農作物秸稈資源調查與評價方法研究

田宜水 趙立欣 孫麗英 孟海波

(農業(yè)部規(guī)劃設計研究院，北京100125)

農作物秸稈是指在農業(yè)生產過程中，收獲了稻谷、小麥、玉米等作物籽粒以后，殘留的不能食用的莖、葉等副產品［1］。秸稈作為農業(yè)生產過程中的副產品，其含有的有機質和微量元素是培肥土壤、增加地力的重要來源，同時也是發(fā)展畜牧業(yè)的重要飼料和農村居民生活用炊事與采暖燃料，是一種多用途的可再生資源。

我國作為一個農業(yè)大國，由于秸稈資源分布相對分散，目前對農作物秸稈資源狀況的分析多數是建立在統(tǒng)計資料的基礎［2－4］，缺乏詳細地研究，進而阻礙了秸稈綜合利用進程。本文通過建立農作物秸稈評價標準體系，提出了秸稈資源調查與評價范圍、內容和方法，可以指導我國作物秸稈資源的調查與評價工作，有利于我國秸稈綜合利用進程。

1 評價指標的建立

農作物秸稈資源具有分布廣，能源密度低，收集受農時、耕作制度等限制，不確定性程度大等特點。在評價時必須充分考慮上述特點，才能獲得真實可靠的結果。本文綜合了國內外相關研究結果［5－10］，建立了農作物秸稈資源評價指標體系，主要包括特性、資源量、密度、有效收集時間、經濟性等指標，如圖1所示。

1．1 特性

特性是指具有的某種特有性質或特殊的品性、品質，可分為物理特性和化學特性等，與利用的角度有關。本文從調查與評價的角度出發(fā)，提出了含水量和草谷比等兩個特性。

(1)含水量。含水量是指秸稈的外在水分和內在水分的總和，含水率較高秸稈的熱值有所下降。一般采用烘干法進行測量。

(2)草谷比。草谷比是指某種農作物單位面積的秸稈產量與籽粒產量的比值，即:草谷比=農作物秸稈產量÷籽粒產量。農作物秸稈的重量與含水量密切相關。因此，當給出某種作物的草谷比時，需同時注明含水量，通常按風干時計。由于各地區(qū)的土壤、氣候以及耕作制度的不同，不同地區(qū)同一作物草谷比可能不相同。同一作物的不同品種，以及不同種植類型，其草谷比也不相同。同一地區(qū)同種作物，其豐、平、歉年的草谷比也是有差異的。一般可進行實測或參考調查區(qū)域的歷史資料。某一地區(qū)某種農作物秸稈的草谷比的計算公式為:

圖1 農作物秸稈資源評價指標體系

式中:mi，S:第 i種農作物秸稈的重量(kg);mi，G:第 i種農作物籽粒的重量(kg);Ai，S:第i種農作物秸稈的含水量(%);Ai，G:第i種農作物籽粒的含水量和雜質率(%);15%:秸稈風干時的含水量;12．5%:國家標準水雜率。

1．2 資源量

根據利用層次的不同，秸稈的資源量可分為理論資源量、可收集資源量和可利用資源量。

(1)理論資源量。理論資源量是指理論上該地區(qū)每年可能擁有的農作物秸稈資源量。一般根據農作物產量和各種農作物的草谷比，大致估算出各種農作物秸稈的產量。計算公式為:

式中:P:某一地區(qū)農作物秸稈的理論資源量(t/a);i:第i種農作物秸稈，(i=1，2，…，n);Gi:某一地區(qū)第 i種農作物的年產量(t/a);λi:某一地區(qū)第i種農作物秸稈的草谷比。

(2)可收集資源量?？墒占Y源量是指某一區(qū)域通過現有收集方式可供實際利用的農作物秸稈的數量?？梢詫嵉卣{查作物割茬高度(割茬高度:作物被切割后留在田上的莖稈的高度)占作物株高的比例和秸稈枝葉損失率，獲得收集系數進行計算。

式中:Li－第i種農作物的平均株高(cm);

Li，jc－機械收獲時，第 i種農作物的平均割茬高度(cm);

Li，sc－人工收獲時，第i種農作物的平均割茬高度(cm);

Ji－第i種農作物，機械收獲面積占總收獲的比例;

Zi－第i種農作物，在收獲及運輸過程中的損失率。

(3)可利用資源量。可利用資源量是某一區(qū)域可供實際利用的農作物秸稈資源量，主要包括農村居民家庭生活燃用和廢棄焚燒的秸稈資源量。秸稈作為農作物的副產品，除了能源利用外，同時也是工、農業(yè)的重要生產資源，可用作肥料、飼料、生活燃料以及造紙、建材、編織、養(yǎng)殖食用菌等工副業(yè)的生產原料，用途廣泛。因此，評價可利用的秸稈資源量時，除了扣除為保證土壤肥力的秸稈還田(或過腹還田)量外，還需要考慮當地秸稈資源現有的競爭性用途，實際可利用資源量低于可收集資源量。

1．3 人均秸稈資源占有量

人均秸稈資源占有量是指某一區(qū)域人均可利用秸稈資源占有的數量，表明秸稈資源的相對豐富程度?？捎迷摰貐^(qū)可利用秸稈資源量除以該地區(qū)鄉(xiāng)村人口進行計算。

1．4 資源密度

資源密度是指某一區(qū)域單位面積秸稈資源的數量，表明資源的豐度及經濟性。從資源收集的角度來看，這一指標越高，則秸稈資源集中度高，收集半徑小，收集成本低，資源化利用的經濟性好，適合于規(guī)?；_發(fā)利用方式。

當秸稈資源量分別選取理論資源量、可收集資源量和可利用資源量時，對應理論資源密度、可收集資源密度和可利用資源密度。

1．5 有效收集時間

由于秸稈利用項目是一個集中、連續(xù)的生產系統(tǒng)，其原料來源于農業(yè);而我國農業(yè)是一個分散、間斷的生產系統(tǒng)。所以，需要將兩個不同的系統(tǒng)有機地結合起來，保證持續(xù)、穩(wěn)定的原料供應。有效收集時間是指農作物秸稈在作物收獲后，在不影響下茬作物播種的前提下可供收集的時間，與耕作制度和氣候有關。我國長江以南(包括廣東、廣西、福建、湖南、江西、浙江、皖中南、鄂中南)以雙季稻或雙季稻三熟制占多數，長江以北、淮河以南以及西南地區(qū)則以麥(油菜)稻兩熟居多數。華北平原小麥－玉米、小麥－大豆等一年兩熟面積擴大。目前，復種指數約150%。東北、西北以玉米、春小麥、谷子等一年一熟為主。

1．6 收集成本

成本是指農作物秸稈利用過程中，在收集、臨時貯藏以及短途運輸過程中所發(fā)生的費用，通常是指農作物秸稈的到廠價格，與當地的勞動力價格以及運輸距離長短(收集半徑)有關。農作物秸稈的成本通常是由收集成本與運輸成本所組成的。收集成本指秸稈收集過程中發(fā)生的費用，包括收集、裝卸、貯藏以及短途運輸等費用。由于具體計算較為困難，可采用機會成本進行替代。機會成本是指生物質資源用于某一用途，同時喪失了用于其他用途所能帶來的潛在收入。如農作物秸稈用作燃料，就喪失作為飼料的機會，秸稈作為飼料的價格可以作為其機會成本。運輸成本是指生物質資源從臨時貯藏點運輸至處置地點的費用，每噸生物質資源的運輸成本與運輸距離成正比。

2 調查方法和內容

2．1 調查方法

調查采用座談和入戶調查相結合的方式。其中，選擇所調查鄉(xiāng)鎮(zhèn)和村時，應考慮經濟(發(fā)達、較發(fā)達、不發(fā)達)、農民收入(高、中、低)、農作物播種面積、是否具有典型性等因素。

(1)座談:分縣、鄉(xiāng)(鎮(zhèn))、村三級進行。①縣級座談:參與的部門包括農技推廣、土肥、畜牧和農村能源等部門，通過了解所調查縣的整體情況，選出典型調查鄉(xiāng)鎮(zhèn);②鎮(zhèn)級座談:了解所選鄉(xiāng)鎮(zhèn)的整體情況，并在每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)挑選至少2個具有代表性的自然村;③村級座談:了解所選村的整體情況，根據情況選擇不少于15戶進行入戶調查。

(2)入戶調查:調查人員攜帶調查表進入農戶調查。

2．2 調查內容

調研內容主要包括三部分:所選縣基本情況、主要農作物生產及秸稈利用情況、農戶秸稈利用與生活用能情況。其中前兩部分內容主要由相關縣進行填寫，第三部分內容入戶調查。

(1)基本情況。①社會經濟發(fā)展狀況:包括GDP、村鎮(zhèn)數量與分布、總人口數、農業(yè)人口數、農戶數、人均收入、勞動力成本等;②氣候狀況:包括近三年的平均氣溫、平均相對濕度、降雨量、降雨天數、日照時數、無霜期等;③土地資源及利用情況:包括土地面積、耕地面積、農作物種植種類等。

(2)主要農作物生產及秸稈利用情況。①主要農作物生產情況:包括近三年的耕地面積、播種面積、產量等;②養(yǎng)殖業(yè)情況:調查牛的養(yǎng)殖情況，包括肉牛年出欄數、奶牛的年存欄數、規(guī)?；B(yǎng)殖場狀況等;③秸稈利用情況:包括秸稈收獲方式、秸稈利用情況(還田量、飼料青貯量、家庭燃用、工業(yè)用途等方式)、秸稈收購方式及成本等。

(3)入戶調查內容。包括農戶基本情況、農作物生產情況、秸稈利用情況、生活用能情況等方面內容。

2．3 農作物秸稈的特性試驗

為調查秸稈草谷比、含水量、株高、留茬高度等特性，需開展秸稈特性試驗。一般在農作物收獲時直接取樣，與各種農作物的收獲時間有關。對當地栽培面積最大、普遍推廣、且其播種期、栽培期對當地也最適宜的品種，選擇當地具有代表性的地形、地勢、耕作制度和栽培水平的大田，且周圍無障礙和特種小氣候影響的地塊進行取樣。按照GB 5262進行取樣，平作和壟作作物，每點取1 m2面積內的植株(壟作作物在一條壟上割取);平作作物每點割取5行5穴，具體取樣方式按當地實際條件進行調整。試驗過程具體為:①根據農作物的收獲方式的不同，分別測量各種收獲方式的秸稈割茬高度。②在取樣地塊里采用對角線分割5點進行取樣。將每點的農作物秸稈地上部分整株割下，測量株高并紀錄。③將作物收割保存，待全部收獲后將收割的樣本晾曬、烘干、脫粒后，分別稱取秸稈和籽粒的重量。④首先按照GB 3523測定籽粒的含水量和雜質率，再按照附錄A的試驗方法測定秸稈的含水量。⑤分別計算各樣品的草谷比，并取平均值。其中，秸稈含水量按風干(約15%)計，籽粒含水量調整至國家標準水雜率，糧食一律按脫粒后的原糧計算，棉花產量按皮棉計算，豆類按去豆莢后的干豆計算，薯類按5 kg鮮薯折1 kg糧食計算。⑥按照NY/T 12測定農作物秸稈的發(fā)熱量。

3 評價方法

在完成資源調查后，將按照下述步驟對該區(qū)域的秸稈資源進行評價。評價過程中，如果發(fā)現問題，將及時反饋，進行補充調查。

(1)秸稈可利用資源量評價。②根據上述調查結果，包括主要農作物草谷比、播種面積、產量、收集系數、可利用系數等，分別計算出秸稈理論資源量、可收集資源量和可利用資源量。③分別選取國土面積、耕地面積和播種面積，計算秸稈的資源密度。④計算人均秸稈資源占有量。

(2)秸稈經濟性評價。①根據當地勞動成本情況和運輸狀況，計算秸稈的成本。②對于不同的秸稈利用技術潛力進行評價。如秸稈能源化(如秸稈固體成型燃料、秸稈沼氣以及秸稈氣化等)、秸稈飼料化以及秸稈工業(yè)原料化等利用技術，包括秸稈資源數量、價格和收集半徑等。

(3)秸稈資源未來發(fā)展預測。根據當地農業(yè)發(fā)展規(guī)劃、發(fā)展趨勢以及其他競爭性用途的發(fā)展趨勢，測算秸稈資源未來可利用資源量等。

(4)不確定性分析。不確定性分析對秸稈資源的開發(fā)決策具有重大影響，有時這種影響甚至是決定性的。不確定性問題影響秸稈資源預期數量的不確定和成本的不確定，在資源評價中必須加以處理。可采用敏感性分析，考查秸稈資源利用的不確定性。秸稈資源不確定性問題主要包括自然災害和農業(yè)產業(yè)結構調整對農業(yè)生產的影響，勞動力成本的變化，以及新型秸稈資源利用技術的出現等。

最后，編寫《秸稈資源調查與評價報告》，報告包括:①前言，包括調查與評價的目的與意義、調查任務承擔單位、調查任務合作單位、調查區(qū)域和時間;②調查區(qū)的自然環(huán)境和社會經濟特征;③調查過程;④樣品采集分析和數據處理方法;⑤秸稈資源量可供性分析;⑥秸稈經濟性評價;⑦秸稈資源的未來發(fā)展趨勢分析;⑧不確定性分析;⑨結論和建議。

4 應用實例

應用本文的調查與評價方法，已制定農業(yè)行業(yè)標準《農作物秸稈資源調查與評價技術規(guī)范》［11］，并被農業(yè)部［12］用于指導全國農作物秸稈資源調查與評價，此外，被亞洲開發(fā)銀行［13］等國際機構所采納，應用于我國黑龍江等省區(qū)秸稈資源調查和評價。實踐證明，該調查與評價方法科學、準確、簡單、易行，具有科學性和可操作性，對于我國農作物秸稈資源的調查與評價工作具有重要的指導意義，對于秸稈綜合利用具有很好的推動作用。

5 結論

本文在對我國農作物秸稈資源利用現狀進行大量調查研究的基礎上，參照國內外研究成果和相關標準，從總量、經濟性、空間和時間分布等角度評價秸稈資源，提出了理論資源量、可收集資源量、可利用資源量三個層次資源總量，以及收集成本、資源密度、人均秸稈資源占有量和收集時間等概念，系統(tǒng)地提出了的秸稈資源評價指標體系，并將農戶問卷調查與農作物收獲時直接采樣測試草谷比等方法結合起來，提出科學、準確、簡單、易行的秸稈資源調查方法，具有科學性和可操作性，并在實際調查中得到有效應用，對于我國農作物秸稈資源的調查與評價工作具有重要的指導意義，對于秸稈綜合利用具有很好的推動作用。

(編輯:王愛萍)

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