山東省主要農(nóng)作物秸稈資源評估及肥料化利用經(jīng)濟效益分析

龐力豪 邵蕾 葛猜猜 李萌 張羽飛 王麗霞

摘要：為解決我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)日益增長的肥料需求以及農(nóng)作物秸稈處理難題，以山東省為例探究秸稈肥料化利用所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益;通過統(tǒng)計2016年山東省17個地級市農(nóng)作物的種植情況，結(jié)合相關(guān)文獻，概算出山東省農(nóng)作物秸稈資源量，評估秸稈肥料化利用潛力。結(jié)果表明，山東省2016年秸稈資源總量為5 067.51萬噸，肥料化處理后可折算73.08萬噸尿素、38.49萬噸過磷酸鈣和89.85萬噸硫酸鉀，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益可達43.24億元。秸稈肥料化利用不僅創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益與社會價值，而且也避免了秸稈資源不合理利用對于大氣環(huán)境的污染，符合國家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

關(guān)鍵詞：山東省;秸稈;肥料化利用;經(jīng)濟效益

中圖分類號：S38（252）文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2018）12-0080-06

農(nóng)作物秸稈富含有機質(zhì)及N、P、K等營養(yǎng)元素，具有廣泛的潛在用途，但在我國農(nóng)村地區(qū)普遍被用作燃料，甚至29.49%的農(nóng)戶將秸稈直接露天焚燒[1]。秸稈露天燃燒不僅是對資源的嚴重浪費，更造成巨大的環(huán)境壓力。2015年國家發(fā)展改革委員會發(fā)布的《關(guān)于進一步推進秸稈綜合利用和禁燒工作的通知》中指出：貫徹落實黨的十八大提出的大力推進生態(tài)文明建設(shè)的戰(zhàn)略部署，堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策，進一步推進秸稈肥料化、飼料化、燃料化、基料化和原料化利用，加快推進秸稈綜合利用產(chǎn)業(yè)化，加大秸稈禁燒力度，促進農(nóng)民增收、環(huán)境改善和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

因此對于秸稈資源可開發(fā)潛力分析和其經(jīng)濟效益的合理評估，是推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要前提。本文通過統(tǒng)計2016年山東省17個地級市主要農(nóng)作物的總產(chǎn)量，結(jié)合秸稈系數(shù)、加工副產(chǎn)品系數(shù)和秸稈可收集系數(shù)概算出山東省的秸稈資源總量，并依據(jù)不同種類農(nóng)作物秸稈的干物質(zhì)比例、有機質(zhì)含量以及N、P、K含量分析出山東省各地市秸稈肥料化利用潛力和其所能創(chuàng)造的經(jīng)濟效益，為發(fā)展秸稈資源的肥料化利用提供數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。

1?數(shù)據(jù)來源與試驗方法

1.1?數(shù)據(jù)來源

根據(jù)全國主要農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)結(jié)合山東省當?shù)氐膶嶋H情況，選取小麥、稻谷、玉米、谷子、豆類、薯類（按折糧薯類計算）、花生、油菜、芝麻、棉花、煙葉作為研究對象。作物種植數(shù)據(jù)來源于山東省統(tǒng)計局和國家統(tǒng)計局山東調(diào)查總隊共同編纂的《2017年山東省統(tǒng)計年鑒》[2]。

1.2?農(nóng)作物秸稈的定義及分類

謝光輝等提出的秸稈廣義概念為收獲作物主產(chǎn)品之后所有大田剩余的副產(chǎn)物及主產(chǎn)品初加工過程產(chǎn)生的副產(chǎn)物[3]。依據(jù)作物種類對秸稈進行分類，可將其分為大田作物秸稈和園藝作物秸稈（包括草本的蔬果、果樹和花卉等作物秸稈）。由于園藝作物種植面積小，作物種類多且準確評估秸稈量有一定難度，因此，評價中國作物秸稈產(chǎn)量時一般不考慮園藝作物[3]。根據(jù)此定義及分類標準，本文中提到的作物秸稈僅指大田作物秸稈，同時將大田作物秸稈分為田間秸稈與加工副產(chǎn)品，其中田間秸稈主要包括成熟農(nóng)作物收獲后剩余的莖、葉（穗）等部分;加工副產(chǎn)品是指收獲物在經(jīng)過初次加工過程中產(chǎn)生的剩余部分，如稻殼、玉米芯、花生殼、棉籽殼等。

1.3?秸稈資源量的概算方法及系數(shù)確定

1.3.1?概算方法?目前，我國的秸稈資源量Q的統(tǒng)計方法大多是依據(jù)國家統(tǒng)計部門及其下屬省市級統(tǒng)計局統(tǒng)計的各種農(nóng)作物的經(jīng)濟產(chǎn)量A，乘以相應(yīng)的秸稈系數(shù)k（又稱草谷比）計算得到;汪海波等[4]和張培棟等[5]在研究我國秸稈資源分布及能源化利用問題時采用了此種方法，具體計算公式如下：

其中，Qj表示當年j種農(nóng)作物所產(chǎn)生的秸稈資源總量，j表示所統(tǒng)計的農(nóng)作物的種類總數(shù)，n表示農(nóng)作物的種類，An表示當年n作物的經(jīng)濟產(chǎn)量，kn表示n作物相應(yīng)的秸稈系數(shù)。

但依據(jù)此種計算方法所得出的秸稈資源總量誤差偏大，其原因是它僅粗略地概算了農(nóng)作物的田間秸稈總量，并未考慮到收獲物在經(jīng)過初次加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，而此部分應(yīng)當加入到農(nóng)作物產(chǎn)生的秸稈資源總量的計算中;同時也忽略了由于農(nóng)業(yè)收獲技術(shù)的限制以及運輸過程中不可避免的損失，導致出現(xiàn)未收集利用的作物秸稈（包括留茬、收集過程中損失的穗軸、枝梗等無法從田間收集的部分以及運輸過程損失的部分[6]），這一部分不應(yīng)當計入秸稈資源總量當中。綜上所述，本文引入了加工副產(chǎn)品系數(shù)r和秸稈可收集系數(shù)c兩個概念，并結(jié)合山東當?shù)氐膶嶋H情況，更加準確、全面地計算出山東省的農(nóng)作物秸稈資源總量。

農(nóng)作物的田間秸稈總量T的統(tǒng)計是由各種農(nóng)作物的經(jīng)濟產(chǎn)量A，乘以相應(yīng)的秸稈系數(shù)k計算得出，具體計算公式如下[7-9]：

其中，Tj表示當年j種農(nóng)作物田間秸稈總量。農(nóng)作物田間秸稈可收集資源總量S是由各種農(nóng)作物的經(jīng)濟產(chǎn)量A，乘以相應(yīng)的秸稈系數(shù)k，再乘以所對應(yīng)的可收集系數(shù)c計算得出，具體計算公式如下[10，11]：

其中，Sj表示當年j種農(nóng)作物田間秸稈可收集資源總量，cn表示n作物相應(yīng)的秸稈可收集系數(shù)。

農(nóng)作物加工副產(chǎn)品資源總量F的統(tǒng)計是由各種農(nóng)作物的經(jīng)濟產(chǎn)量A，乘以相應(yīng)的加工副產(chǎn)品系數(shù)r 計算得出，具體計算公式如下[12]：

其中，F(xiàn)j表示當年j種農(nóng)作物加工副產(chǎn)品資源總量，rn表示n作物相應(yīng)的加工副產(chǎn)品系數(shù)。

農(nóng)作物產(chǎn)生的秸稈資源總量Q是由農(nóng)作物田間秸稈可收集資源總量S與農(nóng)作物加工副產(chǎn)品資源總量F相加得到，具體計算公式如下[13]：

其中，Qj表示當年j種農(nóng)作物所產(chǎn)生的秸稈資源總量。因農(nóng)作物加工副產(chǎn)品便于收集[14]，所以在計算過程中將農(nóng)作物初次加工產(chǎn)生的副產(chǎn)物視為全部被收集。

1.3.2?系數(shù)確定?秸稈系數(shù)：秸稈系數(shù)是農(nóng)作物單位面積秸稈產(chǎn)量與籽粒產(chǎn)量的比值[15]。在不同生長環(huán)境影響下，農(nóng)作物的秸稈系數(shù)差異明顯。所以秸稈系數(shù)的選取對農(nóng)作物秸稈理論資源量的估算產(chǎn)生較大影響。通過對農(nóng)作物秸稈系數(shù)取值相關(guān)文獻的梳理、匯總和比較分析，綜合山東省當?shù)刈魑锲贩N、土壤環(huán)境、氣候條件等一系列條件，本文依據(jù)謝光輝等[16]和王曉玉等[17]對主要大田作物的秸稈系數(shù)研究結(jié)果，確定山東省主要農(nóng)作物秸稈系數(shù)的取值，如表1所示。

秸稈可收集系數(shù)：是指單位面積內(nèi)秸稈可收集量占秸稈總產(chǎn)量的比例[22]，其損失部分包括作物自然脫落以及收獲運輸中的損失量兩部分。我國現(xiàn)行的兩種收割方式（人工與機械）秸稈留茬量不同。崔蜜蜜等[22]和蔡亞慶等[23]依據(jù)我國機械化收割的普及程度，根據(jù)人工收割和機械化收割面積比例與其對應(yīng)的收割系數(shù)加權(quán)平均的估算，得出各類農(nóng)作物秸稈的可收集系數(shù)。由于近些年來我國農(nóng)業(yè)機械化在科技含量和推廣程度上不斷提高，所以本文以崔蜜蜜等[22]提出的可收集系數(shù)作為依據(jù)，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

加工副產(chǎn)品系數(shù)：加工副產(chǎn)物系數(shù)是指作物初加工獲得的副產(chǎn)物占其作物本身經(jīng)濟產(chǎn)量的比值[24]。本文研究山東省主要農(nóng)作物秸稈資源總量，所以僅考慮山東地區(qū)的主要作物，選取稻殼、玉米芯、花生殼、棉籽殼作為山東省主要農(nóng)作物加工副產(chǎn)品的統(tǒng)計對象。參考郭利磊等[24]對中國各省大田農(nóng)作物加工副產(chǎn)品的研究，梳理并匯總出山東省主要農(nóng)作物加工副產(chǎn)品系數(shù)，具體數(shù)據(jù)如表3所示。

1.4?秸稈肥料化潛力概算方法及系數(shù)確定

1.4.1?概算方法?統(tǒng)計秸稈資源總量一般是統(tǒng)計產(chǎn)生秸稈的鮮重[25]，若計算其肥料化利用的潛力還需計算秸稈的干基質(zhì)量，根據(jù)其干基質(zhì)量推算出秸稈的有機質(zhì)含量以及N、P、K含量，再將秸稈中分別含有的N、P、K總量折算成CO（NH2）2（46-0-0）、Ca（H2PO4）2（0-12-0）和K2SO4（0-0-50）。根據(jù)中國化肥網(wǎng)對山東省肥料的價格行情分析，CO（NH2）2的價格為1 970～2 040元/噸，Ca（H2PO4）2的價格為700～850元/噸，K2SO4的價格為2 750～2 950元/噸。本文選取各自價格區(qū)間的平均數(shù)作為CO（NH2）2、Ca（H2PO4）2和K2SO4的標準價格，按照CO（NH2）2價格2 005元/噸，Ca（H2PO4）2價格775元/噸，K2SO4價格2 850元/噸的標準，推算出秸稈肥料化利用所替代化肥而產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。

具體計算公式如下：

秸稈中干基質(zhì)量Gn=Qn×θn?;

秸稈有機質(zhì)含量Yn=Gn×μn?;

秸稈中N含量WnN=Gn×αn?;

秸稈中P含量WnP=Gn×βn?;

秸稈中K含量WnK=Gn×γn?。

其中，Gn表示n作物秸稈中干基的質(zhì)量，n表示農(nóng)作物的種類，Qn表示n作物的秸稈資源量，θn表示n作物的秸稈干物質(zhì)比例，Yn表示n作物秸稈中有機質(zhì)含量，μn表示n作物秸稈中有機質(zhì)比例，WnN、WnP、WnK分別指n作物秸稈中的N、P、K含量，αn、βn、γn分別指n作物秸稈中N、P、K比例。

1.4.2?系數(shù)確定?本文通過對王藝鵬等[26]研究成果的整理與分析，結(jié)合《中國有機肥料養(yǎng)分志》[27]中對于各個作物詳細的有機質(zhì)及各種營養(yǎng)元素比例的歸納總結(jié)，確定山東省主要農(nóng)作物秸稈中的干物質(zhì)比例、有機質(zhì)比例以及N、P、K比例。具體數(shù)據(jù)如表4所示。

2?統(tǒng)計結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

2.1?可收集田間秸稈資源量

根據(jù)農(nóng)作物秸稈系數(shù)（表1）和可收集系數(shù)（表2），概算得出山東省17地市可收集田間秸稈資源總量（表5）。其中，山東省小麥和玉米的可收集田間秸稈資源量分別為2 276.36萬噸和1 883.23萬噸，占總量的48.80%和40.37%，高于其他農(nóng)作物，原因主要是其種植規(guī)模大，秸稈可收集系數(shù)高。煙葉和芝麻由于在山東地區(qū)種植面積小，因此可收集的田間秸稈資源總量也低于其他農(nóng)作物。

從地區(qū)分布來看，菏澤市和德州市的小麥和玉米可收集田間秸稈資源量最大，分別為352.92萬噸和286.11萬噸。而萊蕪市的小麥和玉米可收集田間秸稈資源總量僅有3.68萬噸和15.33萬噸，均為全省最低。

2.2?農(nóng)作物加工副產(chǎn)品資源量

根據(jù)山東省主要農(nóng)作物加工副產(chǎn)品系數(shù)取值（表3），概算出山東省各地市主要農(nóng)作物加工副產(chǎn)品資源總量（表6）。在全省農(nóng)作物加工副產(chǎn)品中，玉米芯的資源量為268.44萬噸，高于其他作物的加工副產(chǎn)品，主要原因在于山東省玉米種植面積廣，數(shù)量多，可加工利用性強。山東省稻殼總量為14.97萬噸，臨沂市和濟寧市是山東省水稻的高產(chǎn)區(qū)[28]，稻殼資源量居全省前兩位，分別為5.54萬噸和4.82萬噸。臨沂市的花生殼資源量為24.60萬噸，占全省總量的26.38%，高于其他各市。菏澤市棉籽殼資源量高于其它地市，因其地處山東西南內(nèi)陸，降水偏少，日照時間長，氣溫偏高，加之土壤環(huán)境適合棉花生長，一直以來是山東省的棉花農(nóng)產(chǎn)大區(qū)[29]。

2.3?秸稈肥料化利用潛力

按照2016年山東省17個地級市農(nóng)作物種植情況并依據(jù)相關(guān)計算公式概算出山東省各地級市的秸稈資源總量（表7）。其中，山東省秸稈總量為5 067.51萬噸。從秸稈資源空間分布來看，主要集中于魯西南、魯西北內(nèi)陸地區(qū)，菏澤市秸稈產(chǎn)量最大，達到661.97萬噸，占山東省秸稈總量的13.06%。從秸稈資源種類分布來看，小麥秸稈總量最大，可達2 276.36萬噸，占山東省秸稈總量的44.92%;其次為玉米，秸稈總量為2 151.67萬噸，占山東省秸稈總量的42.46%。

根據(jù)對于山東省秸稈資源總量的概算，參考主要農(nóng)作物秸稈養(yǎng)分含量系數(shù)（表4），利用作物秸稈中總氮、總磷、總鉀和有機質(zhì)含量，并分別折算為CO（NH2）2、Ca（H2PO4）2和K2SO4，計算秸稈肥料化利用替代化肥的經(jīng)濟效益。山東省全年主要農(nóng)作物秸稈肥料化利用后可折算73.08萬噸尿素、38.49萬噸過磷酸鈣和89.85萬噸硫酸鉀。其中，菏澤市（4.21萬噸）、德州市（4.12萬噸）和濟寧市（3.08萬噸）的秸稈中總氮含量在全省范圍內(nèi)排前三位;德州市（0.60萬噸）、菏澤市（0.58萬噸）和聊城市（0.46萬噸）的秸稈中總磷含量居全省前三位;全省秸稈中總鉀含量的前三位分別是德州市（5.82萬噸）、菏澤市（5.79萬噸）和聊城市（4.52萬噸）。根據(jù)化肥市場價格計算，山東省的秸稈總量可創(chuàng)造43.24億元的經(jīng)濟效益。菏澤市秸稈肥料化利用替代化肥可減少的投入為5.51億元，居山東省第一，萊蕪市秸稈肥料化創(chuàng)造的經(jīng)濟效益最小，僅為0.23億元。

3?結(jié)論及建議

本文利用秸稈系數(shù)、加工副產(chǎn)品系數(shù)和秸稈可收集系數(shù)概算出山東省的秸稈資源總量，并依據(jù)不同種類農(nóng)作物秸稈的干物質(zhì)比例、有機質(zhì)含量以及N、P、K含量分析出山東省各地市秸稈肥料化利用潛力和其所能創(chuàng)造的經(jīng)濟效益。結(jié)果表明，山東省2016年秸稈資源總量為5 067.51萬噸，肥料化處理后可折算73.08萬噸尿素、38.49萬噸過磷酸鈣和89.85萬噸硫酸鉀，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益可達43.24億元。菏澤市秸稈資源量最大，達到661.97萬噸，可創(chuàng)造5.51億元經(jīng)濟收益;萊蕪市秸稈資源量最小，僅為25.33萬噸，產(chǎn)生0.23億元經(jīng)濟收益。

通過對山東省17地市秸稈總量資源的分析，計算所得的經(jīng)濟收益以及當前面臨的秸稈利用現(xiàn)狀，結(jié)合山東省自身實際情況，提出如下建議。

（1）應(yīng)大力推動秸稈肥料化普及，加強秸稈肥料化技術(shù)指導，增強秸稈集中收集、貯存、有機肥生產(chǎn)加工等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，尤其是在秸稈資源豐富的魯西南、魯西北等地區(qū)，從而提高秸稈肥料的生產(chǎn)技術(shù)，推廣秸稈直接還田、堆肥還田等方法，進一步加快秸稈肥料化利用的成果轉(zhuǎn)換，從傳統(tǒng)發(fā)酵堆肥到槽式好氧堆肥，轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑摅w發(fā)酵。

（2）目前政府出臺關(guān)于農(nóng)業(yè)廢棄物處理的政策中，禁止性規(guī)定多，鼓勵性規(guī)定少，政策缺乏系統(tǒng)性，實施缺乏積極性，導致各地秸稈利用率仍然偏低。應(yīng)加大對農(nóng)戶秸稈資源綜合利用的資金扶持和技術(shù)補貼，提高農(nóng)戶綜合利用秸稈資源的主動性，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

（3）將秸稈綜合利用成果納入市場交易范疇，扶植秸稈肥料化相關(guān)企業(yè)，加大秸稈綜合利用宣傳力度，樹立典型模范，促進秸稈肥料經(jīng)濟的發(fā)展。秸稈制成有機肥最好與上游產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，例如秸稈制沼氣的副產(chǎn)物沼渣，經(jīng)過有機肥生產(chǎn)工藝制成肥料，經(jīng)濟效益更高。

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