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—０４

Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｅｔｒａｄ－ｅｃｏａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｐａｔｔｅｒｎｉｎＮｏｒｔｈＣｈｉｎａ

ＳＵＮＢｅｉ－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—０９

１２８０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．２Ｓｙｓｔｅｍｌａｙｏｕｔ

ｏｆｔｅｔｒａｄ－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’ｍｅａｎｓｔｈｅｒｉｄｇｅｈｅｉｇｈｔｏｆｔｈｅｆｒｏｎｔｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｐｌｕｓｔｈｅｒｏｌｌｉｎｇｈｅｉｇｈｔｏｆｂｌｉｎｄ

２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．３Ｔｈｅ

ｓｔｒｕｃｔｕｍｏｆｔｙｐｉｃａｌｂｉｏｇａｓｐｏｏｌＷｉ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．