庞力豪 邵蕾 葛猜猜 李萌 张羽飞 王丽霞

摘要：为解决我国农业生产日益增长的肥料需求以及农作物秸秆处理难题，以山东省为例探究秸秆肥料化利用所产生的经济效益;通过统计2016年山东省17个地级市农作物的种植情况，结合相关文献，概算出山东省农作物秸秆资源量，评估秸秆肥料化利用潜力。结果表明，山东省2016年秸秆资源总量为5 067.51万吨，肥料化处理后可折算73.08万吨尿素、38.49万吨过磷酸钙和89.85万吨硫酸钾，产生的经济效益可达43.24亿元。秸秆肥料化利用不仅创造了巨大的经济效益与社会价值，而且也避免了秸秆资源不合理利用对于大气环境的污染，符合国家的可持续发展战略。

关键词：山东省;秸秆;肥料化利用;经济效益

中图分类号：S38（252）文献标识号：A文章编号：1001-4942（2018）12-0080-06

农作物秸秆富含有机质及N、P、K等营养元素，具有广泛的潜在用途，但在我国农村地区普遍被用作燃料，甚至29.49%的农户将秸秆直接露天焚烧[1]。秸秆露天燃烧不仅是对资源的严重浪费，更造成巨大的环境压力。2015年国家发展改革委员会发布的《关于进一步推进秸秆综合利用和禁烧工作的通知》中指出：贯彻落实党的十八大提出的大力推进生态文明建设的战略部署，坚持节约资源和保护环境的基本国策，进一步推进秸秆肥料化、饲料化、燃料化、基料化和原料化利用，加快推进秸秆综合利用产业化，加大秸秆禁烧力度，促进农民增收、环境改善和农业可持续发展。

因此對于秸秆资源可开发潜力分析和其经济效益的合理评估，是推动农业可持续发展的重要前提。本文通过统计2016年山东省17个地级市主要农作物的总产量，结合秸秆系数、加工副产品系数和秸秆可收集系数概算出山东省的秸秆资源总量，并依据不同种类农作物秸秆的干物质比例、有机质含量以及N、P、K含量分析出山东省各地市秸秆肥料化利用潜力和其所能创造的经济效益，为发展秸秆资源的肥料化利用提供数据支持和理论依据。

1 数据来源与试验方法

1.1 数据来源

根据全国主要农作物种植结构结合山东省当地的实际情况，选取小麦、稻谷、玉米、谷子、豆类、薯类（按折粮薯类计算）、花生、油菜、芝麻、棉花、烟叶作为研究对象。作物种植数据来源于山东省统计局和国家统计局山东调查总队共同编纂的《2017年山东省统计年鉴》[2]。

1.2 农作物秸秆的定义及分类

谢光辉等提出的秸秆广义概念为收获作物主产品之后所有大田剩余的副产物及主产品初加工过程产生的副产物[3]。依据作物种类对秸秆进行分类，可将其分为大田作物秸秆和园艺作物秸秆（包括草本的蔬果、果树和花卉等作物秸秆）。由于园艺作物种植面积小，作物种类多且准确评估秸秆量有一定难度，因此，评价中国作物秸秆产量时一般不考虑园艺作物[3]。根据此定义及分类标准，本文中提到的作物秸秆仅指大田作物秸秆，同时将大田作物秸秆分为田间秸秆与加工副产品，其中田间秸秆主要包括成熟农作物收获后剩余的茎、叶（穗）等部分;加工副产品是指收获物在经过初次加工过程中产生的剩余部分，如稻壳、玉米芯、花生壳、棉籽壳等。

1.3 秸秆资源量的概算方法及系数确定

1.3.1 概算方法 目前，我国的秸秆资源量Q的统计方法大多是依据国家统计部门及其下属省市级统计局统计的各种农作物的经济产量A，乘以相应的秸秆系数k（又称草谷比）计算得到;汪海波等[4]和张培栋等[5]在研究我国秸秆资源分布及能源化利用问题时采用了此种方法，具体计算公式如下：

其中，Qj表示当年j种农作物所产生的秸秆资源总量，j表示所统计的农作物的种类总数，n表示农作物的种类，An表示当年n作物的经济产量，kn表示n作物相应的秸秆系数。

但依据此种计算方法所得出的秸秆资源总量误差偏大，其原因是它仅粗略地概算了农作物的田间秸秆总量，并未考虑到收获物在经过初次加工过程中产生的副产品，而此部分应当加入到农作物产生的秸秆资源总量的计算中;同时也忽略了由于农业收获技术的限制以及运输过程中不可避免的损失，导致出现未收集利用的作物秸秆（包括留茬、收集过程中损失的穗轴、枝梗等无法从田间收集的部分以及运输过程损失的部分[6]），这一部分不应当计入秸秆资源总量当中。综上所述，本文引入了加工副产品系数r和秸秆可收集系数c两个概念，并结合山东当地的实际情况，更加准确、全面地计算出山东省的农作物秸秆资源总量。

农作物的田间秸秆总量T的统计是由各种农作物的经济产量A，乘以相应的秸秆系数k计算得出，具体计算公式如下[7-9]：

其中，Tj表示当年j种农作物田间秸秆总量。农作物田间秸秆可收集资源总量S是由各种农作物的经济产量A，乘以相应的秸秆系数k，再乘以所对应的可收集系数c计算得出，具体计算公式如下[10，11]：

其中，Sj表示当年j种农作物田间秸秆可收集资源总量，cn表示n作物相应的秸秆可收集系数。

农作物加工副产品资源总量F的统计是由各种农作物的经济产量A，乘以相应的加工副产品系数r 计算得出，具体计算公式如下[12]：

其中，Fj表示当年j种农作物加工副产品资源总量，rn表示n作物相应的加工副产品系数。

农作物产生的秸秆资源总量Q是由农作物田间秸秆可收集资源总量S与农作物加工副产品资源总量F相加得到，具体计算公式如下[13]：

其中，Qj表示当年j种农作物所产生的秸秆资源总量。因农作物加工副产品便于收集[14]，所以在计算过程中将农作物初次加工产生的副产物视为全部被收集。

1.3.2 系数确定 秸秆系数：秸秆系数是农作物单位面积秸秆产量与籽粒产量的比值[15]。在不同生长环境影响下，农作物的秸秆系数差异明显。所以秸秆系数的选取对农作物秸秆理论资源量的估算产生较大影响。通过对农作物秸秆系数取值相关文献的梳理、汇总和比较分析，综合山东省当地作物品种、土壤环境、气候条件等一系列条件，本文依据谢光辉等[16]和王晓玉等[17]对主要大田作物的秸秆系数研究结果，确定山东省主要农作物秸秆系数的取值，如表1所示。

秸秆可收集系数：是指单位面积内秸秆可收集量占秸秆总产量的比例[22]，其损失部分包括作物自然脱落以及收获运输中的损失量两部分。我国现行的两种收割方式（人工与机械）秸秆留茬量不同。崔蜜蜜等[22]和蔡亚庆等[23]依据我国机械化收割的普及程度，根据人工收割和机械化收割面积比例与其对应的收割系数加权平均的估算，得出各类农作物秸秆的可收集系数。由于近些年来我国农业机械化在科技含量和推广程度上不断提高，所以本文以崔蜜蜜等[22]提出的可收集系数作为依据，具体数据如表2所示。

加工副产品系数：加工副产物系数是指作物初加工获得的副产物占其作物本身经济产量的比值[24]。本文研究山东省主要农作物秸秆资源总量，所以仅考虑山东地区的主要作物，选取稻壳、玉米芯、花生壳、棉籽壳作为山东省主要农作物加工副产品的统计对象。参考郭利磊等[24]对中国各省大田农作物加工副产品的研究，梳理并汇总出山东省主要农作物加工副产品系数，具体数据如表3所示。

1.4 秸秆肥料化潜力概算方法及系数确定

1.4.1 概算方法 统计秸秆资源总量一般是统计产生秸秆的鲜重[25]，若计算其肥料化利用的潜力还需计算秸秆的干基质量，根据其干基质量推算出秸秆的有机质含量以及N、P、K含量，再将秸秆中分别含有的N、P、K总量折算成CO（NH2）2（46-0-0）、Ca（H2PO4）2（0-12-0）和K2SO4（0-0-50）。根据中国化肥网对山东省肥料的价格行情分析，CO（NH2）2的價格为1 970～2 040元/吨，Ca（H2PO4）2的价格为700～850元/吨，K2SO4的价格为2 750～2 950元/吨。本文选取各自价格区间的平均数作为CO（NH2）2、Ca（H2PO4）2和K2SO4的标准价格，按照CO（NH2）2价格2 005元/吨，Ca（H2PO4）2价格775元/吨，K2SO4价格2 850元/吨的标准，推算出秸秆肥料化利用所替代化肥而产生的经济效益。

具体计算公式如下：

秸秆中干基质量Gn=Qn×θn ;

秸秆有机质含量Yn=Gn×μn ;

秸秆中N含量WnN=Gn×αn ;

秸秆中P含量WnP=Gn×βn ;

秸秆中K含量WnK=Gn×γn 。

其中，Gn表示n作物秸秆中干基的质量，n表示农作物的种类，Qn表示n作物的秸秆资源量，θn表示n作物的秸秆干物质比例，Yn表示n作物秸秆中有机质含量，μn表示n作物秸秆中有机质比例，WnN、WnP、WnK分别指n作物秸秆中的N、P、K含量，αn、βn、γn分别指n作物秸秆中N、P、K比例。

1.4.2 系数确定 本文通过对王艺鹏等[26]研究成果的整理与分析，结合《中国有机肥料养分志》[27]中对于各个作物详细的有机质及各种营养元素比例的归纳总结，确定山东省主要农作物秸秆中的干物质比例、有机质比例以及N、P、K比例。具体数据如表4所示。

2 统计结果及数据分析

2.1 可收集田间秸秆资源量

根据农作物秸秆系数（表1）和可收集系数（表2），概算得出山东省17地市可收集田间秸秆资源总量（表5）。其中，山东省小麦和玉米的可收集田间秸秆资源量分别为2 276.36万吨和1 883.23万吨，占总量的48.80%和40.37%，高于其他农作物，原因主要是其种植规模大，秸秆可收集系数高。烟叶和芝麻由于在山东地区种植面积小，因此可收集的田间秸秆资源总量也低于其他农作物。

从地区分布来看，菏泽市和德州市的小麦和玉米可收集田间秸秆资源量最大，分别为352.92万吨和286.11万吨。而莱芜市的小麦和玉米可收集田间秸秆资源总量仅有3.68万吨和15.33万吨，均为全省最低。

2.2 农作物加工副产品资源量

根据山东省主要农作物加工副产品系数取值（表3），概算出山东省各地市主要农作物加工副产品资源总量（表6）。在全省农作物加工副产品中，玉米芯的资源量为268.44万吨，高于其他作物的加工副产品，主要原因在于山东省玉米种植面积广，数量多，可加工利用性强。山东省稻壳总量为14.97万吨，临沂市和济宁市是山东省水稻的高产区[28]，稻壳资源量居全省前两位，分别为5.54万吨和4.82万吨。临沂市的花生壳资源量为24.60万吨，占全省总量的26.38%，高于其他各市。菏泽市棉籽壳资源量高于其它地市，因其地处山东西南内陆，降水偏少，日照时间长，气温偏高，加之土壤环境适合棉花生长，一直以来是山东省的棉花农产大区[29]。

2.3 秸秆肥料化利用潜力

按照2016年山东省17个地级市农作物种植情况并依据相关计算公式概算出山东省各地级市的秸秆资源总量（表7）。其中，山东省秸秆总量为5 067.51万吨。从秸秆资源空间分布来看，主要集中于鲁西南、鲁西北内陆地区，菏泽市秸秆产量最大，达到661.97万吨，占山东省秸秆总量的13.06%。从秸秆资源种类分布来看，小麦秸秆总量最大，可达2 276.36万吨，占山东省秸秆总量的44.92%;其次为玉米，秸秆总量为2 151.67万吨，占山东省秸秆总量的42.46%。

根据对于山东省秸秆资源总量的概算，参考主要农作物秸秆养分含量系数（表4），利用作物秸秆中总氮、总磷、总钾和有机质含量，并分别折算为CO（NH2）2、Ca（H2PO4）2和K2SO4，计算秸秆肥料化利用替代化肥的经济效益。山东省全年主要农作物秸秆肥料化利用后可折算73.08万吨尿素、38.49万吨过磷酸钙和89.85万吨硫酸钾。其中，菏泽市（4.21万吨）、德州市（4.12万吨）和济宁市（3.08万吨）的秸秆中总氮含量在全省范围内排前三位;德州市（0.60万吨）、菏泽市（0.58万吨）和聊城市（0.46万吨）的秸秆中总磷含量居全省前三位;全省秸秆中总钾含量的前三位分别是德州市（5.82万吨）、菏泽市（5.79万吨）和聊城市（4.52万吨）。根据化肥市场价格计算，山东省的秸秆总量可创造43.24亿元的经济效益。菏泽市秸秆肥料化利用替代化肥可减少的投入为5.51亿元，居山东省第一，莱芜市秸秆肥料化创造的经济效益最小，仅为0.23亿元。

3 结论及建议

本文利用秸秆系数、加工副产品系数和秸秆可收集系数概算出山东省的秸秆资源总量，并依据不同种类农作物秸秆的干物质比例、有机质含量以及N、P、K含量分析出山东省各地市秸秆肥料化利用潜力和其所能创造的经济效益。结果表明，山东省2016年秸秆资源总量为5 067.51万吨，肥料化处理后可折算73.08万吨尿素、38.49万吨过磷酸钙和89.85万吨硫酸钾，产生的经济效益可达43.24亿元。菏泽市秸秆资源量最大，达到661.97万吨，可创造5.51亿元经济收益;莱芜市秸秆资源量最小，仅为25.33万吨，产生0.23亿元经济收益。

通过对山东省17地市秸秆总量资源的分析，计算所得的经济收益以及当前面临的秸秆利用现状，结合山东省自身实际情况，提出如下建议。

（1）应大力推动秸秆肥料化普及，加强秸秆肥料化技术指导，增强秸秆集中收集、贮存、有机肥生产加工等基础设施的建设，尤其是在秸秆资源丰富的鲁西南、鲁西北等地区，从而提高秸秆肥料的生产技术，推广秸秆直接还田、堆肥还田等方法，进一步加快秸秆肥料化利用的成果转换，从传统发酵堆肥到槽式好氧堆肥，转变为智能化罐体发酵。

（2）目前政府出台关于农业废弃物处理的政策中，禁止性规定多，鼓励性规定少，政策缺乏系统性，实施缺乏积极性，导致各地秸秆利用率仍然偏低。应加大对农户秸秆资源综合利用的资金扶持和技术补贴，提高农户综合利用秸秆资源的主动性，从而实现可持续发展。

（3）将秸秆综合利用成果纳入市场交易范畴，扶植秸秆肥料化相关企业，加大秸秆综合利用宣传力度，树立典型模范，促进秸秆肥料经济的发展。秸秆制成有机肥最好与上游产业相结合，例如秸秆制沼气的副产物沼渣，经过有机肥生产工艺制成肥料，经济效益更高。

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