摘要：农业是人类以固定、转化太阳能，获取农产品为目的的生产活动。1997年以来，农民收入中来自农业的收入一直没有增长，农民增收主要靠工资性收入，2002年工资性收入占农民纯收入的34.5％，2003年增加到36％。这个经济规律告述我们：农业必须扩大服务领域，向农业的深度和广度进军。农业要抓住这个契机，提出能源农业的发展战略，并把它发展成为一个大产业。

关键词：能源农业 基因工程 沼气 秸秆能源

一、能源农业的概念和利用方式

　　农业是人类以固定、转化太阳能，获取农产品为目的的生产活动。种植业以固定太阳能为主，利用绿色植物进行光合作用，将无机物合成为葡萄糖、淀粉、脂肪和蛋白质等有机物,种植业又叫初级生产。在光合作用中，每固定1克分子CO2，大约吸收209.3×104J的日光能，光合产物中有46.9×104J的能量以化学能的形式固定下来。其余的162.4×104J的能量在固定CO2过程中,以热能的形式消耗掉了。由于人类培育了高产、高效、优质的农作物品种，为植物生长创造良好的生产条件，农业生产中植物固定太阳能的效率大幅度提高。植物光合作用效率，一般在肥沃地区可达到1％－2％，在贫瘠荒凉地区仅0.1%，人工精心管理的农田生态系统有过6%－8％的记录。[1]养殖业、农产品加工业则是以转化太阳能为主,又称次级生产。养殖业生产的动物产品（肉、奶、蛋、毛、皮等），在转化过程中大量的能被消耗掉了,一部分以粪便形式排出，一部分能量以尿和气体（甲烷、氢）能形式排出。在农产品加工中，除了提取主要产品外，还有大量的能量在排出的废水、废物中。农产品转化过程中的畜禽粪便，农产品加工排出的废水、废料都可作为生物质能源加以开发利用。

　　所谓能源农业，就是以生产能源为目的的农业。能源农业以生物质能源为主要开发对象，它包括四种能源利用方式［2］(图1)：

　　（一）直接燃烧方式

　　直接燃烧方式可分为炉灶燃烧、锅炉燃烧、垃圾燃烧和固型燃料燃烧四种情况。

　　其中，固形燃烧是新推广的技术，它把生物质固化成型后，再采取传统的燃煤设备燃用。其优点是充分利用生物质能源替代煤炭，可以削减大气CO2和SO2排放量。

　　（二）物化转换方式

　　物化转换方式包括三方面，一是干馏技术；二是气化制生物质燃气；三是热解制生物质油。其中，气化制生物质燃气技术推广面积较大，群众易于接受。

　　（三）生化转化方式

　　生化转化方式有两种，一是厌氧消化制取沼气；二是通过酶技术制取乙醇液体燃料。

　　（四）植物油利用方式

　　能源植物油是从油脂植物和芳香油（还原式烃）植物中提取的燃料油，经加工后，可以替代石油使用。

二、发展能源农业的重大意义

　　（一）拓宽农业服务领域，增加农民收入

　　恩格尔指出：在收入增加的时候，食品及生活必需品的支出占收入增加的比例递减。随着经济的增长，人们基本生活需求得到满足后，消费热点将转向享乐型的产品，从而市场将减少食品、衣服的消费份额。进入新世纪后，我国居民消费结构发生了很大变化，恩格尔系数降到38％。2002年城市居民收入增长2020元，人均食品消费只增长109元，占新增收入的5％，增加的因素主要是外出吃饭开支和烟、酒、茶的开支。对粮、油、肉、菜的消费开支下降，粮食人均消费金额下降83元。油10.1元，肉25.3元，菜12.4元。由于边际消费递减规律的作用，出现了农民收入增长难现象。 1997年以来，农民收入中来自农业的收入一直没有增长，农民增收主要靠工资性收入，2002年工资性收入占农民纯收入的34.5％，2003年增加到36％。这个经济规律告述我们：农业必须扩大服务领域，向农业的深度和广度进军。农业不仅提供食品和纤维，还应提供能源和其它化工、医药等产品。发展能源农业为农业拓宽了服务领域，同时也为农民增收开辟了新途径。［3］

　　（二）缓解我国能源短缺，保证能源安全

　　我国从1993年进口原油3000万t，成为原油净进口国，2000年进口达7000万t，2003年进口1亿t。预计到2020年，中国的GDP可能达到5万亿美元，能源需求25亿t到30亿t标煤，其中石油缺口1.6-2.2亿t。[4]开发生物质能源不但可行，而且非常紧迫。农业要抓住这个契机，提出能源农业的发展战略，并把它发展成为一个大产业。

　　（三）治理有机废弃物污染，保护生态环境

　　当前我国环境污染形势非常严峻。对环境污染最严重企业仍是养殖企业和农产品加工企业。2003年通报点名批评的十家排污大户，8家是农产品加工企业。据国家环保总局2004年第1周（2004年1月5日～2004年1月11日），全国主要水系73个重点断面水质自动监测站八项指标（水温、pH、浊度、溶解氧、电导率、高锰酸盐指数、氨氮和总有机碳）的监测结果表明：Ⅰ～Ⅲ类水质的断面为39个，占53.4%；Ⅳ类水质的断面为10个，占13.7%；Ⅴ类水质的断面为6个，占8.2%；劣Ⅴ类水质的断面为18个，占24.7%。Ⅳ类以上劣质污水河流占46.6％。水体污染中，农产品加工企业排出污染物的约占1／2。特别是，劣Ⅴ类水的河段，农产品加工企业污染贡献率更高。［5］全国人大2003年对《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》执法检查，对农村固体废物污染问题提出严厉批评。据调查我国畜禽养殖场的粪便产生量达17.3亿吨。80％的规模化畜禽养殖场缺乏必要的污染治理设施，畜禽粪便未经处理直接排入环境，严重污染空气和水体。［6］我国温室气体排放已严重影响我国气候变化。国家气象局局长秦大河介绍，中国科学家预估了未来中国气候的变化：第一，中国气候将继续变暖。到2020至203O年，全国平均气温将上升1.7℃；到2050年，全国平均气温将上升2.2℃；当大气中二氧化碳浓度加倍时，全国平均气温将上升2.9℃。第二，中国气候变暖的幅度由南向北增加。到2030年，中国西北地区气温可能上升1.9-2.3℃。第三，中国不少地区降水出现增加趋势，东南沿海增加值最大。长江中下游地区出现变干的趋势，华北和东北南部等一些地区出现继续变干的趋势。

　　（四）广泛应用生物技术，发展基因工程

　　生物技术在培育能源作物，培育高效酶微生物方面大有作为。国外用转基因方法获得柴油油菜新品种；用转基因技术获得分解秸秆纤维生产酒精的工程菌。转基因技术应用于能源作物和能源微生物上，不受基因标识的限制，而应用在食物方面要求标识，因而受到很大限制。为了促进学科发展，生物技术可选择能源作物和能源微生物方向大力研究和应用。

三、实施能源农业的重大工程

　　（一）沼气计划

　　沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物发酵生成以甲烷为主的可燃气体。沼气发酵过程可分为两个阶段，即不产甲烷阶段和产甲烷阶段。沼气发酵产生的三种物质，一是沼气，以甲烷为主，是一种清洁能源；二是消化液（沼液），含可溶性N、P、K，是优质肥料；三是消化污泥（沼渣），主要成分是菌体、难分解的有机残渣和无机物，是一种优良有机肥，并有土壤改良功效。沼气的生成物有很高的应用价值。很多人称：“沼气百利，而无一害”。

　　沼气发酵有四个特点：

　　1、沼气微生物自身耗能少

　　沼气发酵过程中，沼气微生物自身繁殖需要的能量是好氧微生物的1／30－1／20。对于基质来说，大约90％的COD被转化为沼气。

　　2、沼气发酵能够处理高浓度的有机废物

　　好氧条件下，一般只能处理COD含量在1 000mg／L以下的废水，而沼气发酵处理废水COD含量可以高达10 000mg／L以上。如表1所示，各种农产品加工废水，都可作为沼气发酵的原料。

表1 农产品加工转化企业排放水质特性［7］

原料名称

PH值

COD／mg.L-1

BOD/mg.L-1

酒精醪液

白酒废水

黄酒废水

制革废水

柠檬酸废水

淀粉废水

豆制品废水

造纸黑液

制药废液

乳品加工废水

高浓度啤酒废水

味精废水

糖蜜酒精废水

猪粪水

鸡粪水

奶牛粪水

3－5

3.7－5.8

3.5－4.0

8－10

4.0－4.6

4.6－5.3

3.5－5.0

11－13

4.0－6.0

3.5－7.5

3.5－6.0

1.5－3.2

4.4

7.0－7.8

6.5－7.5

7.2－8.2

30 000－60 000

11 400－130 000

9 400－30 000

3 000－4 000

10 000－40 000

3 000－12 000

10 000－20 000

106 000－157 000

5 000－40 000

2 000－11 000

9 000－43 000

20 000－60 000

40 000－150 000

11 000－26 000

43 000－77 000

70 000－116 285

15 000－30 000

5 800－67 000

5 000－15 000

1 500－2 000

6 000－25 000

1 000－7 000

7 000－12 000

34 500－42 500

2 000－18 000

1 000－75 000

7 000－33 350

10 000－30 000

20 000－60 000

7 000－13 000

17 000－32 000

　　3、能处理的废物种类多

　　沼气发酵可以处理人、畜粪便，作物秸秆，农产品加工企业的废水、废渣等。沼气发酵除去了90％的有机质，余下的部分再经过耗氧处理，便可达到国家排放标准。