农作物秸秆资源调查与评价方法研究

2011-06-23田宜水赵立欣孙丽英孟海波

中国人口·资源与环境 2011年1期

田宜水赵立欣孙丽英孟海波

(农业部规划设计研究院，北京100125)

农作物秸秆是指在农业生产过程中，收获了稻谷、小麦、玉米等作物籽粒以后，残留的不能食用的茎、叶等副产品［1］。秸秆作为农业生产过程中的副产品，其含有的有机质和微量元素是培肥土壤、增加地力的重要来源，同时也是发展畜牧业的重要饲料和农村居民生活用炊事与采暖燃料，是一种多用途的可再生资源。

我国作为一个农业大国，由于秸秆资源分布相对分散，目前对农作物秸秆资源状况的分析多数是建立在统计资料的基础［2－4］，缺乏详细地研究，进而阻碍了秸秆综合利用进程。本文通过建立农作物秸秆评价标准体系，提出了秸秆资源调查与评价范围、内容和方法，可以指导我国作物秸秆资源的调查与评价工作，有利于我国秸秆综合利用进程。

1 评价指标的建立

农作物秸秆资源具有分布广，能源密度低，收集受农时、耕作制度等限制，不确定性程度大等特点。在评价时必须充分考虑上述特点，才能获得真实可靠的结果。本文综合了国内外相关研究结果［5－10］，建立了农作物秸秆资源评价指标体系，主要包括特性、资源量、密度、有效收集时间、经济性等指标，如图1所示。

1．1 特性

特性是指具有的某种特有性质或特殊的品性、品质，可分为物理特性和化学特性等，与利用的角度有关。本文从调查与评价的角度出发，提出了含水量和草谷比等两个特性。

(1)含水量。含水量是指秸秆的外在水分和内在水分的总和，含水率较高秸秆的热值有所下降。一般采用烘干法进行测量。

(2)草谷比。草谷比是指某种农作物单位面积的秸秆产量与籽粒产量的比值，即:草谷比=农作物秸秆产量÷籽粒产量。农作物秸秆的重量与含水量密切相关。因此，当给出某种作物的草谷比时，需同时注明含水量，通常按风干时计。由于各地区的土壤、气候以及耕作制度的不同，不同地区同一作物草谷比可能不相同。同一作物的不同品种，以及不同种植类型，其草谷比也不相同。同一地区同种作物，其丰、平、歉年的草谷比也是有差异的。一般可进行实测或参考调查区域的历史资料。某一地区某种农作物秸秆的草谷比的计算公式为:

图1 农作物秸秆资源评价指标体系

式中:mi，S:第 i种农作物秸秆的重量(kg);mi，G:第 i种农作物籽粒的重量(kg);Ai，S:第i种农作物秸秆的含水量(%);Ai，G:第i种农作物籽粒的含水量和杂质率(%);15%:秸秆风干时的含水量;12．5%:国家标准水杂率。

1．2 资源量

根据利用层次的不同，秸秆的资源量可分为理论资源量、可收集资源量和可利用资源量。

(1)理论资源量。理论资源量是指理论上该地区每年可能拥有的农作物秸秆资源量。一般根据农作物产量和各种农作物的草谷比，大致估算出各种农作物秸秆的产量。计算公式为:

式中:P:某一地区农作物秸秆的理论资源量(t/a);i:第i种农作物秸秆，(i=1，2，…，n);Gi:某一地区第 i种农作物的年产量(t/a);λi:某一地区第i种农作物秸秆的草谷比。

(2)可收集资源量。可收集资源量是指某一区域通过现有收集方式可供实际利用的农作物秸秆的数量。可以实地调查作物割茬高度(割茬高度:作物被切割后留在田上的茎秆的高度)占作物株高的比例和秸秆枝叶损失率，获得收集系数进行计算。

式中:Li－第i种农作物的平均株高(cm);

Li，jc－机械收获时，第 i种农作物的平均割茬高度(cm);

Li，sc－人工收获时，第i种农作物的平均割茬高度(cm);

Ji－第i种农作物，机械收获面积占总收获的比例;

Zi－第i种农作物，在收获及运输过程中的损失率。

(3)可利用资源量。可利用资源量是某一区域可供实际利用的农作物秸秆资源量，主要包括农村居民家庭生活燃用和废弃焚烧的秸秆资源量。秸秆作为农作物的副产品，除了能源利用外，同时也是工、农业的重要生产资源，可用作肥料、饲料、生活燃料以及造纸、建材、编织、养殖食用菌等工副业的生产原料，用途广泛。因此，评价可利用的秸秆资源量时，除了扣除为保证土壤肥力的秸秆还田(或过腹还田)量外，还需要考虑当地秸秆资源现有的竞争性用途，实际可利用资源量低于可收集资源量。

1．3 人均秸秆资源占有量

人均秸秆资源占有量是指某一区域人均可利用秸秆资源占有的数量，表明秸秆资源的相对丰富程度。可用该地区可利用秸秆资源量除以该地区乡村人口进行计算。

1．4 资源密度

资源密度是指某一区域单位面积秸秆资源的数量，表明资源的丰度及经济性。从资源收集的角度来看，这一指标越高，则秸秆资源集中度高，收集半径小，收集成本低，资源化利用的经济性好，适合于规模化开发利用方式。

当秸秆资源量分别选取理论资源量、可收集资源量和可利用资源量时，对应理论资源密度、可收集资源密度和可利用资源密度。

1．5 有效收集时间

由于秸秆利用项目是一个集中、连续的生产系统，其原料来源于农业;而我国农业是一个分散、间断的生产系统。所以，需要将两个不同的系统有机地结合起来，保证持续、稳定的原料供应。有效收集时间是指农作物秸秆在作物收获后，在不影响下茬作物播种的前提下可供收集的时间，与耕作制度和气候有关。我国长江以南(包括广东、广西、福建、湖南、江西、浙江、皖中南、鄂中南)以双季稻或双季稻三熟制占多数，长江以北、淮河以南以及西南地区则以麦(油菜)稻两熟居多数。华北平原小麦－玉米、小麦－大豆等一年两熟面积扩大。目前，复种指数约150%。东北、西北以玉米、春小麦、谷子等一年一熟为主。

1．6 收集成本

成本是指农作物秸秆利用过程中，在收集、临时贮藏以及短途运输过程中所发生的费用，通常是指农作物秸秆的到厂价格，与当地的劳动力价格以及运输距离长短(收集半径)有关。农作物秸秆的成本通常是由收集成本与运输成本所组成的。收集成本指秸秆收集过程中发生的费用，包括收集、装卸、贮藏以及短途运输等费用。由于具体计算较为困难，可采用机会成本进行替代。机会成本是指生物质资源用于某一用途，同时丧失了用于其他用途所能带来的潜在收入。如农作物秸秆用作燃料，就丧失作为饲料的机会，秸秆作为饲料的价格可以作为其机会成本。运输成本是指生物质资源从临时贮藏点运输至处置地点的费用，每吨生物质资源的运输成本与运输距离成正比。

2 调查方法和内容

2．1 调查方法

调查采用座谈和入户调查相结合的方式。其中，选择所调查乡镇和村时，应考虑经济(发达、较发达、不发达)、农民收入(高、中、低)、农作物播种面积、是否具有典型性等因素。

(1)座谈:分县、乡(镇)、村三级进行。①县级座谈:参与的部门包括农技推广、土肥、畜牧和农村能源等部门，通过了解所调查县的整体情况，选出典型调查乡镇;②镇级座谈:了解所选乡镇的整体情况，并在每个乡镇挑选至少2个具有代表性的自然村;③村级座谈:了解所选村的整体情况，根据情况选择不少于15户进行入户调查。

(2)入户调查:调查人员携带调查表进入农户调查。

2．2 调查内容

调研内容主要包括三部分:所选县基本情况、主要农作物生产及秸秆利用情况、农户秸秆利用与生活用能情况。其中前两部分内容主要由相关县进行填写，第三部分内容入户调查。

(1)基本情况。①社会经济发展状况:包括GDP、村镇数量与分布、总人口数、农业人口数、农户数、人均收入、劳动力成本等;②气候状况:包括近三年的平均气温、平均相对湿度、降雨量、降雨天数、日照时数、无霜期等;③土地资源及利用情况:包括土地面积、耕地面积、农作物种植种类等。

(2)主要农作物生产及秸秆利用情况。①主要农作物生产情况:包括近三年的耕地面积、播种面积、产量等;②养殖业情况:调查牛的养殖情况，包括肉牛年出栏数、奶牛的年存栏数、规模化养殖场状况等;③秸秆利用情况:包括秸秆收获方式、秸秆利用情况(还田量、饲料青贮量、家庭燃用、工业用途等方式)、秸秆收购方式及成本等。

(3)入户调查内容。包括农户基本情况、农作物生产情况、秸秆利用情况、生活用能情况等方面内容。

2．3 农作物秸秆的特性试验

为调查秸秆草谷比、含水量、株高、留茬高度等特性，需开展秸秆特性试验。一般在农作物收获时直接取样，与各种农作物的收获时间有关。对当地栽培面积最大、普遍推广、且其播种期、栽培期对当地也最适宜的品种，选择当地具有代表性的地形、地势、耕作制度和栽培水平的大田，且周围无障碍和特种小气候影响的地块进行取样。按照GB 5262进行取样，平作和垄作作物，每点取1 m2面积内的植株(垄作作物在一条垄上割取);平作作物每点割取5行5穴，具体取样方式按当地实际条件进行调整。试验过程具体为:①根据农作物的收获方式的不同，分别测量各种收获方式的秸秆割茬高度。②在取样地块里采用对角线分割5点进行取样。将每点的农作物秸秆地上部分整株割下，测量株高并纪录。③将作物收割保存，待全部收获后将收割的样本晾晒、烘干、脱粒后，分别称取秸秆和籽粒的重量。④首先按照GB 3523测定籽粒的含水量和杂质率，再按照附录A的试验方法测定秸秆的含水量。⑤分别计算各样品的草谷比，并取平均值。其中，秸秆含水量按风干(约15%)计，籽粒含水量调整至国家标准水杂率，粮食一律按脱粒后的原粮计算，棉花产量按皮棉计算，豆类按去豆荚后的干豆计算，薯类按5 kg鲜薯折1 kg粮食计算。⑥按照NY/T 12测定农作物秸秆的发热量。

3 评价方法

在完成资源调查后，将按照下述步骤对该区域的秸秆资源进行评价。评价过程中，如果发现问题，将及时反馈，进行补充调查。

(1)秸秆可利用资源量评价。②根据上述调查结果，包括主要农作物草谷比、播种面积、产量、收集系数、可利用系数等，分别计算出秸秆理论资源量、可收集资源量和可利用资源量。③分别选取国土面积、耕地面积和播种面积，计算秸秆的资源密度。④计算人均秸秆资源占有量。

(2)秸秆经济性评价。①根据当地劳动成本情况和运输状况，计算秸秆的成本。②对于不同的秸秆利用技术潜力进行评价。如秸秆能源化(如秸秆固体成型燃料、秸秆沼气以及秸秆气化等)、秸秆饲料化以及秸秆工业原料化等利用技术，包括秸秆资源数量、价格和收集半径等。

(3)秸秆资源未来发展预测。根据当地农业发展规划、发展趋势以及其他竞争性用途的发展趋势，测算秸秆资源未来可利用资源量等。

(4)不确定性分析。不确定性分析对秸秆资源的开发决策具有重大影响，有时这种影响甚至是决定性的。不确定性问题影响秸秆资源预期数量的不确定和成本的不确定，在资源评价中必须加以处理。可采用敏感性分析，考查秸秆资源利用的不确定性。秸秆资源不确定性问题主要包括自然灾害和农业产业结构调整对农业生产的影响，劳动力成本的变化，以及新型秸秆资源利用技术的出现等。

最后，编写《秸秆资源调查与评价报告》，报告包括:①前言，包括调查与评价的目的与意义、调查任务承担单位、调查任务合作单位、调查区域和时间;②调查区的自然环境和社会经济特征;③调查过程;④样品采集分析和数据处理方法;⑤秸秆资源量可供性分析;⑥秸秆经济性评价;⑦秸秆资源的未来发展趋势分析;⑧不确定性分析;⑨结论和建议。

4 应用实例

应用本文的调查与评价方法，已制定农业行业标准《农作物秸秆资源调查与评价技术规范》［11］，并被农业部［12］用于指导全国农作物秸秆资源调查与评价，此外，被亚洲开发银行［13］等国际机构所采纳，应用于我国黑龙江等省区秸秆资源调查和评价。实践证明，该调查与评价方法科学、准确、简单、易行，具有科学性和可操作性，对于我国农作物秸秆资源的调查与评价工作具有重要的指导意义，对于秸秆综合利用具有很好的推动作用。

5 结论

本文在对我国农作物秸秆资源利用现状进行大量调查研究的基础上，参照国内外研究成果和相关标准，从总量、经济性、空间和时间分布等角度评价秸秆资源，提出了理论资源量、可收集资源量、可利用资源量三个层次资源总量，以及收集成本、资源密度、人均秸秆资源占有量和收集时间等概念，系统地提出了的秸秆资源评价指标体系，并将农户问卷调查与农作物收获时直接采样测试草谷比等方法结合起来，提出科学、准确、简单、易行的秸秆资源调查方法，具有科学性和可操作性，并在实际调查中得到有效应用，对于我国农作物秸秆资源的调查与评价工作具有重要的指导意义，对于秸秆综合利用具有很好的推动作用。

(编辑:王爱萍)

［1］田宜水，孟海波．农作物秸秆开发利用技术［M］．北京:化学工业出版社，2008．

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［3］高祥照，马文奇，马常宝等．中国作物秸秆资源利用现状分析［J］．华中农业大学学报，2001，21(3):242 －247．

［4］韩鲁佳，闫巧娟，刘向阳等．中国农作物秸秆资源及其利用现状［J］．农业工程学报，2002，18(3):87 －91．

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［11］NY/T1701－2009．农作物秸秆资源调查与评价技术规范［S］．农业部规划设计研究院．