甘肅省榆中縣種植業廢棄物資源量及資源化利用調查

陳玉鵬 頡博杰 高程斐 王 瑞 張國斌 楊海興 肖雪梅* 郁繼華

（1 甘肅農業大學園藝學院，甘肅蘭州 730070；2 榆中縣農業技術推廣中心，甘肅蘭州 730100）

種植業廢棄物是指農作物在生產、加工和利用過程中所遺留的無直接經濟價值的農副產品，主要包括作物秸稈及蔬菜、瓜果等加工后的殘渣等，在能源方面有較大的潛在優勢。我國的種植業廢棄物資源量巨大，據估算每年僅各類蔬菜廢棄物就超過6 億t（張惠 等，2021）。以往農戶對廢棄物錯誤的處理方式（亂堆、亂扔、焚燒秸稈等）致使夏秋季節腐臭氣味彌漫，滋生蚊蠅，加劇田間病蟲害的發生；冬春季節煙塵嗆人，造成嚴重的空氣污染（顏君魯，2020），時刻威脅著人類賴以生存的美好家園和物質生產活動。農業廢棄物資源化利用是一種循環農業發展模式，依靠科學技術和管理將廢棄物二次回收利用，對改善農村環境、提高能源利用率和提升農民生活環境具有重大作用（董獻彬，2022；雷明和鄒培，2022）。但相較于傳統農業資源處理技術，現代農業資源化技術出現推廣時間較晚，利用過程較為復雜，存在期間涉及主體多、廢棄物資源存量龐大、種植戶對資源化理解程度低、大容量消化平臺缺乏等一系列亟待解決的問題（張冰和許潔，2017）。

甘肅省榆中縣作為高原夏菜的主產區之一，其農作物秸稈每年總量高達15.88 萬～29.53 萬t，尾菜158.6 萬～178.6 萬t，但利用率僅占到廢棄物總量的13.8%～25.8%（顏君魯，2020），具有豐富的廢棄物儲量和資源化利用前景。本調查通過榆中縣農業廢棄物統計數據，結合實地調查，估算種植業廢棄物的資源儲量和養分含量，分析當地廢棄物資源化利用的現實情況，收集農戶對各類廢棄物處理方法的態度和廢棄物處理過程中存在的問題，以期為推動榆中農業綠色發展，更好地讓農戶創收，為全國同氣候條件區域的種植業廢棄物資源化利用和治理提供數據參考。

1 調查方法

1.1 數據來源

查閱《甘肅省第三次全國農業普査資料匯編》（2007—2017），統計榆中縣域11 個鄉鎮（馬坡鄉、清水驛鄉、龍泉鄉、小康營鄉、城關鎮、夏官營鎮、金崖鎮、貢井鎮、和平鎮、連搭鎮、高崖鎮）的種植業規模、廢棄物和種植業產量。

依據調查內容實地走訪：① 榆中縣農業廢棄物利用現狀；② 資源再利用途徑類型；③ 農戶的基本信息（農戶的經營模式、年齡和學歷）；④ 農戶對農業廢棄物資源化利用現狀的態度（了解程度、滿意程度、對新方法的認可度和遇到的困難），制定調查問卷。總計發放問卷267 份，剔除無效問卷14 份，得到有效問卷253 份，問卷有效率為94.76%。

1.2 研究方法

1.2.1 作物秸稈理論資源量的估算 根據汪海波等（2008）、龐力豪等（2018）的方法，依據國家統計部門及甘肅省統計局統計的《甘肅省第三次全國農業普査資料匯編》，獲得各農作物每年產量信息和各種農作物的秸稈系數K（又稱草谷比，表1）（段亞軍 等，2020；周永馨 等，2021），計算得到秸稈資源量S，秸稈系數是農作物單位面積秸稈產量與籽粒產量的比值（龐力豪 等，2018）。農作物秸稈資源量是以農作物產量進行估算，其估算公式為：

式中，Sn表示秸稈資源量，n表示農作物的種類，An表示某種農作物的產量，Kn表示n作物相應的秸稈系數。

1.2.2 廢棄物肥料化潛力的估算 結合《中國有機肥料養分志》（全國農業技術推廣服務中心，1999）中各類作物廢棄物的養分含量，根據主要農作物秸稈的干物質比例、有機質比例和N、P、K比例，估算出廢棄物所含的全氮、全磷、全鉀和有機質含量：廢棄物干基質量Gn=Snφn，有機質含量Yn=Gnμn，N 含量WnN=Gnαn，P 含量WnP=Gnβn，K 含量WnK=Gnγn。式中，Gn表示n作物廢棄物中干基的質量，Sn表示n作物的秸稈資源量，φn表示n作物的干物質比例，Yn表示n作物中有機質含量，WnN、WnP、WnK分別指n作物中的N、P、K 含量，μn、αn、βn、γn分別指n作物中有機質、N、P、K比例。

1.3 數據統計與分析

使用Excel 2021 和Origin 9.1 軟件進行數據統計分析及繪圖。

2 結果與分析

2.1 栽培規模及產量分析

從圖1 可知，在2007—2017年，甘肅省榆中縣栽培面積最高的為糧食作物，蔬菜次之，中藥材最低。2007—2017年，糧食作物的栽培面積呈現先升高后降低的趨勢，于2010年達到峰值4.17 萬hm2，2017年降低至3.11 萬 hm2，2010—2017年的年均增長率為-3.96%；相反，蔬菜的栽培面積保持平穩上升，由2007年1.06 萬 hm2增長至2017年1.84 萬 hm2，年均增長率達到5.64%；中藥材栽培面積從0.10 萬 hm2增長至0.65 萬 hm2，年均增長率高至39.72%，是蔬菜的7 倍。

圖1 甘肅省榆中縣2007—2017年主栽作物栽培面積

榆中縣蔬菜和糧食作物的年產量保持較高水平，而中藥材處于較低水平。2007—2017年，蔬菜產量表現為逐年上升的趨勢，從23.27 萬t 上升至53.49 萬t，年均增長率為8.77%；而糧食作物年產量呈現先升高后降低的趨勢，2013年產量最高為15.19 萬t，2013年以后的年產量隨栽培面積的減少而不斷降低；中藥材產量從0.23萬t上升至1.47萬t，年均增長率達到35.54%（圖2-a）。對比發現，2007—2017年期間榆中縣蔬菜和中藥材產量的占比逐漸增加（圖2-b），當地對蔬菜和中藥材的種植重視度提高。

圖2 甘肅省榆中縣2007—2017年主栽作物產量（a）及占比（b）

2.2 種植業廢棄物產量的估算及分析

榆中縣2007—2017年種植業廢棄物產量不斷增加，從22.18 萬t 增至31.95 萬t，增長率為44.05%。糧食作物秸稈產量呈先升高后降低的趨勢；尾菜產量保持穩步上升的趨勢，從2007年的6.98 萬t 上升至2017年的16.05 萬t，年均增長率達8.77%；中藥材廢棄物產量從0.56 萬t 上升至3.69萬t，年均增長率35.54%（圖3-a）。尾菜和中草藥廢棄物的產量占當年總廢棄物產量的比例持續上升，2015年尾菜產量占總廢棄物產量的45.22%，2017年尾菜已經占總廢棄物產量的50%，成為榆中縣種植業廢棄物的主要來源。2007—2017年累計糧食作物秸稈和尾菜產量分別占54.13%和38.74%，是主要的廢棄物來源，兩者占廢棄物總量92.87%，中藥材廢棄物僅占7.13%（圖3-b）。

2.3 種植業廢棄物養分的估算及分析

種植業廢棄物的總養分含量整體上呈先升高后降低的趨勢（圖4-a），與糧食作物秸稈產量的變化趨勢相似，其中尾菜和中藥材的養分含量持續上升，都在2017年達到峰值。2013年種植業廢棄物的總養分含量最高，達到11.86 萬t；其中有機質為11.17 萬t，占總量的94.18%，N、P、K 含量分別為0.22 萬、0.07 萬、0.40 萬t。從各年養分資源總量構成來看（圖4-b），有機質所占比例最高，其變化趨勢與糧食作物秸稈養分含量的變化趨勢相同，其次K 和N，P 的占比最小，N、P、K 與尾菜和中藥材廢棄物的變化趨勢相同，均逐漸增長。

圖4 甘肅省榆中縣2007—2017年各類型廢棄物（a）和不同形式（b）的養分含量

2.4 種植業廢棄物資源化利用現狀及途徑分析

2.4.1 種植農戶基本信息 榆中縣種植戶類型以一般農戶（87.27%）為主，而農業企業（6.06%）、種植大戶（3.64%）和合作社（3.03%）類型較少（圖5-a）；年齡40 歲以上的種植戶占比高達78.49%，30 歲以下僅占4.07%（圖5-b）；初中及以下學歷居多，占73.53%，高學歷農戶（本科、研究生）僅占5.29%（圖5-c）。綜上，榆中縣種植業整體呈現農戶高齡、學歷偏低和缺乏現代農業技術體系的特征。

2.4.2 種植業廢棄物利用途徑 榆中縣農戶對各類廢棄物的利用是多種途徑并存。對于糧食作物秸稈的利用方式眾多，還田和作為燃料是主要的利用方式，分別占37.32%和23.19%，生產沼氣和有機肥僅占3.26%和1.45%（圖6-a）。對于尾菜，生產沼氣和還田是最主要的利用途徑，分別占37.56%和34.39%，其次是堆肥和青貯飼料，分別占14.93%和10.41%，用作燃料和生產有機肥均僅占1.36%（圖6-b）。在中藥材廢棄物中，還田也是最主要的資源化利用方式（占52.30%），較少的是生產有機肥和青貯飼料，分別占1.67%和6.28%，用作燃料的利用方式不存在（圖6-c）。綜合來看，還田是當前榆中縣農戶處理種植業廢棄物的主要利用途徑。

圖6 甘肅省榆中縣糧食作物秸稈（a）、尾菜（b）和中藥材廢棄物（c）利用途徑及占比

2.4.3 種植農戶對種植業廢棄物資源化利用的態度 榆中縣種植農戶對種植業廢棄物資源化利用方式，持滿意態度的占92.07%，僅有7.93%表示不滿意（圖7-a）；并且種植業資源化利用的方式得到廣大農戶的認可，達到戶戶了解，但非常了解的農戶僅有4.27%（圖7-b）。絕大多農戶（93.25%）認為非常有必要對種植業廢棄物進行資源化利用，認可新型資源化利用技術，59.20%的農戶愿意接受政府引導，僅有2.29%的農戶不愿意嘗試（圖8）。

圖7 甘肅省榆中縣農戶對種植業廢棄物資源化利用處理方式滿意度（a）及了解程度（b）

圖8 甘肅省榆中縣農戶對新型資源化利用技術的態度（a）及種植業廢棄物資源化利用的必要性（b）

根據當前實現種植業廢棄物資源化利用所面臨困難的調查結果可以看出（圖9），有多方面的原因導致廢棄物資源化利用難以實現，其中57.14%的農戶認為缺乏大規模吸收消納平臺和政府引導不足是最主要的原因，有20.00%的農戶認為他們對種植業廢棄物資源化利用的認識不夠充分，17.14%的農戶認為當前資源化利用技術還不夠成熟，有待提高；僅有5.71%的農戶沒有考慮過該問題。

圖9 甘肅省榆中縣實現種植業廢棄物資源化利用所面臨的困難

3 結論與討論

榆中縣是甘肅省現代農業極具發展潛力縣區之一，本次調查結果表明，榆中縣糧食作物種植面積下降，蔬菜和中藥材的種植面積增加。種植業廢棄物產量中糧食作物秸稈占54.13%，尾菜占38.74%，2007—2017年廢棄物年均產量達15.02萬t，尾菜產量上升，糧食作物秸稈大幅下降，但種植業廢棄物的資源總儲量處于保持上升階段。在黑龍江（楊鈺瑩和司偉，2022）、青海（田豐，2017）等地，將種植業廢棄物進行還田，已經做到資源化利用。

還田是榆中縣種植業廢棄物資源化利用的主要途徑。將作物廢棄物直接翻耕入土用作基肥，雖加大了勞動、機械等成本（陳云峰 等，2020），但是減少空氣污染，有助于實現碳達峰、碳中和（任榮，2021；于法穩和林珊，2022），同時還改變了土壤的性質特征，調節土壤的酸堿度，提高土壤養分含量和酶活性，可將作物中的營養元素歸還到土壤中，提高土壤的有機質、N、P、K 和微量元素含量（潘越 等，2023）。有研究發現，40年內東北黑土地在還田方式下，土壤有機碳含量平均每年遞增0.31%，表明秸稈還田對土壤有機質水平的提高有顯著效果（賀美 等，2017）。本次調查發現，榆中縣選擇糧食作物秸稈資源化利用方法為還田的種植戶達37.32%，其原因一是與其他處理方式相比，還田具有操作簡單，投入的資金較少，資源轉化率高，技術要求低等優點（馬海蘭，2018）；二是除了還田自身優勢外，還跟種植戶類型、種植戶年齡、文化水平、政府扶持力度和科學系統的農田管理技術體系有關，這些因素都會影響資源化利用的普及和推進。

目前榆中縣資源化利用面臨的主要問題：第一，資源化利用需要完善的現代化基礎設施，投入較大，普通種植戶較難承受，而較小規模的資源化處理能力有限，專業設備不足，專業技術人員較少，外加大部分農田都是個人承包、個人經營，地塊之間不能連續作業，機械化作業受到限制，因此需要從技術和政策扶持兩方面解決實際問題，降低成本提高技術；第二，73.53%的種植戶文化水平有限，對科學技術難以精準掌控，但是對資源化利用的方式認為非常有必要，對利用結果很滿意，針對農戶文化認知問題，農業部門應該加大、加強宣傳教育，強化技術，采用簡單易懂的培訓方法讓農戶快速掌握技術，還需構建高效的宣傳機制，通過廣播、電視、報紙等傳統媒體和微信、微博、抖音等新興網絡媒體以及職業培訓、科技服務等活動，增強其循環經濟的意識和理念；第三，榆中縣資源化利用處理技術不成熟，處理方式簡單，處理量偏少，缺乏專業化的處理場所平臺，國家補貼力度較小，而且補貼對象主要為合作社和種植大戶，這些因素消減了農民對秸稈廢棄物的資源化利用積極性，可通過扶持種養大戶等方式，樹立典型，帶動和吸引農戶主動投身其中；第四，體制機制不健全，缺乏政府規劃引導，需要政府部門在制度安排上向農業循環經濟傾斜，通過采取強化補貼、引導涉農企業參與、培育資源性農業廢棄物循環利用服務實體和循環農業體制機制的形成等措施解決農民的后顧之憂，鼓勵農戶進行種植業廢棄物循環利用，積極參與“政府引導、市場主導、社會參與”的產業體系，實現多層次、多途徑、多元化的發展，加快推進農村信息化建設，共同治理搭建美麗鄉村，營造舒適宜人的生活環境（何可和張俊飚，2014）。