华北地区养猪业-沼气-蔬菜温室综合体系的优势外文翻译资料

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华北地区养猪业-沼气-蔬菜温室综合体系的优势

Xinshan Qi ^a,b , Shuping Zhang ^a , Yuzhi Wang ^a , Renqing Wang ^a,lowast;

^a山东省济南市山大南路27号山东大学生命科学学院生态与生物多样性研究所，山东济南250100；^b山东省济南市志进市街12号环境检测站，山东济南250012

摘要：2001~2002年华南地区山东省莱芜市设计并研究了养猪业-沼气-蔬菜温室综合体系（PBVGS），本文调查了华南地区20组PBVGS及其相应的对照组。该PBVGS涉及在蔬菜温室中设计猪圈和沼气池，将猪粪放入沼气池发酵，利用沼气提高温室的照明和气温，并使用废物发酵的作为有机肥料。数据表明，猪的生长，沼气生产和蔬菜生产在PBVGS中都得到了有效改善，并且生态，经济和社会效益同步实现。年平均净值标准PBVGS收入10900元，比传统非一体化零件增长58.0%。它可以每年生产14000公斤鲜猪粪和生产1万公斤有机肥，以提高土壤肥力。日常PBVGS的净重增长平均为0.82kg，比对照高227.6%。黄瓜和西红柿每公顷的平均产量分别比对照增加了18.4%和17.8%。此外，沼气池沼气产量每年增长32.4%。基于沼气发酵，PBVGS提供了良好的生态循环，从牲畜饲料到蔬菜生产中，提高了营养循环和能量流动中的转换效率。

1. 引言

华北地处温带和暖温带，冬季寒冷，无法在露天种植。为了增加这个地区的蔬菜供应量，过去几十年来建造了许多温室（NSBC，2002）。但是低温、寡照、二氧化碳不足和病虫害是温室生产的限制因素。此外，化肥和农药的频繁使用不仅增加了成本，而且导致了蔬菜质量的下降。

传统的沼气发酵技术，尤其是使用小型沼气池的沼气发酵技术，在中国已经相当成熟，并遍布中国南部（Deng，2001）。但是，这种方法很难转移到华北，冬季日平均气温通常低于10℃；在这种情况下，沼气池不能正常运行。另一方面，允许牲畜在农民的小院子里放养的现象在中国仍然很普遍（Zhang，1990）。除了饲料成本较高外，由于猪厩通常没有屋顶，冬天的热量不足导致猪生长缓慢。

为解决上述问题，首次设计和使用了一个集猪饲养，沼气生产和蔬菜种植（PBVGS）为一体的新型温室。1995年在东北地区辽宁省，后来逐渐扩散到华北其他地区。在2001年，中国估计有大约10万个PBVGS单位（CREYEC，2002）。原来普遍使用的PBVGS是一种半圆形的土筑结构，在一些投资较高的地区，温室发展成钢卷房的大棚结构，自动卷帘，无杆，可容纳更多的猪，种植面积更大；在一些地区，牲畜不限于猪，牛、鸡同时也包括其他动物；在少数地方，猪圈或沼气池从蔬菜大棚中分离出来，彼此通过管道挂钩。

为了研究PBVGS在传统非整合部分的优势，从2001年到2002年在山东省莱芜市进行了一个案例研究。莱芜区位于中部山区山东省地区。年平均气温13.5℃，年降水量802mm，年平均日照2277h。在冬季（从十一月到二月）平均气温一般在-3.0至5.4℃之间变化。在此期间，大多数农业活动必须停止。2002年全市耕地面积70884公顷，平均每户农民0.08公顷，农民家庭平均每户0.24公顷。PBVGS于1997年首次引入该地区，到2002年，大约有610个PBVGS，占地约33.3公顷。

2.材料和方法

2.1. PBVGS的设计

PBVGS的概念是在同一温室内种植蔬菜，养猪和建沼气池，把猪粪和尿放入沼气池发酵。 沼气可用于增加温室内的照明和气温，或作为食物烹饪和夜间照明之类的能源。另外，沼气燃烧，猪呼吸和有机质分解产生的二氧化碳可以增强蔬菜的光合作用。猪粪和尿一旦在沼气池中完全发酵，剩余的渣滓和酒可作为蔬菜的有机肥料；发酵液也可以用作猪的饲料。因此，在同一温室内，沼气生产，粪便积累，蔬菜种植和牲畜饲养都是同时完成的。PBVGS的设计布局如图1所示。

2.1.1. 位置

PBVGS被放置在平坦、肥沃的土地上，暴露在阳光下，易于灌溉和排水。

2.1.2. 温室

它是一个半圆形的土木结构，长8mtimes;60m，覆盖着聚乙烯薄膜。土夯后墙厚70cm，高2m。温室内有许多竹竿，最高的是3.2米，最短的是1.2米。在温室中可以种植西红柿或黄瓜，面积有450平方米。

2.1.3. 沼气池

根据我国沼气池建设标准（CBCLG，1985），在温室的一端建立了10m³的圆筒形液压沼气池。来自猪圈的发酵物料通过进料管流入发酵室，厌氧发酵数日后，由沼气储藏室的高压将其推入排水室，最后通过排水管抽出，储藏室内的沼气通过长导管自动流出到农民操作室或挂在种植区的沼气灯上。

2.1.4. 猪圈

在沼气池上面建造了12平方米的猪圈，饲养了5-7头猪。在养猪区和种植区之间建有隔墙，有两个通风孔。上部孔用于氧气交换，距离地面1.6m，下部孔（0.7m高度）用于CO ₂交换。如果需要的话，可以在后壁上打开一个或两个通风窗，以进行空气交换。

2.2. PBVGS的操作技术

2.2.1. 沼气池的管理

由于发酵原料的最佳碳氮比为20-30：1，而新鲜猪粪仅为13：1（MOA / USDOE，1998），所以一些富含碳的物料如剁碎的秸秆被放入沼气池。为保持合理发酵浓度的6-11%（沼气池中有机物质与全部物质的重量比，或400-500kg新鲜粪便与500-600kg水的比例），猪的粪便和尿液用一定量的水冲洗进入沼气池，其中接种物质占全部物质的20-30%。为了避免发酵物质的酸化并将其pH调节至6.8-7.4，并将石灰水添加到蒸煮器中。在沼气使用过程中要重视安全运行：定期检查沼气运输系统检测泄漏，每天检查气体压力的变化，以避免沼气池超压而产生危险。

2.2.2. 使用残渣、发酵液和沼气

在将蔬菜移植到PB-VGS中之前，先将稀释的发酵残渣置于土壤表面20-30cm处，用量为37,500kgha ^-1。发酵液在蔬菜早、中、晚期分别施用于土壤表面3次。此外，在蔬菜的结果期，蔬菜叶片每年也会喷洒一次。PBVGS中不使用额外的化学肥料。

完全发酵的产物也用作猪的添加饲料。储存在上部排水室约1个月的澄清液以3：7的比例用谷物饲料搅拌，然后喂给猪。这意味着1-1.5kg发酵液每天给予15-50kg猪，1.5-2.5kg给予50-100kg猪。猪是每天喂三次。

沼气用于在特殊炉子上烹饪。它也被输送到悬挂在种植区域的五个沼气灯，以增加光照，气温和二氧化碳。除阴天外，沼气灯早上和中午点燃两次，每次1小时。

2.2.3. 预防有害气体污染

为防止粪便的挥发、有机废弃物的分解、沼气的燃烧和塑料膜的分解等释放的H₂S，SO₂，NO₂，NH₃，CO和C₂H₄等气体污染物，隔墙建造在猪圈和种植区之间。使用空气通风将温室中的空气温度和湿度调节至中等水平。通过用pH指示剂纸浸渍塑料膜上形成的水滴，可以定期监测有害气体。任何超过6.8-7.2的pH值都意味着温室中积聚了有害气体。

2.3. 研究方法

2.3.1. 实验设计

实验场地位于东经117°40rsquo;和北纬36°18rsquo;，莱芜区东南5公里。实验持续时间从2001年11月至2002年11月。在同一地点同时研究了20组PBVGS及其相应的对照组，以比较猪、蔬菜和沼气产量的数量差异。所有温室的土壤肥力在实验开始时都是一样的。其有机质含量在土壤表层0-20下为1.2%，总氮为0.078%，总磷为0.095%。表1列出了PBVGS及其相应控制的实验设计。

在所有20组PBVGS中，采用了与上述相同的操作技术，其中10组分别种植西红柿和10组黄瓜。黄瓜于2001年11月10日移栽，相邻两排之间距离为65cm，同一排两个相邻蔬菜之间距离为28cm；2001年11月1日移栽西红柿，相邻两行距离为60cm，同一行的两个相邻蔬菜距离为23cm。黄瓜和西红柿在生长期内都被灌溉了15次。总共95头猪饲喂100天，每头猪饲料相同。剩余的渣滓发酵液被用作蔬菜的有机肥料。

三个传统的非整合条件被用作实验对照：（a）在PBVGS中，露天的10个无顶盖猪舍，每个房屋4-6头猪，50头猪在同一时期喂食同一种粮食饲料。（b）在PBVGS中，农户开放式庭院10户沼气池，种类相同，数量相同，管理措施相同。（c）二十个普通温室，其中10个种植西红柿，10个种植黄瓜。蔬菜同时移植并以同样方式灌溉，灌溉时间与PBVGS相同。 在实验过程中，将1125kgha^-1的尿素施用于土壤，但未使用发酵的渣滓和液体。

2.3.2. 测量方法和分析技术

为了监测和调整温室中的小气候，使用百叶箱湿-干球温度计（Wu and Fei，1999）每天测量和记录空气温度和湿度。

为了测定土壤肥力，2001年10月25日，在蔬菜移植之前，采用梅花形采样和四分划分法从实验温室中收集表层土壤样品（至20cm深度）。采用重铬酸钾试剂法测定土壤有机质，采用重铬酸钾-硫酸钾试剂法测定总氮，采用总磷钼锑比色法（ACCCSS，1983）。

为了比较仔猪的体重，于2001年11月15日对所有仔猪进行称重，以计算每组仔猪的平均体重；100天后，猪再次称重，然后再销售。在此期间记录了每个组别的日常饲料消耗量，包括用作添加剂饲料的发酵液。猪的粪便和尿液排泄量根据猪的排泄物常数计算（ATEET，1986）。

使用气体流量计从2001年11月15日至2002年11月14日测量每个沼气池产生的沼气量。在将其用于PBVGS中的土壤之前，称量含水发酵残渣。为了确定其干重，收集了一些残渣样品。将样品放入已知重量的陶瓷蒸发皿中，在103-105℃的烘箱中干燥48小时后，重新称重；锅的重量减轻代表了渣中的水重量（Wu and Fei，1999）。

自2002年1月18日至5月5日，每间隔2天从温室手工收获番茄和黄瓜，并称重，以确定产量。在2002年3月3日收获蔬菜后，随机采集样品并立即送到实验室分析维生素C的含量。使用荧光法测量维生素C（Wu和Fei，1999年）。

2.3.3. 统计分析

根据实验测量数据，使用STATISTICA软件包（StatSoft Inc.，1999），使用最小显着性差异检验来判断PBVGS的生产是否与传统方法有显著差异。T值计算d.f.=n₁ n₂-2=20 10-2=28（pigandbiogas），或d.f.=10 10-2=18（黄瓜和番茄）。

3.结果和分析

3.1. 结果

实验结果列于表2-4中，PBVGS与其相应对照之间差异的T显著性检验结果。

与无顶棚的猪相比，PBVGS的增长速度要快得多，而且粮食饲料消耗较少（表2）。每组PBVGS中仔猪的平均体重与开始时的对照组大约相同（Pgt;5%），但在喂食100天后，PBVGS中猪的平均体重比对照组重57.1kg（Plt;0.1%）。PBVGS中猪的平均饲料消费量比对照少89.9kg，这意味着它为农民节省了100多元人民币。结果的一个可能原因是冬天PBVGS猪场的气温（通常从-1到15°C）比无屋顶的猪场温度高（平均12°Chigher）；另一个原因是PBVGS中的猪饲喂发酵液，不仅可以加速猪的生长，而且可以节约粮食饲料的消耗。

PBVGS中的沼气产量显着提高，特别是在冬季（表3）。PBVGS中的沼气池运行时间更长，产生的沼气比家庭沼气池中的沼气池更多（Plt;0.1%）。PBVGS中一个单位干粪产生的沼气在冬季较高（Plt;0.1%），但与对照相比全年略低（P lt;5%）。这是因为冬季沼气生产效率较低，消耗更多的猪粪，但生产沼气更少。PBVGS的消化器全年消耗840公斤干猪粪用于发酵，但仅消耗了552公斤干粪猪粪。

表4数据表明，不仅PBVGS中黄瓜和番茄的产量大大增加（Plt;1%），而且蔬菜中维生素C含量也有所提高（Plt;5%）。其中一个可能的原因是PBVGS中的小气候因气温较高，二氧化碳较多和照明较长而得到改善。冬季PBVGS的气温通常比普通温室高2-3℃。另一个原因是通过使用发酵的渣滓和酒来改善PBVGS的土壤肥力。另一方面，与使用化肥相比，该应用程序提供了残渣和白酒可能对蔬菜的质量有更多的好处。

3.2. 效益分析

3.2.1. 经济效益

一个标准的PBVGS在温室、沼气池、管理室和猪圈建设方面的初始启动成本约为12000元人民币，平均每年折旧2100元。包括劳动力，材料，种子和小猪在内的PBVGS总产投资8000元，节约农民1350元，其中煤炭100元，电费150元，化肥农药400元，饲料700元。 因此，一个标准PBVGS的总年均成本平均约为10,100元，总产值（包括猪和蔬菜）达到2.1万元，总净收入达到10,900元，比普通温室和一个无屋顶的猪圈高出4000元。

3.2.2. 生态效益

首先，用PBVGS技术替代传统养猪技术对污染控制有很大的好处。一个标准的PBVGS可以使用14000公斤新鲜粪便，每年生产10000公斤无害肥料，显著改善当地的卫生状况。二是有效提高了土壤肥力，减少了化肥和农药的污染，为生产无公害农产品提供了新途径。根据一些相关研究（ATEET，1986； Qi，1996； Wang et al.，1999），施用于PBVGS土壤的有效肥料的效力包括

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