沼气发酵，实现农业资源循环利用的“宝葫芦”

木子耕夫

世间有种不愿露面的宝物，它可以“吃掉”各种有机垃圾，呼出的气可以做饭，可以照明，还可以发电，它排出的尿尿便便卫生环保，是庄稼的好肥料。这种宝物就是沼气发酵。

沼气是古老甲烷菌“呼吸”排放的废气

说起沼气，人们并不陌生，不就是沼气池里产的气吗？我们放的屁也是沼气呀！但是关于沼气的前世今生——甲烷菌，你不一定能说得清楚。

甲烷菌很古老，大概是地球上最古老的生命体。最初地球上氧气极其稀少，只能适合各种厌氧微生物比如甲烷菌生活，是厌氧菌的天下，后来有了大量能够光合作用的蓝藻、绿色植物，地球才有了现在这许多的氧气，有了呼吸氧气的好氧微生物、动物以及我们人类。在地球的初始状态下，甲烷菌诞生于几乎没有氧气的环境，仅靠现成简单的碳酸盐和甲酸盐等物质就可以很方便地维持生命。今天，地球早已经不比当初，绿色光合作用使地球到处充满了空气（氧气），成了好氧生物的天下，甲烷菌却依然保持着厌氧的本性，所以只能躲在长期淹水的沼泽地，或动物的肠胃中生活。任何生物的生长都离不开水，甲烷菌也一样，在沼泽和水草茂密的池塘底部，既有丰富的有机质，而且水下是极为缺氧的环境，甲烷菌便常常躲在这里饱餐，同时呼出一口气来，水面上冒出串串气泡，这就是所谓的沼气泡。在动物的肠胃中也是一个缺氧的密闭环境，而且有大量的食物养料，温暖舒适，所以这里也是甲烷菌的天堂，大量甲烷菌在这里繁洐，放出甲烷，所以动物经常会打嗝或放屁，将沼气排出体外。特别是牛、羊食草反刍动物的瘤胃，不能分泌胃酸，更适合于甲烷菌的生长，所以牛羊等食草动物排放的甲烷更多。甲烷菌喜热怕冷，所以在冬天你几乎看不到沼泽地里冒泡，而夏天的沼泽地则像个烧开的汤粥一样冒泡不停。在一些极端的环境中，比如水下温泉，海底热液喷口处，也有甲烷菌的存在。如今的甲烷菌比远古时代有着广泛的“食物”来源，例如，杂草、秸秆、树叶，食堂里的残羹剩饭，还有动物粪尿，甚至垃圾等，这些都是甲烷菌的最爱。只要有潮湿密闭的环境，都能让甲烷菌开心快乐地生长，并放出沼气来。

甲烷菌是厌氧沼气发酵的首席功臣，但也离不开其他细菌的帮忙。参与沼气发酵的其实是一个复杂的菌群系统。首先上场的叫分解菌，它的作用是将复杂的有机物分解成简单的有机物和二氧化碳等。它们当中有专门分解纤维素的，叫纤维分解菌；有专门分解蛋白质的，叫蛋白分解菌；有专门分解脂肪的，叫脂肪分解菌。分解菌在分解有机体的过程中消耗氧气，为甲烷菌创造一个缺氧的古生境。接着上场的才是古老的甲烷菌，它的作用是把简单的有机物及二氧化碳氧化或还原成甲烷。因此，沼气的发酵过程，就好比工厂 里生产一种产品的两道工序：首先是分解细菌将粪便、秸秆、杂草等复杂的有机物“切碎、揉烂”，加工成半成品——结构简单的化合物；再就是在甲烷菌的作用下，将简单的化合物加工成产品—— 即生成甲烷（沼气）。

巧用沼气造福人类

微生物厌氧发酵放出的沼气，对微生物来说是废气，对我们人类来说却是宝贵的能源。沼气与我们生活中使用的天然气十分类似，其主要成分就是甲烷，都是可燃气体，燃烧时呈蓝色火焰，并放出大量的能量。只不过天然气主要是有机物埋藏于地下，经高压裂解而产生，其甲烷含量高达90%以上，而沼气主要产生于沼泽地，是微生物厌氧发酵而产生。沼气中的甲烷含量一般不超过70%，其余为二氧化碳、氮气、一氧化碳、氢气、硫化氢和氧气等。甲烷（CH4）分子由1个碳原子和4个氢原子组成的正四面体的立体结构，碳原子位于正四面体的中心，4个氢原子位于正四面体的四个顶点，独特的结构使甲烷性质十分稳定，但在空气中能高温燃烧变成二氧化碳和水。甲烷在常温下无色、无味，但由于沼气中含有一定量的硫化氢，因此沼气燃烧前常有一股臭鸡蛋的气味。甲烷本身也无毒，但由于沼气里常含一氧化碳，且沼气池里的缺氧环境，如果人和动物掉进沼气池就会发生生命危险，如果空气中含有一定量的沼气，遇到明火就会引发爆炸，这是要十分注意的。

农业在生产大量粮食的同时，不可避免会有大量的副产品秸秆产生，在生产大量肉、奶、蛋的同时又会产生大量的粪便，这些秸秆和粪便都是人们不需要的讨厌之物，但又不可避免要产生，据说科学家正在探索只长粮不长秸的生产方法，也就是在工厂里把用二氧化碳和水直接合成葡萄糖或在工厂里直接合成人造肉的方法，但那又何其遥远。此外，在人们生活过程中也会产生许多生活垃圾（包括厨余垃圾、人的粪便）。这些生产、生活垃圾大多是生物有机体，如果不及时处理，就会腐烂发臭，污染我们的环境，谁都不会愿意生活在四周都是臭气熏天的环境中。而要处理这些有机垃圾，变成人类有用的物质，只有请微生物来帮忙。

自然界生物循环中，生物自然分解有两条途径：一条是有氧途径，一条是缺氧途径。先说有氧途径，即好氧微生物在有氧的条件下发酵，比如堆制有机肥，在露天就可进行，需要不断用人工或机械搅拌，通入氧气，让其充分氧化发酵。在露天堆肥情况下，会散发出难闻的气味，污染大气环境。有氧发酵充分氧化，产生大量的二氧化碳直接排放到空气中，其释放的能量未能得到充分利用。更极端的氧化途径就是空气中直接焚烧有机物（如农作物秸秆），产生二氧化碳等各种废气，污染空气环境，且白白浪费了生物质资源。厌氧途径是区别于有氧途径的另一条途径，也就是在密闭的空间里进行发酵，制造一种人为的缺氧环境，比如沼气池，同样能分解有机废物。

厌氧途径处理有机物料与有氧途径相比，（从人类角度）有较多的优越性：厌氧途径把有机物料放在密闭的空间（沼气池）中进行发酵，隔绝了气体交换，不向空气中直接排放气体，不会产生异味，不污染大气环境。还可把发酵气体（甲烷）收集起来，作为能源使用。厌氧发酵在缺氧高热状况下，会杀死大量的病菌、虫卵，环保卫生，沼液沼渣施入农田后是很好的肥料。试想，如果采用好氧发酵处理生物废弃物，则满世界都是臭不可闻的肥堆，到处都是污秽，既不卫生，也实在碍眼。也正是因为这些原因，人们高度重视在密闭状态下的厌氧发酵，把沼气池藏起来，埋到地下，让环境更干净卫生，把沼气收集起来，用来照明、发电、做饭、取暖，再把经过消毒过的沼液沼渣施入农田，增加土壤有机质，提高土壤肥力，甚至还可以把沼渣经过二次加工，生产食用菌或作为鱼畜的饲料，真正实现多产业循环发展。

正因为如此，世界各国高度重视沼气厌氧发酵开发，把它作为处理农村废弃物、解决农村卫生、缓解能源危机、促进农业生产可持续发展的关键措施和重大战略，积极推动沼气事业的发展。

上个世纪，我国农村沼气发展迅猛，到世纪之交达到顶峰，几乎家家都有沼气池。一户3—5口人的家庭，建一个6—10立方的沼气池，可处理承包地上的大部分秸秆，沼气池与猪圈、厕所连在一起，人畜粪便直接入池，避免了露天滋生蚊虫、苍蝇，没有了臭味，农村环境大为好转。只要原料充足，一年可提供9—11个月的做饭和点灯的燃料，极大地缓解了农村能源紧张难题。有的农户还别出心裁将沼气定期通入粮仓，创造一个稀氧的环境，更安全地贮藏粮食。而沼渣沼液则直接施入农田菜地，培肥了土壤，减少了化肥、农药的使用。可以说，农村小沼气为我国解决农村能源短缺，方便农民生活，保持农村生态环境良好发展作出了重大的贡献。

农村小沼气遇到新问题

二三十年前， 当时电还没实现村村通，也没煤气、天然气，农民日常生火做饭，离不开的就是沼气和柴！小时候关于沼气池的宣传语，听最多的就是， 沼气棒，沼气好，能将废物变成宝！

发展沼气，造福人类，利在当代，功在千秋 ！农村沼气池刚风靡那会，确实尝到了甜头，优点数不胜数，清洁新能源，省柴又省钱！ 污秽有去处，做饭还方便！得益于政府惠农政策以及新能源战略等政策扶持，几乎家家都建了一个。然而多少年过去了，如今的农村小沼气却风光不再，人们对小沼气的评价是毁誉参半，这又是因为什么呢？

究其原因：一是现在许多地方不让一家一户养猪，农村猪少了，没有了猪粪，有的农家甚至也不再种地，没了秸秆，沼气发酵不能没有原料，光靠那点人粪尿根本不够。再说弄猪粪也是一种脏活累活，在农村已没人愿意干了。二是即使有原料，沼气发酵靠天产气，只有夏天比较正常，冬天温度低根本产不出气，想用气时没有气，而且如今农村户户通了电，有了液化气、天然气，农民已不再关心能否产出沼气，也不再关心沼气能否省钱。三是零部件坏了，维修麻烦，建造沼气池的时候配件渠道专供的，然后过了几年管道老化漏气，结果整个街上买不到一个配件，售后都找不到主，经年累月，需要维修地方多了，有的干脆破罐子破摔懒得修。四是安全问题。沼气使用、维修专业性都很强，沼气漏气容易引起火灾或爆炸，沼气的缺氧环境根本看不清，人畜掉进池里就会有生命危险，加上沼气的功用下降，不少用户早已弃之不用，疏于管理，变成了化粪池或一填了之。

从全国范围来看，户用沼气的能源功能已经减弱，取而代之的是电力、石油、煤炭、天然气等商品能源（如今更干净方便的新能源太阳能也在农村火了起来）。可以说，传统的户用沼气基本上已经完成了它的历史使命。据统计，目前全国一半以上农村沼气设施已经停用或达到使用年限，处于闲置或损坏废弃状态。大多数农户并没有对废弃、损坏、改造的沼气池进行妥善处理，易出现沼气中毒、池壁坍塌、人员跌落等事故，存在较大安全隐患，必须尽快处置。

当然也有维护得好的，能产气的。对于现存的农村小沼气，应按照“四结合”的要求改造和管护。所谓“四结合”是指沼气池与畜圈、厕所、日光温室相连，使人畜粪便不断进入沼气池内，保证正常产气、持续产气，并有利于粪便管理，改善环境卫生，沼液可方便地运送到日光温室蔬菜地里作肥料使用。通过综合合理使用沼气、沼液、沼渣，让其更好地发挥作用，提高效能。

农村沼气的升级换代

与农村小沼气走低的形势相反，农村养殖企业的大沼气正在异军突起，成为当前沼气项目的主力军，特别是规模化养猪企业、养牛企业，大型沼气发电项目成了这些规模养殖企业的必配、标配工程。

农村规模养殖场发展大型沼气工程的优势很明显：一是规模养殖每天产生大量的畜禽粪便，如不及时处理就会对当地生态环境造成巨大的破坏，严重污染水源，好氧发酵也会造成臭气熏天，引发周边百姓的指责，必须要通过厌养发酵来处理。而大量的畜禽粪便也为大型沼气工程提供了足够的原料，确保常年产气，提高效能。二是大型沼气可配套发电机组，通过沼气发电，向国家电网提供绿色清洁电力能源。三是大型沼气发电工程可通过配套农田，建立种养结合的现代农业循环模式，打通种养循环的关节。四是大型沼气工程可明确专人负责，专业操作，保证沼气工程的正常运行和安全。

以日产沼气500立方米的大型沼气工程为例，沼气池可以处理年出栏10000头生猪的养殖场粪污，以及1000亩地所产生的农作物秸秆，相当于年可处理畜禽鲜粪3000吨或农作物秸秆500吨，每年可形成节约130吨标准煤的能力，减排二氧化碳300多吨；同时可生产有机沼肥7000多吨，能有效减少农药、化肥施用。

我国从2015年起，鼓励沼气工程向规模化、大型化、现代化、智能化方向发展，促进了沼气工程的换代升级。在养殖企业中崛起了一座座全新装备的沼气发酵工程，它们上联养殖业快速发展，下促种植业优质高效，中改村容村貌，维护生态平衡，沼气正成为种养结合现代循环农业的关键纽带。各地创造出了“猪—沼—菜”、“猪—沼—粮”、“猪—沼—果”、“猪—沼—鱼”、“猪—沼—菌”等多种生态农业模式，延伸了产业链，实现了资源的循环利用，发展了农村新能源，促进了农业综合效益的提升。可以说古老的甲烷菌正以它独特的功能魅力，在现代农业规模化生产中发光发热，大放异彩，不仅为国家生产出了大量的绿色清洁能源，更为控制农业面源污染，促进农业可持续发展，加快乡村振兴发挥作用，提供支撑。