西安市主要農(nóng)作物秸稈資源量估算及能源化潛力分析

王濤 常小箭 黃宗華

摘要[目的]正確評價西安市主要農(nóng)作物秸稈資源量及其分布特性，充分認識西安市秸稈資源的開發(fā)潛力。[方法]以草谷比法為基礎(chǔ)方法，對西安市主要農(nóng)作物秸稈資源進行全面系統(tǒng)的估算，并分析各區(qū)縣秸稈資源量分布。[結(jié)果]2015年西安市主要農(nóng)作物秸稈理論資源量211.93萬t，可收集資源量為175.95萬t，可能源化利用量為149.55萬t，可轉(zhuǎn)化能源量82.35萬t標準煤；小麥秸稈量占總量的55.4%，玉米秸稈占總量的43.6%，棉花、油菜占總量的1.0%。臨潼、長安、戶縣的秸稈資源量分布較大，分別占比為18.0%、19.0%、17.0%。西安市年平均秸稈的化石能源替代量88.83萬t，全部轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟價值相當于節(jié)約5.49億元的煤炭消耗。[結(jié)論]該研究可為西安市秸稈資源的綜合利用提供借鑒。

關(guān)鍵詞秸稈資源；估算；區(qū)域分布；草谷比；能源；西安市

中圖分類號S210.3文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）16-0073-05

Estimation of Main Crop Straw Resources and Analysis of Energy Potential in Xian

WANG Tao1， CHANG Xiaojian1，HUANG Zonghua2（1.Xian Agricultural Technology Extension Center， Xian， Shaanxi 710061；2.Rural Energy Office of Hu County， Huxian， Shaanxi 710300）

Abstract[Objective]To correctly evaluate the amount and distribution characteristics of main crop straw resources in Xian， and to fully understand the development potential of straw resources in Xian. [Method]Based on the method of straw to valley ratio， the crop resources of main crops in Xian were estimated comprehensively and systematically， and the amount of straw resources in each county was analyzed. [Result]In 2015， theoretical resources of main crop stalks was 2119.3 thousand tons， the amount of resources to be collected was 1759.5 thousand tons， the amount of potential utilization was 1495.5 thousand tons， amount of energy to be converted was 823.5 thousand tons. Wheat straw accounted for 55.4% of the total， corn straw accounted for 43.6% of the total， cotton， rape accounted for 1% of the total. The distribution of straw in Lintong， Changan and Huxian was relatively large， accounting for 18.0%， 19.0% and 17.0%， respectively.Annual average straw fossil energy replacement capacity of 888.3 thousand tons， all translated into economic value， equivalent to saving 549 million yuan of coal consumption in Xian. [Conclusion]The study can provide reference for the comprehensive utilization of straw resources in Xian.

Key wordsStraw resources；Estimate；Regional distribution；Grass valley ratio；Energy；Xian City

近年來，為了應(yīng)對突出的能源危機和氣候變化，我國已通過立法將可再生能源開發(fā)利用列為能源發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域[1]。西安市作為一個農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟和能源消費較大的城市，其豐富的生物質(zhì)能資源的開發(fā)利用顯得尤為重要，特別是農(nóng)作物秸稈資源，若將其合理高效地利用起來，不僅能夠促進農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，減少污染，還能為建立資源節(jié)約型社會的能源工程提供新途徑[2]。但是由于秸稈資源分布分散、統(tǒng)計困難，截至目前對西安市秸稈資源量缺乏系統(tǒng)研究?；诖?，筆者對西安市主要農(nóng)作物秸稈進行了調(diào)查，并對農(nóng)作物秸稈進行了全面科學(xué)的評價。

1資料與方法

1.1資料來源資源來源于《2015年西安市統(tǒng)計年鑒》中各區(qū)、縣主要農(nóng)作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)。

1.2農(nóng)作物秸稈理論資源量計算

農(nóng)作物秸稈是農(nóng)作物去除根系和果實之后的剩余部分。農(nóng)作物秸稈理論資源量即農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量，通常通過農(nóng)作物產(chǎn)量和草谷比系數(shù)計算而得。計算公式如下：

CR=ni=1Qi·ri

式中，CR為區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物秸稈理論資源量；i為農(nóng)作物種類，i=1，2，3，…，n；Qi為區(qū)域內(nèi)第i種農(nóng)作物的產(chǎn)量；ri為第i種農(nóng)作物秸稈的草谷比系數(shù)。

1.3農(nóng)作物秸稈可收集資源量計算

農(nóng)作物秸稈的可收集資源量，即在理論資源量中扣除留茬、收集過程中損失的穗軸、枝梗等無法從田間收集的部分。農(nóng)作物秸稈的可收集資源量通過秸稈資源總產(chǎn)量和可收集系數(shù)來計算。計算公式如下：

CRa=ni=1Qi·ri·fi

式中，CRa為區(qū)域內(nèi)秸稈可收集資源量；fi為區(qū)域內(nèi)第i種秸稈的可收集系數(shù)。

1.4農(nóng)作物秸稈可能源化利用量計算

農(nóng)作物秸稈可能源化利用量，即在秸稈可收集量中扣除用于飼養(yǎng)牲畜、工業(yè)生產(chǎn)、還田、食用菌基料和農(nóng)戶生活能源后剩余的部分。農(nóng)作物秸稈可能源化利用量通過秸稈可收集資源量和可能源化利用系數(shù)來計算。計算公式如下：

CRc=ni=1Qi·ri·fi·λi

式中，CRc為區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物可能源化利用量；λi為區(qū)域內(nèi)第i種農(nóng)作物秸稈的可能源化利用系數(shù)。

1.5農(nóng)作物秸稈可轉(zhuǎn)化能源量計算

農(nóng)作物秸稈可轉(zhuǎn)化能源量是在秸稈可能源化利用量的基礎(chǔ)上，通過各種農(nóng)作物秸稈的折標煤系數(shù)計算。計算公式如下：

CRe=ni=1Qi·ri·fi·λi·ηi

式中，CRe為農(nóng)作物能源量；ηi為第i種農(nóng)作物的折標煤系數(shù)。

1.6草谷比系數(shù)、可收集系數(shù)、可能源化利用系數(shù)、折標煤系數(shù)的確定

1.6.1草谷比系數(shù)。草谷比系數(shù)是農(nóng)作物單位面積秸稈產(chǎn)量與籽粒產(chǎn)量的比值[2]。在不同地域、氣候、農(nóng)作物品種、耕作制度、收集方式和測量方法下，農(nóng)作物的草谷比系數(shù)差異明顯。草谷比系數(shù)的差異對農(nóng)作物秸稈理論資源量的估算產(chǎn)生較大影響，因而確定合理的草谷比系數(shù)尤為重要。根據(jù)王曉玉等[3]和李逸辰[4]的研究，確定西安市農(nóng)作物秸稈草谷比系數(shù)，即小麥1.27，稻谷0.94，玉米1.10，棉花2.62，油菜籽2.57。

1.6.2可收集系數(shù)。

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，即秸稈可收集系數(shù) = （ 秸稈總產(chǎn)量 - 留茬量 - 穗軸枝梗損失量） / 秸稈總產(chǎn)量。在人工收割和機械收割2種不同收獲方式下秸稈留茬量不同。穗軸枝梗損失量指秸稈自然脫落和收獲運輸中的損失量。畢于運[5]對我國主要農(nóng)作物秸稈可收集利用系數(shù)進行估算時考慮較全面，同時參考陜西省農(nóng)業(yè)機械化性息網(wǎng)的相關(guān)政策，分析具體實際情況后選用王亞靜等[6]對農(nóng)作物秸稈收集系數(shù)的研究數(shù)據(jù)，即小麥0.83，稻谷0.83，玉米0.83，棉花0.90，油菜籽0.85。

1.6.3折標煤系數(shù)。

農(nóng)作物秸稈的折標煤系數(shù)是農(nóng)作物秸稈熱值與標準煤熱值的比值。各農(nóng)作物的熱值取值范圍在低位熱值和高位熱值之間，且不同的研究熱值取值范圍不同。該研究中稻谷、小麥、玉米、棉花秸稈的折標煤系數(shù)根據(jù)《2014 年中國能源統(tǒng)計年鑒》[7]獲得，油菜籽的秸稈折標煤系數(shù)根據(jù)韋茂貴[8]等統(tǒng)計的各農(nóng)作物熱值范圍，取加權(quán)平均值，即小麥0.55，稻谷0.46，玉米0.55，棉花0.63，油菜籽0.61。

2結(jié)果與分析

2.1測算結(jié)果

2.1.1農(nóng)作物秸稈理論資源量。

由秸稈產(chǎn)量的計算公式得出，各類農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量即為農(nóng)作物產(chǎn)量與草谷比之積，為了研究秸稈資源量隨時間的變化趨勢，選取2008—2015年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算西安市主要農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量（表1）。由表1可知，西安市主要秸稈資源來自小麥和玉米，占農(nóng)作物秸稈資源總量的99%。其中，小麥年平均120.75萬t，占秸稈總量的53%；玉米年平均103.83萬t，占秸稈總量的45%；其他谷類年平均3.88萬t，占秸稈總量的2%。2008—2015年作物秸稈理論產(chǎn)量有所下降，由2008年的252.32萬t下降至2015年的211.93萬t。

2.1.2農(nóng)作物可收集資源量。

可收集系數(shù)與草谷比一樣，不同學(xué)者對收集系數(shù)的研究都有不同的結(jié)果，根據(jù)可收集系數(shù)可計算出2008—2015年西安市主要農(nóng)作物的可收集資源資源量，結(jié)果見表2。由表2可知，可收集資源量和農(nóng)作物秸稈理論資源量變化規(guī)律一致。

2.1.3農(nóng)作物可能源化利用量。經(jīng)過研究以往文獻，對比陜西地區(qū)的具體情況，參考Purohit等[9-10]對生物質(zhì)能源化利用的研究，選擇秸稈資源用作適宜現(xiàn)階段利用方式的比例為15%，即可能源比利用量為85%，得到的秸稈可能源比利用量見表3。由表3可知，2008—2015年西安市農(nóng)作物秸稈可能源化利用量分別為178.15萬、180.04萬、182.90萬、149.88萬、157.29萬、147.80萬、144.62萬、149.55萬t，由于考慮到綜合利用的方式，秸稈的可利用率為固定秸稈資源的85%，不同農(nóng)作物秸稈的可能源化利用量與農(nóng)作物秸稈的利用總量變化規(guī)律都與可收集資源量的變化趨勢相同。

2.1.4農(nóng)作物秸稈可轉(zhuǎn)化能源量。根據(jù)農(nóng)作物秸稈折標煤系數(shù)和西安市秸稈可利用量，計算出西安市主要農(nóng)作物秸稈可轉(zhuǎn)化能源量，結(jié)果見表4。由表4可知，2008—2015年西安市農(nóng)作物秸稈可轉(zhuǎn)化能源量分別為98.14萬、99.18萬、100.75萬、82.59萬、86.65萬、81.40萬、79.62萬、82.35萬t標準煤。2015年西安市能源消費總量為430 000萬t標準煤，年均秸稈能源替代量82.35萬t標準煤，占每年能源消費的0.019%。按照最新的國內(nèi)煤炭價格624元/t，2008—2015年西安市平均秸稈的化石能源替代量88.83萬t來計算，每年西安市將節(jié)約5.49億元的煤炭消耗，可見秸稈能源帶來的經(jīng)濟價值巨大。

45卷16期王 濤等西安市主要農(nóng)作物秸稈資源量估算及能源化潛力分析

2.2主要農(nóng)作物秸稈資源分布

2.2.1秸稈理論資源量的空間分布。

根據(jù)《2015年西安市統(tǒng)計年鑒》中西安市各區(qū)縣主要糧食作物產(chǎn)量和草谷比系數(shù)可以計算出西安市各區(qū)縣主要農(nóng)作物秸稈理論資源量，結(jié)果見表5、圖1。

由表5可知，從空間分布地區(qū)來看，秸稈資源量主要分布在務(wù)農(nóng)大縣臨潼、長安、藍田、周至、戶縣，分別為37.98萬、41.25萬、29.81萬、27.39萬、36.07萬t，占全市秸稈總量的81%（圖1）。從秸稈類型來看，秸稈資源量主要是玉米和小麥秸稈，占秸稈總量的99%。

2.2.2可收集資源量的空間分布。根據(jù)理論資源量和可收集系數(shù)可以計算出秸稈可收集量，結(jié)果見表6。由表6可知，可收集資源量和農(nóng)作物秸稈理論資源量空間分布變化規(guī)律一致。

2.2.3可能源化利用量的空間分布。

由可收集資源量和秸稈可能源化利用系數(shù)可計算出可能源化利用量，結(jié)果見表7。由表7可知，可能源化利用量分布區(qū)域和理論資源量分布區(qū)域規(guī)律一致。

2.2.4秸稈可轉(zhuǎn)化能源量分布。

由可能源化利用量和秸稈能源轉(zhuǎn)化系數(shù)可計算出秸稈可轉(zhuǎn)化能源量，結(jié)果見表8、圖2。

由表8可知，秸稈可轉(zhuǎn)化能源量最大地區(qū)是長安，達16.04萬t標準煤，占各區(qū)縣秸稈總量19.41%；臨潼、戶縣、藍田、周至、高陵、閻良、灞橋可轉(zhuǎn)化能源量依次遞減，分別為14.75萬、14.01萬、11.66萬、10.64萬、8.79萬、4.14萬、2.62萬t標準煤，分別占各區(qū)縣秸稈資源總量的17.85%、16.95%、14.11%、12.87%、10.64%、5.01%、3.17%。從農(nóng)作物秸稈類型看，西安市各區(qū)縣主要秸稈轉(zhuǎn)化能源的來源是玉米和小麥，分別占秸稈總量的45%、53%，其他秸稈轉(zhuǎn)化能源量只占2%。

3結(jié)論與討論

該研究表明，西安市秸稈資源豐富，總量逐年平穩(wěn)增加。隨著經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的調(diào)整，秸稈資源的種類也發(fā)生變化，但小麥秸稈和玉米秸稈資源仍占主導(dǎo)地位。2015年西安市秸稈資源理論資源量為211.93萬t，可收集秸稈量為175.95萬t，可能源化利用量為149.55萬t，可轉(zhuǎn)化能源量82.35萬t標準煤，以全部秸稈能源轉(zhuǎn)化為價值計算西安市每年將節(jié)約5.49億元的煤炭消耗，可見秸稈能源帶來的經(jīng)濟價值巨大。

小麥秸稈占總量的55.4%，玉米秸稈占總量的43.6%，棉花、油菜占總量的1.0%。臨潼、長安、戶縣的秸稈分布面積較大，分別占比為18.0%、19.0%、17.0%。秸稈區(qū)域主要分布在長安、臨潼、戶縣、等區(qū)縣，這與筆者調(diào)查的西安市農(nóng)戶用能情況一致，西安市農(nóng)戶用能調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，農(nóng)戶冬季用秸稈取暖和做飯比例占用能總量的50.82%，藍田縣和周至縣秸稈用量占總用能量的比例分別達48.76%和39.70%。大量秸稈焚燒對環(huán)境造成污染，因此該研究對秸稈的綜合利用提供了很好的數(shù)據(jù)支持，能夠有針對性地對秸稈分布密度大的區(qū)域進行綜合利用，對提高西安市農(nóng)民生活水平，改善該市空氣質(zhì)量及農(nóng)村生態(tài)環(huán)境有著積極的意義。

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