陈 豫，胡 伟

（宜宾学院 作物科学研究所，四川 宜宾644000）

区域差异是中国农村沼气发展的重要特征［1］。沼气发展水平和空间分布格局受到多种因素的共同影响［2］。Alvarez等［3］通过实地观测分析了气温变化对沼气发酵的影响。徐小刚等［4］指出中国农村沼气南北方发展不平衡的主要因素是地域温度，认为气温是农村沼气推广利用的一个决定性因素。杨艳丽等［1］的研究结果表明，中国农村户用沼气以河北四川线和江苏广东线为界，呈现出三个空间分异带，形成以四川、广西、云南为代表的西南地区和以河南、湖南为代表的华北—中南地带；影响农村户用沼气发展空间格局的首要因素是气候条件和市场消费，其次是原料来源，地区经济状况对其影响不显著。中国地域辽阔，拥有较多的气候带，不同气候带的气候差别很大。中国农村户用沼气发酵温度适宜性区划对中国农村沼气合理布局具有重要的意义。本文以沼气发酵温度为研究对象，以期为合理布局中国农村户用沼气提供理论依据。

1 发酵温度与沼气产量速率的关系

沼气发酵又称厌氧消化，是指各种有机物在厌氧条件下，被各类沼气发酵微生物分解转化，最终生成沼气的过程［5］。参与沼气发酵活动的细菌主要为发酵性细菌，产氢产乙酸菌，耗氢产乙酸菌，食氢产甲烷菌，食乙酸产甲烷菌5大类群［5］。沼气发酵微生物只有在一定的温度条件下才能生长繁殖，进行正常的代谢活动。10℃以下时，无论是产酸菌或产甲烷菌都受到严重抑制；10℃以上时产酸菌开始活动，在10～30℃温度区间，产甲烷菌的产气能力随着温度的降低而减小，温度在15℃以下时产甲烷菌不适宜生长，15℃以上时产甲烷菌的代谢活动才活跃起来［6］。

1.1 发酵温度对产气量和产气率的影响

在一定的温度范围内（15～40℃），随着温度的增高，微生物的代谢加快，分解原料的速度也相应提高，产气量和产气率都相应地增高。例如沼气发酵温度为10℃时，每千克干物质产气量0.45m3，20℃时产气量0.61m3，到30℃时，产气量达0.76m3，可见不同温度下原料的产气效率变化很大［7］。温度每上升10℃，反应速率约增加2～3倍［8］，也就是说，同一种发酵原料在35℃的条件下发酵一个月相当于15℃条件下发酵6—9个月的产气量。表1为温度与沼气产气速度的关系［9］。

表1 温度与沼气产气速度的关系

1.2 发酵温度的突变对产气量的影响

沼气发酵温度的突然升高或降低，对产气量影响显著。一般认为，温度突然上升或下降5℃，产气量显著降低，若温度变化过大则会停止产气，当温度恢复正常后，仍可以正常产气［10］。

1.3 发酵温度对一定发酵原料总产气量的影响

发酵原料总的产气量并不受发酵温度的影响。在一定的温度变化范围内（8～35℃），一定量的发酵原料的总产气量基本保持不变，也就是说提高原料的发酵温度并不能提高发酵原料的分解利用率，只能提高沼气发酵的速度。例如要产同样多的沼气，发酵池温度低则发酵周期长，发酵池温度高则发酵周期短。

2 沼气池发酵液的温度与气温、地温之间的关系

中国农村户用沼气池均是在自然温度下进行沼气发酵，其特点是发酵料液的温度随气温、地温的变化而变化，一般料液温度为8～25℃，低于10℃以后，产气效果很差［11］。其优点是不需要对发酵料液温度进行控制，节省保温和加热投资；其缺点是同样投料条件下，一年四季产气率相差较大。南方农村沼气池建在地下，还可以维持用气量。北方的沼气池则需建在太阳能暖圈或日光温室下，才可确保沼气池安全越冬，维持正常产气。

气温、地温和池温的关系密切，池温（发酵液温度）直接受地温影响，而地温又随着气温而变化。以成都地区（表2）和长沙地区（表3）沼气池发酵液温度与气温、地温变化情况可见，离地表面越近温度变化越大，越接近气温；越深变化越小，与气温差异越大。夏天离地面越近温度越高，冬天离地面越近温度越低［12］。尽管气温变化大、变化快，但由于地热容量大，地温相对稳定，变化慢，不会随气温产生明显变化［13］。

表2 成都地区沼气池发酵液温度与气温、地温变化比较 ℃

表3 长沙地区沼气池发酵液温度与气温、地温变化比较 ℃

3 中国农村户用沼气发酵温度适宜性区划

3.1 区划指标的选取

气温，池温，地温之间的关系复杂，影响因子较多，目前还没有统一的研究结果。对中国农村沼气发酵温度进行区划，测定各地沼气池发酵液的温度工作量大，不易实现。地温与池温较为接近，但目前观测地温的方法（高精度测温仪、气象台站常规观测、卫星遥感技术）存在费用昂贵、点位分散、大气校正复杂等问题，难以普遍开展［14］。气温的数据相对易获得，且精度高。因此本研究利用气温的分布来对沼气所需的温度环境进行分区。依据发酵温度与沼气产量速率的关系，沼气池发酵液的温度与气温、地温之间的关系，以最低发酵温度（12℃）的发酵时间和发酵较快温度（20℃）的发酵时间作为中国农村沼气发酵温度适宜性分区的指标。最低发酵温度的发酵时间大于等于10个月且发酵较快温度的发酵时间大于等于6个月的区域为沼气发酵温度最适宜区；最低发酵温度的发酵时间在7～10个月之间且发酵较快温度的发酵时间大于等于4个月的区域为沼气发酵温度适宜区；最低发酵温度的发酵时间在3～7个月之间且发酵较快温度的发酵时间大于等于3个月的区域为沼气发酵温度次适宜区；最低发酵温度的发酵时间小于等于3个月为沼气发酵非适宜区。具体指标及分级标准见表4。

表4 中国农村户用沼气发酵温度适宜性区划指标及分级标准

3.2 中国气温分布

根据表4，对中国气温分布进行分析，附图10为2009年中国气温分布图，数据来源于国家气候中心网站。根据附图10得到中国各地各温度段的月数见表5。

表5 中国各地各温度段的月数

3.3 区划原则

（1）沼气发酵温度和发酵时间区内一致性和区间差异性；

（2）区域间不重叠，即任何一个被作为分区对象的地域单元不能同时归属于两个或两个以上的同级区域。

3.4 区划方法

按照中国农村户用沼气发酵温度分区指标分级标准对2009年中国气温分布情况进行分区，分区结果见表6。根据区划结果，形成了中国农村户用沼气发酵温度适宜性区划图（图1）。

3.5 分区评述

Ⅰ发酵温度最适宜区。包括福建、广东、广西、海南、云南5个省。此区全年基本可产气，且1a中有6个月产气速度较快，产气效率高，具有发展沼气的最适宜温度条件。

Ⅱ发酵温度适宜区。包括浙江、湖北、湖南、贵州、重庆、江苏、江西、四川、上海、河南、山东、安徽、天津、北京、河北。沼气池的利用时间在半年以上，但产气速度快、原料产气效率高的时间有4～6个月，为沼气池季节利用、短时间高产地区，具有发展沼气的适宜温度条件。

Ⅲ发酵温度次适宜区。包括山西、辽宁、吉林、甘肃、新疆、宁夏，陕西、内蒙古。沼气池的利用时间小于半年，产气速度快、原料产气效率高的时间只有1～3个月。

Ⅳ发酵温度非适宜区。包括黑龙江、西藏、青海。沼气池利用时间短，产气速度慢，产气效率低，因此在自然条件下，不具有发展沼气的温度条件。

表6 中国农村户用沼气发酵温度适宜性区划

图1 中国农村户用沼气发酵温度适宜性区划

4 结论

论文以沼气发酵温度为研究对象，将中国农村户用沼气发酵温度划分为沼气发酵温度最适宜区、适宜区、次适宜区和非适宜区。发酵温度最适宜区包括福建、广东、广西、海南、云南5个省；发酵温度适宜区包括浙江、湖北、湖南、贵州、重庆、江苏、江西、四川、上海、河南、山东、安徽、天津、北京、河北15个省；发酵温度次适宜区包括山西、辽宁、吉林、甘肃、新疆、宁夏、陕西、内蒙古8个省；发酵温度非适宜区包括黑龙江、西藏、青海3个省。根据区划结果，形成了中国农村户用沼气发酵温度适宜性区划图。

中国农村沼气的区划主要包括发酵原料的区划和发酵温度的区划。发酵原料的统计资料都是以省为单位，为了便于中国农村户用沼气发酵温度适宜性区划与原料区划的匹配和结合，在做中国农村户用沼气发酵温度适宜性区划时仍采取了以省为单位进行分区。由于省内部温度条件存在一定的差异，可能会影响到温度区划的精确性。本研究在中国农村沼气发酵温度适宜性区划方面做了一些尝试性的工作，还有许多问题有待于进一步探索研究。

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