寧夏河?xùn)|灌區(qū)秸稈資源量估算及其收集路徑分析

郝玉航 王德全 陳浩 王旭晨 劉欽 丁凱 蘇小燕

摘要 通過對寧夏河?xùn)|灌區(qū)2016—2020年秸稈的調(diào)查研究得知，灌區(qū)秸稈的主要來源為小麥、玉米、水稻。采用草谷比理論計算方法，對寧夏河?xùn)|灌區(qū)秸稈的資源量進行估算，結(jié)果表明，寧夏河?xùn)|灌區(qū)秸稈的資源量從大到小依次為玉米秸稈>水稻秸稈>小麥秸稈。通過對廢棄秸稈的收集路徑進行了簡單的分析，提出了分散型和集中型2種秸稈收集方式，并以無害化處理和資源化利用為目標(biāo)，探討了適宜技術(shù)經(jīng)濟條件下廢棄秸稈的收集路徑。

關(guān)鍵詞 寧夏河?xùn)|灌區(qū);秸稈資源量;計算方法;收集路徑;草谷比

中圖分類號 S 38? 文獻標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2022）08-0175-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.08.049

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Estimation of Straw Resources in Hedong Irrigation Area of Ningxia and Analysis of Its Collection Path

HAO Yu-hang 1，WANG De-quan 1，2，3，CHEN Hao 1 et al （1.School of Civil and Hydraulic Engineering，Ningxia University，Yinchuan，Ningxia 750021;2.Engineering Research Center for Efficient Utilization of Modern Agricultural Water Resources in arid Areas，Ministry of Education，Yinchuan，Ningxia 750021;3.Breeding Base for State Key Laboratory of Land Degradation and Ecological Restoration in Northwestern China，Yinchuan，Ningxia 750021）

Abstract Through the investigation and research on the straw in the Hedong irrigation area of Ningxia from 2016 to 2020，it is known that the main sources of straw in the irrigation area were wheat，corn and rice.The straw-to-grain ratio theoretical calculation method was used to estimate the resource amount of straw in Hedong Irrigation Area of Ningxia.The results showed that the resource amount of straw in Hedong Irrigation Area of Ningxia were corn straw > rice straw > wheat straw.Through the simple analysis of the collection path of waste straw，two kinds of straw collection methods （decentralized type and centralized type） were put forward.With the goal of harmless treatment and resource utilization，the collection path of waste straw under the appropriate technical and economic conditions was discussed.

Key words Hedong irrigation area of Ningxia;Straw resources;Calculation method;Collection path;Straw-to-grain ratio

生物質(zhì)能作為一種可再生能源，已被世界公認(rèn)為繼煤炭、石油、天然氣之后的第四大能源，秸稈在其中占比最為重要 [1]。據(jù)了解，2020年我國主要農(nóng)作物秸稈理論產(chǎn)生量12.64億t，可收集量11.32億t，利用量10.50億t，秸稈綜合利用率約為83%。寧夏作為西部地區(qū)重要組成部分之一，其秸稈的資源量也不容忽視。根據(jù)寧夏統(tǒng)計局2020年統(tǒng)計年鑒了解到，2020年寧夏農(nóng)作物的種植面積約為76.80萬hm 2，農(nóng)作物產(chǎn)生秸稈總量456.6萬t，其中水稻、小麥、玉米、蔬菜的播種面積分別為6.81萬、10.78萬、29.98萬、13.12萬hm 2，盡管寧夏地區(qū)的秸稈利用率已經(jīng)達到80%，但仍有20%沒有得到很好的利用 [2]。據(jù)了解，秸稈中含有大量的營養(yǎng)成分，7億t 秸稈中含氮350萬t、磷80萬t、鉀800萬t，相當(dāng)于2010年全國化肥施用總量的20%左右 [3-4]。

狹義的秸稈資源是指收獲農(nóng)作物后田間剩余的農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品;而廣義的秸稈資源包括田間秸稈和農(nóng)產(chǎn)品初加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，花生殼、玉米芯、稻殼、甘蔗渣等都屬于廣義秸稈資源的范疇 [5]。國內(nèi)不少學(xué)者對作物秸稈資源的種類、數(shù)量、區(qū)域分布以及氣候變化對秸稈資源的影響進行研究，但大都使用草谷比法來進行秸稈資源量的估算 [6-10]。左旭等 [11]采用草谷比方法計算了玉米秸稈的產(chǎn)量占全國的60.42%，主要分布在我國的東北及黃淮海地區(qū)。羅峰等 [12]采用草谷比方法估算了甘肅中部地區(qū)秸稈的資源量，結(jié)果表明其秸稈資源量豐富，且呈現(xiàn)增長趨勢，但因其秸稈的利用方式不盡合理，利用效率相對低下。該研究運用草谷比方法對寧夏河?xùn)|灌區(qū)進行理論的資源量估算，并探討適宜經(jīng)濟下農(nóng)作物秸稈的收儲路線，以提高寧夏地區(qū)秸稈資源量的利用。FA9D78CC-5E56-4DBE-A8DF-A6243D635F1E

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

寧夏河?xùn)|灌區(qū)位于寧夏回族自治區(qū)銀川平原東南部，灌區(qū)南北長60 km，東西寬30 km，總面積約為900 km 2，包括利通區(qū)、靈武市、青銅峽市的部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)（圖1）。河?xùn)|灌區(qū)地處溫帶干旱區(qū)，屬典型的溫帶干旱大陸性氣候，日照充足，年太陽總輻射量為580～626 kJ/cm 2，無霜期較長，為140～158 d。多年平均降雨量為182 mm，多年平均蒸發(fā)量為1 176 mm，是降雨量的6.46倍，年際變化相對較小。灌區(qū)多年平均氣溫8 ℃，日溫差一般為10～12 ℃，年均風(fēng)速為1.9 m/s，冬季盛行西北風(fēng)，夏季多為偏南風(fēng)，春秋兩季風(fēng)向多變。灌區(qū)種植的農(nóng)作物主要為水稻、小麥、玉米，種植業(yè)相對發(fā)達，因此秸稈的資源量也相對豐富。

1.2 數(shù)據(jù)來源 該研究的農(nóng)作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)均來源于寧夏統(tǒng)計局的統(tǒng)計年鑒（2016—2020年）。不同的地區(qū)對秸稈的草谷比系數(shù)的選擇有所不同（表1），該研究中農(nóng)作物草谷比系數(shù)采用國家發(fā)展改革辦公廳公布的《關(guān)于開展農(nóng)作物秸稈綜合利用規(guī)劃終期評估的通知》中的草谷比系數(shù)來進行計算，其中水稻的草谷比系數(shù)采用謝光輝等 [13]的1.03來進行計算。

1.3 秸稈資源量的計算方法

秸稈產(chǎn)量的統(tǒng)計方法常用的有草谷比法、副產(chǎn)品比重法、經(jīng)濟系數(shù)法3種 [14]。該研究采用草谷比法來進行計算， 草谷比（SG）是指農(nóng)作物地上莖稈產(chǎn)量與經(jīng)濟產(chǎn)量之比，它是評價農(nóng)作物產(chǎn)出效率的重要指標(biāo)，又稱為農(nóng)作物副產(chǎn)品與主產(chǎn)品之比，用公式表示為：

SG=Ws/Wp（1）

式中，SG為草谷比;WS為農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量;WP為農(nóng)作物經(jīng)濟產(chǎn)量。

由公式（1）可知，在草谷比和農(nóng)作物經(jīng)濟產(chǎn)量已知的條件下，可用公式（2）計算農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量：

Ws=SG×Wp（2）

秸稈的可收集利用量：

TRB=ni=1（Ri×ei×ri）（3）

式中，Ri為第i類農(nóng)作物產(chǎn)量;ei為第i類草谷比系數(shù);ri為第i類可收集系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)作物產(chǎn)量 根據(jù)2016—2020年寧夏統(tǒng)計年鑒可知，寧夏河?xùn)|灌區(qū)的主要農(nóng)作物為水稻、小麥、玉米，其中玉米的產(chǎn)量最高，為176.45萬t，占比為58.37%，其次是水稻，為105.45萬t，占比為34.88%，最后是小麥，為20.41萬t，占比6.75%。在這5年中，小麥和水稻的產(chǎn)量分別在2017和2018年達到最高，分別為6.72萬和23.31萬t，隨后呈現(xiàn)下降的趨勢;而玉米的產(chǎn)量在這5年中相對穩(wěn)定，變化幅度不大（圖2）。

2.2 農(nóng)作物秸稈理論資源量估算 從圖3可以看出，2016—2020年寧夏河?xùn)|灌區(qū)農(nóng)作物秸稈資源量呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢，2016—2018年農(nóng)作物秸稈總量呈現(xiàn)上升的趨勢，從2016年的80.91萬t增加至2018年的84.89萬t，增長率為4.92%;2018—2020年呈現(xiàn)下降趨勢，2020年農(nóng)作物秸稈的資源量為74.17萬t，下降率為12.63%。其中變化幅度最大的為小麥秸稈，由2016年的5.87萬t先上升至2017年的8.28萬t，然后減少至2020年的2.93萬t，減少了50.08%。2016—2020年主要農(nóng)作物秸稈理論資源量從大到小依次為玉米秸稈（268.18萬t）>水稻秸稈（108.62萬t）>小麥秸稈（28.03萬t）。水稻和小麥雖然在這5年間有所起伏，但整體變化幅度不大。需要值得注意的是，2020年小麥、水稻、玉米秸稈資源量是這5年間最少的，其原因可能是受惡劣天氣和干旱條件的影響較大。

2.3 農(nóng)作物秸稈可收集資源量估算 從圖4可以看出，2016—2020年寧夏河?xùn)|灌區(qū)的農(nóng)作物秸稈可收集資源總量為310.93萬t，其中玉米的可收集資源量最多，為214.54萬t，占69.00%;其次為水稻（70.6萬t），占22.71%，最后為小麥（25.79萬t），占8.29%。這3種農(nóng)作物秸稈可收集資源量小麥的變化幅度最大，由2016年的5.40萬t減少至2020年的2.69萬t;變化幅度次之的為水稻，在2018年達到這5年的頂峰，為15.61萬t，然后減少到2020年12.25萬t;玉米秸稈的可收集資源量最為穩(wěn)定，平均每年的秸稈可收集資源量為42.90萬t左右。

2.4 秸稈收集路徑分析

秸稈收集具有收集難、儲運難、成本高等突出問題，因此有效地解決收儲運問題對提高秸稈的資源化利用至關(guān)重要。歐美等國家有完整的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化收儲體系，一般都是秸稈收集公司直接對農(nóng)場主簽訂合同，規(guī)定交貨日期、供貨數(shù)量以及質(zhì)量等標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容，能保證秸稈的持續(xù)供應(yīng)，并且在秸稈的收集、打包、晾曬、運輸?shù)冗^程中實現(xiàn)了完全的機械化操作 [15]。如丹麥、瑞士等國家，它們的農(nóng)作物種植場地集中，以大型農(nóng)場為主，且農(nóng)民經(jīng)過了正規(guī)的培訓(xùn)，能夠熟練地操作大型機械化設(shè)備，其秸稈的收集運輸成本相對較為合理，同時也節(jié)省了人力等成本 [16]。對于國內(nèi)的收儲運體系來說，白延飛 [17]總結(jié)了江蘇省3種典型的收集模式（經(jīng)紀(jì)人分散性收集模式、合作社專業(yè)性收集模式、規(guī)?；髽I(yè)自營行收貯運模式），其中合作社與規(guī)?；召A運模式是以企業(yè)為主體，負責(zé)向周圍的村鎮(zhèn)集中收集，按照每年25 t的收儲量計算，每年能為農(nóng)戶帶來直接的經(jīng)濟收入為2 500萬元。朱新華等 [18]總結(jié)了陜西省3種典型收集模式（自收自用模式、分散收儲模式、集約化收儲模式），其中分散收儲和集約化收儲模式均是以秸稈經(jīng)紀(jì)人或秸稈收儲公司為主體，他們一般有完整的收儲機械和收儲體系，能實施大規(guī)模范圍的秸稈收集，并能較高地實現(xiàn)秸稈資源化利用，且能為農(nóng)民帶來一些可觀的經(jīng)濟收入。針對以往各位學(xué)者的研究，并結(jié)合寧夏河?xùn)|灌區(qū)的一些相關(guān)情況，總結(jié)出分散收集和集中收集2種收集模式。FA9D78CC-5E56-4DBE-A8DF-A6243D635F1E

（1）分散收集。農(nóng)作物收獲后，田間的秸稈主要是被農(nóng)戶收集，農(nóng)戶先在田間進行晾曬，由于秸稈具有水分多、易燃、易腐等特點，農(nóng)戶自己先進行晾曬，一方面可以減少秸稈的水分，有效地降低秸稈發(fā)霉、發(fā)腐等現(xiàn)象，另一方面為后邊的打捆過程做準(zhǔn)備。晾曬完后就是打捆，由于農(nóng)村打捆的機械化設(shè)備有所差異，有一些地方的打捆機械可以直接在田間打捆，有的則不行，所以就有2種打捆方式：①能在田間打捆的直接在田間打捆，然后再收集、運輸堆垛、存儲;②不能在田間打捆的就散裝運輸?shù)绞諆c進行打捆，然后直接存儲起來，具體流程如圖5所示。

（2）集中收集。秸稈公司或秸稈經(jīng)紀(jì)人直接到村或鎮(zhèn)中進行收集，他們一般有自己的收儲機械。先是用秸稈收割機進行收割，然后進行揉搓或揉切，再然后進行打捆，對于一些偏遠地區(qū)，大型機械化設(shè)備不易進入，直接散裝運輸?shù)绞諆c。打捆完后就是運輸、裝載、資源化利用。秸稈公司或秸稈經(jīng)紀(jì)人對收集到的秸稈一般都會有質(zhì)量的要求，對于不符合要求的則由農(nóng)戶收集后運輸?shù)礁浇慕斩捥幚韽S進行處理，具體流程如圖6所示。

3 討論

3.1 寧夏河?xùn)|灌區(qū)秸稈資源量評價 寧夏河?xùn)|灌區(qū)作為寧夏重要的灌區(qū)之一，每年都會產(chǎn)生眾多的廢棄秸稈，對于這些秸稈寧夏地區(qū)并沒有使其得到很好的利用，通過草谷比方法估算出寧夏2016—2020年秸稈的資源量，對寧夏河?xùn)|灌區(qū)的資源化利用來說具有重要的意義。秸稈中含有眾多的營養(yǎng)元素，如N、P、K、纖維素等，作為一種可再生的能源物質(zhì)，對解決人類未來能源危機具有極其重要的作用。如寧夏的眾多地方都有養(yǎng)殖業(yè)，秸稈可以作為一種有效的青貯飼料，有效地緩解了人畜爭糧的問題。隨著國家政策的支持和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，截至2020年，寧夏地區(qū)秸稈的綜合利用率已經(jīng)達到了85.15%，并且初步形成了“種植戶+加工配送+養(yǎng)殖戶”的飼料生產(chǎn)加工體系，這對寧夏地區(qū)秸稈利用是一項重大的突破 [19]。

3.2 寧夏河?xùn)|灌區(qū)收集體系的評價 由于前人對秸稈的收集體系研究較少，導(dǎo)致人們對秸稈的收集體系重視程度不夠。徐亞云等 [20]通過對不同收運儲體系進行研究，結(jié)果表明秸稈的收運成本一般在120～260元/t，并且秸稈收集在50 t以下的使用人工收集更為經(jīng)濟合理，而秸稈收集超過50 t 的應(yīng)該用大型機械更為經(jīng)濟。王雪等 [21-22]研究了收儲運輸?shù)馁M用，結(jié)果表明秸稈運輸費用平均約為5.4元/t且運輸距離在50 km以內(nèi)最為高效經(jīng)濟。該研究結(jié)合寧夏河?xùn)|全區(qū)的情況，對秸稈的收集體系進行了簡單分析，初步提出了2種收集方式，可以有效地提高秸稈的資源化利用效率，為以后秸稈收集體系作出初步探討。

4 結(jié)論與建議

（1）寧夏河?xùn)|灌區(qū)主要的農(nóng)作物秸稈來源是小麥、水稻、玉米。根據(jù)相關(guān)計算每年有大量的秸稈產(chǎn)生，其中玉米秸稈最多。

（2）秸稈的資源量估算受地區(qū)、環(huán)境、計算方法的影響較大，目前的估算系數(shù)比較老舊，隨著社會的發(fā)展，應(yīng)重新對各農(nóng)作物秸稈的相關(guān)系數(shù)進行測量，并在進行秸稈資源量的估算時應(yīng)根據(jù)相關(guān)情況選擇合理的計算方法及相應(yīng)的系數(shù)，以準(zhǔn)確地估算出秸稈的資源量。

（3）農(nóng)作物秸稈之所以收集利用難，是因為政策方面不夠完善，科學(xué)技術(shù)方面研究不足，人們對秸稈的收集意義認(rèn)識不到位。為了提高秸稈的收集效率，在政策方面，政府應(yīng)該完善相關(guān)政策，加大秸稈收集的宣傳意識，并增加對秸稈收集的補貼。在科學(xué)技術(shù)方面，應(yīng)加大在設(shè)備研發(fā)方面的投入，以減少人力、物力方面的投入，降低收儲的成本。在收儲體系方面，應(yīng)加大并重視收儲體系的研究，運用科學(xué)的方法找到最優(yōu)的收儲體系，以最少的成本收獲最多的秸稈。

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