北方四位一体生态农业模式标准化结构设计

中国生奄囊生季报２００８年９月第１６卷第５期ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｃｏ—Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，Ｓｅｐｔ．２００８，１６（５）：１２７９—１２８２生态农业标准体系专栏ＤＯＩ：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１０１１．２００８．０１２７９北方“四位一体”生态农业模式标准化结构设计幸孙贝烈陈丛斌刘洋（辽宁省农业科学院沈阳１１０１６１）摘要“四位一体”生态农业模式是我国北方生态农业发展中最为典型的模式之一，本文根据北方地区的社会经济条件和资源特点，对“四位一体”生态农业模式的构成体系进行解析，并对其中的关键技术参数进行遵选，确定其标准值，最终确定了北方“四位一体”生态农业模式标准化结构设计标准。

关键词“四位一体”模式生态农业标准化设计中国北方基本技术参数中图分类号：Ｓ１８Ｉ；Ｆ３０４．５文献标识码：Ａ文章编号：１６７１—３９９０（２００８）０５—１２７９—０４Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｅｔｒａｄ－ｅｃｏａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｐａｔｔｅｒｎｉｎＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＳＵＮＢｅｉ－Ｌｉｅ，ＣＨＥＮＣｏｎｇ—Ｂｉｎ，ＬＩＵＹａｎｇ（ＬｉａｏｎｉｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０１６１，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｅｔｒａｄ－ｅｅｏａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｐａｔｔｅｒｎｉｓａｔｙｐｉｃａｌｍｏｄｅａｎｄｒａｐｉｄｌｙｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｆｏｒｍｏｆａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅｉｎＮｏａｈＣｈｉｎａ．Ｉｎａｃｃｏｒｄ－ａｎｃｅｗｉｔｈｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｏｃｉｅｔｙ，ｅｃｏｎｏｍｙａｎｄｒｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆＮｏａｈＣｈｉｎａ，ｔｈｅｐａｐｅｒｓｙｓｔｅｍｉｃａｌｌｙａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｅｏｍｐｏ・ｎｅｎｔｓｏｆｔｅｔｒａｄ・ｅｃｏａｇｒｉｃｕｈｕｒａｌｐａｔｔｅｒｎ，ａｎｄｔｈｅｐｒｉｍｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅ聃ｓｅｌｅｃｔｅｄｆｏｒｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄ－ｉｚｅｄｄｅｓｉｇｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｔｅｔｒａｄ—ｅｃｏａｇｒｉｅｕｌｔｕｒｅｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＴｅｔｒａｄ—ｅｃｏａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｐａｔｔｅｒｎ，Ｅｃｏａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄｄｅｓｉｇｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａ，Ｐｒｉｍｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｐａ－ｒａｍｅｔｅｒ（ＲｅｃｅｉｖｅｄＮｏｖ．２８，２００７；ａｃｃｅｐｔｅｄＭａｒｃｈ９，２００８）“四位一体”生态农业模式是我国北方生态农业发展中最为典型的模式，该模式以沼气为纽带，种植、养殖相结合，通过生物转换技术，将沼气池、畜（禽）舍、厕所、日光温室联结在一起，组成综合利用体系¨。

１。

该模式可实现产气与积肥同步，种植、养殖并举，建立一个生物种群较多，生物链结合健全，能流、物流循环较快的农村能源生态系统工程，是一项促进农村经济发展，改善生产环境，提高人民生活质量的重要技术措施∞’７。

研究“四位一体”生态农业模式的关键技术标准，形成标准化的结构设计，对北方“四位一体”生态农业模式的标准化建设、示范和推广具有重要的理论和实践意义。

１“四位一体”模式基本结构１．１“四位一体”结构和功能根据结构方位的不同，“四位一体”分为前后结构和左右结构两种模式。

前后结构是指沼气池、猪舍、厕所位于日光温室的后部；左右结构是指沼气池、猪舍、厕所位于Ｅｔ光温室的一侧。

这两种结构主要取决于农户庭院的布局，常用的是左右结构，如图１、图２所示。

“四位一体”模式各主要组成部分的功用：沼气池是连接种植、养殖、生产及生活的纽带核心，人畜粪便进入沼气池发酵生产沼气及沼肥，沼气燃烧产生的二氧化碳气肥促进了温室内果圈１。

四位一体”生态农业模式流程Ｆｉｇ．１Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｔｅｔｒａｄ－ｅｃｏａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｐａｔｔｅｒｎ・国家科技基础条件平台工作项目（２００４ＤＥＡ７０８１０）资助孙贝烈（１９６６一），男，研究员，主要从事农村能源研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｕｎｂｅｆｌｉｅ＠ｓｏｈｕ。

ＣＯｒｎ收稿日期：２００７一ｌｌ一２８接受日期：２００８—０３—０９１２８０中国生态农业学报２００８第１６卷图２“四位一体”生态农业模式结构的系统布局Ｆｉｇ．２Ｓｙｓｔｅｍｌａｙｏｕｔｏｆｔｅｔｒａｄ－ｅｃｏａｇｒｉｃｕｈｕｒａｌｐａｔｔｅｒｎ１栅栏Ｆｅｎｃｅ；２溢水槽Ｏｖｅｒｆｌｏｗｔａｎｋ；３进料口Ｉｎｌｅｔｏｒｉｆｉｃｅ；４厕所Ｔｏｉｌｅｔ；５进料管Ｉｎｌｅｔｐｉｐｅ；６过廊Ｃｏｒｒｉｄｏｒ；７沼气池Ｂｉｏｇａｓｐｏｏｌ；８猪舍Ｓｗｉｎｅｈｏｕｓｅ；９出料口Ｄｉｓｃｈａｒｇｅｈｏｌｅ；１０日光温室Ｓｏｌａｒｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ．蔬的增产，沼渣沼液是上好的肥料，可减少化肥和农药的使用哺１；日光温室是基本框架和主体结构，可为沼气池、畜（禽）圈（舍）提供良好的光照、温度和湿度条件；猪舍与沼气池和温室互为依托，温室为畜禽生长提供适宜的环境，猪舍不仅为沼气池提供原料，而且畜禽呼吸也有利于温室增温；厕所则为沼气池提供人粪尿发酵原料。

１．２“四位一体”的方位“四位一体”模式朝向以有利于温室内作物生长发育为宜，一般坐北朝南，东西延长。

北纬３８０一４００之间，温室方位可为正南或南偏东５。

一１０。

（抢阳）；北纬４００以北地区建造温室方位以南偏西５。

一１０。

为宜（抢阴）。

１．３“四位一体”面积“四位一体”的面积依据场地大小而定，通常为１００—５００ｍ２，在日光温室的一端修建２０—２５ｍ２畜禽舍，畜禽舍北侧一角修建Ｉｍ２厕所，地下建６—１０ｍ’沼气池。

１．４“四位一体”间距（Ｌ。

）根据合理采光时段理论，要求节能型日光温室在冬至前后每日要保持４ｈ以上的合理采光时间，一般为冬至日１０：００（真太阳时）前栋“四位一体”对后栋不遮光且有宽余为宜。

根据这一要求，计算相邻两栋“四位一体”间距的公式如下：Ｌｏ＝Ｈ’×ＣＯＳ１３１０／ｔｇＨｓｌｏ（１）式中，日’为温室脊高加保温帘卷起高度；Ｌ。

为前栋温室脊高在水平面上投影至后栋温室前脚距离；”ｌｏ为冬至日１０：００的太阳方位角，ｓｉｎｌ／ｓＩｏ＝ｃｏｓ８Ｘｓｉｎ∞Ｉｏ／ｃｏｓ／－／ｓｌｏ；胁ｌｏ为冬至日１０：００的太阳高度角，ｓｉｎ／／ｓｌｏ＝ｓｉｎ９×ｓｉｎ８十ｃｏｓ妒×ｃｏｓ８Ｘｃｏｓ∞ｌｏ；９为地理纬度，６为冬至日太阳赤纬，甜，。

为时角。

各纬度相邻两栋日光温室净间距简化计算公式见表１。

表１相邻两栋“四位一体”温室的间距计算公式Ｔａｂ．１Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｆｏｒｍｕｌａｓｏｆｄｉｓｔａｎｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｓｉｎｔｅｔｒａｄ－ｅｃｏａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｐａｔｔｅｒｎ口。

为前栋温室脊高加保温帘卷起高度。

抒’ｍｅａｎｓｔｈｅｒｉｄｇｅｈｅｉｇｈｔｏｆｔｈｅｆｒｏｎｔｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｐｌｕｓｔｈｅｒｏｌｌｉｎｇｈｅｉｇｈｔｏｆｂｌｉｎｄ２沼气池的设计２．１沼气池的构造如图３所示，沼气池为圆柱型，斜坡池底。

由发酵间、贮气间、进料口、出料口、水压间、导气管等组成。

进料口与进料管分别设在猪舍地面和地下，人畜粪便由进料口注入沼气池。

出料口与水压间设在与池体相连的日光温室内，水压间的下端通过出料通道与发酵间相通，出料口设置盖板，以防人、畜误入池内。

沼气池池底呈锅底形，在池底中心至水压间底部之间，下返坡度５％，便于底层出料。

２．２设计依据池基选择：应选择在土质坚实、地下水位较低，土层底部没有渗井、泉眼、虚土等处；同时，与树木、池塘有一定距离，而与用户距离较近。

设计荷载：沼气池地基和承载力至少不能小于８ｔ．１１１～。

图３底层出料水压式沼气池构造（以８ｍ’沼气池为例）Ｅｇ．３ＴｈｅｓｔｒｕｃｔｕｍｏｆｔｙｐｉｃａｌｂｉｏｇａｓｐｏｏｌＷｉ山８ｍ３ｖｏｌｕｍｅ１发酵间Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｒｏｏｍ；２贮气问Ａｉｒｓｔｏｒａｇｅｒｏｏｍ；３迸料口Ｉｎｌｅｔｏｒｉｆｉｃｅ；４水压闻Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｒｏｏｍ；５导气管Ａｉｒｄｕｃｔ；６出料口通道Ｃｈａｎｎｅｌｏｆｄｉｓｃｈａｒｇｅｈｏｌｅ．图中数据单位为ｍｍＴｈｅｕｎｉｔｏｆｄａｔａｉｎｔｈｅｃｈａｒｔｉｓｍｍ．第５期孙贝烈等：北方“四位一体”生态农业模式标准化结构设计１２８１矢跨比与墙体：削球形池拱盖的矢跨比一般在ｌ：４～１：６之间。

池墙体必须牢固，环形基础的宽度不小于４０ｃｍ，基础厚度不小于２５ｃｍ，一般宽厚比为１：１．５—２．Ｏ。

２．３池容的计算夏季ｌ昼夜每立方米池容约可产气０．１０—０．１５ｍ３，农村每人每天生活所需的实际耗气量约为０．２５ｍ３；同时，考虑到生产用肥，设计按每人１．５—２．０ｍ３的有效容积计算为宜。

一般５口之家，养猪６—１０头，温室面积１００～５００ｍ２，建６—１０ｍ３的沼气池为宜（表２、表３）。

表２沼气池窖积与全家人口关系Ｔａｂ．２Ｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｂｉｏｇａｓｐｏｏｌｖｏｌｕｍｅａｎｄｔｈｅｐｅｒｓｏｎｎｕｍｂｅｒｉｎｔｈｅｈｏｕｓｅｈｏｌｄ表３沼气池容积与畜禽饲养量关系Ｔａｂ．３Ｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｂｉｏｇａｓｐｏｏｌｖｏｌｕｍｅａｎｄｔｈｅｌｉｖｅｓｔｏｃｋｎｕｍｂｅｒｓ３日光温室的设计“四位一体”日光温室的结构及参数见图４。

３．１屋面设计采光角（Ｏｔ）日光温室屋面设计采光角ａ。

可根据太阳光线对倾斜表面光线入射角计算：ｃｏｓｋ，＝ｓｉｎａｏ×ＣＯＳ／／ｓ×ｃｏｓ（１。

－１。

）＋ｃ０８Ⅸｏ×ｓｉｎＨｓ（２）式中，入。

为太阳光线入射角，胁为太阳高度角，＾ｙ。

为太阳方位角，＾ｙ。

为倾斜面方位角。

不同纬度合理采光时段设计的屋面采光角计算值见表４，低纬度地区以仅∞为宜，高纬度地区取仅。

，也可在ａ。

和ａ∞之间选取。

图４“四位一体”日光温室的结构及参数Ｉｋ．４Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍａｉｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅａ屋面设计采光角ＡｎＯｅｏｆｓｏｕｔｈ８ｕｒｆｓｘ：ｅ；Ｌ日光温室跨度Ｓｐａｎｏｆｓｏｌａｒｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ；日日光温室高度Ｈｅｉｓａｔｏｆｓｏｌａｒｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ；ｈ后墙高度Ｈｅｉｇｈｔｏｆｎｏｒｔｈｗａｌｌ；ｍ前坡水平投影值Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｐｆｏｊｅｃｔｉｏｎｌｅｎｇｔｈｏｆｆｒｏｎｔｓｌｏｐｅ．表４不同纬度合理采光时段的屋面采光角Ｔａｂ．４ＬｉｇｈｔｉｎｇａｎｇｌｅｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｒｏｏｆｏｆｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｒｅａｓｏｎａｂｌｅｔｉｍｅｓｌｏｔａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌａｔｉｔｕｄｅｓＡ为太阳直射光对倾斜面的入射角Ａｎｇｌｅｏｆｄｉｒｅｃｔｌｉｇｈｔｏｆｓｏｌａｒｔｏｉｎｃｌｉｎｅｄｐｌａｎｅ．３．２日光温室跨度（Ｌ）日光温室的跨度（工）是指从温室内北墙根起至南侧脚的距离，目前我国北方地区与“四位一体”模式配套的日光温室跨度大多数为６～８ｍ。