基于物流成本的秸稈回收預處理模式決策

關鍵詞：物流成本；秸稈回收；模式選擇；預處理

中圖分類號：F323.21；F326.6 文獻標識碼：A 文章編號：2096-7934（2025）02-0090-15

一、引言

作為農業大國，伴隨著農業生產的發展，我國每年產出大量秸稈，需要利用固化成型、打捆、熱解等技術回收秸稈以解決其產生的環境問題［1］ 。2021年全國農作物秸稈產生量8.65億噸，可收集量7.34億噸［2］ 。若是能將其合理利用可發電700億度，節約標準煤近2.5億噸。但由于秸稈回收儲存難度大、易腐壞、物流成本高極大制約了秸稈大規模綜合利用［3］ 。因此優化秸稈回收模式，加大農作物秸稈資源高質量回收利用是循環農業的重要議題。

現階段秸稈能源化與燃料化回收利用的成本高于使用傳統化石能源的成本，其主要原因是秸稈結構松散，密度低，不便于裝卸、運輸和儲存，再加上秸稈的回收模式不合理，使得回收物流成本居高不下，嚴重影響了秸稈產業的發展。而對秸稈進行預處理可以提高秸稈的堆積密度，改善儲存質量，方便運輸和裝卸，降低秸稈回收物流成本。因此，選擇合理的秸稈回收預處理模式是控制秸稈回收物流成本的關鍵。

國內外諸多學者對回收模式和秸稈回收進行了相關的研究，蘇玲等［4］ 基于斯塔克爾伯格（Stackelberg）博弈模型，考慮了C2C二手市場存在下閉環供應鏈的定價策略和回收模式選擇。劉凱等［5］ 針對集中和分散回收模式，分析了E-閉環供應鏈定價與電商平臺服務決策，研究發現集中回收模式優于分散回收模式。范定祥等［6］ 從閉環供應鏈視角構建了不同參與主體下的四種閉環供應鏈回收模式，并通過求解各模式不同主體的利潤，得出了最佳回收模式。公彥德等［7］ 在制造商主導和銷售商主導兩種權力結構下，對不同混合回收模式的逆向供應鏈決策進行了分析。陳章躍等［8］ 在考慮產品模塊化設計的情形下，以閉環供應鏈為研究對象，分析了制造商的回收模式選擇。對于秸稈回收的研究，王環等［9］ 對秸稈打捆直燃集中供暖的經濟效益、環保效益以及社會效益進行計算，認為可在北方地區推行回收秸稈的分布式供暖項目。吳月豐等［10］ 采用Probit模型分析了農民對秸稈資源化利用意愿的影響因素。周（Zhou）等［11］ 探討了勞動力老齡化對中國西南四川省農村水稻農民秸稈還田行為的影響，并分析了社會化服務和環境規制的調節作用。而凌一波等［12］ 學者對新疆秸稈存量進行分析，計算出新疆年產棉花秸稈理論上可替代標準煤約900萬噸?？担↘ang）［13］ 等學者評估了2000年至2016年中國國內的包括農作物秸稈、森林殘留物等生物質的資源潛力。侯（Hou）等［14］ 聚焦于中國農村地區可持續農業的碳排放減少問題，結合計劃行為理論（Theory of Planned Behavior，TPB）和結構方程模型（Structural Equation Modeling， SEM）探討并預測農民減少碳排放的意愿。曹海林和王真真［15］ 針對生物質取暖項目難以“進村入戶”的問題，提出搭建鄉鎮政府與村莊社區合作平臺推進生物質取暖項目的建議。舒也等［16］ 估算縣域尺度的生物能源潛力。努涅斯（Nunes）等［17］ 評估了生物質能源作為傳統化石能源替代物的潛力，認為對生物質燃料進行物理致密化，可以降低回收過程的物流運輸成本。奧野（Okuno）等［18］ 根據實地調研數據，利用地理信息系統（GIS）對成本進行空間分析，發現秸稈回收量和運輸距離是影響秸稈回收物流成本的主要因素。程（Cheng）等［19］ 利用ArcGIS軟件建立運輸成本模型，計算得出運輸成本在一定范圍內與運輸距離呈S形曲線關系。樂（Le）等［20］ 采用NPV、IRR以及PBP對在越南利用稻草發電項目的經濟可行性進行了評估，并認為燃料成本是占據總成本最大比例的部分，約為49.3%。韓藝等［21］ 提出從減壓力、降阻力、增動力、擴引力4個方面改變農作物秸稈禁燒政策執行阻滯格局。針對秸稈回收過程中的高收集和運輸成本問題，結合物流成本和碳排放量構建雙重目標混合整規劃模型，決策秸稈收集和儲存設施的選址。瑞斯（Reis）等［22］ 討論了通過配方化提高酶穩定性的方法作為降低成本的策略，允許在生物質煉制現場利用預處理生物質作為底物生產酶，避免產生酶的運輸和制備成本。

通過梳理文獻發現，已有的研究對回收模式進行了多方面的研究，主要圍繞不同參與主體主導的回收模式進行分析，但研究對象多為制造企業、電子產品等，對秸稈回收模式的研究較少。在秸稈回收研究方面，大多研究者通過建立數學模型分析秸稈的回收物流成本，并探討了影響秸稈回收物流成本的因素，但有關回收預處理模式對秸稈回收物流成本的影響分析尚不明晰，不同物流組織模式的技術經濟分析欠缺，不同情形下如何選擇合理的回收預處理模式研究不足?；诖?，本文以秸稈為研究對象，對無預處理、壓縮打包預處理和固化成型預處理回收模式的物流成本進行分析，對不同的預處理程度、運輸距離以及收購量情形，給出最佳的回收預處理模式。

二、秸稈回收預處理模式

對秸稈進行預處理可以增大其堆積密度，方便運輸、裝卸和儲存，降低回收物流成本。在秸稈大規模工業化應用中，有兩種常見的預處理技術。①壓縮打包預處理技術，是指先將秸稈進行簡單的裁剪后，送入相應尺寸和密度的模具利用機械進行壓縮，然后將壓縮好的秸稈用草繩進行捆綁，以防止松散的過程。該技術可以使秸稈的密度大大提高，使其充分地利用運輸工具的裝載空間和儲存場地。②固化成型預處理技術，是指將秸稈破碎至一定的粒徑后，利用壓縮成型設備將松散細碎的原料壓制成燃料的過程。由該技術制成的固化成型燃料密度較大，給運輸、裝卸和儲存帶來了極大的便利，而且硬度較大、質量較高，可以減少霉變和腐爛的發生，有效地延長儲存時間。因此，本文將秸稈的回收預處理模式分為：①無預處理模式；②壓縮打包預處理模式；③固化成型預處理模式三種，其具體流程如圖1所示。

由圖1可以看出，上述三種模式的不同之處在于收儲站對秸稈的預處理方式。其中，無預處理模式是指當秸稈從田間地頭運輸到收儲站后，不進行任何的預處理，直接儲存至收儲站中，然后根據秸稈利用企業的需求以自然狀態運輸到企業。壓縮打包預處理模式和固化成型預處理模式是指當秸稈運輸到收儲站后，分別進行壓縮打包和固化成型預處理，并將預處理后的秸稈暫存至收儲站中，然后根據秸稈利用企業的需求運送到企業。

三、秸稈回收物流成本模型建立

秸稈回收涉及的環節眾多，包括收購、運輸、預處理、裝卸以及儲存5個環節，由此所產生的回收物流成本由收購成本、運輸成本、預處理成本、裝卸成本以及儲存成本構成，如圖2所示，本文模型符號及其定義如表1所示。

表1 模型符號及其定義

則秸稈的回收物流成本：

（一）秸稈的收購成本

秸稈的收購成本是指秸稈從田間地頭開始收集到運輸之前所需花費的費用，包括秸稈的收購費用以及田間地頭的收集費用兩部分，因此秸稈的收購成本：

（二）秸稈的運輸成本

秸稈的運輸成本是指將已收購的秸稈運送到秸稈利用企業的所有運輸費用，由田間地頭到收儲站的初級運輸費用和收儲站到秸稈利用企業的次級運輸費用兩部分構成。其中，初級運輸費用利用定積分微元分析法來計算，考慮到農村道路曲折、彎道多，引入道路曲折因子β進行校正，則初級運輸費用：

相比于初級運輸，次級運輸規模增大，費用與運輸距離、運輸費率成正比，則次級運輸費用：

由于秸稈的預處理在收儲站進行，會對次級運輸費用產生影響。在本文中，引入一個參量γj表示秸稈的預處理程度，即秸稈經預處理后的密度與散稈密度的比值，考慮到預處理設備的處理能力限制，將γ1的取值區間設為［4，18］，γ2的取值區間設為［12，26］。則秸稈經預處理后的密度為γjρs，體積縮小為原來的1/γj，故預處理后次級運輸費用為原費用的1/γj。因此，秸稈的運輸成本如下：

（三）秸稈的預處理成本

秸稈的預處理成本是指為增大秸稈的堆積密度而對其進行壓縮打包或固化成型等預處理需付出的費用。包括電費、固定投資費用、人工費用、設備維護費用以及其他運行成本，各預處理設備的相關參數如表2所示。不同的預處理設備對秸稈進行預處理所需花費的電量與秸稈預處理的程度有關，通過相關的數據擬合，得到二者的關系式分別如下：

預處理所需的電費與生產規模成正比關系，運行成本與生產規模呈指數關系，因此秸稈的預處理成本：

表2 預處理設備的相關參數

（四）秸稈的裝卸成本

秸稈的裝卸成本是指秸稈在裝車和卸車的過程中所產生的費用，包括從田間地頭到收儲站的裝卸成本以及從收儲站到秸稈利用企業的裝卸成本。裝卸成本與體積裝卸費率成正比，在預處理模式下，預處理程度為γj時，從收儲站到秸稈利用企業的裝卸成本為原費用的1/γj。因此，秸稈的裝卸費用：

四、秸稈回收預處理模式選擇分析

秸稈回收過程復雜，涉及的環節眾多，不同環節和不同預處理技術及其相互間關系構成了不同的回收預處理模式，使得回收物流成本各不相同，因此選擇合理的秸稈回收預處理模式至關重要。在秸稈回收的過程中，預處理程度、運輸距離以及收購量對回收物流成本的影響較大，因此，接下來將探討這三個因素對回收預處理模式的影響。

（一）預處理程度對回收預處理模式的影響

預處理程度的大小將直接影響預處理后秸稈的堆積密度，進而影響秸稈運輸、裝卸和儲存成本，為探究不同回收預處理模式下秸稈的預處理程度對單位回收物流成本的影響，將C1u、C2u對γj分別求導得：

圖4為運輸距離對單位回收物流成本的影響示意。圖4和式（18）表明，秸稈的回收物流成本與運輸距離呈正相關，隨著運輸距離的增加，秸稈單位回收物流成本不斷增大，且無預處理模式下秸稈單位回收物流成本的變化幅度較大，壓縮打包預處理模式次之，固化成型預處理模式較小。因此，運輸距離較近時，可以選擇不對秸稈進行預處理，運輸距離較遠時，應選擇對其進行壓縮打包或固化成型預處理。

進一步分析秸稈不同運輸距離適用于哪種回收預處理模式，根據式（12）、式（14），可得不同模式間的臨界運輸距離，其是指不同回收預處理模式下單位回收物流成本相同的運輸距離。

五、仿真計算分析

（一）A區秸稈單位回收物流成本分析

A區農作物秸稈資源量豐富，交通便利。近年來，該區在促進秸稈綜合利用方面取得了較大的成效。本文以A區為例，分析秸稈在不同回收預處理模式下的單位回收物流成本。其中，秸稈回收過程中涉及的相關參數的取值如表3所示。

表3 秸稈回收過程相關參數取值

如圖6所示的是將秸稈運輸到收儲站后，分別對其進行壓縮打包至密度為0.3t/m3、固化成型至密度為0.8t/m3與無預處理回收模式下的單位回收物流成本分析結果。

根據圖6可知，無論哪種模式，秸稈的收購成本占總成本的比例都是最大的，均超過了50%。秸稈經預處理后，可以有效地降低次級運輸成本、裝卸成本與儲存成本，進而降低回收物流成本，其中次級運輸成本受預處理的影響最大。此外，對秸稈進行預處理雖然降低了秸稈的運輸、裝卸和儲存成本，但同時也增加了相應的預處理成本，分別為80.8CNY/t和114.9CNY/t，占總成本的比例為21.17%和28.75%。在本例中，與無預處理模式相比，秸稈經壓縮打包后的成本降低了48.1CNY/t，降低的比例為11.19%；經固化成型預處理后的成本降低了30.1CNY/t，降低的比例為7.01%。因此在本例的條件下，應選擇對秸稈進行壓縮打包預處理。

（二）不同情形下秸稈回收預處理模式選擇

基于實例中的數據，可分析得出壓縮打包和固化成型回收預處理模式在不同運輸距離下秸稈單位回收物流成本隨預處理程度的變化趨勢，結果如圖7所示。

圖7表明，在壓縮打包回收預處理模式下，隨著壓縮打包預處理程度的增大，秸稈單位回收物流成本呈先降低后增加的趨勢，即存在最優的預處理程度。秸稈單位回收物流成本先隨預處理程度的增大迅速下降，且運輸距離越大，成本的降幅越大，但當預處理程度超過最優值后，單位回收物流成本隨預處理程度的增大開始緩慢增加。在固化成型回收預處理模式下，運輸距離的閾值為56km，當距離大于該值時，秸稈單位回收物流成本隨預處理程度的增大先降低后增加；距離小于該值時，隨著預處理程度的增大，秸稈單位回收物流成本不斷增加，此情況下預處理程度越小，秸稈單位回收物流成本越低。

不同運輸距離情形下秸稈單位回收物流成本及最佳回收模式選擇如表4所示，隨著運輸距離的增大，三種模式下秸稈單位回收物流成本均增大，而且運輸距離越大，預處理的成本優勢愈發凸顯。此外，根據式（19）、式（20）、式（21）可計算得到臨界運輸距離L10為16.4km，L20為22.5km，L21為70.7km，即運輸距離小于16.4km時，無預處理模式下秸稈的單位回收物流成本最低，此范圍應選擇無預處理回收模式；運輸距離為16.4～70.7km時，應選擇壓縮打包回收預處理模式；固化成型回收預處理模式適用于長遠距離的運輸，運輸距離大于70.7km時，應選擇此回收模式。

表4 不同運輸距離情形下回收預處理模式選擇

不同收購量情形下秸稈單位回收物流成本及最佳回收模式選擇如表5所示。在無預處理模式下，隨著收購量的增加，秸稈單位回收物流成本不斷變大；而在壓縮打包和固化成型回收預處理模式下，秸稈單位回收物流成本隨收購量的增加先降低后增加。同理，根據式（23）、式（24）、式（25）計算可得秸稈的臨界收購量Q10為1.94萬噸，Q20為3.98萬噸，Q21不存在，即當秸稈的收購量小于1.94萬噸時，將秸稈以散稈的形式運輸最為經濟；收購量大于1.94萬噸時，應選用壓縮打包回收預處理模式。

表5 不同收購量情形下回收預處理模式選擇

綜合運輸距離和收購量兩個因素，可得不同運輸距離和收購量情形下對應的秸稈回收預處理模式如圖8所示。在運輸距離或收購量較小時，無預處理模式是運輸秸稈的最佳選擇，此時由于距離近、運輸量少，以散稈的形式將秸稈進行運輸不需花費額外的成本，秸稈的回收物流成本相對較低，因此，對于距離收儲站較近且原料需求量較小的企業而言，如小型秸稈肥料廠、飼料廠、氣化工程和沼氣工程等，適合采取該模式。反之，對于運輸距離較遠或收購量較大的企業，如大型秸稈成型燃料廠和秸稈直燃發電廠等，宜選擇固化成型回收預處理模式。壓縮打包回收預處理模式的適用范圍介于無預處理模式和固化成型預處理模式之間，該模式應用范圍最廣，由于壓縮打包設備耗電較低且處理效率較高，使得其產生的預處理成本遠小于秸稈經預處理后降低的運輸、裝卸和儲存成本，能夠有效降低秸稈回收物流成本，大多數秸稈造紙廠、秸稈人造板加工廠、中型秸稈發電廠和成型燃料廠均采用該模式回收秸稈。

六、結論

本文通過對秸稈的回收環節成本的計算，分析了不同回收預處理模式下秸稈的回收物流成本以及模式選擇問題，并對影響秸稈單位回收物流成本的主要參數進行敏感性分析，得出以下結論。

（1）對秸稈進行預處理可以有效地降低次級運輸、裝卸和儲存成本，但同時也存在相應的預處理成本，并非所有的情形都適用于預處理模式，是否對秸稈進行預處理需要權衡預處理后所降低的回收物流成本與預處理成本之間的大小。

（2）秸稈的運輸距離和收購量對秸稈回收物流成本的影響較大，對于不同的運輸距離和收購量而言，秸稈利用企業需選擇相應的回收預處理模式以降低秸稈的回收物流成本。在運輸距離或收購量較小時，無預處理模式下秸稈的單位回收物流成本低，此時應選擇無預處理模式；在運輸距離或收購量較大時，固化成型預處理更能體現出成本優勢，此時應選擇固化成型回收預處理模式；若運輸距離和收購量介于二者之間，則應該選擇壓縮打包回收預處理模式。

（3）隨著預處理程度的增大，秸稈單位回收物流成本呈先降低后增加的趨勢，即在壓縮打包和固化成型回收預處理模式下，均存在最優的預處理程度使得秸稈的回收物流成本最低。

在決策秸稈回收預處理模式之前，應結合預處理程度、收購量、運輸距離等具體情形進行回收物流成本計算，選擇合適的回收預處理模式，以降低秸稈回收利用過程中的成本，確保秸稈產業鏈的高效運行，保障秸稈生產企業的正常運轉，促進秸稈行業的健康發展。

參考文獻：

［1］中國農業農村部辦公廳."農業農村部辦公廳關于做好2023年農作物秸稈綜合利用工作的通知［EB/OL］.（2023-06-09）.http：//www.moa.gov.cn/govpublic/KJJYS/202306/t20230609_6429786.htm.

［2］薛穎昊，王亞靜，尹建鋒，等.我國農作物秸稈利用生態補償制度探索與實踐［J］.中國農業資源與區劃，2023，44（12）：40-46.

［3］張光榮，張天惠，李明洲.農業廢棄物資源化利用面臨的困難與問題［J］.河北農業，2020（1）：36-37.

［4］蘇玲，楊磊，邱俊源，等.C2C二手市場存在下閉環供應鏈的定價策略和回收模式選擇［J］.管理學報，2022，19（4）：584-594.

［5］劉凱，李春發，李冬冬.電商平臺主導的E-閉環供應鏈定價、服務決策與回收模式［J］.運籌與管理，2021，30（12）：51-57.

［6］范定祥，李重蓮，王曉蕾.基于Stackelberg博弈的閉環供應鏈回收模式選擇及其優化研究［J］.運籌與管理，2021，30（4）：135-141.

［7］公彥德，蔣雨薇，達慶利.不同混合回收模式和權力結構的逆向供應鏈決策分析［J］.中國管理科學，2020，28（10）：131-143.

［8］陳章躍，王勇，王義利.考慮產品模塊化設計的閉環供應鏈回收模式選擇［J］.系統管理學報，2020，29（5）：1003-1010.

［9］王環， 王亞靜， 畢于運， 等.秸稈打捆直燃集中供暖模式概況及效益評價［J］. 中國農業資源與區劃， 2022， 43（6）： 153-161

［10］吳月豐，張俊飚，王學婷.內在認知、環境政策與農戶秸稈資源化利用意愿［J］.干旱區資源與環境，2021，35（9）：31-38.

［11］ZHOU W，YANG Y，HE J，et al."Does labor aging inhibit farmers straw-returning behavior？ evidence from rural rice farmers in southwest China ［J］. Land，2023，12（9）：1-16.

［12］凌一波，薛穎昊，王家平，等.近20年來新疆農作物秸稈資源量變化、現狀分析及綜合利用探討［J］.中國農業資源與區劃，2023，44（1）：130-139.

［13］KANG Y ，YANG Q，BARTOCCI P，et al."Bioenergy in China：evaluation of domestic biomass resources and the associated greenhouse gas mitigation potentials［J］.Renewable and sustainable energy reviews，2020：109842.

［14］HOU J，YU C，XU Y，et al."Reimagining carbon emission mitigation in sustainable agriculture： uncovering farmers’ propensity for straw recycling ［J］. Frontiers in Sustainable food systems，2023，7： 1288763.

［15］曹海林， 王真真."項目難以真正“進村入戶”的生成機理及治理路徑——基于L鄉生物質取暖項目的案例分析［J］. 中國農業大學學報（社會科學版），2022，39（2）：87-102.

［16］舒也，劉雅暄，劉苗苗，等."中國主要農作物可收集秸稈能源潛力與生物乙醇生產潛力研究［J］. 北京理工大學學報（社會科學版）， 2023，25（5）：64-72.

［17］NUNES L J R，MATIAS J C O，LOUREIRO L M E F，et al."Evaluation of the potential of agricultural waste recovery：energy densification as a factor for residual biomass logistics optimization［J］. Applied sciences，2020，11（1）：20.

［18］OKUNO F M，CARDOSO T F，DUFT D G，et al."Technical and economic parameters of sugarcane straw recovery：baling and integral harvesting［J］. Bioenergy research，2019，12（4）：930-943.

［19］CHENG W，ZHANG Y，WANG P."Effect of spatial distribution and number of raw material collection locations on the transportation costs of biomass thermal power plants［J］. Sustainable cities and society，2020，55： 102040.

［20］LE H A，THU D H，KHOI N Q."Rice straw-base power generation： a potential and economic cost–benefit analysis for a small power plant（10 MWe）in Vietnam［J］. Journal of material cycles and waste management，2021，23（6）：2232-2241.

［21］韓藝，楊文軍，江桃.農作物秸稈禁燒政策執行阻滯及其破解：一個力場分析框架［J］.農林經濟管理學報，2024，23（2）：216-225.

［22］REIS C E R，LIBARDI JUNIOR N，BENTO H B S，et al."Process strategies to reduce cellulase enzyme loading for renewable sugar production in biorefineries ［J］. Chemical engineering journal，2023，451：138690.

基金項目：國家社會科學基金項目“鄉村振興下農作物廢棄物回收供應鏈網絡協同配置及激勵機制研究”（20BGL114）

Selection of Pretreatment Mode for Straw Recycling Based on

Logistics Cost Analysis

LI Shuang-yan1，2，JIANG Chao1，ZHANG De-zhi3，WANG Xing-xing1，XIA Yang-kun1，2

（1.School of Logistics and Transportation， Central South University of Forestry amp; Technology， Changsha， Hunan 410004；

2."Hunan Provincial Key Laboratory of Intelligent Logistics Technology， Changsha， Hunan 410004；

3.School of Transportation Engineering， Central South University， Changsha，Hunan 410075）

Abstract：The high logistics cost of straw recycling seriously restricts the commercial utilization of straw recycling， and pretreatment of straw raw materials can increase its energy density and bulk density， and reduce the logistics cost of recycling."The straw recycling process in three modes of pretreatment was established， and the logistics cost calculation model of straw recycling was established."In order to minimize the cost of recycling logistics， the optimal pretreatment mode of straw recycling under different pretreatment degree， transportation distance and purchase volume was determined."The results show that the pretreatment degree has a great influence on the recycling logistics cost."With the increase of the pretreatment degree， the unit recycling logistics cost first decreases and then increases."In addition， compared with no pretreatment， the recycling logistics cost of straw after compression and packaging is reduced by 11.19%，and the cost of straw after curing and molding is reduced by 7.01%."The cost advantage is more obvious."When the transportation distance is less than 16.4km， the cost of no pretreatment is the lowest."When the distance is 16.4～70.7km，the compression and packaging recycling pretreatment mode can be adopted."When the distance is above 70.7km， it would be better to adopt the curing molding recycling pretreatment mode.When the purchase volume is less than 19400 tons， the no pretreatment mode is optimal;when the purchase volume is greater than 19400 tons，the "compression and packaging recycling pretreatment mode "is the most economical.

Keywords：logistics cost；straw recycling； mode selection； pretreatment