引言

我国在推动农业现代化的过程中，面临着粮食安全、耕地安全及农业环境负荷等三大挑战，面临着日益稀缺的资源和脆弱的生态环境等难题，保护好农业资源环境，推进农业绿色生产，建设生态农业是实现我国农业现代化的必由之路^[1]。沼气技术在解决资源利用，治理环境污染，推进农村人居环境整治，提升农产品质量、食品安全水平和农业发展方式方面具有显著的效果，是发展循环经济的“绿色技术”^[2]。以沼气为纽带的农村清洁能源生态循环农业发展模式，可有效地延长农业产业链，将种植业、养殖业和农产品加工企业带入良性循环发展^[3]，是建设环境友好的现代生态循环农业的有力手段，是发展我国现代农业的重要组成部分。

我国学者以生态学、经济学、系统工程学为原理，以沼气为纽带，以土地资源为基础，将种植业和养殖业有机结合，对中国农村沼气现代化建设模式开展了相关的研究，总结出我国沼气产业链主要有三种“三位一体”“四位一体”“五配套”等模式。“沼气发酵系统是实现肥料、饲料和燃料转化的关键环节和最佳途径，是促进生态农业良性循环和运行的枢纽”，在生态农业中占有重要的地位^[4]。沼气产业横跨一、二、三产业，既是农村基础性设施工程，又是具有经营性质的新兴战略性产业。当前农村的生产方式和生活方式发生了巨变，各地的经济条件和自然条件差异很大，发展模式不一，目前从技术层面对循环农业的某些单项模式开展的研究较多，但对发展模式的理论研究较少。因此，笔者拟通过对沼气现代化发展模式的进程和影响因素进行评析，梳理总结以沼气为纽带的开发利用模式，阐述新时期沼气现代化的发展模式，并据此提出相关的对策建议。

1 我国沼气现代化模式的发展历程

我国沼气建设经历了“两落三起”的曲折发展历程，沼气现代化的进程与三次飞跃的建设紧密相关。

沼气建设第一次飞跃发展是20世纪60年代末70年代初。政府为解决农村能源短缺问题，大力发展沼气，通过农村养殖废弃物利用处理，为农村提供炊事和照明生活用能，同时沼渣沼液进行还田实现循环利用，提高了生活质量，美化了环境。这一时期农村户用沼气池达到700万户，是建设沼气现代化的雏形。

第二次飞跃发展是在20世纪70年代末80年代初。政府把能源与经济发展和环境保护相结合，从“六五”开始把农村沼气建设纳入国民经济发展计划中，以国家财政资金推动沼气建设，以科技进步推动“猪—沼—果（X）”建设升级。在我国南方，“一池三改”是沼气开发利用中最常见的一种模式，“改厨、改厕、改圈”，既提供了清洁能源，又解决了农业废弃物所引起的环境污染，沼肥还田形成“养殖—沼气—种植”等生态循环农业模式；北方推行“四位一体”模式，将沼气池、厕所、畜圈和日光温室优化组合，使之相互依存、优势互补，达到对能源高效综合利用的生态模式；西北实施“五配套”模式以太阳能为动力，以新型高效沼气池为纽带，在干旱半干旱地区形成了农牧结合的能源生态发展模式。这个时期农村户用沼气经过徘徊后恢复到405万户，大中型沼气工程开始起步，建设约有1 000多处。“猪—沼—粮、菜（果）”规模化养殖场循环农业模式能值投入和产出与单一生猪养殖业相比，系统净能值产出率和可持续发展指数分别为18.60和25.12，比单一养殖业提高245.0%和249.37%，环境负载率为0.74，降低了22.10%，有利于降低环境压力，提高系统可持续发展指数^[5]，成为构建沼气现代化发展的基础内容。

第三次飞跃发生在世纪之交。2000年，农业部在全国范围内组织实施了“生态家园富民示范工程”建设。2002年，根据不同地域、不同地形特点，遴选出北方“四位一体”生态模式及配套技术等具有代表性的10大类型生态农业模式和配套技术向全国推广。2003年，实施“农村沼气建设国债项目”，沼气技术被环保部列为“解决农村面临污染的核心技术”；2009年以后，政府把沼气建设作为扩大内需的一项农村基础性工程和发展现代生态循环农业的重要抓手，加大对农村沼气的资金投入，进一步深化沼气是实现农村废弃物能源化、减量化和资源化的作用，推动了农村沼气产业快速发展。这个时期建设农村户用沼气达4 193户，大中型沼气工程11万多处，形成了以农村户用沼气、养殖小区和联户集中供应沼气、生活污水沼气净化池、秸秆沼气工程、大中型沼气工程等共同发展的多元化格局。

总之，我国农村沼气最初是从解决农村能源开始，之后逐步向深化农业生产发展和改善农村生活生态环境发展。以沼气为纽带的“猪—沼—果（X）”和“生态养殖业—沼气—有机肥料—高效种植业”的能源生态模式，改变了传统的粪便利用和过量施用农药化肥的农业生产方式，实现了畜禽粪便能源化和资源化的循环利用，有力地解决了发展现代生态循环、农业资源循环利用的问题。不同地区内容丰富的农村沼气技术与农业生产技术相结合的发展模式，优化了农业生产结构，使农业从单一的粮食、果业、畜禽生产向多位一体的农业综合开发转变，从解决农村能源和环境卫生的需求向改变农业发展方式中发挥基础性作用上转变，为发展我国低碳经济和节能减排发挥了不可替代的作用^[6]，成为农业现代化的一项重要内容^[7]。

2 新时期我国沼气现代化发展的影响因素 2.1 国家政策和财政资金

我国沼气建设带有明显的公益性和市场盈利经济性，政府先后制定相关产业、财政、税收和法律政策，支持农村沼气建设。国家主要以《可再生能源中长期发展规划》为指导，以各省及相关部门的项目管理办法和规章制度为体现，其基本框架包括7部法律、11项发展规划及产业指导政策、10余项财税政策、40多项国家及行业标准等^[8]，分布于沼气产业链各个环节，通过建立有效的体制和机制，创造良好的发展环境，推动生物质能又好又快地发展^[9]。

财政资金投入是我国农村沼气建设快速发展的重要因素。从20世纪70年代开始，国家将沼气发展作为一项政府行为列入每一届政府的5年发展规划中，农村户用沼气建设主要依靠中央补助和农户自筹资金建设，地方配套资金相对较少。当时每户“一池三改”（即农村户用沼气池建设与改厕、改圈和改厨同步设计，同步施工）建设投资约5 800元左右，中央投资补贴标准只占24%。农村沼气项目中央补助标准明显偏低，造成了一些地方“三改”不到位，建设质量不高和使用率下降，影响农村沼气的可持续发展^[10]。2001年后，政府将沼气发展作为实现清洁生产和循环利用重要工作给予支持，利用“农村沼气建设国债项目”推进沼气建设。2009年，国家把沼气建设作为转变农业发展方式、统筹城乡发展的战略措施的制定，累计投入400多亿元沼气建设资金，使沼气建设的数量位居世界前列，奠定了我国的沼气大国地位。在此期间，政府主导、政策和措施、财政资金投入成为影响农村沼气建设投资导向和发展的重要因素。

党的“十八届”五中全会提出了绿色发展理念，这是破解“三农”难题，建设农业现代化内在要求。国务院《全国现代农业发展规划2011 2015》《关于改善农村人居环境的指导意见》以及2015年中央一号文件《关于加大改革创新力度加快农业现代化建设的若干意见》和农业部等八部委联合发布的《全国农业可持续发展规划（2015 2030年）》等政策措施，在肯定我国农村沼气建设成就的基础上，提出加快畜禽粪便的资源化利用，推进生态循环农业发展，到2020年国家现代农业示范区和粮食主产县基本实现区域内农业资源循环利用，到2030年全国基本实现农业废弃物趋零排放，对资源高效利用和环境友好型技术、生物质综合利用技术等当前世界农业科技竞争的焦点领域进行了科学布局。我国农村环境污染点多面广，涉及农民生活中的家居用能和环境清洁，不可能照搬城市与工业环境污染治理的技术手段，农业生物质资源综合利用，既涉及农业生产系统中的物质高效转化和能量高效循环，又涉及整个农业生态系统中的土壤肥力、水土保持、环境安全以及可再生资源高效利用等可持续发展问题。以农村沼气和生物天然气为主要处理方向，以就地就近用于农村能源和农用有机肥为主要使用方向，推进有机肥替代化肥等行动，改变传统生产方式，减少化肥等投入品的过量使用，优化产地环境，提升农产品品质，力争在“十三五”时期，基本解决大规模畜禽养殖场粪污处理和资源化问题^[11]。这些措施促进了农业生物质资源高效循环利用，改善和保护了农村环境，提高了农民的收入，推动了“一控两减三基本”目标的实现，为我国农村沼气现代化建设指明了方向。

2.2 农村生产方式和生活方式 2.2.1 城乡一体化发展格局的转变

随着我国经济发展进入新常态，城镇化发展水平不断提升，农业人口向城市迁移，农村常住人口逐渐减少，城乡关系从二元分割转向一体化，造成了农村土地、资金、人才、劳动力等要素的大量流失。中国特色新型工业化、信息化、城镇化与农业现代化“四化”同步，公共资源配置需要继续坚持向农村倾斜。三产融合带来的是优质要素向农村的聚集与回流，城乡一体化促进城乡居民生产方式、生活方式和居住方式变化，可以引导农村用能结构的变化。

2.2.2 生产导向型向消费导向型农业的转变

随着经济发展，人民的消费水平、消费结构发生变化，从追求数量向质量转变，从相对单一消费向多元化消费转变，从单纯的物质消费向物质文化同步消费转变。在生产导向型向消费导向型农业的转变过程中，我国农业还存在种植业废弃物资源转化率低、利用水平不高，畜禽粪污水量大、沼气化处理过程中升温困难、沼气发酵产气效率低，沼渣沼液利用率不高、达标处理困难等系列问题，这是由于管理不善造成的^[12]。沼气产业只有注重市场要素，才能促使要素聚集、机制完善和跨界配置，才能最终实现产业链条和价值，形成因地制宜、规模生产和专业配套格局。

2.2.3 农业可持续发展方式的转变

当前，城镇化建设使经济总量和人口相对集中，农业生产发展趋势也由分散向集中转变，由单一的生产功能向生产、生态、生活等多功能拓展；采用节水节肥、优良耕作方式，提高土地产出率、资源利用率和劳动生产率，集成具有现代科技水平和产业特色的农业可持续发展发展模式。但是，随之而来的是农民生产生活和畜禽养殖方式变化，农村劳动力大量转移，这使农村户用沼气需求下降，建设难度加大；大中型沼气大多自用，没有走向市场、缺乏经济效益，沼气建设成本增高；加上天然气、电等便利的化石能源使用，对农村沼气建设带来冲击。

2.3 沼气产业结构

目前，农业发展的主要矛盾已经由总量不足变为结构性矛盾^[13]，而能源结构与产业结构联系密切。我国是能源紧缺大国，随着城镇化水平的不断提高，对能源的需求还将持续增长，预计到2035年，能源需求增量将占世界需求增量的38.5%。开发和利用以沼气为代表的生物质能源，可以降低我国对化石燃料的过度依赖，保障国家能源安全。农村户用沼气建设，由于没有形成产业化，缺少原料和劳动力，与城镇化发展、集约化使用趋势不相适应，农村沼气供给侧结构性问题调整是大势所趋。“十三五”期间，国家将重点支持规模化沼气工程和生物天然工程，这一产业结构调整新部署为沼气产业结构转型升级发展提供了发展方向，也为提升各类废弃物进行综合利用，打造“资源产品废弃物再生资源”循环经济模式，探索能源高效利用解决方案和盈利运行模式提供发展思路。

2.4 科技支撑能力

发展现代化农业是一个利用科学和技术促进传统农业向都市化和工业化转变的过程。随着我国现代农业和农村经济发展，种植业、养殖业、农产品加工业等农业生产与生活废弃物问题更加突出，急需和必须处理的资源量巨大。当前废弃物资源转化率低、利用水平不高和污染严重，严重影响了农民生活质量和农村生态环境，制约了农业可持续发展。我国沼气技术从工艺技术研究、设备装备研制和产业化工程示范三个层面上看，基础性研发投入较少，沼气行业还存在生产技术和装备水平落后，工艺系统不够完整，工程整体技术水平偏低，系统化成套设备和标准化设备与发达国家有一定差距等问题。此外，大中型沼气工程沼气利用方式单一，“三沼”利用不充分，相当部分没有得到高值利用，缺乏对典型工程和产业的技术经济性分析，缺乏对已有技术发展模式的及时总结和凝练，影响了沼气综合效益的发挥，需要探索农业废弃物处理利用系统优化与过程控制技术，需要进一步提升科技创新、成果转化和推广能力。因此，新时期沼气建设对科技有更高的需求。

3 新时期我国沼气现代化发展模式的探索 3.1 政府顶层设计沼气现代化进程

农业的根本出路在于现代化，农业现代化是国家现代化的基础和支撑。沼气产业作为清洁绿色能源，把多种经营联结起来，它们的可再生性和环保性等优良特性决定了其未来的发展空间将会无限宽广^[14]，能够实现发展生态农业和治理环境的有机结合。以沼气为纽带，种植业—养殖业—加工业等多环节、多层次的高效益物质循环和能量多级利用的生物链系统，是沼气稳步进入发展新阶段的重要标志^[15]。2015年，农业部明确“支持日产生物天然气10 000m³以上的规模化生物天然气工程开展试点”，以此推动农村沼气工程转型升级^[16]，同时大力推进现代生态循环农业，以加快农业发展方式转变的进程^[17]。2017年中央一号文件提出，“大力推行高效生态循环的种养模式，加快畜禽粪便集中处理，推动规模化大型沼气健康发展”^[18]。2017年《全国农村沼气发展“十三五”规划》提出，“建立多元化投入机制、完善农村沼气优惠政策，继续重点支持规模化生物天然气工程和规模化大型沼气工程建设”，农村沼气工程总投资达500亿元，其中：规模化生物天然气工程181.2亿元，规模化大型沼气工程133.61亿元^[19]。政府以财政资金调控沼气产业结构转型发展，是沼气产业供给侧结构性改革的重要部署和调整，将改变农村沼气原有的格局和发展模式，推动沼气工程产业化、市场化和规模化生产，逐步向城市、工业、交通领域高值化应用方向发展。

3.2 科技发展为沼气现代化建设提供有力支撑

政府一直重视科技支撑引领沼气发展，国家发展与改革委员会、科技部、农业部等从不同渠道确保科研项目和科研经费持续增长，科研水平和研发实力显著增强。图 1反映了国家自然科学基金近年来资助沼气领域研发和提升沼气技术的力度。50多年来，经过沼气科研单位、大专院校和相关企业的不懈努力，以能源微生物和沼气科学技术为主的学科布局日趋合理，科研基础条件不断改善，人才团队、平台建设与成果转化等方面均实现了较快的发展，取得了一系列开拓性、创新性和实用性的成果，为沼气行业注入了强有力的发展动力。

目前，国家和行业先后颁布了《农村家用沼气发酵工艺操作规程》《户用沼气池标准图集》《沼气工程技术规范》等40多项有关的沼气技术标准，形成了“农村家用沼气池设计图集、操作规程、质量检验国家标准成套技术”“畜禽粪污沼气化处理模式及技术体系研究与应用”等技术成果，指导、规范和推动农村沼气健康、有序发展。厌氧发酵、生物燃气利用、沼气提纯、有机肥生产、施用与装备等技术或工艺日益成熟，并向原料多元化、工艺设备集成化和生物质燃气高值化方向发展。在沼气工程关键技术和核心设备研发、系统政策支持以及沼液—沼渣生态循环利用模式等方面实现转变^[20]，使我国沼气生产技术和装备水平、科技成果配套性和产业化水平等取得了明显进步，缩小了与德国、瑞典、丹麦等先进国家的差距。

3.3 沼气现代化发展模式迈入4.0模式

现在，我国现代化发展模式已经由单一的经济指标转变为经济、政治、环境等综合指标模式。当前现代农业发展面临资源环境约束与消费升级的双重制约，成为影响我国农村现代化发展进程关键的要素之一。沼气技术具有提供可再生清洁能源治理环境的功能，沼气工程在现代农业和农村生活环境治理中所扮演的角色越来越受到关注。我国农村沼气建设第一次飞跃，可以说是1.0版本沼气建设，是能源需求与资源利用及经济活动投入有机结合的过程，将畜禽粪便、生活垃圾等废弃资源转化为清洁能源（沼气）和有机肥料，为村镇居民提供清洁能；第二次飞跃是2.0版本沼气建设，是将工业化、城市化方式思路引入农村沼气建设，积极推动新产品、新技术和新模式；进入世纪之交的第三次飞跃是3.0版本沼气建设，是以沼气为纽带，引入市场机制，通过农村沼气综合利用技术，发展现代生态循环农业，实现农业资源高效多层次、高值化循环利用，有效地降低农药、化肥等农业投入品的施用量，减少农业面源污染，提高耕地的有机质含量，促进农民增收、农业增效，提高沼气生产的经济和社会效益，利用沼气技术资源构建生态环境良好的庭院生态模式、生态农业模式、生活污水处理模式、农业废弃物处理模式和生活垃圾处理模式等模式^[21]。这个时期以科技为动力推动农村沼气向规模化、专业化、高效化利用快速发展，取得了显著的成就。

“十三五”期间，随着社会的发展、科技的进步和综合国力的提升，我国农业现代化将进入加速发展阶段，在继续强化保供给的同时，更加注重保护生态环境，突出农业的社会和生态功能^[22]。早在20世纪90年代，屠嘉琪就提出中国的沼气建设是现代农业不可分割的一部分^[23]，越要发展现代农业，越离不开沼气的纽带作用，将现代科技应用到沼气产业，提高沼气的现代化装备水平，对农业废弃物和畜禽养殖废弃物进行有效地处理，同时将能源的回收利用与现代化的农业生产有机地结合起来，因地制宜地推广与各地区自然特征和社会经济发展水平相一致的能源生态模式及其配套技术，构建可更新资源投入比例高、系统内部物质循环利用率高和综合效益良好的可持续发展生态农业系统^[24]，提高畜禽粪便的再循环利用，实现农村和小城镇日益增长的废弃物减量化和资源化利用，衍生“种植—养殖—有机肥-种植”等新产业、新业态的现代生态循环农业发展模式^[25]，是新时期沼气发展新模式与农村经济和生态文明建设融合发展的方向。

以沼气为纽带的现代生态循环农业模式，并不是按照科学家根据循环经济及生态经济学原理设计而形成的，而是不同区域不同类型循环农业模式受到区域的气候、土壤、人口、生物质资源及其农村经济发展水平等因素的影响和制约产生的^[26]。当前，在农村沼气产业结构转型升级发展中，政府主导推动农村沼气产业结构供给侧改革，不仅要注重沼气技术的创新进步，而且更要注重以沼气技术为纽带种养循环发展模式在现代农业中的支撑作用。新时期沼气发展模式，带有“政府宏观调控、企业主体建设、市场化运作、科技支撑发展”特征，既要解决农业废弃物污染问题，将资源高效利用，同时也要取得很好的综合效益^[27]。将沼气现代化发展模式与生态建设、产业发展、经济建设融为一体^[28]，是农村沼气建设发展的真实写照，是建设我国现代农业发展的重要内容，将有力地促进沼气产业现代化的发展^[29]。因此，可以认为，当前我国的沼气现代化即将迈入4.0发展模式。不同版本中国沼气现代化进程的特征，详见表 1。

4 新时期我国沼气现代化发展的路径

农村沼气与“三农”问题紧密相连，实现农村沼气现代化是我国沼气产业未来的战略选择^[30]。因此，要以新发展理念统领行动，准确把握农村沼气供给侧改革着力点，加大沼气科技创新步伐，以市场导向推动农村沼气与一二三产业融合发展，调结构、去产能，转变增长方式，实现农村沼气在建设现代农业中的规模效益，为我国沼气现代化建设奠定坚实的基础。

4.1 推动沼气产业供给侧改革

以结构性改革为主线推进沼气产业发展，优化完善行业相关政策制度和财政补贴机制，吸引社会资金支持，探索沼气及其电力产品市场绿证准入制度，构建绿色能源交易平台落地和循环发展机制，为建设沼气现代化提供良好发展环境。

4.2 突出科技含量支撑和引领作用

政府应持续支持科技创新，保证经费投入的稳定性和长期性，建立具有支撑作用的科技支撑体系；借鉴国外生物能源发展经验，通过开展适应不同区域的沼气技术应用模式研究，总结和提升我国不同区域沼气技术应用模式的技术完整性和社会经济效益，发展适合国情的管网输送、车载燃料等沼气高值化应用技术，为企业规模生产提供成熟配套的生产工艺和技术装备，推动沼气行业的技术进步。

4.3 创新沼气现代化发展模式

推动沼气技术与农村一、二、三产业间的融合，利用市场机制和“互联网+农业”的技术进步，促进沼气现代化4.0时代的信息化应用。以新型农业经营主体引领规模化沼气工程建设和运行，形成以新技术、新业态、新商业为特征的现代生态循环农业新模式，提高农业质量效益和竞争力，为实现沼气现代化发展提供了新动力。

5 结语

推动绿色发展，凸显农村沼气在保护生态环境提供清洁能源的重要性。从我国农村沼气发展历程，从政策、产业结构、科技和市场等方面分析影响沼气现代化发展模式的因素，梳理不同时期的发展模式和经验，结合“十三五”发展生态循环农业与农村沼气转型升级发展，指出新阶段4.0版本农村沼气现化化发展模式，其根本出路在于准确把握农村沼气供给侧改革着力点，以科技创新、市场为导向，推动农村沼气与一二三产业融合发展，建设科学研究与产业开发一体化的新的发展模式，为全面部署农村沼气现代科技发展战略，建设农村沼气现代化提供参考。