甘肅中部地區秸稈資源產量及潛力估算

羅峰，張浩珍，楊婕妤，陳強強

(甘肅農業大學財經學院，甘肅 蘭州 730070)

隨著畜產品需求量的日益增長和飼料價格的持續上漲，秸稈資源的開發利用持續受到國家的重視與關注。2015年“糧改飼”政策試行以來，飼草料種植面積不斷擴大，對緩解“人畜爭糧”矛盾，補充草食家畜飼草料供給缺口發揮了顯著作用。然而，受限于農戶觀念、技術、資金、機械化等諸多因素，糧、經、飼三元種植結構尚未形成，“以糧養畜”的草牧業發展緩慢，且經濟效益較低。因此，加快當地豐富的農作物秸稈資源的飼料化利用，是實現農牧產業融合發展的重要選擇。本研究在對甘肅中部地區作物秸稈資源測算的基礎上，估算了秸稈飼料化利用的畜牧承載力，以期為種植結構調整提供理論依據，進而促進畜牧產業發展，構建種養結合的節能循環型農牧發展模式，促進中部地區經濟增長。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

研究區為甘肅中部地區，地處黃土高原溝壑區，位于黃土高原、青藏高原、內蒙古高原3大高原交接處，包括蘭州市、白銀市、臨夏州、定西市等4市(州)，19個縣(區)。中部地區土地資源豐富，國土總面積6.13萬km2，總人口1021.83萬人；區域耕地面積148萬hm2，占總面積的23.4%，是以雨養農業為主的農業區，種植作物以小麥、玉米、薯類為主，養殖業較為發達。研究區農作物秸稈資源豐富，但秸稈資源綜合化利用結構不盡合理，秸稈資源化利用和畜牧業綜合發展問題亟待解決，農作物秸稈如何科學合理的資源化利用迫在眉睫。

1.2 秸稈資源估算方法與數據來源

準確界定秸稈是估算秸稈資源量的前提。本研究基于廣義視角對秸稈的界定，即收獲作物的主要農產品后剩余在田間的副產品，主要包括農作物的根、莖、葉[1]。通過查閱整理歷年《甘肅統計年鑒》，獲得研究區主要農作物小麥、玉米和馬鈴薯種植情況及畜牧飼養情況，選取農作物草谷比參數、秸稈可收集系數，對歷年主要農作物秸稈資源總量和秸稈資源牧業發展潛力進行估算。

1.2.1 秸稈資源總量估算方法

(1)理論秸稈資源總量估算方法

采用國際通用草谷比法來估算農作物秸稈資源量。計算公式如下：

Soi=Ci(1-Gi)×Ri

(1)

式中：Soi為區域i作物理論秸稈資源總量；Ci為i作物經濟產量；Gi為i作物的果實水分系數；Ri為i作物秸稈籽粒比值，即草谷比取值；n為作物的種類，本研究的主要作物包括小麥、玉米、馬鈴薯；n=3。

對玉米草谷比的取值，本研究選取左旭[2]關于玉米草谷比的甘肅實地調查樣本所得數據，最終取值為1.32；小麥草谷比的取值，以王曉玉[3]通過對區域劃分及實地樣方觀測，獲得甘肅地區小麥草谷比取值為1.27為參照；張啟霞[4]通過對甘肅省定西市馬鈴薯的農田樣方觀測試驗，研究得出定西市馬鈴薯草谷比為1.05，本文研究區為包括定西市在內的甘肅中部地區，考慮定西市與甘肅中部地區的環境條件基本相近，故馬鈴薯草谷比取值同上。不同作物果實系數的取值參照羅懷川[5]對農田生態系統的研究(表1)。

表1 甘肅中部地區主要農作物秸稈資源量估算主要參數

(2)可收集秸稈資源總量估算方法

秸稈資源可收集利用量是指在現實耕作管理尤其是農作物收獲管理條件下，可以從田間收集，并為人們利用的秸稈資源的最大數量。秸稈資源可收集利用量一般根據秸稈資源的總產量和其可收集利用系數來計算。公式表示為：

S1i=S0i×Wi

(2)

式中，S1i為i作物秸稈資源可收集利用量；Wi為秸稈資源可收集利用系數；i=1為小麥，i=2為玉米，i=3為馬鈴薯。

相對于草谷比參數取值研究，對于農作物秸稈資源可收集系數取值的研究相對較少。仇煥廣[6]等人基于不同機械與人工收割的面積比例加權，得出小麥、玉米、水稻的可收集系數分別為0.74、0.95、0.8；崔明[7]等人依據區域劃分，通過對不同區域作物機械收割、留茬高度進行調查，綜合學者文獻已有秸稈殘留量，推算得出小麥可收集系數為0.76；玉米為0.96；畢于運[8]等以黃淮海地區的作物留茬高度為依據，基于實地調研得出，中國農作物玉米和小麥秸稈可收集系數為0.83，馬鈴薯為0.6。本研究綜合學界研究成果，考慮到畢于運[8]基于實地調研和大量統計分析，得到更為精準的中國農作物的秸稈可收集系，具有更高的可信性和權威信。因此，本研究參考畢于運對可收集秸稈資源系數的取值(表2)。

表2 作物可收集系數參數取值

1.2.2 研究區秸稈飼料畜牧承載力估算方法 可收集作物秸稈資源的理論載畜量依據草食家畜年末存欄量和羊單位日采食量1.8kg進行計算[9-10]，而可收集秸稈的實際載畜量以秸稈飼料化的利用率為系數，以可收集秸稈理論載畜量為基數進行估算。可收集秸稈理論載畜與實際載畜量之差即為可收集秸稈載畜的發展潛力。

(1)可收集秸稈理論畜牧承載力及實際畜牧承載力估算公式：

(3)

(4)

式中：W0為可收集秸稈資源理論畜牧承載力；W1可收集秸稈資源實際畜牧承載力；Sli為秸稈資源可收集利用量；N為羊日均飼草量，N=1.8 kg/d[9-10]；B為秸稈飼料化利用率，B=59.6%[11-12]。

(2)可收集秸稈資源畜牧養殖潛力估算公式：

R=W0-W1

(5)

R為秸稈載畜量發展潛力(羊單位)；W0為可收集秸稈資源理論畜牧承載力(羊單位)；W1可收集秸稈資源實際畜牧承載力。

2 結果與分析

2.1 秸稈資源量估算與分析

2012～2016年，作物秸稈理論產量整體呈先增后降的趨勢，由2012 年的224.80萬t 增長至2015 年273.07萬t，而2016年下降至251.20萬t。甘肅中部地區主要秸稈資源來自小麥和玉米，占農作物秸稈資源總量的94.14%。其中，小麥年平均54.67萬t，占秸稈總量的21.63%；玉米年均可收集秸稈總量為183.29萬t，占秸稈總量的72.51%；馬鈴薯年均秸稈總量僅為14.84萬t，占秸稈總量的5.87%(表3)。甘肅中部地區以玉米作物種植為主，玉米秸稈是該地區主要的秸稈來源。

表3 2012～2016年甘肅中部地區主要農作物秸稈資源量及構成

表4 2012～2016年甘肅中部地區主要作物秸稈資源總量

2.1.1 研究區秸稈資源區域分布 2012～2016年甘肅中部地區各市主要農作物秸稈可收集總量占比的大小依次為：定西市37.67%>臨夏州24.85%>白銀市24.56%>蘭州市12.92%。種植業主要集中于耕地面積較大的定西市、白銀市，定西市2012～2016年均可收集秸稈資源總量為95.22萬t位居首位，白銀市以62.08萬t排第2，而蘭州市屬于工業城市，耕地面積相對較少，秸稈資源總量最少為32.67萬t(表4)。表明，作物秸稈資源區域差異顯著，中部地區秸稈資源形成以通渭縣、會寧縣、安定區、隴西縣為核心的集聚區。秸稈資源總量的作物構成，四市的小麥、玉米、馬鈴薯秸稈資源總量差異較大，可收集小麥秸稈資源總量均最少，玉米秸稈反之(圖1)。這與各市自然環境、農作物播種面積、作物經濟產量有較大關系。

圖1 2012～2016年甘肅中部地區可收集秸稈資源總量的作物構成Figure 2 Crop composition of total straw resources collected in central Gansu from 2012 to 2016

2.1.2 研究區可收集秸稈資源總量變化趨勢 2012～2016年甘肅中部地區可收集秸稈資源總量整體呈先增后減趨勢。玉米秸稈總量的年度變化與中部秸稈資源總量變化基本相似，而小麥和馬鈴薯秸稈總量基本保持平穩波動(圖2)。2012～2016年秸稈總量的變動大致可以分為“一增、一平、一減”3個階段。“一增”是指2012～2014年快速增長，由2012年的224.80萬t增長至2014年的267.77萬t，年均增速5.48%，期間，甘肅省全膜雙壟溝播玉米推行，玉米種植面積大幅度增加。“一平”是指2014～2015年甘肅中部地區秸稈總量增加5.30萬t，增長緩慢。“一減”是指2015～2016年秸稈資源總量減少至251.20萬t，因甘肅中部地區地處溫帶大陸氣候，屬于旱作農區，作物種植受限于自然條件，2016年甘肅中部地區旱災面積為335.07×103hm2[12]，導致秸稈資源量較2015年相比減少了17.87萬t，作物秸稈豐欠受自然條件影響極為顯著。

2.2 農作物秸稈資源畜牧養殖潛力分析

2.2.1 秸稈資源理論載畜量及實際載畜量 2012～2016年甘肅中部地區秸稈載畜量整體呈先增后減的趨勢，可收集秸稈資源年均理論載畜量為577.17萬羊單位，年均實際載畜量為345.15萬羊單位，秸稈載畜發展潛力巨大(表5)。由于甘肅中部地區秸稈飼料化利用率較低，加之農戶對秸稈資源化利用的認知不足，且秸稈飼料化利用受限于技術、資金、機械等多方因素，導致秸稈資源的實際載畜量與理論載畜量相差較大。

圖2 2012～2016年甘肅中部地區主要作物可收集秸稈年產量Figure 2 Annual yield of straw collected of major crops in central Gansu from 2012 to 2016

表5 2012～2016年甘肅中部地區可收集秸稈資源畜載畜及發展潛力

2.2.2 可收集秸稈資源草食家畜載畜發展潛力估算 秸稈資源草食家畜載畜發展潛力，即指在現有草食家畜總量的基礎上，提高秸稈資源的飼料化利用率可增加的草食家畜總量。秸稈資源草食家畜載畜發展潛力為理論載畜量減去實際草食家畜總量；根據公式(5)計算得到，2012～2016年甘肅中部地區可收集秸稈資源草食家畜載畜發展潛力(表5)。2012～2016年甘肅中部地區年均可收集秸稈資源總量252.80萬t，秸稈資源年均理論載畜量為577.17萬羊單位，而秸稈資源實際飼用率僅59.60%，年均實際載畜量345.15萬羊單位。可收集作物秸稈資源理論載畜發展潛力232.02萬羊單位，接近現有草食家畜總量的3倍之多，這意味著甘肅中部地區秸稈資源豐富,理論上有232.02萬羊單位的草食家畜發展空間。若提高秸稈飼料化利用率，不僅能增加畜牧養殖效益，同時減少秸稈焚燒、棄置等粗放的處置方式，改善環境。

3 討論

我國糧食產量逐年攀升，作物秸稈數量隨之增多，國家對秸稈資源化利用日益重視，使得秸稈資源量也成為農業生產的產量目標，學者關于秸稈資源做了大量研究[13-17]。就農區秸稈利用方式來看，農戶秸稈處置方式呈現出多元化特征，飼料化利用和燃料利用成為最重要的利用方式，這與當地悠久的養殖習慣相符合，同時農戶就地取“柴”，直觀地折射出當地生態環境嚴酷、農村能源匱乏的現實。同時，秸稈的棄置和露天焚燒并存，造成資源浪費和污染環境[18-20]。秸稈作為草食家畜飼料，含豐富的營養價值，每7.6kg鮮玉米秸稈所含的營養成分相當于1kg玉米粒[21]，甘肅中部地區屬農牧交錯區，秸稈資源豐富，秸稈飼料化具有較高的利用價值，并且符合當前我國“糧改飼”農業改革發展方向[22]。

近年來，我國經濟發展水平提高，飲食結構發生變化，肉產品需求增加，而草地資源退化，加劇了飼料需求與供給之間的矛盾，農作物秸稈作為優質粗飼料，可彌補草食家畜飼草需求[23,24]。學者們關于農作物秸稈飼料化利用主要是從技術、工藝、政策、對策等角度進行了研究[25-31]。對于秸稈載畜潛力的估算研究較少。而正確合理地估算秸稈載畜潛力及其經濟效益，是秸稈飼料化利用技術改進及相關政策制定的前提，對秸稈飼料化利用具有重要意義。本研究以羊單位日均采食量為依據，在全面估算秸稈資源量的基礎上，科學合理地計算秸稈載畜潛力及其經濟效益，對未來草食家畜養殖具有指導意義，同時為制定畜牧業發展規劃提供了依據。另外，當前的秸稈載畜潛力的分析基本都是基于歷史數據的經驗概算，對未來動態變化和潛力預判，尤其是基于種植結構調整和資源利用率提升情景下載畜量的情景模擬分析不足，是今后學術界研究的重要方向。

在推行“糧改飼”，發展草食節糧型畜牧業的背景下[32-33]，甘肅中部地區秸稈飼料化利用率由2010年的47.5%提高至2014年的59.6%。畜牧強省戰略的提出及各項秸稈資源化利用政策的出臺，使得秸稈飼料化利用率增長較快，但仍遠低于新疆等畜牧強省。2017年召開的中國肉羊產業發展大會指出,玉米的整體消耗中，僅1%用于居民食用，而用作飼料所消耗的占比高達41%，導致畜牧養殖效益低下。且畜牧業僅停留在牧區，農業僅停留在農區，農牧產業相脫離，為實現農牧業高效生產，農牧結合的新型種養模式勢在必行。本研究估算得出甘肅中部地區秸稈載畜可發展潛力高達232.02萬羊單位，但是由于受自然環境、農戶觀念和意愿及相關政策等諸多因素影響，使得甘肅中部以定西、白銀為首的種植大市，目前仍存在農牧結合不夠，并沒有根本上改變人畜爭糧的局面，仍處在以糧養畜的困境，農牧結合的種養模式有待探索。

草原超載過牧，草地退化嚴重，加劇了環境惡化。政府相繼出臺了各項政策，雖對草地資源環境壓力有所緩解，但是對于畜牧業發展成效并不顯著。因此以秸稈飼料為突破口發展畜牧業，補給飼草料供給缺口，可實現農牧業融合發展的綠色循環農業。長期以來，作物秸稈被界定為農業附屬產品，對作物秸稈資源的綜合利用方式與利用效率提升方面研究還需進一步深入。目前關于秸稈養畜的研究分析了其意義、可行性以及經濟效益，但是忽略了秸稈養畜過程中產生的環境效益，同時，對于畜牧業發展方面，如何實現產加銷、貿工農一體化，通過延長產業鏈條，提升秸稈養畜的效益方面還需進行深入研究。

4 結論

本研究估算得出2012～2016年甘肅中部地區年均可收集秸稈資源總量為252.80萬t，仍有102.13萬t的秸稈資源利用方式不盡合理，被焚燒、閑置等。就秸稈資源的作物構成來看，研究區主要農作物秸稈資源以玉米秸稈為主，產量為183.29萬t，其次為小麥秸稈，馬鈴薯秸稈最少，僅占秸稈資源總量的5%左右；就秸稈資源的區域分布來看，定西市的秸稈資源總量位列四市之首，白銀市次之，其次為臨夏州，蘭州市最少；中部地區形成以會寧、通渭、安定區、隴西縣為集聚的秸稈資源豐富區。2012～2016年甘肅中部地區可收集秸稈資源理論載畜量為577.17萬羊單位，但是秸稈資源飼料化利用率僅為59.60%，致使可收集秸稈實際載畜量為345.15萬羊單位。這意味著甘肅中部地區理論上秸稈資源豐富，在現有載畜量的基礎上還可承載232.02萬羊單位的草食家畜，同時表明，秸稈資源在畜牧養殖方面利用不足。草食家畜飼喂方式缺乏合理性，豐富的秸稈資源并沒有的到科學合理高效的利用，反而因其焚燒、閑置等不科學的利用方式造成環境污染及其他問題，大量的秸稈資源被浪費，這不僅極大的制約了畜牧產業發展，還阻礙了整個農牧區經濟的可持續發展。

2005年以來，國家相繼出臺了秸稈綜合利用的系列政策，旨在提高秸稈資源利用效率、緩解環境負外部效應，加之甘肅省“畜牧強省戰略”的出臺，為秸稈資源飼料化利用提供了有力的政策支持，但秸稈飼料化利用效率依然較低。應加大秸稈飼料加工技術的研發和推廣，完善秸稈飼料化利用的政策保障體系，增加農戶飼料化利用意愿，探索種養結合的新型農牧發展模式，實現農牧產業增效共贏。