農(nóng)作物秸稈資源調(diào)查與評價方法研究

田宜水 趙立欣 孫麗英 孟海波

(農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計研究院，北京100125)

農(nóng)作物秸稈是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，收獲了稻谷、小麥、玉米等作物籽粒以后，殘留的不能食用的莖、葉等副產(chǎn)品［1］。秸稈作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，其含有的有機質(zhì)和微量元素是培肥土壤、增加地力的重要來源，同時也是發(fā)展畜牧業(yè)的重要飼料和農(nóng)村居民生活用炊事與采暖燃料，是一種多用途的可再生資源。

我國作為一個農(nóng)業(yè)大國，由于秸稈資源分布相對分散，目前對農(nóng)作物秸稈資源狀況的分析多數(shù)是建立在統(tǒng)計資料的基礎(chǔ)［2－4］，缺乏詳細地研究，進而阻礙了秸稈綜合利用進程。本文通過建立農(nóng)作物秸稈評價標準體系，提出了秸稈資源調(diào)查與評價范圍、內(nèi)容和方法，可以指導(dǎo)我國作物秸稈資源的調(diào)查與評價工作，有利于我國秸稈綜合利用進程。

1 評價指標的建立

農(nóng)作物秸稈資源具有分布廣，能源密度低，收集受農(nóng)時、耕作制度等限制，不確定性程度大等特點。在評價時必須充分考慮上述特點，才能獲得真實可靠的結(jié)果。本文綜合了國內(nèi)外相關(guān)研究結(jié)果［5－10］，建立了農(nóng)作物秸稈資源評價指標體系，主要包括特性、資源量、密度、有效收集時間、經(jīng)濟性等指標，如圖1所示。

1．1 特性

特性是指具有的某種特有性質(zhì)或特殊的品性、品質(zhì)，可分為物理特性和化學(xué)特性等，與利用的角度有關(guān)。本文從調(diào)查與評價的角度出發(fā)，提出了含水量和草谷比等兩個特性。

(1)含水量。含水量是指秸稈的外在水分和內(nèi)在水分的總和，含水率較高秸稈的熱值有所下降。一般采用烘干法進行測量。

(2)草谷比。草谷比是指某種農(nóng)作物單位面積的秸稈產(chǎn)量與籽粒產(chǎn)量的比值，即:草谷比=農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量÷籽粒產(chǎn)量。農(nóng)作物秸稈的重量與含水量密切相關(guān)。因此，當給出某種作物的草谷比時，需同時注明含水量，通常按風(fēng)干時計。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、歉年的草谷比也是有差異的。一般可進行實測或參考調(diào)查區(qū)域的歷史資料。某一地區(qū)某種農(nóng)作物秸稈的草谷比的計算公式為:

圖1 農(nóng)作物秸稈資源評價指標體系

式中:mi，S:第 i種農(nóng)作物秸稈的重量(kg);mi，G:第 i種農(nóng)作物籽粒的重量(kg);Ai，S:第i種農(nóng)作物秸稈的含水量(%);Ai，G:第i種農(nóng)作物籽粒的含水量和雜質(zhì)率(%);15%:秸稈風(fēng)干時的含水量;12．5%:國家標準水雜率。

1．2 資源量

根據(jù)利用層次的不同，秸稈的資源量可分為理論資源量、可收集資源量和可利用資源量。

(1)理論資源量。理論資源量是指理論上該地區(qū)每年可能擁有的農(nóng)作物秸稈資源量。一般根據(jù)農(nóng)作物產(chǎn)量和各種農(nóng)作物的草谷比，大致估算出各種農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)量。計算公式為:

式中:P:某一地區(qū)農(nóng)作物秸稈的理論資源量(t/a);i:第i種農(nóng)作物秸稈，(i=1，2，…，n);Gi:某一地區(qū)第 i種農(nóng)作物的年產(chǎn)量(t/a);λi:某一地區(qū)第i種農(nóng)作物秸稈的草谷比。

(2)可收集資源量?？墒占Y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農(nóng)作物秸稈的數(shù)量。可以實地調(diào)查作物割茬高度(割茬高度:作物被切割后留在田上的莖稈的高度)占作物株高的比例和秸稈枝葉損失率，獲得收集系數(shù)進行計算。

式中:Li－第i種農(nóng)作物的平均株高(cm);

Li，jc－機械收獲時，第 i種農(nóng)作物的平均割茬高度(cm);

Li，sc－人工收獲時，第i種農(nóng)作物的平均割茬高度(cm);

Ji－第i種農(nóng)作物，機械收獲面積占總收獲的比例;

Zi－第i種農(nóng)作物，在收獲及運輸過程中的損失率。

(3)可利用資源量。可利用資源量是某一區(qū)域可供實際利用的農(nóng)作物秸稈資源量，主要包括農(nóng)村居民家庭生活燃用和廢棄焚燒的秸稈資源量。秸稈作為農(nóng)作物的副產(chǎn)品，除了能源利用外，同時也是工、農(nóng)業(yè)的重要生產(chǎn)資源，可用作肥料、飼料、生活燃料以及造紙、建材、編織、養(yǎng)殖食用菌等工副業(yè)的生產(chǎn)原料，用途廣泛。因此，評價可利用的秸稈資源量時，除了扣除為保證土壤肥力的秸稈還田(或過腹還田)量外，還需要考慮當?shù)亟斩捹Y源現(xiàn)有的競爭性用途，實際可利用資源量低于可收集資源量。

1．3 人均秸稈資源占有量

人均秸稈資源占有量是指某一區(qū)域人均可利用秸稈資源占有的數(shù)量，表明秸稈資源的相對豐富程度?？捎迷摰貐^(qū)可利用秸稈資源量除以該地區(qū)鄉(xiāng)村人口進行計算。

1．4 資源密度

資源密度是指某一區(qū)域單位面積秸稈資源的數(shù)量，表明資源的豐度及經(jīng)濟性。從資源收集的角度來看，這一指標越高，則秸稈資源集中度高，收集半徑小，收集成本低，資源化利用的經(jīng)濟性好，適合于規(guī)?；_發(fā)利用方式。

當秸稈資源量分別選取理論資源量、可收集資源量和可利用資源量時，對應(yīng)理論資源密度、可收集資源密度和可利用資源密度。

1．5 有效收集時間

由于秸稈利用項目是一個集中、連續(xù)的生產(chǎn)系統(tǒng)，其原料來源于農(nóng)業(yè);而我國農(nóng)業(yè)是一個分散、間斷的生產(chǎn)系統(tǒng)。所以，需要將兩個不同的系統(tǒng)有機地結(jié)合起來，保證持續(xù)、穩(wěn)定的原料供應(yīng)。有效收集時間是指農(nóng)作物秸稈在作物收獲后，在不影響下茬作物播種的前提下可供收集的時間，與耕作制度和氣候有關(guān)。我國長江以南(包括廣東、廣西、福建、湖南、江西、浙江、皖中南、鄂中南)以雙季稻或雙季稻三熟制占多數(shù)，長江以北、淮河以南以及西南地區(qū)則以麥(油菜)稻兩熟居多數(shù)。華北平原小麥－玉米、小麥－大豆等一年兩熟面積擴大。目前，復(fù)種指數(shù)約150%。東北、西北以玉米、春小麥、谷子等一年一熟為主。

1．6 收集成本

成本是指農(nóng)作物秸稈利用過程中，在收集、臨時貯藏以及短途運輸過程中所發(fā)生的費用，通常是指農(nóng)作物秸稈的到廠價格，與當?shù)氐膭趧恿r格以及運輸距離長短(收集半徑)有關(guān)。農(nóng)作物秸稈的成本通常是由收集成本與運輸成本所組成的。收集成本指秸稈收集過程中發(fā)生的費用，包括收集、裝卸、貯藏以及短途運輸?shù)荣M用。由于具體計算較為困難，可采用機會成本進行替代。機會成本是指生物質(zhì)資源用于某一用途，同時喪失了用于其他用途所能帶來的潛在收入。如農(nóng)作物秸稈用作燃料，就喪失作為飼料的機會，秸稈作為飼料的價格可以作為其機會成本。運輸成本是指生物質(zhì)資源從臨時貯藏點運輸至處置地點的費用，每噸生物質(zhì)資源的運輸成本與運輸距離成正比。

2 調(diào)查方法和內(nèi)容

2．1 調(diào)查方法

調(diào)查采用座談和入戶調(diào)查相結(jié)合的方式。其中，選擇所調(diào)查鄉(xiāng)鎮(zhèn)和村時，應(yīng)考慮經(jīng)濟(發(fā)達、較發(fā)達、不發(fā)達)、農(nóng)民收入(高、中、低)、農(nóng)作物播種面積、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戶進行入戶調(diào)查。

(2)入戶調(diào)查:調(diào)查人員攜帶調(diào)查表進入農(nóng)戶調(diào)查。

2．2 調(diào)查內(nèi)容

調(diào)研內(nèi)容主要包括三部分:所選縣基本情況、主要農(nóng)作物生產(chǎn)及秸稈利用情況、農(nóng)戶秸稈利用與生活用能情況。其中前兩部分內(nèi)容主要由相關(guān)縣進行填寫，第三部分內(nèi)容入戶調(diào)查。

(1)基本情況。①社會經(jīng)濟發(fā)展狀況:包括GDP、村鎮(zhèn)數(shù)量與分布、總?cè)丝跀?shù)、農(nóng)業(yè)人口數(shù)、農(nóng)戶數(shù)、人均收入、勞動力成本等;②氣候狀況:包括近三年的平均氣溫、平均相對濕度、降雨量、降雨天數(shù)、日照時數(shù)、無霜期等;③土地資源及利用情況:包括土地面積、耕地面積、農(nóng)作物種植種類等。

(2)主要農(nóng)作物生產(chǎn)及秸稈利用情況。①主要農(nóng)作物生產(chǎn)情況:包括近三年的耕地面積、播種面積、產(chǎn)量等;②養(yǎng)殖業(yè)情況:調(diào)查牛的養(yǎng)殖情況，包括肉牛年出欄數(shù)、奶牛的年存欄數(shù)、規(guī)模化養(yǎng)殖場狀況等;③秸稈利用情況:包括秸稈收獲方式、秸稈利用情況(還田量、飼料青貯量、家庭燃用、工業(yè)用途等方式)、秸稈收購方式及成本等。

(3)入戶調(diào)查內(nèi)容。包括農(nóng)戶基本情況、農(nóng)作物生產(chǎn)情況、秸稈利用情況、生活用能情況等方面內(nèi)容。

2．3 農(nóng)作物秸稈的特性試驗

為調(diào)查秸稈草谷比、含水量、株高、留茬高度等特性，需開展秸稈特性試驗。一般在農(nóng)作物收獲時直接取樣，與各種農(nóng)作物的收獲時間有關(guān)。對當?shù)卦耘嗝娣e最大、普遍推廣、且其播種期、栽培期對當?shù)匾沧钸m宜的品種，選擇當?shù)鼐哂写硇缘牡匦?、地勢、耕作制度和栽培水平的大田，且周圍無障礙和特種小氣候影響的地塊進行取樣。按照GB 5262進行取樣，平作和壟作作物，每點取1 m2面積內(nèi)的植株(壟作作物在一條壟上割取);平作作物每點割取5行5穴，具體取樣方式按當?shù)貙嶋H條件進行調(diào)整。試驗過程具體為:①根據(jù)農(nóng)作物的收獲方式的不同，分別測量各種收獲方式的秸稈割茬高度。②在取樣地塊里采用對角線分割5點進行取樣。將每點的農(nóng)作物秸稈地上部分整株割下，測量株高并紀錄。③將作物收割保存，待全部收獲后將收割的樣本晾曬、烘干、脫粒后，分別稱取秸稈和籽粒的重量。④首先按照GB 3523測定籽粒的含水量和雜質(zhì)率，再按照附錄A的試驗方法測定秸稈的含水量。⑤分別計算各樣品的草谷比，并取平均值。其中，秸稈含水量按風(fēng)干(約15%)計，籽粒含水量調(diào)整至國家標準水雜率，糧食一律按脫粒后的原糧計算，棉花產(chǎn)量按皮棉計算，豆類按去豆莢后的干豆計算，薯類按5 kg鮮薯折1 kg糧食計算。⑥按照NY/T 12測定農(nóng)作物秸稈的發(fā)熱量。

3 評價方法

在完成資源調(diào)查后，將按照下述步驟對該區(qū)域的秸稈資源進行評價。評價過程中，如果發(fā)現(xiàn)問題，將及時反饋，進行補充調(diào)查。

(1)秸稈可利用資源量評價。②根據(jù)上述調(diào)查結(jié)果，包括主要農(nóng)作物草谷比、播種面積、產(chǎn)量、收集系數(shù)、可利用系數(shù)等，分別計算出秸稈理論資源量、可收集資源量和可利用資源量。③分別選取國土面積、耕地面積和播種面積，計算秸稈的資源密度。④計算人均秸稈資源占有量。

(2)秸稈經(jīng)濟性評價。①根據(jù)當?shù)貏趧映杀厩闆r和運輸狀況，計算秸稈的成本。②對于不同的秸稈利用技術(shù)潛力進行評價。如秸稈能源化(如秸稈固體成型燃料、秸稈沼氣以及秸稈氣化等)、秸稈飼料化以及秸稈工業(yè)原料化等利用技術(shù)，包括秸稈資源數(shù)量、價格和收集半徑等。

(3)秸稈資源未來發(fā)展預(yù)測。根據(jù)當?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、發(fā)展趨勢以及其他競爭性用途的發(fā)展趨勢，測算秸稈資源未來可利用資源量等。

(4)不確定性分析。不確定性分析對秸稈資源的開發(fā)決策具有重大影響，有時這種影響甚至是決定性的。不確定性問題影響秸稈資源預(yù)期數(shù)量的不確定和成本的不確定，在資源評價中必須加以處理?？刹捎妹舾行苑治?，考查秸稈資源利用的不確定性。秸稈資源不確定性問題主要包括自然災(zāi)害和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，勞動力成本的變化，以及新型秸稈資源利用技術(shù)的出現(xiàn)等。

最后，編寫《秸稈資源調(diào)查與評價報告》，報告包括:①前言，包括調(diào)查與評價的目的與意義、調(diào)查任務(wù)承擔單位、調(diào)查任務(wù)合作單位、調(diào)查區(qū)域和時間;②調(diào)查區(qū)的自然環(huán)境和社會經(jīng)濟特征;③調(diào)查過程;④樣品采集分析和數(shù)據(jù)處理方法;⑤秸稈資源量可供性分析;⑥秸稈經(jīng)濟性評價;⑦秸稈資源的未來發(fā)展趨勢分析;⑧不確定性分析;⑨結(jié)論和建議。

4 應(yīng)用實例

應(yīng)用本文的調(diào)查與評價方法，已制定農(nóng)業(yè)行業(yè)標準《農(nóng)作物秸稈資源調(diào)查與評價技術(shù)規(guī)范》［11］，并被農(nóng)業(yè)部［12］用于指導(dǎo)全國農(nóng)作物秸稈資源調(diào)查與評價，此外，被亞洲開發(fā)銀行［13］等國際機構(gòu)所采納，應(yīng)用于我國黑龍江等省區(qū)秸稈資源調(diào)查和評價。實踐證明，該調(diào)查與評價方法科學(xué)、準確、簡單、易行，具有科學(xué)性和可操作性，對于我國農(nóng)作物秸稈資源的調(diào)查與評價工作具有重要的指導(dǎo)意義，對于秸稈綜合利用具有很好的推動作用。

5 結(jié)論

本文在對我國農(nóng)作物秸稈資源利用現(xiàn)狀進行大量調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，參照國內(nèi)外研究成果和相關(guān)標準，從總量、經(jīng)濟性、空間和時間分布等角度評價秸稈資源，提出了理論資源量、可收集資源量、可利用資源量三個層次資源總量，以及收集成本、資源密度、人均秸稈資源占有量和收集時間等概念，系統(tǒng)地提出了的秸稈資源評價指標體系，并將農(nóng)戶問卷調(diào)查與農(nóng)作物收獲時直接采樣測試草谷比等方法結(jié)合起來，提出科學(xué)、準確、簡單、易行的秸稈資源調(diào)查方法，具有科學(xué)性和可操作性，并在實際調(diào)查中得到有效應(yīng)用，對于我國農(nóng)作物秸稈資源的調(diào)查與評價工作具有重要的指導(dǎo)意義，對于秸稈綜合利用具有很好的推動作用。

(編輯:王愛萍)

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