发展一体化的食品和能源体系，本文主要内容关键词为：能源论文,体系论文,食品论文,一体化论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
小型农户是世界上最主要的农民群体，对发展中国家地方和国家食品安全极为重要。根据国际咨询集团所做分析，全世界有十亿穷人（平均一天收入不到一美元）主要依赖亚洲和非洲千百万小型农户（大部分拥有少于两公顷的土地，种植一两种庄稼，或许有一两头牛）和牧民（大部分拥有不到五头大型牲畜）。因此，促进这个庞大的生产群体增加食品和能源生产，可以提高当地（农村）和国家食品、能源安全，同时减少贫困和环境影响，具有光明的前景。
尽管生物质对于发展中国家农村中的穷人来说目前是，并且一直是主要的能源。但是，近年来，因为生物质大量用于液态生物燃料的生产，对经济合作与发展组织国家而言也具有特殊的利益。这造成很大的争议，因为生产生物燃料可能会对发展中国家贫穷农民的食品安全带来潜在风险，也与全球气候变化的问题有关。尽管一些能源作物提供积极的温室气体排放平衡，但另一些则具有巨大的副作用。另一个尚未解决的问题是间接的土地使用的变化。当食品种植地区被能源作物取代，食品生产转移到别的地区，就会发生这种变化，进而有可能造成自然资源的枯竭。
一体化的食品能源体系(IFES)目的就在于解决这些问题，它通过一种生态方法把同时生产食品和能源作为解决可持续农作物集约化能源问题的一条路径。可以从两个方面做到这一点：在同一块地里结合食品和生物能源生产，或者充分利用每一种农产品及其残留物。
一体化的食品能源体系概念本身并不新颖。在小型和大型IFES层面，简单的食品和能源生产集成了许多成功的结果。但是，随着这一体系变得更加复杂，对资源使用效率提出了更高的要求，成功的案例就减少了。更为复杂的IFES广泛实施的具体成果屈指可数。为评估真正的资源节约型IFES所面临的挑战所做的努力并不少，然而，在其实施多年之后竟然难以找到适当的评估研究和实验项目报告。
一、何为一体化的食品和能源体系
一体化的食品和能源体系指的是通过结合、加强从而同时增加食品和能源生产的耕作制度，它有两种方式。
第一种是以土地使用和生产多样化为基础的耕作制度，要么把不同的一年生作物结合起来，比如复种；要么把一年生和多年生作物品种结合起来，比如农林业。有时还会将作物生产同畜牧或是渔业生产结合起来。
第二种的特点是追求食品作物、牲畜、渔业和可再生能源之间的协同性最大化。为实现这个目标可以通过采用农业工业化技术（比如气化和厌氧消化技术），让农业生产副产品得到充分利用，鼓励农业生产废料的循环利用和经济利用。世界上有几种不同的名称描述第二种类型和类似的概念。但是，它们核心的特点是一致的：生产力高；基于无物是废物的理念，充分利用生物质；在适当的条件下，作物生产和畜牧养殖一体化；把食品生产同能源生产联系起来。
IFES可以以各种规模和结构加以实施。既可以是村庄和农户这样小规模的，也可以是大规模的工业化经营。小规模的，或者说社区式的，主要用于农村人口的自给自足。大规模的IFES多为大型农户或者公司拥有，但它们依托商业活动，涉及小型农户并有益于他们。大规模的IFES在具备以下两个特征的时候会有利于小型农户：第一，小型农户在整个价值链中适当地参与决策并分享利益；第二，对农村社区有积极的影响。
小型农户可以通过外部生产者方案参与大规模的计划。外部生产者方案是种植者或者土地拥有者与从事商业性产品生产的公司结成契约合作关系。在这种计划中大型企业将农业生产原料加工成生物能。
（一）IFES能够结合不同的可再生能源
在许多情况下，生产可再生能源可以不局限于单一的生物能源。其他当地可以获得的可再生能源可能是综合性的，诸如太阳热能、光伏、地热能、风力和水力。小规模的应用再生能源技术已经成熟，并常常同农业生产产生协同效应。例如，小型风力泵可以用来灌溉。风力涡轮可以提供电力，而不会同农业生产争夺耕地。可以把它们安装在田里或是田地的旁边，在它们利用风力时，庄稼正在利用太阳能。
技术的多样性加上合理的简单化可以提供更加可靠、更加灵活的解决办法，让IFES也能为现代社区提供诸如电力、供热和运输等方面的需要。生物能源加上其他的再生能源可以提供更大的可靠性。比如在利用风力或者太阳能供热时，可以把生物能源作为备用能源。使用其他再生能源可以减少对木材燃料的需要，从而可以减少所需林地的规模，或者为木材燃料用于别的地方创造机会，比如农产品加工领域。
食品生产与能源生产之间，供自己消费同为市场生产之间的平衡，要适应当地的需要，适应农户的能力（知识与经济条件），适应物质和环境条件。这种平衡会随着时间的推移而发生变化，并有可能迅速发生变化，特别是在经济上获得成功的时候。
根据1996年世界食品峰会的精神，食品安全表现出一种存在状况，既所有人在任何时候都能够获得足够的安全和有营养的食品，满足其饮食和食品偏好的需要，过上一种积极健康的生活。但是，没有能源安全，就没有食品安全。大部分食品生产都需要能源。如果缺乏能源，就会导致食品消费减少或者就餐次数减少。另外，缺乏能源可能会增加细菌或寄生虫感染导致的患病现象。细菌或寄生虫感染产生于水污染或者食品准备不当。增加获得现代生物能源，如沼气、木屑以及生物乙醇和其他再生能源的机会，会大大改善发展中国家农村人口的健康状况，特别是妇女和儿童的健康状况。IFES可以帮助做到这一点。
当农户或当地社区做到食品和能源自给自足，或者当地所生产的食品和能源给农户或社区带来了收入，IFES就直接地提高了农户的生活水平。因此，能够获得足够的能源用于基本服务和生产，证明是贫穷国家改善生活、推动经济可持续发展的一个关键因素。基本服务包括照明、卫生、教育、通讯和社区服务的电力供应，以及现代烹饪和供暖。当电力、现代燃料和其他能源服务有利于提高生产力时，就能提供能源用于生产用途。例如，用于农田灌溉，用于农产品加工和运输。
农业投入对于提高农业生产力必不可少。通过减少化石燃料在农业领域的使用，IFES也可以减少农业投入由于昂贵的化石燃料变得不堪重负的风险。鉴于今后大幅度增加食品生产将主要通过增加单产的途径，减少对化石燃料的依赖就显得尤为重要。
（二）IFES可以使资源效率最大化
虽然大部分发达国家视它们的食品和能源安全为理所当然，但它们对于结合食品和能源生产仍然表现出越来越浓的兴趣，其主要原因在于在大多数工业化国家土地绝非一种丰富的资源。在诸如荷兰这样人口稠密的地区，可用土地不足严重阻碍引进燃料作物。因此，当政府、企业和社会日益关注自然资源使用、环境影响、材料价格和供应安全时，提高资源利用效率就成为当今世界头等大事之一。
从最基本的层面来说，资源使用效率意味着按照某种标准使用土地、水、生物质和劳动力等资源，并将其转变成有价值的产品。当用较少的投入和资源生产出同样水平的特定的产出和服务时，就表明资源使用效率提高了。例如，通过问种食品原料和燃料作物减少耕种的土地。从另一个角度说，当使用同量的资源投入生产出更多的物品和服务时，资源使用变得更有效率。
（三）IFES促使人们关注气候变化
尽管IFES背后的推动力量常常是保障食品、饲料和能源安全并提高资源使用效率，但IFES也关注气候变化和气候变异带来的严峻挑战。它们是发展中国家所面临的最重大挑战，因为这些国家严重依赖自然资源和靠天吃饭的农业。要减轻气候变化所产生的负面影响就要关注它产生的根本原因，由此限制适应变化所产生的成本，以及防止灾难性变化的产生。
农业占全球温室气体排放的14%。当加上相关的土地使用变化时，包括森林砍伐（农业是森林砍伐的主要推手），这一比例就超过温室气体排放总量的1/3。大约农业总排放量的74%产生于发展中国家。关于能源使用排放，有必要区分基本的能源需要和生产使用需要。尽管最为基本的、人的能源服务需要对温室气体的影响有限，但到2030年的时候，一般性的电力需要将会使全球温室气体排放增加1.3%左右。增加能源供应和能源的生产性消耗可能会极大地增加排放量。
为了使气候变化和气候变异的风险降到最低，重要的是要使农业制度多样化，结合种植、畜牧、林业和渔业制度，保护生态系统，保护生物多样性，增强生态恢复力和生态服务。也需要将气候变化适应过程同促进碳隔离技术和化石燃料替代结合起来，促进生物能源的使用。
减轻农业和其他土地使用部门温室气体排放，包括减少二氧化碳、甲烷和一氧化二氮的排放，隔离土壤或生物质中的碳，避免化石燃料排放或者用生物能取代化石燃料。IFES有可能通过减少温室气体排放、碳隔离和避免排放帮助减缓全球气候变化。
还有，IFES通过问种食品和能源原料，或是把农业生产废料用作饲料或燃料从而减少土地压力。因此，本来可能因为新的土地转换用于食品、饲料和燃料生产而产生的温室气体排放就减少了，或是避免了。
二、实施IFES面临的障碍
一体化的食品和能源生产有这么多的潜在优势，那么人们很自然会问：“这类体系为何没有被广泛接受？”或许存在普遍的并非针对IFES的障碍：发展中国家存在的农业和生物能源障碍又多又不一样。普遍存在的问题诸如投入准入、运输设施和健康，超出了本文研究的范围，本文的中心旨在触及那些对IFES特别具有挑战性的问题的根本原因。
（一）相关技术
在这里，技术指的是转换技术的复杂性、可靠性和经济性。确保品质优良的转换装置对于IFES的成功至关重要，而一些旨在迅速规模化的系统经常忽略这一点，例如过去一些大规模的沼气项目。
相对于燃料的直接燃烧来说，气化有许多优势，它在成气阶段把生物质燃料中80%的潜在化学能转换成化学能。斯堪的纳维亚国家在气化技术方面居领先地位，大部分系统用于发电和供热，而小一点的系统主要用于社区供热网络。生物质气化在斯堪的纳维亚国家也被用于燃煤发电厂，并设法避免锅炉腐蚀和与共同燃烧固体生物质有关的污染问题。但在直接连接气与化气体发电机的地方，技术上还不成熟，并且在气体清洁上产生了操作困难以及可能让投资者望而却步的成本上升。小型的下冲气流式气化炉可能是个例外。在这种气化炉里，合成气体中的焦油在经过气化炉最热的下端时基本上被去掉了。这是Tosoly农场使用的配置，如果同大规模生产的汽车发动机结合起来的话，有可能成为最为经济的用生物质生产热和动力的方式之一。
厌氧分解(AD)常常是IFES第二种类型中的核心生物能源技术。AD将进入商业化阶段，但却是比较昂贵的选择之一。因此，它不会成为首选路径。但是，它可能在处理湿的生物质和循环营养成分方面具有优势。它得益于原料常常是免费的。此外，只要将运输原料的成本降到最低，中央化的AD厂(CAD)就可以更赚钱。发展中国家常常在小型AD的性能和使用便利之间进行取舍，许多国家宁愿牺牲一些产出和经济，以获得较低的维护。
（二）融资障碍
融资主要同转换系统所需要的投资有关，常常是转换系统越好越贵。这对小规模农户而言是难以承受的。例如，多年生植物和树木要经过许多年才能长大成熟并产生收入，因而最初需要较多的开支，这对那些整日忙于养家糊口的农户来说可能会很难。
对大部分小型农户来说，购买一台汽化器和发电机是非常大的一笔投资，超出了他们的承受能力。农户常常生活在遥远的农村地区，超出正规的小型金融服务范围，除了有一些中间人，他们的交易常常是不公正的。那些切实接触到农户的金融机构在提供金融服务时产生较高成本，因而认为农业是一个高风险的领域。因此，借钱的成本一般都很高。况且，农户甚至可能不拥有土地。这是一个普遍的问题，导致佃农的短期行为，他们没有动力在别人的土地上进行投资。缺乏资产继而产生融资问题，因为缺乏抵押品来保证贷款的安全。同众多的小规模农户信贷计划相关的交易成本高，常常成为银行向这种类型的客户或小规模IFES进行投资的障碍。
（三）工作负荷
在一块土地上先后种植多种庄稼的地方，正如在IFES类型一中那样，或者在同一块土地上同时种植或养殖多种有内在联系的庄稼和牲畜，正如在IFES类型二里那样，专业化和机械化的程度就比较低。因此，常常需要投入大量的劳动力。
这可能为贫困的农村地区创造良好的就业机会，但实际上，并不能够轻易找到熟练的劳工。越来越多的健壮、年轻的传统上务农的人口去城市寻找就业机会，体力劳动对他们缺乏吸引力。
（四）农业废料用途之间的竞争
农业废料不同用途的竞争指的是，农业废料用于能源生产，就不能用于土壤肥力和土壤保护以及喂养牲畜。随着食品、饲料、肥料和燃料对生物质的索取增加，在这些体系中资源（土地、水和营养）用途的取舍开始越来越难。
例如，基本的作物、林业和牲畜的废料留在地里或混合到土壤中具有重要的生态功能。它们可以防止土壤侵蚀，减少土壤水分蒸发，帮助雨水渗透。它们提供基本的矿物质，是构成土壤碳的一个重要来源，为土壤中的生命提供一种中介，为微生物和大型有机物提供栖息地，从而为增加农业生产体系的生物多样性提供合适的条件。保护土壤资源会节约外部投入，比如减少化肥、土壤修复剂以及杀虫剂的使用，共同降低外部能源消耗。在为了能源生产清除土壤废料和为了土壤质量将土壤废料留在田里之间找到平衡至关重要。这同样适用于牲畜同能源生产之间竞争农业废料的关系。
（五）竞争性市场准入
市场准入讲的是农产品或能源产品进入市场的机会。市场准入是保证IFES经济可行性的关键因素。大多数情况下，IFES经营者主要通过出售其农产品获得收入。大部分沼气都是供应给小规模农户。有时，正如哥伦比亚tosoly农场案例和刚果人民共和国农林业系统中的木炭生产案例所表明的那样，适当的市场准入和产品竞争力十分重要。在前一个案例，订单农业常常是一种有趣的机制，它为小农户的产品确保了市场。然而，这些远远不够。
（六）政策缺失
很少有哪个政府所制定的政策鼓励IFES的方方面面。大部分的国际国内政策和法律框架把农业生产、生态管理和农村生活的活动分隔开来。大部分政策制定者并不熟悉生态农业存在的机会，包括一体化的农业制度。例如在欧洲，以农林业体系为例，传统的林区农业景观益处被广泛认可，但政策制定者和研究机构给予的关注却很少。杜普拉兹说，在整个欧洲树木和农业一体化目前对农民没有吸引力，只是因为可以获得的赠款和补贴计划是分别为林业或农业设计的。在一些国家，农林业体系实际上可能被认为非法，因为它们是一个不被视为课税目标的类别。
对化学投入品（化肥和杀虫剂）和化石燃料的补贴，以及对部门的技术支持政策不利于IFES体系的复制和规模化，特别是更为复杂的IFES系统。以IFES类型二为例，在许多国家，由于缺乏有效的管理框架和适当的资金扶持，包括沼气技术在内的系统发展受到限制。沼气系统比较广泛的使用取决于其他能源的比较价格。通常在没有补贴的情况下，沼气系统没有竞争力，但边远的地区除外，在那里没有电力和其他形式的能源，或者电力和其他形式的能源供应不可靠。然而，情形可能会随着鼓励减少温室气体排放政策的出台而发生变化，这些政策涉及能源效率、土地使用变化和食品生产。
三、克服IFES实施障碍的潜在路径
有一些做法或许能够有效克服上述那些关键约束做法，促进IFES从开发和示范阶段上升到广泛实施阶段。
（一）减少竞争废料用途的农业活动
在一些情况中，利用生产废料生产能源会干扰维持和增强土壤质量的需要，或者干扰其他废料诸如动物饲料的使用。这就需要面临维持土壤质量与能源供应之间的取舍。
在一些案例中，虽然可以发现取舍现象，但在另外一些案例中可能出现双赢的解决办法，将可替代的资源用于土壤保护和牲畜饲料而取代废料。皮特斯在对尼加拉瓜的土壤改进和牲畜饲料之间的废料取舍进行研究的基础上，提出农户本身知道这些取舍，他们有时看重生产效应（养牛），别的时候则看重环境效应（土壤改善），但总是关注他们的总体利润最大化。在必须决定支持哪一种结果时，他们通常选择短期收益最大的那个。
在大部分热带和亚热带地区，特别是撒哈拉南部非洲和亚洲，土壤有机碳汇低于临界点。因此，恢复这种退化土壤的有机碳汇会增强农业生产。因此，从理论上说热带和亚热带地区的作物废料应当用来增强土壤质量，而不是用来生产生物燃料，或用于其他替代性和竞争性用途，如饲料。但是，事实上，废料的最佳使用取决于若干因素，包括它们的可降解性，具体的环境和农业体系中的实际使用。
废料降解的速度因气候和作物而变化，因而给土壤侵蚀保护、土壤有机物增加所带来的量大不相同。加之具体地点废料对土壤功能也会有影响，清除废料就需要考虑土壤类型、气候、耕作制度和管理，以保护土壤质量，同时允许收获废料用于别的用途，例如生物能源生产。
要做到农业生产的可持续，只有在土壤质量不会遭到破坏时才能清除农业生产废料。在一些地区，如果综合了作物、土壤和气候因素后，农业生产废料多于维护土壤健康所需要的量，多余的废料则可以用来转变成生物质能源。
在不同农业体系中废料的实际使用是另一个问题。例如，稻壳、棕桐油生产中的废水，以及其他不容易分解的废料可以毫不犹豫地用来生产能源，或许还能改善土壤条件。
（二）采取双赢的做法
可持续的增强土壤保护的农业实践包括施肥（绿肥和动物粪便），覆盖作物，轮种和有机土壤修复。使用这些方法创造出土壤改善，饲料供应和能源生产双赢的局面。
施肥是一个使用动物和植物材料的过程。传统上，在有机的可持续土壤管理中，动物粪便是一种关键的肥料，以原始的（新鲜的或干化的）或者堆肥的状态撒到地里。
覆盖作物是任何为了提供土壤覆盖（防止土壤侵蚀）而种植的作物。覆盖作物和绿肥可以是一年生、两年生或常年生草本植物，它们在全年或一年的部分时间中单独或混合地种植在田里。除提供地面覆盖，豆科植物还能固碳，覆盖作物也帮助压制杂草，减少虫害。绿肥作物向土壤贡献有机物，相当于每英亩增加9-13吨农场庭院肥料，或者是每英亩增加了1.8-2.2吨的干肥。作物轮作在固碳的品种如饲料豆科，和需要很多碳种植的品种如玉米之间进行。
厌氧分解(AD)是细菌在缺氧情况下分解有机物质时自然发生的一个生物过程。几乎任何有机物都可以用AD处理，包括绿色作物废料。AD生产一种沼气，它由大约60%的甲烷和40%的二氧化碳构成。甲烷燃烧产生热量或电，也可以为AD提供动力，或者并入国家电网，并为农场以及家庭提供热能，从而完成一个循环。厌氧分解的副产品是泥浆，可用作肥料。因此，在土壤和能源同样被关注的地方，AD表现出一种双赢的局面。
生物碳有可能提高土壤质量和碳隔离。它是生物质通过热解过程进行能量转换产生的副产品。热解是在完全或者接近缺氧的状态下加热生物质，热解产生碳、油和气体，油和气体可以用来生产能源，碳则可以作为肥料用于土壤。生物碳本身的植物营养很少，但作为土壤调节器，它使植物获得更多的营养并改善土壤结构。但是，使用多少，使用成本和可获得性等实际问题，以及使用的潜在风险还有待充分探讨。
另外一种减少废料各种用途之间潜在竞争的方法是，减少用生物质生产能源的需求。用其他类型的再生能源取代或补充废料生产的生物能源就可以做到这一点。针对在农场层面补充能源系统可能带来的额外复杂性，必须对减少废料不同用途之间竞争性的优势进行评估。
（三）实行劳动分工
正如已经强调的那样，一些IFES可能会极为复杂并相互依赖，特别是在IFES类型二的情况下。亚当·斯密发现的劳动分工原则正适用于此：一个人独立地综合知识、技能、经验、创业的态度以及物质和金融资源去实施这类系统实为罕见。通过分工并允许专业化，复杂的IFES的效率可以增加并且更容易管理。不是一个农民设法种植多种庄稼，饲养不同类型的牲畜，购买并管理厌氧消化池和汽化器；而是实行专业化并通过互补性活动同其他农户进行合作，将会比较简单和经济。其结果将会是一个更加有效，生产力更高的系统，在这个系统中各个农场相互支持。
生产分工系统需要协调。这种协调或许来自希望出售或加工产品的公司，正如在外部生产者计划中常常看到的那样。除了提供市场准入外，公司也可以给农户提供农业投入品准入，从而克服上下游的供应链问题。它们也可以提供技术支持和小型金融，可能同其他机构一道，居于农户网络中心进行运营，扩大覆盖范围和规模。在这个模式中，规模、投资、技术、劳动和供应链等许多关键问题都触及了。但是，尽管有这些益处，仅仅靠商业推动还不足以保证广泛接受。正如已经提到的那样，需要有良好的管理框架和土地权力来保证所需要的投资。非赢利组织可以将其看做同政府和私人企业合作满足彼此需要的机会，一道创造一个当地可持续发展的企业网络。
（四）通过农户群体采取集体行动
集体行动使农户能够比较容易、比较经济地获得生产投入品并降低销售成本，其原因在于集体行动产生规模经济，依靠集体行动农户在谈判中拥有更大的力量。但是，经验表明，说起来容易做起来难。将农户成功地组织起来的关键因素似乎包括：农户能够获得诸如土地、水、教育和其他生活资源；共同工作的经历；团体的规模（小规模团体工作得更好）；存在领导层，并且最为重要的是对组成团体带来的经济利益有清楚的认识。
（五）政策支持
虽然有些孤立的IFES没有政策支持也能取得成功，但是，为了使IFES取得实质性的影响并跨出“成功的海岛”，政策支持至关重要。
与IFES有关的政策涉及这些体系的农业和能源成分。必须应对的约束条件包括：缺乏有关政府部门的制度协调；同研究机构的联系不够充分；注重商品农业，缺乏动力奖励生态系统管理和低碳农业；对化肥进行补贴；对促进小规模生产者参与当地食品供应链缺乏支持。其他一些同IFES相关的能源政策包括：激励使用化石燃料，缺乏促进再生能源发展的措施，缺乏证据向政策制定者证明——鉴于IFES的优势，需要改变当前的农业政策，以鼓励小型农户和大型农户采用IFES。
2009年世界粮农组织预测，养活2050年一个拥有91亿人口的世界需要将2005-2007间的世界粮食总产量提高70%，并且发展中国家的粮食生产几乎必须翻一番。全球（80%在发展中国家）作物增长的90%预计来自更高的单产和强化的耕作，其余的来自土地扩张。同样地，来自农业和林业生物质生产产量的增加，对粮食生产最低程度的竞争和对食品安全的积极贡献，被视为解决今后十年预计所需生物能源大幅增长的关键因素。就IFES而言，增加产量的需要涉及IFES类型一中的能源和食品成分，因为在两种情况中它们的原料都是作物。但是，它只适用于IFES类型二中的食品成分，因为能源成分使用废料作为原料。
尽管与可再生能源相关的政策已诞生了一段时间，但这些政策主要存在于发达国家。这种趋势近年来有了一些变化。在过去几年里，大量积极的政策纷纷出台，在2010年初出现高潮：100多个国家颁布了某种形式的政策目标和促进可再生能源发展的政策，同2005年时的55个国家相比增加了一倍多。过去三年里颁布的许多新目标要求来自再生能源或电力的份额到2020年时达到15%-20%。大部分国家都采用了促进可再生能源发展的政策，并且，有大量的国家、州或省和地方层面的政策。近来许多迹象反映出发展中国家在推动再生能源发展方面越来越重要。整体上看，发展中国家拥有全球50%以上的再生能源产能。
上述发展令人鼓舞并为世界各国提供大量的经验教训。可再生能源体系成功发展国家的经验表明，持续的再生能源市场对IFES的成功是一个基本因素。如果采用正确的政策组合的话，可再生能源市场能够迅速并有效地发展。人们更加相信，政策选择对再生能源的发展比再生能源潜力或技术挑战更为重要。
（译文来源：联合国粮农组织2011年2月工作论文）
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