气方面，2007年全国已建成户用沼气池2200多万口，建成畜禽养殖场大中型沼气工程2000多处，年产沼气70多亿m3。到2010年，全国建设户用沼气4000万户，到2015年达6000万户。目前我国产沼气的原料主要是畜禽粪便，但畜禽粪便无法、也不足以保证原料的供给和上述目标的实现。而秸秆在我国呈“面”分布，来源广泛，数量巨大，可就地获得、就地建厂和就地服务于民。因此，在我国广大农村地区大规模推广沼气，实现沼气生产目标，就必须开辟和利用秸秆新资源。
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（3）经济效益。一般情况下，沼气发酵的能源有效利用率为直接燃烧的1.2～1.9倍。一些管理较好、技术先进的沼气池，秸秆利用效率提高的幅度更大。也就是说，1 kg秸秆或其他绿色植物在沼气池中发酵以后，所产沼气相当于1.2～1.9 kg秸秆的直接燃烧效果。据调查，一个5～6口之家，每天一日三餐做饭大约需要用1 m3沼气，折合秸秆3.7 kg；若用秸秆直接燃烧做饭则需要秸秆4.4～7 kg，可见用秸秆发酵制取沼气比秸秆直接燃烧做饭每天可节省秸秆0.7～3.3 kg。秸秆沼气发酵提高了能量的转换和利用效率，从而大大提高了秸秆的经济效益。
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4.秸秆在“秸秆—食用菌—养殖”模式中的效益
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“秸秆—食用菌—养殖”模式是利用秸秆栽培食用菌，产菇后的菌渣可直接作为有机肥料的一种秸秆循环利用模式。食用菌在栽培过程中，菌丝大量分泌分解粗纤维的酶类，对底物进行作用，使食用菌菌糠的粗纤维含量大幅度降低，从而可将其作为家畜禽的优质饲料。因此，利用作物秸秆代替稻草栽培蘑菇，不仅可以变废为宝，而且大大降低成本，提高农民收入，还可以改善人民生活的饮食结构，提高人体健康水平，具有投资小、见效快的特点，有利于农业持续健康发展。食用菌菌糠饲料利用后可再次进入新的生物循环，形成多梯级循环、多层次搭配、多效益统一和生物多次利用的物质和能量体系，有效地延长了食物链和生态链，实现了大农业的良性循环和可持续性协调发展。因此，利用作物秸秆栽培食用菌，可改变资源浪费型传统农业，实现“点草成金、化害为利、变废为宝、无废生产”，为作物秸秆的综合开发利用开辟一条最为有效、持久的捷径。
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（1）社会效益。循环利用秸秆推动食用菌产业化进程，优化农业产业结构，为农村剩余劳动力开拓了新的就业市场，为农村的三个文明建设作出了贡献。食用菌是供人类食用的真菌，是一种营养丰富兼具食疗价值的食品，其富含蛋白质及人类所必需的多种氨基酸，还有较多的核酸和多种维生素，其矿质含量也比较丰富，被人们誉为保健食品。通过发展食用菌及其连带作用，解决了当前农产品品种单一、优质农产品品种不足、不能满足市场对农产品优质化和多样化的需求及农业产业结构性、层次性矛盾日益突出的问题。
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（2）经济效益。因地制宜调整农业结构，发展食用菌产业化规模，使秸秆得到了充分循环利用，同时提高了农业综合生产能力，使农民的经济效益得到了显著提高。每年栽培250万m2食用菌需消化作物秸秆5万t，按每吨卖80元计算，可为当地农民创造40万元社会效益，使秸秆变废为宝，为农民增收、农业增效打下了基础。
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（3）生态效益。栽培过食用菌的残渣可以制成优质的有机肥，降低化肥的投入。菌渣有机肥还田可以使土壤疏松、通气，增加土壤有机质和养分的含量，从而提高土壤肥力，使农业生态系统中的生物链达到最佳状态，农田生态系统的正负反馈协调统一，使农业生态环境大为改观，有利于农业持续、稳定、健康的发展。
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（二）秸秆循环利用的效益分析
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1.秸秆肥料化
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秸秆肥料化主要是秸秆直接还田利用，秸秆直接还田是秸秆循环利用的重要途径。秸秆还田培肥地力、提高作物产量，缓解我国氮磷钾比例失调的矛盾，对促进农业可持续发展有重要的意义。秸秆直接还田的经济效益主要表现在减少化肥施用量、节约耕作机械费用和提高作物产量。四川省主要有4种秸秆直接还田方式，即：覆盖还田、留高茬和腐熟还田、机械翻压还田和堆沤后还田，其中覆盖还田占主体，单位面积还田量最大，秸秆还田总量占54.38%。
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从秸秆还田利用方式的投入产出对比分析可以看出，秸秆还田利用可节约化肥768元/hm2，其中可节约化学纯氮12元/hm2。秸秆还田利用可提高作物产量，水稻平均增产量285 kg/hm2，小麦平均增产390 kg/hm2，共增加收益1243.5元/hm2。秸秆还田能节约劳动力30个/hm2（1个劳动力=1天/人的劳动量），节约劳动成本1500元/hm2，相比常规耕作方式能节约机械成本1200元/hm2。秸秆还田的经济效益合计可达4711.5元/hm2，按每公顷还田秸秆6000 kg秸秆计算，该利用方式下秸秆可实现节本增效0.79元/kg。
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“水稻—秋马铃薯/油菜”秸秆还田循环利用模式，即通过水稻收获后稻草覆盖种植秋马铃薯，马铃薯残茬覆盖油菜行间，油菜秸秆覆盖还田种植水稻，实现稻田作物秸秆循环利用模式。通过调查测算，该模式每年可消纳稻草7500 kg/hm2，马铃薯残茬1800 kg/hm2，油菜秸秆3000 kg/hm2。该模式下水稻产量为7500 kg/hm2左右，秋马铃薯15000 kg/hm2左右，油菜2700 kg/hm2左右，增种秋马铃薯可比传统“水稻—油菜”种植模式新增年产值22500元/hm2，年新增效益约12000元/hm2。与传统的“水稻—油菜”轮作（对照）比较，“水稻—秋马铃薯套作油菜”稻田新三熟制不仅有效解决了水稻秸秆利用问题，而且充分利用了四川盆地秋季光温资源增加一季作物生产（秋马铃薯），在提高农田总生产力的同时也增加了农户的经济收益。
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“水稻—晚秋蔬菜—小麦”秸秆还田循环利用模式，即在“水稻—晚秋蔬菜—小麦”种植方式下实现秸秆覆盖还田循环利用，年可消纳稻草约7500 kg/m2，小麦秸秆5250 kg/hm2。该模式下水稻稳定产量7500 kg/hm2、小麦5250 kg/hm2左右。通过增种芹菜、萝卜、莴笋、生菜、大白菜和香菜等晚秋蔬菜可比传统“水稻—小麦”种植模式新增产值25000～45000元/hm2，新增效益约22000～30000元/hm2。
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2.秸秆原料化
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在秸秆造纸利用方面，由于碱回收技术尚不成熟，容易造成次生污染，导致四川秸秆造纸利用程度不高。在秸秆作为建材利用方面，由于成本偏高，产业发展处于停滞状态。“秸秆—食用菌”循环利用模式在四川乃至全国是一种普遍存在的秸秆“原料化”利用方式。四川省自然环境条件适宜多种食用菌生产，利用秸秆作为原料生产食用菌能显著增加农户经济收益。秸秆育菌是一项投资少、周期短、原料广、经济效益高的新兴农业模式，生产食用菌后的菌废料又是优质的有机肥料。在食用菌栽培中，人们常用木屑和棉子皮作为培养原料，木屑较为缺乏，棉子皮价格相对较高，严重地制约了食用菌产业的发展。农作物秸秆既可替代木屑与棉子皮，生产成本也大幅降低。调查样区已经在食用菌栽培中大量使用农作物秸秆栽培双孢菇和草菇等。秸秆育菌投入产出分析表明，若以农作物秸秆为主要原料，食用菌栽培的原料投入成本为277220元/hm2，以木屑为主要原料，原料投入成本为585122.9元/hm2，“秸秆—食用菌”栽培可节约成本307902.9元/hm2，秸秆育菌时消耗的秸秆量为199937 kg/hm2，秸秆可实现节本1.54元/kg。
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调查表明，该区域主要存在4种秸秆利用模式：“稻草—草菇（废料）—双孢蘑菇”“麦秆—双孢蘑菇”“秸秆—平菇（夏季）—双孢蘑菇/姬菇/鸡腿菇/金针菇（冬季）”和“秸秆—双孢蘑菇（夏季）/大球盖菇（冬季）”。
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“稻草—草菇（废料）—双孢蘑菇”模式：为了提高层架式标准化菇房的利用效率，根据四川盆地夏季气温高的特点，集成了稻草+牛粪发酵种植草菇，草菇废料+稻草+牛粪二次发酵，层架式标准化菇房种植双孢蘑菇技术，可充分利用夏季农闲和高温季节，每座菇房6—9月种植草菇，9月至次年4月种植双孢蘑菇，有效地提高了标准化菇房的利用率。同时，每400 m2的菇房可利用1 hm2稻田的稻草，约10 t稻草，牛粪0.6～0.7 t。每座标准化菇房为菇农增收2000元，降低生产成本20%～30%。
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麦秆—双孢蘑菇模式：菇农通过麦秆粉碎，利用养鸡场的鸡粪代替牛粪，发酵种植双孢蘑菇。在该模式中，每座400 m2的菇房可利用麦秆8～10 t，鸡粪3.5～4 t，可降低生产成本30%～40%，每座菇房增加效益2500元左右。
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“秸秆—平菇（夏季）—双孢蘑菇/姬菇/鸡腿菇/金针菇（冬季）”模式：结合四川气候特点和栽培制度，利用夏季菇房闲置的特点，通过该种植模式的应用，可以更充分地利用秸秆资源，该模式增加生产一季高温平菇，既可以提高标准化菇房的利用率，也可以为菇农增收，每座菇房增收600～700元。
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“秸秆—双孢蘑菇（夏季）/大球盖菇（冬季）”模式：四川盆地具有冬季温暖、雨量少的特点，适合种植大田双孢蘑菇和大球盖菇，栽培方式为稻田露地和塑料小拱棚栽培，具有操作方便、生产成本低的特点。在该模式中，每公顷稻田种植双孢蘑菇的有效面积为6000 m2左右，可利用13～15hm2稻田的秸秆资源，秸秆利用率达到100%，每公顷最高可新增效益30000元。
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3.秸秆饲料化
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四川省已建设国家级秸秆养畜示范县34个，2008年秸秆用作牲畜饲料约占秸秆总量20%；在秸秆饲料化处理方式上主要以青贮和氨化两种方式，其中青贮秸秆约占80%，氨化秸秆约占20%。但存在利用率低、规模小、效益差、布局不合理、技术落后等突出问题。调查区秸秆饲料加工技术较为单一，农户主要是将秸秆粉碎，直接喂养。秸秆饲料化的效益主要表现在减少饲料投入成本，1 kg稻秆可替代0.201 kg饲料，1 kg麦秆可替代0.117 kg饲料，1 kg秸秆作为饲料需额外投入的机械费、人工费等成本共计0.12元。饲料价格按每千克1.87元计算，秸秆可实现节本0.18元/kg。
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另外，四川平原地区充分利用菌废料资源，运用姬菇菌废料生产青贮饲料，青贮的姬菇菌废料饲料可以代替20%左右的精饲料，从而提高经济效益10%左右。
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4.秸秆能源化
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秸秆燃料化主要是采用秸秆与人畜粪便混合发酵制沼气，以解决农村能源问题。这种方式具有很高的经济效益，主要表现在节约了沼气池的修建费用，提高了产气量和沼肥的肥效价值，但每年的运行成本较高。据调查一户秸秆沼气系统的初期投资1000～1600元，年运行费200～300元。在第一年使用过程中，由于初期投资成本较大，某些经济落后的地区农民难以负担，在秸秆沼气化利用的第二年后，秸秆沼气化的净产出会大大的增加。所以政府对秸秆沼气利用给予了资金扶持，每户补助约1000元，鼓励沼气产业发展，否则，农民难以承担高额的初期投资费用，秸秆沼气化利用率就会降低。不同样本区由于秸秆利用方式和总量不同，秸秆循环利用总效益存在一定差异。
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第五节 秸秆资源利用趋势分析
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一、秸秆资源利用的总体取向
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（一）秸秆资源利用系统分类
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1.农业生产系统内部的秸秆资源循环利用
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农业生产系统内部的秸秆资源循环利用包括秸秆肥用、秸秆饲用、秸秆沼气、秸秆食用菌种植。秸秆资源在农业生产系统内部的利用效果可大致归结为如下三个方面：首先，秸秆资源的系统内部应用把种植业子系统和养殖业子系统有机地联系在一起，成为构建“种植业—养殖业”循环经济系统的关键链接点。其次，秸秆资源的系统内部应用不仅是提高秸秆利用率的基本手段，更主要的是其可直接增加“种植业—养殖业”系统的物质流和能量流，使“种植业—养殖业”系统更加健康、稳固。第三，秸秆资源在系统内部应用过程中，通过各级转化，可为人类提供更多的农产品，大部分或部分营养物质最终又回归了农田，从而使农田与种植业、养殖业构成一个闭合的资源经济系统，有利于农田生态系统的良性循环。秸秆直接肥用自不必多言，饲用秸秆可过腹还田，秸秆养殖食用菌可生成优质有机菌肥还田，尤其是“秸秆—沼气”“秸秆—牲畜—粪便—沼气”和“秸秆—食用菌—菌糠—沼气”等秸秆循环利用模式，不仅可生产清洁能源，有效地替代秸秆资源的直接燃用，而且可生成优质有机肥还田。
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2.农村社会经济系统内部的秸秆资源利用
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农村社会经济系统内部的秸秆资源利用主要是指与农民生活密切相关的秸秆能源化利用，包括秸秆直接燃用和秸秆气化、秸秆固化等农村新型能源开发利用。秸秆新能源开发利用，既直接利用了秸秆，又替代了秸秆的直接燃用，这样就会使农村秸秆燃用消耗总量呈下降的趋势。秸秆新能源的开发利用还可替代煤、电、“三气”等商品能源的使用。如果按照现实农村生活中秸秆直接燃用的热效率和秸秆新能源开发利用的热效率来计算，平均每吨用于新能源开发利用的秸秆可替代掉2～3 t左右直接燃用的秸秆。虽然秸秆新能源开发利用能够促使秸秆资源系统外部利用量的减少，为秸秆资源系统内部利用创造一定条件，但在现阶段秸秆剩余量的增加也会存在。
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3.农村社会经济系统外部的秸秆资源利用
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农村社会经济系统外部的秸秆资源利用包括秸秆工业加工、秸秆发电和秸秆液化。毫无疑问，秸秆发电和秸秆液化属于秸秆新能源的范畴，而且秸秆交易能够为农民带来一定的经济收入，但从生产目的来看，尤其是规模化秸秆发电，并不是为了解决农民一家一户的能源问题。秸秆发电，把一家一户的秸秆收集起来转换为电力，再供给农民，其生产成本和能源效率远不如秸秆沼气、秸秆气化、秸秆固化等新能源开发利用方式。因此，我们有理由把秸秆发电和秸秆液化划归农村社会经济系统外部秸秆资源利用的范畴。
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农村社会经济系统外部的秸秆资源利用，无论利用效率高低，都使秸秆资源的物质和能量从农业循环经济系统中被汲走，即使注意对草木灰的收集利用，最终也只有少量的营养物质（以K、P为主）能够回归农田。如果农村社会经济系统外部的秸秆资源利用过量，将导致农业生态系统中各子系统（包括土壤肥力子系统、种植业子系统和养殖业子系统）的相互脱节，威胁到农业的循环发展。
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（二）秸秆资源利用的总体取向：集约、循环、高效、充分利用
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秸秆废弃和焚烧已经成为我国一个久治不愈的社会顽疾。秸秆资源现实利用既不能任其向低效率的用途转移，也不能因其利用不当对农业和农村经济可持续发展构成威胁，更不能任其被随意焚烧和废弃。为了早日建立“资源节约型”“环境友好型”“社会和谐型”的社会主义新农村，针对我国秸秆资源现实利用中所存在的诸多问题，必须以秸秆资源的集约、循环、高效、充分利用为总体取向，因地制宜、统筹规划，合理配置秸秆资源，优化秸秆利用结构，既要充分合理利用秸秆资源，又要避免重复建设和不必要的竞争，优先保证农业生产系统内部和农村社会经济系统内部的利用需求，兼顾农村社会经济系统外部的利用需求；依靠科技、创新机制，充分发挥科技进步在秸秆综合利用中的支撑作用，不断提高秸秆资源的利用率，逐步减少秸秆的直接燃用消耗，从根本上解决秸秆废弃和焚烧的问题，保障农业和农村经济的可持续发展。
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以秸秆还田、秸秆养畜、秸秆养殖食用菌为主攻方向，集约、循环、高效利用秸秆资源，增加农业生产系统内部的秸秆利用率。循环农业是我国农业和农村经济可持续发展的重要实现途径之一。按照此要求出发，秸秆资源利用首要满足的是农业生产系统内部的需求。目前，我国秸秆资源的内部利用需求严重不足，土壤肥力子系统、种植业子系统、养殖业子系统相互间脱节，由此导致土壤板结化、农产品品质退化等问题日益严重。从土壤培肥的要求出发，农业生产系统内部的秸秆利用量应占到秸秆可收集利用总量的50%以上。因此，要鼓励和扶持发展肥用、饲用和食用菌种植等途径的秸秆资源化利用。大力发展秸秆还田，充分利用秸秆这一有机肥资源，增加土壤养分，培肥地力，促进农业增产增效，提高农产品质量和食品安全。鼓励建设秸秆有机肥生产厂。大力发展秸秆畜牧业，通过青贮、氨化、微贮、压块、揉搓丝化等处理方式，把秸秆转化为优质饲料，以秸秆“换肉、换奶”，保证畜产品供应和食品安全。积极发展以秸秆为基料的食用菌生产。大力发展沼气，延长秸秆产业链，协调农业生产系统内部的秸秆利用与秸秆新能源开发利用之间的关系，并生产更多的沼肥还田。
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加强农村秸秆新能源开发，集约、高效利用秸秆资源，充分满足农村社会经济系统内部的秸秆利用需求，不断减少秸秆的直接燃用消耗。我国秸秆新能源开发利用虽然处于起步阶段，但深受农民的欢迎，具有较强的公益性和社会影响力，已经成为各级政府建设社会主义新农村的有力“抓手”。因此，对于农村秸秆新能源开发理应给予积极的倡导和大力的扶持，结合新农村建设和乡村环境整治，大力发展秸秆气化、固化及炭化，使其不断向市场化、产业化的方向迈进，努力实现秸秆新能源对秸秆、薪柴直接燃用以及煤炭等化石能源的替代。
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合理安排农村社会经济系统外部的秸秆利用，建立以秸秆深度开发利用为核心的秸秆资源产业化体系，集约、高效利用秸秆资源，将秸秆资源优势转化为经济优势，带动区域经济发展，进而促进秸秆资源的充分利用。稳步推进以秸秆为原料的加工业发展：推广应用草浆清洁造纸技术，鼓励和扶持发展零排放秸秆造纸，切实解决草浆造纸的环境污染；大力发展以秸秆为原料的建材、包装材料、餐具等产品生产，替代木材，减轻植被和森林的压力；积极发展秸秆制品加工业。根据区域社会经济发展要求，在秸秆资源分布密度较高的地区，在优先保证农业生产系统内部和农村社会经济系统内部的秸秆利用需求的条件下，充分发挥秸秆发电在解决秸秆废弃问题上的积极作用，合理布局秸秆发电厂，大、中、小秸秆直燃发电、混燃发电、气化发电等多种秸秆发电方式相结合，发展绿色能源，有效地提高秸秆利用率和利用效率。
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二、秸秆资源综合利用战略
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（一）秸秆综合利用的指导思想、基本原则和主要目标
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1.指导思想
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以科学发展观为指导，认真贯彻落实节约资源基本国策，按照建设资源节约型、环境友好型社会的总体要求，坚持与新农村建设相结合，与生态家园建设相结合，与农业增效和农民增收相结合，以农民为主体，以政府激励和投资扶持为动力，以制度创新为保障，建立多元化的秸秆利用投入机制；以提高秸秆资源利用率为目标，以秸秆肥料化、饲料化、新型能源化利用为主攻方向，优先保证农业生产需求和农民生活需求，兼顾工业利用和秸秆发电等用途；通过政策引导、科技创新、项目带动和效益拉动，调动农民群众和各方面的积极性，集约、循环、高效、充分利用秸秆资源，实现秸秆资源化和产业化利用，从根本上解决秸秆焚烧的问题。
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2.基本原则
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（1）统筹规划，因地制宜。秸秆综合利用是一项复杂的系统工程，涉及方方面面。各地在秸秆综合利用过程中，要根据秸秆资源的分布特点和利用条件，因地制宜，统筹规划，合理配置秸秆资源，优化秸秆“五料”利用结构，既要充分合理利用秸秆资源，又要避免重复建设和不必要的竞争，达到提高秸秆的利用效率、减少废弃物排放的目的。
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（2）突出重点，整体推进。秸秆综合利用涉及面积大，区域范围广，是一项长期而艰巨的任务。近期要把杜绝秸秆焚烧作为秸秆综合利用的主要目标之一，以高速公路沿线、城市郊区、机场周边地区作为重点区域，集中人力、物力、财力，配套采取必要的行政手段、经济手段、技术手段和法律手段，“疏堵结合、以疏为主”，从根本上解决秸秆焚烧的问题。在此基础上，全面推进我国秸秆综合利用工作，提高秸秆综合利用率和利用效率。
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（3）分类指导，多元利用。秸秆种类多、利用途径广，技术性强。各地在秸秆综合利用过程中，要根据秸秆的利用方式，结合当地生产条件和农民习惯，加以分类指导，选择不同的利用模式。优先发展秸秆还田，以秸秆“换肉、换奶”，满足农业和畜牧业利用需求；加强秸秆新型能源开发，满足农村清洁能源需求；对秸秆工业化利用和秸秆发电加以引导，提高秸秆利用效益，将秸秆资源优势转化为经济优势，带动区域经济发展。
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（4）政策引导，农民主体。基于秸秆综合利用经济性差、且具有一定社会公益性的现实，在秸秆综合利用过程中，各级政府要强化宣传，加大政策引导和财政扶持力度，并充分发挥市场配置资源的作用，利用价格和税收杠杆，调动农民和企业主的主动性和积极性。同时鼓励社会力量积极参与，形成以市场为基础、政策为导向、农民为主体、多方参与运作的长效机制。
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（5）依靠科技，创新机制。要充分发挥科技进步在秸秆综合利用中的支撑作用，解决秸秆还田、秸秆养畜、农村能源、秸秆发电和工业化利用等利用中的共性技术、实用技术难题；努力提高秸秆利用的技术、装备和工艺水平，解决秸秆利用中的经济性、利用效率和污染问题，达到既有效利用秸秆资源、又减少二氧化碳等温室气体排放的目标。
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综合利用秸秆资源，努力提高秸秆利用率，全面解决我国秸秆废弃和焚烧问题。通过秸秆资源集约、循环、高效、充分利用，不断提高耕地地力和农业综合生产能力，促进种植业和养殖业持续发展；加快秸秆新型能源化开发利用，努力提高我国广大农村地区清洁能源使用水平；合理发展秸秆发电、造纸、建材等，为缓解我国能源危机和减少木材消耗做出积极贡献。
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3.统筹规划，整体推进，提高秸秆综合利用水平
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（1）优先保证种植业和养殖业利用。鼓励和扶持发展肥用、饲用和食用菌种植等途径的秸秆资源化利用。大力发展秸秆还田，充分利用秸秆这一有机肥资源，增加土壤养分，培肥地力，促进农业增产增效，提高农产品质量和食品安全。重点推广秸秆还田配套机械和技术、秸秆快速腐熟还田和秸秆生物反应堆等技术。鼓励建设秸秆有机肥生产厂。大力发展秸秆畜牧业，通过青贮、氨化、微贮、压块、揉搓丝化等处理方式，把秸秆转化为优质饲料，为畜牧业快速发展奠定基础，保证肉类供应和食品安全。积极发展以秸秆为基料的食用菌生产。
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（2）合理安排秸秆作为生物质能的开发利用。结合新农村建设和乡村环境整治，大力发展农村秸秆沼气，积极发展秸秆气化、固化及炭化，努力实现秸秆新能源对秸秆、薪柴直接燃用以及煤炭等化石能源的替代。
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（3）稳步推进以秸秆为原料的加工业发展。推广应用草浆清洁造纸技术，鼓励和扶持发展零排放秸秆造纸，切实解决草浆造纸的环境污染。大力发展以秸秆为原料的建材、包装材料、餐具等产品生产，替代木材，减轻植被和森林的压力。积极发展秸秆制品加工业。
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（4）加快建立秸秆收集体系。针对秸秆生产分散，季节性强，易腐烂，收集和存储成本大，占地多等问题，研究建立以利用企业为龙头，农户参与，县、乡镇政府监管，市场化推进的秸秆收集体系和物流体系，建立必要的秸秆储存管理制度。重点鼓励发展秸秆打捆收贮，尤其是与农作物收割、贮运一体的机械化联合作业。
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4.研究制定经济政策，拓宽投资渠道，鼓励和扶持秸秆综合利用
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（1）加大各级财政的支持力度。秸秆资源综合利用比粮食生产具有更多的薄弱环节，各级政府要针对当前秸秆综合利用成本高、经济性差的特点，不断加大财政投资扶持力度，并研究制订政策引导、市场运作的产业发展机制。秸秆综合利用重点项目建设资金筹集，应纳入地方财政预算，并引导社会资金投建秸秆综合利用项目；对秸秆还田、秸秆养畜、秸秆新型能源开发、秸秆食用菌种植、秸秆高效加工等项目的主要技术和设备、重点投资环节给予“点对点”的财政补贴；将秸秆机械化还田、秸秆收集、储存和运输的相关设备纳入农机补贴计划，加快秸秆收割打捆机械一体化设备的推广应用；对秸秆综合利用的技术开发、设备研发和生产、相关项目建设给予必要的政策扶持和资金支持；设立财政专项，积极开展试点示范，推广成熟适用技术。
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（2）实施税费优惠政策。从惠及“三农”和培植秸秆产业的角度出发，针对秸秆综合利用的不同环节和不同途径，制定和完善相应的税收优惠政策。对从事秸秆综合利用的企业减免增值税和所得税。对为农民提供秸秆综合利用技术咨询和服务的公司免征营业税、教育附加税和印花税。对运送秸秆的车辆一律免收过路、过桥、过闸费。
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5.加强秸秆综合利用的技术研发和推广应用
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（1）加强秸秆综合利用技术与设备研发和转化。进一步加大投入力度，整合资源，形成以产学研一体化的科技创新机制，力争在农作物收割和秸秆粉碎、打捆机械、饲用秸秆生物处理技术、秸秆青贮专用机械、秸秆高效养畜技术、秸秆沼气、秸秆固化成型燃料生产设备、秸秆发电技术装备、秸秆还田机械、秸秆乙醇高效转化技术等方面取得突破性进展，形成经济、实用的集成技术，研制配套的机械、设备。特别要根据我国当前农作物分布特点，开发农村需要的、性能可靠和操作方便的机械设备，为秸秆还田和综合利用提供技术支撑。开展秸秆综合利用技术标准、规程规范和设备认证体系研究，加强技术监督和管理。
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（2）实施秸秆综合利用产业化工程。支持一批秸秆综合利用产业化示范工程。在继续执行秸秆发电上网补贴的同时，进一步扩大秸秆工业化示范工程投资扶持范围，主要生产内容包括秸秆建材、包装材料、餐具、清洁造纸、生物有机肥、压块饲料、固化成型燃料、秸秆沼气发酵菌剂、秸秆快速腐熟还田催腐剂、秸秆青贮微贮菌剂等。
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（3）积极开展秸秆综合利用的国际合作。通过清洁发展机制（CDM），引进国外的先进技术、设备和管理理念，提高秸秆综合利用的技术水平。
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6.开展宣传教育，疏堵结合，加强秸秆禁烧监督管理
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（1）加强宣传。采取多种形式的宣传教育活动，提高农民和社会各界的秸秆禁烧和综合利用意识，引导广大农民和社会各界参与秸秆综合利用，使禁烧秸秆成为自觉行动。在全社会开展秸秆焚烧危害和秸秆综合利用经济、生态和社会效益的科普宣传，为秸秆综合利用工作创造良好的社会氛围。
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（2）强化培训教育。加大技术培训和技术推广力度，提高秸秆综合利用技术的入户率。充分发挥现有农村基层组织和服务组织的作用，重视技术交流、信息传播和知识普及工作，从推广成熟实用技术入手，提高农民综合利用秸秆的技能，形成农民广泛参与的发展模式，使秸秆综合利用真正成为农业增产增效和农民增收致富的新兴产业。
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（3）加强禁烧秸秆的执法监督。制定和完善禁止秸秆焚烧和综合利用的有关法规和管理办法，结合各地农村环境保护和新农村建设的具体实际，明确提出禁止秸秆焚烧的具体规定和疏导途径。对秸秆焚烧较集中的地区和时节，加强实时监测，加大执法力度，严格焚烧管理。
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第六节 秸秆产业化利用发展保障措施与建议
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一、秸秆循环利用的组成要素与条件分析
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（一）市场——资源配置主体
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在市场经济条件下，市场是引导资源配置的主体，市场的需求决定了资源配置的方向。随着人们将秸秆作为一种生物质资源的认识得到提升，对于绿色消费的需求比重也会不断上升，并将有力促进秸秆循环利用模式不断创新及相关产业的蓬勃发展。
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（二）科技——持续运行动力
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1.技术
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陈新锋认为农业现代化过程中传统农业生产要被工业部门所生产的农用生产要素所替代，农作物秸秆的原有用途消失，或者现有的用途比较效益较低，但人们又找不到更有效利用秸秆的方法与途径，这是造成中国农作物秸秆成为废弃物的根本原因。当前，由于技术手段有限，秸秆资源开发利用程度不够，秸秆利用效益不足。农民普遍觉得，把秸秆向更高效率用途转移的成本较高，由于技术成本较高，农户不易掌握简单易行、便捷的秸秆利用技术，其技术门槛对其限制很大。由于相应的约束与惩罚机制没有建立，农民把废弃的秸秆焚烧掉造成环境污染，但农民又不直接承担污染责任。所以，必须用技术手段对秸秆利用技术进行深度开发利用，延伸秸秆产业链，提高其利用效率和经济效益，阻断其转变为农业垃圾的途径，不能任其被焚烧而污染环境。
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2.科技服务体系
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科技服务体系对于秸秆循环利用的支撑作用十分明显。一方面，在政府和市场的引导下，对秸秆利用的各项科学技术开展系统的研究，可以形成能在循环链条中直接应用的技术成果；另一方面，把科技成果转化和推广，对企业、农户等生产主体提供科技服务。科技成果转化和推广是科技生产力发挥效益的关键，当前，科技成果一般是在政府的引导和支持下，无偿提供给农户秸秆利用技术，并对其进行技术培训等。
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对于秸秆利用的另外一个主体企业，如：食用菌生产企业、饲料生产企业、有机肥生产企业等，科技服务通常采用两种形式：一种是科技部门或科技人员把拥有产权的科技成果折算为企业的股份，从而享有股东的权益。第二种是签订科技服务合同。有偿出让科技成果或提供科技服务，根据合同科技部门和人员享有一定的成果转让费和科技服务劳务费。
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（三）实施主体
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1.政府：政策引导主体
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秸秆循环利用与政府的重视程度和政策导向密切相关，地方政府重视，推行力度大，引导措施得当，秸秆资源就能够得以大量回收利用。在循环农业中，政府是主体，在对循环农业政策或制度的制定和执行、科技研发和创新、企业和农户的生产与消费行为等方面，政府发挥其激励和主导作用。政府的职责范围在于制定有利于循环经济建立与发展的机制与体制、法律、法规和相应的政策，加以监督实施，对于不符合循环农业发展原则的行为进行规范和约束，利用经济杠杆与行政手段保证各种措施的正常运行和实施；通过运用经济激励手段和措施，以及激发实施主体自愿行动的手段和措施，进而推动循环农业良好有序发展；从宏观角度对系统内部进行协调，最大限度地激发企业、市场、社会以及个人的内在潜能，有效地整合、协调利用好各种资源。
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2.企业：产业发展龙头
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企业是市场经济的主体，在发展循环农业的产业活动中，企业是实现规模化、产业化的关键，是循环产业发展链条的重要环节。循环农业的高级阶段是循环企业、循环园区及区域循环农业模式，循环农业要逐步以产业发展思路来发展农业，突破传统的“一家一户”生产的组织模式，要尽量促进农业与二、三产业的有效链接，形成价值链的循环互动。所以企业必须作为推动循环产业发展的龙头，以技术为核心，以资本为纽带，以市场为导向，推动循环农业的发展。
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3.农户：模式实施主体
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农户是一个社会与经济功能合一单位，是从事农业经营和农业生产的经济组织，具有生产、消费、生育、教育、文化等多方面的社会经济职能。对于中国当前秸秆利用现状，农户作为推广和实施秸秆循环利用技术的主体，其作用是不可替代的。
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农户进行生产活动总是出于一定的目标或为满足一定利益，农户目标可分为经济目标和非经济目标。经济目标是农户从事农业生产的首要经济动机，即获得最基本的生活资料、改善自身生活水平以及追求最大限度的经济利润。而非经济目标包括保障生活的稳定、响应国家政策和保障资源再生能力等。农民的素质在很大程度上决定农户的经济行为。研究表明，农户的受教育程度与农民的信息接受能力呈正相关关系。因此，受教育程度较高的农户容易认识到焚烧秸秆的危害性和由此所承担的法律责任。当前，中国农户的受教育程度与发展循环农业极不匹配，很多农户缺乏相应的素质与知识体系。预期是影响农户经济行为的重要因素，舒尔茨认为，作为“理性的小农”，当他在面临几个可供选择的方案时，会选择能够给他或他的家庭带来效用最大化的方案。由于农户参与政府“禁烧”秸秆的制度建设既可能给他带来收益也可能给他带来成本，只有当他参与“禁烧”活动的预期收益大于其成本时他才有“禁烧”秸秆的意愿（高雪松，2010）。
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二、中国秸秆利用中存在的问题分析
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（一）秸秆资源化利用意识淡薄，重视程度不够
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长期以来，由于对秸秆等农业废弃物缺乏应有的重视和长期效益观念，在中国农业废弃物管理体系还不健全，农业废弃物资源化利用政策不完善，缺乏相关政策法规，中国现有的政策法规仅从环境保护角度强调农业废弃物的处理方法，除对极少部分废弃物有要求外，大多数农业废弃资源综合利用工作没有具体的法规所依，资源化利用进展缓慢，成效不大。而现有的综合利用政策没有建立强制性措施，对本应综合利用的而未利用的没有责令限期利用的制度，不能很好的规范和约束人们的行为。
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（二）秸秆资源化利用技术落后，支持体系不健全
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虽然中国已经在秸秆资源化利用技术及装备上有一定的研究与创新，比如秸秆能源化，秸秆作为工业原料等，但与发达国家相比还较落后。秸秆资源化利用的核心是要建立健全技术和配套支持体系。针对秸秆资源分散复杂的情况，缺乏一套完整的技术保障体系，缺乏经济高效的收集、处理和综合利用技术，相关配套技术与设施也跟不上。同时在设备的投入上，财政的支撑和吸纳社会资金的能力不足，一些很好的技术在产业化的转化过程中，得不到应用和推广，导致秸秆资源化在低水平上重复以至发展缓慢，不能适应社会生产的需求，往往呈现利用率低、产业链短和产业布局不合理等现象。秸秆作为原料发展食用菌产业，由于产业化水平较低，在中国以农户生产或者小作坊生产的方式比较普遍，常常抵御不了市场价格波动等外界因素的影响，产业发展持续效应较差。另外，在秸秆资源化利用行业中，相关从业人员素质相对较低，缺乏系统培训，制约了资源化利用向产业化方向发展。
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（三）秸秆资源化利用方式单一，利用效率低
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中国每年秸秆总产量超过7亿t，占世界秸秆总产量的20%～30%，而利用率仅为65%左右，每年仍有2亿t秸秆被废弃，利用方式单一是造成利用率低的重要原因。在中国，秸秆燃用消耗过多，饲用、可再生能源开发利用和工业加工利用偏少，以及废弃和焚烧是目前中国秸秆利用中存在的突出问题。秸秆用作燃料时，能量只利用了10%，大多数的能量、矿物盐类、脂肪和粗蛋白等物质均被浪费，而田间焚烧农作物秸秆，仅利用所含钾量的1/3，其余氮、磷、有机质和热能则全部损失。不论是秸秆直接还田利用，还是秸秆过腹还田等，秸秆资源大多数只采用其中一种方式，属于一次利用，转化产品单一，质量不高，商品价值低。以“秸秆—食用菌（菌糠）—猪—沼—肥田”模式为例，如果对食物链进行加环设计，其各种产品的能量利用率将达50%以上，有机质和营养元素的利用率可达到95%，若秸秆只经过腹还田，则能量利用率仅为20%，氮、磷和钾等元素的利用率约60%，直接还田利用率就更低。故应对秸秆利用进行合理、全面的规划，不断优化秸秆利用结构是中国秸秆资源高效利用的根本途径。对四川省的调查表明，受秸秆收集处理机具制约，四川省当前秸秆循环利用技术还比较单一，就地还田利用和食用菌转化利用是主要途径，秸秆沼气化利用、肥料化利用、饲料化和原料化利用等尚未形成成熟的技术体系和产业体系，应用规模小，尤其是适宜农户分散经营的小型化、实用化技术缺乏。
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三、秸秆循环利用的保障体系
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（一）突出技术创新，构建科学的技术支撑体系
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1.加强秸秆循环利用机理研究，构建适宜的技术体系与模式
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不同秸秆循环模式的运行机理及效益有较大的差异，应加强秸秆循环的模式及其运行机理的研究，摸清秸秆循环利用中制约物质及能量循环的因素，通过改进现有的技术参数建立高效的循环利用模式。在技术体系上，在秸秆直接还田方面，应加大秸秆还田关键、简化和实用技术研究，研制和改良秸秆收集机械产品；在秸秆能源利用方面，应加强秸秆水解、压块成型及炭化技术的试验示范；在秸秆饲料化利用方面，应加强秸秆青贮、黄贮、氨化、碱化、糖化及微贮技术的应用；秸秆原料利用应加强秸秆有机产品、纤维素酶和半纤维素酶等工业化生产，探索集约高效和多样化的秸秆循环利用方式。
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2.因地制宜，开展循环农业技术集成与示范
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农业生产系统与典型工业系统、城市系统有本质不同，其循环经济体系建设，必须研究与之相适应的理论和技术体系，不能生搬硬套，简单拘泥于仅按照工业化思路去建立循环农业体系（高旺盛，2010）。通过秸秆循环利用技术体系与模式的比较研究，选择有代表性的区域，在农户、乡村、园区、区域四个层面上开展秸秆循环技术、模式以及产业化的研究与示范。根据各地种植业、养殖业的现状和特点，秸秆资源的数量、品种和利用方式，合理选择适宜的秸秆综合利用技术进行推广应用，在满足农业利用的基础上，合理引导秸秆成型燃烧、秸秆气化、工业利用等方式，逐步提高秸秆综合利用效益。可采取点面结合、重点突出的示范方式，可优先做好机场周边、高速公路沿线和大中城市郊区的秸秆综合利用工作，防止对交通运输和城乡居民生活造成严重危害。由于经济水平和文化受教育程度差异很大，部分地区的农民无法掌握秸秆循环利用技术，通过大面积试验示范，加强农技培训，增加农民对新技术认可度和掌握度。为秸秆循环利用的持续发展积累经验，也为制定正确的循环农业发展政策提供依据。
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（二）创新市场化运作机制，加快秸秆产业化开发利用
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当前，部分生物质能源企业处于亏损状态，主要原因在于秸秆的存储和均衡供应。中国实行的是家庭联产承包制，生物质秸秆的收购和组织面对的是千家万户的小农户，存在收购、运输和储存三难问题。从目前产业实际运行状况看，简单的资金支持是不够的，政府更重要的工作在于为企业提供良好的市场环境，做好公共产品的投资。例如，秸秆的收购、运输、储存、防火等问题严重影响秸秆利用的成本，政府应该建立一套秸秆收集、储存、运输管理政策和机制，保证秸秆数量和质量，为秸秆产品生产企业提供更好的服务。
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无论秸秆饲料化、“秸秆—食用菌”和秸秆能源产业化利用模式，均是通过区域秸秆的集中处理，把秸秆利用的上下游各种环节串联起来，形成秸秆利用的规模化、市场化、产业化。所以，必须优化秸秆产业发展总体布局，明确区域秸秆产业化发展方向，加强区域规划引导，及时发布秸秆利用项目建设信息。避免秸秆利用资源的无序竞争与投资项目的盲目发展，推动秸秆利用逐渐步入井然有序的产业化经营轨道。
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（三）增强农民意识和责任，发挥实施主体作用
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面对家庭小规模的耕地经营模式，面大量广的农作物秸秆一时还难以完全大规模集中利用，因此，就地分散式的处理就成为秸秆资源化利用的必然途径。因此，秸秆直接还田、秸秆发酵沼气、秸秆培养食用菌等都是较为普遍且分散式的利用方式。因此，有必要发挥和强化基层镇村组织在秸秆综合利用工作中的责任，制定各种行之有效的督查考核责任制，逐步转变农民群众的生产观念，逐渐养成秸秆还田的习惯。并结合开展形式多样的宣传活动，大力普及相关知识，通过宣传逐步提高农民的素质和意识，加快秸秆废弃物资源化利用的步伐。
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第三章 畜禽粪便资源化利用农业循环模式与技术
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第一节 畜禽粪便污染及防治概况
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一、畜禽粪便污染问题的产生
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（一）畜禽养殖业经营方式的转变
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畜禽养殖长期以来多以分散经营为主，家畜家禽的饲养数量有限，因此畜禽粪便的产生量较少且分布分散，一般可以及时的就地处理消纳，恶臭气体自然消散。因此，传统的畜禽养殖对当地环境的影响不明显，不足以引发严重的环境问题。而现代畜禽养殖随着专业化和产业化程度提高，饲养规模越来越大，单位面积土地上的载畜量越来越高，畜禽粪便产生量大并且集中，因此当地环境所承载的污染负荷越来越大，如果处理不好即可造成严重的环境污染问题。
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（二）畜禽养殖区域变化
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长期以来，传统畜牧养殖主要分布在农村，养殖所需的土地、水源、饲料、劳动力等生产要素主要依赖于农村，并且畜禽粪便与农田距离很近，当地农田可以及时消纳所产生的畜禽粪便。然而随着城市化进程加快、城市人口剧增和高度集中，城市对肉、蛋、奶的需求极度增长，导致畜禽养殖业向城郊转移，造成农牧脱节，畜禽粪便在城郊大量集中产生而没有足够的农田土地消纳，对当地环境造成严重威胁。
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（三）农业生产方式变革
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传统农业以畜禽粪便为养分来源，但是畜禽粪便体积大、肥效慢，加之规模养殖多集中在城郊，诸多因素造成畜禽粪便运输、储存不便，且由此生产的有机肥成本偏高，使用不便。而化学肥料与之相比具有肥效快、运输和储存方便、成本较低、使用方便等优势。因此近代农业生产中，化学肥料得到大量应用，而畜禽粪便逐渐由传统农业资源变身为环境污染的罪魁祸首。
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综合上述三方面的因素，畜禽粪便由原来的均衡有限量产出发展到现在集中大量产出，由原来的农田就地消纳发展到现在农牧脱节、畜禽粪便大面积堆积或随意丢弃，化学工业的发展直接引导了畜禽粪便由资源到污染源的角色转变。目前畜禽粪便环境污染已经成为一个亟待解决的社会问题，关系到养殖业和农业的可持续发展，关系到生态环境的安全和居民健康。
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二、畜禽粪便排放情况
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我国发展集约化养殖起步较晚，总体来看，畜禽粪污收集处理、粪便资源化装备水平与发达国家相比还有很大的差距。长期以来各级政府将畜禽养殖业作为国民经济的增长点，但是对畜禽养殖污染的严重性和污染治理的必要性认识不足，因此在很长一段时间内并没有把畜禽污染治理作为环境监督管理的内容，也没有将畜禽养殖作为污染防治的一个重要内容，这些造成了我国畜禽养殖业对环境的严重污染。
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据测定，10万头牛对环境的污染相当于100万人口的污染程度。1头60 kg左右的商品猪，平均日排粪量约为3.8 kg，排尿2.4 kg，产生污水18～24 kg（若采用水冲式清粪，日污水排放量约为30 kg）。按此推算，一个万头猪场每年至少向周围环境排粪便1.38万t，平均每日排污水210 t，排放的恶臭物质高达230余种。畜禽粪便中含有大量的有机污染物，污染的负荷很大。据监测，养殖场废水的COD（化学需氧量）超标50～60倍，BOD（生化需氧量）超标70～80倍，SS（固体悬浮物浓度）超标12～20倍，COD已经远远超过工业和生活污水的综合，成为我国继工业污染之后的又一大污染源，其危害甚至已经超过了工业污染，在农村地区造成了严重的环境污染问题，成为中国农村面源污染的主要来源之一。
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我国的猪、羊饲养量均居世界第一位（国际统计年鉴，2010）。养殖业发展的同时，畜禽粪便给我国的环境带来了巨大的压力。2010年2月9日，我国环境保护部、国家统计局、农业部三个部门联合发布了《第一次全国污染源普查公报》，公报数据显示，农业污染源（不包括典型地区农村生活源，下同）中主要水污染物排放（流失）量：化学需氧量1324.09万t，总氮270.46万t，总磷28.47万t，铜2452.09 t，锌4862.58 t。而当中畜禽养殖业主要水污染物排放量：化学需氧量1268.26万t，总氮102.48万t，总磷16.04万t，铜2397.23 t，锌4756.94 t。畜禽养殖业的粪便产生量2.43亿t，尿液产生量1.63亿t，成为农业污染源的重点（第一次全国污染源普查公报，2010）。
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近年来，北京市畜禽养殖业发展迅速，已经成为农业主导产业和农民增收致富的重要来源。根据北京市第二次农业普查系列数据显示，2006年北京市主要畜禽如猪、羊、鸡等存栏较1996年均有不同程度的下降，但仍保持较高生产水平。其中，猪存栏量为144.3万头，较1996年下降39.9%；羊存栏量为70.7万只，较1996年下降13.5%；家禽存栏量为2344.9万只，较1996年下降31.2%，其中，鸡存栏量1904万只，较1996年下降41.7%。但是，北京市农村的牛存栏量和鸭存栏量不降反升：其中，牛存栏量为19.5万头，较1996年增加6.9万头，增加54.8%；鸭存栏量为373.5万只，较1996年增加229.7万只，增加了159.7%。据北京市统计局、国家统计局北京调查总队统计，2009年北京市生猪存栏仍有292.7万头，家禽11983万只，牛奶产量66.4万t。如此大量的养殖，增加了农民的收入，促进了市场的繁荣，但也带来了严重的生态环境压力，制约了畜禽养殖业的可持续发展。
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单头（只）畜禽粪便产生量估算见表3-1。
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表3-1 单头（只）畜禽粪便产生量估算
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2007年北京市畜禽粪尿年产量4476.3万t，粪污可利用总量约占产生总量的60%，见表3-2。
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随着对城市生态环境建设的要求逐步提高，北京市畜禽养殖业逐步向远郊区县退缩，并且畜禽养殖逐步实现规模化和标准化。北京市农村工作委员会同北京市农业局、北京市发展改革委员会编制了《北京市“十二五”时期都市型现代农业发展规划》。规划中对北京发展畜禽养殖业进行了详细的规划。该规划划定了养殖业“三区四带”发展空间布局，目的是实现养殖业服务居民、富裕农民、科技引领和节能减排的功能。其中的“三区”主要指禁养区、限制养殖区和可持续发展区。禁养区，指饮用水水源保护区、风景名胜区、自然保护区的核心区和缓冲区，具有特殊经济文化价值的水体保护区；城镇居民区、文化教育科学研究区以及其他人口集中区域；法律、法规规定的其他禁养区域。此区域内禁养包括以商品食用为目的生猪、奶牛、家禽等。限制养殖区，指城市拓展区、发展新区和生态涵养保护区中，主要用于城乡建设的区域。此区域内不再新建规模化畜禽养殖场，已有的养殖随着城市发展进程逐步退出。可持续发展区，城市发展新区、生态涵养发展区中与生态环境和城市建设没有冲突、适合发展畜牧业的区域。此区域内重点发展畜禽良种、标准化规模养殖、生态养殖、特色养殖，依据城市发展规划和土地利用规划适度发展饲料和屠宰加工产业。“四带”是指生猪产业带、奶牛产业带、肉禽产业带和蛋禽产业带。生猪产业带，指以平谷、顺义、通州、大兴、昌平和房山等区县为主的京南生猪产业带。奶牛产业带，指以延庆、密云和怀柔等区县为主的京北奶牛产业带；以顺义、通州、大兴和房山等区县为主的京南奶牛产业带。肉禽产业带，指以房山、门头沟、延庆、怀柔、密云和平谷等区县为主的环京西北肉禽产业带。蛋禽产业带，指以房山、延庆、怀柔和密云等区县为主的京北蛋禽产业带；以大兴、平谷和通州等区县为主的京南蛋禽产业带。
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表3-2 北京10个远郊区县畜禽粪污产生量
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三、畜禽粪便污染防治概况
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（一）畜禽粪便对环境的危害
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1.臭气污染
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畜禽养殖场周围的恶臭气味一直是困扰周围居民的难题。许多研究者对畜禽养殖场的恶臭成分进行了鉴定。O'neil和Philips（1992）报道，畜牧场的臭气中含有168种臭味物质，其中30种臭味物质的臭味阈值≤0.001 mg/m3，在最低阈值的化合物中，有3/5含有硫。其中猪粪的臭味化合物有75种之多，主要是醇类、酸类、酮类、醛类、胺类、硫醇及含氮杂环化合物。这些气体的阈值很低（≤0.001 mg/m3），因此表现臭味很大。按照阈值从大到小排列，最臭的9种化合物依次是甲硫醇＞2-丙硫醇＞2-丙烯1-硫醇＞2，3-丁二酮＞苯乙酸＞乙硫醇＞4-甲基酚＞硫化氢＞1-辛烯-3-酮。有资料报道（刘德金等，2013）表明猪粪恶臭成分有230种，主要包括挥发性脂肪酸、酸类、醇类、酚类、醛类、酮类、酯类、胺类、硫醇类及含氮杂环化合物等，这些都属于恶臭物质的有机成分。此外还有NH3、H2S等无机成分。
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畜禽粪便在刚排泄出来时即含有NH3、H2S及胺等臭味气体。此外畜禽粪便在排泄出来以后，其中未被畜禽消化的有机物继续在微生物的作用下分解，其中碳水化合物分解成甲烷、有机酸和醇类，含氮化合物在厌氧条件下分解成氨、乙烯醇、二甲基硫醚、硫化氢、甲胺、三甲胺等恶臭气体。这些恶臭物质不仅会造成畜禽应激，影响其生长发育，也会降低畜禽产品质量，而且严重影响畜禽养殖场周围的空气质量，危害周围居民的身体健康。
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恶臭物质主要是通过刺激嗅觉神经作用于畜禽呼吸中枢，从而影响其呼吸机能。高浓度、刺激性的臭气会影响畜禽的生理机能，对畜禽的健康和生长发育造成严重影响。在实际养殖过程中，低浓度的恶臭对畜禽的危害是长时间和慢性的，使其抵抗力和免疫力降低，生产性能下降，产生慢性中毒等状况。而长期生活在恶臭环境的人，如养殖场工作人员、周围居民等，更易患支气管炎、肺炎等呼吸系统疾病（张继义等，2008）。
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挥发性含硫化合物具有刺激性和窒息性，其易溶解于动物黏膜上的水分之中，并刺激黏膜，使畜禽产生流泪、畏光、鼻炎等症状。挥发性硫化物经过肺泡进入血液后会与细胞色素氧化酶发生作用，阻断细胞呼吸的电子传递过程，导致组织缺氧。据调查：一个年出栏量10.8万头的养猪场，每小时排放硫化氢14.5 kg，污染半径可达4.5～5.0 km（王利民等，2002）。空气中低浓度的硫化氢会使猪生长减速、生产性能下降；当硫化氢浓度为20 mg/m3时，猪会出现畏光、不肯进食、神经紊乱、多发性神经炎等症状；当浓度为50～200 mg/m3时，猪会突然呕吐，昏迷，最后因呼吸中枢麻痹而死亡。
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氨气和挥发性胺主要由细菌和酶分解畜禽粪尿而产生，具有高溶解性、密度小等特性。一个72万只规模的养禽场每小时排出NH3 13.3 kg，一个年产10万头猪的养猪场，每小时排出NH3 159 kg。氨气可刺激眼结膜，使眼结膜充血、发炎，甚至导致失明；氨气进入呼吸道会引起咳嗽、喉头水肿、呼吸困难、肺水肿出血等症状，肺病易感性增加（孔源等，2002）；通过肺泡进入血液的氨可与血红蛋白结合，降低血红蛋白的携氧能力和氧化性能，破坏机体与环境的气体交换，造成贫血和组织缺氧。高浓度的氨会直接刺激甚至灼伤机体组织，引起组织坏死，严重的会产生中枢神经系统麻痹、中毒性肝炎等，甚至引起死亡。实验表明：猪每天在15～45 mg/m3的氨气环境中呼吸 10～15min，出栏时肺部绒毛几乎全部消失，肺病的感染率大大提高；在无氨环境下，仔鸡死亡率为1%，当氨浓度为37.5 mg/m3时死亡率为13%，当氨浓度为150 mg/m3时死亡率高达32%（王米等，2006）。
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挥发性脂肪酸（VFAs）中臭味较强的是丁酸和戊酸，其蒸气具有强烈的刺激性，刺激畜禽多处黏膜，引起畜禽食欲不振、烦躁不安、抵抗力下降等。另外，恶臭物质中的粪臭素能进入皮肤，影响畜禽肉类品质。
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易飘浮的微生物、粉尘等也是畜禽养殖产生的空气污染类型之一。
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2.氮、磷污染
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畜禽粪便营养素中，氮和磷所受到的关注最多。饲料中的氮一部分以蛋白质、肽和氨基酸的形式被动物吸收利用，其他的氮均已粪尿的形式排放到环境中。据研究资料表明，一头小猪从断奶体重养到100 kg时上市屠宰，共需消耗氮8～9 kg，其中能够被吸收沉积为瘦肉的氮不足3 kg，约占饲料总量的60%左右的氮（约5～6 kg）被排泄出体外。畜禽粪便中的氮如果不经处理，其中一部分会以氨气的形式挥发到大气中，从而增加大气的含氮量，严重时会造成局部酸雨，危害农作物。其余大部分会被氧化成硝酸盐渗入地下或者随着地表水流入江河，从而造成环境水体的广泛污染。
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磷是畜禽生长必需的营养成分。畜禽日粮中的磷主要以植酸磷的形式存在。对于单胃动物来说，其消化道中由于缺乏植酸酶，导致饲料中的植酸磷不能被吸收利用，大部分随粪便排出体外，造成环境中磷含量过高。此外，饲料中添加的一些抗营养成分，会造成氮磷的综合污染。据报道，饲料中的非淀粉多糖类物质，例如以β-葡聚糖苷、阿拉伯糖、木聚糖苷、半纤维素、纤维素为主要成分的多糖类物质，由于具有较高的黏性，会结合动物肠道中的消化酶而阻止其向底物渗透，从而抑制肠道对营养物质的消化，引起动物排泄物增加，造成环境氮和磷的综合污染。
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我国地域辽阔，不同地区的养殖业具有不同的特点，所饲养的畜禽种类和养殖习惯也有很大差别，造成各地畜禽粪便污染负荷具有很大差异。一般来说，习惯养殖奶牛、生猪等大牲畜的地区，其畜禽粪便的污染负荷大于习惯养殖鸡鸭等家禽的地区。表3-4列出了我国习惯养殖的几种主要畜禽的粪便排放系数和污染元素含量。
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表3-4 我国主要养殖的畜禽粪便排放系数及平均污染元素含量
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畜禽粪便中氮、磷元素一方面通过流失进入大气或者土壤后，再对地下或者地表水体造成污染；另一方面是直接流失进入地表水体。畜禽粪便直接进入地表水体的途径主要有两个：一是畜禽养殖废水（包括畜禽尿液、冲圈水等）没有得到有效处理，随着农村生活污水随意排放并直接流入了地表水体；二是粪便在随意堆置的情况下，其中的氮磷元素随着雨水冲刷形成的径流直接进入了水体。一般畜禽粪便堆置时间都长达半年，尤其在夏季降雨集中，密度较大，短时的暴雨就很容易造成可溶态的氮和颗粒态的磷冲刷流失。因此在畜禽粪便堆置过程中就已经有大量的氮磷元素流失进入水体了。氮元素作为蛋白质的基础，磷作为细胞合成的必要元素，进入水体后促使藻类等大量繁殖，造成水中溶解氧含量急剧下降，水质恶化，引起水体富营养化。
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3.重金属污染
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在畜禽日粮中，钙、铜、锌、铁、锰、钴、硒和碘等金属离子元素，是维持动物生命活动和生长发育的重要营养物质，尤其微量元素作为酶的必需组分和激活剂，在保证动物体健康生长和高效生产方面起着十分重要的作用。自从英国学者Brande首次发现饲料中Cu对猪有促生长作用以来，大量研究表明Cu、Zn及As制剂对仔猪、中猪和大猪都有明显促生长作用，并且能够提高饲料利用率。目前铜、锌、砷等微量元素添加剂在饲料中已经广泛应用，对于提高畜禽繁殖能力和免疫能力、缩短生长周期起到了巨大的推动作用，为养殖场带来了巨大的经济利益。然而这些微量元素的滥用，加上畜禽对于微量重金属元素吸收利用率低，导致大部分重金属积累在畜禽粪便中。国外从20世纪90年代末开始就有较多的关于畜禽粪便中重金属含量的报道。
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据Nicholson等（1999）对26个奶牛粪便、20个肉牛粪便、19个猪粪、20个家禽粪便中Cu含量的测定结果，上述4种畜禽粪便中Cu的平均含量分别为50 mg/kg、25 mg/kg、360 mg/kg、80 mg/kg；Zn的平均含量分别为180 mg/kg、110 mg/kg、500 mg/kg、400 mg/kg，以猪粪Cu、Zn含量均最高。Jachson等（2003）报道40个家禽粪便中As含量范围为1～39 mg/kg，含量最高者已接近污泥农用标准（40 mg/kg，CFR503）。20世纪90年代初农业部对我国主要有机肥源中的养分和重金属进行了系统调查和分析，未发现禽粪便的重金属污染问题。2004年刘荣乐等（2005）对我国畜禽粪便中重金属的含量状况与分析结果发现，参照德国腐熟堆肥标准（Zn、Cu、Cr、Pb、Cd、Ni、Hg的最高限量分别为400、100、100、150、1.5、20、1.0 mg/kg），所采集的47个鸡粪，29个猪粪，42个牛粪和15个羊粪都有一种或多种重金属超标，其中以猪粪的Zn、Cu、Cd超标最为突出，超标率分别为58.6%、69.0%、51.7%，牛粪存在Cd超标问题，超标率达到38.1%，鸡粪、羊粪的Cd、Ni超标率分别为66.0%、57.4%和20.0%、20.0%。张树清等（2005）对我国7个省、直辖市、自治区的畜禽粪中重金属含量调查结果表明，Cu、Zn、Cr、As、Ni、Pb、Cd、Hg等8种重金属中除了Cu、Zn、Cr、As含量偏高外，其余含量均较低，猪粪、鸡粪中Cu含量范围分别为10.7～1591 mg/kg、18.6～775 mg/kg；Zn含量范围分别为71.3～8710 mg/kg、83.9～699 mg/kg；Cr含量范围分别为0～688 mg/kg、1.56～298.6 mg/kg；As含量范围分别为0.30～65.4 mg/kg、0.01～19.6 mg/kg。按照我国有机肥农业行业标准（NY 525—2002）、有机—无机肥料的国家标准（GB 18877—2002），畜禽粪便中有一种或多种重金属元素含量存在超标问题。畜禽粪便中重金属的富集会导致以畜禽粪便为原料的有机肥中重金属含量的提高。刘荣乐等（2005）研究结果表明，畜禽粪便中重金属的含量与用其生产的有机肥料中的重金属含量之间具有显著的正相关关系，说明有机物料的安全性直接影响到商品有机肥的安全质量。谭晓冬等（2006）对商品有机肥的Cd、Pb、Cr、Hg、As测定结果表明，以畜禽粪便为原料生产的有机肥中存在Cd、Hg超标。
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畜禽粪便中的重金属主要来源于含重金属的饲料，还有部分重金属被用作微量元素作为畜禽的生长促进剂，有时也被用来治疗畜禽的各种疾病。饲料中的重金属污染来源包括自然因素和人为因素两个方面。
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自然因素：是由于某些地区自然地质化学条件存在特殊性，其地层中重金属元素显著高于一般地区水平。而生长在这种立地条件中的植物如果用作饲料，则由于生物富集、吸收也相应的含有较高水平的重金属元素。
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人为因素：是由于人类活动造成饲料中的重金属元素水平较高，包括工业“三废”排放、农业生产活动不当和饲料加工企业人为添加等。其中工业“三废”主要是众多的化工厂等排放的“三废”污染了当地的生态环境，尤其是局部地区土壤重金属污染严重，从而造成饲料污染。农业生产活动，例如不当的农田施肥、农药使用或利用污水灌溉等，造成土壤中重金属含量积累，从而被作物吸收。在饲料中人为添加无机制剂是饲料中重金属的主要来源。目前饲料及添加的无机制剂中使用比较广泛的包括砷、铜、锌等。矿物质饲料（如饲用磷酸盐类、饲用碳酸钙类）和饲料添加剂（尤其是微量元素添加剂）的质地不纯，会造成其中的重金属元素杂质含量较高，从而引起饲料的污染。
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分析影响畜禽粪便重金属含量的因素主要有以下几个方面：一是饲料中的重金属添加量较高，这与畜禽粪便中的重金属含量密切相关；二是畜禽对微量重金属元素吸收利用率低；三是饲料中微量元素化学形态的不同将导致畜禽对饲料中微量元素的利用率的差异；最后畜禽处于不同的生育发育阶段对重金属的利用率也存在差异。
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有研究表明，家禽粪便中Cu、Zn含量是饲料Cu、Zn含量的2～5倍，As含量是日粮中As的7倍；给猪饲喂高Cu日粮时，90%以上的Cu不能被机体吸收而随粪便排出。在断奶仔猪日粮中添加2500～3000 mg/kg的Zn，其中大约90%～95%的Zn从粪便中排出，虽然这种高Zn日粮仅饲喂几周，但排出Zn的总量相当高，可达到或超过猪肥育阶段（日粮含Zn 100 mg/kg）所排出Zn的总量。国外也有这方面的报道，Bonazzi等（1994）报道，猪饲喂含Cu、Zn日粮时，Cu、Zn分别有72%～80%、92%～96%不能被动物吸收，随粪便排出。此外不同种类畜禽粪便重金属含量差异较大。刘荣乐等（2005）研究结果发现畜禽粪便中Cu、Zn、As污染较严重，但从平均含量来看，这3种重金属都是猪粪最高，其次是鸡粪，而牛粪和羊粪最低。张树清等（2005）研究也表明猪粪中Cu、Zn、As含量明显高于鸡粪中的含量。Nieholson等（1999）也有类似报道，猪粪中Cu、Zn、As含量明显高于牛粪、鸡粪中的含量，而且奶牛粪便中这3种重金属含量比肉牛粪便中含量高。畜禽粪便中重金属含量与畜禽饲料中重金属含量有密切关系，Kunkle等（1981）报道家禽粪便中的Cu含量与日粮中添加量成线性相关。Apgar等（1996）研究发现，给71 kg的阉公猪饲喂含Cu分别为218 mg/kg和32 mg/kg的日粮，前者Cu的排泄量比后者高6.7倍。Adeola等（1995）给15～25 kg的猪饲喂分别含Zn为23 mg/kg和123 mg/kg的日粮，结果饲喂低Zn日粮的猪每日Zn排出量为16 mg，而高Zn日粮的猪每日Zn排出量为61 mg，后者较前者提高了3.6倍。何海健等（2006）研究了猪饲料Cu含量对猪粪便Cu含量的影响，结果是，与日粮中补充25 mg/kg的Cu处理相比较，日粮中补充250 mg/kg Cu处理的10～20 kg、25～60 kg、60～90 kg猪粪便Cu含量分别提高了9.18、9.93、10.49倍。齐德生等（2005）按饲料中添加阿散酸（砷制剂）量不同设为A（0 mg/kg）、B（50 mg/kg）、C（100 mg/kg），分别测定了经25d饲料及5d休药期后鹌鹑肌肉组织、脏器、蛋的总As含量，均未超过我国食品As允许量标准（0.5 mg/kg），添加阿散酸后，粪便中As含量大幅增加，第25d时B、C组粪便中总As含量分别达到52.9 mg/kg、105.2 mg/kg，分别是A组（0.71 mg/kg）的74.5倍、148.17倍；休药5d时，B、C组粪便中总As含量分别降至1.23 mg/kg、1.65 mg/kg，与A组（0.59 mg/kg）基本一致水平。说明在鹌鹑饲料中添加砷制剂大部分都在粪便中排出，并随着添加量的增加而急剧上升。
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饲料中微量元素化学形态的不同将导致畜禽对饲料中微量元素利用率的差异，进而影响畜禽粪便的重金属含量。据报道，饲料中不同形态Cu的动物生物学利用率存在差异。以CuSO4利用率为100%，测得其他Cu源相对生物学利用率分别为：酪蛋白铜170%，丙酸铜152%，乙酸铜142%，蛋氨酸-Cu 107%，CuCO3 87%，CuO 30%，CuS 10%。相对于有机态微量元素，畜禽对无机微量元素的利用率较低。Bruce（1990）报道，无机盐形式的微量元素利用率可低于20%。而有机微量元素代替无机微量元素可减少微量元素在饲料中的添加量，提高动物对微量元素的利用率，减少动物粪便中的重金属的含量。猪对蛋氨酸Zn的利用率比无机盐Zn高77%。有研究表明，植酸酶的添加可提高猪对Cu、Zn等矿物质元素利用率。与不添加植酸酶相比较，可减少粪和尿中排出的Cu和Zn的总量达20%。
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不同年龄或生长阶段的畜禽对饲料中微量元素的利用率也不同。王延周等（2002）报道，高剂量微量元素Cu的吸收率，断奶仔猪在5%～20%，成年猪一般不高于5%～10%。何海健等（2006）研究表明，猪不同生长阶段对微量元素的利用率不同，以10～25 kg阶段的消化吸收率最高，随着体重的增加，微量元素的消化吸收率呈下降趋势，粪便中微量元素残留量也成倍增加。
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4.兽药残留污染
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第四章 食用菌产业的农业循环模式与技术
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第一节 食用菌在自然循环和经济循环中的地位
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一、食用菌是稳固自然循环链中不可缺少的一部分
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自然界中大多数野生食用菌菌丝体多生长在枯立木、段木、森林落叶层、草堆、粪堆等富含有机物的环境中，依靠菌丝体分泌的各种胞内酶和胞外酶，将死亡有机残体加以分解、同化，从中获得营养物质，获得能量，完成其生长发育过程，实现自然界中的自然循环过程。相对于植物（光合产物的生产者）和动物包括人（消费者），食用菌等菌类是自然界中的分解者，许多野生珍贵食用菌属专性较强的共生性菌根菌，其子实体的发生极强地依赖于森林生态系统，其生长过程能增强树木对恶劣环境和病虫害的抵抗力，对森林的营造和保护具有重要的生态学意义。
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二、食用菌产业在经济循环中的地位
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传统农业产业模式是由“作物生产+动物生产”二维要素构成，这是一种极不平衡的消耗性产业模式。农业生态环境破坏严重，农业废弃物（稻草、麦秸、豆秆、玉米芯等）和畜禽粪便（猪粪、鸡粪、牛粪等）对农村环境造成极大压力，也是目前我国农业立体污染难以根治的原因所在。而食用菌产业的兴起，为这种不合理的农业经济模式的改变，提供了科学经济的途径。由“作物生产+动物生产+食用菌生产”三维要素构成的农业经济模式，表现出“资源—生产—消费—再生资源（废弃物回收再利用）”的物质和能量循环流动的循环经济产业模式。形成了一个多物种的物质和能量体系，构成农业生态系统的良性循环，并促进生态环境的持续、和谐、健康发展。符合人类经济可持续发展、可治理污染且零排放的循环经济模式（图4-1）。
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因此，大农业中引入食用菌这一重要环节，构建“作物生产+动物生产+食用菌生产”的农业循环经济模式，构成包含菌物的“三维”结构，是大农业产业发展的科学模式，也是食用菌产业发展的根本所在，更是我国农业可持续发展的最佳选择。
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图4-1 食用菌产业在循环经济中的地位和作用（引自卢敏，李玉2006）
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三、我国农业废弃物的利用现状
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农作物经光合作用而产生的生物产量中，只有20%～45%能被人类直接食用，而有55%～80%是不能被人类直接食用。据联合国粮农组织报告，全世界每年有近 24×1011kg的农作物秸秆没有被有效地利用。如果能以其中1/4用来栽培食用菌，按目前水平，则可获得6×1011kg的食用菌，以60亿人口计算，每人每天可获得近0.3kg的食用菌，从中能获得近0.01kg的优质蛋白质。我国是一个农业大国，每年能生产出农作物秸秆有7.2×1011kg，资源潜力巨大。但我国的秸秆利用率却不到5%，剩余的秸秆部分，多数随处堆放腐烂或焚烧，这是一项惊人的浪费并造成环境污染。
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目前，我国对农作物秸秆的利用方式：一是当柴烧或烧荒；二是直接还田或堆沤制肥；三是作为畜禽的饲料或厩料，再以畜禽的肥料还田；四是作为造纸等加工业的原料；五是遗弃、自然腐烂等，形成环境污染。特别是部分地区农民习惯在田间焚烧秸秆，不仅严重污染环境，而且对交通运输安全构成了极大的威胁。同时，由于焚烧产生的高温致使土壤中有益微生物大量死亡，严重影响土壤耕层物质能量的良性循环。
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菌类具有极强的降解有机物质的能力，可以分解利用一般动植物无法利用的纤维素、木质素，将农林副业生产废弃物转化为美味的菇蕈产品；同时又避免了燃烧秸秆造成的环境污染。农作物秸秆是食用菌生长的营养与能量宝库，如果将我国每年产秸秆的十分之一用于栽培食用菌，按干重3%的生物效率计，可产鲜菇约1500×107kg。如北京市每年产生农林业秸秆 300×107kg，用于饲料、肥料、燃料后，尚余20%得不到有效利用，焚烧秸秆的情况时有发生。如将这部分秸秆用于食用菌生产，可使北京市人均年消费食用菌达到香港现在的水平，并且从根本上解决焚烧秸秆造成的环境问题。又如“中国苹果之都”山东栖霞，拥有果园43000hm2，每年修剪落下的枝条可达20×107kg。以前这些废弃枝条只能作为烧柴，成堆成垛的摆放在村民的房前屋后，既浪费了资源，又影响村容村貌。如今果树枝条已作为生产食用菌的营养料，昔日的炉中柴变成了“金枝”，演绎成了红红火火的“树枝经济”。
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四、食用菌栽培原料的多样性
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目前我国食用菌栽培中段木栽培日益减少，段木栽培所占比例已从20世纪80年代初的90%下降到10%以下，食用菌产业发展对林木资源的依赖性大大降低，菌林矛盾得到了有效的缓解。但我国中西部黑木耳栽培、全国各地的茯苓栽培等仍然采用段木栽培模式，急需开发新型的代料栽培模式。
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稻草、棉籽壳、玉米芯、麦秸、食品工业废渣、甘蔗渣、果树枝条、速生杨枝条等农林、果、茶等农业废弃物都被用于食用菌生产。由养殖业产生的牛粪、鸡粪、猪粪等畜禽粪便，也已成为食用菌产业发展的常用原料。试验证明，桑枝粉、花生壳、蔗渣、甜菜渣、野草、毛竹屑、谷壳等均可代替阔叶树木屑，作为多种食用菌栽培的主要原料。
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阔叶树木屑是最早替代段木进行食用菌栽培的原料，几乎所有用于段木的栽培阔叶树木屑均可以使用。在香菇、木耳、银耳、灵芝等食用菌代料栽培中，仍然必须加入适量的木屑，不能完全用其他农作物秸秆废弃物替代木屑。部分针叶树的木屑（如柳松、红松、杉木）等，须经堆放几个月后，经日晒雨淋、发酵、发热之后也能使用，一般以陈年木屑为好，菌丝生长快。最初往往选用木屑为代料栽培原料，研究实践表明，一定大小的颗粒状木渣与木屑混合使用，利于基质氧气的蓄容，改善基质的透气性，也有利于提高产品品质。
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棉籽壳是替代阔叶树木屑进行木腐食用菌栽培的主要原料之一。自1978年河北晋县利用棉籽壳栽培平菇获得高产后，至今棉籽壳一直是平菇栽培应用最多的栽培料，它无需添加其他辅料，比木屑、玉米芯等效果要好，每100kg棉籽壳可获鲜菇100kg以上。在金针菇栽培中，棉籽壳可以完全替代木屑，并获得高于木屑的产量。随着食用菌产业的迅速发展，棉籽壳在局部地区出现供不应求、价格上涨的趋势，出现了一些替代棉籽壳的主料：如玉米芯、花生壳、甘蔗渣、禾本科干草、锯末、木屑等。
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玉米是我国北方地区的主要粮食作物，其副产品玉米芯和玉米秸秆营养丰富，是栽培平菇等多种食用菇的极好原料。玉米芯栽培平菇配方试验表明，采用玉米芯88%、玉米粉10%、磷酸二氢钾0.1%、石膏1%、过磷酸钙0.9%或玉米芯83%、麦麸10%、玉米面5%、磷酸二氢钾0.1%、石膏1%、过磷酸钙0.9%的配方，加适量药剂防杂菌，采用低温发菌，效果最好。
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禾本科干草栽培平菇，菌丝生长快、长势好、污染率低，且产量、生物学效率高，是一种比较理想的替代主料。以干草62%、棉籽壳35%、磷酸二氢钾1%，栽培平菇效果良好，生物学效率达到145.1%，比棉籽壳高出28.63%。干草和棉籽壳培养料不仅透气性较好，且营养丰富，能够满足平菇生长所需的空气及养分。此外，干草来源广泛，成本低，在目前平菇栽培料日趋紧张的情况下，利用禾本科干草加少量棉籽壳为栽培料，具有较好的经济效益和社会效益。
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油菜秆是一种很有开发利用价值的原料。我国南方油菜产区油菜秆资源十分丰富，但过去多数在野外被焚烧。研究表明，平菇在油菜秆培养料上生长良好，最佳培养料配方是油菜秆碎片72%、油菜秆粉10%、麸皮15%、白糖1.5%、过磷酸钙1.5%。
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各种木本植物的落叶在平常生活中作为废物垃圾被清扫，有时还会将其焚烧掉，这样不仅造成大气污染，也危害人类健康。树叶中仍含有一定的有机物和无机物，特别是含有大量的木质素和纤维素，若能用于食用菌生产将产生巨大的经济效益。
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尽管我国在食用菌栽培原料开发上取得了举世瞩目的成就，但仍然有许多资源亟待开发，如棉秆、板栗壳、竹木屑和花生秧等。
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第二节 食用菌产业特点及在农业中的作用
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一、食用菌产业的特点
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（一）食用菌产业是典型的设施农业和工厂化农业
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生产食用菌占用土地资源少，既不与农争地，又不需要大量资金，大棚和日光温室覆盖上草帘、遮阴网即可以成为蘑菇房。闲置房屋也是食用菌生产的理想场地。许多设施蔬菜生产效益不好的基地也可以用来生产食用菌。食用菌属异养生物，不需光照制造养分，不需水浇地，可室外，可林地，可室内，适于工厂化生产和立体种植，有“种植业的轻工业”之称。杏鲍菇、白灵菇、金针菇、双孢菇、蟹味菇等食用菌非常适合工厂化出菇管理，工厂化、规模化将是未来食用菌的发展方向（古国奎，2007）。
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（二）食用菌产业是典型的节水产业
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农业是用水大户，用水量占总用水量的70%以上，节约水资源除提高农业用水效率外，生物性节水已成为研究重点并大有发展前途。据测算，生产1kg粮食平均至少需水1m3，而生产1kg食用菌干品平均需水仅0.05m3，相当于生产1kg粮食用水量的5%，比生产粮食节水95%。而且，食用菌生产可实现80%～150%的生物转化率。2003年我国食用菌鲜品产量达10.38×107kg，折合成干品约1×107kg，比生产相同数量的粮食节水9.5×108 m3，相当于密云水库3年向北京市的输水量，等同于南水北调中线工程每年向北京市的输水量。
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食用菌生产用水主要包括前期的拌料和后期出菇管理两个阶段。前者约占40%，后者约占60%。拌料用水无法节省，但后期的出菇管理可以采取微喷技术来节水。微喷技术是通过低压管道系统，以较小的流量将水喷洒到物体表面进行灌溉的一种方法。它是在滴灌和喷灌的基础上逐步形成的一种新型灌水技术。微喷时水以较大的流速由微喷头喷出，在空气阻力的作用下雾化成细小的水滴降落到物体表面。微喷的特点是节水保湿，雾化均匀，水的利用率高，氧容量较大，从而可以达到增产、增收的效果，而且投资少、费用低，安装简便，省时省力，可在不同环境条件下使用。因此，微喷被广泛应用于蔬菜和花卉栽培、食用菌栽培、果园、苗圃和大田中。如果出菇管理中采用微喷技术，可以进一步节约用水，且微喷特别适用于菇房、大棚等出菇场所。食用菌生产实践证明，微喷比常规喷水节水30%以上。如果全国都采用微喷技术每年可以再节水2.4×108m3。可见食用菌生产可以大大节约宝贵的水资源，是典型的节水型产业。对于缺水的地区和加快建设节约型社会主义新农村而言，生产食用菌是一个较好的项目。
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（三）食用菌是高效产业
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食用菌生产与工业生产相比，不需要建造特殊的基础设施，也不需要大型仪器设备，投资少，见效快，投入产出比较高。从种到第一茬菇的采收，一般需要40～80d，草菇仅需10～12d。我国食用菌产业的平均产投比是3∶1～5∶1，远远高于一般的粮食作物生产（只在0.5∶1～1∶1），或者是其他经济作物生产（1∶1～2∶1之间）。以平泉县地栽香菇为例，300m2香菇相当于1hm2玉米。食用菌生产规模可大可小，生产者可以根据市场行情和自有条件灵活掌握生产规模，安排菇事。种植蔬菜用的各种园艺设施以及空闲房舍都可以用来栽培食用菌。
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据统计全国食用菌年产值过亿元的县达18个，过千万元以上的县达96个。著名的“食用菌之乡”福建古田县，已有2/3的农户直接从事食用菌产供销活动。河南泌阳县通过发展食用菌生产，从1996—2001年，财政收入每年以1000万元的速度递增，农民人均纯收入由1992年的428元增加到1678元，其中仅食用菌一项净增加500元。可见，在农村发展食用菌生产，是高效农业的基础，是开发农业的重点，也是振兴农村经济的优势产业。
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（四）食用菌是一个一举三得的产业
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第一是得到食用菌产品；第二是通过利用畜禽粪和秸秆降低养殖和种植对环境的污染；第三是可以得到大量的有机肥。食用菌产品营养丰富，经济效益较好。食用菌生产所需要的原料价廉易取，主要是木屑、各种农作物秸秆、牲畜粪便等农林副产物。生产食用菌后的菌糠粗蛋白含量高于10%，是优质的有机肥料，从而促进了有机农业的发展。食用菌在农业可持续发展中充当了重要的角色。
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（五）食用菌产业具有循环农业的特点
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农业循环经济实质上就是在农业产业链中把“上游废物变成下游原料”，实现资源循环化。近几年我国各地根据不同自然条件、资源基础和经济发展水平，因地制宜，总结形成了不同类型的食用菌循环农业模式。这些模式的共同特点是，以农作物废弃料为原料生产食用菌，再以食用菌生产废料为原料加工生产有机肥和饲料，用以还田和养殖，形成食用菌和种植业、养殖业的共同发展、相互促进的农业生态良性循环，最终实现环境友好、生态、经济与社会的多重效益（曲萍和李萍萍，2005）。
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（六）食用菌产业是农业结构调整中的首选项目
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农业结构的调整包括调整产业结构、产品结构和区域经济结构。其目标是适应消费观念和生活方式的转变，满足多层次需求，瞄准国内外经济一体化的大市场，实施集约经营，可持续发展战略，大力发展养殖业和农副产品加工，发展高附加值产品和依托资源、技术与劳动力优势的产品，实现优质、高产、高效，以提高市场竞争能力，达到农民增收的目的。随着农业和农村经济的战略性结构调整，农业结构调整已成为今后一个时期农业与农村工作的中心任务和主要着力点。菌业经济自身的特点完全符合上述目标，因而成为农业结构调整中首选项目之一。
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二、食用菌生产及其在农业循环经济中的独特作用
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（一）食用菌生产实现了对农业废弃物的循环利用
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食用菌的生产主要以棉籽壳、玉米芯、稻草、木屑以及工业废料（酒糟、醋糟等）为原料，它们主要有纤维素、半纤维素及木质素等组成。这些大分子物质不易被直接利用，故而绝大多数被焚烧或丢弃，造成资源的极大浪费，并污染了环境。当其用于栽培食用菌时，食用菌菌丝体在生长繁殖过程中产生大量的胞内酶和胞外酶，具有较强的纤维分解能力，使它们的结构发生质的变化，可使粗纤维降低50%，木质素降低30%，粗蛋白增加6%～7%，粗脂肪增加1倍左右，并利用这些分解产物产生大量可以利用的菌体蛋白（子实体）以及一些有用的代谢产物和生长因子。食用菌收获后剩下的培养基废料（菌糠）仍含有大量菌类多糖、蛋白质、氨基酸和Fe、Ca、Zn、Mg等微量元素及嘌呤、维生素等生长因子，经加工处理又可作为绿色有机肥再作用到农田；或加工生产节粮型饲料，用于鱼、禽、畜喂养；或经过配方调整继续作为原料栽培其他品种食用菌。使废弃物得到“整体、高效、循环、再生”的利用，在获得最佳经济效益同时，完成农业生态的良性循环（马寿福和军花，2006）。
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由于食用菌生产具有周期短、见效快、不占用或少占用农田和有利于农业生态良性循环等特点，在农作物秸秆的重点产区和老少边穷地区发展食用菌生产，不但能变废为宝，还能大幅度增加农民收入，并且能显著减少农业生产废弃物对环境的污染。例如，白灵菇的菌渣可种植鸡腿菇，鸡腿菇的菌渣可种植草菇，草菇菌渣经发酵后可作为有机肥料还田。有的地区还形成了“草—菌—沼—果”的能源生态模式等。
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（二）食用菌产业是实现农业可持续发展的最佳模式
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食用菌产业是利用农作物秸秆、木屑、棉籽壳、牲畜粪便等农业下脚料来进行生产，通过生物转化生产人类需要的优质蛋白质，同时较好地解决环境污染问题。近10年来，我国农村在农业部门的组织实施下，很多乡镇利用当地丰富的稻草（麦秸、玉米秆）、牛粪等废弃物在冬春农闲季节栽培蘑菇，通过蘑菇生产的发展，带动了农业循环经济的形成。菇农的产品由加工企业加工成罐头出口外销国际市场，有效带动了运输、服务等相关行业的发展，增加了就业人数。栽培蘑菇的基质在蘑菇收获后作为良好的有机肥返回到农田中。还有很多地区利用棉籽壳、废棉、木屑栽培香菇、杏鲍菇、木耳等木腐型食用菌，取得菇耳产品后的菌渣可成为有机肥，用于农业生产。在不需施化肥或少施化肥的情况下，农业获得了优质高产，农民钱粮双收，形成了良好的资源循环利用模式，对实现农业的可持续发展产生了积极影响。
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（三）食用菌产业是农业循环经济的发展枢纽
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食用菌产业是促进农业循环经济发展的必然选择。改革开放30多年来，我国农村经济虽然有较大的增长，但这种增长是粗放型的，是以生态环境成本为代价的。如对森林的滥砍滥伐，对矿山和土地的无序开采，造成溪河干涸、水土流失等。此外，农业废弃物没有得到有效利用，为追求农作物产量和短期效益，滥施化肥、农药，导致土壤、水质污染和环境恶化。如果这种局面得不到有效遏制和转变，对农村经济的发展是极其不利的，甚至会危害到人类的生存环境。要解决目前农村环境差的问题，发展食用菌产业是必然选择，通过食用菌产业的效益激发农民对农业废弃物利用的主动性，引导广大农村干部群众形成环境保护共识，自觉地保护自然资源，充分利用农业的废弃物资源发展食用菌产业，带动资源循环的正常运转，农业循环经济的效益才会真正显现出来。
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菌物在自然界属于还原者，在生产者（绿色植物）和消费者（人类、动物）之间搭建物质和能量循环的纽带。同样，在大农业生态体系中，食用菌生产以作物生产副产物（秸秆、木屑等）或动物生产副产物（畜粪等）为原料，将其转化为可被人类利用的菌体蛋白；菌糠又可开发作为动物生产子系统的饲料，通过动物体转化为可食用的肉类蛋白，实现物能转化和多重经济转化，并形成食用菌生态子系统。正是由于这种独特的生产特性，赋予了食用菌产业在由林业、种植业及养殖业组成的大农业生态体系中“还原者”的重要地位，使其成为农业循环经济中实现原料和能量循环的“枢纽”。
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（四）食用菌废弃物促进绿色农业和有机农业发展
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随着人们生活水平的不断提高和生活条件的不断改善，以及世界工业化进程的不断加快，环境保护愈来愈成为全世界共同关心的重点课题。农业生产过程中的污染和农产品中的有害残留，也越来越受到广泛的重视，如果在农作物的栽培过程中过量使用化肥，将造成农产品中具有致癌作用的N-亚硝胺的前体硝酸离子（NO3-）和亚硝酸离子（NO2-）的含量大幅超标。施用有机肥料，发展绿色农业或有机农业是当今农业的发展趋势，有机农业绝对禁止使用化肥和化学农药。但由于化肥效益明显和施用方便，所以农民不愿生产和使用有机肥。食用菌产业在为人类提供高营养、无污染、有益健康产品的同时，又为农业生产提供了大量优质、无污染的有机肥料。标准化食用菌生产过程基本没有污染物产生，栽培原料主要是农林牧副产品和洁净水，采收食用菌子实体后的菌渣是富含菌体蛋白的生物饲料或生物有机肥，可以用于发展畜牧业或者培肥地力、改善土壤团粒结构，延缓盐渍化过程，增强土壤肥力，实现自然界物质的良性循环。生产食用菌后的菌渣含粗蛋白高于10%，其他肥用指标（N∶P∶O和K∶O）也达到或超过了人粪尿、猪粪和牛粪，每吨干菌糠约相当于22kg尿素、62kg碳氨、51kg过磷酸钙、11kg氯化钾。栽培食用菌的同时就生产出了大量优质的有机肥。施用这种有机肥料，农作物中的硝酸盐和亚硝酸盐含量将会降低，增产幅度在9%～28%，并提高产品品质与风味，有利于有机食品生产。菌糠变成有机肥后，施用方便，增产显著，受到农民的欢迎。所以，食用菌生产就是循环利用农林牧及加工业下脚料等废弃资源，产出亦膳亦药的保健营养食品，其核心就是多级利用资源，并多级产出食用菌产品，使农业有效资源得到“高效、优质、生态、安全”的循环利用，从而获得最佳经济效益。另外，菌糠还可以用于养殖业和沼气生产。食用菌生产的废旧菌袋，还可以回收进行塑料制品的再利用，目前已经制作出包装箱桶、塑料颗粒等。食用菌生产完全符合联合国提出的“生物全株利用”的原则，可开拓出多条农业物质良性循环和综合利用的途径。因此其对发展绿色农业及有机农业具有非常重要的实际意义（Akamatsu，1984；Bisaria，et al.，1990）。
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图4-2 食用菌产业的枢纽作用（引自冀宏等，2007）
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三、食用菌产业在食物安全保障中的作用
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（一）美味营养多功能
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食用菌赢得了市场，受到越来越多消费者青睐，其首要因素在于它的美味。众所周知，食用菌味道鲜美，口感清脆，风味独特，历史上一直是皇家御膳珍品。人类文明的发展，社会的进步，要求食物不仅要美味，同时要营养均衡，多功能。食用菌完全符合这一现代要求。现代营养学研究表明，食用菌不但味美，而且营养丰富；不但高蛋白、低脂肪、多维生素、富矿物质和膳食纤维，营养要素均衡，而且高钾、低糖、低热量、低嘌呤。其高钾的营养特点使其成为高血压人群和低盐饮食者的首选健康食品，钾还具有调整嘌呤代谢防痛风的功能。食用菌中的糖类葡萄糖少，甘露醇多，是糖尿病人的健康饮食，同时利于减肥。
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食用菌具荤素两者之长，与植物性食物和动物性食物互补，使其成为联合国粮农组织倡导的“一荤、一素、一菇”健康膳食的三大基石之一。在食用菌强化食品工艺技术基础上，可以制作出多种符合中国人饮食习惯和风味的食用菌食品，如强化食用菌面条、馒头、面包、饼干等。可制成10%食用菌强化面粉，加工成主食食品、战备食品、全营养食品。食用0.5kg强化面粉食品，相当于0.08kg牛肉和0.5kg新鲜蔬菜的全部营养物质，可满足一个60kg体重的成年人全天的均衡营养需求，可以不再吃动物蛋白和蔬菜。这类强化食品在救灾食品中可以成为主力军。
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（二）优质平衡菌物蛋白，健康膳食的动物蛋白替代品
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国民蛋白质摄入充足与否，是营养和社会经济水平的重要表征。随着我国人民生活水平的提高，全民的蛋白质摄入量不断提高，动物食品消费逐年提高。但是，在日常饮食中，摄入动物蛋白质的同时也摄入了不利于健康的动物性脂肪。因此，健康饮食需要在满足蛋白质供给的同时，尽可能地减少动物性脂肪的摄入。食用菌的营养特点恰恰满足了这一要求，成为动物蛋白质的替代品。食用菌的蛋白质含量（按干重计）平均25%左右，经常食用食用菌，可以减少动物蛋白的摄入，从而有效地减少动物脂肪的摄入，利于心脑血管健康。
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第三节 食用菌可持续农业生态系统
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一、系统和系统结构
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食用菌栽培是发展生态农业的中心环节。生态农业就是利用生物的生理、遗传特性，投入少量的劳动进行生物的再生产，以获得较多的人类需要的原料食物和能源，并借助微生物的作用，促进难以利用的物质的分解和再生产，消除一切废物和污染物质。所以，生态农业的一个重要特点就是注重工农业废料的多级或多层次利用和循环利用。人工栽培食用菌，能多层次转化纤维素废物，减少环境污染，增加产品输出，加快生态循环，充分利用生物能源，是提高整个生态系统生产能力的有效途径。
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食用菌生态系统是由植物、动物、微生物及非生物环境构成，食用菌是微生物大家族中的重要成员。食用菌在生态系统中属于分解者，通过分解人和动物不能直接利用的有机物质（如纤维素、半纤维素、木质素），并将其吸收转化为高蛋白、低脂肪的新食品—菌物食品，既防止了环境污染，又为人类提供了食物，是自然界物质循环中的重要一环。它创立了利用农林牧下脚料及加工副产物生产食品的新途径，进而提高整个系统的生态、经济效益。食用菌生态系统以某个区域的自然地域范围为系统边界，初级生产者主要包括小麦、玉米、大豆、花生、棉花、蔬菜等各种绿色植物，农作物秸秆及农产品加工副产品也构成食用菌生产的主要原料；次级生产者主要包括牛、猪、羊、鱼等禽畜。
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二、食用菌可持续农业生态系统效益分析
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（一）生态效益
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人工栽培食用菌是以农业废弃物（如作物秸秆、玉米芯、棉籽壳、锯木屑、酒渣、豆腐渣、甘蔗渣等）为主要原料，生产食用蛋白质的过程。食用菌在生态系统中属于分解者，它能分泌许多胞外酶，通过分解有机物质（如纤维素、半纤维素、木质素等），形成肉质脆嫩、营养丰富的子实体，进而提高整个系统的生态、经济效益。食用菌生产是农业和农产品加工下脚料综合利用的过程，是农业产业链的有效延伸，可以一家一户手工作坊式经营，也可以实行工厂化、规模化生产。经过食用菌吸收转化后的菌糠，粗纤维含量下降80%左右，氨基酸含量增加3～4倍，一方面可以作饲料，另一方面可以直接还田，与发展畜牧业实现过腹还田有同等之功效。通过食用菌生产，将食用菌产业纳入农业生态系统的范畴之中，可将农业生产的秸秆资源化，变废为宝。把农作物秸秆先作为培养食用菌的原料，再以菌糠作为饲养畜禽的饲料或者作为肥料还田，给农业生态系统增加了一个高效生产环节，使农业生态系统中丰富的秸秆资源得以多层次利用、循环利用，实现了农业生态系统内物质的良性循环。以食用菌产业为纽带的农业生产系统含有生产者、消费者、分解者，是稳定健康、协调的农业生态系统。这个系统内资源充分利用，环境污染降低，是我国农业生态可持续发展的较好的战略之一。另外，从食用菌菌糠中可提取某些成分，对作物、蔬菜的某些病虫害具有特殊的防治效果，可以降低农药的使用量，减少农药对农田、大气和环境的污染，从而提高了农产品的品质，保障了人民身体健康（Sharma和Furlan，1999；Uhart et al.，2008；王宇，2008）。
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（二）经济效益
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据不完全统计，种植食用菌的经济效益是蔬菜的3～4倍，是粮食的10～12倍。1hm2标准化菇房若周年栽培双孢菇一年，可生产22000kg蛋白质，而多数农作物一年蛋白质产量仅为1000～2000kg/hm2，种植食用菌的经济效益十分可观。以下是农民林地种植双孢菇和香菇的效益分析。
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以草腐型食用菌双孢菇为例，经济效益分析如下：
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建拱棚、做菇床，每平方米投资约合10元；投放栽培料45kg/m2，投资约为6元，菌种用量5元/m2，覆土费用和全部人工费约合4元/m2，全部投资为25元/m2。每平方米产菇可达7.5kg，每千克最低售价6元，收益为45元/m2。林地中搭建的拱棚可连续使用3年，折合每年投资约为3.5元/m2，这样每年的费用为18.5元/m2，每年可获纯收入近26.5元/m2。每亩林地按照实际种植400m2计算，则纯收入10600元。双孢菇在棚室立体栽培效益还会更高。
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以木腐型食用菌香菇为例经济效益分析如下：
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建拱棚、做菇床，每平方米投资约合15元，包括竹片、铁丝、覆盖用的塑料薄膜或无纺布以及地面支撑菌棒的细铁丝。栽培袋的制作成本每个约2元，每亩林地1.5万个需3万元。每个菌棒共采收0.7kg菇，产量为10500kg，每千克最低售价6元，收入为6万多元，每年每亩可获利近3万元。
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据有关资料报道，20世纪90年代以来，世界各国食用菌年消费量按3%～5%左右的速度增长，消费较多的国家（除法国外）国内生产量均不能满足本国人民的消费需要，必须从其他国家（主要是从亚洲国家）进口。我国虽然是食用菌产量最大的国家，但年人均消费量不足0.5kg，而美国年人均为1.5kg，日本年人均为3kg，世界平均水平是每人每年0.6kg。我国年人均消费量与世界一些国家相比，差距较大。据有关专家估计，在我国未来20年间的食用菌市场上，食用菌产量还有增长10倍的空间，市场前景非常广阔。食用菌的国际国内市场潜力巨大，经济效益前景看好。
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（三）社会效益
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食用菌营养丰富，其蛋白质含量一般为其干物重的20%～40%，而猪、牛的蛋白质含量也只有9.3%～21.4%；食用菌鲜品蛋白质含量为3%～5%，为一般蔬菜水果的3～12倍。食用菌具有高蛋白的同时又具有低热量、低脂肪的优点，而且必需氨基酸种类齐全、含量高、组成合理，易被人体吸收利用，被誉为“素中之荤”，是“植物蛋白的顶峰”和“十分好的蛋白质来源”。发展食用菌生产对改善我国人民的膳食结构、增强人民体质有促进作用。从更广阔的社会意义上讲，它的价值不仅仅在于对秸秆、下脚料等废物的开发利用，还在于将人类不能直接利用的粗纤维转变成营养丰富的食用蛋白，通过真菌和其他生物的交替作用，形成多层次生产的生物循环系统。在提高生产效益的同时，也提高了生态效益。菌类在把粗纤维转化为蛋白质的同时，中间产物还原糖、粗蛋白、粗脂肪的含量也增加了。而秸秆在菌丝的降解作用中，还分泌出某些激素类或特殊的酶，作为有机肥还田，能提高肥效，比直接沤制堆肥有更多的可给态养分和更好的增产作用。国内外的实践证明，只有充分地利用农业资源才能不断满足人类自身不断增长的物质文化需求，而食用菌产业正是实现这种充分利用的有效途径。早在1981年，英国科学家海斯就指出：用废料栽培食用菌，具有“极大潜力，可成为供百万人食用的营养来源”。食用菌产业可以提高生物资源的利用效率，尤其是对秸秆等资源的再利用和在生态农业的良性循环中发挥协调与平衡作用，使食用菌产业及学科的发展在新的一场农业革命中占有重要地位。
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食用菌产品具有丰富的营养和独特的保健作用，十分适合当前的膳食潮流，现有和预期市场空间都很大。
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第四节 林业—农业—养殖业与食用菌生态链
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一、“树—菌—肥”利用模式
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木腐菌类如香菇、侧耳、木耳、金针菇、灵芝等的培养基是木屑、棉籽壳等，木屑主要来自一些阔叶树。针叶树必须经过一年以上的堆制发酵后才可以使用。
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案例一：河北平泉县随着京津风沙源治理和退耕还林项目的开展，栽植了大量的速生丰产刺槐林，一方面保护生态环境，为京津筑起绿色屏障；另一方面为食用菌生产提供了丰富的原材料，为食用菌扩大生产奠定了基础。同时，也走出了一条生态造林与食用菌产业互促，生态与经济双赢的循环经济发展之路。县里从2000年开始每年发展刺槐5300hm2，目前全县刺槐林已累计达43000hm2。而每亩刺槐林平茬一次可生产香菇500盘，5300hm2分3年转换平茬，每年平茬13000hm2可供生产1亿盘（袋）食用菌所需，使刺槐林由薪炭林变为经济林。同时针对食用菌废料，研究开发了利用食用菌废菌棒、菌盘回收，加工成蛋白饲料，推动畜禽养殖业的发展，形成的粪便作为肥料用以还林还田，再成为食用菌原料，从而实现了“林业基地—食用菌原料—食用菌—食用菌废弃物—蛋白饲料畜禽养殖—粪便肥料—还林（田）—食用菌”的生态链。
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案例二：辽宁鞍山市岫岩县依托资源和气候优势，大力发展食用菌产业，2009年岫岩县食用菌总产量达到8.5×107kg，其中滑子菇4.5×107kg，香菇4.0×107kg。目前岫岩无公害食用菌国家标准化示范区通过国家级验收。该地生产食用菌也是大量利用了速生林，生态造林与食用菌产业互促，走出了生态与经济双赢的循环经济发展之路。
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我国还有许多地区采用桑蚕杆及林木修剪枝杆等替代大量的木材生产食用菌，都取得了良好的效益。
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二、“农畜—菌—肥”利用模式
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（一）麦（稻、玉米）秸+牛粪（鸡粪）→食用菌（双孢蘑菇和鸡腿菇）→菌渣→有机肥还田
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1.培养料的种类与特点
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（1）粪肥。粪的种类较为广泛，猪、牛、马、鸡、鸭等禽畜粪便都可用来堆制培养料。目前较为普遍采用的是猪粪、牛粪和马粪，用量最多的是猪粪和牛粪。牛粪发酵快，较疏松，易升温，含速效成分较多，堆制的培养料出菇快而密，产量集中，但后劲不足。猪粪粪质较细腻，结构紧密，升温发酵慢，含迟效养分多，但肥效较长，后劲足，出菇较稀，菇形较大。在生产上通常采用猪、牛粪混合堆料，以取长补短。马粪粪质疏松，通气性能好，发酵快，升温高，但养分较差，肥源较缺。其他如鸡、鸭、兔、羊粪也可利用，但用量不宜过多。
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（2）草料。凡含有纤维素、半纤维素、木质素等碳水化合物的禾草都可用来堆制培养料。一般多采用稻草和麦草混合堆料。北方地区近几年常用玉米秆、高粱秆、豆秆等，但这些秸秆要事先压扁或粉碎。麦草以大麦草较理想，它们茎秆粗，表面蜡质少，吸水性能强，透气性好。小麦秆硬，表面蜡质多，吸水性能差，腐熟慢，所以堆料前要先压扁或粉碎，并进行预湿，以改变其物理性状，使之柔软便于吸收水分，促进发酵。稻草营养成分较麦草高，透气性好，易腐熟，堆制时不能过湿。南方水稻产区多采用稻草堆料，北方产麦区多采用麦草和玉米秆堆料。有条件的菇农在用玉米秆时最好加入部分稻草混合堆料。草料要干燥，新鲜，无霉变，无腐烂。另外还需添加一些辅助材料，如豆饼粉、花生饼粉、棉籽壳粉、尿素、硫酸铵以及过磷酸钙、石膏、石灰等。
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2.培养料的配比
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培养料的配比要掌握两个原则：①满足双孢蘑菇生长发育所需要的养分，特别要使碳氮比例合适；②堆料时能使堆温上升到70℃，保持在50～60℃的时间较长。这样既能杀死虫卵杂菌，又能使材料分解腐熟，达到松紧适中、疏松柔软，通气保湿性能良好。培养料碳氮比是指培养料中碳素和氮素的比值。一般配料中的碳氮比值为（30～35）∶1（平均33∶1），通过微生物的分解作用，堆制后的培养料C/N降至17∶1，正适合双孢蘑菇的生长发育。若培养料堆制后碳多氮少，则双孢蘑菇菌丝生长不旺；反之碳少氮多，则菌丝徒长而不出菇。碳氮比的计算方法很简单，只要将各种物质的碳素相加，所得总量除以物质中的总氮量，就可得出碳氮比值。国内常用的双孢蘑菇培养料配方为：①稻草500kg、牛粪500kg、饼肥20～25kg、尿素3.5kg，硫酸铵7kg、过磷酸钙15kg、石膏粉15kg；②玉米秸秆2500kg、牛粪1500kg、尿素40kg、过磷酸钙50kg、石膏粉50kg、钙镁磷肥5kg、石灰30kg；③稻草1750kg、大麦草750kg、猪粪（干）1000kg、菜籽饼粉150kg、石膏粉75kg、过磷酸钙37.5kg、石灰10～15kg；④麦草500kg、马粪500kg、饼肥20kg、尿素10kg、过磷酸钙15kg、石膏粉15kg；⑤麦草2500kg、湿鸡粪2000kg、石膏50kg、尿素20kg、石灰25kg、磷肥25kg；⑥无粪培养料：稻草100kg、菜籽饼7kg、尿素1kg、复合肥1kg、碳酸钙1kg、过磷酸钙2kg、石膏粉2kg，石灰2kg。
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由于各地方种植作物不同，双孢蘑菇培养料的原料来源也有所区别，各地可根据本地的具体情况，采用不同的配方。
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3.培养料的前发酵
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所谓前发酵，也叫堆料，就是第一次发酵。发酵时间较长，一般为30d左右。前发酵的作用是利用好热性微生物的繁殖活动产生高温杀死虫卵和杂菌，使料中复杂的大分子物质转化为简单的、易被双孢蘑菇菌丝吸收的小分子物质。因此，要求升温快、堆温高、堆期短，这样堆制后的培养料腐熟发酵得好，物质损失得少。
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（1）材料处理。干粪在堆料前7d用水拌湿，每100kg干粪加水110kg左右，拌湿前把粪先捣碎过筛，拌湿后做成方形堆，高度不超过1m。第3d翻堆1次；禾草在堆料前2～3d亦要预湿，先将禾草截段或碾压，截段后边浇水边踩踏，使其吸足水分。其他如饼肥亦要在堆料前粉碎并密闭熏蒸2～3d，以杀死螨类和其他害虫。
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（2）建堆发酵。一般在播种前30d左右开始堆料，京津地区一般在8月中下旬堆料，各地可根据材料和当地气候条件灵活掌握。
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选择离菇房近、便于搬运、地势高燥、排水良好、地面平整的水泥地面上建堆。堆的大小根据生产实践经验，以堆宽2m左右、堆高1.5m为宜，长度不限，堆顶呈龟背形。这样既操作方便，又有利于发酵。堆料方法是先用草料铺底，厚0.2～0.3m，厚薄一致，四边整齐。草上撒一层粪料，粪厚0.05m。这样一层草一层粪，草粪间隔地堆叠上去，直至堆高1.5m为止。大约铺10层草，10层粪，顶层用粪肥全面覆盖。实践证明，草料最好采用二层麦草一层稻草最为理想。辅助物质如饼肥、尿素等，在建堆时分层加入，最好加在第三层至第八层靠中部位置，以便充分发酵和吸收。为了调节堆料中水分，每铺一层粪草后，都要适当浇点水。浇水时掌握底层不浇水、中层少浇水、上层多浇水的原则，直至堆料四周有少量水溢出为止。若建堆后第2d仍有水渗出，表明调水合适。建堆完毕，堆中插一支温度计，以便观察堆温上升情况，顶部晴天用草被覆盖，避免风吹日晒，雨天覆盖塑料薄膜，严防雨水渗入。堆的四周要开小沟，四角各挖1个小坑，使堆料内渗出的水聚积在坑内，便于回浇于堆上，以免养分损失。
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发酵实质是多种微生物的作用，使有机质经过分解，进行矿质化、腐殖质化的过程。由于培养料堆积发酵时粪草所处的部位不同，发酵情况也不同，从发酵堆的横切面可以看出明显分为3层，即干燥冷却层、好气发酵层和厌氧发酵层。干燥冷却层在堆料表面，由于风吹日晒，水分散失多，堆温低，培养料基本上没有发酵。紧靠干燥冷却层是好气发酵层，这部分培养料分解得最好，料温也高；最里面的料堆中心是厌气发酵层，由于缺氧，培养料经常处于厌气条件，堆温低，分解差，特别是堆底积有大量二氧化碳，常使培养料呈酸性并发黏。
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（3）翻堆。翻堆就是定时将堆积的粪草抖松拌和，把处在料堆下面的培养料翻到上面，上面的翻到下面，四周的翻到中间，其目的是改善堆内空气条件，调节水分，散发废气，促进有益微生物继续生长，进一步发酵，再次使堆温回升，以达到培养料的均匀分解腐熟。翻堆时间和次数应根据材料和气温条件灵活掌握。一般堆料后，堆温上升到65～70℃后开始降温时，即进行第一次翻堆，为建堆后的5～7d，翻堆次数视堆制要求而定，如常规一次性发酵，一般要翻堆4次。第一次翻堆在建堆后第6d进行，第二次翻堆在第11d进行，第三次翻堆在第15d进行，第四次翻堆在第18d进行，然后第21d进料。整个发酵过程为21d。前发酵要掌握一湿、二调、三不动的原则，一湿是指堆料和第一次翻堆时水分要浇湿浇透；二调是指第二次及以后的翻堆只将局部偏干的草料，适当浇清水调节；三不动是指最后一次翻堆最好不要浇水，以免生水带进杂菌和病原菌。
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结合翻堆添加辅助物质，第一次翻堆时添加石膏和石灰，第二次翻堆时加入过磷酸钙的50%，余下的50%在第三次翻堆时加入。这些辅助物质可以提高培养料的营养水平和改善物理结构，有利于双孢蘑菇菌丝的生长发育。
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4.培养料的后发酵
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后发酵又称二次发酵或巴氏灭菌，具体方法是将前发酵结束（第三次翻堆后3d，温度达50℃以上时）的培养料趁热搬进菇房内，上架堆成0.15～0.18m厚，然后紧闭门窗，用煤炉或蒸气加热，使料内温度在1～2d内上升到57～60℃，维持6～8h，随后通风降温到50～55℃，维持3～5d进行控温发酵。最后打开门窗通风换气降温。
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后发酵的技术关键是对温度的控制，全过程的温度分为3个阶段：
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（1）升温阶段。后发酵使料温上升到60℃左右，维持6～8h，这是巴氏消毒阶段，其作用是进一步杀灭料内的杂菌和害虫，促进嗜热微生物大量繁殖，有利于腐殖质类物质的形成。
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（2）持温阶段。巴氏消毒结束后，将料温降至50～55℃，维持3～5d，以供嗜热微生物处在最佳生态条件，使堆料残留下的氨转化为氮源，加速基质降解，同时产生聚糖类物质、烟酸、B族维生素及氨基酸等，有利于双孢蘑菇菌丝的吸收。
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（3）降温阶段。持温结束，将料温逐渐降低到45～50℃约12h，当降温到45℃时，必须立即打开门窗，使料温迅速下降。
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后发酵要再经过一次高温，水分损失较多。因此，进行后发酵的料要适当湿一些，含水量在68%～70%，同时后发酵过程中要注意保湿，发酵结束后培养料的含水量在60%左右。进行后发酵的培养料，堆料（即前发酵）时间要缩短到15～18d，只翻堆3次。严格控制好料温变化，料温靠室温控制，室温升高或降低约2h才能影响到料温的变化。因此，需及时准确地通过对室温的调节达到维持料温的目的。升温、降温都不能太快，所以，需要有一定经验的人来掌握。一、二次发酵堆料的技术指标见表4-1。
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表4-1 一次发酵与二次发酵堆料的技术指标
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我国大多数菇农采用传统的堆料技术，用牛粪、稻草和玉米秸秆栽培双孢菇，平均产量达到8.5～15kg/m2，与国外相比差别很大。荷兰等国可以达到30kg/m2，其堆料技术比我国先进很多，均采用机械化操作进行一次、二次、三次发酵技术来生产双孢菇。目前我国也开始了机械化堆料技术的推广，建造发酵隧道和先进的菇房已经成为种植双孢蘑菇项目的一种选择，但在利用作物秸秆和蓄粪栽培食用菌方面我国尚有很多工作需要研究。
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（二）玉米种植→玉米芯→木糖（醇）→木糖渣→食用菌→菌渣→有机肥还田
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河南省汤阴县是亚洲最大、世界第二的木糖生产基地。玉米芯在提炼木糖、木糖醇的过程中，派生了大量木糖渣。前几年木糖渣由于没有得到很好开发利用，竟成了企业的包袱，大量的木糖渣到处倾倒，不仅占用了农民许多土地，更严重的是由于污染环境还为企业惹来了不少官司。为解决这一问题，该县引进开发了用木糖渣栽培金针菇、白灵菇、香菇，用麦秸和鸡粪栽培双孢菇等技术，逐步形成了“玉米种植→玉米芯→木糖（醇）→木糖渣→食用菌→菌渣→有机肥还田”和“麦秸+鸡粪（牛粪）→食用菌→菌渣→有机肥还田”两条食用菌循环经济链条，促进了物质在系统内部的多层次重复利用和循环利用，改变了原来“大量生产、大量消费、大量废弃”的传统模式，实现了资源的再生、循环利用和无害化处理，成为县域经济发展中的特色产业，小小蘑菇推进了新农村建设的全面开展。全县每年转化木糖渣2×107kg，农作物秸秆、畜禽粪便8×107kg，可使5×107kg有机肥还田。
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（三）棉花→废棉→草菇→菌糠→秀珍菇→菌糠→肥料
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棉花种植所产生的废棉下脚料是种植草菇的优良原材料。由于草菇生育周期短，一般只采收一次，其菇渣中还有大量营养存留，再加入部分新料后生产秀珍菇，可以取得较好的效果，将栽培秀珍菇产生的菌糠再加工成有机肥料，还施农田。
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（四）棉籽壳→木腐型食用菌→菌糠→鸡腿菇→菌糠→肥料
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木腐型食用菌的生产多数都使用棉籽壳，我国棉花面积很大，棉籽壳资源丰富，使用方便，是食用菌生产的重要原料之一。鸡腿菇对养分的吸收范围很广，栽培时的原材料主要为棉籽壳、作物秸秆等，可以做熟料栽培，也可以用粪草料发酵后栽培。平菇、金针菇、白灵菇、杏鲍菇等的栽培菌渣还含有较多的养分，尤其是工厂化栽培后的菌渣，掺和上少量新鲜材料后，都可以作为鸡腿菇的原材料。各地都可以根据实际情况试验筛选适宜的配方。目前生产上效果好的配方有：①平菇废料65%，棉籽壳15%，麸皮10%，玉米粉6%；②金针菇废料70%，棉籽壳15%，麸皮8%，玉米粉3%；③白灵菇废料70%，棉籽壳15%，麸皮8%，玉米粉3%；④茶树菇废料70%，棉籽壳15%，麸皮8%，玉米粉3%。上述各种配方中各加入过磷酸钙1%、石灰3%的辅料，料水比均为1∶1.2。按配方把培养料拌匀后，堆积4d，期间均翻堆2次，第2次翻堆时，加入辅料。鸡腿菇通常采用脱袋埋土出菇，出菇后的菌渣直接还田成为有机肥。
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三、“牛粪—蚯蚓—双孢菇”利用模式
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（一）牛粪养殖蚯蚓
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采用不经发酵处理的新鲜牛粪，直接养殖蚯蚓，方法是将充分翻动脱去氨味的牛粪堆成宽1.2m、高0.15m、长度不限的粪堆，投放蚯蚓。每天都要用微喷带对粪堆喷水，让蚯蚓在粪堆中充分生长，2周左右后再加0.07～0.08m厚的一层牛粪，依次重复至粪堆高0.5～0.6m。室外露天养殖每立方米的牛粪可产15kg蚯蚓。
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图4-3 植物秸秆、牛粪、蚯蚓、双孢菇零污染生产模式
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（二）用蚯蚓粪作为添加材料的双孢蘑菇栽培技术
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我国北方栽培双孢蘑菇，普遍采用室外一次发酵料直接栽培，对培养料进行二次发酵的较少。用一次发酵料栽培双孢蘑菇，由于培养料发酵不充分，常常造成双孢蘑菇菌丝细弱，发菌速度慢，栽培过程中病虫害发生严重，生产周期也相应延长，造成了双孢蘑菇生产的较低效率和效益。
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利用牛粪养殖蚯蚓产生的蚯蚓粪，在以往的生产实践中，只是作为单一的有机肥还田，未能对其所具有的生产价值进行进一步的开发和应用，牛粪养殖蚯蚓的产业链未能进一步的完善和开发，蚯蚓养殖业的经济效益也有待提高。经过室内和室外两次发酵的优质双孢蘑菇培养料的含氮量为2.0%～2.2%，用牛粪养殖蚯蚓产生的蚯蚓粪的含氮量也在这一范围，蚯蚓粪在双孢蘑菇栽培中可以使菌丝生长良好，完全可以实现双孢蘑菇栽培和蚯蚓粪充分利用上的双赢。蚯蚓粪作为室外一次发酵料添加材料的工艺流程为：
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（1）将蚯蚓粪自然晾干以便保存，用前捣碎过筛并将含水量调至68%～70%。
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（2）将经室外一次发酵好的双孢蘑菇培养料与蚯蚓粪按比例混匀，蚯蚓粪添加量为20%。
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（3）将混合均匀的培养料搬至菇房内，铺在床架或地面上，料的厚度为0.15～0.2m。
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（4）控制菇房内料温在25℃左右，采用混播法进行接种，培养。
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（5）接种后2～3d不通风或少通风。第6～7d菌丝基本封面时，逐渐加大通风。15～18d部分菌丝即可长到床底，要及时覆土。
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（6）覆土后调水要做到轻喷勤喷，加强水分管理，保持覆土层湿润，室温在20℃左右，空气相对湿度为80%～90%。
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（7）菌丝形成原基后，适量补充水分。
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（8）子实体菌盖长到0.03～0.05m时开始采收。
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（三）蚯蚓粪作为覆土材料栽培双孢蘑菇
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我国栽培双孢蘑菇普遍使用壤土作为覆土材料，壤土的最大持水量仅为每千克壤土含水0.359kg。国内少数工厂化栽培双孢蘑菇使用草炭土作为覆土材料，其最大持水量为每千克草炭土含水0.843kg。国外工厂化栽培双孢蘑菇多使用泥炭沼混合物为覆土材料，其最大持水量为每千克泥炭沼混合物含水2.315kg。覆土材料是双孢蘑菇能否高产优质的关键因子之一，这源于覆土材料的持水性是否能够保证双孢蘑菇菌丝的生长和向生殖生长转化的顺利进行。这就对覆土材料的持水性，以及与其相关的团粒结构、营养状态和利于菌丝生长发育的覆土材料中微生物菌群的数量和种类有很大的要求。
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我国双孢蘑菇栽培所用的覆土材料主要是壤土，少量是草炭土。壤土作为覆土材料，虽然有着材料易得，成本低廉的有利条件，但是对于双孢蘑菇的栽培来说，却有着持水量低，团粒结构过于紧密，透气性差，而且双孢蘑菇生长所需微生物菌群数量低的不利因素，致使双孢蘑菇的单产和品质与国外工厂化栽培的产品相比都有待提高。草炭土作为覆土材料，持水性虽然好于壤土，但与国外工厂化栽培双孢蘑菇使用的泥炭沼混合物相比还是太低，双孢蘑菇的产量和品质仍有较大差距。而且，草炭土作为一种不可再生资源，还明显受到产地和数量的限制，资源有限，作为覆土材料需增加购买和运输的成本，降低了双孢蘑菇栽培的经济效益。
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有鉴于此，选择新的适合于我国双孢蘑菇栽培的覆土材料，成为当前促进双孢蘑菇优质高产的一项关键技术。从覆土材料的持水量出发，考虑到覆土材料的团粒结构、透气性和微生物菌群等，同时兼顾覆土材料的成本，可以将蚯蚓粪作为双孢蘑菇覆土材料。其技术要点为：
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（1）蚯蚓粪。选择牛粪经蚯蚓充分消化和吸收后产生的蚯蚓粪，作为覆土材料。
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（2）与壤土混合。壤土中加入30%的蚯蚓粪，混匀。
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（3）与草炭土混合。草炭土中加入20%的蚯蚓粪，混匀。
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（4）播种后18～20d，当菌丝已布满料面，部分菌丝长到培养料的底部即可覆土。若料面较干燥，喷水使料面湿润后覆土。
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（5）采用一次性覆土，覆土厚度为0.03～0.04m，覆土要均匀，厚薄一致。覆土后调水要做到轻喷勤喷，加强水分管理，保持覆土层湿润，室温在20℃左右，空气相对湿度为80%～90%。
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（6）菌丝爬上覆土层表面时，控制室温为12～16℃，空气相对湿度为90%左右，通风换气，进行出菇管理。
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（7）喷出菇水，促使蘑菇原基形成。当原基普遍长到黄豆大小，喷保菇水，每天喷1次。
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（8）当双孢蘑菇子实体菌盖发育到0.03～0.04m时，就要进行采收。每茬菇采收后，要及时挑除残留在床面上的发黄老根和死菇，每次挑除老根和死菇后，应立即补盖覆土材料，然后喷水。
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实践证明蚯蚓粪是一种良好的双孢蘑菇栽培料，对蚯蚓粪的充分利用，可以为蚯蚓养殖开辟一个新的增收途径，同时也为双孢蘑菇产业的发展提供新的基质和材料，最大限度地将养殖业和种植业有机结合起来，实现养殖业、种植业和环境保护的多重良性发展，其循环模式见图4-3。农村有着丰富的资源，发展双孢蘑菇的栽培，特别是重点发展新型双孢蘑菇的栽培技术，将会对农业产业结构调整，农业产业环境的优化，以及农业生产的布局带来积极的影响。
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四、“食用菌—菌糠—饲料—养殖—食用菌”利用模式
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（一）制作菌糠饲料的工艺流程
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选取菌糠→干燥→粉碎→成品。将采收过3～4茬菌类的原料，进行认真挑选，选取菌丝洁白，料块结实，切除霉变和腐烂成分的菌糠，最好能将几种菌糠搭配起来，晒干或烘干后，粉碎成粒状或粉状，即为加工的成品。也可将新鲜菌糠进行青贮，随用随取。从作物秸秆到菌糠的总体流程见图4-4。
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图4-4 菌糠饲料的生产工艺流程
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（二）菌糠作饲料制作方法
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1.鲜饲
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可按一定比例直接配入饲料中饲喂动物。这种使用方式要注意一定要使用新鲜菌糠，并保证菌糠中不含土粒、杂菌，污染部分要去除。
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2.复合干饲料
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将采收3～4茬不同菌类的菌糠认真地进行挑选，取菌丝洁白、料块结实、无霉变和腐烂部分，晒干或烘干后粉碎，存放于阴凉干燥处。使用时再按一定比例添加到畜禽的饲料中去。
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3.发酵饲料
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选地势高、干燥处挖宽0.5～0.6m、深0.5m、长度不限的土坑，内铺塑料薄膜，放入0.1m厚新鲜无污染菌糠，于糠面撒一层粗盐，盐上再放菌糠，直到高出地面0.05～0.1m为止。盐的用量为鲜菌糠的0.5%，层层压实，上盖塑料薄膜，发酵5～50d后随用随取。
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（三）针对不同畜禽利用菌糠配制饲料
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1.用菌糠配制猪饲料
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取出采完香菇后的菌棒置于干净的水泥地面上，将霉变腐烂的菌块除去，捣烂后摊放在地面上曝晒。菌糠摊晒的厚度以3～5厘米为宜，摊晒时每天应翻2～3次，以利充分干燥，约经3d左右即可晒干。将干燥后的菌料粉碎，以5%～6%的添加比例加入饲料中混合喂猪。也可取栽培平菇、金针菇或猴头菇后的棉籽壳菌糠（经晒干粉碎后）15%，加玉米粉35%，米糠28%，红薯干粉10%，贝壳粉3%，稻谷、鱼粉、菜饼粉各2%，豆饼粉3%，食盐0.5%。将上述原料搅拌后置入加热器，如大铁锅中煮熟，喂猪。
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利用菌糠饲料喂猪，其喂养量要逐步调整，由少到多，使猪有一个适应的过程。一般情况下，在开始的10～15d，菌糠饲料的用量在日粮中比例占5%～8%，以后逐渐增加。
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2.用菌糠配制牛羊复合饲料
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将栽培过平菇、凤尾菇、金针菇的棉籽壳废料，经晒干粉碎后，按照5%～15%的用量加入奶牛饲料中喂养奶牛。研究表明，菌糠饲料不会引起动物的不良反应。也可将干燥粉碎后的菌糠料按15%～30%的比例加入饲料中喂羊，经济效益也十分显著。
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3.用菌糠配制鸡鸭用复合饲料
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将栽培过平菇的棉籽壳废料，干燥粉碎后按照10%～15%的添加量加入鸡鸭饲料中，可以为鸡鸭的快速生长提供丰富的营养。尤其是菌糠饲料氨基酸含量丰富，不仅能促使肉鸡、肉鸭快速生长，提早上市时间，降低养殖成本，还能显著提高蛋鸡、蛋鸭的产蛋率。
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4.用菌糠配制鱼饲料
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喂鱼的菌糠饲料首先要进行发酵，方法是：选择无霉、无虫、洁白的菌糠废料打碎，拌入0.5%食盐、1%过磷酸钙、0.5%尿素和水，充分进行搅拌，其加水量以用手抓菌糠，指缝间有水渗出而不下滴为宜；然后盖上塑料薄膜，密封后发酵；待发酵1个星期后，对发酵饲料翻动1次，并拌匀，再用薄膜盖好继续发酵；一般发酵20d至1个月，气温高时发酵天数少些，气温低时发酵天数多些，发酵完成后可用来喂鱼。
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5.用菌糠养蚯蚓
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取蘑菇、平菇和凤尾菇等菌种菌糠，打碎，浇水浸湿，堆积发酵，使在种菇过程中加入的农药、肥料得到充分分解，一般发酵5～7d翻一次堆，直到充分发酵。然后补足水分到65%～70%，调节pH为6～9，将培养料装入木箱，或养殖池内，培养料厚度不宜超过0.2m，按培养料体积接种一定数量的蚯蚓。将木箱置于阴凉处，保温20～28℃培养。据辽宁省环保所试验，以凤尾菇菌糠饲养蚯蚓2个月后，可增殖50倍。蚯蚓经加工成蚯蚓粉，是质优、价廉的高蛋白饲料。
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（四）菌糠饲料在生产使用中应注意的问题
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1.注意菌糠饲料的品质
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菌糠饲料品质的好坏，关系到其利用价值的高低。在使用菌糠饲料时，应选择采收过三四茬菌类、且菌丝生长旺盛，表面被覆一层白色菌丝体膜、无杂菌污染、子实体分化良好的菌糠。凡菌丝体生长较差、尚有少部分培养料未生菌丝、串结不良，尤其是菌丝稀少、生长不良、杂菌污染严重，出现酸臭等异味的菌糠不要使用。同时，收菌糠时要注意将发霉、发黑等污染部分的菌糠除掉，以防止霉菌引起动物中毒。菌糠数量大时，来不及喂，要制干保存。可通过晒干或用人工、机械等方法干燥。
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2.注意菌糠的适宜使用量
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菌糠使用量的多少，要根据其营养价值来决定。需注意的是菌糠饲料只能用作替代日粮中的部分糠麸类饲料，不可替代蛋白质、能量饲料，否则会影响动物的生产性能；开始食用菌糠的牲畜，用量宜由少到多，让其有一定的适应过程。一般幼畜用量少些，成畜可多些；体大的牲畜用量多些，体小的牲畜可少些。由于不同种类的菌糠营养价值的不同，因此对于不同的动物，其添加量也不相同。一般按风干重量计，菌糠可占配合饲粮的比例是：仔猪5%～10%，小猪10%～20%，中猪25%～30%，大猪30%～40%，成年母猪40%～50%；鸡5%～10%，鸭、鹅10%～20%；牛、羊30%～60%；兔10%～25%；鱼5%～10%，或将新鲜菌块投入池塘任其采食。
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3.其他注意事项
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选择产菌能力强，菌丝体生长旺盛的菌株接种；栽培食用菌的培养基中，不能含有石灰，也不可含有残毒的农药或含甲醛等化学药品；栽培食用菌的培养基最好经过高温高压灭菌，如果是生料栽培，也需经高温堆积发酵；在食用菌出菇期间，防治病虫害时，不能使用高毒、高残留的农药。
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五、“食用菌—菌糠—活性炭—工业生产”利用模式
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活性炭由于具有吸附、催化和一定的化学反应性能，同时又具有物理、化学的相对稳定性。广泛应用于几乎所有国民经济部门和人们的日常生活。
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目前制作粉状活性炭的原料可用木屑作栽培料的食用菌产生的菌糠，如香菇菌糠、黑木耳菌糠、滑子菇菌糠等。活性炭是一种重要工业原料，木腐菌转化后的菌糠如香菇菌糠，纤维素、木质素含量还十分丰富。其制作的工艺为：原料处理→碳化和活化→回收氯化锌→漂洗脱水与干燥→粉碎和包装。
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如平泉县为有效利用资源，大力推进食用菌废菌棒酵化饲料、粉状活性炭加工和无土栽培等技术推广，形成了“刺槐林→食用菌原料→食用菌产品→废弃物→蛋白饲料（或粉状活性炭→吸附剂）→畜禽养殖→粪便肥料→还林（山杏、田）或食用菌原料”的经济循环链，基本实现了“原料零消耗、产品零库存、管理零污染”的要求，使全县食用菌产业成为生态环境改善和农民脱贫致富奔小康的朝阳产业。
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但值得提出的是，截至2009年12月15日，我国现行活性炭国家标准一共有54个。活性炭的用途及种类有空气净化、污水处理场排气吸附、饮料水处理、电厂水预处理、生物法污水处理、化工催化剂载体、黄金提取、制糖、酒类、味精医药、食品精制、脱色等等。通常采用好的原料才可以生产出好的活性炭产品。如生活饮用水处理所用的活性炭必须是特定材质的，一般是以优质的果壳炭为原料（有时根据情况会含有少量煤质活性炭，辅以食品级黏合剂，经特殊工艺加工而成）。它集吸附、过滤、截获、催化作用于一体，能有效去除水中的有机物、余氯及其他放射性物质，并有脱色、去除异味的功效。主要用于去除水中的颜色和气体，可以去除余氯，改善口感，并对后续可能采用的反渗透膜起到一定的保护作用。又如椰壳净水炭产品选用进口椰壳为原料，采用物理法精制而成。具有耐磨强度好，吸附性能高，使用时间久等特点，对纯净水、高纯水的制造有极好的效能，是热电、啤酒、饮料及高纯水设备的理想材料。由于原料来源、制造方法、外观形状和应用场合不同，活性炭品种不下千种。而采用菌渣生产的活性炭其效能比用优质原料生产的要差许多。
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六、“食用菌—菌糠—沼气—有机肥—农田—食用菌”利用模式
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菌糠是理想的沼气生产原料，其中丰富的营养物质为产甲烷菌长期繁殖提供了基础。试验结果表明，以食用菌菌糠为原料，在28℃恒温条件下，采用批量发酵工艺，制取沼气。其中木耳菌菌糠产气潜力为180ml/g，平菇菌菌糠产气潜力为154ml/g，滑子菇菌糠产气潜力为116ml/g。添加尿素可以显著提高沼气产气量。菌糠易于粉碎的特点不仅可以缩短投料前的准备时间，还能缩短发酵时间，降低换料工作量。用菌糠生产的沼气，不仅可作为燃气，还可用于储粮、水果保鲜等；沼渣可用于育秧，沼液可用于浸种，亦可作为猪饲料添加剂。
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食用菌菌糠作为沼气原料，可形成“农作物—食用菌—沼气—有机肥、饲料—农作物”生物质循环利用的高效生态农业模型。我国目前有很多地方利用农作物秸秆、畜禽粪便、玉米芯等农林牧副产品资源十分丰富的便利条件，以食用菌为依托，以沼气为纽带，大力发展循环经济，改善了农村生态环境，走出了一条循环经济型农业的新路。
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七、“食用菌—菌糠—食用菌”利用模式
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由于食用菌的生物学效率是有限的，一般多为80%～150%，且这些食用菌产品中，干物质仅占10%左右。这就意味着食用菌废料中仍含有大量未被利用的营养物质，其不能继续出菇的原因一是受水分的限制，二是食用菌生长过程中分泌出的有机酸等代谢物的积累造成了菌丝生长环境不适宜。有研究曾测定过稻草栽培凤尾菇前后营养物质的变化情况，每100kg干料中，约有20%转化为子实体，20%变为热能消耗，还有近60%左右营养物质未被利用，留在料中。此外残留菌丝还可提供大量速溶养分。所以，利用菌糠继续作为食用菌栽培料，经过合理组料、配料，使之再次回到食用菌生产链，继续用于食用菌生产是完全可行的。利用菌糠代替部分主料，继续用于食用菌生产的技术已比较成熟。随着我国工厂化食用菌的发展，白灵菇、杏鲍菇、金针菇等工厂化废菌渣的量也会越来越大，菌渣再次进入食用菌栽培的循环研究会受到更多的重视。现推荐如下配方：
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（1）白灵菇（杏鲍菇）菌糠栽培姬松茸配方：菌糠70%，稻草24%，过磷酸钙1%，尿素0.5%，碳酸钙1%，石膏1%，石灰2.5%。
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（2）黑木耳菌糠栽培榆黄蘑配方：菌糠92%，麦麸5%，石灰2%～3%，pH9～10，含水量65%。
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（3）菌糠代粪肥栽培双孢菇高产配方：麦秸50%，菌糠40%，尿素1%，饼肥4%，石膏2%，碳酸钙2%，过磷酸钙1%。
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（4）香菇菌糠反季节栽培草菇配方：香菇废菌糠60%，棉籽壳20%，麦麸20%，适量生石灰，pH8～10。
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（5）菌糠栽培鸡腿菇配方：菌糠48%，木屑或草屑30%，麦麸10%，干牛粪或干鸡粪6%，石灰2%，草木灰3%，石膏粉1%，尿素0.2%，含水量65%，拌匀后发酵，中间翻堆2～3次。
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（6）平菇菌糠制作双孢菇菌种：选择无污染的平菇生产下脚料菌糠47%粉碎，加入适量石灰1%、2%石膏、15%牛粪、35%豆饼粉，将辅料和菌糠均匀拌料，调节含水量达58%～60%，堆制1d使水分均匀，然后装瓶灭菌。
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注意使用时最好挑选那些无霉变的废菌棒，干燥后敲碎、称量，按配方要求加入。
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八、“食用菌—菌糠—花土或营养土”利用模式
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用菌糠配制花土或营养土，首先要将废菌棒粉碎、晒干，然后与发酵剂混匀，混好后进行密封堆积发酵（25℃）。一般要发酵一个月左右，也可在发酵料里添加一些粪便，但发酵时间要长一些。堆料的含水量在70%左右。但不同花卉添加菌糠的比例不同。草本花卉或蔬菜营养土常用比例为：菌糠30%，园土50%，河沙20%。木本花卉菌糠40%，园土50%，河沙10%。温室花卉常用比例为：菌糠40%，园土40%，河沙20%。这种混合花土pH为6～7，属中性偏酸；花土基质疏松，养分含量高，湿润、透气适合大多数花木生长。
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菌糠也可用作培养料灭菌时的燃料或菇棚加温燃料或生物源锅炉的燃料。此外，日本采用食用菌下脚料中菌丝浸出物的稀释液制成植物激素，喷洒于黄瓜、西红柿、茄子、扁豆等作物上，能促进生长，增加产量。
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第五节 秸秆菌业发展现状与主要难点分析评价
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一、林菌发展中的矛盾
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传统菌业生产以阔叶树为原料，每年要消耗大量林木。食用菌产业的发展使越来越多的农民实现了脱贫致富，成为农村经济的一项支柱产业。但随着产业规模的不断扩大，超量消耗林木资源的问题日渐突出。如福建一年栽培香菇就要“吃掉”100万m3木材。经过研究，菌草（包括主要的农作物秸秆）对太阳的转化率是阔叶树的4～21倍。以草为原料栽培食用菌，可以解决“菌林矛盾”。我国农业秸秆资源丰富，秸秆菌业发展前景广阔。
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二、秸秆菌业发展现状
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（一）以循环经济理论为指导发展秸秆菌业
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我国各地多以循环经济理论为指导，针对水稻、玉米等栽培面积广，秸秆数量较大和利用率偏低、经济效益不高等问题，以秸秆的循环再利用等关键接口技术研究为突破口，通过“科研单位—经营企业—核心农户”密切合作，实现技术集成创新，以及核心区与综合示范基地建设，以点带面地促进大面积推广应用，带动产业升级与实现农民增收。主要围绕“秸秆栽培食用菌标准化技术”“规模化栽培工艺简化与专用配方优化”“菌渣等废弃物循环利用技术与合理开发模式”3个主要环节，通过设立关键接口技术和集成技术模式，重点突破以稻草、玉米秸秆、麦草为主要原料的草生食用菌无公害标准化生产技术、食用菌菌渣循环利用技术、食用菌规范化栽培工艺简化与专用配方优化以及菌渣（肥）返田回园的集成技术研究与示范，以接口技术与集成应用的有机结合，促进传统农业资源高效循环利用。
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就秸秆菌业开发而言，总体发展形势是喜中有忧。虽然我国食用菌产业发展势头旺盛，产量稳居世界第一，品种也不断增多，但与国外相比，我国的食用菌产业还有较大的差距。生产仍主要以手工操作为主，普遍存在生产水平不高，产品质量欠缺，产量波动较大等实际情况。而如今先进国家多采用机械化、半机械化的工厂化周年栽培食用菌技术，产品质量稳定，可以全年定量且反季节提供货源，因此产品价格高，收益稳定。我国福建是食用菌发展较为发达的地区之一，就福建经验而言，发挥资源丰富优势，因地制宜构建模式，利用各种作物秸秆（稻草、香蕉、茭白、谷壳、牧草等）进行代料栽培双孢蘑菇、草菇、姬松茸、大球盖菇、金针菇等，加强专用高优菌种的选育，注重秸秆发酵技术的优化改进，合理添加微量元素对栽培过程及改良品质的优化作用，并充分结合畜牧产业中的大量废物整合利用和食用菌各种菌渣循环替代后栽培食用菌等研究，开发出适合东南地区现有实际条件的工厂化与机械化栽培模式，建立不同菇类的生产标准。为提高草生菌产品的产量与质量，延伸食用菌产业链，提升整个食用菌产业的生产水平，全面推行草生菌产业化生产提供技术保障与支持。
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（二）废弃物——菌渣的研究
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循环农业的内涵要求，其整体运作不仅仅单纯地追求某一个环节的生产效益，而是要注重整个的生产体系的综合效益，谋求效益最大化，做到物求有用，物尽其用。食用菌产业的发展在带来丰富菇产品的同时，也伴随产生了大量的废弃物——菌渣。据估算，我国每年产生的菌渣至少有100万t，处理这些菌渣的传统方法是丢弃或燃烧，随意丢弃是对资源的浪费，同时造成环境污染。据报道，菌渣含有大量有机营养成分以及矿物质元素，当前菌渣主要作为肥料、生产沼气以及培养盆景花木等综合利用。由于秸秆在菌丝的降解作用中，还分泌出某些激素类或特殊的酶，作为有机肥还田，能提高肥效，比直接沤制堆肥有更多的可给态养分和更好的增产作用。石光森等人发现施用菌渣能改善土壤条件和氮、磷的有效性，从而提高青椒果实的产量及糖分和维生素C的含量。黄秀声等报道了蘑菇菌渣回田对水稻产量及土壤肥力影响，结果表明，当菌渣底肥分别为1.5t/667m2、2.0t/667m2、2.5t/667m2的中、高肥时，植株生长高度增长较为显著。在稻草重量方面，以菌渣2.0t/667m2效果最佳。从两年不同菌渣施用量对水稻产量构成分析，每667m2菌渣底肥含N量不超过14.72kg，水稻产量构成表现较好，每667m2菌渣全N量达18.39kg时，水稻出现贪青和徒长现象，产量锐减。从2年施用菌渣对土壤肥力影响分析，施用菌渣可提高土壤N、P、K等养分含量，而高菌渣则使土壤全P含量明显提高，随着菌渣施用量的增大，土壤有机质含量有升高的趋势。
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表4-3 不同菌渣营养成分比较
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菌渣肥的施用对农田承载力和生态环境的影响方面，按照减量化（reduce）、再利用（reuse）、再循环（recyclc）、可控化（regu lating）等“4R”技术原则，对菌渣肥的利用不仅要求减量化、再利用、再循环，更要注重可控化。实际上菌渣的利用研究已引起农业部门与生产企业的重视，并已在生产实践中得以初步应用。刘宝勇等在“利用食用菌废料对矿区复垦土壤的改良应用研究”中发现食用菌生产废料在培肥土壤和土壤重构中发挥了特有的作用，它能增加复垦土壤中各种微生物数量及有机质含量和肥力。但从农业环保角度分析，秸秆还田对于生态环境影响的研究较多，而菌渣循环利用对农田生态环境或山地（旱地）等其他方面影响的深度研究报道还不多见。王峰等（2010）采用室内模拟试验，在10℃、20℃、30℃三个温度条件下，研究了添加不同量菌渣的施肥处理对柑橘果园土壤呼吸以及土壤可溶性有机碳（DOC）含量的影响。结果表明：三种温度处理下，各施肥处理的土壤CO2累积排放量为：在85d的培养期内各施肥处理土壤呼吸速率都表现为培养前期保持较高水平，之后快速下降，培养后期保持相对稳定的趋势；施肥处理均显著提高了土壤呼吸和土壤DOC含量，其中以全量菌渣处理最高；升温明显促进了土壤呼吸。
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实践业已表明：深入开展菌渣循环利用后对农田生态环境影响与评价的研究，以及建立长期定位观测点是极为必要的，进行后续即定位观察与评价研究，是秸秆菌业循环生产体系中一个重要的环节。开展菌渣回田对土壤有机碳库和碳排放的影响、秸秆菌业循环（稻、麦、玉米—菌—茶、果）过程氮素转化和能量流动规律，以及施用不同菌渣有机肥对山地牧草内生菌微生物标记、与菌渣肥对土壤微生物结构的影响等研究，以期寻求有机肥养分分解—作物吸收的内在规律，评价并明确各类农田或旱地土壤承载能力与分解转化动态，为防控污染与合理施肥提供科学依据。
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优质高效菌渣肥发酵生产的工艺控制方面，首先是堆肥发酵菌株筛选。堆肥发酵的效果决定肥料质量优劣，因此发酵菌剂的选用是堆肥的关键环节。国内罗涛、王煌平等的试验测定了菌株羧甲基纤维素钠酶、内切酶、外切酶的活力，筛选纤维素降解常温菌株，并从堆肥菌剂、漳州宏宇肥业菌渣、宁德市金海西食用菌有限公司菌渣取样，进行分离纯化，50℃培养，筛选纤维素降解高温菌。胡清秀等从东北漠河、北京郊区的森林、农田土壤、腐烂的秸秆、腐烂的木材等初筛出23株具有明显羧甲基纤维素钠水解圈的菌株，其中细菌20株，放线菌1株，真菌5株，并进行滤纸崩解和酶活测定，筛选出2株菌株（W3、W4）作为实验菌株用于堆肥试验。其他有关的筛选工作正在各地开展。其二是专用有机肥的研究。一些厂家已经开始研究，如宏宇肥业（漳州）有限公司采购蘑菇土和茶叶渣为发酵主料，以糠粉为合理C/N比值的调理剂，为了有效地利用蘑菇土，并降低茶叶渣的水分含量，将谷糠粉、茶叶渣和蘑菇土按照一定比例进行堆肥发酵，蘑菇土∶茶叶渣∶谷糠粉的比例为3∶6∶1，这是工厂生产的最佳配比。另外，由堆肥结果可知添加有机物料腐熟剂和自制菌剂堆肥效果较好，但尚未对堆肥物料腐熟度的相关指标进行测定。其三是菌渣复合肥工艺。国内林代炎等已初步分析了双孢蘑菇、姬松茸等菌渣的有机质、N、P、K等肥料有效成分。目前开展了利用机械分离菌渣中的渣土试验和堆肥处理物料配方试验，以期为优化菌渣肥生产工艺奠定基础。
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以工厂化生产模式进行有机肥和有机—无机肥的发酵及以草生菌的下脚料作为农作物肥料，国内外均有较多的研究和应用。但以食用菌菌渣为基质进行有机肥和有机—无机肥的高效优化发酵技术至今报道的仍然较少，也没有具体的生产技术标准。菌渣的利用要讲究便捷与有效，这无疑对加工技术提出更高要求。目前我国以食用菌菌渣为基质或有机肥的工厂开始在各地兴建，但基础理论研究尚未跟上。
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（三）农田秸秆菌业循环利用技术体系
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循环经济的兴起与蓬勃发展为现代农业增添了新的活力，如何解决农业废弃物质资源化开发，怎样提升农用秸秆菌业高优水平，这一直是人们关注的热点问题。应用循环经济理论，结合区域实际，深入研究农田秸秆菌业循环技术，构建高效循环利用模式，其重大意义是不言而喻的。如图4-5所示，农田秸秆经过食用菌参与和消化这一环节，形成了一个多物种共生、多层次搭配、多环节相扣、多层次增值、多效益统一的物质和能量体系，构成农业生态系统的良性循环，并促进生态的可持续性和协调发展。近年来，随着生态农业的兴起和发展，食用菌生产已越来越多地引入生态农业的生产系统中，成为生态农业物质能量良性循环转化的主要环节。
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图4-5 秸秆菌业循环模式
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我国是个农业大国，在过去的50多年里，我国农业取得了巨大的成就，用占世界7%的耕地养活了占世界22%的人口，同时也面临自然资源短缺、农业生产效益低下等问题。水稻是我国主要粮食作物，年播种面积达2885万hm2。在获得稻谷丰收之时，必然要充分考虑如何有效利用年产近1.8亿～2.2亿t的稻草资源，这无疑是国内外农业界十分关注的现实问题。据资料显示，2006年我国年产食用菌1400万t（其中草生菌350万t），占世界的70%，产值达590亿元，出口量62.8万t，出口创汇9.6亿美元，出口量居世界第一位。东南沿海诸省乡村草生菌的主要栽培品种为：双孢蘑菇、草菇、姬松茸、鸡腿菇等，这些品种的栽培区域逐渐向北移动，它们的主要特点是以稻草、秸秆等农业废料作为培养料的碳源，以牛粪、马粪、羊粪、鸡粪等有机肥作为氮源进行栽培的食用菌，是农业废料进行生物转化的一种重要途径。
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应用循环经济原理，因地制宜构建农田秸秆菌业循环利用的生产技术体系是食用菌产业发展的必然方向。实践证明，巩固与提升农田秸秆菌业生产经营水平，对丰富农业循环经济开发内容大有益处，其重要环节就是有效延伸循环链，力求在每个循环节点上提高利用效率，减少资源浪费。就其技术内涵而言，农田秸秆菌业高效循环利用的主要环节有五个，一是优质秸秆来源。要从水稻、玉米、麦草优良品种的选育源头抓起，谷秆两用稻的开发利用就是一个成功的例子。在取得稻谷丰收之时，还可以收获蛋白质含量高的秸秆，以此作菌业原料，栽培效果非同一般。二是栽培管理技术。尤其要优化筛选配方，合理搭配原料。三是机械化的水平。要研制中小型操作机械，把广大菇农从高强度的劳动中解放出来。四是强化菌渣开发。大量的菌渣不利用，其必然成为污染环境的垃圾，开发菌渣肥料，不仅可以提高效益，而且生态效益十分明显。五是加工增值环节。秸秆菌业发展，不仅要取决于优良菌株的应用，取得高产，而且要取决于加工环节的提升，增加收入。
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技术体系的构建是一项系统工程。讲求三个原则：一是因地制宜取材原则；二是高效循环利用原则；三是合理统筹协调原则。就农田秸秆菌业技术体系而言，以循环经济理论为指导，针对我国东南地区水稻栽培面积广，北方地区玉米秸秆丰富，秸秆过剩和利用率偏低、经济效益不高等问题，综合各地农村草生菌业发展实际，应用现代生物学、现代生态学等技术原理，通过秸秆堆制发酵技术、优质高产栽培管理技术、菌渣循环利用技术等关键技术的集成，构建以食用菌产业为核心，以水稻等为主的农作物秸秆资源高效循环利用模式和技术体系，通过“稻草（秸秆）—食用菌—菌渣—农田（园地）再循环再利用”的运作模式，最终实现食用菌规范化栽培技术的集成示范，提高食用菌产业的整体技术水平，促进农业资源高效利用。建立农田秸秆菌业生产技术体系的宗旨是实现农业可再生资源的高效利用和良性循环，而食用菌生产环节在这个体系中起到桥梁作用，因此对于整个体系来说，食用菌产业是体系的核心部分。
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根据“稻草（秸秆）—食用菌—菌渣—农田（园地）再循环再利用”的运作模式，可以把农田秸秆菌业生产技术体系分为三大部分：其一，草生食用菌的高效无公害栽培技术的集成与示范。该部分是实现整个技术体系的支撑点，需从三个环节进行突破：一是高产优质草生食用菌菌株的选育；二是优化稻草、麦草和玉米秸秆堆制发酵技术；三是提高草生食用菌的高产栽培管理技术。通过以上三个关键技术的集成，以规模化生产为基础，建立规模化、标准化菌种培养与优质高效生产模式，实现适合不同地区与不同栽培季节的草生菌优质高效栽培模式，进而大面积的示范推广。
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其二，菌渣专用肥研制与施肥模式技术的集成与开发。据分析：食用菌废料中富含有机物和多种矿物质元素，其中N、P、K养分含量高于稻草和鲜粪。每1万kg食用菌菌渣相当于180kg尿素，120kg标准磷肥，72kg硫酸钾。但是把菌渣直接作为肥料施用，农作物的利用率不高，因此必须通过科学技术手段对其进行处理，进而科学合理的利用菌渣资源，达到无害化处理、高效利用菌渣的目标，为菌渣循环利用处理技术与利用途径提供技术支撑。因此，阐明微生物菌剂的筛选、发酵机理和菌渣肥工艺技术的优化，通过利用菌渣栽培基质的施用，将实现菌渣在农业生产上的多方面的利用，为农作物提供产业化物质基础。
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其三，菌渣循环利用农田生态环境监测技术的集成与推广。菌渣肥作为肥料施用的成效已有许多的报道，目前已在广泛地应用。但是多年施用菌渣对农田的土壤肥力、结构、土壤微生物多样性变化、土壤酶活性以及田间CO2、NH4排放等方面的影响，目前尚未见报道。因此通过菌渣循环利用对农田生态环境影响与评价和菌渣有机肥循环利用，进行长期定位监测，进而科学地评价长期连续施用菌渣肥对改良农田土壤质量的成效和对土壤碳库的影响，为科学施用菌渣肥料提供科学依据。
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通过以上三大部分技术集成，辅以草生食用菌规范化、标准化优质高效栽培技术模式、“秸秆—菌—田”农业循环技术模式、“秸秆—菌—肥（渣）—田”农业循环技术模式、“秸秆—菌—果（茶）”农业循环技术模式的集成和示范，就构成了农田秸秆菌业生产技术体系。该技术体系主要体现三大特征：一是循环利用。在设计上按照减量化（reduce）、再利用（reuse）、再循环（recyde）、可控化（regulating）“4R”技术原则，根据各个地区的农田、食用菌生产情况，通过食用菌生产这个核心环节，并充分考虑秸秆栽培食用菌优化模式以及菌渣循环利用二个重要环节，把秸秆利用关键技术、菌渣专用肥研制技术、菌渣回田及对农田的生态环境影响检测技术等的集成，形成一套完整的循环生产体系，并在各个主要的食用菌主产区进行示范推广。二是统筹协调。根据目前我国食用菌生产主要以手工操作为主，生产水平低，产品质量较差，产量不稳定的实际情况，并参考国外机械化、半机械化的工厂化周年栽培食用菌，产品质量稳定，可以周年定量提供货源，产品价格高，市场比较稳定的经验，因地制宜，研究开发适合各地区现有实际条件的工厂机械化栽培模式，提高草生菌产品的产量，为我国全面推行草生菌产业化生产提供技术保障。
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三、技术难点与应用前景
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实施农田秸秆菌业循环生产技术主要问题集中在三个方面：一是优质高产草生菌菌株的筛选与选育；二是适宜且简便的规模化生产技术模式建立；三是大量菌渣的综合开发与循环利用。就生产实际而言，主要技术攻关要点集中体现在以下8个方面：①种质征集保存，食用菌新种及种质鉴定评价体系的建立与完善；②优质菌种选育，开展具有特殊性状种质资源的收集、筛选和创新利用，加强食用菌高产优质抗逆新菌株的选育；③简便发酵技术，优质培养料的发酵堆制技术研究与推广；④高效栽培技术，食用菌优质高产栽培技术的集成与创新；⑤菌渣肥的发酵，适于菌渣堆制发酵高效微生物菌株的筛选与推广应用；⑥分解机制研究，微生物及物质降解机理与栽培基质配方的研究；⑦菌渣肥的工艺，以草生菌菌渣生产有机肥或有机—无机专用肥的生产工艺技术研究；⑧生态效果评价，不同食用菌菌渣肥料种类施用效果、不同生态类型的耕地施用效果的差异性以及对农田或茶园生态环境影响评价。如何实现合理调控，如何突破技术难点，需注重把握三个环节：一是优良菌株选育。广泛考察与收集野生菇类种质资源，建库立档，分类筛选，充分挖掘优良特性，通过各类手段，选育新的菌株，加快品种的更新换代。二是菌料筛选替代。如东南沿海诸省稻草、牛粪等原料供不应求，难以满足集约化秸秆菌业规模生产需求，如何寻求替代原料就显得十分紧迫。北方玉米秸秆资源丰富，探讨玉米秸秆等替代麦草栽培食用菌的技术与管理工艺也显得十分重要。三是做好操作规范。结合农村菌业生产实际与集约化规模生产特点，研究良好规范操作与生产技术要形成一套标准，适时开展培训，提高劳动者素质与机械化、标准化水平。就理论意义而言，要致力阐明如何提高秸秆资源刊用效率，进一步明确废弃物质循环利用与生产环境的承载关系，并作出客观评价。实践证明，农田秸秆菌业与资源循环利用技术体系的构建及其应用，不仅具有重要理论意义，而且更凸显实际应用价值，其突出特点在于技术集整与优势传承，其应用前景是十分广阔的。
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党的十七大报告中明确提出中国特色的农业现代化道路就是要从我国人多地少、资源不足的基本国情出发，积极发展节地、节水、节肥、节药的节约型农业和资源循环高效利用的循环农业。因此研究和建立适合我国国情的农田循环生产模式及其技术体系，以现代农业技术推广提升综合效率，以现代经营形式推进农业，提高土地产出率、资源利用率和农业劳动生产率，提高农业产品品质、效益和竞争力。不言而喻，农田秸秆菌业与资源循环利用技术体系建立是符合国家现代农业发展的战略，有助于促进农村和谐发展。大力推广农田秸秆菌业与资源循环利用技术有利于提高秸秆资源利用率，有助于增加农业整体效益。
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据调查，全国各种农作物秸秆年产量为57521.54万t，其中稻草产量为1.88亿t，麦秸产量1.1亿t，玉米秸产量为1.55亿t，豆秸产量为1500万t，秧蔓类秸秆产量为3000多万t，此外，还有高粱秸、杂粮、杂豆秸、油菜秸、芝麻秸、甘蔗梢等，总年产量为7750万t。目前我国秸秆利用率约为33%，其中大部分未加处理，经过技术处理后利用的仅占2.6%，相当一部分农作物秸秆被弃置或者进行焚烧，尚未得到合理开发利用。因此，如何做好农作物秸秆的就地转化工作已成为亟待解决的环境问题，同时也是实践发展循环经济的重要尝试。
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2005年，山东省有秸秆7036.15万t，用于食用菌生产的仅221.3万t；河北省2007年利用40万hm2各种农作物秸秆用于生产食用菌，种植面积达到3333hm2，年产各类食用菌20多万t，产生直接经效益3亿多元。福建省蘑菇主产区漳州市每年蘑菇栽培面积至少1000万m2，需要稻草将近20万t，由此可见食用菌栽培生产上秸秆利用量之大。其深入的研究与有效的开发将对我国乃至全球性的农业废弃资源良性循环产生重要影响，其意义深远。
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大力推广农田秸秆菌业与资源循环利用技术，有利于解决“菌林矛盾”，促进环境持续发展。常规栽培食用菌的主要原料大多选用阔叶树木及其林副产品等，可取得较高的产量与效益，但大量木材的消耗，势必造成食用菌栽培生产中较为严重的“菌林矛盾”。稻草等秸秆营养丰富、来源广泛、成本低廉，非常适用于多种食用菌的培养料。因此以稻草代料栽培食用菌不仅可以解决“菌林矛盾”，适用于千家万户田园式小规模生产，又能工厂化、集约化产业发展，其关键技术的研究突破与规范生产模式的推广普及，可为山区农业增效与农民增收创立一条因地制宜发展节林型食用菌产业的道路。
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大力推广农田秸秆菌业与资源循环利用技术，还有利于减少温室气体排放，提高农田综合效益。据统计，1980—2000年，我国生物质能消费年均下降3.18%，生物质能占生活用能的比例由84.12%下降到55.11%，年减少秸秆使用量约为700万t左右，每年约有10%～30%左右秸秆资源被用于田间焚烧或弃置堆放，造成了秸秆资源的浪费和环境污染等问题。2000年我国家庭生物能源消费引起的有害气体排放CO2为58515百万t，NO2为4413万t。因此，发展各地区农田秸秆菌业循环生产体系，提高稻草等秸秆资源的利用率，减少温室气体的排放，并通过菌渣还田、有机与无机肥的科学施肥等技术可能提高农田的增碳能力。
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第六节 食用菌产业与农业生态循环中需要解决的问题
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一、政府的积极引导、大力投入和服务功能型转变
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循环农业与循环工业不同之处在于其主要施行者和受益者都是极度分散、信息较为闭塞、技术相对落后的农户个体，而且农户自己搞循环农业在前期必须有较大的资金投入和基础设施的建设。这些都需要政府的积极引导和大力投入。在引导培育企业带动菇农致富上，转变政府工作职能，打造“技能型政府”，政府的工作重点从纯粹的管理指挥型向服务功能型转变。相关干部应经过培训掌握相关技能，否则服务群众势必成为一句空话。
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二、食用菌业应构建自身的小循环并参与农业的大循环
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食用菌生产需要在无菌条件下进行菌丝的纯培养，在适宜的条件下出菇，但同时也需要将大量的作物秸秆、农业废弃物及产生的大量菇渣进行堆放和处理，配料和运输是造成大气流动并增加空气含尘量的主要因素，生产厂区的清洁至关重要。企业、农户应从清洁生产、绿色管理和“零消耗”“零污染”抓起，实施“物料闭路循环”和能量多级利用。如生产杏孢菇和白灵菇的废菌袋处理后还可以栽培鸡腿菇，香菇废菌棒晒干后可以作常压灭菌的燃料，菇渣处理后作农田的有机肥等。通过多种途径实现资源低消耗、废弃物低排放、物质和能量高利用的循环型经济。
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三、进一步认识食用菌在农业循环经济中的作用
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虽然各级政府部门都将发展生态农业列为当地农村经济发展的目标模式，但食用菌在农业循环经济中的独特功能和作用尚未引起各方面的足够认识。有些地区早已认识到食用菌发展的巨大潜力，并把发展食用菌产业作为当地农业结构调整和区域特色经济的重要举措。然而，在规划和实施中，往往只注重食用菌生产本身创造的经济效益，却忽视了食用菌产业在大农业生态循环中所能够发挥出的巨大作用，造成利用了作物废料生产食用菌，却又要面对新的污染源——大量菌糠废料的尴尬局面。没有实现资源的真正循环化和高效利用，是不能够享受农业循环经济所带来的多重效益的。因此，我们一方面要加强对食用菌在农业循环经济中作用的宣传和示范；另一方面要站在循环经济的高度，制定和规划一个地区的食用菌产业发展战略。把食用菌的发展纳入大农业生态系统，使其不仅循环利用农作物废料，而且作为产业链推动农业循环经济的发展，扩大生态农业系统中的能量转化和物质循环的规模，提高农业的整体效益。同时，促使食用菌产业在推进农业循环经济的过程中得以快速、健康发展。
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四、形成成熟健全的技术支撑体系
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农业循环经济的发展离不开科学技术的支撑，否则“副产品”或“再生资源”只能被“贬值”使用；要发挥食用菌产业在循环经济中的作用，同样需要成熟完备的“循环”与“转化”技术的支持，否则我们所追求的经济效益和环境目标将难以从根本上实现。虽然目前工作在基层和一线的生产科研工作者们已经总结出许多好的经验，但总体技术水平偏低，技术的可复制性和普及性差，不能够充分体现资源再循环和再利用的价值。由于技术水平的落后还导致农业循环经济模式单一、各自为政，始终不能够摆脱传统农业理念和线性经济模式的制约。因此，要加大对相关技术研发的投入，尤其是加强对系统化技术的研究。因为无论单个技术多么优化，从节省能源、降低污染物产生的角度而言都是不完善的。不能简单地局限于单个部门和地区的技术革新和发展，而是要从建立整个技术系统的角度进行探索和规划，最终要建立食用菌生物转化技术的系统化平台，实现农业废弃物资源化综合利用和高效利用新模式。
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第五章 以沼气开发利用为纽带的农业循环模式与技术
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第一节 沼气技术在我国应用发展的历程
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沼气发酵过程是一种高度人工集约化、利用微生物起作用的高效残屑食物链的反应器或“车间”。现代生态学奠基人、美国的E.P.奥德姆曾高度推崇残屑食物链的作用，把它作为人类今后解决发展与环境矛盾、实现可持续农业的最重要出路之一（Odum，1983）。B.A.Stout对全美食物生产能量分析中，畜禽粪便中所未被消化利用的能量，占到饲料总含能的49%（Stout，1984）。这些都表明，发展沼气发酵技术，对于促进物质能量的循环利用，具有十分重要的意义。沼气在我国的应用已经有一个多世纪的历史，大体经过了4个发展时期（苑瑞华，2002）。20世纪30年代，台湾新竹的罗国瑞、汉口的田立方，从解决农村燃料问题出发，经过10多年的艰辛工作，研制出了我国第一个较完备、具有实用价值的瓦斯库，并开办了我国第一个沼气推广机构——汕头市国瑞瓦斯汽灯公司，但是因为抗战爆发被迫关闭。20世纪50年代，原中南材料科学研究所工程师姜子钢在武昌开办沼气研究，经新闻报道后在我国震动很大，农业部于1958年上半年举办了全国沼气技术培训班，同年4月，毛泽东主席在武汉视察参观应用沼气展览时指出“这要好好地推广”，随后，全国掀起了推广的高潮。但由于忽视建池质量，缺乏正确管理，当时所建的数十万沼气池大都被迫废弃。进入70年代，河南、四川、江苏等地农村又掀起了发展沼气热潮，短短几年时间全国累计修建户用沼气池700多万个，但同样因为质量和技术问题，沼气池寿命只有3～5年，到70年代末已有大量沼气池报废。
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从20世纪80年代开始，随着农业和农村事业的发展，农民要求不断提高收入，使用清洁能源，改善生活环境，为此相继开展了农村扶贫工程、“菜篮子”工程、生态农业建设和能源综合建设。所有这些，都为沼气发展创造了有利的条件，使我国沼气开发利用从主要解决农村燃料短缺问题，开始向深层次、大范围、综合化利用方向发展，各地涌现出了一大批能源生态农业与庭院经济相结合的技术组合。以沼气为纽带的生态农业技术，就是农户通过建沼气池，利用人畜粪便、生活污水、农业废弃物等入池发酵，产生的沼气、沼液和沼渣用于日常生活和农业生产，从而形成农户生活—沼气发酵—无公害农产品—人民生活的良性化发展链条，在促进农民脱贫致富、农业生产结构调整和农业与农村经济的可持续发展等方面起着重要的作用。这种技术目前具有代表性的主要是，北方农村“四位一体”生态农业模式和南方农村“猪—沼—果”生态农业模式（邹剑，2006）。
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第二节 沼气技术的原理
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一、沼气发酵原理
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沼气是有机物质（如农作物秸秆、人畜禽粪便、垃圾以及有机废弃物等）在厌氧条件下，通过特定微生物的发酵作用形成的。因此，沼气生产过程中的一系列复杂物理化学变化，都离不开微生物的作用。近年来国内外科学家对沼气微生物进行了大量研究，已发现沼气池内不产甲烷微生物有18个属51种，产甲烷微生物有3个目、4个科、7个属、13种。产甲烷微生物是沼气的生产者和沼气发酵的核心。它们严格厌氧，对氧气和氧化剂非常敏感，最适合pH的范围为中性或微碱性，它们靠二氧化碳和氢生长，并以废弃物的形式排出甲烷气体。产甲烷微生物在自然界分布广泛，如湖泊、沼泽、土壤中，淡水或碱水池塘污泥中，下水道污泥、腐烂秸秆堆以及城乡垃圾堆中都大量存在产甲烷微生物。
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沼气发酵的实质是微生物自身物质代谢和能量代谢的生理过程。在这一过程中，微生物在厌氧条件下，为了取得进行自身生活和繁殖的能量，将一些高能量的有机物质分解，使有机物质在转变为简单低能量成分的同时放出能量以提供微生物代谢生活。从总体上说，沼气发酵过程一般分为三个阶段。
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第一阶段为液化阶段。由沼气池中微生物的分解酶，如纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶和脂肪酸酶等对有机物质进行酶解，将多糖水解为单糖或二糖，将蛋白质分解为多肽和氨基酸，将脂肪分解为甘油和脂肪酸。通过这些酶解过程，把固体的有机物转变为可溶性物质，水解产物可以进入微生物细胞，参与细胞内的生物化学反应。
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第二阶段为产酸阶段。水解产物进入微生物细胞后，在细胞内酶的作用下，进一步分解为小分子化合物，如低级挥发性脂肪酸、醇、醛、酮、脂类、中性化合物、氢气、二氧化碳、游离态氨等，其中主要是挥发性酸，约占80%，所以此阶段称为产酸阶段。以上两个阶段是一个连续的过程，是在厌氧的条件下，经过多种微生物协同作用，将原料中的碳水化合物、蛋白质、脂肪等分解成小分子化合物，同时产生二氧化碳和氢气，虽然在这两个阶段不产生甲烷，但脂肪、淀粉和蛋白质分解产生的乙酸，为生产合成甲烷提供了充足的物质基础。
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第三阶段为产甲烷阶段。在这一过程中，产氨微生物大量繁殖和活动，氨态氮浓度增高，挥发性酸浓度下降，为产甲烷微生物提供了适宜的环境，产甲烷微生物利用简单的有机物、二氧化碳和氢气等合成甲烷。
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沼气发酵的三个阶段是相互连接、交替进行的，它们之间保持着动态的平衡。在正常情况下，有机物质的分解速度和沼气产气速度相对稳定，如果平衡被破坏，就会影响产气。比如液化阶段和产酸阶段的发酵速度过慢，产气率就会降低，发酵周期就会加长，原料分解不完全，料渣也会很多。如果前两个阶段的发酵速度过快而超过产甲烷速度，就会有大量的有机酸积累，出现酸阻抑，也会影响生产甲烷，严重的甚至不能产生甲烷。
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二、沼气资源利用原理
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沼气是一种可燃性气体混合物，它的主要成分是甲烷（CH4），其次是二氧化碳（CO2）（伍义泽，1988），另外还含有少量的氮、氢、氧、氨、一氧化碳和硫化氢等气体。在众多的代用燃料中，沼气是一种良好的代用燃料，它无色、无臭、无味，完全燃烧时火焰呈浅蓝色，温度可达1400～2000℃，并能释放大量的热量，燃烧后的产物是二氧化碳和水蒸气，不会产生严重污染环境的气体。据测定，1m3沼气的热值约18017～25140kJ，相当于2kg标准煤，是一种优质的气体燃料。沼气燃烧的主要成分为甲烷，甲烷的着火温度较高，而沼气中大量存在的二氧化碳又对燃烧具有强烈的抑制作用，所以沼气的燃烧速度很慢。研究表明，甲烷-空气的混合气体在燃烧装置中具有优异的排放性和抗爆性，因此，在解决农村代用燃料中，沼气备受青睐。由于沼气中有气体燃料甲烷、惰性气体二氧化碳，还含有硫化氢、氢气和悬浮颗粒状杂质，当沼气与空气按一定比例混合后，一遇明火会马上燃烧，并散发出光和热。沼气的燃烧速度很低，其最大燃烧速度为0.2米/秒，不足液化气燃烧速度的1/4，因为燃烧速度低，当从火孔出来的未燃烧气流速度大于燃烧速度时，容易将没来得及燃烧的沼气吹走，从而形成脱火，因此，沼气燃烧的稳定性较差。当沼气完全燃烧时，火焰呈浅蓝色，火苗短而急，稳定有力，同时伴有微弱的咝咝声，燃烧温度较高。
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三、沼渣资源利用原理
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1.增强土壤保墒保肥能力，提高影响元素释放的持久性
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沼渣作为肥料，其中含有的腐殖质等活动物质疏松多孔且又是亲水胶体，能吸持大量水分，大大提高土壤的保水能力。同时因腐殖质带有正负两种电荷，可吸附阳离子和阴离子，其所带电荷又以负电荷为主，所以具有较强的吸附阳离子能力，作为养分原料的K+、NH4+、Ca2+、Mg2+等阳离子一旦被吸附后，就可以避免随水流失，而且能随时被作物根系附近的其他阳离子交换出来供作物吸收，不会失去其有效性。
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2.沼渣作为肥料具有环保性
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沼渣肥料与其他肥料最明显的区别就在于它所具有的环保性能。尿素、碳铵等化肥在大量施用的过程中往往会带入大量的氮素，这些氮素主要以硝态氮的形式存在，长期使用会改变土壤性状，降低肥力，造成土壤板结，作物对化肥的依赖性增强。同时在施用期间短时间内大量释放过多氮、磷元素造成地下水或地表水的富营养化，危害正常的生态环境。
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3.提高土壤有机质含量
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沼渣中含有多种有机物质和微生物群团，这些物质在施用后对土壤的理化特性具有明显的改善作用，尤其对于盐碱地的改良效果更明显。
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4.沼渣对盐碱化土壤有较好的改良作用
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沼渣中富含胡敏酸和富里酸等酸类物质，施肥时消除了引起土壤碱化的主要盐分物质碳酸钠，降低土壤碱度，同时多种有机物质的施用，提高了土壤交换容量，增加土壤孔隙度，促进土壤胶体形成。另外，腐殖质是一种多酸性功能团的弱酸，其盐类具有两性胶体的作用，因此，具有很强的缓冲酸碱变化的能力，当连续施用沼渣肥料，可增强土壤缓冲酸碱变化的能力。中国科学院土壤研究所对沼渣改善碱土化学性质的研究表明，施用沼渣连续两年可使碱性土壤pH和碱化度降低1～2个单位。
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5.促进作物的生理活性，提高作物产量
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沼渣中的腐殖酸盐的稀溶液能改变作物体内糖类代谢，促进还原糖的积累，提高细胞渗透压，增强作物的抗旱能力；沼渣中过氧化氢酶的活性，加速种子发芽和养分吸收，从而增强作物生长速度；沼渣中腐殖酸在一定浓度下，加强作物的呼吸作用，增加细胞膜的透性，提高作物对养分的吸收能力，加速细胞分裂，增强根系的发育。
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6.减少农药和重金属的污染
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沼渣中的腐殖质有助于消除土壤中的农药残留和重金属污染以及酸性介质中铝、铁、锰的毒性。同时腐殖酸还能与某些金属离子络合，由于络合物的水溶性而使有毒的金属离子有可能随水排出土体，减少对作物的危害和对土壤的污染。沼渣中含有多种蛋白质、氨基酸等营养物质，因此，沼渣作为养殖饲料是特殊优质的饲料来源。沼渣作为饲料使用时，只是部分替代饲料而并不能提供完全的营养来源。因此，在作为饲料使用时，与其他饲料配合使用，对于家畜生长发育有重要的作用。
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四、沼液资源利用原理
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1.作为有机肥料，肥效迅速
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沼液中含有丰富的氮、磷、钾基本营养元素，而且都是以速效养分的形式存在，因此，肥效强，养分利用率高，通过作物根外施肥或叶面喷肥，其营养成分能迅速被作物和果树茎叶吸收，参与作物光合作用，从而增加产量，提高品质，增强抗病防冻能力。
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2.具有抗病防虫功效
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经过研究表明，沼液防治病虫害的机理，一是沼液中的NH4、赤霉素、吲哚乙酸、B族维生素等物质对病虫害有抑制作用；二是沼液对作物抗逆性有激发作用；三是沼液对作物具有营养作用，从而增强作物的抵抗能力。因此，沼液不仅具有抗病防虫功效，而且可以减少农药的使用量，改善生态环境，促进生态农业发展。
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3.作为浸种剂，可以促进种子萌发
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沼液不但没有病菌、虫卵，而且还可以杀死种子表面的病菌、虫卵，其中含有的吲哚乙酸、腐殖酸、生长素、赤霉素等物质，在浸种过程中，能够激活种子胚乳中酶的活性，促进胚细胞分裂，刺激种子萌发。
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五、沼气综合开发利用原理
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沼气发酵产气原理并不复杂，其生产过程也不神秘，其过程主要是含碳的有机物质在厌氧条件下，经过微生物的分解作用而产生可燃性的甲烷为主的混合气体的过程。随着农村经济的发展，广大农民的家庭生活水平日益提高，他们急切地盼望有一个文明卫生的人居环境。从我国农村的实际情况出发，为了有效地利用资源发展生产，同时使农村环境面貌相应改观，在广大农村大力推广和发展沼气应用，比较科学和合算。以沼气为纽带，搞好沼气池建设，从环保、节能、节水的角度，将农、牧、副产品综合有效利用，在生产粮、菜、果、畜、禽、苗木、花卉良种和绿色食品的过程中，用粮、菜、果之残留物养畜、养禽、栽培蘑菇等，再利用禽粪、菇渣养畜，然后将人粪尿、畜粪生产沼气，用沼气作为做饭、照明和日光大棚增温的燃料，用沼液进行果、菜叶面喷肥或用沼液、沼渣还田肥地，可增加作物的抗逆性，改良农产品品质，提高产量。另外，沼液还可以作为饲料添加剂，进行养畜、养鱼等。沼液中富含的各种养分元素和大量的腐殖酸等活性物质，不但可以增强作物的抗逆性，还可以刺激作物的生长发育。使用沼液生产的果蔬，高产、优质，并耐贮藏。通过建立以沼气为纽带的设施种养，可使农民在收入增加的同时，为广大农村创造一个良好的生态环境，逐步满足人们日益增长的生活要求。在蔬菜大棚，点燃大棚沼气灯，可以为大棚冬季增温1～2℃，防止棚内作物冻害，同时为冬季大棚作物提供廉价便捷的CO2气肥，促进作物的生长。
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图5-1 农作物秸秆沼气供户工程示意图（来自百度图片）
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第三节 沼气开发对环境的影响
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1.减少蚊、蝇、蛆的数量，杀灭寄生虫卵和病菌
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在没有建沼气池之前，猪舍和厕所等周围是蚊蝇滋生的主要场所，蚊蝇数量的多少或是密度大小成为直接衡量猪舍和厕所卫生与否的最直观的标志。沼气池建设利用厌氧发酵技术对人畜粪便进行处理，避免了人畜粪便的随意堆放，消灭了苍蝇的滋生环境，蚊蝇数量显著降低，同时厌氧发酵又杀灭了粪便中的蛆，使蚊蝇蛆的密度显著下降，同时，地下标准化沼气池与地上的厕所、猪舍相配套，将大量寄生虫软和病菌杀灭。从而，有效地改善农户室内外环境卫生，减少疾病发生率，保证群众身体健康。因此，沼气池建设在减少蚊、蝇、蛆数量和杀灭寄生虫卵、病菌等方面的贡献，可以用因沼气池改善环境卫生而减少的年医药费的开支来进行替代，使之量化。据调查，近几年，江苏地区农民每年在医疗卫生方面开支平均为271.95元，在发达国家60%的疾病源于环境问题（李萍，2008）。
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2.减排温室气体CO2
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户用沼气池建设减少的CO2排放量主要是指，沼气替代秸秆、薪柴等污染严重的能源所减少的CO2。沼气池减排温室气体的效力可以等效于未建池家庭比建池家庭所多消耗的秸秆、薪柴所产生二氧化碳的量与未建池家庭所消耗秸秆、薪柴产生二氧化碳总量的比值。
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3.减排烟尘
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秸秆、薪柴、煤炭的燃烧会产生大量烟尘。烟尘对人们呼吸道健康产生威胁，严重影响人们身心健康。此外，由于烟尘有吸收和折射太阳辐射的能力，因此被认为是造成全球变暖的第二大因素。所以沼气池的推广使用对烟尘的减排有重要意义。
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4.减排恶臭
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恶臭是指难闻的臭味，恶臭物质是指能够刺激人的嗅觉器官，令人感到不愉快的物质。在猪圈和厕所容易产生硫醇类、氨、硫化氢、苯乙烯和酚等恶臭的物质，使人呼吸不畅、恶心呕吐、烦躁不安，甚至使人晕倒，浓度高时，还会使人窒息。通过沼气池密封发酵，对人畜粪便进行厌氧消化处理，可以大大降低环境中恶臭气体浓度。
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5.提高秸秆还田率
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实施秸秆还田，一般能使作物平均增产10%以上，坚持常年秸秆还田，不但在培肥阶段有明显的增产作用，而且后效十分明显，有持续的增产作用。因此，秸秆还田是保持和提高土壤肥力，使农业稳产、高产、高效，走可持续发展道路的重要途径。发展农村沼气事业既解决了农村地区燃料问题，又利于秸秆还田。农户使用沼气后，可以极大地解决生活用能问题，使得原本在农村生活用能结构中占很大比例的秸秆用于还田。
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6.增加土壤有机质含量，增加土壤氮、磷、钾等营养元素
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土壤有机质是土壤肥力的物质基础，是衡量土壤肥力高低的一个重要标志。它对土壤肥力起着多方面的作用，是植物养分的来源。所以提高土壤有机质含量是保持和提高土壤生命力的重要前提。而且，它还能够改善土壤的结构和理化性质，实现土壤养分的良性循环。堆放在地面的固体废物（如：秸秆、禽畜粪便等）以及渗出物会改变土壤的成分和生物化学结构，有毒的废物还会杀伤土壤中的各种微生物，从而降低土壤肥力。将农作物秸秆和畜禽粪作为沼气池填料发酵后以沼渣、沼液的形式还田，可以更加有效地增加土壤有机质含量，能使土壤疏松，因此沼渣、沼液是形成团粒结构的良好胶结剂。
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沼气池发酵产生的沼渣中除了含有丰富的有机质外，还含有丰富的氮、磷、钾等土壤营养元素。经过沼气发酵的粪肥有效氮含量提高40%，肥效可提高20%。长期施用沼渣、沼液等有机肥，能提高土壤的保肥、保水性能，缓冲土壤酸碱度变化，还能够有效提高土壤中的全氮、全磷含量，改善我国土壤普遍缺氮、缺磷的现状。
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因此，可以利用机会成本法，通过因未使用沼渣、沼液而支付的化肥的成本来体现沼渣、沼液在增加土壤有机质含量和增加土壤氮、磷、钾含量等方面的效力。它等于用建池而节约花费的开支与本应消耗化肥开支的比值。
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7.减少土壤农药残留量
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农药残留是指残存在环境及生物体内的微量农药，包括农药原体、有毒代谢物、降解物和杂质。土壤是农药残留的最终受体，残留在土壤中的农药会对土壤理化性质产生影响。被农药长期污染的农田土壤会出现明显的酸化，土壤养分（氮、磷、钾等）随污染程度加重而减少，土壤孔隙度变小，从而造成土壤板结，土壤肥力下降，农作物减产和品质下降；土壤中的农药通过挥发和蒸发作用，进入大气环境，引起大气污染；通过土壤径流、淋溶和渗透作用，进入江河湖泊和地下水系统，引起地表水与地下水环境污染；通过植物根部的吸收，进入植物系统，进而通过食物链进入动物和人体内，对动植物和人类安全构成威胁。我国农药利用率很低，普遍在20%左右，大量的农药流失进入到大气、水体和土壤以及农产品中，其中30%～40%进入土壤，一些难降解的农药在土壤中残留逐年增加。沼气发酵产物——沼渣、沼液破坏了病虫的生存场所。另外，沼渣、沼液中含有的营养成分促进了作物的生长并增强了作物抗病虫害的能力，所以能有效抑制和防治病虫害，减少农药的使用量，必然减少农药的土壤残留量。同样地，沼渣、沼液在减少农药残留量方面的效力，可以采用机会成本法，利用因使用沼渣、沼液而节约的农药的成本与本应消耗的农药成本的比值来替代。据统计，当地农户每年每亩地农药开支约45元。
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8.保护森林面积
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森林是生态系统的重要支柱，一个良性生态系统要求森林覆盖率不低于30%。几十年来，由于任意砍伐和管理不善，使得森林在一定程度上受到了破坏。沼气的开发利用，能够有效地缓解农村能源紧缺的局面。用沼气替代薪柴，减少了薪柴砍伐量，保护原有林地和新造林地，增加森林覆盖面积，促进生态环境的改善。因此，户用沼气对保护森林面积的效力，可以等同于因使用沼气池而减少使用薪柴的量与未建沼气池家庭使用薪材的量的比例。
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9.减少土壤退化面积
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土壤退化是指在各种自然和人为因素影响下所发生的导致土壤的农业生产能力或土地利用的环境调控能力下降，即土壤质量及其可持续性下降（包括暂时性的和永久性的），甚至完全丧失其物理的、化学的和生物学特征的过程。包括过去的、现在和将来的退化过程，是土地退化的核心部分。我国是世界上土地沙漠化严重的国家之一，近十年来土地沙漠化急剧发展，20世纪50—70年代年均沙化面积为1560km2，70—80年代扩大到2100km2，总面积已达20.1×104km2。我国还是世界上水土流失最严重的国家之一，50年代初期水土流失面积约 153×104km2，40年来初步治理50多万km2，而目前水土流失面积已达 179×104km2。同时，由于农业生态系统的严重失调，全国每年因灾害损毁的耕地约13.3万hm2。农村沼气事业的发展，在减少森林砍伐、保护森林植被、促进土壤改良，减少土壤退化面积和防止水土流失等方面发挥了一定作用（荆克晶，2004）。
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第四节 国家对农村沼气的政策
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一、我国农村沼气的发展历程，大致可以分为三个阶段
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第一阶段为初始发展阶段（20世纪90年代以前）。在这个较长时期，农村沼气建设起落较大，总体发展较慢。1979年9月5日国务院批转国家经委、国家科委、国家农委、农业部《关于当前农村沼气建设中几个问题的报告》指出，兴办沼气关系到我国农村能源建设、肥料建设、环保和卫生建设，是实现农业现代化的一项重要内容。1983年1月2日，中共中央文件《关于当前农村经济政策的若干问题》中指出，“小水电、风力、沼气、太阳能和薪炭林等能源开发带有紧迫性，必须紧抓”。1984年8月7日，国务院办公厅转发了《关于进一步发展沼气的报告》。随后，“六五”期间，农牧渔业部先后安排了沼气建设重点县72个。
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第二阶段为技术突破和工艺完善阶段（20世纪90年代）。“八五”以来，经过多年的研究、开发、试点示范，各地认真汲取农村沼气建设的教训，沼气技术在广大农民积极参与和自主创新的推动下，与农业生产技术紧密结合，形成了以南方“猪—沼—果”和北方“四位一体”（菜、稻、茶、渔）为代表的能源生态模式，沼气建设随之突破传统的燃料生产、供应领域，进入农村经济建设主战场。90年代中期以来，随着我国资源、生态和环境问题的凸显，沼气建设又进入生态环境建设主战场，在保护植被资源、农业废弃物污染防治和资源高效利用等方面发挥重要作用。
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第三阶段为加快发展阶段（20世纪90年代末）。这个阶段的标志是“生态家园工程”和“农村沼气建设国债项目”等示范项目的开展。本节对农村沼气政策的研究主要针对90年代末以来相继出台的一系列有关农村沼气建设的政策、会议文件和法律法规来进行总结和探讨的。
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生态家园的概念是1999年由农业部提出的。为推进农业可持续发展战略，农业部以生态家园为建设目标，制定了《全国生态家园富民工程规划》，在全国实施生态家园富民计划。生态家园建设是将以农户为单位的各项能源技术和庭院高效农业技术优化组合、集成配套，以村庄和农户为建设单位，以能源建设为切入点，以改变农民传统的生产和生活方式为目标，将沼气建设与农户住宅、厨房、厕所、畜舍、庭院环境卫生等结合起来，促进农户生产与生活、农田与庭院的紧密联系和良性循环，以期达到家居温暖清洁化、庭院经济高效化和农业生产无害化。“能源环境工程”是采用沼气技术和秸秆气化技术，将畜禽粪便、农作物秸秆和生活污水等废弃物进行能源转换、无害化处理和资源化利用。
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随着示范项目的开展，调动起广大农民开展沼气建设的积极性，各级领导对沼气建设的认识在不断提高，各级政府在沼气建设方面也逐渐加大投入。2001年，财政部颁布的《农村小型公益设施建设补助资金管理试点办法》，提出要发展与农民生产生活关系密切的农村供水、农村能源、小型生态公益林等建设。很快，2002年农业部就根据这一《办法》制定发布了《2002年农村小型公益设施建设补助资金农村能源项目指南》，并将沼气建设作为项目建设的四大主要内容之一。该《指南》较为详细地规定了沼气项目建设内容、立项条件、补助内容和补助对象、效益目标和组织实施等。可以说，这是中央实施“农村沼气建设国债项目”的前奏。《指南》的第七条规定了农业部组织宏观技术指导和全国性技术培训活动，县级农村能源主管部门要把技术服务作为项目实施的重要内容纳入日常工作。此规定虽然体现了对技术的一定要求，但还是没有细化对后续质量和服务的管理。农村小型公益设施补助资金农村能源项目的实施取得了明显的生态、社会和经济效益。可沼气的发展规模还是太小，投入资金也远远不够。2003年，中央开始在全国范围内推行“农村沼气建设国债项目”，标志着农村沼气建设进入了一个新的发展阶段。同年8月，农业部和发改委联合出台了《农村沼气建设国债项目管理办法》，对农村沼气项目建设行为从建设内容和补助标准、申报与下达、组织实施、检查验收等方面作出了详尽又具体的规范。
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沼气建设发展新阶段主要有三个特征：第一，农村沼气建设已从过去的试点示范阶段转变为大规模的技术推广和工程建设阶段。2003年的农村沼气国债资金建设项目涉及到540个县，占全国县级行政区域的1/5。第二，中央和各级政府加大财政支持力度，资金投入量在各省农业投资中占有较大比重，部分省区占到国家农业投资的1/3以上，农村能源管理部门和技术服务队伍已经从原来的辅助性、边缘性地位上升为农业和农村经济发展的主力军。第三，农村沼气建设已经成为农村小康建设和农业可持续发展中的一项战略性措施，不仅促进农民增收、农业增效和改善生态环境，而且在提高农产品质量安全水平和改善农村公共卫生环境方面将发挥重要作用。
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自2003年由农业部和国家发展改革委员会出台的《农村沼气建设国债项目管理办法》发布至今，农村沼气建设国债项目在全国农村的推行已经有6年的历史。其间，国家还有一系列政策性文件、规划和法律法规出台，对这一政策进行完善和补充，并取得了阶段性的成果。2006年1月，全国人民代表大会常务委员会通过了《中华人民共和国可再生能源法》，其中的第十八条规定：国家鼓励和支持农村地区的可再生能源开发利用。县级以上地方人民政府管理能源工作的部门会同有关部门，根据当地经济社会发展、生态保护和卫生综合治理需要等实际情况，制定农村地区可再生能源发展规划，因地制宜地推广应用沼气等生物质资源转化、户用太阳能、小型风能、小型水能等技术。县级以上人民政府应当对农村地区的可再生能源利用项目提供财政支持。
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2006年3月5日，温总理在十届四次人大会议上作政府工作报告时又强调要扎实推进社会主义新农村建设，发展现代化农业。把国家对基础设施建设投入的重点转向农村。并于2006年政府财政拨款3397亿元，主要用于加强农村道路交通、饮水、沼气池、电网、电信等方面的建设。其中，国家把农村沼气池的建设列为重点发展项目，这一政策性的举措，使得我国各地兴起了建造沼气池的新高潮。2007年农业部为巩固农村沼气建设成果，确保又好又快发展，颁布了《全国农村沼气服务体系建设方案（试行）》，不但提高沼气建设效益，而且有效地解决了沼气农户的后顾之忧。2007年3月，农业部专门编制了《全国农村沼气工程建设规划（2006—2010年）》，不但详细规定了沼气建设需要遵循的指导思想和建设原则，明确了包括农村户用沼气、规模化养殖场大中型沼气工程、技术支撑及服务体系建设三个方面的沼气建设内容，提出了区域布局与建设规模，还规划了2006—2010年全国建设的目标和任务。2个月之后，农业部编制发布的《农业生物质能产业发展规划（2007—2015年）》同样强调重点推进农村沼气工程等四大重点工程，着力建设我国农业生物质能产业发展平台，并提出了发展的总体目标和具体目标，力求期内沼气建设有新的突破。随着我国对能源和生态农业的不断重视，2003—2009年连续7年，下发的中央1号文件都明确指出要在农村大力发展沼气事业。其中，2005年和2006年的1号文件还进一步要求在农村大力发展大中型沼气工程。这是因为，户用沼气池建设有两个限制条件，一是以庭院为单位人畜的共处，没有一定数量的畜禽粪便来源，生产的沼气不足以满足农户生活用能需求；二是对养殖业的规模有一定的限制，超过一定的规模不仅农户庭院难以容纳，户用沼气池也难以处理。在市场经济条件下，养殖业只有走规模化的发展道路才能取得良好的经济效益。因此适时鼓励建设大中型沼气工程有利于沼气发展适应养殖业专业化发展趋势（陈慧敏，2009）。
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二、政策发展的趋势
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（一）政策制定主体正在逐渐形成合力
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在推动和发展农村沼气建设的工作上，中央各个部门之间、中央政府和地方政府之间正在形成统一的认识，一起致力于推动农村沼气事业的发展。如《农村沼气建设国债项目管理办法》这一重要政策就是发改委和农业部两个部门联合下达的。农业部门对沼气建设负责直接管理；发改部门负责争取增加投入，研究审定规划，完善管理办法，开展检查督导等。另外，沼气国债项目还涉及到包括财政部门、扶贫部门、农业部门、林业部门等在内的一些相关部门。各地有关部门积极配合，才能增大合力，才能把这项民心工程做得更好。中央政府了解和研究具体政策并不等于自己制定具体政策。尽管有些具体政策由农业部提出并通过以后就往地方下达，可大量具体政策仍需要由地方制定。地方和基层政府应尽快把意见反馈回中央部门，中央根据地方的意见再认真研究，把具体政策完善好、把有关文件制定好，为地方的工作创造好的政策环境。譬如，到目前为止，全国已经有湖南、湖北、安徽等八个省出台了省级农村能源管理法规。
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（二）制定政策过程中加强了调查研究，实化细化政策
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随着我国政治民主化程度的提高和对以往经验的总结，政策制定主体在制定政策的过程中越来越趋于理性。通过农村沼气建设的环境、目标、手段之间的有效搭配，从而产生政策规划的可行性情形。在进行了充分的调查研究和信息搜集之后，再对沼气政策方案进行改进和具体化。如与《2002年农村小型公益设施建设补助资金农村能源项目指南》相比，《农村沼气建设国债项目管理办法》就在建设内容和补助标准、申报与下达、组织实施、检查验收等方面更加细化、更加规范化和实事求是。在明确任务和目标的前提下，要落实责任、细化措施，才能完成任务、实现目标。
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（三）政策内容由强调“又快又好”向强调“又好又快”转变
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早前的政策大多重视抓进度、抓规模，强调“又快又好”。这一方面是因为若没有快速发展，就形不成大规模、见不到大效益，社会各界也就不能充分认识到沼气工程的好处。然而这样的政策往往对政策界限、可能遇到的困难和各种不确定因素没有进行冷静的思考，因此出现了大量“重建轻管”的不理想的政策效微现象。农民不怕苦干，就怕白干。近年来的一系列有关农村沼气建设的政策都强调了把巩固成果、保证质量放到突出位置。如《全国农村沼气工程建设规划（2006—2010年）》提出农村沼气建设所需遵循的建设原则就包括了“创新机制，建管并重”。根据《农村沼气国债项目管理办法（试行）》和《全国农村沼气工程建设规划（2006—2010年）》，农业部又提出了《农村沼气服务体系建设方案》，促进了农村沼气建设事业的健康发展。
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第五节 以沼气为纽带的生态农业循环模式
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一、“三位一体”能源生态农业模式
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1.模式的原理
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“三位一体”能源生态农业模式主要由太阳能畜禽圈、高效沼气池和卫生厕所三部分组成。“三位一体”沼气生态模式的作用是利用日光温室塑料薄膜的透光性和阻散性，并配套复合保温墙体结构，将太阳能转化为热能，同时防止热量的散失，达到增温、保温的目的，使沼气池在冬季寒冷条件下能够正常运转（王为民，2005）。
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2.模式结构
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“三位一体”能源生态农业模式，是以沼气为纽带，把畜禽养殖和林果、粮食、蔬菜、食用菌种植连接起来，畜禽粪便入池发酵产出沼气，沼气点灯、做饭，沼液喂猪、喷洒果树（菜、菌、药、花），沼渣肥田或种菜、种菇，形成农业生态良性循环，提高产出率，显著地增加农民收入（图5-2）。
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图5-2 “三位一体”能源生态农业模式结构图（引自陈豫，2008）
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高效沼气池。沼气池是该系统的核心，起连接养殖、种植、生活用能与生产用肥的纽带作用。一口8～10m3的高效沼气池，既可解决点灯、做饭所需的燃料，又可解决人畜粪便、作物秸秆长期堆积腐烂造成的各种病虫害的滋生，改变了农村生态环境。沼气发酵后的沼液一部分喂猪、一部分用于果树（菜、菌、药、花）等叶面施肥，沼渣可用于果树（菜、菌、药、花）施肥。
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太阳能畜禽圈。暖圈冬季覆膜，确保沼气池安全越冬和正常产气，并使生猪在冬季能正常生长发育。养3～5头猪，即可以满足一口8～10m3沼气池的发酵原料，产出的沼气基本满足一家四口人的炊事用能。猪粪经发酵后产出的沼渣、沼液又是很好的肥料，可大大减少果树（菜、菌、药、花）的化肥以及农药的使用量。
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卫生户厕。使人畜粪便由地上转入地下、由裸露于庭院内外转入封闭的沼气池。基本消除由蚊蝇滋生传播所引起的疾病，不但消除了视觉污染，而且在一定程度上防止了传染病的发生，防止了人畜粪便对饮用水的污染。
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3.模式特点
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相比“四位一体”能源生态模式和“五配套”生态果园模式，“三位一体”能源生态农业模式具有投入少，见效快的特点，在西北经济较为贫困地区有更强的实用性和较为广泛的推广价值。与南方猪—沼—果（菜、花、鱼等）模式相比较，西北地区“三位一体”能源生态农业模式冬天需要暖圈保温。“三位一体”能源生态农业模式的主要作用在于解决农村能源紧张和改善农村卫生环境。
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4.适宜性评价指标
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在正确认识“三位一体”生态农业模式的原理、结构和特点的基础上，系统分析影响“三位一体”沼气生态模式发展的区域因素，选择合理的评价指标，保证评价工作的顺利进行。沼气发酵所需的温度、原料、技术条件是影响“三位一体”沼气生态模式区域发展的关键。
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（1）温度。沼气发酵除要求一定的酸碱度、密闭嫌气条件外，池内发酵液温度，对产生沼气的速度和产气效率影响很大。沼气的发酵温度为8～60℃，在此范围内，沼气产量随着温度的升高而增加。农村家用沼气池多采用低温发酵（也叫常温发酵或自然发酵），温度一般为8～25℃。沼气发酵温度为10℃时，每千克干物质产气量0.45m3，20℃产气量0.61m3，到30℃时，产气量达0.76m3，可见不同温度下原料的产气效率变化很大。同样，沼气发酵温度的高低，对产气速度影响也很大。池温在29～31℃时，产气速度为0.55m3/（m3·d），16～20℃时产气速度下降为0.10m3/（m3·d），12～15℃时产气速度已很小，8℃以下时已基本不产气。在中国农村，沼气池内温度受到地温和气温两者的影响。沼气池内温度与气温相差较大，如杭州1月平均气温为3.8℃，沼气池内温度11～13℃，气温比池温低7～9℃；7月平均气温为28.6℃，池温21～23℃，气温比池温高5～8℃。沼气池内温度与地温接近，池深不同略有差异，2m左右深度的沼气池，池内温度与1.6m地温接近。鉴于中国沼气池大多建于地下，产气量和沼气池的利用时间受地温影响最大，而池温10℃是产气的下限温度，20℃以上产气较快，利用各地1.6m平均地温大于10℃、1.6m平均地温大于20℃的月数来作为温度指标。
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（2）太阳辐射。在中国西北大部分地区，冬季在自然条件下不具有发酵沼气的温度条件，若采取一些增温保温措施，提高沼气池内的温度，仍可发展沼气生产。随着沼气产业的发展，依据生态学原理，以太阳能为动力，可采取一些增温保温措施。中国有关专家把畜禽暖圈和沼气发酵系统有机地结合起来，发展了“三位一体”沼气生态模式。在地温不足的地区，采用太阳能暖圈，利用太阳能提高沼气池的发酵温度，因此，各地的太阳能资源也成为影响沼气池产气量和沼气池利用时间的主要因子。
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（3）生物质资源。沼气发酵除与适宜的温度有关外，还与发酵原料的种类和数量有关。沼气发酵需要和农业主导产业相配套，构建和形成能源-经济-生态良性循环系统，才能增强系统自身的可持续发展能力。不以种植或猪、牛养殖业为主的农村地区，缺少沼气的发酵原料，不宜作为沼气发展区域。农村产沼气的生物质资源主要包括农作物秸秆和人、畜禽粪便，其中农作物秸秆进沼气池后容易飘浮形成发酵死区的浮壳层，发酵前需要预处理，且厌氧分解比富氮原料慢，产气周期较长。因此，农村产沼气的生物质资源以畜禽粪便为主，在进行“三位一体”沼气生态模式区域适宜性评价时，粪便资源的富集程度对沼气发展有决定性影响。一般的经验是：一个农户至少应有3头猪或拥有同等数量的粪便才具备发展沼气的资源条件。
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（4）能源消费结构。中国农村能源消费结构中，生物质能约占生活用能的70%，占整个用能的50%。但随着农村经济的发展和农民收入的增加，农村生活用能中商品能源的比例正以较快的速度增加。农民收入的增加与商品能源获得的难易程度都将成为他们转向商品能源的契机和动力。随着农民生活水平的提高，直接燃烧秸秆的方式逐渐被商品能源取代，商品能源成为农民提高生活质量的首选目标。江苏、浙江等省的农民生活用能的商品化率已超过90%。在较为接近商品能源产区的山西、河南等农村地区，农民很容易获得廉价的商品能源，商品能源已成为当地农民炊事和生活用能的主要来源。因此，在农民收入较高或容易获得廉价商品能源的地区，不宜把沼气作为重点发展。为此，把生活用能中商品能源比率作为能源消费结构指标。
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（5）经济效率。沼气系统及其生态模式的建设，一次性投资多次收益。一种完整模式的建成少则3000～5000元，多则10000～20000元。仅建成一口6～12m3的沼气池一次性投资也需1000～2000元。农村各家各户的经济状况差异较大，一些农户虽对沼气生态农业的经济效益颇感兴趣，但因经济收入有限，而无法实施。目前，国家和部分地方政府采取了资金扶持的优惠政策，来推动此项工程，构筑起沼气庭院生态经济模式的雏形。但真正健康运作，获得可观的经济效益，仍需要资金的继续投入。
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（6）劳动力。劳动力资源，是指一个国家或地区中拥有劳动能力、可以从事社会劳动的人口的总和。它具有数量和质量两个方面的规定性。所以，判断某个区域劳动力资源量的大小，不应只考虑它的数量，还应考虑劳动力资源量的平均素质。中国农村沼气的发展与农村劳动力质量有着紧密的关系，主要体现在以下两个方面：①民众对有一定科技含量的沼气利用及其管理技术接受能力；②沼气池的后期管理不仅仅是简单的维修，也要掌握沼气池综合利用技术等管理知识（陈豫，2009）。
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二、“四位一体”能源生态农业模式
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（一）模式的原理
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“四位一体”能源生态农业模式依据生态学、经济学、系统工程学原理，以土地资源为基础，以太阳能为动力，以沼气为纽带，种植、养殖相结合，通过生物能转化技术，在农户土地上，在全封闭状态下，将日光温室、高效沼气池、畜禽圈和卫生厕所结合在一起，组成能源综合利用体系。它可以解决西北地区沼气池安全越冬问题，延长产气时间，既能促进牲畜的生长发育，提高养牲畜的效益；还能为温室作物提供充足的肥源，提高作物的产量和品质，增加农户收入。在同一块土地上，实现了产气积肥同步，种植养殖并举，生物种群较多，食物链结构健全，能流、物流较快循环的能源生态系统工程，成为庭院经济与生态农业相结合的一种“高产、优质、高效”的农业生产模式。
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图5-3 “四位一体”能源生态农业模式结构图模式图（引自陈豫，2008）
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（二）模式的结构
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该模式以640m2左右的日光温室为基本生产单元，在温室内部西侧或北侧建一座15m2的太阳能畜禽舍和一个2m2的厕所，畜禽舍下部建一个6～10m3的高效沼气池。如图5-3所示，“四位一体”能源生态模式，将日光能转化为热能，阻止热量及水分的散发，使冬季日光温室内温度保持10℃以上，从而解决了反季节果蔬生产、畜禽和沼气池安全越冬问题。温室内饲养的畜禽可以为日光温室增温并为农作物提供二氧化碳气肥，农作物光合作用又能增加畜禽舍内的氧气含量。
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高效沼气池。沼气池是“四位一体”模式的核心，起着联结养殖与种植、生产与生活用能的纽带作用。沼气池位于日光温室内的一端，人及畜禽粪便通过进料口流入沼气池内供发酵产气，沼气池是人、畜禽粪便的消纳池，可利用温室实现自身安全越冬，维持一定的产气率。沼气池对人、畜禽粪便的处理，减少了氨气、硫化氢等有害气体的产生，有利于改善环境。沼液是较好的饲料添加剂，能促进畜禽生长发育，减少畜禽疾病；沼渣又是优质有机肥，可改善土壤结构，增加土壤肥力，为生产无公害农产品创造良好的条件；产生的沼气不但为农户提供炊事、照明等生活能源，而且可以为温室作物生长提供二氧化碳气肥，从而达到改善环境，能源充分利用的目的。
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日光温室。日光温室是“四位一体”模式的基本框架和主体结构，沼气池、畜禽舍、厕所、作物栽培都在温室中，形成全封闭状态。日光温室的作用就是为沼气池、畜禽、温室作物创造良好的温湿度条件。其基本原理就是利用塑料的透光和阻散性能，将太阳能转化为热能，同时保护和阻止热量及水分的散发，从而达到增温、保温和保湿的目的。它为西北地区在冬季沼气池能够正常产气和作物正常生长创造了条件。日光温室还利用温室二氧化碳与氧气的互补，使家畜、家禽在呼吸过程中所产生的大量二氧化碳，通过温室隔板上的气孔，源源不断地供给温室作物，解决了大棚生产需要大量二氧化碳的供应问题。白天温室作物在光合作用过程中产生大量氧气，经过通风口又源源不断地渗透到畜禽舍内，为畜禽提供大量的氧气。
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畜禽圈。畜禽圈是“四位一体”模式的基础，位于日光温室的内部，使其既达到冬季保温、增温，又能在夏季降温、防晒。使畜禽可全年生长，缩短育肥时间，节省饲料，提高效益，并为沼气池常年提供发酵原料。饲养的畜禽可以为日光温棚增温并为农作物提供二氧化碳气肥。
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（三）模式的特点
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“四位一体”能源生态模式比“三位一体”能源生态农业模式在结构上多了日光温室部分，投资比“三位一体”能源生态农业模式高，且温室蔬菜的生长需要较多的水源，因此适宜在西北地区农村经济条件较好，且水源丰富的地区发展。但其能源生态转换利用好，生产范围较广，综合效益高。
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（四）适宜性评价指标
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1.气候指标
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气候条件对“四位一体”生态农业模式的发展有显著影响，是沼气产气量和日光温室发展密切相关的区域因子。温度是沼气发酵的重要外部条件，温度适宜则细菌繁殖旺盛，活力强，厌氧分解和生成甲烷的速度快，产气多，是沼气产气量的关键。因此，选择年平均温度和≥10℃日数来评价沼气系统的温度适宜性，其中年平均温度从总体上评价不同地区是否具有沼气发酵的适宜温度，≥10℃日数评价不同地区沼气的使用周期。气候环境对日光温室的作用，主要是外界大气候和日光温室内小气候对作物生长和发育产生的影响。温室内小气候是可以通过调控手段进行调节的，而室外大气候的影响只能通过气候区划来合理布局日光温室，以趋利避害。在日光温室生产中，温、光、水、气、肥中的温度和光照条件地域差异相对较大，是对作物生长起关键性作用的因子，所以评价指标主要选择温度与光照相关的因素指标；大风、积雪对设施载荷也有影响；有效生长积温不仅是表达热量最直观的指标，而且代表着蔬菜露地栽培中生长季的长短。
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2.能源指标
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能源状况为影响“四位一体”生态农业模式中是否建立沼气系统的重要因素。一方面，沼气发酵除与适宜的温度有关外，还需要充足的发酵原料；另一方面，随着农村经济的发展和农民收入的增加，地区差异正在逐步扩大，农村生活用能中商品能源的比例正以较快的速度增加。为此，选择的能源指标包括生物质资源量、商品能源获取的难易程度。其中生物质资源量评价不同区域沼气发酵原料是否充足；商品能源获取的难易程度定性反映各区域农民的能源消费结构，从经济角度评价不同区域发展沼气的适宜性。
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3.社会经济指标
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建立“四位一体”生态农业模式区域适宜性评价指标体系时，应充分考虑各区域的社会经济状况。在经济贫困、生态环境恶劣的地区，农民经济承受能力差，政府补贴资金较少，大部分建池和建温室经费仍需农民自筹，经济困难农民负担不起。加上经济落后地区信息闭塞，民众文化水平偏低，对有一定科技含量的沼气池及温室的利用、管理技术接受能力有限。为此，选择农民年均收入、国家投资、农民平均文化水平3个指标作为社会经济指标。其中农民年均收入评价不同区域的经济发展水平，从而反映农民是否具有购买商品能源的经济能力，是影响“四位一体”生态农业模式中沼气系统发展的关键因素；农民年均收入和国家投资主要评价农民是否能负担建池和日光温室的经费；农民平均文化水平评价农民对有一定科技含量的沼气池和日光温室利用及其管理技术的接受能力，是决定“四位一体”生态农业模式系统能否持续使用的关键。
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4.水文指标
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水源状况是影响“四位一体”生态农业模式中日光温室种植业系统发展的关键因素。随着我国工业、农业和城市建设的飞速发展，对水的需求量日益增加，在水资源短缺地区水已成为经济发展的限制性因素。发展“四位一体”生态农业模式，日光温室中主要种植蔬菜，蔬菜对水的需求量很大。与其他农作物相比，蔬菜对水分的反应也尤为敏感。蔬菜生长期间灌水较为频繁，且能否及时灌水对蔬菜产量有明显影响。因此，选取年径流深度和年降雨量两个指标来衡量不同区域的水源状况。
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三、“五位一体”生态果园模式
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（一）模式的原理
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“五位一体”生态果园模式由高效沼气池、太阳能畜禽舍、卫生厕所、节水灌溉系统、蓄水窖和看护房组成，是依据生态学、经济学、系统工程学原理，从有利于农业生态系统物质和能量的转化与平衡出发，充分发挥系统内的动、植物与光、热、气、水、土等环境因素的作用，建立起生物种群互惠共生，食物链结构健全，能量流、物质流良性循环的能源、生态和经济系统工程。该系统工程以农户土地资源为基础，以太阳能为动力，以沼气为纽带，形成以农带牧，以牧促沼，以沼促果，果牧结合，配套发展的良性循环体系。
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（二）模式的结构
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在“五位一体”生态果园模式系统中，人畜粪便进入沼气池发酵体系产出的沼气用来炊事、照明，产出的沼液一部分用于养猪，沼渣和大部分沼液施于果园，水窖的加入增强了果园的自我灌溉能力，为果园丰收打下了基础（图5-4）。
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图5-4 “五位一体”生态果园模式结构图（引自陈豫，2008）
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高效沼气池。高效沼气池是该系统的核心，起连接养殖、种植、生活用能与生产用肥的纽带作用。在果园或农户住宅中建一口8～10m3的高效沼气池，既可解决点灯、做饭所需燃料，又可解决人畜粪便和作物秸秆长期堆积腐烂造成的各种病虫害的滋生，改变了农村生态环境。同时，沼气发酵后的沼液可用于果树叶面施肥、打药、喂猪，沼渣可用于果园施肥，从而达到改善环境，利用能源，促进生产，提高生活水平的目的。
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蓄水窖。在果园或农户庭院中建水窖，用于收集和贮藏地表水（雨、雪）等水资源。这些水除供沼气池、果园喷药及人畜生活用水外，还可弥补关键时期果园用水，防止关键时期缺水对果树发育的影响。
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太阳能畜禽圈。在果园或农户庭院中养猪、养鸡，是实现以牧促沼，以沼促果，果牧结合的前提。养4～6头猪，既可以满足一口8～10m3沼气池的发酵原料，又可以代替化肥，提高土壤有机质。鸡不但能够捕食果园内的多种害虫，还可产粪、产蛋、产肉。鸡粪可以喂猪，猪粪入沼气池产气，实行多层次利用，促进果牧结合。
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节水灌溉系统。果园配套节水保墒措施，是多蓄、少耗、巧用水的有效办法。在有库、井、站等灌溉条件的果园配套渗灌设施，可成十倍地扩大灌溉面积，这种技术是在果树行间埋设渗灌管道，埋深30～40cm，在渗灌管上每隔1m交错水平钻一直径2mm左右的小孔，地头建一口8m3的渗灌池，利用高差将水压渗到果树根系。将水窖中蓄积的雨水通过水泵增压提水，经输水管道输送、分配到滴灌管滴头，以水滴或细小射流均匀而缓慢地滴入果树根部附近。结合灌水可使沼气发酵子系统产生的沼液随灌水施入果树根部，使果树根系区经常保持适宜的水分和养分。
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看护房。果园盖看护房，既可住宿，又可用作贮藏库或器械室，极大地方便了生产和生活。
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四、沼气利用的其他社会效益
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（一）节约生产时间
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有研究显示，农村户用沼气池的使用对农村家庭种植、养殖等方面的生产方式带来巨大影响。利用沼渣、沼液种植蔬菜和果树，在减少农药、化肥的使用的同时提高了农产品的品质。许多农户因家中建有沼气池而养殖更多的猪、牛、羊等，这样对拓宽农户增收渠道、提高农村家庭收入产生重要影响。
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同时，以沼气池为纽带的“猪—沼—果”“猪—沼—菜”的生态模式，与传统单一的种植模式相比节约了生产时间，从而使得大量农户有更多的时间从事其他生产活动，如外出打工。
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（二）提高生活质量
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沼气池的建设和使用在大大节约农户获取薪柴、秸秆所用时间的同时，节约了农户的烧水、做饭的时间，从而减轻农村劳动力的家务劳动，使得他们有了更多休息、娱乐的时间。此外，沼气作为一种优质能源具有方便、快捷、卫生等特点，与传统能源使用时所带来的烟熏火燎的炊事环境相比，它更有助于减少炊事对农村妇女身体所带来的负面影响。
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（三）优化农村产业结构
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沼气发酵系统是生态农业建设的核心，沼渣沼液的综合利用能够因地制宜的把农业生产有机结合起来，不断完善和优化农业产业结构，使农业发展更加趋向于合理性与可持续性。沼气池的建设将种植业和养殖业紧密结合，提高产量的同时大大改善了作物品质，促进了无公害农产品的生产和发展。
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（四）推动农村科学技术普及
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生态模式是技术性很强的农业综合型生产方式，是改革传统农业生产模式，实现农业生产由单一的粮食生产向综合的多种经营方面转化的有效途径。因此，随着农村户用沼气池建设和沼气综合利用技术的快速发展，激发了农户学科学，用科学，将实用技术转化为现实生产力的积极性，极大地增强了农民的科技意识和技术水平，提高了农户的科技素质。沼气池的建设，推动了农村科学技术普及工作的发展，推动了农村精神文明建设（李萍，2008）。
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第六节 沼气后续服务体系
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一、国内沼气后续服务体系建设情况
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各地在沼气后续服务体系建设方面建立了多元化的模式，取得了一定的成效。在实践中已出现比较规范的沼气后续服务和好的发展经验，建立了沼气协会、沼气合作社、沼气后续服务网点等多种模式。
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甘肃省天水市麦积区经过多年的摸索和实践，提出了“政府引导、协会搭桥、联合农户、官办民管”的沼气后续服务体系发展思路，以官办民管为基本原则，以“县级能源协会+乡镇分会+村级服务网点”为基本模式，建立全区沼气后续服务体系。县级能源协会和能源办为实行“两块牌子一套人马”，乡镇分会由乡镇农技推广站工作人员兼任，服务网点由专业技工经过培训后担任负责人。同时，在网点建设上坚持做到“六个一”，即有一处固定服务场所、建设一个原料发酵贮存池、配备一套进出料设备、配备一套检测设备、配备一套维修工具、购置一批沼气易损配件。网点从沼气池日常管理、维护检修、技术培训到沼肥综合利用实行一条龙服务。以该市麦积区为例，区里由能源办牵头成立区级农村能源协会，并以区协会为总会，在乡镇试点建设分会和村级的服务协会。区协会内细化分工，成立了分别负责处理日常事务、产业开发、培训和服务管理等部门，系统化管理全区的各分会和村级服务协会（赵立欣，2008）。
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四川省双流县政府出台了《关于加强沼气后续管理完善早起服务体系的意见》，县财政拿出近百万元资金，建立了30个沼气后续服务管理合作社，将本地区沼气后续服务体系与沼气池建设同步规划、同步实施，很好地解决了项目建设与后续服务体系建设脱节的问题。其做法主要是：一是由项目投资，解决服务体系启动资金，在农户意识好、有一定基础的区域试点建立沼气物业管理合作社；二是以县级合作总社为中心，乡镇物业管理合作社为纽带，村级服务网点为基础，沼气用户为服务单元，形成五位一体的沼气后续体系服务链条；三是规范体系管理，每月沼气户交纳3～5元费用，即可享受免费上门检测维修服务，对没有养殖业而无法提供足够的沼气原料的农户，网点负责购料、进出料、全程维护维修等工作，保证沼气池正常运行。
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重庆永川市在对该市户用沼气池使用情况开展全面摸底普查的基础上，结合实际逐步形成了适合本区域发展的沼气后续服务体系。该市建立市、镇、村三级服务管理体系，市里设服务总站，乡镇设服务站，村级建立服务网点，村级网点受村委会领导，由村委会统一进行管理和协调。其主要做法为：一是按照公平、公开、择优的原则从沼气池建设持证技工中确定网点服务人员；二是在每个沼气户按年交纳服务费的同时，由市、村拨付部分资金弥补网点工作经费的不足；三是明确三级服务站的职能职责，市级总站负责全市沼气配件的统一调配和供应，并对乡镇和村级服务站进行指导和管理，乡级服务站负责管理本辖区沼气池的后续服务工作，村级网点负责定期上门检测维修户用沼气池、技术推广、收取服务费等工作。同时，永川市制定了《乡镇农村能源技术服务站技术人员考核办法》《永川市农村户用沼气项目技术人员服务范围》等一系列考核制度和办法，详细地对网点服务人员从业条件、服务范围、考核办法等作了规定。但是，由于村级网点的职能还局限于检查维修沼气池、销售沼气配件等方面，经费收入比较困难，在技术推广和产业开发等方面也没有发挥出较大的作用（卫培，2010）。
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河北省临漳县南东坊镇种养大户个人承包33.33hm2土地种植蔬菜，个人投资成立了沼气服务工作站，建起沼气配件经营门市，为300多户农户提供沼气后续服务，同时获得了充足的沼肥投入蔬菜种植，在减少种植业投入成本的同时，保证了附近300多池的正常使用。湖南省临潭县在能源办支持下组建了沼气综合利用专业队，实行自负盈亏、市场化运作。专业队下设维修分队和沼气配件供应点，对外公布维修电话，并在各沼气村指定和培训沼气服务技术人员，形成沼气服务的网络体系。此外，在经济条件好的四川什邡市团结村，人均收入达4050元，村级集体经济较为发达，其沼气服务网点人员工资全部由村委会负担，各沼气户全部免费享受管护和维修服务，沼气户仅需支付零配件的材料成本费。
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虽然部分地区经过自己的大胆尝试和摸索，形成了适合本地方发展的沼气服务体系，但我国大多数地方特别是贵州省的后续服务体系仍然处于自发、初始阶段，服务体系的实际运行效果、规范化程度均不理想。近几年虽然国家在投入大量人力、物力和资金，大力扶持农村沼气建设的同时，开始重视沼气后续服务体系的建立，但目前大部分省份在沼气推广和后续管理工作上，仍是被动执行国家政策，虽然有了后续服务管理体系的初步建立，但仍没有形成主动工作的机制与要求。特别是我国西部欠发达地区，很多地方后续服务人员、资金短缺，工作开展难度较大，服务体系不完善。
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在沼气后续服务体系的运行模式上，我国目前主要有政府主导、农民自理、企业或公司运作三种模式。但由于受各地经济条件、农户思想意识水平、政府资金配套能力以及当地农业发展水平等因素的影响，各地沼气后续服务体系的运行情况差异很大。农业基础好、农民思想意识比较先进的地方，已经开始尝试将物业管理的模式，引入沼气后续服务体系的管理上，这也是目前为止最为先进的后续服务体系管理模式。同济大学的卫培（2010）等认为，在沼气池建设和投入使用的前期，政府需要给维修服务人员和组织提供合适的平台，并引导有条件的地方，向更高级模式发展。例如：在建池集中、已形成规模、农户愿意支付较高后续服务费、已经具备向自发沼气协会模式过渡的条件时，政府应适时积极引导；同时，沼气服务网点需变被动服务为主动服务；积极宣传和加强服务意识，扩大服务辐射范围；让更多的农户了解服务内容，主动地为农户提供及时、优质的服务。农户是沼气池维护服务的消费者，需提高维护正当权利的意识，可通过成立协会或组织来改变其弱势地位，增加话语权。
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在后续服务体系的运行模式上，湖北省农科院的张再起（2010）认为，沼气物业化管理，可分为自上而下的垂直沼气物业化管理模式和乡（镇）、村服务网点沼气物业化管理模式。垂直管理模式，是通过建立省级实训基地、县级沼气服务站、乡（镇）、村服务网点进行沼气后续服务；乡（镇）、村服务网点管理模式，则是通过成立沼气协会，或由公司及个体经营来实现沼气产业化发展。西北农林科技大学的马庆华认为，我国目前开展沼气后续管理，有三种典型模式，分别是：政府主管的乡镇（村）沼气服务站；完全进入市场化运作的能源技术服务公司；以农民自治组织形式出现的沼气协会。三种服务模式有各自的特点，但受当地经济社会发展水平的影响较大。乡镇（村）沼气服务站模式，主要适用于有项目投资的地区或初级发展地区，属于物业化管理的过渡模式。能源技术服务公司模式，由于采用了企业化经营、市场化运作、专业化管理的发展模式，适应市场经济的发展要求，并由于开拓了多种经营的发展渠道，增加了资金来源，处于良好的运行状态，但这样的模式，目前还不适用于经济欠发达、农户思想意识较落后的西部地区。沼气协会模式，能适应沼气用户的需要及市场经济的需求，但由于协会本身属于农户自治组织，在管理上较松散，需政府部门加强引导。
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赵立欣（2008）等人认为，我国目前的沼气后续服务体系存在五种模式。一是农民沼气协会，属于初级形式的农民专业合作组织，是由沼气户、服务网点人员等组成的自我管理、自我服务的民间社会团体，协会的工作经费主要来源于会员每月交纳的会费、沼气配件销售收入、有偿服务和政府补贴。沼气协会发展时间较长，相对比较成熟和稳定，适应面较广，能贴近群众，灵活自主的为农户提供多种服务，开展如销售农业生产资料等的多种经营，协会由农民自己组织，出现问题也便于协调，其缺点是组织性差，管理松散。二是沼气物业服务站，隶属于政府部门，多由地方农村能源管理部门牵头建立，一般由政府工作人员兼职担任服务站负责人，负责对辖区内的户用沼气池进行管护和维修。服务站的业务工作受农村能源管理部门的直接领导，但有时候也具有一定的灵活性，可以发挥其自身技术优势，实施专业化管理，开发经营产品，增加经济效益。但这样的模式对政府的依赖性强，一旦失去政府的资金支持，服务站的销售和维修收入无法支撑体系的运转。三是沼气专业合作社，属于民间相互服务性经济组织，其涵盖的范围不仅包括沼气建设、沼气产品的供应销售、维护维修，还能提供农业生产资料，这种模式还在起步阶段，各地发展也很不平衡，多数还存在资金不足、管理松散、经营内容单一等问题，没有充分体现合作社的经济组织特征和优越性，号召力不强。四是沼气物业服务公司，一般由个人或企业组建，主要承担户用沼气池的建后服务和运行维护，这种模式基本摆脱了对政府的依赖和行政干预，自主经营、自负盈亏。但由于是公司运作，成本会比较高，需要收取较高的服务费来保证公司运转，大部分农户难以接受。同时，由于企业追求利润的目的，沼气物业服务公司可能会不断随市场变化调整业务范畴，导致业务和服务人员不稳定。五是乡村物业综合服务站。这种模式一般以村为单元，招聘专人收集处理农村生活垃圾等废弃物，并负责本村户用沼气池的运行和维护工作，多由村委会牵头，由村干部兼职担任服务人员，服务费用由村级组织统一支付。乡村物业综合服务站是随着农村经济社会快速发展出现的，对农村来说是个新事物，但从长远来看，特别是随着社会主义新农村建设的推进，村容村貌的改善将成为农村发展的一项重要内容，乡村物业综合服务站也将迎来发展的黄金时机。
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二、国内沼气后续服务体系的特点
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总的来说，各地在沼气后续服务体系方面探索建立了多元化的模式，取得一定成效，但综合来看，当前我国沼气后续服务体系仍然处于自发、初始阶段，虽然建立了各式各样的沼气协会、合作社、物业公司等，但管理比较规范，能够真正实现后续服务功能的好典型还很少。其原因主要在于：一是思想认识不到位。部分政府管理部门对沼气后续服务体系这一新生事物的意义不够了解，认为不能直接解决沼气运行难的问题，有的认为农民素质低，基础差，不具备组织能力，继而出现政府引导和扶持力度不大、管理不完善的现象。部分农户虽然建池积极性高，但对沼气的管理常识知之甚少，认为沼气池的管理和使用是自己的事情，没有了解后续服务体系的好处和作用，对交纳服务费不支持甚至反对，认为是乱收费，参与沼气协会的积极性不高。二是沼气后续服务体系机制不健全，物业服务公司多由沼气技工或种植大户自己成立，以盈利为目的，管理散漫，人员流动性强，没有健全的规章制度。三是运行资金严重不足。大部分地方财政困难，服务体系启动资金和工作经费严重不足，有的地方连一些必需的维修设备都无法提供，极大的限制了工作开展。四是网点服务人员收入较低，工作积极性不高，人员流动性大。近几年，国家和地方政府将沼气作为一项公益事业来抓，在体系建设初期，主要采用财政投资的方式，没有按市场化方式收取费用，服务人员的工资主要来源于农户交纳的服务费用和零配件销售及维修费用，导致服务人员工资普遍过低。五是服务内容单一，经济来源没有保证。当前农村沼气服务体系处于初级阶段，运作机制不灵活，服务内容仅限于沼气建池施工、日常维护维修和配件供应，在技术推广、产业开发及相关农产品销售方面还没有发挥作用。六是服务队伍报酬低、不稳定，体系无法持续运行。服务人员主要以沼气技工为主，在建池淡季，如果遇上好的赚钱渠道，有的技工将会暂时离开服务体系或转向其他行业，在很大程度上影响了沼气后续服务体系的连续性（赵立欣，2008）。
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三、国外沼气后续服务体系的特点
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（1）自负盈亏、自主经营、独立的户用沼气后续服务公司发展迅速，政府逐渐将全国的沼气工程包括户用沼气池交由独立的户用沼气物业化管理公司管理。
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（2）物业的所有权与管理权分离，户用沼气池所有权归农户，物业化管理公司与农户的关系是雇佣关系，农户或沼气协会通过招标或协议的方式选择物业化管理公司，而物业化管理公司面对市场竞争的压力，不得不在其形象包装、改善管理职能，提高效率方面进行努力，尽量做到让沼气户满意，否则就有被淘汰或被解雇的危险。
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（3）管理费由沼气户与物业化管理公司通过讨价还价或招标决定，视市场供求状况、当地的人均收入、沼气池的数量、服务的内容等情况而不同。
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（4）各国的物业化管理模式均结合自己的国情，符合自身的特点，如德国形成了市场化、标准化的物业管理模式，印度形成了政府统筹型的物业化管理模式，尼泊尔形成专业的物业化管理公司模式。
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（5）政府在物业化管理中发挥着重要的作用，但政府一般不直接干预物业化管理收费的具体标准，而是在政策、制度方面加以引导，多以详尽、完善的法律、法规规范物业化管理的各方面管理。
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四、农村沼气后续服务体系的三种模式
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（一）沼气协会
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沼气协会是在政府的支持和指导下，由市能源办和乡、村干部发起的组织，属于农民专业协会的一种，主要由建池农户在生产、销售和技术服务环节上联合起来建立的民间社会团体。市级成立沼气协会总会，沼气建池较多的村成立了沼气协会。市政府不干预沼气协会的具体事务，而是引导其发展，或是在政策、资金上给予扶持。各沼气协会围绕沼气池维修和零配件的销售进行工作，不以盈利为目的，会员之间没有产权的结合，关系松散。其会员分为三种：核心会员、骨干会员和一般会员。核心会员是协会的创立者，一般是经过市级专业培训的专业技工或村干部；骨干会员是知识文化程度较高、热衷于沼气事业、能在各项活动中起带头作用的积极分子；一般会员为其他建池农户。沼气协会代表广大沼气用户的利益，可以经常组织技术培训，还可组织沼气零配件的供应、配件更换、沼气池维修等服务。凡是建有沼气池的农户，在自愿的基础上就可以成为沼气协会的会员，每年缴纳一定的会费，享受协会的服务。沼气协会按照“自我组织、自我管理、自我服务、自我收益”的基本方针，把农户组织起来，为他们提供沼气后续管理和维修等服务，提高沼气池运行效率，帮助农户节支、增收，改善生活环境和质量。
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沼气协会是沼气后续服务体系建设的一种新型模式，也是农民专业合作组织发展的一种初级形式。目前，全国各地纷纷成立沼气协会，取得了较好的效果。在贵州省都匀市，沼气协会也是目前最为重要的沼气后续服务模式。从都匀市沼气后续服务体系发展来看，沼气协会发展时间较长，相对比较成熟，组织化程度较高，制度比较健全，适用性强。沼气协会的会员都是沼气用户自愿组成，因此管理更加民主，服务更到位，农户接受程度高。
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（二）沼气服务中心
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贵州省都匀市部分乡镇、村设立有沼气服务中心，沼气服务中心在行政上隶属于政府部门，业务上受市能源办的领导，具体负责农村能源建设技术咨询、技术培训、沼气池维修和沼气零配件供应等工作。其优点是得到政府部门的资金支持，有一定的经济基础。但这种依靠政府输血得以生存的方式，对政府依赖性很大，如果政府能长期对服务体系进行补贴，则可继续发挥其管理职能，一旦失去政府补助或人员编制精简，则将无法开展工作。
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（三）个人承包的沼气服务网点
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由个人承包的沼气服务网点，最初是在国家项目资金支持下建立起来的，网点内设备、物资等全部配齐，然后承包给个人来经营。市能源办对服务网点进行业务管理和监督指导；承包服务网点的个人负责为区域内的沼气用户提供技术维修、配件经营、政策咨询等综合服务。网点附近沼气池的维修、维护、技术咨询、散户沼气池的施工任务、沼气灶具等相关设备的代理销售，这些都属于承包人的责任范围。个人承包的沼气服务网点，对承包人的要求较高，要求承包人热衷于沼气事业、具有熟练的沼气技术、具有一定的组织协调能力、在当地有良好声誉和群众基础，善于作群众思想工作等。同时，还要求承包人有足够的时间负责网点的日常经营，能及时上门服务，快速、准确的解决农户困难。总的来说，都匀市的农村沼气后续服务网点在行政上隶属于政府部门，主要协助市能源办来承担沼气池后续管理服务工作，兼具经营职能和服务职能。个人承包的沼气服务网点人员设置比较简单，主要由一名承包人进行管理，并聘请一名当地的沼气技工组成成。沼气技工持证上岗，随叫随到。服务网点受市能源办导，有利于统筹安排、统一规划，管理规范，制度健全，组织性和稳定性较高。
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五、贵州省都匀市案例
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（一）概况
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贵州省都匀市总人口48.58万人，土地面积2274km2，辖18个乡镇（办事处）。都匀市自2005年开始建立沼气后续服务网点，至2010年年底，已建成服务网点33个，总投入151.5万元，覆盖沼气户超过1万户。其中，中央及省级资金建立的网点30个，平均每个投入资金5万元；市级资金建立网点3个，每个投入资金0.5万元。在已建立的33个沼气后续服务网点中，每个网点辐射沼气户数在200户以上，能够覆盖本村90%以上的沼气户。其中，11个网点所在村成立了沼气协会，由沼气协会领办后续服务维修工作。但截至2010年年底，仅有1个沼气协会仍然向会员收取会费以维持网点的运行，其余10个沼气协会沼气户不愿意交纳会费，网点运行入不敷出，时停时用。有6个网点为村委会代办，网点即设置在村委会办公用房内，以村委会成员兼任网点负责人为主，由于村委会办公地点住户比较集中，人流量较大，这几个网点主要依靠向沼气户出售零配件来维持网点运行，有16个网点以沼气建池技工兼任网点负责人，在开展沼气池建设的同时兼顾沼气池维修工作。2009年以前建立的27个网点的年均运营成本为300元、年均收入500元，2010年建立的个网点年均运营成本为400元、年均收入600元。运营成本主要是沼气零配件的购买等开支，而帮助沼气户进行大换料和清池等基本属于帮忙性质，都没有收取费用。各网点年均收入为500～600元，仅能支付服务人员的车油费等维修成本消耗，无法负担服务人员的工资及更新大型的沼气维修设备及工具，无法调动维修人员工作积极性，同时，沼气设备老化或损坏后无资金维修或更换。
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（二）都匀市后续服务体系的形式
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1.农村能人带动型
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沼气后续服务体系作为直接服务于农户的组织，一定要有了解当地农民的、能与农民进行良好沟通的人来担当组织者和带头人。这些农村能人都是技术或经营能手，他们在农民中的领导地位来自于自己的技术知识、管理能力和社会关系，而不是靠行政权威。沼气后续服务体系依靠他们开展技术培训、示范、信息交流，带动当地农户巩固和发展沼气事业，不仅有利于这些人获取自身利益，也提高了当地经济水平。在都匀市沼气后续服务体系中，这些能人主要是指热衷于沼气事业的、持有国家颁发的沼气技工证书的农民，由他们具体管理和运行沼气后续服务网点，既让他们的沼气技术得到了用武之地，又可以让他们通过有偿服务获得收入。
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2.村干部带动型
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一些思想比较开放、先致富的村干部，在村委会的支持和帮助下，按照自愿、互利的原则，由他们具体承担沼气后续服务网点的管理的沼气池的维修工作。村干部一般在村里有着很高的威望，由于村干部特殊的地位和作用，在成立沼气协会时，村干部往往被选为协会的带头人。
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3.政府推动扶持型
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政府的态度和行为是沼气后续服务体系所依赖的制度环境中极为重要的因素。都匀市地处云贵高原，经济发展相对落后，大多数分散的农户为了改善沼气运行现状、节省家庭开支，普遍存在合作的意愿，但由于自身条件的限制，这种合作的愿望很大程度上必须借助政府的行政力量来实现。所以，无论是在沼气池建设阶段，还是在沼气后续服务体系建设的阶段，国家发改委、农业部和省、州、市各级政府都给予了大量的资金、政策支持。政府对推动和扶持极大地降低了沼气后续服务体系运行成本，同时，也使体系建设和运行沿着正确的方向发展（何金钊，2012）。
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（三）促进都匀市农村沼气后续服务体系建设的对策措施
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搞好农村沼气服务体系建设，是服务沼气用户，提高综合效益，促进沼气事业健康发展的重要保证，也是促进农村经济发展的迫切需要。贵州省都匀市后续服务体系处于起步阶段，尚不具备完全市场和商业化运作条件，特别是体系前期投入严重不足。都匀市应积极向中央和省级争取项目资金，并通过本市实施相关项目的资金整合，加大对农村沼气后续服务体系的资金投入。同时，立足于现有基础，先行扶持条件较好、普及率较高、相对集中的乡村建设服务网点，为服务网点提供进出料设备、检测设备和维修工具等基本设施，保证体系运行后能满足服务要求。另外，要实现沼气后续服务体系市场化、产业化、社会化的目标，仅仅依靠政府的投资是远远不够的，还应寻求其他的资本因素作为可靠的补充，在这个过程中，政府应积极发挥作用，为投资者提供良好的投资环境，鼓励个人或企业建立沼气服务组织；放宽对农业投资贷款的限制，从财政税收上支持对沼气服务的投资。
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我国沼气建设一直是在政府的行政命令下开展的，沼气池也是政府管理和个人管理相结合，造成了大部分农户对沼气管理有偿服务有排斥心理。要改变这种局面，必须加强舆论宣传，使沼气用户认识到沼气池的管理和维修费用应该由自己承担，沼气后续服务也是一种商品，也应该收取合理的服务费用。
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首先，市级涉农部门和乡镇党委、政府要充分认识到农村沼气及其后续服务体系建设在保护农村能源资源、改善生态环境中的重要作用，充分利用广播、电视、报纸等各种媒体，对沼气后续管理和后续服务的重要性进行宣传和引导。同时，通过各种途径向农户宣传后续服务在沼气池正常使用中的重要意义，广泛动员农户，把群众组织起来，主动加入服务组织，壮大队伍力量，推动农村沼气的社会化、物业化管理。在沼气后续服务网点或者协会的建立中，要做好农户入会工作。由村级协会组织召开沼气用户大会，向广大沼气户宣讲国家的沼气发展政策及协会建立的目的意义，同时做好网点服务人员的选聘工作，并确保待遇的落实。同时，为了保证网点服务质量，服务人员必须经过国家农业部沼气职业培训，并获得职业技术资格证书，尽量从拥有多年建池经验的技工中选聘，县级农村能源管理部门须对其进行定期培训，切实提高他们的沼气管理知识和维修管护技术水平。
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当前贵州省都匀市农村沼气后续服务体系主要由政府扶持建立，运作机制不灵活，主要内容仅局限于施工建池、简易维修、沼气配件供应等，经费收入也主要来源于这几方面，在技术推广、市场信息、产业开发、相关农产品销售等方面还没有发挥较大的作用，服务性强，经营性弱，创收渠道比较少。针对此种情况，应积极引入市场竞争机制，在政府引导下，逐步建立开放、平等、竞争的市场环境，鼓励企业、各类农民专业合作经济组织和农民广泛参与。同时，不断拓宽服务领域，通过开展沼肥无公害农产品生产、销售服务增加收入。在服务体系工作经费筹措方面，按照“谁受益、谁负担”的服务原则，通过四种渠道筹措工作和服务经费。一是合理收取服务费，在保证网点服务质量的前提下，合理的确定农户服务费的交纳标准，一般乡镇每户每月交纳1元钱，给入会的沼气农户发放技术服务优惠证，并制定一系列针对会员的优惠措施，如每季度到家中巡查一次，上门服务不收费等；未交纳服务费的农户，服务网点仍会为他们提供服务，但会按照有关规定和标准收取费用，比如沼气配件的价格比会员稍高等。二是服务网点建立的同时，利用国家资金为其配备部分必需的沼气易损配件，由服务人员统一销售、安装和维修，服务人员可从中收入服务费。三是鼓励一些经济条件较好的村级集体经济对服务网点给予补贴，以补充工作经费和服务经费的不足。四是市级能源主管部门积极向市财政和上级业务部门争取资金补贴。
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沼气后续服务体系的服务对象是农民，参与主体也是农民，因此，沼气后续服务模式的选择要充分尊重农户的态度和意愿，要能够被多数农户接受才容易成功。在确定采用某种模式前，要深入调查摸底，听取群众意见，让农户充分参与，变被动为主动，夯实沼气后续服务的群众思想基础。另外，服务费用的支付能力和支付方式也要充分尊重农民意愿。服务费用来源于农户，费用收入的额度应该在分析服务成本、农户承受能力等因素的基础上确定。服务费用的收取方式可按年收取或按次收取，应统筹考虑农户意愿和服务组织运行成本等因素确定。
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沼气后续服务涉及的范围十分广泛，既涉及服务组织和政府、业务主管部门的关系，又涉及和沼气用户的关系，这些关系如果没有法律、法规的规范，难以保证沼气后续服务体系的健康发展。一方面，应积极贯彻落实《物权法》《可再生能源法》《农民专业合作社法》等法律法规，把农村沼气建设和管理服务的政策和法规制定提上日程，营造促进沼气后续服务体系发展的法制环境；积极制定鼓励物业公司、沼气协会、合作社等组织发展的相关财政扶持、税收优惠、金融支持等扶持政策，地方政府也要结合当地沼气发展情况出台沼气物业化管理办法或条理，规范组织管理、人员职责、服务费用支付、产品定价等。另一方面，沼气服务组织也要依据法律建立一套行之有效的、公平、公开的管理制度，明确服务组织和沼气用户之间的权利、义务和责任。
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第七节 沼气开发利用存在的问题与对策
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一、农村沼气发展的主要制约因素
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（一）投入总量有待加强
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我国普及农村沼气的任务繁重，目前适宜农户的户用沼气普及率仅为15%，已发展沼气的大型畜禽养殖场仅占全国规模化养殖场总数的7.8%。目前我国适宜发展沼气的户数为1.48亿户，按照2006年400万户的发展速度，要达到2020年全国适宜地区基本普及沼气的目标，至少还需要31年。农业部制定的《2006—2010年全国农村沼气发展规划》指出，2006—2010年，全国新建农村户用沼气2300万户左右，其中中央补助建设1300万户左右，带动地方建设1000多万户，到2010年年底，全国户用沼气总数达到4000万户左右，约占适宜农户的30%左右。其余的1亿多户要用10年时间完成。可以说目前投入总量少，要建的沼气池多，供求矛盾突出，迫切需要大幅度增加投入，加快普及农村沼气。
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（二）经济困难农户建池较难
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随着国家小型公益设施补助资金农村能源项目和国债沼气建设项目的实施，标志着农村沼气建设进入了一个新的发展阶段。为推动沼气发展，国家已提供了大量的补助，人均补助标准为800～1200元。但是，有些地方配套资金到位情况不够好，按照“一池三改”建设标准需投资3000～3500元，农民要自筹2000多元，这对于贫困农户比较困难。这部分农户希望国家的补助力度再大一些，补助标准再高一点。还有一些农户即使建好沼气池，但由于建设资金不充足，“三改”不到位，沼气建设的综合效益不能够充分发挥。此外，一些大中型的畜禽养殖场迫切需要建设大型沼气工程治理粪污，优化农村能源利用结构，但养殖业的微利使企业缺少投资沼气工程的动力。
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（三）科技研发薄弱，技术标准有待完善
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从技术层面看，我国沼气综合利用的基础研究薄弱，远远落后于沼气事业的飞速发展。比如，沼气各种原料发酵菌种的研究；沼肥机理还仅限于定性，缺少定量的标准；沼气综合利用缺少技术应用的整合和创新，各地探索的一些新模式、新工艺、新产品缺少推广应用的手段；沼液低成本浓缩技术、沼气发电机及配套技术等方面，还需要进一步研究和创新：现有的一些技术标准和规范也有待于进一步修改完善。这些是需要政府引导，组织科研力量攻克的。
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（四）建设运行服务机制滞后
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目前服务体系建设滞后是影响农村沼气建设快速发展的重要制约因素。沼气建设及运行需要专业技术人员的指导及服务，可是不少地区忙于完成任务，过于强调建池速度，导致所建的沼气池是一年好，两年差，三年垮，其结果势必会使沼气户对使用沼气失去信心。众所周知，沼气建设是“三分建七分管，建设是基础，管理是关键”。可是在很多地方却存在着重建轻管问题。有的沼气池连续使用几年都不换料，有气就用，无气不管；有的是只管进料，不管出料，使沼气池胀满肚子，有的把沼气池当做垃圾坑，什么东西都往里倾倒；有的是沼气零部件、管道出现漏气现象却不及时更换；有的灶具打不着火也找不到人维修。在一些交通不便的山区，农民甚至要走十几里山路才能找到沼气维修人员。如此种种，都严重影响到沼气池的使用效果和农民建设生态家园的积极性。所以，后续管理的技术力量薄弱，服务网络的不完善，服务机制的不健全，缺少必要的服务设施和装备，同时，与沼气配套的沼气综合利用技术、养殖和种植等技术指导服务缺乏，影响了沼气运行效果和综合效益的充分发挥。
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二、农村沼气推广的主要制约因素
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沼气在我国技术应用已有近80年的历史，但目前在我国农村推广普及率仅10%，发展潜力巨大。经过调查分析，将沼气应用推而不广的原因归纳为以下几点：
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（1）沼气池设计不科学，池体结构不合理，致使沼气池出渣困难，供气不畅。
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（2）农村修建沼气池所用建筑材料质量较差，在施工过程中，忽视工程质量，导致池体出现渗液漏气，使用寿命缩短至2年左右。
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（3）沼气池修建时，农户将池子修建在院中有空闲的地方，而忽视了沼气池选位的正确要求，造成低温月份间歇产气，严冬季节甚至出现停气问题。
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（4）受观念和文化素质影响，农民在沼气池运行过程中，重使用而轻管理，选用的发酵菌种不良，同时沼气池中投放的原料配合不当，池内酸度得不到及时调节，对池体内液气界面处产生的结壳消除不及时，导致产气缓慢，产气量少，使用不正常。
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（5）沼液利用化不经常，沼渣清除不及时，沼气池进料时含有一定的土、砂量，长时间不注意清理，容易在送气管道形成集水栓塞，致使管道堵气、堵渣，严重的会造成沼气池报废。
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（6）由于沼气的主要成分为甲烷，约占55%～65%，同时含有少量的氨气、硫化氢、一氧化碳等对人体有害的气体，在人工清渣时，如果池内有毒废气体没有清理彻底，会危害人的身心健康，必须引起高度重视。
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针对这些问题，在示范推广以沼气为纽带的生态农业技术过程中，注意处理好以下几个关键问题和环节：
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（1）设计科学合理的沼气池体结构。在沼气池设计过程中，突出沼气池建设在生态农业建设中的纽带作用，强化改厕和产气两大功能，如果仅仅只为产气而建池就失去了它应有的积极作用，经济效益也会大打折扣。在建池中注意做到以下几点：一是建造池体，一定要选用400～500标号的水泥采用现浇的办法建造，在建池的过程中，要将输气管道同时固定，防止池体出现裂缝而造成渗液漏气问题，池体建好后，用防渗涂料刷涂池体内壁，防止腐蚀和渗漏。二是在临近进料口处建高低不等的阻流破壳墙，并在第一次装填完原料时，在原料上放置起破除结壳作用的压草破壳棒（长约200cm，直径约15cm），使沼气原料与池内水分充分接触，防止形成硬壳，有利于产气和供气。三是在建池中，使主池底中点、沼液管和副池的天窗口在一条直线上，隔一段时间，用一顶端带10cm直径钢片的钢筋搅拌器，像活塞动作一样来回搅拌，使池内沼液、沼渣上下波动，有利于池内原料、沼渣充分分解，防止液气界面出现结壳，不但有利于产气，还可以避免沼液管堵塞，使出液经常保持流畅。四是在冬季修建沼气池时，要特别注意不能在池内生火取暖，以免发生一氧化碳中毒事件。
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（2）合理投放沼气发酵用原料。沼气发酵的碳氮比决定着产气的速度、产气量和沼气的质量，经过实践证明，比较合适的碳氮比大约在25～40之间。因此，在加料时，一定要注意各种材料的适当配合，以便多产气，稳产气，产好气。
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（3）合理调控沼气池产气温度。沼气池在5～60℃都可以发酵生产沼气，一般把50～60℃发酵叫作高温发酵，高温发酵产气快、产气多。温度小于30℃，叫中温发酵，冬季温度一般小于10℃，叫低温发酵。在温暖的地区，沼气池建在背风、向阳和低洼处。冬季温度比较低的地区，应将沼气主池体建在温棚（猪舍等）之内，来保证冬季仍然照常产气供气。在选定沼气池位置时，要考虑进料、用气和沼液、沼渣利用的合理性，防止布局不合理，导致材料、人工的浪费，防止出现由于送气输液距离（距离应小于25m）过远，影响使用效果。
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（4）控制适宜的pH。沼气菌在pH6.5～7.5时最活跃，沼气是在厌氧条件下分解含碳有机物而产生的，在这种条件下，沼气池内最容易产生有机酸，使沼液酸度增大（pH减小），从而抑制沼气菌的活性，影响产气量。在沼气生产中，要隔一段时间，用pH色卡检查沼液的酸度，在酸度过高时，可加一些草木灰或生石灰粉末来中和酸性，以保证正常产气。
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（5）选用优良微生物品种。一般情况下，沼气池内无须接入菌种，但为了产气快，多产气，还可以人工引入优良菌种，促进沼气池内有机物的发酵分解。引种时，可根据本地情况，选用适应不同温度范围的优良菌种。
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（6）安装送气管道压力表和冷凝水收集瓶。压力表可以安装在观察比较方便的较高部位，以便在压力过高时采取必要的措施。冷凝水收集瓶应安装在输液管的最低处，以便冷凝水自流进入冷凝水收集瓶中，防止在送液管的其他部位形成集水栓塞，使送气不畅，甚至造成堵气。要经常对气压表进行检查，防止意外事故的发生。
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（7）注意沼气池清渣时人员安全。沼气池运行过久，需要及时清理沼渣，当池内沼液清空时，池内还会残留CO等有害气体，这时如果人需要下入池中，必须鼓风换气，否则，会引起人身中毒，甚至使人窒息。
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三、嘉祥县沼气发展案例
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（一）嘉祥县“一池三改”生态家园富民工程建设的实践
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嘉祥县位于山东省西南部，隶属济宁市管辖，总面积971.6km2，耕地6.13万hm2，辖15处乡镇、714个行政村，总人口78万，其中农村人口68万，是山东省30个经济欠发达县之一。该县属温带季风区大陆性气候，年平均气温13.9℃左右，无霜期平均为210d，年平均日照时数为2405.2h，四季分明、气候温和。该县农业资源丰富，种类繁多，主要粮食作物有小麦、玉米、水稻、大豆等，是国家确定的商品粮基地县、全国粮食生产先进县。畜禽存栏总量达1650万头（只），是鲁西黄牛、小尾寒羊的原产地、大蒲莲猪、济宁青山羊的中心产区，江北最大的鹌鹑养殖县。适宜的温度条件，丰富的秸秆原料，蓬勃发展的养殖业，为该县发展沼气工程奠定了较为坚实的物质基础。嘉祥县从20世纪70年代就开始搞沼气工程，从1975—1978年全县沼气池总量达3800余个。同全国的情况一样，这个县由于当时池型结构不合理、气密性能差、进出料不方便等技术问题以及原材料如三合土、管道质量不过关，加之国家经济和地方财力基础薄弱，农民群众收入较低和沼气科学知识的普及、宣传不到位等原因，所建沼气池未能有效发挥预期效益，致使广大群众发展沼气的积极性不高，到80年代中期就基本中断这项工作。“八五”期间，中央提出在全国实施100县农村沼气综合建设项目，嘉祥承担了项目建设任务，沼气建设又出现新的转机。进入21世纪后，随着综合国力和农村经济的不断增强，特别是与沼气生态建设相关产业的快速发展，加之在池型结构、密封性能、进出料等诸多方面技术上取得了重大突破，使得发展沼气生态建设的条件日趋成熟，为沼气生态建设的大发展提供了广阔的空间。
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2006年以来，随着中央“十一五”规划提出社会主义新农村建设的总体要求，嘉祥县积极融入全国社会主义新农村建设的大环境，以“一池三改”生态家园富民工程建设为切入点，扎实开展社会主义新农村建设。县委、县政府把“一池三改”生态家园建设列为农村可持续发展和新农村建设的重要内容来抓，从县财政列支专项资金用于该工程建设，又重新拉开了全县沼气生态建设的帷幕。全县累计建池16300座，“一池三改”工程建设已由零星分散开始走向集中连片发展，成为全县沼气发展历史上最快最好的时期。嘉祥县“一池三改”生态家园富民工程的实施与推广主要依赖于经济、技术和材料三方面。在经济上，主要是以农民为投资主体，政府对新建沼气池给予一定经济补助，引导调动农民的积极性，大搞“一池三改”工程，按生态家园模式安排生产和生活。政府扶持资金主要是在沼气池建设的开始阶段发挥作用，目的是典型示范引导，让广大农户充分认识“一池三改”工程的好处，主动参与到工程建设中来。在技术上，通过专业技术人员将农村可再生能源和庭院生态农业等较成熟的技术进行优化组合，集成配套，用于农户的生产、生活实践。“一池三改”工程建设技术含量相对不高，便于广大农民群众理解和接受，因此大规模开展“一池三改”生态家园富民工程建设要充分发挥群众的力量。在施工材料上，随着生产工艺和水平的提高，沼气池建设的材料越来越先进，原来气密性差的三合土、砖块建池已改为现在的水泥浇注、模具施工，过去的塑料管道改成现在的PVC管道，加上配套灶具等，整个工程都有了很大程度的改进，质量大大提高，为“一池三改”生态家园富民工程建设提供了良好的基础条件。
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随着全国农业综合开发力度的加大和农业产业结构的优化调整，沼渣、沼液的应用与种植业相结合，使沼气生态建设内涵更新，形式更广，各地已涌现出“猪—沼—果”“猪—沼—菜”等多种结合形式，沼气生态建设的生产模式不断优化。从技术层面看，生态家园建设模式已突破过去单一建沼气池的做法，注重了技术的组合和配套，在实践中不断创新，发展了较多的生态家园技术组合模式，可将其归纳为两大类，即基本组合模式和扩展型组合模式。生态家园基本组合模式就是通常所说的“一池三改”，也称“三结合”模式。该模式要求户用沼气池建设与改圈、改厕和改厨同步设计、同步施工。从各地实施“一池三改”生态家园富民工程的情况来看，基本组合模式占多数。扩展型组合模式是各地在“三结合”模式基础上，结合地方实际，创新技术组合，匹配更多的项目，如“四配套”“五配套”“六配套”“四改”“五改”等。嘉祥县推广的“一池三改”工程模式属于传统的生态家园建设类型，该模式适合在大多数村庄和农户中推广，具有广泛的应用性和普遍性。其优点在于通过农户发展沼气把养殖业和种植业联结起来，构成一个循环经济模式。该模式可以根据养殖业和种植业内容的变化进行调整，表现出了很大的灵活性。也正因为此，全国各地及不同地域类型区都能因地制宜地实施“一池三改”生态家园富民工程建设。
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（二）嘉祥县“一池三改”生态家园富民工程建设模式主要类型
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1.单户型
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每个适宜农户建一个沼气池，带改灶、改厕、改圈，自己使用管理。该模式适用于广大农户，一般是在农户庭院的一角靠近猪圈或厕所处建造一个8～10m3的沼气池并改造猪圈和厕所。每天的人、畜粪便入池为沼气池提供源源不断的发酵原料。没有养殖的农户，可通过外购或添加秸秆，适时补充原料。沼气为农户提供照明做饭的生活能源，沼液可以作为养猪的添加饲料，沼渣可作为农作物的有机肥。单户型的优点是管理自主性较强，投料出料方便，不足之处是庭园较小的户不便于建设，维护管理成本较高。
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2.联户型
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每2个或2个以上农户联合建一个沼气池，一般为20m3以上（平均每户8m3以上），联合使用，共同管理。相邻养殖户与非养殖户相结合，分别实行养殖户“三改”、非养殖户“两改”，可减少占地面积、节省投资、资源共享，便于集中管理。不足是冬天气温降低时产气量往往不能满足两户或多户的需要，出现争气现象。因此，联户建池事先要沟通协商，约定共同使用管理的有关事项。
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3.大中型
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由村集体、企业或养殖大户为主投资建设大、中型沼气池（一般单池容积在50m3以上），集中向农户供气。一般供50～200户为中型，供200户以上为大型。该模式主要适用于大中型畜禽养殖场、酒厂、淀粉厂、味精厂和城市污水处理厂等排放污染物集中的地方。在污染物处理前，一般要进行固液分离，液体部分进厌氧池（塔）进行沼气发酵，出来后进行好氧曝气、沉淀，达到排放标准。固体部分一般可制作有机肥，有的还可用作饲料，沼气用于供应居民用气或烧锅炉、发电、供暖等用途。这既有利于实施污染治理，达标排放；又有效利用现有资源产生新能源，具有重要的现实意义。
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（三）运作模式
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1.施工队全包型
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农户与专业施工队签订合同，由施工队负责备料建池、安装调试等一系列工作，农户向施工队只交付施工费。这种模式是普遍采用的一种模式，特点是运作方式比较简单，施工形式灵活。
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2.农户与施工队联合型
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农户自己备料或投入一定劳务，施工队进行建设并给予技术指导。这种模式可以充分利用农村的劳动力资源，既发挥了农村劳动力的作用，又减轻了农户的经济负担。
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3.村集体建设型
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村集体投入一定资金，统一组织施工队建设，农户投入一定资金或劳务参与建设，这种模式适宜有一定经济收入的村集体，其特点是最大限度的保证施工的质量和降低成本。
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4.联户建设型
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由2户或多户农民联合建设，可依据现实环境不同，充分利用现有条件，发挥各自优势。
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5.自筹自建型
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农业大户或企业具备资金和技术实力的，自主进行建设，其特点是形式较为灵活，一般比较适宜建设大中型沼气池。
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（四）资金筹集方式
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（1）在政府扶持一定资金的基础上，单个农户再自主筹资建设。这种模式比较普遍，大部分沼气池建设都是这种形式，优点是农户自主筹资，便于操作，但一般都要找施工队进行工程建设。
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（2）在政府扶持一定资金的基础上，2个或2个以上农户再共同投资建设，多个农户联户建池采取这种模式。这样，既能在一定程度上节省建设资金，又能共同投入劳务，使用中还能充分利用资源。
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（3）在政府扶持一定资金的基础上，具有一定经济实力的村队，由村集体出资统一建设。此种模式便于沼气池的统一规划建设和后续管理服务，具有相对优越性。
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（4）在政府扶持一定资金的基础上，农村大户或企业再投资建设，实行市场化运作的方式向农户供气，并收取一定费用。
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（五）经营管理模式
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1.自用自管
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单户建池或联户建池的，自己建设、自己管理。其优点是使用管理相对方便，但管理较为粗放，对沼气池长期发挥效益有一定影响。
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2.村集体组织管理队伍
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由村集体组织成立服务队伍，负责本村工程的管理服务，村集体从获得国家沼气技术职业资格证的技术员中招聘物业工，以合同形式规范服务内容和物业工行为，并根据农户需要负责调配物业人员施工管理和维护，由村集体支付物业人员工资。
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3.物业管理
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采取市场化运作的方式，组建物业管理队伍，进行统一管理服务。该模式一般由个人或企业组建物业服务公司，设立经营沼气配件门市，组建沼气物业服务队伍，为农户提供有偿服务。这种模式是嘉祥县今后发展的主要模式，特别是由种养大户组建的服务公司，显现出较强的生命力。他们根据自身发展需要，通过成立服务公司，组建沼气服务队伍，将沼气用户组织起来，一方面为广大农户提供建、管、维护和配件供应服务，方便群众；另一方面将分散的农户生产的沼渣、沼液集中收集起来进行综合利用，不仅解决了自身用肥问题，也带动了沼气生态农业的发展。
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4.沼气协会模式
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县级成立农村能源行业协会，乡镇成立沼气协会，协会下设村级服务网点，其规模每300～500户为一个服务区，以为农户建池、提供后期管理服务和三沼综合利用技术为基本宗旨，吸收会员参加。农户可根据需要到协会报名，交纳费用，接受服务。这种模式属于协会性质，与现存的其他农村经济组织具有相似性，在帮助农户参与市场，特别是组织沼肥无公害农产品生产和销售等方面具有优势。
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（六）保障模式
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1.加强组织领导
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“一池三改”生态家园富民工程建设面广量大，涉及到千家万户，其发展离不开政府的正确引导和支持，政府亦有责任广泛利用宣传手段、政策手段，引导“一池三改”生态家园建设走上可持续的健康发展之路。嘉祥县把“一池三改”工程建设作为解决农民实际困难、维护群众根本利益的民心工程来抓，先后召开了书记办公会、县长办公会和全县“一池三改”工程建设动员大会，各乡镇、县直有关部门也都相继召开专门会议研究落实，通过层层动员部署，统一了县乡村三级领导干部的思想认识。县里成立了由县政府分管领导任组长，各相关部门负责人为成员的“一池三改”工程建设领导小组，下设办公室，抽调农业局、卫生局等有关部门精干人员组成专门机构，具体负责工程建设的开展，同时保证了工作经费，确保有机构管事、有人办事、有条件办成事。
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2.搞好宣传发动
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嘉祥县在“一池三改”生态家园建设过程中广泛进行宣传发动，宣传“一池三改”工程建设与群众利益的关系，宣传沼气在促进农民增收、改善农村生态环境和农民生产生活条件中的重要作用，宣传沼气技术知识，强化农民沼气使用安全意识。同时还大力宣传“一池三改”工程建设的先进经验和做法，充分调动广大基层干部和农民群众发展沼气的积极性，真正把政府推动与农民自觉行动有机结合起来，加快“一池三改”工程建设的步伐。他们充分利用电台、电视台、报纸、网络等媒体，采取群众现身说法、专家技术人员现场讲课、农民互相交流等措施，营造了浓厚的舆论氛围。同时，通过实施典型引路，组织群众特别是家庭妇女到“一池三改”工程建设示范现场观摩，让广大群众真正认识到“一池三改”工程建设的好处，从而转变了思想观念，在全县上下形成了大力发展“一池三改”工程建设的浓厚氛围。
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3.多方筹集资金
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足够的资金是“一池三改”生态家园建设的保障，一家一户单独、零星的开展建设相对来说较为容易，但存在问题多、效益差。要在全社会面上大力推广这项工程，则需要大量资金，加之农村经济发展不平衡，个别农户一时负担不起建设费用，这就需要地方政府充分利用当前国家加大对“一池三改”工程建设力度的机遇，积极向国家争取建设资金，同时相应增加地方财政投资，加大对沼气项目的扶持力度。地方政府在发挥资金引导作用的同时，还要积极协调信贷部门，充分发挥小额贷款在“一池三改”工程建设中的作用。最主要的还是要坚持“谁投资、谁受益”的原则，充分发挥农民、企业等投资主体的作用，引导社会各界投资，逐步建立起“国家投一点，财政补一点，农户筹一点，银行贷一点，有关部门帮一点”的多元化投资机制。嘉祥县在“一池三改”工程建设过程中，县政府每年都列支500万元专项资金对建池户进行补助，各乡镇也都挤出一定资金给予扶持，极大的促进了乡村和农户积极筹资建沼气池的积极性，从而做好了“一池三改”工程建设的资金保障。
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4.强化技术指导
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嘉祥县各级在“一池三改”工程建设中，都比较注重加强工程建设的监督管理，充分发挥农村能源推广体系队伍的作用，不断研究新技术、引进新材料、改进新工艺，提高建池质量，降低建池成本，努力提高沼气的利用效率。同时，不断拓宽沼气应用领域，加快沼气生态农业的发展，开展沼气综合利用，提高农产品产量和品质。坚持技术标准，加强职业技能培训，强化管理人员、技术人员和农户的安全意识，实行持证上岗、专业化施工、规范操作，做到安全施工，安全使用，确保建一处、成一处，发挥一处的效益。为加强技术指导，县“一池三改”工程建设领导小组办公室成立了技术指导组，配备了15名专业技术人员，把全县乡镇分成南片、中片和北片三大片，每个技术指导小组负责一片的工作，每名专业技术人员联系一个乡镇，对该乡镇“一池三改”工程建设进行统一的规划设计和技术指导，把沼气池建设与优化农业结构、建设生态家园结合起来，努力提高“一池三改”工程建设的综合效益。
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5.完善管理服务
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县、乡（镇）政府在实施生态家园建设过程中注意强化技术培训，建立适应工程建设需要、达到国家职业技能鉴定要求的技术员队伍，按照市场运作、合理收费、自我发展的原则，鼓励已获得国家职业资格证书的技术人员，组建施工队伍，充分利用社会力量搞好工程建设。同时，积极探索管理服务新机制，建立健全适应生态家园发展的服务保障体系。通过不断创新，跟踪服务，使农村生态家园建设朝着专业化施工、产业化运营、物业化管理和社会化服务的方向发展。嘉祥县在工程施工过程中，切实加强了“一池三改”工程建设原材料及配件的管理，项目建设所采用的原材料、灶具及配件采取政府统一采购，确保让农户用上符合国家有关质量标准和技术参数的产品，并能降低成本、方便群众。所有物资全部实施“一表三单”管理，即建池农户登记表、物资入库单、出库单、结算单，确保项目物资材料安全有序发放。“一池三改”办公室组建了工程建设技术指导组和物料供应组，各乡镇建立了沼气建设服务站，各村建立了沼气服务组，建立了长效服务机制，为农户在沼气池建设、安全使用、故障排除、配件安装等方面提供周到、快捷的全方位服务。
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四、加快我国农村沼气发展的对策
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（一）适应养殖业专业化发展趋势，探索成功的社区建设模式
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由于我国农村历史上形成了农户庭院内养殖畜禽的传统习惯，而农户作为基本的经济单元，生产工具和各类设施得到精心维护，资源得以最大化利用。因此，户用沼气池建设和生态家园模式在项目建设中取得了最好的效果。但户用沼气池建设也有两个限制条件，一是以庭院为单位人畜共处，没有一定数量的畜禽粪便来源，生产的沼气不足以满足农户生活用能需求；二是对养殖业的规模有一定的限制，超过一定的规模不仅农户庭院难以容纳，户用沼气池也难以处理。随着农村经济的发展，农村中出现了人畜分离的趋势。首先，在市场经济条件下，养殖业只有走规模化的发展道路才能取得良好的经济效益，这导致在村庄中养殖业出现分化趋势，一部分农户成为养殖专业户，而另一部分农户不再发展养殖业。其次，为推进农业结构调整，促进养殖业发展，各地都在兴建养殖小区，尤其在“非典”流行之后，专家们向政府呼吁，人畜共患病可能成为引发公共卫生危机的潜在根源，政府呼吁进一步引导农村中人畜分离。如果以庭院为单位的人畜共处的生活方式有所改变，将对户用沼气池的长期运行产生不利影响，人畜分离的趋势为沼气建设中的社区型模式提供了发展机遇。尽管许多农户在庭院内不再发展养殖业，但以村为单位来看仍然有相当大的养殖规模，开展沼气建设也能够满足农民对清洁能源的需求。开展社区型沼气建设主要面临的问题有：一是养殖小区距离村落社区有一定的距离，需要采用集中处理和集中供气的方式；二是农民的组织化程度不高，需要通过发展合作组织来解决技术和管理问题；三是社区内沼气和沼肥市场发育不充分，难以通过市场化手段解决问题。可供选择的解决方案有：一是在村级组织经济实力较强的村通过集体经济的补贴或村干部的组织动员推广社区型沼气建设；二是开展农户之间的合作试点示范工作；三是促进农村社区内的市场发育，按照供需双方认可的沼气建设形式，形成专业化生产市场化运行的社区模式。
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（二）适应项目建设规律，解决项目建设的连续性问题
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由于全国大部分地区多年来没有财政支持的沼气建设，导致农村能源体系不健全、技术力量薄弱。从生态家园示范县和农村公益设施能源项目建设县的情况来看，出现了项目建设的连续性问题，一是在项目建设期技术力量的培训工作尚未有效开展，许多技术人员边干边学，导致施工中出现质量问题。二是一些地方在资金下达时已错过沼气建设最佳季节，匆忙上马，导致沼气池在越冬过程中出现质量问题，这个问题在北方地区普遍存在。三是在一年的项目建设期中，项目县已经在总结经验教训的基础上具备了较好的技术能力和管理经验，但第二年却中断了项目安排，使沼气建设难以普及推广。许多项目县在第一年的项目建设中要花很大精力争取第二年的项目安排，在一定程度上忽视项目建设工作。为使国家投资发挥最大的效益，在总投资不变的情况下，合理的项目安排应分三年进行，第一年是技术培训和示范建设期，第二年为重点建设和推广期，第三年为建设项目完善期。资金投入也应根据三年的建设期进行合理的分配。村一级的项目建设也要注意工作节奏，先建设一批成功的示范户，以良好的效益调动广大农民建设沼气的积极性，分期分批，落实到户。建议农村能源建设主管部门适应项目建设规律，合理安排建设资金延长项目建设期，解决项目安排和项目建设的连续性问题。
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（三）健全技术服务体系，加强沼气设施管理
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随着大规模沼气建设项目的实施，在农村中建成了大量的沼气设施，由此引发了复杂繁难的技术服务和设施管理问题。虽然大多数沼气池都建在农户庭院中，并由农民自己管理、自我服务，但任何设施都有生命周期，在一定使用期后必然出现维修保养等问题，数量巨大的沼气设施必然带来艰巨的技术服务和设施管理问题。目前对这个问题有两种解决方法，一是靠农民自己解决，二是靠市场提供服务，但这两种办法都不能有效解决技术服务和设施管理问题。大量沼气设施的后续服务和管理，总体上属于公共事务，需要政府在一定程度上提供公益性服务。公益性的技术服务和设施管理工作，需要一定的财政支持。而目前农村能源建设的管理和服务体系正处于项目带动阶段，以建设项目带动能源建设，所有工作都是围绕沼气设施建设而展开的，一旦设施建成，项目即告结束。后续的管理和技术服务问题尚未提上议事日程。这个问题如果不及早解决，就会影响数量众多的农村沼气设施发挥不出应有的效益。解决这个问题有三种可供选择的办法，一是在政府财政支持的基础上提供公益性服务；二是在社区范围内的农民自我服务模式；三是市场化服务模式，即采用物业化管理和社会化服务。这三种方式相互间有分工，有协作。无论如何，在实施农村沼气建设项目之后，都必须解决各地农村能源建设体系的持续能力建设和财政支持问题，从根本上改变原有的“重建设轻管理”的传统方式，做好全程服务，确保建设项目持续发挥效益。
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（四）加强项目信息管理与统计体系建设
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从2001年开展农村小型公益设施建设农村能源项目以来，农业部着手加强项目建设中的档案信息管理。各项目县都按照统一格式填写项目用户档案卡片，用计算机管理项目用户信息，定期上报，农业部上网公布。这使得农村能源建设系统对已建成的设施有了一个准确统计数据。目前可以考虑在项目信息管理系统的基础上，将其扩大成为一个涉及所有农村沼气设施的统计系统。建设这个统计系统有以下几个原因：第一，准确的统计数据是政府部门实行有效管理的前提和标志；第二，农村能源建设系统的统计资料长期以来不准确，不能反映实际情况，需要加强统计工作；第三，各级农村能源主管部门不仅应承担财政支持的建设项目，也是辖区内各类农村能源设施的行业主管部门，应利用项目建设的契机，对区域内的农村能源设施进行一次较为详细的普查；第四，准确、详细的统计信息也可以为农村能源设施的社会化服务提供信息平台，这是政府部门应该提供的公益性服务。
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（五）多方筹集资金，多渠道增加投入资金
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投入不足一向是制约农村沼气建设的大问题。近年来国家逐渐加大财政支持力度，有效地推动了沼气建设问题。然而，国家补助资金有限，在沼气池的建设上仍需要农户自筹一部分资金，再加上农户要按照“一池三改”和生态家园模式开展建设，资金缺口相当大。如何多方筹集资金、多渠道增加投入仍然是农村沼气建设项目中需要解决的重要问题。增加农村沼气建设的资金投入，目前有以下几种可供选择的方案：第一，扩大金融部门对以沼气为纽带的生态家园模式的资金支持。示范项目表明，建生态家园模式的农户，不仅收入增加，而且成功率高，稳定性强。农业部门应与金融部门联合就生态家园模式的建设项目进行调查，帮助农户从金融机构获得农村沼气建设所需资金。第二，在村一级的建设中，形成财政补助资金与金融信贷资金的有效衔接机制。具体做法是，先由政府财政和村集体提供补助，在村内建设一批示范户，既调动广大农民建设沼气池的积极性，也说服信用社加强对生态家园模式户的资金扶持力度。在后续的建设中，逐步减少财政和集体的补助资金，使信贷资金在沼气建设中发挥更大作用。
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（六）集中连片开展生态家园建设，切实提高农产品质量安全问题水平
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以沼气为纽带的生态家园建设的目标之一是农业生产无害化，这要求项目建设区域应产出大量的无公害农产品。由于沼气建设项目直接在农户一级开展，个别农户的生产方式转变难以形成大批量生产，也难以通过市场的优质优价机制获得良好的经济效益。考虑到生态家园建设已经为农业生产无害化打下了基础，在大规模开展农村沼气项目建设过程中，应配套实施以下措施：第一，加强项目规划工作，集中连片开展生态家园建设，使其在一定区域内形成规模，通过提高农民的组织化程度，实现无公害农产品的规模化生产；第二，项目县在开展农村沼气建设的初期，就开展无公害农产品检验检测和产品认证工作，解决当地产品的市场准入问题，为无公害农产品的优质优价打下良好基础；第三，在社会上广泛宣传沼肥产品的优质和安全特性，使广大消费者接受这类产品，形成良好的品牌效应。
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（七）在农村城镇化过程中将沼气净化技术作为生活污水处理的主要措施之一
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生活污水沼气净化技术在生活污水处理方面具有广阔的市场前景。目前社会上还没有充分认识到这项技术的重要性和可行性，一些中小城镇为解决生活污水处理问题，大量兴建生活污水集中处理厂，导致水价构成中污水处理费用比例过高，提高了城镇化的成本。建议农村能源主管部门加强部门协调工作，通过建设部门和环保部门推广生活污水沼气净化技术，分散处理生活污水，降低成本，促进城镇化的可持续发展（王冰云，2007）。
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第八节 沼气综合开发利用实例
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实例一：陕西陇县“沼气池—厕所—畜舍—菜（果、粮）”模式技术
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（一）基本概况
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陇县位于陕西宝鸡西北部，是个畜牧养殖大县，具有发展沼气得天独厚的条件。近年来，陇县奶牛、羊、鸡和猪等畜禽存栏量大幅增加，农民家中的人畜粪便不仅未得到有效利用，还污染了环境，成为农家庭院“脏、乱、差”的重要因素。为此，该县把大面积推广沼气作为增加农民收入、改善生态环境和建设社会主义新农村的重点工程来抓，开展了改厕、改圈和改灶的“三改”卫生革命，从而使“沼气池—厕所—畜禽舍”等科学实用的模式得到推广。目前，全县已在10个乡镇34个村建成沼气池5320座。
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（二）生态模式结构
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该模式是以土地资源为基础，依据太阳能为动力，以沼气为纽带，将种植与养殖相结合的生态农业模式（图5-5）。该模式包括3个子系统，分别为种植业子系统（冬小麦套作玉米、蔬菜、果树），养殖业子系统（猪、牛）和沼气子系统。在同一块土地上，实现产气积肥同步、种植养殖并举，是一个生物种群较多，能流、物流较快循环的能源生态系统工程。以户为单位的“沼气池—厕所—畜舍—菜（果、粮）”庭院生态农业模式，符合中国农村目前的基本生产单位要求，能够充分调动广大农户的生产积极性和主动性。该模式是每户常年保持牛存栏2～4头或生猪存栏4～8头，利用人、猪、牛粪便生产沼气和沼肥，沼气主要用于农户的生活用能；沼液、沼渣用于蔬菜或小麦、玉米套作地的生产用肥，并且绝大多数农户在自家的房前屋后种植若干果树，利用沼液作为叶面肥，沼渣为基肥，附带进行庭院果树种植。
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图5-5 以户为单位的“沼气池—厕所—畜舍—菜（果、粮）”庭院生态农业模式结构图（引自陈豫，2008）
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（三）综合效益分析
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1.社会效益分析
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以户为单位的“沼气池—厕所—畜舍—菜（果、粮）”庭院生态农业模式强化了农牧结合，既能促进农业的发展，又能加速畜牧业的发展。随着沼气池建设步伐的加快，促进了全县奶畜产业连续3年以35%的速度递增。秸秆和人畜粪便经过沼气发酵，营养物质在沼液、沼渣中可保存98%，施入农田、果园与菜地，沼液不仅可做农作物的全素营养液，而且是预防和防治农作物病虫害的“生物农药”。根据典型调查，有沼肥施用与无沼肥施用的农田相比，化肥和农药使用量可减少60%～70%，向市场提供了让消费者满意放心的绿色食品，更重要的是绿色无污染农产品的产值增加，从而提高了农民的收入，改善了农民的生活水平。同时，户用沼气的发展节省了劳动力资源。一方面人畜粪便直接转入沼气池，不再需劳力处理；另一方面解放了妇女劳动力，结束了农村妇女烟熏火燎的炊事历史，把妇女从繁忙的家务中解放出来。沼气生态农业模式发展要求的科技含量比较高，如不掌握科学技术，难以收到好的经济效益，这就促使人们不断的学习，提高了农民的科学文化素质。
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2.经济效益分析
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据调查在陇县一个8m3的沼气池年平均产气380～450m3，全年可节约柴草2000kg，节电200kW·h，燃料节约可达300元以上，电费节约100元；年平均产沼肥相当于50kg硫酸铵、40kg过磷酸钙和15kg氯化钾，化肥节支200元。在实施地和辐射地年产沼气63.3万m3，年产沼肥4.75万t，仅此两项为农民在燃料、化肥和农药上的节支每年达79万～95万元，年户均节支400～600元。另外通过沼液喂猪平均节约成本40～50元/头，在现有养猪规模上年节支可达21万～27万元。沼液饲喂奶牛日产奶提高1～2kg，以现有奶牛存栏（1238头）数计，年增收30万元左右。在陇县示范户粮食年增产值达4万元，苹果年增产值达19.7万元，大棚凯特杏年增产值为4万元，辣椒年增产值达16万元，养猪年增产值36万元，饲养奶牛年增产值333万元，年总产值共达412.7万元，户年均纯收入达到4000元左右。
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3.生态效益分析
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一个8m3的户用沼气池，一年所产沼气的能量相当于0.2hm2的薪炭林所产薪柴的能量。陇县现有5320个沼气池相当于保护了1064hm2的天然灌木林，有效地改善了生态环境，减少了水土流失，在一定程度上打破了由于能源短缺而导致的“恶性循环”。同时，用沼气能作燃料，还可减少烟雾对大气的污染。户用沼气的发展，使人畜粪便由地上转入地下，由裸露于庭院内外转入封闭的沼气池。使长期困扰农村的人、畜粪便污染环境的问题得到了彻底的治理。粪便经过沼气池的厌氧发酵，97%以上的细菌和寄生虫卵被杀死，传染病发病率大大降低，有助于提高农村地区人们的健康水平（陈豫，2011）。
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实例二：陕西千阳县“桑—蚕—双孢蘑菇—畜舍—沼气池”生态农业模式
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（一）基本概况
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千阳位于陕西关中西部，是秦岭以北最大的蚕桑生产基地，全县0.4万hm2桑园，每年养蚕3万多张，实现收入2100万元，但要科学处理上千吨的蚕渣却费时费力。当地农民大多任其散堆于村头路边，影响环境，传播蚕病。千阳县领导在科学发展观的指导下，审时度势，确立了“走生态农业之路”的策略，振兴农村经济。把农村沼气发展与农业主导产业连接起来，推广生态、安全、高效的循环经济模式，保障可持续发展。
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（二）生态模式结构
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该模式通过沼气为纽带把食物链生态农业模式与手工加工业结合起来。根据生物食物链原理，使植物、动物、微生物在相关的生态系统内，通过食物营养的彼此联系，互补互偿、共同利用，向外界输出更多的物质，提高经济效益。该模式包括四个子系统，分别为种植业子系统（桑树、双孢蘑菇），养殖业子系统（猪、牛、蚕），加工业子系统（蚕沙保健枕）和沼气子系统（图5-6）。是一个生物种群较多，食物链结构健康，能流、物流、价值流较快循环的能源生态系统工程。该模式每户常年保持牛存栏2～4头或生猪存栏4～8头，利用人、猪、牛粪便生产沼气和沼肥，沼气主要用于农户的生活用能与增温养蚕；沼液、沼渣一部分用于桑园，另一部分沼渣养分全面，其中所含的有机质、腐殖酸、粗蛋白、氮、磷以及各种矿物质可用于种植蘑菇。利用蚕沙的药用价值，制作布艺蚕沙保健枕。针对蚕渣中有大量桑树枝叶、石灰残留的特点，将其发酵熟化后用于种植营养价值高、市场紧俏的双孢蘑菇。针对冬季气温低，牛粪发酵沼气不能正常使用的实际，把蚕沙加入沼气池，解决农户冬季用气难题。
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（三）综合效益分析
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该县沼气和蚕渣的综合开发，消耗了过去四处乱堆的蚕渣、秸秆、畜粪，改变了农村脏乱差的环境。沼肥用在桑园，使桑树枝高叶厚，产叶率提高了30%左右，从而增加了养蚕张数和农民的收入。随着沼气的推广，现千阳县每年养蚕3万多张，实现收入2100万元。用沼气增温养蚕，可提早2～3d上蔟结茧，健蚕率提高2%，单蚕重提高16%，全茧量增加23.2%，茧层量增加15.8%，茧产量增加19.6%，使农民收入增加17.9%。针对蚕渣中含有大量桑树枝叶、石灰残留的特点，发酵熟化后可用于种植大棚双孢蘑菇。同时沼渣中的有机质、腐殖酸、粗蛋白、氮、磷、钾以及各种矿物质能够满足蘑菇生产的要求。据定点调查，沼渣种植双孢蘑菇可增产20%～30%。利用蚕渣、沼渣种植双孢蘑菇投资少，见效快，经济效益显著。每平方米生产费用（包括生产设施、原材料、管理、销售）为8.5～10元；每年可种植春、秋两茬双孢蘑菇，一次堆料20d，播种到出菇销售为40d，播种一次可采收7～9次；在日光温室内可周年生产销售。在养蚕大棚内主要是利用10月下旬到第二年5月中旬这段闲置时间生产，每平方米可采收鲜菇7～8kg，以目前市场销售价格每千克4元计算，每亩可收入11200～12800元，亩纯收入可达7200～8800元。立足蚕沙极高的药用价值，借鉴现代中医临床实践经验，加工制作的蚕沙保健枕，远销北京、吉林、安徽等地，每年销售量达4000多件，创收入50多万元（陈豫，2011）。
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图5-6 “桑-蚕-双孢蘑菇-畜舍-沼气池”生态农业模式结构图（引自陈豫，2008）
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案例三：陕西周原镇肉牛繁育场大型沼气生态农业模式
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（一）基本概况
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宝鸡田犇秦川肉牛繁育场始建于2002年3月，位于周原镇杜赵村。企业占地4.13hm2，是集秦川牛繁育、育肥、出口为一体的涉农龙头企业，是陕西省重点出口企业。企业现有员工32名，其中技术人员9名，各类专业技术人员齐备。根据GB18596养殖业污染物排放标准测算和实际计量，每年繁殖场牛粪便排放量高达1.4万吨。这样大的污染物排放量，如果不加以处理，势必造成严重的环境污染。同时牛粪的大量流失或用作传统的农家肥，一方面出现乱堆乱放问题成为滋生蚊蝇污染空气的面源污染；另一方面造成生物能源的浪费，影响企业的经济效益。面对业已建成的田犇秦川肉牛繁育场产生的大量粪污，企业做出了重大决策：一是完善企业产业结构，利用企业内部巨大的牛粪资源投资建设绿色无公害蔬菜生产基地，实施规模化设施蔬菜种植；二是投资建设沼气生物工程，对牛粪进行无害化处理，为蔬菜种植提供优质高效肥料，变废为宝。现已建成1000m2高标准日光温室35座，50m3沼气池4座，冷库1座，生产能力为每年向市场提供反季节蔬菜500多t，质量全部达到有机食品标准。
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（二）生态模式结构
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田犇秦川肉牛繁育场大型沼气生态农业模式是种养加一体化模式，包括四个子系统，分别是种植业子系统（大棚蔬菜）、养殖业子系统（秦川肉牛）、加工业子系统（秦川肉牛加工）和沼气子系统（图5-7）。紧紧围绕肉牛养殖发展沼气，围绕大棚蔬菜种植积极开发沼气综合利用，形成了以沼气建设为纽带，肉牛养殖和大棚蔬菜种植紧密结合、相互促进的现代生态农业经营模式。大量的牛粪作为沼气生产的原料产生沼气，沼气除了为大棚蔬菜提供二氧化碳气肥外，还可为温棚增温增光；沼渣可作为大棚菜的基肥使用；沼液又可作为叶面肥为大棚蔬菜直接喷施。这种“养殖业—沼气—种植业”循环模式，既避免了养殖业对环境的污染，又为田犇公司绿色无公害大棚蔬菜生产探索出了一条既省钱又绿色环保的生态农业经营模式。
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图5-7 周原镇田犇秦川牛繁育场大型沼气生态农业模式结构图（陈豫，2008）
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（三）综合效益分析
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田犇秦川肉牛繁育场生态循环农业系统的形成，基本出发点是环境保护和资源综合利用，采用资源多层次循环利用技术，农业生物种群互惠共生技术和生态环境保护技术，取得了资源多层次循环利用增值效益和互补效益，实现了经济、生态和社会三大效益同步发展。沼气生物工程的建成，使牛场产生的大量粪污得到了无害化处理，有效地解决了肉牛繁育场2000多头牛的粪便堆放问题，减少了对地下水和周围环境的污染，有助于全面提高农场职工的健康水平和农场的卫生环境。所产的沼液、沼渣为35座无公害大棚蔬菜的生产提供了充足、无污染的有机肥，年减少化肥施用量1680kg。同时由于蔬菜种植大量施用有机肥料，可以大大改善土壤的团粒结构，从而增加土壤肥力。二氧化碳通过大棚内的通气孔用于蔬菜的光合作用，不但增加了日光温室的气体肥料，使蔬菜增产20%～30%，而且减少了二氧化碳的排放量。牛粪经生物发酵变成了生物能源，使职工做饭、洗澡不再烧煤，点灯不再用电，使农场每年能源节支4万～5万元。将沼气池外排的沼液科学利用，可使肉牛出肉率提高5%以上。从牛粪处理到蔬菜（生产）的成本，企业每年要节省30万元，年可出栏优质供港澳地区商品肉牛3000头，为周边900多农户增加种养业收入80余万元。2003年公司销售收入47.4万元，实现利润6.4万元；2004年实现销售收入1022.8万元，利润总额16.8万元（陈豫，2011）。
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实例四：“日本洛东式发酵养猪”技术模式
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（一）洛东式发酵养猪技术效益分析
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常规的生猪养殖模式除猪圈外，还需另外占用土地消纳污染物和建设沼气池。以养100头生猪为例，需另外占用0.07hm2鱼塘，或0.33hm2耕地，或0.66hm2山坡地消纳污染物。而洛东式发酵养猪模式不需另外占用土地，可从根本上解决畜禽养殖污染问题，实现污染物排放最小化、效益最大化。而且，该法还具有缩短养殖周期、增强猪体抗病力、提高猪肉品质等优点，是一种更为先进的养殖模式。但是由于“洛东式发酵养猪”模式需要消耗大量从日本进口的有效菌，每养一头猪，大约要消耗500g从日本进口的菌种，但从长远来看，成本可逐渐降低。与传统的养殖模式相比，这种模式提高饲料利用率，可节省饲料，节约土地，节省人工，节省用水90%以上，增强猪的抗病力，使猪长的更快，缩短出栏时间，减少病害发生，有效提高猪肉品质，具有较好的社会、经济和环境效益。洛东式发酵舍不仅适用于规模化养殖，对于规模较小的畜禽养殖一样经济实用，并且具有更加灵活、风险更低的优势。
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（二）洛东式发酵养猪技术局限性
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洛东式发酵养猪技术的污染处理效果较好，是一种无污染、零排放的环保农业技术，经济、社会和环境效益显著，非常值得推广和应用。在南靖农业局的调查和走访中了解到，他们通过参观广东省洛东式发酵养猪技术，认为这种新型的养猪技术确实具有很多优点，如可以同时养多头猪，实现零排放，使猪舍病菌、细菌减少，干净、无异味，猪的成活率提高等。但是目前在农村推进此技术还存在一定的局限性，主要表现在：
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（1）猪舍建设的成本太高。由于该养猪方法需要充分利用自然条件，建造的时候要考虑光照和通风等自然因素的利用，对猪舍建设的要求较高。所以设计上和造价上会增加。旧猪舍无法继续使用，新建猪舍150元/m2左右，成本也高。
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（2）垫料价格比较贵，需要注重日常维护。有机垫料里含有相当活性的特殊有益微生物，能迅速有效地降解、消化猪的粪尿排泄物。以前都需要从日本进口这种有效菌，现在虽然国内有生产，但是价格为200元/m2左右。发酵舍成功投入使用后，要特别注重日常的维护。每天需要有针对性地维护1～2次，这样才可以保证猪粪尿更好地被分解利用。
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（3）农民的直接收益与户用沼气生态处理模式相比收益较少。农民一般都会从自身的经济收益出发来考虑，很少从环境效益来衡量是否采用新技术。因此，目前推行沼气生态处理模式反而更容易。有的农户片面追求经济效益，提高饲养密度，就会超出垫料的承载负荷，不利于生物发酵舍的应用。一般饲养密度是夏季1.5m2/头，冬季1.2m2/头。
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（4）夏天气温高的地区，不太适合推行洛东式发酵舍技术。采用此技术，一定要做好夏天降温，冬天排湿的工作（张云芳，2009）。
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实例五:浙江遂昌县“猪—沼—茶”生态农业模式
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（一）基本情况
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“猪—沼—茶”模式是一个广义的概念。其中的“猪”也可以是牛、羊、鸡等为沼气池提供发酵原料的畜禽；茶的品种可以是银猴、迎霜、安吉白茶、龙井等名优茶园，也可以是鸠坑群体种老茶园，还可以是平地茶园、山地茶园、梯地茶园等。
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“猪—沼—茶”模式以农村户用沼气池或养殖场沼气工程为中心，根据家庭人口、茶园种植面积、畜禽养殖规模，合理设计沼气池容积。沼气池的建造要与庭院建设统一规划，并与出料设施配套，达到“一池三改”的效果，即与“改圈、改厕、改厨”同步进行。农村户用沼气池容积一般为8m3左右，重点推广“常规水压式”池型，采用混凝土现浇，与猪圈、厕所相连通，实现自动进料。猪圈与沼气池相连，水泥地面。厕所与沼气池相连，厕所内安装蹲便器。厨房内的沼气灶具、调控净化器、输气管道等安装符合相关的技术标准和规范。厨房内炉灶、橱柜、水池等布局合理，室内灶台砖垒，台面贴瓷砖，地面硬化。生猪养殖场沼气工程建设按照“减量化、资源化、无害化”的原则，因地制宜推广能源生态型、能源环保型、综合利用型等不同模式的沼气工程，实行雨污分流、干湿分离，配套相关设备和设施，开展“三沼”综合利用。
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茶园施基肥时间一般选择在每年10月进行，最晚不过立冬。施基肥以沼渣为主，采取开沟条施的方式，施入沼渣后立即覆土。沼渣作茶园基肥用应掌握的原则：树龄1～2年，与根部距离10～20cm，沟深20cm；树龄3～4年，与根部距离35～40cm，沟深20～25cm；树龄5年以上，与根部距离沿树冠滴水线施用，沟深25～30cm。施肥量：沼渣12～15t/hm2，饼肥1500～3000kg/hm2，磷肥300～600kg/hm2，钾肥150～300kg/hm2。
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茶园追肥以沼液为主。茶园沼液追肥一是在春茶初芽萌发至新鲜叶片开展期施用，夏、秋茶应在上一茶季结束后或者上一轮新梢停止生长后，下季茶或下一轮新梢生长之前进行。可采取穴施、条施办法进行。条施开沟深5cm，施肥后立即覆土。沼液用量为30t/hm2掺入氮肥750kg/hm2。
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（二）经济效益
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据调查，建1口8～10m3沼气池可满足3～4口之家日常生活用能，1年下来，相当于节约燃料费支出近1000元。同时大力推广沼渣、沼液的综合利用，每户可节约肥料款200余元，其肥效能促进农作物增产增收，每户年增收1500余元。根据施用沼渣、沼液的茶园与采用传统方法施肥的茶园对比，施用沼渣、沼液的茶园春茶开采期相对提早3d，且茶株生长快，芽头密、壮，平均增产干茶262.5kg/hm2，按目前遂昌县茶叶平均价42元/kg计算，茶园可增收1.103万元/hm2。同时，施用沼渣、沼液的茶园生产的茶叶色泽鲜绿、滋味醇正、香气持久，优良的品质与同类产品相比平均价格要高2.5元/kg，按遂昌县茶园平均产量1477.5kg/hm2计算，增加收入3690元/hm2。以上2项共计能使茶园增收1.472万元/hm2。施用沼渣、沼液后茶园经济效益增加明显。
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（三）社会效益
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项目实施后，农村生活污水和畜禽养殖污水得到有效治理，农户用上沼气清洁能源，提高清洁能源利用率；厨房、厕所、猪圈得到改造，人居环境明显改善，同时改善了村庄的卫生状况，有利于控制疾病的传播，有益于农民群众的身体健康。项目实施后，将改变农村农民落后的生产生活方式，减少传统农业生产方式对环境的污染，村容村貌明显改观，使广大农户在直接受益中增强生态保护意识，把建设美好家园变为自己的自觉行为，提高农民文明素质，促进社会进步。
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（四）生态效益
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项目建成后，新增沼气用户72户，改变该村群众以薪材为生活燃料的习惯，按每户年节薪柴相当于2333.35m2薪炭林生长量测算，即可保护林地16.8hm2，从而保护植被，减少水土流失。通过“猪—沼—茶”能源生态模式推广，人畜粪便污水得到无害化处理；沼液、沼渣是安全优质的有机肥，能改良土壤，提高土壤肥力，与农业主导产业茶叶基地相结合，有利于无公害茶叶生产，实现农业生产良性循环和农业废弃物的资源化利用，促进生态农业发展，提高茶产业的竞争力，增加农民收入（高青梅，2009）。
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实例六：江苏赣榆县“猪—沼—菜”生态农业模式
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1.经济效益
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（1）温室养猪。生猪生长快，带动了养殖业的发展。该模式圈舍温度在冬天较常规保温圈舍提高了5～10℃，为猪等禽畜提供了适宜的生长条件，仔猪增重快，每头猪平均能提前出栏20～30d，大大降低饲喂成本，年可节本增收350～400元。
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（2）温室沼气。温室内建立沼气池，由于得到了太阳热能而增温，解决了在寒冷的冬季产气技术难题。一是提供优质燃料。沼气用作日常炊事，一个8～10m3沼气池年可产沼气240～400m3，解决3～5口之家当年90%左右的生活用能，每户年可节省燃料费、节约照明电费达350～400元。二是提供优质固肥、液肥、气肥和生物农药，减少化肥、农药施用量。一个8～10m3沼气池1年可提供6t沼渣（固肥）、40t沼液（液肥、生物农药），每年可节约400～450kg化肥。用沼液浸、拌种出芽齐、扎根快、根系发达。利用沼液浇菜和喷雾（沼液∶清水比例：苗期为1∶2～3、成株期为1∶1即可），可有效减少病虫害，减少农药的使用量，提高农产品品质。沼渣是改良土壤的优质肥料，连续施用沼渣，土壤颜色加深，团粒结构增多，有机质含量提高，土壤得到有效改良，对作物增产有着非常显著的效果。年可节约肥料、农药费400～500元。
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（3）温室蔬菜。沼肥（沼渣、沼液）是优质的有机肥料，既减少了污染，培肥了地力，又使蔬菜早上市，可提高经济效益20%以上。用沼肥生产的蔬菜可达无公害、绿色食品标准，提高蔬菜产品质量、档次，价格高于普通蔬菜，可增收300～500元。综合效益分析，日光温室“猪—沼—菜”种养栽培模式，年综合经济效益可增收（直接和间接效益）2000元以上（钱勤英，2007）。
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2.日光温室“猪—沼—菜”种植模式
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（1）番茄—番茄。第1季番茄：于8月上旬播种育苗，播后15～20d分苗，9月上旬温室定植，9月下旬开花，翌年1月下旬开始成熟上市，3月底收获结束，全生育期230～250d。种植品种主要有苏粉8号、苏粉9号、金棚等。一般每株留4～5层果穗，每穗留3～4个果，单株结果重2000～2500g。苏粉8号番茄表现抗逆性强，果实外形美观、完全粉红色、鲜艳、无青肩，果肉口感佳，品质优，耐贮运，产量高。苏粉9号番茄设施番茄新品种，无限生长类型，中熟，植株叶量大，长势强健；果实近圆形，果皮厚，硬度高，是当前粉果番茄中硬度最好的品种，冬春栽培裂果和畸形果少，耐储运，幼果无青肩，成熟果粉红色，无棱沟，着色均匀；每穗留3～4果时单果重250g左右；坐果性极佳，在较低温度下坐果率高，果实膨大快；甜酸适中，风味好，品质优；高抗叶霉病、花叶病毒病，抗枯萎病，灰霉病、晚疫病发病率低。每667m2产量可达7000kg以上，适宜大棚、日光温室栽培或露地栽培。第2季番茄：于翌年1月初播种育苗，2月中旬套种于第1季番茄大行间，3月上旬开花结果，5月中旬果实开始成熟，7月底结束，全生育期200～210d。两季番茄的田间共生期35～40d。
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（2）辣椒—丝瓜。辣椒8月中旬播种，4片真叶时进行分苗，9月底进行定植，10月下旬开始采收，翌年6—7月拉秧。品种主要采用苏椒5号博士王。丝瓜11月上旬播种，套种于辣椒垄畦沟中，行距3m，株距0.5m，翌年2月采收，8月拉秧。
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（3）芹菜—辣椒。第1季芹菜，9月初播种育苗，苗龄30d，10月初温室定植，翌年1月初开始上市，2月中旬收获结束，生长期160～170d。品种以当地实心芹为主。第2季辣椒，于10月中旬播种育苗，11月中旬分苗，2月底温室定植（芹菜2月中旬腾茬），苗龄120～130d，3月初开花，4月初开始采摘上市，8月中旬收获结束，全生育期290～300d。
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实例七：日光温室“猪—沼—菜”生态农业模式
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1.日光温室菜棚建造的主要技术参数
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日光温室应建在宽敞、背风向阳、无树木和高大建筑遮光的地方，坐北朝南偏西5°～7°（不超过15°），跨度7～8m，东西延长，长度70～100m，后墙高度2.7m，墙体厚度不少于1m，正脊高3.5m，后坡仰角35°，温室骨架固定荷载10kg/m2，薄膜采用0.1～0.2mm厚的聚氯乙烯无滴膜，顶部留30～40cm宽可以方便开合的通风口。
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在菜棚内地势较为高燥的一端，分隔出适当空间建造沼气池和猪舍，猪舍面积可根据饲养头数确定，一般每头猪占1.5～1.6m2（每头猪实际利用面积1.0～1.2m2，其余面积建设其他辅助设施）。例如要饲养40～50头猪，隔出10m长的空间即可。日光温室菜棚与猪舍间用砖混实体墙或“半墙半膜式”隔离。建议采用下部1.5m高用厚24cm的砖混实体墙，上部用支架和双层塑料薄膜隔离直达棚顶。此法节约材料，还能最大限度地利于温室的早晚采光。北墙根处留出进入菜棚的人行通道，安装封闭良好的门。
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2.沼气池建造的主要技术参数
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沼气池由发酵贮气池、水压出料间、进料口、出料口、活动盖和导气管等部分组成。沼气池位于猪舍中间或猪舍内靠近菜棚的地方，可保证发酵池冬季的发酵温度；进料口设在猪舍的排水沟处，进料管埋在地下，连接进料口和发酵池；出料口和水压出料间建在菜棚内，便于蔬菜施肥。沼气池的发酵贮气池12～15m3，水压出料间4～5m3，采用半连续投料发酵工艺，可兼顾生产沼气和用肥的需要，更适于农村生产实际。
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3.棚内猪舍建筑技术要点
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猪舍北墙根留1m宽的人行通道，用1～1.2m高、12cm厚的砖混实体墙与猪圈栏隔离；南边距棚膜底脚0.8～1m处，设1～1.2m高带有圈门的坚固铁栅栏，既利于采光，又可防止猪拱坏大棚膜，铁栅栏上的圈门便于肥猪出栏时使用。
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猪舍宜根据饲养规模分成若干单元（圈栏），每单元饲养10～15头猪为宜，各单元间用1～1.2m高、12cm厚的砖混实体墙或坚固铁栅栏分隔（用砖混实体墙分隔更利于防疫）。猪舍墙壁用水泥抹成1～1.2m高的防护墙。地面用水泥抹成3°～5°的坡度，坡向前缘，水泥地面不能太光滑，防止猪打滑。在前缘铁栅栏以外棚膜以内建槽型排水沟，以利于粪尿污水流至沼气池进料口或棚外贮粪池。在猪舍后墙距地面1.5m以上，预留几个40cm×40cm能开合的通风窗，便于夏季通风。窗户数视猪舍面积而定，每20～30m2一个为宜。在冬季后墙通风窗一般不打开。
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菜棚都备有自掘井，猪舍中再安装一个容积不小于200L的贮水罐（如农户常用200L的汽油桶改装而成），架设在距地面高度2m以上，通过管道与鸭嘴式自动饮水器连接，这样才能保证适宜的水压；自动饮水器的出水量以每分钟1.5～2L为宜；每栏不少于两个水嘴，水嘴高度距地面30～50cm，或一高（50cm）一低（30cm）固定下来，或能随着猪只生长随时调节。也可在猪舍内增设水槽供猪饮水、戏耍，但要常换水保持饮水清洁。
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可在猪舍北墙脚靠近菜棚的角落修建1.0～1.5m2的厕所，便池与沼气池的进料口相连接。
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若猪舍地势较低，可在猪舍外围挖排水沟或建挡水墙，防止夏季雨水流进猪舍或灌满沼气池。
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出于防疫的考虑，建造猪舍的日光温室菜棚宜远离交通要道、市场和居住区，远离牲畜屠宰加工厂和养殖场。
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4.配套养猪技术
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日光温室大棚能保证的猪生长所需适宜温度是10～28℃，湿度70%～80%。冬季温度低时，封闭棚膜，关闭通风口，并在棚膜上覆盖草帘或棉毯，各门口窗口挂棉帘保温；夏季温度高时，揭开前面1～1.5m高的棚膜，打开后墙通风口或棚顶通风口，棚顶可用黑色篷布遮阴，温度再高时可给猪体表洒水以防暑降温。猪舍温度以18～25℃为宜。
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温室大棚的封闭性较好，猪群呼吸、排泄所产生的二氧化碳、氨气和硫化氢以及沼气池密封不严可能泄漏出的甲烷等有害气体含量过高，容易引起中毒和其他疾病。所以，在保证最低适宜温度的情况下，要加强通风换气。
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冬季，在猪舍的塑料薄膜离地面1m以上，开几个30cm×30cm能开启和闭合的小窗口，对改善猪舍内空气质量和调节猪舍温度效果明显。开小窗口之前，先在要开窗口的棚膜外围粘一圈薄膜，然后再割开窗口，可避免塑料棚膜被撕裂；再在窗口的上部粘一块大于窗口的薄膜，即可随意开启和闭合该窗口。
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通风口要视天气情况逐渐放大或闭合，避免猪舍内温度在短时间内剧烈变化引起猪只感冒。
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及时清除猪舍内粪尿、加强消毒、保持猪舍干燥和卫生，能有效改善猪舍内空气质量，提高猪只的抗病力。
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选择优良品种的猪苗，提供优质全价饲料和科学的饲养管理，保持温暖、干燥、清洁的环境，采用“全进全出”的饲养工艺。
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加强防疫消毒和疫病防治，结合当地疫情做好常规疫苗的免疫注射，做好定期和不定期的消毒工作，树立“防重于治、养重于防”的观念并付诸实施。
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猪舍和菜棚的工具要分开，避免混用，尤其是猪舍消毒用喷雾器和给蔬菜施药用的喷雾器一定要分开用。
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引进猪苗应尽量避开菜棚最忙季节。10月下旬至11月上旬是温室菜棚黄瓜的育苗接苗期，农户互助生产非常忙，人员流动大，宜避免进猪苗。若提前进猪苗，也要在黄瓜育苗接苗前至少半月进猪，到黄瓜育苗接苗期小猪已度过适应期，这样可避免农户分散精力、减少农户的劳动强度。已饲养小猪的温室菜棚在蔬菜育苗接苗期要加强猪舍的环境消毒。
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避免农户在菜棚饲养优良品种商品猪的同时，还在家饲养地方品种猪或牛、羊等偶蹄类动物。猪舍谢绝闲杂人等参观。
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温室菜棚在播种前，要用硫磺2.5g/m3拌锯末点燃对菜棚进行闷棚消毒，此期应确保猪舍和菜棚之间严格密封隔离，并加强猪舍通风，防止硫磺烟气对猪只造成伤害。
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蔬菜的茎、叶等副产品可代替部分饲料用来喂猪，生产出的猪肉，肉质鲜美、风味独特。
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5.经济效益
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对平泉县榆树林子镇农户的调查发现，发展“猪—沼—菜”项目经济效益可观。10m长（约75m2）的菜棚历年种菜收入在3500元左右；而把长10m的菜棚改建成猪舍和沼气池，总投资5000元，分摊到10年每年才500元；一次饲养40头猪，3～4个月出栏，按每头猪获利50～100元计，可收入2000～4000元，1年出栏3批，年收入6000～12000元。同时沼气每年可节省燃料、电费500元，种菜用的粪肥自给，每年可节省购买粪肥的费用1500元。这样算来，农户发展“猪—沼—菜”比单纯种菜每年可多收入4000～10000 元。使用沼渣、沼液等有机肥料种植出的无公害蔬菜质量优、销量好、价格高，其增值部分又进一步增加了农民收入。
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6.生态效益与社会效益
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在北方农村发展“猪—沼—菜”模式生态养猪，有良好的生态和社会效益。猪粪尿经沼气池有效发酵达到了生物安全的目的，还可还田作有机肥料种植无公害蔬菜，避免环境污染。产生的沼气用来做饭、照明，解决了农村的能源问题，农民不再上山乱砍滥伐。“猪—沼—菜”项目的推广给农村的剩余劳动力、特别是北方农村冬季的闲散劳动力提供了就业机会，不但增加了农民的经济收入、改善了生活质量。
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7.不足及建议
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在承德市平泉县“猪—沼—菜”模式养猪模式中，农户的菜棚离家比较远，沼气仅用在菜棚的炉灶和菜棚照明上，不能有效解决农户家庭能源和照明的需要，利用率较低。建议当地政府或农村合作组织在规划“猪—沼—菜”日光温室菜棚时，综合考虑养猪、种菜、用沼气三个因素，采取养殖小区的模式，集中养殖、集中收集并输送沼气至居住区，这样可大大提高沼气的利用率，改善农民家庭的生活环境。
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部分日光温室菜棚交通、水电不便，猪舍修建得不够科学合理。建议当地政府对“猪—沼—菜”日光温室菜棚的建设进行积极引导和规划，统一解决水电、道路等基础设施建设问题，以增加农民种菜养猪、劳动致富的积极性；鼓励相关畜牧技术服务企业也参与到猪舍规划设计中，为农户科学养猪提供技术支持。
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“猪—沼—菜”模式生态养猪是一种新的尝试，与传统的庭院模式养猪在技术要求上有明显不同，建议当地政府畜牧技术推广部门或相关畜牧技术服务企业加大对农户定期和不定期的培训，引导农户学习种植、养殖方面的知识（赵鹏，2007）。
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实例八：南方“猪—沼—果”生态模式
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1.模式建设内容与标准
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“猪—沼—果”模式建设内容为“三建三改”，即每个试验户建1口沼气池、建1个标准化果园、建1个微水池和改厨房、改厕所、改猪圈。三建包括，①沼气池：池型为点盖式圆筒形沼气池，池型结构采用混凝土整体浇注，池容积按8m3规格设计。沼气池、厕所、猪圈“三结合”，实现自动进料，圈、厕、厨功能独立，位置相对分离。安装提料器，实现半自动出料。沼气灶具及关键配件采用正规厂商提供的合格产品。②微水池：设计容积100m3以上。微水池通过PVC管道与果园连通。微水池周边配建护栏，入水口建沉沙池。③果园：果园面积0.1hm2以上，尽可能靠近沼气池。种植优良果树、蔬菜品种。用滴灌装置或水泵将沼肥输送到果园，实现沼液自动喷灌。
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三改包括，①厨房：建成省柴节煤炉灶，厨房内的炉灶、水池、碗柜布局合理，整洁卫生。建成与省柴节煤灶联为一体的沼气灶台。厨房内墙面用砂灰抹平，贴150cm以上的瓷砖墙裙。地面硬化，铺水泥地面。②猪圈：建设20m2，层高280cm圈舍。圈栏用12cm砖砌筑或用预制混凝土件安装。圈舍开设通风窗、采光窗，安装自动饮水器，达到通风、采光、卫生的要求。圈舍内地面铺石板或用水泥硬化，并向沼气池进料口方向倾斜5%。③厕所：改建水冲式厕所，安装陶瓷大便器，配备水冲设备，达到整洁、卫生、无蝇、无蛆、无臭的要求。厕所有门，相对独立。厕所内墙面用水泥抹面，贴高度不低于180cm瓷砖墙裙。
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2.能量利用
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在全年沼气池外温度4～39.5℃、池内温度11～25℃、碳氮比20～30∶1、发酵液浓度6%～10%、酸碱度6.8～7.5等条件下，一口8m3的沼气池，年产气时间为360d，年产气量为360～500m3，日均产气量为1～1.5m3，可解决4口之家60%～80%以上的生活用能。按此计算，平均每口沼气池1年可节省薪柴草1.5t，折合1000kg标准煤或100kW·h的电能。
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3.生猪饲养
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添加沼液饲喂的猪嗜睡，食欲旺盛，皮毛油光发亮，不生病或很少生病，增重快，节省饲料。根据监测，不添加沼液饲喂的猪日增重0.5～0.6kg，添加沼液饲喂的猪日增重为0.6～0.7kg，可提前20d左右出栏。饲养1头同样体重的猪（100kg），喂沼液比不喂沼液的猪每头节省猪饲料50kg以上，节省成本50多元。建沼气池的养殖户，由于对人畜粪便进行了无害化处理，猪舍清洁，生猪发病率仅为2.5%，远远低于未建沼气池的生猪发病（27%）。这一方面是由于沼气灯灯光具有诱杀蚊子的功效，使猪舍和整个养殖场蚊子数量大幅下降，有利于猪仔休息睡眠，加快长膘。另一方面猪场粪尿污水及时入池，经过厌氧消化工艺处理，不仅减少了臭味，且彻底改变了过去养殖场猪粪满地堆积、蛆虫到处爬、蚊蝇满天飞的脏、乱、差状况，使猪场变得清洁卫生。蚊蝇少，降低疾病传播媒介，有利于保护生猪健康生长，提高生产力。
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4.果树种植
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经过对使用沼渣沼液和不使用沼渣沼液两种不同种植方式对比，与不使用沼渣沼液的方式相比，使用沼渣沼液的方式施用农药次数减少1次，化肥施用量每株减少4kg，说明使用沼液、沼渣种植果树，农药和化肥用量减少，降低了潜在污染。据观测果树的开花期、结果期、成熟期提前近10～15d，可以提前采收，提前上市。使用沼渣、沼液种植果树，产量约27000kg/hm2，收入54000元/hm2；果园建设、树苗、灌溉、农药、化肥等各项投入约为12600元/hm2，水果投入与收入比为1∶4.2；而未使用沼渣、沼液的，产量22590kg/hm2，收入33750元/hm2，果园建设等各项投入约为14850元/hm2，水果投入与产出比仅为1∶2.2。
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5.建设成本与经济效益分析
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据记录，在该地方1户示范户开展标准模式建设共需资金约6560元，其中，沼气池1500元，微水池3000元，果园560元，改厨1000元，改猪舍和厕所500元。按沼气池使用15年计，从第4年起，每户模式户通过使用沼气和沼渣沼液、饲养生猪、种植水果等，年可节支增收5000元左右，投资建设户用“猪—沼—果”生态模式财务净现值为2.87万元，动态投资回收期为1.28年。可见此“猪—沼—果”标准模式建设缩短了动态投资回收期，具有较强的盈利能力和抗风险能力。
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标准模式下的沼气日均产气量1～1.5m3，年产气量360～500m3，相当于农户60%～80%以上的生活用能。添加沼液饲喂的猪，日增重为0.6～0.7kg，可提前20d出栏，生猪发病率仅为2.5%，远远低于未建沼气池的生猪发病率。使用沼渣沼液的水果投入与产出比为1∶4.2，而未使用沼渣、沼液的水果投入与产出比仅为1∶2.2。使用沼液、沼渣还田，土壤的理化性状得到改善，保水保肥能力增强（王立刚，2008）。
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第六章 园林废弃物资源化利用技术与循环模式
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第一节 国内外园林废弃物资源化利用现状
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一、园林废弃物资源化再利用的必要性
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（一）生态系统物质循环的要求
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园林绿化废弃物对绿地生态系统物质循环、能量流动、土壤肥力等方面有着潜在的影响。枯枝落叶经分解过程或以有机肥、基质生产处理，营养物质不断从枯枝落叶中释放到土壤中，促进了能量的流动，增加了土壤肥力，提高城市生态系统自我良性循环的能力。研究表明，凋落物平均增加100g/m2，土壤中有机质、氮、磷、钾的含量分别提高17.9%、7.6%、26.4%和3.8%。
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（二）环境友好型社会建设的要求
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园林植物废弃物循环利用符合建设环境友好型社会的要求，主要体现在四个方面：一是园林植物废弃物循环利用，减缓了城市园林垃圾的处理压力，提高了整个城市生态系统自我良性循环的能力。二是园林植物废弃物再生土壤和肥料可以运用在绿化建设中，改善了城市绿化土壤。三是合理利用了植物废弃物资源，减少了废弃物排放，保护了城市环境。四是在绿化建设中替代了山泥，保护了山泥原产地的表土和生态环境。
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（三）产业经济效益提升的要求
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在目前的绿化废弃物开发利用中，由于缺乏资金和科学的规划，开发的项目通常规模不大，层次较低，产品附加值不高，生产企业销售渠道狭窄，加上缺少宣传促销，因此经济效益普遍不高。绿化废弃物的资源化再利用既要强调生态效益及社会效益，也要考虑经济效益。将循环经济理念和打造园林绿化废弃物资源化再利用产业结合起来，既提高了能源和资源的利用率，又提高了经济效益。
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二、国内外园林废弃物循环利用现状
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（一）国外利用现状
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在欧洲，对城市有机废弃物的管理有严格的法规控制，如欧盟的土地填埋法对可降解的有机废弃物进入填埋场的比例有严格控制，并逐年降低比例；而氮素法严格规定了单位土地面积化肥使用量，也有力促进了有机堆肥的市场发展。布鲁塞尔等较大的城市绿化服务机构较早就开始用混合堆肥的方式处理绿地有机废弃物，城市建有15个大型露天堆肥场，4个安置场，处理绿化废弃物达216000t，由非营利组织VLACO进行组织和控制质量、进行促销；城市的整个堆肥系统实行质量控制的整体化，更有利于市场的销售。此外，比利时政府也鼓励家庭堆肥，市民可以按生产的堆肥量从当局获得补贴；Jean Pain委员会在堆肥方法宣传上也起到了积极作用。在英国、葡萄牙等国，植物园成为绿化废弃物堆肥处理最好的宣传阵地，如邱园植物园、葡萄牙马德拉植物园等。
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在加拿大、美国等地，由于地广人稀，经常采取地面铺设的循环方式让庭院废弃物自然降解，也就是将树枝类粉碎处理后进行地面直接覆盖，落叶也可以同样处理。但在纽约等城市中心绿地和城区，庭园有机废弃物的堆肥处理仍被大力宣传，如由纽约市环境卫生局发起，纽约植物园支持的“布朗克斯行政区绿色垃圾堆肥项目”，目的是教育居民了解堆肥制作、庭院废弃物处理的方法，减少城市固体垃圾中有机物占的比例，并建立永久示范中心来展示各种堆肥箱。纽约植物园建立的永久性堆肥场面积达2787m2，使交送环卫局处理的垃圾减少了一半。
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在日本，人们把将废弃物转换为再生资源的企业形象地归入“静脉产业”，因为这些企业能使生活和工业垃圾变废为宝、循环利用，如同将含有较多二氧化碳的血液送回心脏的静脉。目前，日本“静脉产业”已初步形成了三个主要发展方向，即分别把生活垃圾转换成家畜饲料、有机肥料或燃料电池用燃料（姜雅，2006；苗建青，2005）。主要采取多种堆肥方法来处理绿化废弃物；使用树皮堆肥发酵制作肥料，使用可移动的粉碎设备将树木的剪枝等就地粉碎后堆肥，鼓励家庭制作活性堆肥；各类发酵剂和小型堆肥配套机械种类齐全，不少园林绿地都建有配套的堆肥场。
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对于园林绿化废弃物，德国制定了Kassel计划，将庭园枯枝、落叶、花草等垃圾，厨房食物残余、果皮等有机废弃物放入生物降解塑料袋，再装入收集桶内进行处理试验（http：//www.hbzhaohe.com/shouwnews.asp？id=56，2007）。
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美同环境保护署1994年专门颁布了园林绿化废弃物和城市固体废弃物堆肥的EPA530-R-94-003法则，对园林绿化废弃物收集、分类、发酵和后加工的工艺程序，相关的法令和标准都有严格的规定（United States Environmental Protection Agency，1994）。“落叶化土”循环模式已在一些地区规模化。美国许多州还规定当废弃物堆肥材料符合土壤改良材料的质量要求时，政府部门就必须购买或使用这些废弃物的堆肥材料，为“落叶化土”找到出路（李富，2006；Reschovsky and Stone，1994）。
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丹麦从1992年起就制定废弃物规划，1997年起规定所有可燃性废弃物必须作为能源回收利用，禁止填埋，并制定了一系列行之有效的法律政策和税制，采取了一系列明确的鼓励政策，2002年丹麦能源消费81%来自生物质能（闫湘，2007）。
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新西兰规定2010年前将禁止有机废弃物以填埋方式处理，而且也不采用焚化处理，积极推动堆肥化和再利用政策（http：//www.hbzhaohe.com/shouwnews.asp？id=56，2007）。
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英国也已经制定了一个十年计划，要在2012年完全排除泥炭的商业性应用，而以其他替代物取代（Shibata et al.，1989）。由此可以看出，处理园林废弃物的压力，湿地保护的需要以及环境友好型社会的发展，为废弃物再利用研究奠定了一定的理论与实践基础。国内较国外针对园林废弃物的研究利用起步较晚。近几年来，随着我国国民经济水平的快速发展，人们生活水平的提高，园林废弃物对环境造成的污染已经成为一个亟待解决的问题。因此，针对园林废弃物的处理利用成为研究热点。
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（二）国内利用现状
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2008年上海市将园林绿化废弃物纳入城市有机废弃物系列，给予绿化部门同等政策补贴，以解决目前的经费困难。此外还应鼓励企业家投资举办绿化垃圾等废弃物回收利用的处理试点，把绿化垃圾处理由社会公益事业性质的政府行为，转变成为企业的社会服务性质的经济行为，由市场组建专业化的经营公司进行城市绿化枯枝落叶的收集和综合处理。
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广州市建成了园林基质厂，该厂将枯枝落叶等园林垃圾变为植物生长基质土壤，年处理园林垃圾量占广州市园林垃圾的40%。
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河南焦作市选用36型粉碎机对树叶集中粉碎处理，然后进行高温腐熟，最终生成优良的腐叶土，供园林花木基肥和盆土使用。
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2005年，北京市年产的园林绿化废弃物总量约为195万吨；2006年，年产园林绿化废弃物约为204万吨，较前一年增加了4.62%；2007年，年产园林绿化废弃物约为236万吨，较上一年增加了15.69%（于鑫等，2009），而这些园林废弃物被再利用的部分不足10%。可见，园林废弃物随着城市化进程的发展而逐年飞速增加，但是只有很少的一部分废弃物资源得到了再利用，因此园林废弃物的资源化再利用具有重要的社会、经济与环境协调发展的战略意义。
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总体来说，国内外对于园林废弃物的处理利用主要集中在堆肥产品应用（用作机肥料、土壤改良剂以及基质栽培等）、园林覆盖、生物质能源、食用菌培育、木塑工艺、以及一些生物产品的开发利用。
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三、堆肥化处理及产品应用方式
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（一）有机肥料
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有机肥料一般是由动物、植物的残体或排泄物组成（胡霭堂，2003）。施用有机肥料不仅能为农作物提供全面长效的营养，而且可增加和更新土壤有机质，促进微生物繁殖，改善土壤的理化性质和生物活性，是绿色食品生产的主要养分来源。
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Vallini等在意大利佛罗伦萨建立了动态耗氧堆肥沟装置，利用废弃蔬菜，生产出了性状良好的有机肥（Vallini et al.，1990；Vallini and Pera，1993）。也有研究者认为将园林废弃物堆肥制成有机肥施入土壤，本身会产生危害植物的毒性，其研究通过敏感性分析，建立了危害植物毒性与有机肥稳定性的反曲线模型（sigmoidal model），得出了施入土壤有机肥的稳定性指标是危害植物毒性的指示指标的结论（Aslam，2008）。山东农业大学和淄博巿农科所共同研制秸秆有机复合肥，经试验表明，比单纯使用同量的化肥增产20%～30%，成本降低30%以上。也有研究者将园林废弃物进行堆肥处理，在其堆腐过程过程中采用蚯蚓生物反应器，利用两种高温菌剂加强了对纤维素、半纤维素、木质素的降解速度，生产出了营养丰富的生物肥料（张庆费等，2005）。
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（二）土壤改良剂
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将园林废弃物堆置处理后对土壤的改良作用体现在改善土壤结构和提高土壤肥力。由于园林废弃物成分中的氮、钾、铵等物质都是以阳离子形态存在，堆肥形成的腐殖质带负电荷，可以吸附阳离子，因此堆肥可以有效减少养分损失，提高土壤的保肥能力（朱能武，2006）。大量研究证实，将堆肥施入土壤后能改变土壤的理化性质，增加土壤氮、磷、钾含量，调节土壤pH，促进团粒结构的形成，使土壤透水性、蓄水保肥性、通气性及耕作性都有所改善（李慧君等，2004）。
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同时，采用堆肥技术处理无机物污染介质是生物修复中的一种重要技术。Alvarenga（2008a，2008b）等人提出园林废弃物堆肥产品具有修复污染土壤的作用，研究者以黑麦草为研究材料，通过对土壤化学性质、无机成分、重金属元素含量以及植物的相对生长量等指标的测试分析，发现园林废弃物生产的基质可以有效地用于酸性土壤改良，而且可以增加土壤的有机质含量，有效抑制重金属污染，同时，植物的生物量也增加了三倍之多。这点在vanHerwijnen（2007）和Droussi（2009）的文章中也提到：堆肥能够制成有很好腐殖化效果的有机物质，这种物质有益于土壤的改良。这是因为堆肥形成的腐殖质中的某种成分有螯合作用，它能和土壤中含量较多的活性铝结合，使其变成非活性物质，抑制活性铝和磷酸结合造成的危害，同样，对植物有害的铜、铝、镉等重金属也可与腐殖质进行螯合反应降低其危害性（朱能武，2006）。
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（三）基质栽培
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实际上在1975年，在泥炭比较贵的欧洲南部，成年树皮和泥炭的混合物已被成功检测和使用（时连辉，2008）。树皮作为无土栽培的有机基质与锯末一样多用于花卉的栽培，并具有保水性较好、透气性强、阳离子交换量较高的特性（胡杨，2002）。在过去的10多年间，这类绿色废弃物的堆肥及其相应的研究在世界范围内出现了高潮（Carlile，2008）。美国的Shbata and Hayakawa（1989）研制以腐烂的树皮或泥炭为成分制作的人造土壤，这类土壤具有良好的通透性和保水保肥能力，是花卉无土栽培的适宜基质。澳大利亚常用腐熟树皮作为主要基质材料；特别是英国，木屑是木材工厂、家具厂的下脚料，被腐熟用作基质材料较多，木屑基质方面的研究最近开始增加（Carlile，2008）。但是由于园林废弃物堆肥产品基本上是同园林土、泥炭、蛭石、珍珠岩等一些基质材料一同使用的，单独使用园林废弃物材料种植植物的研究还很少。
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四、其他处理及产品应用方式
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（一）园林覆盖
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铺设于园艺植物或树木周围土壤表面，起保持土壤水分、调节温度、防止侵蚀、减少杂草以及装饰美观等作用的一层不同形状和材料的物质，在园艺学上通称为覆盖物（Black et al.，1994；Recycled OrganicsUnit，2007）。城市绿化中用到的地表覆盖物主要分为无机材料覆盖物和有机材料覆盖物两大类型。无机覆盖物主要是石子和砂砾，维护费用低，且不易腐烂，但会使土壤通气性变差，影响树木生长（Tsutomu et al.，2004；邹丽敏等，2004）。有机覆盖物来源相当广泛，主要利用废弃的树皮、松针、木片等植物体用做覆盖物的制作，也可以称为植物覆盖物（living mulch）（黄利斌等，2008）。树皮是有机覆盖物的最初来源，具有极好的抗腐烂特征，是目前环境美化中应用较普遍的一种覆盖材料（王成等，2005）。
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有研究者认为将城市公园、道路、庭园等园林绿地管理中产生的枝叶等各种园林有机废弃物现场粉碎后可以直接用于城市绿地的覆盖（Kidder，2003）。同时，也有大量研究证明，将园林废弃物直接覆盖或通过一定处理后进行再利用，不但可以降低垃圾处理的压力、减少病原菌的繁殖传播，还具有改善土壤物理结构，涵养水分，维持土壤温度，减少土壤侵蚀和地表径流等功能，而且还能美化城市绿化景观，降低城市绿地维护成本并带动循环经济发展（Gholz et al.，1985；王成等，2005）。
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（二）生物质能源
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随着石油、煤炭、天然气等矿产资源的大量消耗和不可再生性，以及这些化石燃料对大气造成污染使得全球变暖的趋势加剧，开发和利用清洁且和再生能源成为现阶段能源发展的方向。地球上每年光合作用的产物高达1500亿～2000亿t，是地球上唯一可超大规模再生的实物性资源（曲音波，2007）。这是因为植物光合作用的产物绝大部分为植物的枝、干、叶等木质纤维素类物质，是纤维素、半纤维素和木质素等聚合物的复合物，其中纤维素和半纤维素可以转化成单糖，继而发酵成乙醇，理论上说这个转化率与粮食基本相同（大于40L/t）（勇强等，1999；曲音波，2007）。而园林废弃物则是这一纤维类生物资源的来源之一。Leifeld（2008）认为使用能源作物，农业及林业残余物所制成的生物能源产品替代现有化石燃料存在巨大潜力。郭瑞超等（2007）也认为用这一类木质废弃物替代化石燃料是能源工业发展的一个重要趋势。
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（三）食用菌培育
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食用菌的生长完全依靠培养基制中的营养物质进行腐生生活，不需要光合作用，碳素、氮素、无机盐和维生素等是食用菌所需的主要营养物质。而园林废弃物基本含有这些营养物质，且与食用菌常用的栽培材料（棉籽壳、玉米芯、稻草等）相比，园林废弃物所含的均衡营养物质更适宜食用菌的生长，且木质素与纤维素比例适中适宜食用菌的栽植。罗太明等（2011）研究了桑枝条生产食用菌，所得产品符合上市特点，且农药残留少、生产成本低。也有研究者认为将秸秆、棉籽皮、树枝叶等废弃物按一定比例粉碎混合可用来栽培食用菌，栽培效果好，栽培出的食用菌营养价值高（张承龙，2002）。王景和等（2000）以枯枝落叶做原料栽培食用菌，发酵后的菌棒生产平菇产量提高了3.5～4.5kg，生物效率提高了40%～45%。
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（四）木塑工艺
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木塑复合材料，简称木塑（Wood Plastic Composites，WPC），是以木材或者纤维素，如木粉、竹、稻壳、秸秆等废弃生物质纤维为基础材料（占原材料60%以上），与高分子树脂通过一定的加工工艺复合而成的一种新型材料（何春霞，2011；黄淑芹等，2011）。这种木塑材料具备植物纤维和塑料的优点，适合广泛，可以用于建材、货物的包装运输、装饰材料、汽车工业以及一些日常用品等。同时，也解决了木材废弃物和废弃塑料的回收再利用问题。因此，木塑复合材料是一种极具发展前景的绿色环保材料（王武魁，2010）。
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目前，各类木塑产品在美国、德国、荷兰、英国和韩国已得到认可和较为广泛的应用，形成了一定规模的产业和市场。而我国规模最大的环保型木塑生产基地将在天津市汉沽区建成投产（王武魁，2010）。
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（五）其他生物产品
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木酢液是木材干馏时生成的蒸汽气体混合物经过冷凝冷却而回收的液态产物的总称（母军等，2008）。其主要成分是水和有机酸、酚、醛、醇、酯等小分子有机物（岸木定吉，1991）。竹醋液是由竹材及竹材加工剩余物在干馏过程中热解得到的具有烟熏味的褐色液体，呈酸性，含有机酸、酚类、酮类、醛类、醇类及杂环类等近200多种成分，其中以醋酸为主要成分，占有机成分的50%左右（母军等，2006）。由于这两种醋液具有抑菌（李太元等，2005；马良进，2008；吴暄等，2009）、促进植物生长（Uehara et al.，1993；吴文强等，2008）、防腐保鲜（母军等，2008b）等，现已广泛应用于化工业、农林业、畜牧业、食品加工业等。
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同时，园林废弃物资源、粮食加工剩余物制取蛋白饲料、不同工业用途酶制剂的定向制备、功能性糖醇和低聚糖的开发（勇强等，2002）以及再生成型碳技术的研究。现阶段，也有研究者将园林废弃物通过一定处理作为生物吸附剂应用在油污废水、重金属离子废水、印染废水的处理过程中，实现了“以废治废”的环保理念，也为园林废弃物综合利用提供了新途径（刘传福，2006）。
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第二节 园林废弃物堆肥化处理关键技术
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一、堆肥场建设
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（一）堆肥场场地选择
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堆肥场一般建在大型绿地边，如果是处理城市街道绿地产出的废弃物，要综合考虑和各个绿地之间的运输距离，尽可能减少运输费用。堆肥场对周边环境的主要影响是部分机械会产生噪声，所以要尽可能远离居民区。虽然绿化废弃物堆肥处理不像污泥和畜禽粪便在堆肥过程中会产生臭气污染，但场地选择还是要避开上风口。如果在室外堆肥，要考虑堆肥的渗淋会对周边土壤产生影响，可将土地硬化处理并在坡度最低处建立渗出液体收集池（应君等，2012）。
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（二）原料来源分析和堆肥产品设计
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不同绿地产出的废弃物种类数量有一定差别，新建绿地以草末为主，建成后的绿地落叶和树枝量会增加；绿地废弃物的产出也有季节性，这些都会影响堆肥场的建设模式、规模和堆肥产品。因此要对堆肥场依托的绿地废弃物产出种类和数量进行一个前期的统计分析。要根据原料情况、市场需要、使用需要进行堆肥产品设计，保证堆肥产品能有效利用。目前绿化废弃物堆肥主要可生产以下类型的产品，可用作产品设计参考：①园艺基质：应用于园艺生产，是草炭理想的替代物。②立体绿化轻型营养基质：堆肥产品肥力、物理性状都优于草炭、珍珠岩，已逐步成为立体绿化基质的首选。③园林绿地覆盖物：落叶、树枝等都非常适合在发酵后作为绿地覆盖物使用。④有机复混肥：通过混合配比，作为草坪养护、花卉、作物有机肥料，因为添加有机菌种发酵的堆肥本身具有生物活性，有很好的生物肥力，有利于土壤的修复（应君等，2012）。
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（三）场地建设和流程设计
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1.原料堆放
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绿化废弃物体积较大，在某一季节（如大量剪枝季节）产生量大，原料堆放场需要大一些。树枝和树叶处理方式不同，最好能分开堆放；草末容易变质腐败，收集后需要马上堆制或分成小堆铺开。
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2.粉碎场地
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场地需要能放下粉碎机械和满足粉碎后材料的暂时堆放。许多堆肥场在粉碎机出料口建一个密闭的简易房，有效防止了作业时尘土飞扬的情况；还可以在房顶装配上喷淋头，不但防尘，还能为原料补充水分。
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3.堆肥发酵场地
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堆肥发酵场是将原料堆放起来进行发酵的场地。在华南和华东地区，由于气候温暖湿润，堆肥场一般建在室外，或只简单加一个顶棚。但在北方地区，冬季室外温度低，气候干燥，水分丧失很快，影响堆肥的升温、保湿；而冬季正好需要处理大量枯枝落叶，所以堆肥发酵场地最好建在室内，如温室大棚，利用温室的升温、保温和保湿的功能，提供有效微生物发酵适宜的环境条件。不过北方地区在春、秋季节也可在室外堆肥。
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目前绿化废弃物堆肥发酵场的形式主要有2种：一种是条剁式，将原料堆成条剁状，使用条剁式翻堆机翻堆；这种场地特点是建设比较简单，建一块足够大的空地就可以了，但对场地利用率较小（应君等，2012）。另一种是槽式发酵场，需要建一个U形槽，宽度在4～8m左右，长度则按规模需要来定，发酵槽的上部装配槽式翻堆机对原料进行翻堆。槽式发酵有的只建一个20m2的发酵池，有的槽式发酵池较长，分进料口和出料口，可以利用翻堆机前推的作用将物料不断前移到出料口，物料从进口移到出口正好完成发酵过程。槽式发酵场特点是场地利用率大，自动化程度高，但场地建设和设备费用高，而且原料只能在发酵槽内发酵，在产量上受发酵周期的限制，不够灵活。
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4.后期腐熟陈化场地
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堆肥原料经过高温发酵阶段后，温度会逐渐下降，不再上升，湿度也会下降到一定程度，进入堆肥的后期低温腐熟陈化阶段。后期腐熟场没有特别的处理要求，主要满足堆放的功能。条垛式发酵场地，原料可以就地腐熟；槽式发酵场地，就需要将原料移出发酵池，在适合的地方堆放，进入低温发酵陈化阶段，当堆肥的温度不再上升，含水量降到14%～15%时，堆肥过程基本结束。
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堆肥流程结束时需要对腐熟程度进行判断：判断堆肥腐熟度的方法很多，生产上采用的主要有以下方法：①通过堆肥温度变化判定。堆肥内部温度变化要经过3个阶段：升温阶段（30～45℃，1～3d）；高温阶段（2～3d后温度上升到45℃，在此阶段，温度在55～65℃维持10～20d）；降温阶段（温度由最高值开始下降，直到平稳）。经过3个阶段的变化，此时堆肥内的温度与外界的环境温度大致相同，不再发生很大的变化，表明此堆肥已达到腐熟。②种子发芽试验法。是判定堆肥是否还含有对作物生长有害的物质的一种简便方法。主要是用堆肥的浸出液对水芹等植物种子进行培养，通过测试种子的发芽率来进行对比；在实际生产中也使用黄瓜或萝卜的种子。③根据堆肥的外观性状来判定。腐熟后的堆肥无任何令人不快的气味如恶臭、氨味等；堆肥呈黑褐色或黑色；在形状上一般呈粉状，目数较大，细而疏松。也可用化学测定的方法来判定堆肥的腐熟度，如测定堆肥的有机质、腐殖酸、有机酸的含量变化，pH，C/N的变化。
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5.后期处理和仓库
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提供对堆肥产品进行后期分选、包装的场地和产品储存的场地。
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总之，场地建设和流程设计虽然是堆肥处理的第一步，但其实是在其他技术环节设计完成后才能开始，可以说是在兼顾到各个技术环节后的统筹过程。场地和流程设计要参考环境、物料特点、气候、资金条件等因素；要适合机械操作顺利实施；要根据技术条件设计合理的场地大小、堆肥周期和场内物料流动方向，尽可能地减少场地空置或物料来不及处理情况的发生，使物料流动、翻堆、辅料添加等环节处于最经济的状态，减少多次运输。
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二、原料调节和配比处理
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（一）C/N比调节
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堆肥能进行有效发酵的C/N比在20～40∶1之间，绿化废弃物普遍具有较高的C/N比：树皮木屑C/N比约为200～750∶1，植物残体类C/N比约在100～150∶1，草末C/N比为40～60∶1。可采取以下调配处理方式：①将含氮丰富的草末和树皮木屑、树叶等粗质材料混合，降低C/N比，促进堆肥分解。②部分堆肥场选用蘑菇渣、厨房垃圾等来源较广的配料，对原料进行混合调配。③使用园艺肥料中常用的干鸡粪（C/N比大约在9∶1），来源较广并含一定的磷肥，添加到树枝和落叶中来调节C/N比。如日本的堆肥场在使用树皮进行堆肥时一般每吨物料添加50kg的干鸡粪。④添加一定量的硫胺或尿素等化学氮肥。总之，C/N比调节需要根据实际情况选择经济实惠、来源广泛的辅料，并实验合理的配方。
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（二）水分调节
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适合发酵的水分条件是原料含45%～65%的水分。树皮木屑含水量从19%～65%不等；植物残体类含水量5%～20%；而草末含水量高达85%～90%。园林废弃物水分调节采取以下方法：①将含水丰富的草末与树叶等较干的原料混合。②用喷淋的方式直接补水。原料合理的水分值可采用直观检测的方法：即用手抓原料感觉较湿润，手抓紧后有水分渗出但不滴下即达到合理的水分值。
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（三）供氧调节
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堆肥供氧可以通过翻堆和强制通风来实现。绿化废弃物堆肥中一般通过适时翻堆进行供氧调节，绿化废弃物原料比较疏松，所以在堆体下埋设通风管供氧不太必要，及时翻堆就可以达到供氧目的。
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（四）颗粒调节
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适合的颗粒直径可以使原料接触到充分的空气和水分促进发酵，绿化废弃物堆肥适合的颗粒直径一般在0.5～5cm之间，所以需将原料进行粉碎。树枝类废弃物先用树枝切碎机破碎成5～15cm的小片，再使用锤片式粉碎机粉碎到0.5cm左右的颗粒直径。植物残体和树叶直接使用锤片式粉碎机进行一次粉碎就可以。由于绿化废弃物具有疏松多孔的性质，颗粒直径适当小于0.5cm也是可以的，并不会因为原料颗粒过小而使肥堆产生通气不良和过于致密的问题。草坪剪落物不需要粉碎处理，直接就可以堆制。
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（五）温度控制
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堆肥合适的发酵温度在43～66℃，温度控制的目的是控制堆体的温度，使之有利于发酵进行。在堆肥过程营造适合的条件使堆体升温，在温度过高的时候进行翻堆散热降温，避免有益菌群失活，这样使堆体温度始终适合发酵的进行。此外，环境温度对发酵也有一定的影响，特别是在北方地区的冬季，如果环境温度过低，堆体会结冰，发酵就无法进行了，因此一般要求环境温度不低于0℃，最好在5℃以上。
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（六）pH调节
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植物类原料在发酵过程中产生有机酸，会降低堆体的pH；石灰或石灰水可以调整提高pH，也用于堆肥时消除臭味。
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（七）添加发酵菌种和促进发酵剂
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在堆肥原料中接种微生物发酵菌剂，可缩短发酵周期。微生物肥力方面的研究还显示：在堆肥内添加菌种不但缩短发酵时间，节约场地和费用，还可以使堆肥产品具有生物活性和肥力，促进作物生长，有利于土壤修复。
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目前有不少菌种可供选择，如日本的酵素菌、EM菌，国内研发的VT菌等；以复合型菌种为主。堆肥场也可根据需要自己进行菌种复合调配。正规市场销售的菌种在农业部有登记，登记内容包括企业名称、产品商品名、产品登记证号、企业联系地址（邮编），目前登记的菌种有31种，可以登录农业部的网站查询。将已腐熟或半腐熟的堆肥约1/4的量添加到新料中，也是常用的接种办法，并有节约费用、控制氮素损失等优点。绿化废弃物堆肥过程中减量比较快，可以通过不断添加新料来保持堆体高度，同时有效接种了菌种。其他添加剂还有在接种时加入红糖、豆饼等有利于微生物生长的培养物质，促进发酵菌剂快速形成优势菌群。过磷酸钙和磷矿粉也是常用添加剂，一般每吨可添加5～20kg，使C/P比在75～150∶1之间，促进有益菌的繁殖，有利于发酵进行。
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三、堆肥机械
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（一）粉碎机械
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粉碎处理可以使绿化废弃物达到适合发酵的颗粒直径，也起到减量作用。绿化废弃物粉碎处理主要使用两类机械：①树枝切碎机：目前市场上有不同的品牌，主要分电驱动和油驱动2种动力形式，可以根据需要进行选择；树枝切碎机主要用于切碎处理绿化废弃物中的大块树枝和树皮。②锤片式粉碎机：用来粉碎树叶、植物残体，对切碎后的树枝进行二次粉碎。建议可直接使用农用的秸秆粉碎机，不同的筛网可以调节颗粒直径。
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（二）翻堆机械
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翻堆机械用于对物料进行定期堆翻，达到供氧、降温、搅拌均质的目的。目前国内有不少研究所和厂家可提供堆肥机械，但大部分是针对畜禽粪便、污泥翻堆处理需要设计的，有的并不适合绿化废弃物，所以一定要根据绿化废弃物的特点进行前期充分调研和考察。目前用于绿化废弃物翻堆的主要有槽式翻堆机和条垛式翻堆机2种：槽式翻堆机造价较贵，比较适合小规模的堆肥场，主要适合处理草末和树叶。条垛式翻堆设备造价低廉，比较适合场地大的堆肥场地，处理堆肥时间较长的树枝等原料；而且条垛式翻堆机可以在场内移动，根据原料情况在场内同时建立好几个堆体，处理原料灵活；有的堆肥场也用铲车来替代条剁式翻堆机，虽然堆体不太规则，但并不影响堆肥正常发酵；铲车还可用于物料场内运输，一机多用。
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（三）鼓风设备
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由于绿化废弃物比较疏松，所以堆肥设备中常用的通风爆气装置在绿化废弃物堆肥中不是很重要，可以视情况决定是否安装。小型堆肥场还有一种采用静态鼓风爆气的方式进行发酵堆肥的模式，发酵时不通过翻堆，而是通过堆体下的管道直接向堆中鼓气，补充氧气，调节温度，促进发酵进程，安装有自动化程度较高的鼓风设备；但应用并不广泛。
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（四）传送和运输机械
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大型的堆肥场可以配备传送带来完成原料在场内的转移运输，但在调研中发现：很多设计了传送设备的堆肥场并没有使用传送带，主要还是使用推车或小型铲车来完成搬运。因为传送装置开动起来过于麻烦，而绿化废弃物的产出量有时并不稳定，推车或铲车使用起来更加灵活方便（周肖红，2009）。
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（五）分选和包装机械
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堆肥产品要进入市场销售，需要将发酵完成后的堆肥按使用要求进行分选并包装。调整分选机的筛网和转速，然后将材料通过分选机就可以将堆肥按不同的颗粒大小分开：大颗粒可作为园林绿地覆盖物；小颗粒则用作园艺基质和土壤改良剂。分选后的堆肥就可包装了。有的堆肥场装备有分装机械，自动化程度很高；小型堆肥场也可以手工分装，配备简单的封口机就可以了。
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四、质量检测和控制
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堆肥产品要保持稳定，需要一套合理的控制模式，将各个技术环节标准化，保证堆肥产品各项指标相对一致。绿化废弃物每年的产出和原料组成主要受季节影响而波动，但成分比较稳定，可以通过合理的控制和配比使堆肥产品达到稳定。所以需要建立合理的物理指标和化学指标评价体系，进行定期检测，达到质量控制的目的（周肖红，2009）。
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案例 美国园林废弃物堆肥化处理实践
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一、美国园林植物修剪物堆肥利用的政策保障
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在美国，园林废弃物成为继报纸之后的第二大城市固体有机废弃物，园林废弃物的收集、处理已不仅是园林部门自身的问题，美国环境保护署将园林废弃物作为城市固体废弃物的重要组成部分，从环境立法角度确保园林废弃物土地利用。早在20世纪80年代末佛罗里达、明尼苏达、俄亥俄州等州政府就禁令将园林有机废弃物焚烧或填埋。之后美国的20多个州都颁布了类似的法律，从政策法规的角度确保了园林废弃物土地利用的有效实施。
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另外许多州还规定当废弃物堆肥材料符合土壤改良材料的质量要求时，政府部门就必须购买或使用这些废弃物的堆肥材料，从立法的角度为废弃物堆肥材料的土地利用提供了政策保障。为了提高园林废弃物的堆肥处理率和土地利用率，许多州还专门设立经费或制定各种政策和计划，引导园林废弃物的堆肥利用。如：成立专门的堆肥协会引导园林等有机废弃物的堆肥；给经营园林废弃物的生产厂家提供购买机械用的贷款；规定收集园林废弃物要征收费用以补贴厂家的运行费；对不同居民数量和园林废弃物产量进行估算以确定堆肥厂家规模、运行的费用等。
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二、美国园林废弃物分类与收集方法
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（一）园林废弃物组成和分类
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美国不同的州对园林废弃物规定的成分不同，一般每个州的环境保护署对本地区内收集园林废弃物的成分来源都有相应的规定。如佛罗里达州规定只收集枯枝落叶、杂草、草坪和小灌木的修剪物，棕榈树修剪的枝条等园林废弃物，禁止在收集时混入塑料袋、石块、沙子和土壤、体积大的垃圾、大的树枝、枝条和处理过的木制品。洛杉矶市规定收集园林废弃物不包括石块、木头、花园装饰物或打碎的花盆；由于塑料袋和金属丝在堆肥过程中不能分解，因此规定收集园林废弃物的袋子不能用塑料袋，也不能用金属丝线来捆扎树枝。而有的州却允许将生的蔬菜、蔬菜皮和园林废弃物一起收集。由于美国各个州的人口、气候、植物组成不一，因此园林废弃物组成也存在差异。
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为了提高堆肥质量，美国提倡根据季节和地区的实际情况，将树枝、草和叶子分类收集或同时收集。由于较大段的树枝不易降解，因此理想的收集方式是将粉碎之前的树枝和草、叶子分开收集。堆肥还可以根据不同来源的材料性质进行合理配比，如叶子可以和草这种含氮量高、利于发酵的原料混合发酵以获得高质量的产品。另外应注意收集过程不要混入其他物质，以免影响发酵过程。
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（二）园林废弃物收集的方法
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每建立一个收集项目，既要考虑大众的方便程度，也要兼顾居民参与收集的热情，基本的收集方法有2种：路边收集和社区定点收集。
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1.社区定点收集
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在实施收集计划前应对本地区内植物生长周期进行估测，算出原材料的产量和收集时间。叶子通常可以从10月中旬开始收集，持续到12月，次年春天可以再次收集，树枝一般在春天和秋天收集。美国EPA530-R-94-003还规定，园林承包商在经营生产过程中产生的大量枯枝落叶允许倾倒至指定地点，在某些需要对固体废弃物进行收费的地方可以给予商家一定的补贴以鼓励其提供堆肥原料。
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2.路边收集
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居民将枯枝落叶放置于自家门前，市政部门进行收集。路边收集的优点在于其参与度高，收集频率根据园林废弃物的类型、社区大小以及预算开支来确定。路边收集计划可以从夏季每周草坪修剪物的收集到每年的树枝收集，社区还需要决定选用哪种方法来收集，收集来的材料可以放置于室外专用容器（如集装箱）中或者装载架上。美国许多州都建立了自己的堆肥协会，对大众公布联系方式，鼓励居民参加堆肥协会，并为居民提供各种方便。另外有些州还免费提供收集用的容器或袋子；也有的在网上公布收集的地点、时间和路线图；有的州还规定参加的居民必须交纳一定费用。
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总之，关于园林废弃物的收集在美国每个州都有非常详细的规定，为园林废弃物的有效收集提供了保障。
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三、园林废弃物堆肥工艺
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（一）预处理
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1.原材料的分类和不易发酵、不发酵物的去除分类
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根据不同因素诸如终端产物、操作流程和技术，对不需要的材料进行去除和分类。园林废弃物运到发酵场地之后，需要对其中影响发酵过程的因素进行检查，将铺于卸载台上的原材料摊开检查。工作人员手工去除其中不需要的物质，如发酵流程干扰物、抑制物、对发酵过程及产物使用造成安全隐患的物质，以及根据发酵产物整体外观去除不需要的物质。像塑料袋的去除是发酵过程中一个比较麻烦的问题，它影响到发酵设备的正常运行，因此美国许多州规定不能用塑料袋来收集园林废弃物，从源头上阻止塑料袋进入堆肥程序。
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2.原材料颗粒大小控制
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园林废弃物原材料尺寸的缩小可以增加其比表面积，以利于微生物的分解作用。但是材料过于粉碎，发酵堆通气状况变弱，氧气通入量降低，也会影响发酵的进行。最高的发酵效率需要在颗粒大小和通气状况之间寻找平衡，一般规定颗粒大小控制在1.3～7.6cm之间，其中较小颗粒适合强制通风系统，较大颗粒适合用于翻堆或其他被动通风对流系统。
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3.发酵过程各项参数的最优化
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为了加快发酵的进行并提高堆肥质量，对影响堆肥质量的各个参数进行优化。水分含量：控制在40%～60%之间，可以通过含水量高的草和含水量低的树枝混合、加水、搅拌或机械通风等方式来调控。碳氮比：发酵材料的碳氮比控制在25∶1～35∶1之间。酸碱度：原材料酸碱度越接近7，发酵过程的效率越高。新鲜叶子的酸碱度在7左右，果类废料的酸碱度呈弱酸性。pH高于8时，加入酸性物质如柠檬汁；pH低于6时，加入石灰。由于pH是个自动调节的过程，所以没有必要使其达到某一指定值。搅拌：为获得最佳发酵状态，需要经常进行搅拌。发酵前，搅拌是原材料分类粉碎之后非常重要的步骤。对于简单的堆肥而言，搅拌不必精确，在粉碎和堆置的时候将不同原材料进行布料即可。而要求较高的搅拌则需要齐全的设备，如搅拌机、装料桶和螺旋式翻堆器等。
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（二）发酵堆置过程
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原材料预处理后可进入堆置阶段，其过程分为2个阶段：发酵阶段和加工阶段。
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1.发酵阶段
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微生物的利用可加速发酵过程中可利用、易分解的营养物质分解。发酵可以在简单的环境中进行，也可以在外力环境作用下强制进行。通常发酵堆置过程包含以下几步：静态堆置、翻堆、静态堆的通气、管式导入发酵系统。静态堆置：静态堆置操作简便，通常一年护理一次（产品化的堆肥需要添加菌种并且经常翻堆，护理频率相对较高）。护理时需要翻堆，方法是用铲车将堆顶部分的材料铲出放置于另一位置，再将原静态堆下面的材料铲放至新堆之上，放置时应使材料从高处散落，理想状态的堆高为1.5m左右，以达到混合的作用，并注重过程中温度和湿度的控制。翻堆：经常翻堆可以使发酵材料分解均匀，外部温度较低的材料翻至堆内以获得高温来适应促进发酵的微生物的生长条件。
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为了便于工作人员对堆肥进行管理，堆肥最好在具有顶棚的场地进行。堆不宜大，宜小，便于操作。通气式静态堆：通气式静态堆也称强制通风堆，堆高通常在3m左右，是一种高科技的发酵方法。这种发酵方法不受场地大小限制，在一年内完成发酵。管式导入发酵系统：管式导入发酵系统是一种高科技全封闭的操作系统。此法可以控制所有关键环境指标，控制全部自动化。但因为其昂贵的造价，应用者很少。
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2.加工阶段
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发酵一旦完成即进入加工阶段，加工过程至少为一个月。在这个阶段，堆肥进一步腐熟，中温菌在里面繁殖。加工阶段不仅仅是个时间的过程，还需控制条件以便确保最终产物的完成。
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3.后加工
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后加工具有选择性，根据用户或市场的要求对发酵产物进行加工精制。后加工阶段，通过分析来确保产物的稳定性。还需要对产物的化学性质、致病性植物毒性、致病性和营养成分等进行检测。一旦得出检测结果，就要印制在产品标签上，用户可以对产品成分一目了然，并根据自己的需要选择产品。标签上还印有原材料的成分、质量、容量、建议使用方法、合理使用配比、使用限制警告、生产厂家地址和名称等。
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四、制定园林废弃物产品的质量标准和园林废弃物覆盖技术规范
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美国根据堆肥产品的不同用途划分不同产品类型，如用于改良土壤、覆盖、盆栽等，并根据不同用途制定不同的产品质量标准，分别对腐熟度、pH、盐分、颜色、气味、杂物、重金属和耗氧速率等进行规定，为堆肥产品的科学、合理使用提供技术保障。覆盖也是美国园林废弃物利用的重要方式，园林废弃物可以直接覆盖，也可以堆肥处理后再覆盖。
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美国也有相应的园林覆盖技术规范：一般覆盖厚度不超过10cm；在覆盖层次上，一般在下层的2～5cm内以养分丰富的细粒径为好，在上层的5～8cm以养分含量少、粒径大于20mm的为好；覆盖层离树干5～7.5cm左右；离建筑物15～30cm左右；新种植的植物在种植后就直接覆盖，对于已种植较长时间的植物，最佳覆盖季节是每年的春末；草等比较容易腐烂的园林废弃物不宜作为覆盖产品，而松树皮、松针、碎硬木、碎木片、核桃壳等不易分解的园林废弃物是很好的覆盖产品；木片作为覆盖材料时大小厚度也要适中，一般厚度在0.5～1cm、大小在3～8cm左右比较合适。
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在美国有不少从事有机覆盖物生产和销售的厂家，特别是将有机覆盖物染成各种各样的颜色，还起到很好的景观装饰作用，对提高城市景观效果作用非常明显，有机覆盖物在美国已成为一种比较成功的园林绿化建设产品。
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第三节 园林废弃物资源化利用产业发展模式
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一、产业导入期:政府培育的产业发展模式
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在产业导入期，由于新产业刚刚诞生或初建不久，创立投资和产品的研发费用较高，而且此时技术上有很大的不确定性；产品市场需求狭小，导致销售收入较低，投资人财务上可能不但没有盈利，反而普遍亏损。因此，较高的产品成本和价格与较小的市场需求使投资人面临很大的投资风险。这些特点使得社会投资人在该阶段没有投资的动力。因此，在产业导入期，政府在园林绿化废弃物资源化利用进程中应扮演主要角色，提供强力资金、政策支持，是一种政府培育的产业发展模式，主要体现在政府直接进行投资、提供补贴、加强宣传和技术研发以开辟市场。
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二、产业成长期:政府培育与市场调节相结合的产业发展模式
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在产业成长期，园林绿化废弃物的资源化是核心任务。也就是说，在该阶段，不仅仅是将园林绿化废弃物进行收集简单处理、适度加工，关键是要提高园林绿化废弃物资源化处理的产品化率，产品化的主要方向可以是有机肥料、基质、生物质燃料等。在产业成长期，新产业的产品经过广泛宣传和消费者的试用，逐渐以其自身的特点赢得了大众的欢迎或偏好，市场需求开始上升，新产业也随之繁荣起来。由于市场前景良好，投资于新产业的厂商会有所增加，产品也逐步从单一、低质、高价向多样、优质和低价方向发展，因而新行业出现了生产厂商和产品相互竞争的局面。生产厂商不能单纯依靠扩大生产量、提高市场份额来增加收入，而必须依靠追加生产、提高生产技术、降低成本以及研制和开发新产品的方法来争取竞争优势，战胜竞争对手和维持企业生存。
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因此，该阶段政府在园林绿化废弃物资源化利用进程中还要扮演重要角色，通过政策、法律和投资等手段，支持园林绿化废弃物资源化利用产业的发展，是一种政府培育与市场调节相结合的产业发展模式，主要体现在政府仍需进行投资、减少补贴，继续加强宣传和技术研发以支持市场增长。
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三、产业成熟期:市场自行调节的产业发展模式
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在成长阶段的后期，由于产业中生产厂商与产品竞争优胜劣汰规律的作用，市场上生产厂商的数量在大幅度下降之后便开始稳定下来。由于市场需求基本饱和，产品的销售增长率减慢，迅速赚取利润的机会减少，整个行业开始进入稳定成熟期。产业的成熟阶段是一个相对较长的时期，在竞争中生存下来的少数大厂商垄断了整个行业的市场，每个厂商都占有一定比例的市场份额。由于彼此势均力敌，市场份额比例发生变化的程度较小。厂商与产品之间的竞争手段逐渐从价格手段转向各种非价格手段，如提高质量、改善性能和加强售后服务等。由于受不确定因素的影响较少，产业的波动也较小。此时，投资者蒙受经营失败而导致投资损失的可能性大大降低，因此，他们分享产业增长带来的收益的可能性大大提高。
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这一时期的特征表现为市场增长率不高、需求增长率不高，技术上已经成熟，行业特点、行业竞争状况及用户特点非常清楚和稳定，买方市场形成，行业盈利能力下降，新产品和产品的新用途开发更为困难，行业进入壁垒很高。由于上述特点，在产业成熟期，园林绿化废弃物资源化利用是一种市场自行调节的产业发展模式，政府的作用逐渐弱化，主要是在标准的制订和市场的规范上起作用。
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四、产业发展模式下的政府作为
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（一）健全法律法规，改善产业环境
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国外的成功经验表明，园林绿化废弃物资源化利用的产业发展需要政府在法律法规的制订上给予支持。如美国在1994年颁布了关于园林绿化废弃物和城市固体废弃物堆肥的EPA530-R-94-003法则，对工艺程序、相关法令和标准都有严格规定，还规定当废弃物堆肥材料符合土壤改良材料质量要求时，政府部门必须购买或使用这些废弃物堆肥材料。因此，我国政府应建立健全园林绿化废弃物资源化利用产业法律法规体系，增加强制手段，规范社会单位园林绿化废弃物的收集与处理。立法规定园林绿化建设工程所产生的废弃物必须送到收集站点或加工厂，规定政府部门优先使用利用园林绿化废弃物生产的产品，起到表率示范的作用。强制小型用户进行锅炉改建，使用生物质燃料；鼓励花圃、苗圃、果园等单位使用一定量的有机肥、基质、土壤改良剂等。运用强制和鼓励相结合的方式推广相关产品。
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（二）完善政策体系，推动产业发展
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为推进再生资源利用促进法的实施，日本政府在1992年规定：对控制污染的设备减税21%，对再生利用设备减税15%。地方政府对购置废弃物处理设备、加工利用设备免除财产税、土地占用和经营场所税。在我国园林绿化废弃物资源化利用的产业发展模式中，需要制定对园林绿化废弃物处理厂的土地优惠政策，制定贷款和融资等方面的资金扶持政策，建立起完善的园林废弃物处理网络。制定用原料换成品和积分制的政策，在扩大成品销量的同时，提高农村居民及社会单位收集园林绿化废弃物的积极性，促进园林绿化废弃物的充分利用。
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（三）完善标准体系，加快产业化步伐
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在园林绿化废弃物资源化利用产业发展模式中，政府要制定标准化生产技术规范和产品质量等级标准，推动企业进行质量管理认证，避免行业整体的浪费和低效生产，提高园林绿化废弃物资源化利用产品的质量和从业人员素质，为园林绿化废弃物资源化利用产品的市场推广打下基础。建立园林绿化废弃物资源化利用生产基地技术规程与年检标准指标体系，普及推广园林绿化废弃物资源化利用生产企业认证制度。制定统一严格的原料标准，规范园林绿化废弃物的收集，对于原料的来源、质量等进行明确，引导园林绿化废弃物的分类及有效利用。
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（四）完善科技体系，提供技术支持
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当产业中技术创新不能给企业带来独享的收益时，需要政府在技术上给予支持。政府可以针对产业存在的共性问题，鼓励企业开展适用技术的创新研究和推广，鼓励产学研之间结合以及科研单位之间的联合攻关，重点在成型生物质燃料的设备改进和有机肥料的处理技术等环节取得突破，建立园林绿化废弃物利用的创新体系。建立园林绿化废弃物资源基础数据库及加工站点分布数据库，保障总体规划布局的合理性。
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（五）加大宣传力度，提高公民意识
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在园林绿化废弃物资源化利用的产业发展模式中，公民意识是提高园林绿化废弃物收集率和打开成品市场的关键，而公民意识的提高需要政府的努力。政府应借助公交站点、车辆、学校、公园和旅游景点，通过制作科技标识、图片、声像、标本陈列等多种形式，加大园林绿化废弃物利用的科普教育和宣传力度，形成常态化的宣传机制。引导公众科学合理使用园林绿化废弃物生产的产品，推动市场的发展，形成全社会关心、支持园林绿化废弃物资源化利用产业发展的良好社会氛围。
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第四节 园林废弃物资源化利用产业发展存在问题与建议
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一、存在的问题
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（一）产业模块划分
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园林绿化废弃物资源化再利用产业涉及因素众多，各因素又存在不同层面的诸多问题。为了理顺产业发展不同部分间存在的问题，合理有效地探讨问题间的逻辑结构，应对产业系统进行科学的划分。本研究根据不同模块的主导功能，将园林绿化废弃物资源化再利用的产业链划分为四个模块，分别是以产业原料产生与供给为主导功能的原料产供子系统模块、以园林绿化废弃物资源化再利用产品的成品实现为主导功能的产品产出子系统模块、以实现商品交换为主的交易市场子系统模块和以产业政策为导向的政策体系子系统模块（马龙波等，2010）。
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基于主导功能划分的各子系统模块间的关系并不是独立的，而是紧密相关，互为制约，共同作用于整个产业系统。原料的产出与供给是成品实现的前提和保障，也是形成终端消费市场的基础条件。没有充足的原料保障就失去了产业存在和发展的物质条件，也就没有了所谓的产业链。同时，市场形成和流通必须以产品为物质基础，产品是实现市场交易的物质载体，而市场交易是产品价值体现的途径，一个产品只有实现了市场交换后才能成为有价值的商品。政策体系子系统与其他三个子系统间也是相互作用的。产业从其产生、发展到成熟等不同阶段都有政策的影响，都需要产业政策给予扶持、引导、调整与促进，以规范产业运行轨迹，并通过具体市场运作的表现反馈政策实施效果与不足，促使产业政策不断调整，最终实现政策与市场的协调。
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（二）产业发展存在问题的模块化梳理
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为了更系统、清晰地描绘园林绿化废弃物资源化再利用产业发展存在的诸多问题，本研究在前述系统模块划分的基础上，通过实地调研、访问等所取得的资料，提出问题，并在此基础上对产业发展问题进行归类，总结出各个系统内部阻碍产业发展的基本问题，说明问题来源，在此基础上对各个问题进行详细的实证说明、缘由分析与解决途径探讨。
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表6-2 产业问题模块化梳理表
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表6-2 产业问题模块化梳理表（续）-1
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二、对现存问题的分析
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（一）原料产供子系统存在的问题
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围绕原料产供子系统中原料的来源、收集、供给状况，综合分析提出园林绿化废弃物的资源虽丰富但利用率不高和园林绿化废弃物的收集和运输是制约产业发展的瓶颈两大问题。这两大问题之间既各自独立存在，又相互作用，表现为因果促进的关系。园林绿化废弃物资源化利用率不高的问题可以北京市的情况为例进行分析。北京市城区和远郊区县产生的园林绿化废弃物总量约为 515124万t，但由于各种原因，除极少数进行了循环利用（用来生产生物质固体燃料、有机化肥等）外，其余大部分被当作生活垃圾送入填埋场进行处理。北京市现有9家园林绿化废弃物处理利用中心，但现有生产厂家的总处理能力还不到5万t，仅为城区园林绿化废弃物总量的4%左右。
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造成园林绿化废弃物资源化再利用程度比较低的原因有很多方面。园林绿化废弃物的种类繁多，区域分布广，诸多自然因素限制了对原料资源的充分利用。而这种现状是仅凭该产业自身发展无法改变的。原料利用程度不高的另一表现是对目前人力、物力可及范围内的园林绿化废弃物还未充分利用，经济因素是造成这一现象的主要原因。一般情况下，只有原料收集后出售的货币收入高于其所耗劳动力的平均市场价格，才产生促进原料所有者收集并出售原料的动力。但目前，北京市的园林绿化废弃物一般与生活垃圾一起由环卫部门收集运往垃圾填埋场，还有大量的园林绿化废弃物被遗弃，甚至很多单位和个人将园林绿化废弃物视为累赘，这是由于人们对园林绿化废弃物的价值认识有限造成的。同时，园林绿化废弃物数量统计工作滞后或欠缺，使得相关产业发展规划的制订无从下手，也限制了园林绿化废弃物的资源化利用。
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因此，在该系统中原料利用不足是一个问题，但仅是个表象问题，其深层次的原因是对园林绿化废弃物的价值认识有限。同时，由于园林绿化废弃物比较蓬松分散，给原料的收集、运输和储存带来一定的困难。一辆载重10t的垃圾清运车只能拉2t树叶，其耗油、污染排放和工作流程等巨大的成本决定了其利用率低的结果。
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加工企业在其初始生产能力设计阶段都会考虑到原料来源、需求量、合理的收集半径、运输条件和储存能力。对生产商而言，原料收集成本不仅包括支付的原材料价格，还包括原料的运输费用、堆放和保存原料所需的费用以及其他风险损失费等。过高的综合成本会提高其生产成本。可见，原料收集成本的高低也直接影响着生产加工企业业主的经营决策，进而影响到整个产业的发展。
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因此，原料的收集成本是该子系统存在的核心问题，不论是利用率还是储运条件都与它有着千丝万缕的关系。
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（二）成品产出子系统存在的问题
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生产成本高、产品附加值低、客户面窄、生产企业举步维艰几乎是调研中了解到的普遍现象。目前，北京城区园林绿化废弃物肥料化利用每立方米的处理成本约为370元，而其成品的替代品草炭土每立方米的售价仅为140～160元左右，成本的居高不下使得产品失去应有的竞争力。同时，园林绿化废弃物的加工处理技术不高导致产品附加值低也降低了其竞争力。以肥料加工厂为例，目前的处理技术都是先将废弃物粉碎，然后添加生物菌剂进行发酵。整个过程基本是人工操作，机械化程度较低；发酵周期较长，也增加了占用场地的成本，这些都使得成品不具有竞争力。
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园林绿化废弃物经过添加生物菌剂发酵后生产的基质稳定性不够，总体上存在EC值和pH高的问题，用于绿化种植尚可，但由于价格高，绿化工程一般不予使用；如用于花卉生产则大部分产品质量尚不符合要求。产品缺陷是该系统的一个问题，但研究发现，这都是物品自身属性和技术不过关的结果，在无法改变其自身属性的前提下技术才是解决问题的关键。加工处理技术水平是园林绿化废弃物利用走向资源化和产业化利用的关键，也决定着利用方式选择的空间，技术水平的高低、先进与否是园林绿化废弃物处理能够走上正规化、高效率的产业发展道路的决胜法宝。而技术问题除了会导致产品质量受影响以外，相应地也会提升单位产品生产成本，提高产品市场价格，其结果是造成产品市场销量减少和企业经营利润萎缩，使得部分企业难以为继，从而严重阻碍了产业的发展。
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综上分析，成品产出系统存在的主要问题是生产成本高，企业难以为继；加工处理技术不过关，影响产品的附加值。
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（三）市场交易子系统存在的问题
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市场交易是实现产品商品化的必经途径，是园林绿化废弃物资源化再利用产业存在的基础。通过调研总结可知，该子系统存在的主要问题有用户对产品认知不足、长期使用偏好、环保意识淡薄、产品自身缺陷及与同类产品相比的劣势和产品选择时经济因素影响等五大问题。
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环保意识和使用偏好在表现形式和内容体系上有所不同，但二者之间又有一定的相关性。以燃煤为例，环保意识强的用户了解烧煤炭产生的废弃物对人体健康及生态环境的影响，即使原来对煤炭使用的依赖度较高，也有改变用能方式、选择生态、环保的产品的动力。产品认识不足是指很多用户对园林绿化废弃物及其生产的肥料、燃料是何物、如何用、有何好处等基本信息几乎不了解。用户对产品的无知是阻碍产业发展的重大问题，其重要度远甚于用户环保意识薄弱和传统使用偏好对产业发展的影响。随着近年来经济水平的提高，很多农村居民的生活水平发生了巨大变化，部分人也有强烈的改变高污染用煤习惯的意愿，只是苦于没有合适的替代物。而蔬菜大棚、饭店等小型用户也有改变用能的意愿，而由于各级政府及相关企业缺乏对生物质能的宣传，致使他们对产品不了解。从有机肥料和基质的市场情况来看，问题更为严重，除了园林绿化部门内部和个别企业对有机肥料和基质有所认识外，大多数企业和个人对此几乎一无所知，肥料厂的产品销售率极低就是一个表现，用户更喜欢用见效快的无机肥料，利用废弃物生产的有机肥料的市场交易体系尚未建立。试想中国潜力如此巨大的消费市场，只要3%的具有环境意识且乐于改变过度依赖煤炭和化肥的群体了解生物质燃料和有机肥料的优点，该产业肯定会有良好的市场发展空间。
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从产品认知、环保意识与使用偏好三者关系推理中也可发现，只要决策层有足够的认识，加大对肥料、生物质燃料的宣传、推广与产业政策扶持，只要相关企业多通过媒体、网络等广告手段引导用户，就会唤醒用户的环保意识，改变传统习惯，使更多的人接受有机肥料和生物质燃料。
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一般而言，经济因素是与其他几大因素成正相关的，即随着生活质量的提高，人们对环境的认识加深，更倾向于使用洁净、环保的可再生能源和有机肥料。可以说经济因素是左右用户产品选择，决定产品市场前景的最核心因素。对北京市大兴区农户生活用能关心要素调查显示，60%的农户在选用能源时首先考虑的是价格因素，有69.23%的农户表示若成型生物质燃料价格低于煤炭价格，才会考虑用其替代煤炭。
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通过以上分析可知，经济因素和对产品的认识程度是影响园林绿化废弃物产业发展的关键。
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（四）政策体系子系统存在的问题
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政府政策是园林绿化废弃物资源化再利用产业发展的外部软环境，对产业发展是至关重要的。
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在有关园林绿化废弃物资源化再利用的政策方面存在政策缺失和缺乏可操作性的问题。国家关于园林绿化废弃物资源化再利用的政策只有建设部《关于建设节约型城市园林绿化的意见》中指出的“鼓励通过堆肥、发展生物质燃料、有机营养基质和深加工等方式处理修剪的树枝，减少占用垃圾填埋库容，实现循环利用”。其他政策基本都是针对一般废弃物综合利用的，并未涉及具体的园林绿化废弃物，政策缺失致使园林绿化废弃物资源化再利用产业无专门的法律法规给予规范、支持。同时，已有的部分政策又过于宏观，缺乏可操作性，使得相关配套措施如财政补贴、金融贷款、税费减免等难以落实到位，造成财金政策失位。
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产业政策不合理的本质原因是上层领导部门对该产业的认识和重视程度不够。政府不重视产生的负面效应还包括缺乏对关于园林绿化废弃物资源化再利用在生态环境保护、能源安全等的广泛宣传，缺乏对支撑该产业发展的科技资金和科研人才的投入。综上可见，造成目前政府政策支持乏力而引起政策体系子系统一系列问题的关键是决策层对该产业的认识和重视程度不够。
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三、关于产业发展的政策设计
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（一）政策工具分类
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调节产业发展的政策工具种类繁多，根据政策工具的性质作用将其划分为命令—控制型工具、经济激励型工具和自愿型工具。
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表6-3 政策工具分类表
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（二）产业发展政策建议
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1.针对原料产供子系统的政策建议
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园林绿化废弃物资源化再利用产业原料产供子系统存在的主要问题是绿化废弃物的收集和运输受限以及利用率不高。针对问题选用的政策工具有政府规划、各级政府宣传、政府价格补贴、政府投资等。具体政策建议如下：
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（1）制定园林绿化废弃物资源化再利用产业发展规划。各级政府机关及相关部门应积极规划、科学布点，提高园林绿化废弃物的利用率，促进产业发展。园林绿化废弃物资源化再利用加工企业的布局要合理，在节约企业收集原料成本的同时，保证园林绿化废弃物的及时收集和利用。
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（2）各级政府要加大宣传教育力度，提倡合理使用园林绿化废弃物资源。各级政府产业管理办公室应通过广播、电视、报纸、主题日等形式加大宣传园林绿化废弃物资源的可利用性，引导人们认识焚烧、乱弃园林绿化废弃物的危害性，促进园林绿化废弃物的充分利用。
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（3）划拨专项计划资金，补助原料收购价格。美国环境保护署1994年颁布了园林废弃物和城市固体废弃物堆肥的EPA530-R-94-003法则，允许园林承包商把在经营生产过程中产生的大量枯枝落叶倾倒至指定地点，在某些需要对固体废弃物进行收费的地方可以给予商家一定的补贴以鼓励其提供堆肥原料。我国也可以借鉴这样的做法，由国家财政和地方政府共同出资，提供园林绿化废弃物资源化再利用产业发展专项扶持资金，对符合原料质量标准的产品以吨为单位实行价格补贴。
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（4）将园林绿化废弃物资源化利用的场站建设和运输设备的购置列入政府投资范围。由国家和地方政府共同出资，进行园林绿化废弃物资源化利用的加工厂和处理点的建设；用压缩车进行园林绿化废弃物的收集运输，可将废弃物压实后再运输，以提高运量；可由政府出资购买压缩车，将园林绿化废弃物收集后运往加工厂。
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2.针对成品产出子系统的政策建议
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园林绿化废弃物资源化再利用产业成品产出子系统存在的主要问题是处理和利用的技术水平低，没有统一的行业标准；生产成本高，产品附加值低；销售渠道狭窄等。针对问题选用的政策工具有财政补贴、建立生产技术标准、政府采购、法律强制性推广、优惠政策等。具体政策建议如下：
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（1）政府对企业的研发和生产进行财政补贴。财政部需加大科技经费投入，解决现存的园林绿化废弃物加工利用技术问题，鼓励引进国外先进技术，支持新技术新产品的开发；设立专项基金对进行技术创新的企业给予表彰或一定的税收减免；尽最大可能提高产品的附加值，同时降低生产成本。
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国家需列出专项资金计划，对园林绿化废弃物进行利用的生产企业按一定标准每年给予一定数量的财政补贴，使企业能够维持正常的生产经营，补贴额度可以随产业发展情况进行动态调整。
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（2）完善园林绿化废弃物加工利用技术标准体系。美国颁布的EPA530-R-94-003法则对园林废弃物收集、分类、发酵和后加工的工艺程序、相关的法令和标准都有严格规定，我国也可借鉴其做法，相关政府部门在技术领域尤其是新技术方面承担技术标准的制定和规范工作，并鼓励、倡导以行业协会的方式促进产业技术的规范和发展。
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（3）实行政府采购以推广相关产品。政府部门在政府采购中应优先采购园林绿化废弃物资源化利用的产品，身体力行支持产业发展，譬如，园林绿化部门内部采购肥料、基质用于园林绿化，苗圃、花圃等单位优先使用基质、生物质燃料等；规定政府机构采购标准，对能源、肥料等产品的选择有所限制；建立环境标志产品政府采购评审体系和监督制度，保证政府采购工作落到实处。
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（4）政府制订相关法律、法规，强制性推广相关产品。政府制订相关法律、法规，强制性推广相关产品，借鉴有些地区禁止使用有污染的化石能源的做法（如郑州、苏州市区内不允许烧煤），建议运用政策和法规的形式，积极推广生物质燃料，限制使用化石能源。可以划定部分区域试点强制使用，然后逐步扩大推行范围，并规定在一定范围内不遵守相关法律法规要给予处罚。
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（5）政府制订优惠政策引导销售。政府制订优惠政策引导消费，譬如医院、学校、酒店等小型用户如果使用生物质能源就能享受一定的价格或税收优惠，如果达到某种减排、减量标准，可以给予试点单位或者部门一定数额的奖励。
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3.针对市场交易子系统的政策建议
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园林绿化废弃物资源化再利用产业市场交易子系统存在的主要问题是用户对产品的认识不足，存在使用偏好，环保意识淡薄，与同类产品相比的劣势和用户选购时经济因素的影响较大等。针对问题选用的政策工具有对产品进行宣传、财政补贴、建立标准体系等。具体政策建议如下：
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（1）各级政府对园林绿化废弃物资源化再利用的产品应进行广泛宣传。加强用户对园林绿化废弃物资源化再利用的产品的认知及环保意识。具体形式包括举行园林绿化废弃物资源化再利用产品宣传周，宣传园林绿化废弃物资源化再利用产品的知识；通过新闻媒体对园林绿化废弃物资源化再利用产品进行宣传，刊登环保公益广告；在主要的街道及布告栏等明显位置张贴园林绿化废弃物资源化再利用产品的宣传画；采取由政府提供部分资金支持，企业免费提供产品试用，让潜在用户对产品有实质性的认知；在相关地区建立示范点，引导潜在用户进行参观，加强对相关产品的效果认知。通过宣传教育，增强公民的环保意识，让更多的人认识到使用园林绿化废弃物资源化再利用产品的好处和优越性。
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（2）政府对用户提供财政补贴。考虑到经济因素对用户选择的重要性，政府可按购买数量向产品的购买者进行价格补贴，使园林绿化废弃物资源化再利用产品价格原则上不高于替代品的价格。
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（3）制定园林绿化废弃物资源化再利用产品的标准体系。政府及相关的行业协会应制定园林绿化废弃物资源化再利用产品的标准体系，对产品的相关技术参数进行规定。
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从上述园林绿化废弃物资源化再利用的政策制订过程可以看出，由于产业内容政策体系子系统存在的问题，导致了原料产供子系统、成品产出子系统和市场交易子系统的问题，致使该产业发展受限。
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第七章 农业废弃物资源化利用发展趋势与政策建议
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第一节 农业废弃物循环利用发展前景与趋势
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一、农业废弃物的肥料化方向
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（1）直接还田。如秸秆和粪肥直接还田等，该技术操作简单、省工省事。有关试验研究表明，秸秆连续还田2～3年后土壤孔隙度增加2.1%～4.1%，有机质增加0.5～1.7g/kg，速效钾增加15.0～18.7mg/kg，碱解氮、速效磷也都有所提高，年均增产粮食534kg/hm2。
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（2）发酵还田。如各种堆肥（好氧），沤肥（兼性厌氧）、沼气肥（厌氧）等，都是利用微生物进行生物化学反应，将有机废物转化成类似腐殖质的高效有机肥。其中，堆肥和沤肥由于简便易行而被广泛采用，而厌氧发酵生产沼肥因投入与维护问题，推广和应用受到了一定的限制。
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（3）生产有机无机复合肥。将畜禽粪便、有机垃圾等经一系列工艺处理（如高温、高压等），加工成无病菌、无毒、无臭，并便于运输和贮存的有机复合肥料，使其既含有机成分，又含无机成分，既可实现氮磷钾平衡，又可实现有机与无机的平衡，具有较大优越性。
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二、农业废弃物的饲料化方向
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农业废弃物的饲料化包括植物纤维性废弃物的饲料化和动物性废弃物的饲料化。植物纤维性废弃物主要指农作物秸秆类物质，其中含有纤维类物质和少量的蛋白质，经过适当的技术处理，便可作为饲料应用。主要的技术有通过微生物处理转化，将秸秆、木屑等植物废弃物加工变为微生物蛋白产品的技术；通过发酵对青绿秸秆处理的青贮饲料化技术；通过对秸秆氨化处理，改善原料适口性和营养价值的氨化技术。
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动物性废弃物的饲料化主要指畜禽粪便和加工下脚料的饲料化。禽粪便中含有许多未被利用的营养物质，如干燥鸡粪含粗蛋白23%～31.3%，粗脂肪8%～10%，还有各种必需的氨基酸和大量维生素，用于喂猪、养鱼，效果良好。由于动物性废弃物的直接饲料化存在较多的安全卫生问题，因此，必须进行一定的无害化处理方可使用。
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三、农业废弃物的能源化方向
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利用各种农业废弃物发酵生产沼气，可以显著提高热效率。据统计，我国农村目前用作薪柴直接烧掉的农作物秸秆占总量的65%～84%，这种方式只利用了其热能的10%左右，而若改为发酵沼气燃烧可使热效率提高94%。同样，通过沼气发酵也可使粪便中不能直接燃烧的能量得到充分利用。沼气除了可供烧饭、照明、取暖外，还用来进行大棚温室种菜、孵化雏鸡、增温养蚕、发电等。目前关于农业废弃物能源化方面主要集中在高效沼气发酵装置与配套设备及其发电工程系统的研究；中热值秸秆气化装置和燃气净化技术的研究；秸秆直接燃烧供热系统技术的研究；纤维素原料生产燃料乙醇技术的研究；生物质热解液化制备燃料油、间接液化生产合成柴油和副产物综合利用技术的研究；有机垃圾混合燃烧发电技术的研究，以及“能源—环境工程”生态农业综合利用模式的研究等方面。
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四、农业废弃物资源的材（原）料化方向
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利用农业废弃物中的高蛋白质资源和纤维性材料生产多种生物质材料和生产资料是农业废弃物资源化利用的又一个重要领域，有着广阔的前景。例如利用农业废弃物中的高纤维性植物废弃物生产纸板、人造纤维板、轻质建材板等材料；通过固化、炭化技术制成活性炭材料；利用稻壳作为生产白炭黑、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷的原料；利用秸秆、稻壳经炭化后生产钢铁冶金行业金属液面的新型保温材料；利用甘蔗渣、玉米渣等制取膳食纤维产品；利用棉秆皮、棉铃壳等含有酚式羟基化学成分制成吸收重金属的聚合阳离子交换树脂等。
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五、农业废弃物资源的基质化方向
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农业废弃物经适当处理可作为农业生产很好的基质原料，可用来栽培食用菌和花卉，养殖高蛋白蝇蛆、蚯蚓等。如利用各种秸秆、棉籽粉碎后作培养基，每千克可产菇1～2kg；用食用菌下脚料喂蚯蚓，每万条1d消耗4kg废料，这方面具有较好的生产应用前景。
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六、农业废弃物资源的综合生态化方向
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根据生态学的食物链原理，将农业废弃物作为产业链中的一个重要环节，进而实现物质的多重循环和多次转化利用，提高资源利用率及整体效益。以“秸秆—食用菌—猪—沼气—肥田”模式为例，其能量利用率可达50%以上，有机质和营养元素的利用率可达95%。但若秸秆只经过牲畜过腹还田，则其能量利用率仅为20%，氮、磷、钾等营养元素的利用率仅为60%。目前，我国这方面的生态农业利用模式很多，如“猪—沼—果”模式、“猪—沼—鱼”模式等，重要的是要进行大面积的推广应用。其技术发展趋势主要表现在以下几个方面：
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一是研究目标趋于综合性。在有效提高农业废弃物资源化利用率的同时，日趋关注对解决“三农”问题的实质性贡献以及对区域生态环境可持续性的影响。
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二是研究手段趋于多元性。从着重对自然科学技术的研究，逐步转为自然科学技术研究与自然科学和社会科学研究的有机结合。如生态技术与工程按生态学和生态工程学的原理，提升或研发新的农业废弃物生态技术。按“整体、协调、循环、再生”和系统工程原理优化组装成农业废弃物系统生态工程模式，将是农村尤其是山区农业废弃物资源化的主要途径。
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三是研发方式趋于技术升级与系统集成。开发单类技术已难以满足农业废弃物资源化综合利用目标，利用高新技术对传统技术与产品进行升级改造以及技术系统集成的重要性日趋凸显。如生物技术通过农业腐生生物及高效微生物的转化，构建能降解多种难降解物质的高效、多功能的工程菌等，使农业废弃物转化更加有效。
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四是研发技术趋于机械化、规模化、专业化。环境工程技术针对大中型养殖场畜禽粪便和农业秸秆处理中堆肥和沼气等技术与设备的升级，将有助于废弃物处理和资源化向机械化、规模化、专业化方向发展。随着现代信息技术、生物技术、计算机技术、先进制造技术、高分子材料等领域取得的重大科学突破，正深刻影响着我国现代农业高效利用废弃物资源技术的发展进程，为其科技含量大幅提升带来新的机遇与契机。现代农业高效利用废弃物资源技术研究正从“精量、高效、低耗、环保”等理念入手，开展前沿与重大关键技术研究，基于高新技术对传统技术与产品进行改造升级，强化各类农业废弃物资源化利用技术与方法间的有机紧密结合。
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第二节 农业废弃物资源化的发展战略
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一、总体发展思路
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1.单项技术
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以现代生物技术、信息技术和工程技术提升现有技术和产品的技术含量。比如发酵工程中微生物的筛选和高效工程菌的构建，高效率的机械设备与生物技术有机结合，通过工艺和工程技术的升级和设备水平的提高，提高废弃物无害化、资源化的效率和产品质量。
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2.技术集成
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依据不同地区资源优势和经济发展水平，因地制宜利用现代科学技术并与传统农业技术相结合，按照“整体、协调、循环、再生”的原则，运用系统工程方法，将各种技术优化组合，构建农业废弃物资源化高效利用生态模式。建立和完善农业废弃物资源化利用标准技术体系和技术保障体系。实现生态环境与农村经济两个系统的良性循环，达到经济、生态、社会三大效益的统一。
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二、发展战略重点
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通过废弃物处理与资源化技术升级和产品拓展，实现废弃物资源化产品的无害化、高效化、高质化和工业化。具体有10个重点课题，即：农业废弃资源肥料生产技术与产业化；农业废弃资源饲料化技术与产业化；农业废弃资源新材料生产技术与产业化；农业废弃资源生产生化制品技术与产业化；基于信息技术的废弃物环境安全和预警体系研究与建设；农业废弃物污染治理环境工程与生态技术；用于环境污染物治理和废弃物资源化的生物技术；废弃物处理与综合资源化利用生态工程模式；现代工程技术提升废弃资源机械设备研发与示范推广；农林废弃物生物转化的基础研究（孙永明等，2005）。
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第三节 农业废弃物资源化利用工程模式构建
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一、模式构建思路
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农业废弃物资源化利用工程模式的构建应结合我国农业特点和循环经济的大背景，围绕农业科技发展纲要，以技术创新为动力，以保护农业生态环境为目的，通过模式的确立与运行，不断加强企业、农民等实施主体的环保意识，优化产业结构，改进运作机制。模式构建的首要目标是消纳农产品产地产生固体废弃物，解决环境污染问题；其次所构建的模式要持续稳定运行并能获得一定的经济利益。从长远来看，模式构建的最终目标是加快现代农业产业工程体系建设、实现农业可持续发展。农业废弃物资源化利用工程模式涉及核心技术、组织方式、产业结构等多种要素，因此，完整的农业废弃物资源化利用工程模式应该包含技术、组织、产业三种模式，通过筛选区域适宜的农业废弃物资源化利用技术体系、设施装备，完成技术模式的选择；通过优化生产经营过程中的组织管理方式，以确定区域适宜的组织模式；通过科学规划技术—组织模式的合理分配及产业分布，形成特定的产业模式。
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二、模式构建依据
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（一）产业发展理论
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一个模式的最终形成与经济的发展、产业结构的调整是密不可分的，构建模式的目的是为了提升产业竞争力、更好更快地发展区域经济，以最少的资源创造出最大的价值。为此，模式的构建，须将优化产业结构、提升产业竞争力放在首要位置（崔巍，2008）。
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（二）系统理论
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本模式研究的对象较复杂（吴超，2006），具有多组织参与、不同领域涉足等特点，因此，在模式构建过程中要正确处理个体与总体的关系，在充分发挥个体优势的前提下展现整体功效。这就要求在研究中要充分体现系统性的特点和原则，以系统的观点来指导整个模式构建过程。
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（三）循环经济理论
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本研究的核心是以适宜的处理技术和高效的运行机制来解决农业生产过程中产生的固体废弃物，这不仅要求解决环境污染的问题，而且要尽可能实现一定的经济价值。在农业废弃物资源化利用工程模式构建过程中，必须以可持续发展思想为指导，走循环经济发展路线（崔军，2011），使之形成相互依存、互惠互利的关系，达到改善生态环境、实现良性循环的目的。
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三、模式构建方法
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（一）技术模式
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1.技术模式构建的技术路线
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技术模式是整个模式构建的基础，主要以技术可靠程度、技术适应性和经济状况作为输入集，总体考查这三种因素对模式选择的影响，通过对影响因素的系统分析，提出不同区域适宜的技术模式；在技术模式提出过程中，包含了模式要素的选择和确定，技术模式要素主要包括实施主体和集成技术；技术模式在示范当中会获取反馈数据，以进一步支持优化模式的要素组成。
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图7-3 技术模式构建的技术路线图（引自沈玉君，2013）
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2.技术模式构建的影响因素
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技术模式的影响因素主要包括技术可靠程度、技术适应性和经济状况三个方面。技术可靠度一般考虑技术成熟度、技术转化效果、废弃物处理量、二次污染等因素，它将直接影响技术的选择和使用，决定了技术模式核心内容的选择确定。技术适应性主要考虑自然条件、废弃物种类及资源丰度和区域发展规划等因素，它是技术模式构建过程中重要的参考因素。经济状况主要包括地区的经济发展需求和某种技术的经济性。经济发展需求是影响技术模式选择的重要方面，例如，对于大力发展无公害农产品的地区，有机肥料的投入是该地区的重要需求，因此，固体废弃物的肥料化处理是该地区重点选择的技术模式。不同技术投入产出的经济性亦是技术模式选择中必不可少的影响因素。
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3.技术模式构建的要素
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技术模式构建的要素包括实施主体和关键集成技术两部分。实施主体主要包括农户、农民合作组织、企业和政府四类。农户主导型的技术模式，主要是针对废弃物较分散，完成难度较小，且有一定经济效益的模式，如户用沼气建设。农民合作组织主导型的技术模式，主要针对以某一产业或产品为纽带，以农户经营为基础，而开展的资金、技术、采购、生产、加工、销售等互助合作。如玉米秸秆综合利用、青贮饲料技术推广、修建沼气池等产业链的开展。企业主导型的技术模式，主要是对资金需求较高且产出效益较大的模式，如大型沼气池的建立和实施。政府主导型的技术模式，则是针对条件恶劣且经济产出较小、公益性强的模式，需要以政府为实施主体，通过政策引导、制度约束和加大公益性科研投入等手段。
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农业废弃物资源化利用工程的模式构建过程中，关键集成技术是技术模式的核心要素，主要是指农业废弃物“饲料化、肥料化、燃料化、材料化、基料化”处理及其组合处理中的集成技术（王圣宏，2010）。饲料化集成技术主要包括青贮技术、氨化技术和黄贮技术（徐妙云）；肥料化集成技术主要是指不同方式的堆肥技术（魏源送，1999）；燃料化集成技术主要包括沼气技术、固化成型技术、生物质气化技术和直接燃烧技术（赵立欣，2008）；材料化集成技术主要是指热压成型技术（牛俊玲，2007）；基料化集成技术主要是指发酵技术。
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（二）组织模式
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1.组织模式构建的技术路线
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组织模式下连技术模式、上承产业模式，是模式构建的重点与核心。组织模式主要以经营方式和政策条件作为输入集，总体考查这两种因素对组织模式选择的影响，通过对影响因素的系统评价，提出不同区域适宜的组织模式。在组织模式提出过程中，包含了模式要素的选择和确定，组织模式的要素主要包括核心技术和组织方式；最终，以组织模式为载体输出。选取推广应用的组织模式在示范当中会获取反馈数据，以进一步支持优化模式的要素组成，如图7-4所示。
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2.组织模式构建的影响因素
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组织模式构建的影响因素包括经营方式和政策条件两方面。农业经营方式主要包括集约型和粗放型两种。粗放型经营大多是以资源消耗为主的分散式经营方式，集约化经营则表现在对机械化操作、农资生产和能源再生的投入，是土地集约化利用程度较高的规模化经营方式（田志会等，2005）。不同的经营方式直接影响组织模式构建中组织方式的选择，集约化经营方式下，龙头企业带动型或经济组织带动型的组织模式是优先选择，而一家一户的分散式经营方式，则需由市场带动或政府带动。政策支持是解决市场失灵、确保经济效益与生态效益有效结合协调发展的保障，政策支持力度的大小直接影响组织模式的选择和应用效果。例如，若相关政策加大对农业产业化经营的信贷、专项资金的扶持，突出扶持优质高效农业的发展，那么龙头企业带动型的组织模式势必会迅速发展壮大，进而带动产业发展进步。
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图7-4 组织模式构建的技术路线图（引自沈玉君等，2013）
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3.组织模式构建的要素
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组织模式构建的要素包括核心技术和组织方式两部分，即围绕不同的核心技术研究其在生产经营中的组织方式。核心技术即关键集成技术与实施主体的组合。组织方式一般包括龙头企业带动型、经济组织带动型、专业市场带动型和政府带动型4种（牛若峰，2002），如表7-1所示。
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表7-1 组织方式分类
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由表7-1可见，龙头企业带动型是以公司或集团企业为龙头，龙头企业与农产品生产基地和农户结成紧密的贸工农一体化生产体系。“公司+基地+农户”的组织方式在一定程度上缓解了“小农户”与“大市场”间的矛盾。经济合作组织带动型主要以各种合作组织为中介，带动农户从事专业生产，将生产、加工、销售有机结合，实施一体化经营。专业市场带动型是一种以专业市场或专业交易中心为依托，根据区位优势，形成区域性主导产品，沟通产销联系的“市场+基地+农户”型的农业产业链组织形式。政府带动型，是政府通过制定政策、加强宣传和鼓励，加大科技投入，促进农户、合作组织、企业等主体的农业生产，推动农业废弃物处理模式的发展。
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（三）产业模式
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1.产业模式构建的技术路线
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产业模式是在技术模式和组织模式的基础上，为进一步满足社会经济发展需求，构建能够优化产业结构的重要模式。产业模式主要以产业布局现状、社会环境和发展环境作为输入集，总体考查这三个因素对产业模式选择的影响，通过对影响因素的系统评价，提出不同区域适宜的产业模式；在产业模式提出过程中，包含了模式要素的选择和确定，产业模式的要素主要包括产业配置、主体组织和配套工程技术；最终，以产业模式为载体输出。选取推广应用的产业模式在示范当中会获取反馈数据，以进一步支持优化模式的要素组成，如图7-5所示。
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图7-5 产业模式构建技术路线图（引自沈玉君等，2013）
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2.产业模式构建的影响因素
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产业模式构建的影响因素主要包括产业布局现状、社会环境和发展环境三个方面。产业布局现状是构建产业模式的基础条件，产业配置的优化也是在现有产业布局基础上完成的；社会环境和发展环境等支撑因素影响着产业模式的定位和发展方向。
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3.产业模式构建的要素
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产业模式的构建要素包括产业配置、主体组织和配套工程技术，即在主体组织的推动下，以配套工程技术为基础，开展产业配置与布局优化。主体组织在组织模式构建过程中提出，配套工程技术在技术模式构建过程中形成，二者作为产业模式的基础要素。产业配置是在此基础上，通过考虑区域布局现状、资源种类与丰度、经济社会等因素综合确定不同的工程技术与组织方式在该地区的实施规模和空间分布。
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（四）模式耦合
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模式耦合不仅包含了各子系统的本身特性，也包括各要素的行为倾向，农业废弃物资源化利用的工程模式耦合关键在于各子模式要素的选择及相互作用过程（图7-6）。
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图7-6 模式耦合技术路线图（引自沈玉君等，2013）
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技术模式、组织模式和产业模式的确定既是相对独立的过程，又是密不可分、相互作用的过程。在三种子模式中，组织模式涉及主体与组织方式，具有主观能动性，模式的耦合应首先考虑组织模式的构成及其需求。技术模式是在组织模式明确的基础上，解决配套集成技术、工程装备的问题，是农业废弃物资源化利用工程模式的基础支撑。同时，技术模式会因技术、装备等不同反作用于组织模式，优化组织模式的形成过程。组织模式和技术模式共同促进产业模式的形成，即在良好的技术支撑和组织运行条件下，实现不同产业的优化配置。所形成的产业模式将进一步补充组织模式和技术模式要素。
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通过技术、组织、产业三个子系统的相互作用与不断完善，实现了模式耦合，促进了模式的良好运转及可持续发展。最终构建的农业废弃物资源化利用工程模式将体现技术、经济及社会的发展需求，包含特定的技术组成和组织方式，并形成一定的产业配置。
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四、农业废弃物资源化利用工程模式构建实证分析
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（一）技术模式
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综合考虑粪污资源化利用技术的可靠程度及技术适应性，针对当地能源和肥料资源短缺、土地资源丰富的现实，以发展循环经济，推动新农村建设为目标，养殖园引进沼气工程和有机肥生产技术，形成以粪污燃料化和肥料化处理技术为核心的技术模式。该养殖园的粪污燃料化技术主要采用红泥塑料厌氧反应器处理养殖粪污，因该技术完成难度较大、经济效益较好，以企业作为实施主体；肥料化处理技术主要以农户为实施主体，使用条垛式好氧发酵技术，该技术操作较简单。
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（二）组织模式
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考虑养殖园的经营方式和技术特点，公司作为主要实施主体，积极鼓励社会资本参与，沼气工程采用企业投资经营方式，聘请专人负责，持证上岗，并定期对管理人员进行操作培训及考核，产生的沼气和沼肥由公司统一安排、统一处理。条垛式好氧发酵采用农户承包经营，公司出租部分土地并免费提供原料，农户负责生产经营，中间的收益和损失由农户承担，肥料由公司收回，公司、农民各取所需，达到共赢。
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（三）产业模式
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山西省现代农业发展规划指出，要“将农村沼气发展与农产品加工、规模健康养殖、标准化园艺种植结合起来，拓展‘三沼’综合利用途径，延伸产业链条，发展循环农业”。按照规划要求，同时为了进一步提升经济效益，带动该地区的经济发展，并结合已形成的技术模式和组织模式，公司进一步探寻产业发展模式，通过发展健康型奶牛规模化养殖、水产养殖、作物种植、户用沼气等不同产业，将养殖业、种植业及新农村建设有机结合在一起，构建了“牛-沼-电、牛-沼-鱼、菜”的农业产业循环经营模式。这不仅实现了粪污的无害化处理和资源化利用，也延长了产业链，促进了该地区循环农业的发展。
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（四）模式耦合
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四方高科现代养殖园农业废弃物资源化利用工程模式的耦合过程，体现了各个子模式的相互作用。在技术模式的确定过程中，废弃物燃料化、肥料化等核心技术是基于技术可靠程度及适应性等因素而形成的，然而，其中的红泥塑料厌氧反应器及条垛式堆肥等集成技术则充分体现了主体组织的需求。同时，养殖园在组织运营方式的确定中，也会充分考虑技术的难易程度及经济效益。在以燃料化、肥料化为核心技术，以企业带动为主要组织方式的基础上，养殖园根据地区特点，结合产业现状及发展潜力，确定了规模化养殖、水产养殖、作物种植、户用沼气等不同产业相结合的产业发展模式。同时，多产业发展将促进养殖园在水产养殖、户用沼气建设等领域技术模式的完善和补充，促进多种组织方式的建立与实施。
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第四节 农业废弃物循环利用对策与建议
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一、加大宣传力度
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把农业废弃物资源化开发利用工作提高到保护生态环境、促进农业和能源可持续发展的高度。广泛宣传发展农业废弃物资源化利用产业的重要意义，宣传典型事例和成功经验，提高社会各阶层人士对农业废弃物资源化开发利用的认识，形成全社会关心、支持农业废弃物资源化开发利用的良好社会氛围。
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二、建立农业废弃物资源的监控系统
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这个系统将对我国农业废弃物资源及相关的大量信息进行实时采集、传输及管理，并对其进行实时监测、优化配置和科学调度。实现农业废弃物资源实时监测，掌握农业废弃物资源时变化情况和需求信息。
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三、提供政策和资金支持
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政府要对农业废弃物资源利用技术研发经费给予保障，加大资金投入，提供良好的政策环境，制订激励、税收、补助、低息贷款等一系列优惠政策。同时鼓励资本市场直接投资，积极拓宽农业废弃物资源开发利用的融资渠道。
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四、加强科学技术支撑
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当代知识经济的主要技术载体是以信息技术和生物技术为主导的高新技术，那么农业废弃物资源化利用技术载体就是环境无害化技术或环境友好技术。在这个意义上，农业废弃物资源化利用技术支撑体系应该包括：一是资源化技术。主要包括废弃物再利用的回收和再循环技术、资源重复利用和替代技术等；二是环境无害化技术。主要包括环境工程技术、污染治理技术和清洁生产技术等；三是高附加价值、少污染排放的高新技术，主要包括信息技术、环境监测技术、网络运输技术，以及零排放技术、可持续发展技术等。
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五、加强产学研的战略合作
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建设以企业为主体，以高校和科研院所技术力量为依托，以市场为导向，以资本为纽带，以现代企业制度为规范的技术创新平台。探索建立风险投资机制，鼓励企业更多引进国内外先进技术，力争形成一批具有自主知识产权的核心技术和关键技术，不断提高技术进步对农业废弃物资源化利用的贡献率。
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六、探索发展模式
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农业废弃物资源利用是一项产业化程度较高的系统工程，涉及政府、加工企业、科研单位、农户等诸多部门。建议有关部门应从环境保护和解决“三农”问题的高度出发，切实制定相应的扶持政策和措施，将产品加工、基地建设和生态工程、结构调整、农民增收等结合起来，做好农业废弃物资源化利用的规划和基地建设，探索发展模式。
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