基于層次分析法的玉米秸稈離田利用效益評價

李昕　郭麗華

[摘要]本文利用層次分析法從經(jīng)濟、社會、生態(tài)三個方面分析河北省5種常見玉米秸稈離田利用方式的綜合效益，比較得出幾種秸稈利用方式的效益表現(xiàn)，并提出發(fā)展以優(yōu)先滿足壓塊飼料、顆粒燃料市場基本需求為目的;以鼓勵發(fā)展基料種植作物和生物質(zhì)燃氣，促進良好經(jīng)濟效益為重點;以生物質(zhì)發(fā)電消化剩余秸稈為補充的優(yōu)勢互補模式，對形成玉米秸稈綜合利用體系，建立循環(huán)農(nóng)業(yè)與可持續(xù)能源體系，促進國民經(jīng)濟綠色發(fā)展具有重要意義。

[關鍵詞]玉米秸稈;離田利用;層次分析法;效益評價

中圖分類號：F323.22 文獻標識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.202006

1 研究背景

河北省作為我國玉米生產(chǎn)主要基地之一，有豐富的玉米秸稈資源，但玉米秸稈就地粉碎還田仍是最普遍的處理方式。2019年河北省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳提出，提升秸稈直接還田質(zhì)量、提高秸稈離田比例和離田利用效率，全面提升農(nóng)作物秸稈利用水平。因此，分析河北省常見玉米秸稈離田利用方式的綜合效益以及優(yōu)勢特點，并將各種利用方式優(yōu)勢互補，形成可復制、可推廣的高效秸稈利用模式。

2 研究內(nèi)容和數(shù)據(jù)來源

采用層次分析法從經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益三個方面分析壓塊飼料、顆粒燃料、食用菌基料、生物質(zhì)燃氣、生物質(zhì)發(fā)電5種河北省常見秸稈利用方式。相關數(shù)據(jù)主要源于23家秸稈利用企業(yè)的調(diào)研數(shù)據(jù)，調(diào)研方式以實地走訪和電話訪談為主，主要涉及衡水、石家莊、保定、邢臺、廊坊等地。其中玉米秸稈飼料利用企業(yè)7家、玉米秸稈燃料利用企業(yè)3家、玉米秸稈基料利用企業(yè)5家、玉米秸稈生物質(zhì)燃氣4家、玉米秸稈生物質(zhì)發(fā)電4家。層次分析過程中各項指標的重要性通過邀請高校專家、企業(yè)專家、基層技術專家、農(nóng)業(yè)管理專家等各方面專家14人，經(jīng)多次問詢交流最終確定。

3 層次分析法下河北省玉米秸稈離田利用方效益評價

層次分析法將評價目標相關元素分解為目標層、準則層、方案層，構建評價指標體系，通過專家打分的方式判斷各指標的重要性，再構建兩兩判斷矩陣確定各項指標權重，是一種能夠科學確定復雜系統(tǒng)中各項指標權重的分析方法。

3.1 建立遞階層次結構

遞階層次結構分為目標層、準則層、方案層。目標層為遞階層次結構的最高層，即問題決策的目標或理想結果，具體為河北省玉米秸稈離田利用的綜合效益評價;準則層為中間層，是決策的準則以及需要考慮的因素，本文的準則層包括經(jīng)濟效益、社會效益、生態(tài)效益三個方面;方案層為遞階層次結構的最底層，是評價效益水平的具體指標（見圖1）。

3.2 構造兩兩判斷矩陣

本文采用專家打分法，構造判斷矩陣的同時，對同一層次指標進行兩兩比較，其比較結果采用1～9比率標度法表示（見表1）。

（1）系統(tǒng)層判斷矩陣如下：

（1）

（2）準則層判斷矩陣如下：

（2）

3.3 確定指標權重值及一致性檢驗

3.3.1 計算指標權重

計算指標權重可以歸結為計算判斷矩陣的特征根和特征向量問題，采用方根法計算矩陣最大特征根及其對應特征向量，具體如下：

計算判斷矩陣中每一行元素的乘積Mi：

（3）

計算Mi的n次方根：

（4）

對進行規(guī)范化處理，即可得到權重分量Wi：

（5）

計算判斷矩陣的最大特征值λmax：

（6）

式中： B為判斷矩陣; W為權重列向量;Wi為權重向量的第i個分量;n為矩陣階數(shù)。

3.3.2 一致性檢驗

利用隨機一致性比率CR（Consistency Ratio）作為檢驗判斷矩陣是否滿足一致性的指標。

其中， ? ? ? ? ? ?，λmax為判斷矩陣的最大特征值，n為判斷矩陣的階數(shù)。RI由美國匹茲堡大學教授T.L.Saaty給出，見表2。

其中，CI越大，判斷矩陣的一致性越差;當CI<0.1時，可以認為判斷矩陣具有滿意的一致性;當CI=0時，則認為判斷矩陣B具有完全一致性。

（1）系統(tǒng)層。通過專家打分確定各項指標重要性，建立系統(tǒng)層判斷矩陣，見表3。

λmax=3.018 3，W=（1.685 5，0.368 1，0.964 7）T，CI=0.009 1，RI=0.58，CR=0.017 6<0.1。對比矩陣通過一致性檢驗，經(jīng)歸一化處理后各向量權重為W=（0.558 4，0.122 0，0.319 6）T。

（2）指標層。通過專家打分確定各項指標重要性，建立經(jīng)濟效益判斷矩陣，見表4。

λmax=2，CI=0，對比矩陣具有完全一致性，經(jīng)歸一化處理后各向量權重為W=（0.666 7，0.333 3）T。

通過專家打分確定各項指標重要性，建立社會效益判斷矩陣，見表5。

λmax=2，CI=0，對比矩陣具有完全一致性，經(jīng)歸一化處理后各向量權重為W=（0.333 3，0.666 7）T。

通過專家打分確定各項指標重要性，建立生態(tài)效益判斷矩陣，見表6。

λmax=2，CI=0，對比矩陣具有完全一致性，經(jīng)歸一化處理后各向量權重為W=（0.333 3，0.666 7）T。

（3） 綜合結果。經(jīng)過層次分析法后得到各層次中各項指標的權重值，見表7。

4 評價指標數(shù)據(jù)歸一化處理

在多指標評價體系中，不同性質(zhì)的各項指標通常具有不同的量綱和數(shù)量級。為了消除量綱和數(shù)量級造成的影響，對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理，使各項指標數(shù)值都位于同一個數(shù)量級別，可以方便進行綜合對比評價，并保證結果的可靠性。

Z-score標準化轉化函數(shù)如下：

（7）

其中：為所有樣本數(shù)據(jù)的均值，為所有樣本數(shù)據(jù)的標準差。

經(jīng)過Z-score標準化處理后的結果見表8。

加權計算得到河北省不同玉米秸稈離田利用方式效益評價結果，見表9。

5 結果分析

從經(jīng)濟效益結果看，河北省不同玉米秸稈離田利用方式效益排序為生物質(zhì)燃氣>食用菌基料>顆粒燃料>壓塊飼料>生物質(zhì)發(fā)電。將玉米秸稈用作食用菌基料和生物質(zhì)燃氣的利用方式成本費用利潤率高，銷售利潤率高，具有良好的經(jīng)濟效益。

從社會效益結果看，河北省不同玉米秸稈離田利用方式效益排序為顆粒燃料>食用菌基料>壓塊飼料>生物質(zhì)發(fā)電>生物質(zhì)燃氣。顆粒燃料、食用菌基料、壓塊飼料利用方式對人工的需求程度較高，因此帶動增收的效果較好。

從生態(tài)效益結果看，河北省不同玉米秸稈離田利用方式效益排序為顆粒燃料=生物質(zhì)燃氣>生物質(zhì)發(fā)電>壓塊飼料>食用菌基料。顆粒燃料、生物質(zhì)燃氣、生物質(zhì)發(fā)電等能源化利用方式，可以減少因煤炭等化石能源燃燒產(chǎn)生的污染氣體，污染物排放減少量的指標效果較好。壓塊飼料能夠在一定比例上替代苜蓿等高價產(chǎn)品，產(chǎn)生較好的資源替代效益。

從綜合效益結果看，河北省不同玉米秸稈離田利用方式效益排序為生物質(zhì)燃氣>食用菌基料>顆粒燃料>生物質(zhì)發(fā)電>壓塊飼料。其中，生物質(zhì)燃氣在經(jīng)濟效益與生態(tài)效益均有良好的表現(xiàn)，但對社會的帶動效益相對較差。食用菌基料具有良好的經(jīng)濟效益，但社會效益不高，生態(tài)效益較差。顆粒燃料、生物質(zhì)發(fā)電經(jīng)濟效益不高，但具有良好的的生態(tài)效益。壓塊飼料利用綜合效益排在最后，且在各個效益層面的表現(xiàn)均不突出。

6 結 論

河北省不同玉米秸稈離田利用方式綜合效益的影響因素不同。

（1） 生物質(zhì)燃氣的綜合效益最高，主要是因為其經(jīng)濟、生態(tài)效益高。其中經(jīng)濟效益高主要是因為生物質(zhì)燃氣產(chǎn)品的單位售價高;生態(tài)效益好是因為生物質(zhì)燃氣作為一種清潔型能源，能夠很好地替代煤炭等化石能源，產(chǎn)生替代效應，同時替代煤炭作為能源燃燒能夠減少污染物的排放。生物質(zhì)燃氣的社會效益低主要是因為生物質(zhì)燃氣生產(chǎn)設備自動化程度高，對人工的依賴程度低。

（2）食用菌基料的綜合效益高，主要是因為其良好的經(jīng)濟效益和社會效益。其中經(jīng)濟效益好主要是因為利用秸稈作為基料種植的產(chǎn)品市場售價高;社會效益好是由于食用菌的種植、采摘對人工依賴程度高，能夠起到社會帶動作用。食用菌基料的生態(tài)效益低是因為利用玉米秸稈作為基料主要用于種植赤松茸，且河北省引入赤松茸種植技術的目的是消納、利用玉米秸稈，從這個角度考慮，食用菌基料利用沒有資源替代效益，且基料無法替代煤炭等能源燃燒，導致減少污染物排放效益較差。

（3）顆粒燃料綜合效益較好，主要由于其社會效益、生態(tài)效益高。其中社會效益好是由于對人工的需求程度較高，能夠起到帶動增收作用;生態(tài)效益好是由于顆粒燃料能夠替代煤炭等污染物排放高的化石能源，產(chǎn)生替代效應，同時減少污染物的排放。由于其單位產(chǎn)量成本高，但產(chǎn)品單位售價一般，導致顆粒燃料的經(jīng)濟效益較低。

（4）生物質(zhì)發(fā)電綜合效益較差，主要是因為其經(jīng)濟效益和社會效益差。其中經(jīng)濟效益低是因為國家電網(wǎng)對于生物質(zhì)發(fā)電的單位售價較低;社會效益低主要由于生物質(zhì)發(fā)電的秸稈需求量大，消納秸稈多，因此單位產(chǎn)量產(chǎn)生的社會帶動效應低。但生物質(zhì)發(fā)電能夠很好地替代煤炭等化石能源，產(chǎn)生替代效應，同時替代煤炭作為能源燃燒能夠減少無污染物的排放，并能消納、利用大量廢棄秸稈，具有良好的生態(tài)效益。

（5）壓塊飼料的綜合效益最差，是因為其在各個效益層面的表現(xiàn)均不突出。

7 建 議

7.1 優(yōu)勢互補發(fā)展各類利用方式

經(jīng)過查閱相關文獻、多方調(diào)研、分析河北省不同玉米秸稈利用方式的綜合效益及其各種方式的效益優(yōu)勢特點，河北省秸稈離田綜合利用總體應遵循以消納處理秸稈、減少秸稈廢棄焚燒為目的，以企業(yè)經(jīng)濟利益為重點，以環(huán)保減排為補充的原則，發(fā)展以優(yōu)先滿足壓塊飼料、顆粒燃料市場基本需求為目的，以鼓勵發(fā)展利用基料種植作物和生物質(zhì)燃氣，促進良好經(jīng)濟效益為重點，以生物質(zhì)發(fā)電消化剩余秸稈為補充，最終實現(xiàn)保障需求、促進經(jīng)濟、消納秸稈、資源替代、環(huán)保減排的優(yōu)勢互補多元利用模式[1-2]。

7.2 提高不同玉米秸稈離田利用方式綜合效益

7.2.1 提高重點發(fā)展方式的利用比例

對于重點發(fā)展的食用菌基料與生物質(zhì)燃氣，應通過擴大市場需求、提高利用比例的方式，提高在河北省玉米秸稈離田利用總量中所占比例，從而提高河北省玉米秸稈離田利用整體經(jīng)濟效益。同時，生物質(zhì)燃氣可以在農(nóng)林生物質(zhì)資源豐富的地區(qū)，使用生物質(zhì)氣化爐進行集體供暖，在小型村落、片區(qū)實行連片集中供暖，提高相關生產(chǎn)設備的使用率，降低單位產(chǎn)量配套生產(chǎn)成本，進一步提高其經(jīng)濟效益。食用菌基料主要是通過種植高價值農(nóng)產(chǎn)品品種和改良基料配比提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量來獲得高收益[3]。例如，試驗比較不同基料配比對農(nóng)作物產(chǎn)量的影響，選擇最優(yōu)種植基料配方，提升農(nóng)作物產(chǎn)量;探索、引進多種高收益農(nóng)產(chǎn)品種植技術，拓寬玉米秸稈基料利用渠道;延長農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈，研發(fā)、探索深加工產(chǎn)品并積極開拓市場，以增加農(nóng)產(chǎn)品需要，從而擴大玉米秸稈基料利用的需求，并發(fā)揮帶動效益的作用[4]。

7.2.2 降低補充發(fā)展方式的單位成本

對于以滿足基本需求為目的的補充發(fā)展方式，應當通過降低秸稈利用過程各環(huán)節(jié)成本，提高其經(jīng)濟利潤;對于一些人工成本較高的玉米秸稈離田利用方式，可以通過提高玉米秸稈在獲取、送料、裝卸等環(huán)節(jié)的機械化水平的方式，用機械替代人工，減少秸稈利用各環(huán)節(jié)人工成本的同時提高生產(chǎn)效率。可以通過批量購置、循環(huán)利用、提高生產(chǎn)效率等方式，降低玉米秸稈離田利用企業(yè)包裝材料成本，節(jié)約企業(yè)生產(chǎn)過程中的水電消耗，降低企業(yè)生產(chǎn)配套成本，減少不必要的浪費，有利于環(huán)境友好型社會的發(fā)展。

7.2.3 提升能源化利用方式的科技含量

產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動力是科技。應充分釋放科技創(chuàng)新發(fā)展活力，加大對生物質(zhì)能源方面研究的支持力度，提升能源化利用方式的科技含量，讓科技真正為產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展服務，加強產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新（下轉第145頁）

研究，提高玉米秸稈機械生產(chǎn)能力，提高玉米秸稈能量轉化效率，提升玉米秸稈離田利用效益[5]。

參考文獻

[1]畢于運，高春雨，王紅彥，等.我國農(nóng)作物秸稈離田多元化利用現(xiàn)狀與策略[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2019，40（9）：1-11.

[2]楊軼囡，吳迪，劉文明，等.吉林省玉米秸稈資源化利用的問題與對策研究[J].玉米科學，2016，24（2）：171-174.

[3]李慧星，許彬，王振泉，等.以玉米秸稈作赤松茸栽培基料的研究[J].中國農(nóng)學通報，2019，35（27）：79-83.

[4]王金武，唐漢，王金峰.東北地區(qū)作物秸稈資源綜合利用現(xiàn)狀與發(fā)展分析[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2017，48（5）：1-21.

[5]魏巧云，趙冬梅.多種類生物質(zhì)發(fā)電燃料物流成本研究[J].山西財經(jīng)大學學報，2013，35（S2）：30-31+42.