中國農(nóng)作物秸稈資源評價指標(biāo)的應(yīng)用

0統(tǒng)計分析的缺口作物和飼料是生物材料的主要來源之一。中國是一個農(nóng)業(yè)大國,具有豐富的秸稈資源。但由于秸稈資源分布比較分散、統(tǒng)計起來比較困難,目前對其分析多數(shù)是建立在統(tǒng)計資料基礎(chǔ)上,缺乏系統(tǒng)的研究。此外,由于沒有統(tǒng)一的評價指標(biāo),不同的秸稈資源評價工作缺乏可比性。由于秸稈資源總量、品種和分布不清,利用現(xiàn)狀不明,影響了國家政策的出臺。本文擬通過深入系統(tǒng)的研究,建立秸稈資源評價指標(biāo)體系,對秸稈進行全面、科學(xué)的評價,以獲得中國主要農(nóng)作物秸稈資源總量、種類、分布及利用狀況等,為國家制定政策提供參考。1甘蔗資源評價指標(biāo)體系本文綜合了國內(nèi)外相關(guān)研究結(jié)果,建立了秸稈資源評價指標(biāo)體系,主要包括資源量、人均秸稈占有量、資源密度等評價指標(biāo)。1.1稻草資源1.1.1農(nóng)作物產(chǎn)量估算理論資源量是指某一區(qū)域秸稈的年總產(chǎn)量,表明理論上該地區(qū)每年最大可能生產(chǎn)的秸稈資源量。一般根據(jù)農(nóng)作物產(chǎn)量和草谷比,來大致估算,即:式中P——某一地區(qū)秸稈的理論資源量,萬t;Pi——某一地區(qū)某種農(nóng)作物的年產(chǎn)量,萬t;i——農(nóng)作物的編號,i=1,2,…,n;λi——某一地區(qū)第i種農(nóng)作物秸稈的草谷比,需注明含水量。1.1.2葉落現(xiàn)象發(fā)生在農(nóng)作物收獲過程中,許多農(nóng)產(chǎn)品需要留茬收割;在秸稈收集以及運輸過程中,會發(fā)生枝葉脫落現(xiàn)象。可收集資源量是指某一區(qū)域通過現(xiàn)有收集方式可供實際利用的最大秸稈數(shù)量,可通過理論資源量乘收集系數(shù)來確定。1.1.3實際可能源化利用資源量計算秸稈除了能源用途外,也可用作肥料、飼料、食用菌基料及工業(yè)原料。因此,評價可供能源利用的資源量時,除了扣除為保證土壤肥力秸稈還田外(或過腹還田),還需要考慮當(dāng)?shù)亟斩捹Y源現(xiàn)有的競爭性用途,實際可能源化利用資源量為可收集資源量乘以可能源化利用系數(shù)。1.2人均甘蔗資源占很大比例人均秸稈資源占有量是指某一區(qū)域人均秸稈資源占有的數(shù)量。通常使用鄉(xiāng)村人口總數(shù)。1.3甘蔗資源密度資源密度是指某一區(qū)域單位面積秸稈的資源數(shù)量。2研究對象、方法和過程2.1玉米和小麥的營養(yǎng)成分評價中國農(nóng)作物種植生態(tài)區(qū)多樣而復(fù)雜,農(nóng)作物種類多,糧食作物以稻谷、小麥、玉米、薯類、大豆等為主,其中又以稻谷、小麥、玉米分布最廣,產(chǎn)量最多。因此,本文選擇稻谷、小麥和玉米等進行評價。在經(jīng)濟作物中,棉花和油菜籽的種植區(qū)域相對集中,秸稈可規(guī)?；?因此也作為評價對象。2.2不同種植制度對秸稈利用的影響中國幅員遼闊,各地區(qū)經(jīng)濟水平發(fā)展并不平衡,種植制度和生活方式也各不相同,這對秸稈的利用方式產(chǎn)生了很大的影響。由于時間和人員有限,本文采取文獻分析和典型地區(qū)調(diào)查相結(jié)合的方法。2.2.1行業(yè)政策與發(fā)展規(guī)劃本文所分析的文獻主要來源于:(1)統(tǒng)計年鑒,包括《中國統(tǒng)計年鑒》、《中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計年鑒》、《中國農(nóng)業(yè)機械化年鑒》、《中國飼料年鑒》和《中國造紙年鑒》等;(2)年度報告,包括《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》、《農(nóng)業(yè)發(fā)展報告》、《中國的能源狀況與政策》等;(3)發(fā)展規(guī)劃,包括《全國農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟十一五五年規(guī)劃》、《全國糧食生產(chǎn)發(fā)展規(guī)劃(2006-2020年)》、《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》、《農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等;(4)國內(nèi)外公開發(fā)表的論文等。2.2.2調(diào)查問卷的方式實地調(diào)查采用了座談和入戶調(diào)查等方式。其中,選擇所調(diào)查鄉(xiāng)鎮(zhèn)和村時,考慮了經(jīng)濟(發(fā)達、較發(fā)達、不發(fā)達)、農(nóng)民收入(高、中、低)、是否具有典型性等因素。1)座談:分縣、鄉(xiāng)(鎮(zhèn))、村三級進行。(1)縣級座談:參與的部門包括農(nóng)技推廣、土肥、畜牧和農(nóng)村能源等部門,通過了解所調(diào)查縣的整體情況,選出典型調(diào)查鄉(xiāng)鎮(zhèn);(2)鎮(zhèn)級座談:了解所選鄉(xiāng)鎮(zhèn)的整體情況,并在每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)挑選至少2個具有代表性的自然村;(3)村級座談:了解所選村的整體情況,根據(jù)情況選擇不少于15戶農(nóng)戶進行調(diào)查。2)入戶調(diào)查:調(diào)查農(nóng)戶基本情況、農(nóng)作物生產(chǎn)情況、秸稈利用情況、生活用能情況等。2.3調(diào)查方法及問卷的回收根據(jù)中國農(nóng)業(yè)區(qū)劃和不同農(nóng)作物主產(chǎn)區(qū)和品種特點,分別在中國東北、華北、華東、華中、西南、西北等區(qū)域選擇了黑龍江省雙城縣和肇東縣、吉林省農(nóng)安縣、河北省藁城縣和大名縣、山東省棲霞市、河南省滑縣、湖南省湘陰縣和雙峰縣、江蘇省金湖縣和高郵縣、四川省金堂縣和雙流縣、新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團農(nóng)四師、青海省門源縣等15個縣進行調(diào)研,在2007年6月-11月期間,總計調(diào)查了264個鄉(xiāng)鎮(zhèn)和107個村,回收有效調(diào)查問卷2061份。3結(jié)果與討論3.1不同類型作物中草谷比的變化由于各地區(qū)的土壤、氣候以及耕作制度的不同,不同地區(qū)同一作物草谷比可能不相同;同一作物的不同品種,以及不同種植類型,其草谷比也不相同;同一地區(qū)同種作物,其豐、平、歉年的草谷比也有差異。為了準(zhǔn)確評估某地區(qū)秸稈資源量,并指導(dǎo)全國秸稈資源評價,筆者分別對河南省、湖南省、新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團、青海省和吉林省典型調(diào)研點的稻谷、小麥、玉米、棉花和油菜的草谷比進行了測定。通過分析不同文獻和研究的草谷比(參見表1),發(fā)現(xiàn)其中差異非常大。原因在于測試的條件不同。例如,文獻包括作物的地下部分,草谷比相對偏高;秸稈含水量和籽粒含水量不同也是影響因素之一,由于除文獻和文獻外,其他文獻都沒有標(biāo)明數(shù)據(jù)來源以及測試條件。此外,隨著作物新品種的定向選育和栽培措施的不斷改善,作物收獲指數(shù)不斷提高,草谷比則呈下降趨勢。例如,稻谷品種由高稈到矮稈,收獲指數(shù)由0.30~0.35提高到0.5以上;通過對小麥籽粒產(chǎn)量和矮稈性狀的長期選擇,收獲指數(shù)已由地方品種的0.3左右提高到現(xiàn)在的0.45左右。本文的測試結(jié)果與2005年“秸稈直接燃燒供熱發(fā)電項目資源可供應(yīng)調(diào)研和相關(guān)問題的研究”結(jié)果類似,也印證了這一點。3.2農(nóng)作物秸稈相對豐富依據(jù)保守性原則,本文將采用所測草谷比數(shù)據(jù)對全國秸稈理論資源量進行估算。2006年,全國小麥、玉米、稻谷、油菜和棉花等主要農(nóng)作物秸稈的理論資源量為4.33億t。其中,麥秸為7600萬t,玉米秸為1.82億t,稻草為1.25億t,油菜秸為1300萬t,棉稈為3700萬t。3.3秸稈的地域分布中國幅員遼闊,跨越多個氣候帶,氣候、地形、土壤、作物品種十分復(fù)雜,人多地少又是中國的基本國情,決定了耕作制度的集約性與復(fù)雜性,導(dǎo)致了各地區(qū)秸稈的種類復(fù)雜和產(chǎn)量多寡。各地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平并不平衡,秸稈的利用方式也不相同?？紤]到秸稈的數(shù)量、類型及其分布與作物產(chǎn)量、種類及其分布基本一致。本文依據(jù)中國耕作制度區(qū)劃和各地經(jīng)濟發(fā)展水平的不同,并保持省界完整性,將全國分為八大區(qū)域(不含香港、澳門和臺灣),見表2。在八大區(qū)域中,華北區(qū)、長江中下游區(qū)的秸稈資源最為豐富,其理論資源量分別為1.21億t和1.07億t,占總量的28%和25%;其次為東北區(qū)、西南區(qū)和蒙新區(qū)分別為7000萬t、4600萬t和3800萬t,占總量的16%、11%和9%;黃土高原區(qū)和華南區(qū)的秸稈理論資源量分別為2600萬t和2400萬t,占總量的6%和5%;青藏區(qū)最少,僅83萬t。3.4秸稈資源可收集量2006年,全國耕種收綜合機械化水平達到39.3%,小麥機收水平達到76%,稻谷機收水平達到34%;玉米、大豆、棉花、甘蔗、油菜、馬鈴薯等作物及牧草生產(chǎn)機械化取得了新進展。筆者在中國農(nóng)作物主產(chǎn)區(qū)對機械收獲和人工收獲的留茬高度進行了調(diào)查,結(jié)合秸稈還田等研究文獻所提供的秸稈殘留量等相關(guān)信息,推算秸稈的收集系數(shù),具體見表3。2006年全國主要秸稈可收集資源總量為3.72億t。其中,稻谷秸稈為9700萬t,占26%;小麥秸稈為5800萬t,占16%;玉米秸稈為1.72億t,占46%;棉花秸稈為3300萬t,占9%;油菜秸稈為1100萬t,占3%。區(qū)域分布上,華北區(qū)秸稈資源可收集量最多,達1.0億t,占28%;長江中下游區(qū)為8700萬t,占23%,位居第二;東北區(qū)為6300萬t,占17%;西南區(qū)為4000萬t,占11%;蒙新區(qū)為3400萬t,占9%;黃土高原區(qū)為2300萬t,占6%;華南區(qū)1900萬t,占5%,青藏區(qū)最少,可收集產(chǎn)量為68萬t,僅占0.2%。3.5農(nóng)作物秸稈利用中國秸稈的利用方式很多,主要分為能源化利用、直接還田、飼料化利用、作為工業(yè)原料以及食用菌基料等。各地經(jīng)濟發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不同,其利用方式也不相同。結(jié)合實地調(diào)查和文獻分析,經(jīng)測算,在主要農(nóng)作物秸稈中,2006年用于農(nóng)村居民生活用能的資源量約1.08億t,占理論資源量的25%;直接還田約1.30億t(含未收集部分),占理論資源量的30%;用作牲畜飼料約0.79億t,占理論資源量的18%;用作造紙原料和養(yǎng)菇分別為0.20億t和0.10億t,分別占理論資源量的4.6%和2.3%;焚燒及廢棄約0.86億t,占理論資源量的20%。3.5.1推廣生物柴油、燃料的秸稈能源化利用的主要方式有直接燃燒(包括通過省柴灶、節(jié)能炕、節(jié)能爐燃燒及直燃發(fā)電)、固體成型燃料技術(shù)、氣化(包括生物質(zhì)燃?xì)?、沼?和液化(包括燃料乙醇和生物柴油)等。到2007年底,全國已累計推廣省柴節(jié)煤爐灶1.5億戶,節(jié)能爐3470萬戶,節(jié)能炕2000萬鋪,普及率達到70%以上,熱效率提高了10個百分點,節(jié)約了大量的生物質(zhì)資源,有效緩解了農(nóng)村能源的緊張局面。秸稈優(yōu)質(zhì)能源化利用也取得初步成果,建成秸稈集中供氣站734處,秸稈沼氣5萬余戶,秸稈固體成型燃料示范點54處。截至2007年11月,由各級發(fā)改委核準(zhǔn)秸稈發(fā)電項目81處,建成并投產(chǎn)達17處,總裝機容量達40萬kW。3.5.2全國秸稈機械化還田情況秸稈直接還田主要有機械粉碎翻壓還田和覆蓋還田二種方式。2005年全國秸稈機械化還田總面積為1934萬hm2,占當(dāng)年播種面積的12.9%;免耕覆蓋還田面積271萬hm2,占當(dāng)年播種面積1.8%。3.5.3青貯、氨化秸稈數(shù)量及飼用秸稈量變化情況目前,全國秸稈養(yǎng)畜示范縣已發(fā)展到30個省區(qū)市的485個縣,其中秸稈養(yǎng)牛示范縣323個,秸稈養(yǎng)羊示范縣162個,青貯、氨化秸稈數(shù)量以及飼用秸稈量逐年上升。2004年全國青貯秸稈1.7億t(鮮質(zhì)量),氨化(含微貯)秸稈5100萬t,兩項折算節(jié)約飼料量3800萬t。3.5.4造紙用麥草的分布秸稈纖維作為一種天然纖維素纖維,生物降解性好,可以作為工業(yè)原料。其中,最主要作為紙漿原料。造紙用麥草占麥草總量的30%以上,主要集中在麥草主產(chǎn)區(qū)的河南、山東、河北等省。據(jù)中國造紙協(xié)會對綜合信息資料調(diào)查,2006年全國紙及紙板生產(chǎn)量6500萬t,全國紙漿消耗總量5992萬t。其中,禾草漿消耗量約830萬t,比上年有所增加,但所占紙漿消耗總量的比例呈下降低趨勢。3.5.5食用菌的培養(yǎng)品種秸稈中含有豐富的碳、氮、礦物質(zhì)及激素等營養(yǎng)成分,且資源豐富、成本低廉,因此很適合做多種食用菌的培養(yǎng)料。據(jù)中國食用菌協(xié)會對全國25個省市區(qū)統(tǒng)計,2005年食用菌總產(chǎn)量1334萬t。其中,產(chǎn)量超過100萬t有四個省:河南201萬t、福建178萬t、山東132萬t、江蘇100萬t。如果按照基料和食用菌1︰1的比例進行推算,秸稈使用量將不超過1000萬t。3.6秸稈還田與秸稈利用適當(dāng)數(shù)量的秸稈還田可以增加土壤有機質(zhì)含量,改善土壤結(jié)構(gòu)。但是,由于中國人均占有耕地少,復(fù)種指數(shù)高,倒茬間隔時間短,加之秸稈碳氮比高,不易腐爛。所以秸稈還田常因翻壓量過大,土壤水分不適,施氮肥不夠,翻壓質(zhì)量不好等原因,出現(xiàn)妨礙耕作,影響出苗,燒苗,病蟲害增加等現(xiàn)象,有的甚至造成減產(chǎn)。因此,秸稈還田并非多多益善,需要根據(jù)實際情況,尤其是土壤肥力狀況,量田定還。為保證糧食穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn),保障耕地土壤肥力,本文所列8大區(qū)域均應(yīng)保證適宜數(shù)量的秸稈還田,至少每年還田一季秸稈,東北區(qū)、青藏區(qū)秸稈還田適宜數(shù)量為2.25t/hm2,其余6個區(qū)域秸稈還田數(shù)量均為3t/hm2。據(jù)此可以推測,各區(qū)域秸稈還田需求量情況分別為:東北區(qū)需要還田2174萬t,華北區(qū)3231萬t,黃土高原區(qū)1710萬t,長江中下游區(qū)2175萬t,西南區(qū)691萬t,華南區(qū)575萬t,蒙新區(qū)2115萬t,青藏區(qū)73.04萬t,總計秸稈需求量為1.27億t。通過對上述秸稈還田、秸稈作飼料用途和造紙等工業(yè)用途的分析,可推算出各地區(qū)秸稈的可能源化利用系數(shù),從而測算全國八大區(qū)可能源化秸稈資源量為1.76億t。從區(qū)域分布來講,華北區(qū)和長江中下游區(qū)秸稈可能源化利用資源量最為豐富,占全國總量的二分之一以上,秸稈可能源化利用資源量分別為5500萬t和4500萬t,分別約占全國總量的31%和26%;其次為東北區(qū)和西南區(qū),分別為2700萬t和2400萬t,占總量的15%和14%;華南區(qū)、蒙新區(qū)和黃土高原區(qū)可能源化利用資源量較少,分別占總量的7%、7%和0.4%,青藏區(qū)最少,見表6。3.7數(shù)量大、分布廣全國人均秸稈資源(主要農(nóng)作物可能源化利用資源量,下同)占有量為246kg。其中,最高的是東北區(qū),為555kg/人;其次為蒙新區(qū)和華北區(qū),分別為441kg/人和341kg/人;長江中下游區(qū)、西南區(qū)和華南區(qū)均低于全國平均水平,分別為231kg/人、189kg/人和130kg/人;黃土高原區(qū)和青藏區(qū)最低,分別為13kg/人和0kg/人。從省區(qū)層面來看,吉林省最高,為860kg/人;高于全國平均水平50%的省區(qū)還有黑龍江、遼寧、內(nèi)蒙古、山東、新疆;高于全國平均水平25%~50%的省區(qū)有天津;其他高于全國平均水平的省區(qū)有河北、江蘇、河南、湖北、重慶(如圖1)。3.8資源量和數(shù)量雖然區(qū)域面積可以選取國土面積、耕地面積和播種面積,但從收集的角度考慮,播種面積更具實際意義,因此本研究重點討論單位播種面積的可能源化利用資源量。2006年中國單位播種面積可能源化利用資源量平均為1.92t/hm2。其中,最高的是東北區(qū),為2.51t/hm2;其次為華北區(qū)、西南區(qū)和蒙新區(qū),分別為2.40t/hm2、2.21t/hm2和1.95t/hm2;黃土高原區(qū)和青藏區(qū)最低,分別為0.12t/hm2和0t/hm2,如表4。從省區(qū)層面來看,高于全國平均水平50%的省區(qū)有遼寧和吉林,分別為2.75、2.90t/hm2;高于全國平均水平25%的省區(qū)有北京、天津、山東、重慶,分別為2.61、2.58、2.56、2.38t/hm2;其他高于全國平均水平的省區(qū)有河北、黑龍江、河南、四川、貴州、云南和新疆(如圖2)。4布分散區(qū)秸稈資源利用技術(shù)區(qū)域分布特點根據(jù)上述研究結(jié)果,本文按照人均秸稈資源占有量和單位播種面積可能源化利用資源量分區(qū)進行分析。對人均秸稈資源占有量按照高于全國平均水平,介于全國平均水平之間,以及低于全國平均水