1研究區(qū)概況及方法

1.1研究區(qū)概況

河北省某典型奶牛養(yǎng)殖產業(yè)園區(qū)占地面積2×105 m2，研究區(qū)域年太陽輻射5 016～5 852 MJ/m2，年平均氣溫15℃，年平均降雨量558.5 mm。園區(qū)內年養(yǎng)殖奶牛5 500頭，養(yǎng)殖面積6.05×104 m2，建有日處理1 000 m3奶牛糞污的沼氣工程一處，發(fā)酵工藝為CSTR，產生的沼氣用于產熱和發(fā)電以供給園區(qū)使用，沼渣用于生產有機肥，沼液作為種植業(yè)液態(tài)肥料施用，形成了農業(yè)廢棄物多層次利用的循環(huán)農業(yè)系統(tǒng)。本研究以“奶牛養(yǎng)殖—CSTR濕法單相厭氧消化沼氣工程”循環(huán)農業(yè)模式（模式Ⅰ）為研究對象，與同規(guī)模的濕法兩相耦合厭氧消化（模式Ⅱ）、干法序批式厭氧消化（模式Ⅲ）、干法連續(xù)式厭氧消化（模式Ⅳ）3種沼氣工程模式進行分析、比較和評價。

1.2指標體系構建

對園區(qū)進行實地調研，從能值流動、資源利用、環(huán)境負載和經濟發(fā)展4個方面入手，建立了園區(qū)的循環(huán)農業(yè)系統(tǒng)的評價體系。通過對以沼氣工程為紐帶的種養(yǎng)結合循環(huán)系統(tǒng)涉及的不同資源及環(huán)節(jié)進行劃分，將能值流量指標分為可更新環(huán)境資源（Renewable NaturalResources，R）、不可更新環(huán)境資源（Non-renewable NaturalResources，N）、可更新有機能（Renewable Organic Energy,R1）、不可更新工業(yè)輔助能（Non-renewable SupplementEnergy，F）和系統(tǒng)總產出（Yield，Y）5個部分組成（圖1）。其中，太陽、風、雨水屬于系統(tǒng)自身的環(huán)境資源，可更新有機能和不可更新工業(yè)輔助能屬于人類對系統(tǒng)投入的經濟購買能值。另外，在可更新有機能中，有一部分資源作為生產過程中的中間產物，是可在經進一步處理后在系統(tǒng)中重復利用的。

結合園區(qū)奶牛養(yǎng)殖耦合沼氣工程的特點，本研究主要選用能值投入率（Emergy Input Ratio,EIR）、能值產出率（Emergy Yield Ratio,EYR）和能值自給率（Emergy Self-sufficiency Ratio,ESR）對園區(qū)資源循環(huán)利用情況進行分析，采用可更新能值比率（RenewableEmergy Ratio，RER）、環(huán)境貢獻率（Emergy ContributionRatio,ECR）和環(huán)境負載率（Emergy Loading Ratio,ELR）度量資源利用對環(huán)境的影響，同時參考綜合指數評價方法，從中選取能值可持續(xù)指標（EmergySustainable Index,ESI）對該園區(qū)的循環(huán)農業(yè)發(fā)展進行綜合評價。通過上述3類資源、環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展的指標，構建了產業(yè)園區(qū)循環(huán)農業(yè)的綜合評價指標體系（表1）。

1.3研究方法及數據處理

研究中濕法單相厭氧消化模式的原始數據都來自2018年對研究區(qū)的實地調研和資料收集，以園區(qū)現有沼氣工程為紐帶，以完整生產年度為期進行數據記錄，以河北省統(tǒng)計局、河北省氣象局等機構記錄為基準對自然資源數據進行收集（表2）。研究中涉及的原始數據計算方法參考Odum、陳阜等學者的研究。考慮到初級自然資源的能值轉換率在不同地區(qū)變化不大，選擇Odum研究團隊的能值轉換率參數，對太陽光能、風能、雨水化學能等環(huán)境資源進行測算。化肥、農藥等經濟系統(tǒng)資源的貢獻，采用《中國統(tǒng)計年鑒》、《中國農村統(tǒng)計年鑒》及河北省統(tǒng)計局公布的2018年相關數據進行測算。濕法兩相耦合厭氧消化、干法序批式厭氧消化、干法連續(xù)式厭氧消化3種模式的數據通過實地調研和已發(fā)表文獻中的相關工藝參數進行模擬測算后獲得。

所有數據均用Excel整理和統(tǒng)計。

  聲明：參考《農業(yè)工程學報》 2020年9月第36卷第17期，如涉及版權問題，請聯系刪除。

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