中國南方石漠化地區農村低碳社區模式與效益提升途徑

郭應軍，熊康寧，孫若晨，顏佳旺

·專題論壇·

中國南方石漠化地區農村低碳社區模式與效益提升途徑

郭應軍，熊康寧※，孫若晨，顏佳旺

（貴州師范大學喀斯特研究院/國家喀斯特石漠化防治工程技術研究中心，貴陽 550001）

有序推進中國南方石漠化地區農村低碳社區建設對石漠化綜合治理、鄉村振興、精準扶貧等具有重要現實意義。以石漠化嚴重的貴州省4個不同等級石漠化縣為研究區，系統梳理8種典型農村低碳社區模式，對比分析各種模式的適用范圍及特點，基本符合現階段社會經濟狀況與低碳社區的目標需求。運用投入-產出法評價典型低碳社區生態效益、經濟效益，驗證所提模型的有效性。結果表明：中國南方石漠化地區低碳社區建設難以形成統一模式與標準，低碳社區建設應因地制宜考慮產業結構、人口特征、鄉村振興和精準扶貧等，運用綜合效益評估法來確定不同等級石漠化地區低碳社區適合發展方案。基于提高效益需要，從技術、發展、能源、制度、管理等5個視角，及中央政府、地方政府、電網公司、科研機構和社區農戶5個層面設計的低碳社區綜合效益提升途徑，并提出8種典型低碳模式效益提升途徑。

農村；石漠化；低碳模式；效益提升；中國南方

0 引 言

社區（Community），表示由自然意志構成的小規模社會實體，存在親密的關系與集體約束，非正式社會組織[1-2]。中國農村社區呈現生產功能多樣化、生活功能人文化、生態功能剛性化的發展趨勢[3]，職業分化明顯[4]。

農村低碳社區是通過正式制度、非正式制度等建立起來，集生產-生活-居住為一體化的地域綜合體，能源利用實現可循環化、綠色化、低排放化等特點，低碳社區建設呈現明顯的地域性、階段性、低排放化等特征[5]。國內對農村低碳社區的相關性研究較晚，涉及低碳社區模式構建、低碳社區模式評價、低碳社區技術體系與規劃等，以定性化、理論化研究為主[5]，缺乏對荒漠化、喀斯特等特殊地理環境地區的研究。

中國南方喀斯特分布于貴州、廣西、云南、四川、重慶、湖北、湖南和廣東8個?。▍^）[6]。中國南方喀斯特地區土地承載力低[7]、以薪柴為主的能源消費結構[8]等共同作用下，引發了類似于荒漠化的土地退化景觀[9]稱為石漠化。2016年間中國南方石漠化土地為10.06萬km2，等級上以輕度和中度為主，以貴州省發生分布面積最廣，其中輕度石漠化為22 019.65 km2，中度石漠化為3 730.00 km2，重度石漠化為3 001.07 km2，極重度石漠化700.57 km2[10]。

石漠化綜合治理屬于典型的生態修復問題[9]，需要在發展模式、科技創新上尋求根本解決途徑[11]。農村能源結構優化在中國南方石漠化治理中發揮著重要作用，能源工程建設成效顯著，形成了以爐具改良[12]、沼氣[12-13]、秸稈氣化爐[14]等多能互補模式[13-14]，取得了顯著經濟效益、生態效益和社會效益。然而，受城鎮化、工業化和農村空心化的影響，傳統的“豬-沼-果”“豬-沼-茶”“豬-沼-菜”“豬-沼-花”等生態農業模式面臨嚴重挑戰。同時，受種養分離影響，秸稈和禽畜糞便非資源化利用成為低碳社區建設障礙。因此，有序推進中國南方石漠化地區低碳社區建設對石漠化綜合治理、鄉村振興、精準扶貧等具有重要現實意義。

鑒于此，該論文所關注的是中國南方石漠化地區農村低碳社區能源模式演變規律與影響因素。本文擬解決的問題：1）構建不同等級的中國南方石漠化地區農村低碳社區模式；2）分析不同低碳社區模式有效性與效益；3）提出低碳模式效益提升途徑。本文擬以生態環境脆弱、經濟發展滯后、石漠化嚴重的貴州省4個不同等級石漠化縣為研究對象，為中國南方石漠化地區低碳社區模式提供理論依據。

1 研究區概況

中國南方以貴州高原為中心的喀斯特地區是世界上面積最大、最集中連片的喀斯特生態脆弱區，面積超過55萬km2，是全球喀斯特發育最典型、最復雜，景觀最漂亮、類型最豐富的典型區域，石漠化是該區面臨的最嚴重的生態環境問題[15-16]。本文在課題組前期研究基礎上[8,12-14]，在代表南方喀斯特環境類型總體結構的貴州高原山區，選擇具有代表性的畢節撒拉溪、關嶺花江、貞豐北盤江、施秉喀斯特3類喀斯特生態環境類型（圖1）作為研究區，石漠化等級上依次代表了潛在-輕度、中度-強度和潛在-無石漠化三種類型。

畢節撒拉溪研究區位于貴州省西北部，涉及撒拉溪鎮、野角鄉2個鄉的9個行政村52個村民小組。總面積86.27 km2，其中林地面積44.18 km2，植被覆蓋度達37.06%，土壤侵蝕模數216.59 t/(km2·a)。喀斯特面積為64.06 km2，石漠化面積55.93 km2，占研究區巖溶面積的87.31%，石漠化等級以潛在-輕度為主。

關嶺花江研究區地處貴州省西南部的北盤江花江峽谷區，包含峽谷村、木工村、壩山村、五里村等4個行政村，地勢起伏大，相對高差700 m。該研究區位于貴州省關嶺縣花江鎮，總面積23.512 km2，林地面積14.34 km2，占60.99%；石漠化等級以中度-強度為主。種植業以花椒、馬鈴薯、火龍果、枇杷、少量玉米和水稻為主，養殖業以生豬為主，規?；卣鬏^為明顯。

貞豐北盤江研究區位于貴州西南部的北盤江花江峽谷區，包含云洞灣村、貓貓寨村和查耳巖村等3個行政村，落差大，相對高差700 m，面積28.122 km2，其中林地面積20.1 km2，占比71.47%；石漠化等級以中度-強度為主。種植業以花椒、少量玉米為主，養殖業以家庭生豬養殖為。

施秉喀斯特研究區是世界自然遺產地，典型的白云巖喀斯特地貌，石漠化等級以潛在-無石漠化。該研究區總面積282.95 km2，林地總面積208.34 km2，非喀斯特面積為30.82 km2，無石漠化面積138.38 km2，潛在石漠化面積為86.42 km2，輕度石漠化面積為24.93 km2，中度石漠化面積為2.38 km2。種植業以水稻、烤煙、太子參為主，養殖業以養牛、豬等為主。年均溫16.7 ℃，年均降水量1 220 mm，無霜期為257 d。夏旱、倒春寒、冰雹及暴雨等氣象災害嚴重。該研究區包含7個村82個村民小組，共2 692戶8 076人。

2 典型低碳社區模式分析

太陽能路燈在4個研究區典型村組都已經配置，資金為縣級財政統一配置的農村亮化工程或課題組科研基金，農戶無需集資，輸出功率1 000 W，總費用為3 200元。

2.1 畢節撒拉溪

該研究區位于貴州省西北部，為典型高原山地喀斯特地貌，年降水量800 mm左右，年平均氣溫在12 ℃，年平均日最低氣溫低（<7 ℃[17]），1月平均日最低氣溫低（<-0.7 ℃[18]）和日平均最高氣溫較低（＜2 ℃[18]）。根據課題組前期研究發現[8]，形成“薪柴+煤炭”的生活用能模式，“煤炭”型取暖模式和“薪柴”型生產用能（煮豬食）模式。

2.1.1 庭院式太陽能照明燈+煤炭取暖炊事（模式1）

利用農戶現有房屋屋檐，太陽能照明燈直接固定于屋檐，資金來源為科研示范獲得，產權歸屬于農戶。庭院式太陽能照明燈每戶按照太陽能電板5V、3.2WPET，輸出3.2 V、10W統一配置。夏半年室內照明、炊事用能、娛樂采用電力方式獲得。冬半年取暖依靠煤炭，炊事用能以煤炭為主電力為輔組合方式、煮豬食形成薪柴為主煤炭為輔方式。2008年國家石漠化治理以來，永紅組為課題組高原山地石漠化治理的示范基地，承擔著草食畜牧業、混農林、農村能源等示范任務，取得良好經濟效益與環境效益，有效抑制石漠化擴張。在前期戶用沼氣、太陽能路燈等示范基礎上，利用太陽輻射較強的優勢，突出示范庭院式照明燈，為進一步試點創造條件。

2.1.2 太陽能熱水器+煤炭取暖炊事（模式2）

農戶自行購買太陽能熱水器。夏半年室內照明、炊事用能、娛樂采用電力方式獲得。冬半年取暖依靠煤炭，炊事用能以煤炭為主電力為輔組合方式，煮豬食形成薪柴為主煤炭為輔方式。該組位于交通主干道沿線，以務工收入為主，收入水平較高，購買太陽能熱水器能力較強且節能效果較好，基本可以滿足8個月左右洗浴用水。

2.2 關嶺花江

位于貴州省西南部花江峽谷的北部，典型高原峽谷喀斯特地貌，年平均氣溫高（18.4 ℃）。7月份受副熱帶高氣壓控制，加之地形影響，氣溫高，夏季致冷需要量大，冬季氣溫較高，取暖需求量較低。根據課題組前期研究發現[8]，已經形成薪柴主導、電力為輔的生活用能模式，電力型取暖模式。

2.2.1 太陽能熱水器+戶用沼氣炊事（模式3）

農戶自行購買太陽能熱水器。炊事用能通過戶用沼氣方式解決，3頭豬糞便基本上可以5口之家的全年炊事用能。室內照明、娛樂依靠電力，冬季供暖需求量較小，大約持續1個月左右，電熱毯、電暖爐等方式獲得。能源需求量較低，清潔能源比重較高，能源轉型特征較為明顯。2008年以前為典型玉米種植區、石漠化嚴重。2008年成為課題組高原峽谷石漠化治理示范地，承擔種植業、養殖業轉型、戶用沼氣等示范任務。木工組花椒、枇杷等經濟林種植面積大；生豬規模養殖戶較多，以生豬糞便為原料生產沼氣，沼氣基本能夠全年正常使用，基本滿足家庭炊事用能，沼液、沼渣、多余生豬糞便還田。

2.2.2 太陽能熱水器+小型光伏板+電暖爐取暖+煤炭型花椒烘烤機（模式4）

農戶自行購買太陽能熱水器，娛樂依靠電力資源，冬季取暖以電暖爐為主，炊事用能以電力為主。室內照明依靠小型太陽能光伏板，基本能夠滿足主屋的照明需要。堡堡上組為課題組的花椒示范種植基地，合作社種植面積13.3 hm2，散戶種植200 hm2?；ń贩N植規?；卣黠@著，采摘季受西南季風和東南季風雙重影響，陰雨天氣較多，導致花椒晾曬困難，造成花椒品質下降。農戶獲取經濟利益最大化，基于降低能源開支，多采用煤炭型烘干機。整體上，花椒經濟效益明顯，農戶收入水平較高，電暖爐取暖替代了薪柴，明顯改善了室內環境質量。

2.2.3 太陽能熱水器+屋頂光伏+電力炊事（模式5）

農戶自行購買太陽能熱水器，炊事和取暖依靠電力，農戶獲得相應租金（圖2）。光伏扶貧是增加貧困戶收入、造福貧困地區的惠民工程[19]。采用平屋頂建設，資金通過“農戶申請貸款+縣財政擔?！鲍@得，貸款直接注入電力公司，產權第1～9年產權歸屬電力公司，第10年起產權歸貧困戶。設計統一規模的光伏發電系統，日常管護由貧困戶負責。采用“全額上網”的并網方式，全部電量由電網公司按上網電價收購，電網公司每年將收益撥付電力公司銀行專戶，售電收益和發電補貼歸電力公司所有。電力公司承擔運維費用、代替農戶償還銀行貸款、支付貧困戶年純收益2 580元左右，持續收益20 a以上。其優點在于充分利用農戶閑置屋頂，規避該地地勢起伏大、平地匱乏劣勢，且建設周期短，貧困戶無需支付建設成本。

韓家寨組為課題組火龍果種植示范基地，農戶收入水平較高、房屋以2～3層獨棟樓為主，為屋頂光伏扶貧項目落地創造了物質基礎?；谡吲c投資風險考慮，電力公司通常選取經濟基礎較好、房屋結構穩定農戶為主。薪柴難以繼續作為炊事用能與取暖用能，農戶轉向以電力為主的能源消費方式。同時，農戶從屋頂光伏當中能夠獲得相應經濟收入（2 580元/a），農戶積極性較高。

2.3 貞豐北盤江

位于花江峽谷南部，典型高原峽谷喀斯特地貌，夏季氣溫高、冬季氣溫較溫和。根據前期研究發現[8]，已經形成薪柴主導、電力為輔的生活用能模式，電力型取暖模式。

2.3.1 太陽能熱水器+電力炊事+電暖爐取暖（模式6）

農戶自行購買太陽能熱水器，冬季通過電暖爐采暖，炊事用能為電力。2008年前為典型玉米種植區，石漠化嚴重，薪柴為主要燃料。2008年以來，查爾巖組為課題組高原峽谷石漠化示范地，承擔花椒種植、低碳社區建設示范任務。查爾巖組所在查爾巖村現有耕地78.6 hm2，全村530戶2 561人，非貧困村。種植以花椒產業為主，現有花椒1 200 hm2，2010年開始大規模種植，2016年退耕還林73.3 hm2，依次按照7 500、6 000、4 500元的政策連續3年補貼；李子66.7 hm2，金銀花53.3 hm2。太陽能路燈10盞，太陽能熱水器和電熱水器200臺，其中查爾巖組18臺太陽能熱水器。整體上，查爾巖組農戶經濟收入水平較高，購買能源設備能力強，電力完全替代了薪柴取暖與炊事用能源。

2.4 施秉喀斯特

位于貴州東部山地峽谷區，1月份處于滇黔靜止鋒南側，南下冷空氣受云貴高原阻擋難以到達，1月平均日最低氣溫較高（>6.2 ℃）、日平均最高氣溫較高（＞14.0 ℃）[17-18]。山地峽谷地形區內陰雨天氣較多，濕度大，冬季采暖需求量大。冬季，農戶以廉價便利薪柴作為取暖用能。7月份受副熱帶高壓影響，加之海拔較低，日最低氣溫在15.6～21.3 ℃，平均日最高氣溫22.1～30.0 ℃[17-18]，致冷需求量大，電力消費較高。根據前期研究發現[8]，已經形成薪柴+電力的生活用能模式，薪柴+煤炭取暖用能模式和煤炭型生產用能模式。

2.4.1 太陽能熱水器+戶用沼氣+節柴爐（模式7）

農戶自行購買太陽能熱水器，炊事用能以沼氣為主，2頭豬滿足2個成人家庭全年炊事用能。冬季取暖依靠薪柴，“火塘”和節能爐兩種方式并存。中寨組森林資源豐富，人口較少，薪柴獲取便利，形成以薪柴為主炊事用能結構。2008年以來，施秉縣農業局出臺戶用沼氣建設補貼政策，中寨組修建15個左右沼氣池，有效減少薪柴消費量。戶用沼氣原料需求量較少、管理簡單，農戶基本飼養1～3頭“年豬”即可。但是，中寨組沼氣池漏氣等建設質量問題嚴重，影響農戶使用積極性，廢棄嚴重。

2.4.2 太陽能熱水器+火塘+煤炭烤煙（模式8）

農戶自行購買太陽能熱水器，炊事和取暖主要以薪柴為主，烤煙使用煤炭。黑沖組是施秉縣烤煙種植基地，具有前期投入高、市場波動大等特點?？緹熞呀洺蔀楫數剞r戶主要經濟來源。烤煙加工過程中對煤炭需求量大，且熱量較為充足，成為種植戶首選。冬季氣溫低[18]，廉價便利的薪柴成為取暖和“臘肉”熏制的首選燃料。

2.5 典型低碳社區模式的比較

2.5.1 模式的適用范圍與空氣質量等級

以薪柴為主的貧困性能源的消費，導致石漠化加劇與室內環境污染，對老人、兒童和婦女的身體健康構成威脅?，F將形成的典型低碳社區模式進行比較，具體見（表1）所示。

表1 典型農村低碳社區模式對比

2.5.2 模式存在問題

1）畢節撒拉溪模式。模式1，冬季采暖需求量，燃煤導致室內環境質量較差，農戶普遍采用回風爐，室內環境質量中等。該小組形成以玉米種植、牛、豬、山羊等養殖業為主的產業結構，散養與集中放養并存。玉米秸稈資源野燒、禽畜糞便任意堆積等非資源化問題突出。模式2環境質量中等和能源支付性問題突出，太陽能熱水器效果較差。

2）關嶺花江模式。模式3，玉米秸稈焚燒突出，戶用沼氣廢棄突出，不可持續性問題突出。戶用沼氣成熟技術難以有效推廣，與政府管理、后續服務、官員貪腐等沼戶用沼氣技術實質性推廣，農戶參與性程度低。模式4，生豬養殖規模較大，分散與集中養殖并存，生豬糞污問題突出。農戶節能和利用太陽意識較高，花椒的煤炭支出費用高。模式5，光伏扶貧項目產權在前9年內不明晰，且對農戶普遍缺乏約束，農戶參與度較低，易受風力損害等。國家精準扶貧政策的退出，該模式的可持續性值得商榷[19-20]。

3）貞豐北盤江模式。模式6，能源設備投資費用高、電力不支付性問題突出。

4）施秉喀斯特模式。模式7，能源設備支付費用較高，水稻秸稈非資源化利用突出。模式8，水稻秸稈、玉米秸稈、烤煙秸稈非資源化利用突出，太陽能熱水器效果整體效果較差。

3 低碳社區模式綜合效益評價

高成本、慢收益是低碳社區持續性主要障礙[21]，日本屬于高成本模式[5]。綜合考慮石漠化治理、經濟發展、居民接受能力等，擬提出了將低碳社區模式的經濟效益、生態效益兩者定量化模型。

3.1 評價指標選擇

3.1.1 經濟效益指標

農戶基于自身利益最大化原則，優先選擇經濟廉價、可再生性強的生物質能、煤炭等。石漠化治理工程的屬于典型的政府性行為，農戶與政府之間進行經濟利益博弈。因此，本文設計出經濟效益評價模型如下

式中E表示年均總支出成本，元，cost表示設備年折舊額，元/a；cost為所用能源使用過程中的煤炭、電力等消費性支出費用；I為低碳社區設備初始投資額，元；d為第期折舊率，為設備數量；number為第種能源消費量，price為單位價格。

式中為常數，為折舊率的GDP增長率系數，g+1為+1期GDP增長率[22]。

3.1.2 生態效益指標

低碳社區的生態效益主要體現在排污量減少、資源合理利用性程度增加、有效替代薪柴和煤炭的使用，實現了石漠化綜合治理、精準扶貧、鄉村振興、節能減排融合。本文所設計低碳社區模式生態效益的計算方法分為2步：一是根據節能減排的標準計算節能排放量；二是根據環境價值標準計算節能減排所帶來的環境價值[23]。

1）污染物排放量

式中emisson為低碳社區模式各污染物的排放量，kg；S為第種污染物的排放系數，kg/(kW·h)；為污染物的類型數目，d為第種能源消費量；d/d為第種污染物減排量（表 2）。

表2 主要炊事能源的氣候變化因子及排放系數[24]

2）環境污染減排損失費

3.1.3 社會效益指標

社會效益難以實現量化的評價，研究者通常主要是對就業和收入結構影響、室內環境污染對健康影響、勞動強度緩解、娛樂時間增加等。戶用沼氣緩解能源貧困、增加婦女和兒童學習時間等具有正向反饋。扶貧部門認為光伏扶貧模式不利于農戶能力提升，可能會影響其推廣[20]。

3.2 實證分析

3.2.1 能源消費結構變化

4個研究區的典型低碳模式下的能源消費結構多元化、清潔化和現代化特征（表3）。畢節撒拉溪研究區由煤炭、薪柴、電力、石油液化氣轉變為煤炭、電力、太陽能。其中，模式1，煤炭完全替代了薪柴取暖，導致煤炭消費量上升；模式2中太陽能替代了薪柴、部分煤炭消費，導致煤炭消費量下降。關嶺花江研究區，由薪柴、電力轉變為電力、沼氣、太陽能為主的結構；模式4戶用沼氣完全替代薪柴，模式5，花椒采摘季節為雨季，農戶選擇烘干機以保證了花椒質量，提高經濟收益，但是煤炭型較電力型總體成本偏低，同時農戶自己購買光伏板，表明農戶節能意識逐漸增強；模式6位置偏僻，薪柴、秸稈等資源豐富，農戶能源轉型動力不足。貞豐北盤江，模式6清潔化特征顯著，以電力為主導。施秉喀斯特，能源消費結構變化呈現多樣化特征，向薪柴、電力、沼氣、太陽能等演變，薪柴仍居主導型。

表3 低碳模式下的戶均能源消費結構

3.2.2 能源支出費用變化

能源支出費用關系農戶切身利益，直接影響低碳模式推廣。與課題組前期研究[8]相比，畢節撒拉溪研究模式費用上升了1 000元左右，接近10%的能源貧困線[26]；關嶺花江模式下降了500～1 800元；貞豐北盤江模式下降最為明顯，降低能源可支付性；施秉喀斯特降低2 800～3 500元，薪柴消費量較高，室內環境污染問題突出。

3.2.3 對石漠化防治影響

低碳模式構建對石漠化防治具有重要意義[13]，減輕室內環境污染，降低老人、婦女、兒童的呼吸道疾病發生風險。低碳社區模式與石漠化綜合治理、全國性市場建立等相關。外界新型社會結構為社區居民與外界交流與聯系提供了可選擇性，居民生計策略轉變，尤其是務工收入。農戶基于機會成本考慮，使用電磁爐、電暖爐等清潔能源，降低了薪柴依賴，抑制了石漠化擴張。

3.2.4 綜合效益評價

低碳社區模式涉及經濟效益、生態效益和社會效益的綜合性評價。研究結果顯示：經濟效益較差（表4），生態效益明顯（表5），與仲聲[27]研究相一致。政府在低碳社區建設中發揮主導作用，形成政府-農戶之間的利益攸關、多層次的協同治理體系。對可再生能源必要的財政激勵政策[20]，降低農戶能源設備與支出成本。以可再生能源項目為核心，構建產權明晰、社區參與的管理制度[28]。畢節撒拉溪玉米秸稈資源、禽畜糞便資源豐富，傳統戶用沼氣、多能互補模式難以維持；試點規?；恼託夤こ毯蜕锾烊粴鈁29]，借鑒國內外能源轉型與低碳社區經驗[28,30]，研發具有區域特色的生物天然氣儲能技術。關嶺花江與貞豐北盤江以光伏技術為突破點，試點光熱技術。施秉喀斯特以秸稈、薪柴資源開發為主導方向，提升傳統薪柴成型燃料技術，降低生產成本，減輕室內環境污染。

表4 低碳社區模式年均成本

注：電力價格為0.50元·(kW·h)-1、煤炭價格為1.40元·kg-1、每口沼氣池成本為4 000 元、每盞太陽能路燈價格為3 200元、每臺太陽能熱水器價格為3 000元、每塊光伏電板280元，使用年限為13年計算。每個庭院式太陽能照明燈150元，使用年限按5年計算。太陽能能路燈費用由政府或科研機構完全承擔。

Note: The price of electricity is 0.50 yuan·(kW·h)-1, the price of coal is 1.40 yuan·kg-1, the cost of biogas digester is 4 000 yuan mouth, the price of solar street lamp is 3 200 yuan RMB /piece, the price of solar water heater is 3 000 yuan per piece, and the photovoltaic panel is 280 yuan piece. The service life is calculated as 13 years. Courtyard solar lighting is 150 yuan per piece, the service life is calculated by 5 years. The cost of solar energy street lamps is fully borne by the government or scientific research institutions.

表5 貨幣化年環境效益

4 低碳社區綜合效益提升途徑

本文歸納了8種低碳社區典型模式并設計了效益評價方法，基本滿足當前生產力水平下的低碳社區建設目標，但從效益提升與石漠化綜合治理、鄉村振興的角度看，目前低碳社區效益提升還存在巨大潛力。該文綜合技術、發展、能源、制度、管理 5 個層面，從中央政府、地方政府、電網公司、科研機構、社區農戶5個視角來設計低碳社區效益提升途徑。

4.1 技術層面

中央政府完善石漠化治理綜合政策，結合石漠化防治、鄉村振興、精準扶貧等戰略，構建以地方政府、科研機構為主體的區域低碳社區技術服務平臺，給予必要經費支撐。地方政府與科研機構逐步形成產學研一體化，結合石漠化等級、產業結構、人口特征及能源轉型等，給予消費清潔與可再生能源較多農戶財政補貼，以推動農村能源消費結構優化升級。電網公司則應配套發展分布式光伏發電，提高區域農網的裝備水平和承載力?？蒲袡C構需提升對喀斯特地區農戶的技術服務，因地制宜開發分布式可再生清潔能源，開發戶用沼氣轉型升級及規模化利用技術，試點中大型沼氣工程和小型風力發電技術，重點突破以秸稈和禽畜糞便為主的混合型生物天然氣的技術瓶頸，完善技術標準體系。社區農戶基于經濟效益與健康風險的前提下，逐漸減少薪柴等傳統生物質能直接燃燒，以降低健康風險。

4.2 發展層面

中央政府制定中國南方石漠化地區農村發展的中長期戰略規劃，鼓勵地方政府將農村低碳社區發展納入社會經濟發展規劃，設立低碳社區建設基金。地方政府將低碳社區建設納入社會經濟發展規劃，建立企業進入低碳社區標準與技術體系，鼓勵社會資本進入，形成多元化投入與分配機制。電網公司則應加快農網改造工作，適度鼓勵光伏扶貧項目靠近電力負荷建設[19]。科研機構開發具有與區域產業發展一致的綠色化、循環化、清潔化的可再生能源技術，并及時進行試點與示范。社區農戶逐步減少玉米、水稻等種植面積，基于市場風險與認知轉向經濟收益較高的經濟作物與經濟林等。

4.3 能源層面

中央政府制定農村可再生能源和清潔能源發展戰略規劃，將清潔可再生能源納入社會經濟發展規劃，給予購買清潔可再生能源設備的農戶財政補貼。地方政府結合石漠化防治與鄉村振興戰略，在石漠化嚴重地區優先推行清潔可再生能源技術。電網公司優先在石漠化嚴重地區布局秸稈發電、沼氣發電、分布式光伏發電、風力發電工程，同時需要防范風電和光伏發電風險[31]?？蒲袡C構在傳統種養殖循環利用模式的基礎上，開發具有可再生性特征和工程性特征顯著的能源利用新模式。社區農戶逐漸增加清潔可再生能源利用比重，適度降低傳統可再生能源利用比例。

4.4 制度層面

中央政府制定中國南方石漠化地區農村低碳社區安全評價標準，界定低碳社區模式建設性質與類型。地方政府結合石漠化等級、能源發展戰略、產業結構、精準扶貧和鄉村振興等，制定不同等級石漠化農村低碳社區評價細則，健全農戶消費清潔可再生能源消費利益補償機制與制度；健全與明確農村農業、電力等部門職責，推行目標控制與過程管理相結合的考核機制。電網公司建立清潔可再生能源發展負面清單制度。科研機構建立可再生能源研發與投入長效機制。社區農戶根據國家石漠化防治總體布局，適度增加清潔可再生能源消費，并獲取相應經濟補償，以期望達到示范帶動效果。

4.5 管理層面

中央政府制定中國南方石漠化地區農村低碳社區政策，并加大低碳社區支持力度，建立健全低碳社區全程監管體系，加強對電力市場尤其是農網的監管。地方政府適度增加低碳社區財政轉移支付，對于石漠化地區的建設成效明顯的社區給予激勵的財政補貼。電網公司應將全方位引入行業技術標準，標準化管理電力系統的設計規劃、建設施工、檢修維護等工作，將石漠化地區秸稈發電、沼氣發電、風電、光伏、水電等納入電網，避免產生棄風棄光等?？蒲袡C構健全石漠化地區清潔可再生清潔能源技術示范與管理。社區農戶對低碳社區模式及時與科研機構、地方政府等及時溝通與反饋。

4.6 典型低碳社區模式效益提升途徑

中國南方石漠化地區自然資源、發展模式等差異顯著。結合石漠化治理、能源轉型、鄉村振興等，現將典型農村低碳社區模式效益提升途徑歸納如下（表6）。

表6 典型農村低碳社區效益提升途徑

5 結 論

該論文圍繞石漠化綜合治理背景下中國南方石漠化地區低碳社區典型模式、存在問題、低碳社區效益分析、低碳社區效益提升途徑開展研究，提出了數學模型和計算方法，驗證了低碳社區模型與方法的可行性和有效性。主要結論如下：

1）中國南方石漠化地區低碳社區建設難以形成統一模式與標準。低碳社區不僅需要借鑒其他地區的模式，更應因地制宜考慮產業結構、人口特征、鄉村振興和精準扶貧等，運用綜合效益評估法來確定不同等級石漠化地區低碳社區最優發展方案。

2）4個研究區已有的8種典型低碳社區模式基本符合當地社會經濟狀況，各具特色，基本滿足低碳社區建設目標。

3）建立低碳社區綜合效益評價體系，表明：環境效益高、經濟效益較低，本文所提農戶低碳社區效益評價方法可以進一步優化。

4）從技術、發展、能源、制度、管理等 5 個視角，及中央政府、地方政府、電網公司、科研機構和社區農戶5個層面設計的低碳社區綜合效益提升途徑總架構，可以為進一步提升石漠化綜合治理、鄉村振興、精準扶貧等提供技術與理論依據。

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Model of rural low-carbon communities in karst rocky desertification region of southwestern China and approaches to benefit improvement

Guo Yingjun, Xiong Kangning※, Sun Ruochen,Yan Jiawang

(,/,, 550001,)

Green or sustainable design has gained good momentum as compact, resource-efficient, and affordable way in most communities. A low-carbon mode can also contribute to the comprehensive control of rocky desertification, rural revitalization, and targeted poverty alleviation in rural karst areas of southern China. In this study, four counties were taken as the study areas with different grades of karst rocky desertification in Guizhou Province. 8 key approaches were then proposed to improve the benefits in the construction of typical low-carbon communities. It was found that: 1) 8 kinds of typical patterns were found in the rural low-carbon mode, namely, a combination of courtyard solar lighting + coal heating cooking, solar water heater + coal heating cooker, solar water heater + household biogas cooking, solar water heater + small photovoltaic panel + electric heater heating + coal-type prickly ash roaster, solar water heater + rooftop photovoltaic + electric cooking, solar water heater + electric cooker + electric heater heating, solar water heater + household biogas + firewood saving stove, and solar water heater + fire pond + coal flue-cured tobacco. 2) A mathematical model of benefit was designed for the low-carbon community to monetize the economic and environmental benefits. A field test was carried out to verify the feasibility and effectiveness of the low-carbon community model. The study areas were characterized by high environmental and low economic benefits on the whole. There were still some challenges on a unified standard for the specific construction of low-carbon community in study areas. It was also necessary to learn from the representative models in other regions, considering industrial structure, population characteristics, rural revitalization, and targeted poverty alleviation. The existing model of low-carbon community was basically in line with the local social and economic conditions, fully meeting the construction goal of the low-carbon community, although there was still large room to improve in each mechanism. 3) 8 specific approaches to benefit improvement were as follows. Modle 1 was for the non-resource utilization of livestock manure and corn stalks, where to pilot the biological or natural gas, while moderately control the scale of live pigs and commercial cattle. Mode 2 was to improve the utilization rate of solar water heaters, where to pilot the fusion technology of solar and electric water heaters, and then introduce part of hot water into cooking energy. Mode 3 was aimed at a large number of farmers with large-scale pig breeding, where to pilot the integrated project of pig breeding - biogas - prickly ash, and further to develop the storage and purification of household biogas. Mode 4 was for a high demand of prickly ash coal resources, where to pilot electric prickly ash dryer. Model 5 was for the participation of the household, where to empower the household with management rights and economic rewards. Mode 6 was aimed at the non-resource utilization of discarded Zanthoxylum bungeanum branches, where to pilot the centralized collection and treatment. Mode 7 was aimed at indoor environmental quality, biogas leakage in the household, and non-resource utilization of rice straw, where to maintain the biogas digester, while pilot-test the curing treatment of straw and firewood. Mode 8 was for the utilization of coal and electricity in the flue-cured tobacco processing, where to pilot the heat conversion in a flue-cured tobacco room with a return air furnace and energy-saving facilities.

rural areas; karst rocky desertification; low-carbon model; approaches to benefit improvement; southern China

郭應軍，熊康寧，孫若晨，等. 中國南方石漠化地區農村低碳社區模式與效益提升途徑[J]. 農業工程學報，2021，37(8)：323-331.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.08.037 http://www.tcsae.org

Guo Yingjun, Xiong Kangning, Sun Ruochen, et al. Model of rural low-carbon communities in karst rocky desertification region of southwestern China and approaches to benefit improvement[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(8): 323-331. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.08.037 http://www.tcsae.org

2020-12-02

2021-01-12

貴州省科技計劃重大專項(黔科合平臺人才[2017]5411號)；國家十三五重點研發計劃課題(2016YFC0502607)；貴州省世界一流學科建設計劃項目(黔教科研發[2019]125號)

郭應軍，博士生，研究方向為農村能源與環境。Email：guoyingjun1982@163.com.

熊康寧，教授，博士生導師，研究方向為喀斯特與洞穴、資源與環境及石漠化生態治理。Email：xiongkn@163.com.

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.08.037

X171

A

1002-6819(2021)-08-0323-09