黑龙江省农作物秸秆资源利用现状及中长期展望

黑龙江省农作物秸秆资源丰富,但各地区分布差异大。该文通过对黑龙江省农作物秸秆资源全面调查,研究了各地区的秸秆资源量及利用现状,并根据经济社会发展趋势对农作物秸秆资源量以及利用途径进行了中长期预测。结果表明,2007年黑龙江省农作物秸秆主要分布在哈尔滨、绥化、齐齐哈尔和佳木斯,占全省的73.8%,秸秆利用主要以家庭燃用为主。扣除家庭燃用、秸秆还田以及养畜等用途外,预测到2015年黑龙江省剩余秸秆资源量为315万t,2020年为511万t,并根据预测结果将黑龙江分为3个类型区,建议对各区采取不同的利用技术。     

贵州独山县农作物秸秆资源调查与评价

结合独山县农业耕作习惯、气候特点、农作物生产状况,在具有典型的乡镇选择典型村进行随机入户调查。通过对该县2006—2008年主要农作物秸秆(水稻、玉米、油菜)进行深入系统地调查与评价,获得该县农作物秸秆平均年理论资源量为13.82万t,平均年可收集资源量为11.47万t,平均年可利用资源量为2.47万t。     

基于可收集的秸秆资源量估算及利用潜力分析

【目的】 准确估算秸秆资源量及其分布是秸秆综合利用的重要基础,秸秆资源量估算的不确定性主要在于草谷比和可收集系数的变异性。本研究基于江苏省区县尺度粮食产量数据,定量分析了江苏省主要粮食作物秸秆资源量及其不确定性,进而探讨了不同秸秆利用方式的温室气体减排潜力。 【方法】 按草谷比和秸秆可收集系数估算区县尺度粮食作物秸秆资源量和可收集资源量,分析了草谷比和可收集系数的变异性,探讨了秸秆资源量估算的不确定性来源,采用置信区间计算方法给出了江苏省作物秸秆资源量95%的置信区间。通过聚类分析与空间分析对秸秆资源量空间分布进行评价;最后基于情景分析方法对不同秸秆利用方式可能带来的环境效益进行计量。 【结果】 江苏省主要粮食作物草谷比和可收集系数存在较大变异,其变异系数分别为2.2%～16.7%和5.4%～18.9%。江苏省2014年水稻、小麦、玉米和大豆秸秆资源总量平均为3974万t (95%置信区间为3720～4227万t),而可收集秸秆资源量平均为3062万t (95%置信区间为2907～3217万t);其中,水稻、小麦、玉米和大豆秸秆资源可收集量分别占全省的53.2%、36.7%、7.9%和2.2%。江苏省粮食作物秸秆氮、磷、钾养分资源量分别为25.58万t (以N计)、3.51万t (以P₂O₅计)、46.22万t (以K₂O计),在空间分布上各养分资源均呈现北高南低的特征。未被利用 (焚烧和丢弃) 的秸秆相当于3.07万t氮肥 (以N计)、1.93万t磷肥 (以P₂O₅计)、15.76万t钾肥 (以K₂O计) 以及170.12万t标准煤。情景分析结果表明,如将未被利用秸秆进行秸秆还田、秸秆发电或热裂解炭化,可分别带来约36.2万t、230.18万t或381.16万t二氧化碳当量的减排潜力,相当于江苏省温室气体排放量的0.18%、1.13%或1.88%。 【结论】 作物草谷比和可收集系数的变异性是秸秆资源量估算不确定性的主要来源,发展区域特征的草谷比和可收集系数是未来秸秆资源评价研究的重要内容。江苏省粮食作物可收集秸秆资源较为丰富,但不同作物间可收集资源量存在较大差异。与其他利用方式相比,生物质热裂解具有更高的固碳减排潜力,是农业可持续秸秆资源利用的潜在途径。      

秸秆产业——一个被忽视的潜在大产业

我国既是粮食生产大国,也是秸秆生产大国。然而．长期以来我们只注重农作物果实而忽视农作物的秸秆。我国每年生产5亿t粮食．秸秆理论资源量为8亿t（可收集资源量为6．87亿t）。却有2亿t秸秆白白腐烂和焚烧,这其实是白白浪费了生产2亿t秸秆的耕地、淡水和其他农业投入品等资源。因此．充分发展秸秆产业,提高秸秆利用率,实质上等于提高了耕地、淡水等资源的产出率。     

18-1目录

【目的】 弄清中国秸秆资源数量及其养分资源量,旨在为充分利用秸秆资源、提高肥料利用率、实现化肥施用零增长和保障国家粮食安全提供科学依据。 【方法】 本研究以中国主要农作物水稻、小麦、玉米、大豆、马铃薯、花生和油菜为研究对象,通过查阅中国统计数据和公开发表的文献资料对2015年中国主要农作物秸秆数量及其养分资源量进行估算,同时对各地区不同作物最佳施肥量进行统计,分析秸秆不同比例还田下氮、磷、钾输入量分别占化肥用量百分比。 【结果】 2015年中国主要农作物秸秆资源量为71878.53万t,所含的氮 (N)、磷 (P₂O₅)、钾 (K₂O) 养分资源总量分别达到625.6、197.9、1159.5万t。秸秆养分资源量以水稻、小麦和玉米三大粮食作物最大,分别占养分资源总量的33.1%、14.5%和34.2%,其他作物以油菜秸秆养分数量最高,占7.6%。作物秸秆养分数量中以玉米氮和磷养分数量最高,分别占单质养分总量的37.4%(N) 和41.5% (P₂O₅);钾养分数量以水稻最高,占36.9% (K₂O)。秸秆总量华北和长江中下游地区较多,分别占全国总量的26.4%和26.2%。秸秆养分资源总量最高的为黑龙江省,其次为河南和山东,分别占全国秸秆养分资源总量的10.3%、9.5%和6.8%。中国2015年主要农作物播种面积为1.2亿hm2,产量为6.3亿t,作物理论N、P₂O₅和K₂O需求量分别为1445.9、546.4、1652.3万t。如果将秸秆全量还田,带入农田的平均养分量可高达N 54.4 kg/hm2、P₂O₅15.5 kg/hm2和K₂O 88.1 kg /hm2,相当于化肥用量的38.4% (N)、18.9% (P₂O₅) 和85.5% (K₂O)。 【结论】 中国农作物秸秆数量及其养分资源量巨大,依据地域秸秆特点,充分合理利用秸秆养分资源,是实现化肥减施增效的重要途径。      

中国农作物秸秆资源分布及其产业体系与利用路径

中国具有丰富的农作物秸秆资源,推进农作物秸秆综合利用,不仅可减少田间焚烧环境污染、消除火灾隐患,还可增加农民收入、改善农村人居环境、促进农业可持续发展。基于中国大陆地区各省级行政区的统计数据,探讨了中国农作物秸秆资源构成与空间分布特征。玉米、水稻、小麦三大粮食作物秸秆占全国秸秆资源总量的84.8%;秸秆资源总体呈现出"东高西低、北高南低"的阶梯状分布特征。统揽中国秸秆产业发展全局,系统梳理并深入解析了中国秸秆产业政策体系、市场体系、技术体系和监管体系发展历程和现状。分别以单一利用、综合利用、战略布局和区域统筹为鲜明特征,将秸秆利用政策历程划分为政策起步期(1979—2007年)、政策发展期(2008—2012年)、政策转型期(2013—2016年)和政策深化期(2017年至今)。系统阐释了中国农作物秸秆农业利用、能源化利用和高值化利用的主要路径与模式。该研究可为指导中国秸秆资源开发利用提供重要的基础支撑和决策参考。     

汉中市农作物秸秆资源应用调查与评价

结合汉中市气候特点、农作物生产状况,在具有典型的县区选择典型村进行随机入户调查。通过对汉中市2009—2011年主要农作物秸秆深入系统的调查与评价,得出汉中农作物年平均播种面积42.26万hm2,年平均总产量312.71万t,年平均可利用秸秆资源量为199.59万t,预测在未来5~15年,每年平均有210万t秸秆资源可以利用。     

区域秸秆资源分布及全量化利用潜力分析

为进一步提高秸秆综合利用率,促进秸秆利用产业科学合理化,推动区域秸秆全量化利用,以湖南省为研究对象,对主要农作物秸秆资源量、人均秸秆占有量等进行了估算,明确了湖南省秸秆资源空间分布特征;同时结合湖南省秸秆利用竞争性需求量计算分析了全省秸秆全量化利用潜势。结果表明:2018年湖南省主要农作物秸秆理论和可收集资源量分别为4 021.7和3 039.1万t,主要以水稻秸秆为主,占比约65%;其次为油菜、蔬菜和玉米秸秆。不同农作物秸秆表现出不同的空间分布特征,水稻、油菜和蔬菜秸秆总体呈现自西向东、由南向北逐渐增加的趋势,而玉米秸秆则表现出相反的变化趋势。全省人均秸秆资源占有量仅为0.68 t,远低于全国平均水平。通过分析秸秆潜在利用途径,预测湖南省肥料化需求量为887.3万t,饲料化需求量为885.1万t,基料化需求量为83.2万t,原料化利用量为65.7万t;剩余秸秆可能源化利用量为1 117.9万t。结合目前湖南省秸秆资源利用结构,全省实现秸秆全量化利用的总体趋势应为在保持基料化和原料化利用的基础上,适当减少肥料化,提高饲料化和能源化利用比率。     

中国玉米秸秆草谷比及其资源时空分布特征

针对玉米秸秆资源量及时空区域分布不清等问题，该研究分析9个典型省的玉米秸秆草谷比差异性，并基于草谷比实测值，评价近10a中国玉米秸秆资源量的时空变化情况，预测玉米秸秆的资源潜力。研究结果表明，玉米秸秆草谷比实测值为（0.84±0.23），不同地区、不同品种草谷比差异显著，随着年份变化，玉米品种和种植方式在不断变化，草谷比逐年变小，从2009年1.2减小到2018年的0.84，估算2018年全国玉米秸秆理论资源量为2.16×108 t，比2009年仅增加3.9%。玉米秸秆东北和华北地区资源量最高，占50%以上，与2009年相比，东北、华北、西北地区资源量有所增加，华东、华中、西南、华南略有下降；单位面积玉米秸秆可收集资源量4.51 t/ha，比2009年增加23%，东北地区最高，其次华北、华东和西北地区，然后是华中和西南地区，华南地区最低。预测2025年玉米秸秆的理论资源量为(2.53±0.58)×108 t，可收集资源量为(1.86±0.51)×108 t。研究为全国各个地区的秸秆合理规划利用提供基本参考数据。     

湖北省秸秆和畜禽粪污还田化肥替减潜力与环境承载力分析

湖北省畜禽业规模化养殖水平显著提高,秸秆资源量逐年提升,农业废弃物还田不仅可以减少农业面源污染,还可以减少化肥施用。该文将湖北省分为5个种植区域（即鄂东南低山丘陵区、鄂北低山丘岗区、鄂西北山地区、鄂中平原区以及鄂西南山地区）。基于2019年－2020年统计数据,收集不同区域主要畜禽（猪、肉牛、奶牛、羊、肉鸡、蛋鸡）的存栏量、出栏量以及饲养周期,主要农作物种植面积和经济产量,计算湖北省畜禽粪污的养分供给量,评估不同区域的畜禽养殖现状是否超过土地承载畜禽粪污的最大容许数量。根据不同农作物的草谷比以及秸秆养分含量,计算出湖北省农作物秸秆的养分资源量以及养分还田量。湖北省不同区域畜禽养殖量均未超出当地最大承载容纳量,其中鄂北地区的土地承载力指数最高,达到了0.35～0.78,鄂中地区的土地承载力指数仅在0.17～0.54,有较大的空间来发展畜禽养殖业。2019年湖北省畜禽粪污养分资源量分别为36.89万t N、14.03万t P2O5、52.06万t K2O。按照畜禽粪污肥料化还田率65%计算,畜禽粪肥的养分还田总量分别为23.98万t N、9.12万t P2O5、33.70万t K2O,理论可替减化肥比例分别为17.3%、11.9%、56.2%。湖北省主要农作物秸秆资源总量以鄂中地区秸秆资源量最高,鄂西北地区最低。当前湖北省秸秆养分资源为31.07万t N、9.98万t P2O5、68.30万t K2O,理论可替减化肥比例分别为22.5%、13.1%、114.0%。湖北省主要农业废弃物还田理论可基本满足主要农作物的钾素需求,实现氮肥消费量减少39.8%、磷肥消费量减少25.0%。该文通过计算湖北省主要农业废弃物（畜禽粪污、秸秆）的养分资源量,评估农业废弃物还田的化肥可替减潜力以及畜禽粪污土地承载力,为湖北省农业绿色发展提供理论依据和数据支撑。     

基于土壤功能的中国主要农作物可能源化秸秆生态潜力分析

秸秆生态还田对我国生态农业的发展以及秸秆能源化的可持续发展有着重要的意义。据此,从防止水土流失、维持土壤有机质和长期作物产量的角度,提出了土壤生态保留量的概念,并设计了不同农作物秸秆的3种生态保留量情景(低情景、中情景和高情景);综合运用灰色神经网络、线性回归等方法对上述因素进行预测,构建了自下而上的动态评价模型,对中国各区域可能源化秸秆资源的生态潜力进行评价分析,并提出了相关发展建议。研究发现:1在低、中、高农作物秸秆生态保留量情景中,2030年可能源化秸秆生态总量分别为22 796万t、13 718万t和7 756万t,秸秆资源密度分别约为172 t·km?2、103 t·km?2和58 t·km?2;在秸秆资源构成方面,低、中情景均以稻谷、薯类、小麦秸秆为主,而高情景则以薯类和甘蔗秸秆为主;3种情景中,可能源化秸秆资源均主要分布在河南、山东、黑龙江、四川等地。2在低情景中,仅北京、天津、上海和西藏不能发展直燃发电项目和燃料乙醇项目;中情景中,年产5万t燃料乙醇项目仅适合规划在福建、广东、广西、海南和重庆;高情景中,仅福建、广东、广西、海南和重庆可规划25 MW直燃发电项目或年产5万t的燃料乙醇项目。     

中国农作物秸秆综合利用潜力研究

针对秸秆分区布局规划不完善,导致地区性、季节性、结构性秸秆过剩,资源浪费与环境污染问题突出,研究秸秆综合利用规划理论,提出"一主多元、农用优先"秸秆综合利用途径。中国秸秆综合利用潜力总量8.76亿t,比2015年增加利用量1.56亿t,其中秸秆肥料化、饲料化和能源化利用量分别增加8 722.4万t、5 122.3万t和1 720.1万t。通过肥料和饲料化利用,可直接和间接替代化肥潜力氮肥(N)1 481.6万t、磷肥(P2O5)419万t、钾肥(K2O)1 885.1万t,节本增效节约化肥成本约685.9亿元(折合98.5元/t秸秆);通过能源化利用,可替代煤炭等化石能源5982.4万t(标准煤),可减排二氧化碳1.5亿t、二氧化硫448.7万t、氮氧化物224.3万t,烟尘4068万t,经碳排放交易经济效益可达20.25亿元(折合16.9元/t秸秆),环境和经济效益显著。     

中国作物秸秆养分资源数量估算及其利用状况

基于统计数据、农户调研数据以及公开发表的文献资料中的数据,估算了2006年中国作物秸秆及其养分资源数量,并且对其利用状况进行了详细的分析。结果表明,2006年中国作物秸秆资源数量超过7.6亿t,其中,作物秸秆氮、磷（P2O5）、钾（K2O）养分资源数量分别达到776万t、249万t、1 342万t。从作物秸秆去向来看,作物秸秆还田、秸秆饲用、秸秆燃烧以及其他去向所占比例分别为24.3%、29.9%、35.3%和10.5%。从不同利用方式下作物秸秆养分还田情况来看,2006年中国作物秸秆氮、磷（P2O5）、钾（K2O）养分还田量分别达到304.6万t、175.6万t、966.7万t,占秸秆养分资源量的比例分别为39.3%、70.5%和72.0%,这表明秸秆还田比例及其养分还田比例仍然有很大的提升空间。     

中国农作物秸秆饲料化利用满足度和优势度分析

农作物秸秆饲料化利用作为农作物秸秆利用途径之一,为奶牛、肉牛和肉羊饲养提供充足的粗饲料,能保障“节粮型”畜牧业的发展。该文以中国31个省市的农作物秸秆饲料为研究对象,对2008－2013年各省市农作物秸秆饲料化利用量、反刍动物农作物秸秆饲料需求量进行计算,并求出农作物秸秆饲料化满足度和优势度。结果表明：1）2008－2013年,中国农作物秸秆饲料化利用量和反刍动物农作物秸秆饲料需求量均呈现增长趋势,2013年分别达到16895.12和12568.36万t。东北地区、黄淮海地区、长江中下游地区和六大牧区中内蒙古和四川为农作物秸秆饲料化利用量高的地区。东北地区、黄淮海地区、西南地区和六大牧区中内蒙古、四川、西藏、甘肃和新疆为反刍动物农作物秸秆饲料需求量多的地区。2）2008－2013年,中国农作物秸秆饲料化满足度呈波动增长的趋势,2013年满足度达到了134.43%,意味着从全国范围来看,农作物秸秆饲料化利用量满足反刍动物秸秆饲料需求,但呈现“东高西低”情况。六大农区中的黄淮海地区和东北地区、六大牧区中的内蒙古和四川农作物秸秆饲料化利用与其他地区相比更具有优势。3）六大农区中的黄淮海地区和东北地区、六大牧区中的内蒙古和四川为农作物秸秆饲料化利用发展核心地区。该研究为分析中国“节粮型”畜牧业发展现状提供基础资料。     

我国主要粮食作物秸秆钾养分资源量及还田替代钾肥潜力

  【目的】  粮食作物秸秆中钾养分含量及其还田后的当季释放率均较高，调查我国主要粮食作物秸秆钾养分资源量，为秸秆还田条件下农田钾素养分管理提供科学依据。  【方法】  基于最新统计数据和文献资料，采用草谷比法估算了我国不同省份和农区主要粮食作物秸秆的钾养分资源量，及其在还田条件下的钾肥替代潜力。  【结果】  2015—2017年在我国主要粮食作物种植区域，水稻、小麦和玉米秸秆的年均产量分别为23212万t、17083万t和39918万t，三大粮食作物秸秆主要分布于华北、长江中下游和东北农区，分别占全国总量的33.6%、25.4%和22.8%。水稻、小麦和玉米秸秆可以提供的年均钾养分资源量分别为529万t、216万t和568万t，长江中下游、华北和东北农区三大粮食作物秸秆钾养分资源量居于全国前列，分别占全国总量的30.4%、28.2%和22.0%。各省单位耕地面积水稻秸秆还田当季可提供的钾养分量均较高，为K₂O 115.0～209.5 kg/hm2。小麦秸秆还田替代钾肥潜力较大的省份有河南、河北、山东、安徽和江苏，占全国小麦总播种面积的71.1%，钾肥替代潜力为K₂O 82.3～97.1 kg/hm2。对玉米秸秆还田来说，其钾肥替代潜力为K₂O 67.2～170.7 kg/hm2。从全国范围来看，单位耕地面积水稻、小麦和玉米秸秆还田当季可提供钾养分量分别为 K₂O 152.6、82.4和124.4 kg/hm2。  【结论】  我国水稻、小麦和玉米秸秆还田当季可提供的钾养分量分别为K₂O 449万t、193万t和479万t。我国单位耕地面积水稻、小麦和玉米秸秆还田当季的钾肥替代潜力分别为K₂O 152.6、82.4和124.4 kg/hm2，充分利用秸秆资源，可基本满足我国粮食作物生产的钾素需求，维持土壤钾素平衡。     

基于MODIS和天地图遥感数据的区域作物秸秆产量估算方法

乡镇是秸秆焚烧最直接责任主体,开展镇(乡)区域农作物秸秆产生量估算方法研究,可为镇(乡)区域秸秆资源规划和收储设施选址提供有效方法。该文以泗洪县车门乡为试验,研究利用MODIS卫星遥感影像时间序列数据和天地图免费遥感影像数据,建立区域秸秆资源量及其空间分布的估算方法。根据天地图选取样本田块,通过网站获取MODIS-EVI时间序列数据,确定作物类型-EVI参数判别准则;选取图像识别样本田块,以图像参数为判别变量做判别分析,确定作物类型-图像参数判别准则。基于以上方法,完成全乡秸秆资源面积和秸秆产生量估算。水稻秸秆资源量1.77万t,可收集水稻秸秆资源量1.27万t,小麦秸秆资源量2.78万t,可收集小麦秸秆资源量为1.51万t;通过实际调研得知,该地水稻秸秆实际资源发生量约为1.82万t,小麦秸秆实际资源发生量约为2.75万t,估算数据和实际数据的误差仅为2.7%和1.1%,证明了该方法可以较准确的估算实际值,而且方便易用,节约成本。     

基于价值工程原理的乡村秸秆清洁供暖技术经济评价

秸秆供暖可促进秸秆综合利用,推进中国北方乡村清洁供暖。在深入调研和归纳总结现阶段秸秆清洁供暖技术现状的基础上,提出了具有较好应用前景的乡村秸秆清洁供暖典型模式,建立了其功能评价指标体系,并采用价值工程原理和层次分析法,对7种典型模式的技术经济性进行了评价。研究结果表明,在不考虑资源禀赋、交通运输、自然地理、经济社会发展水平等外部条件的情况下,热电联产供暖、热解联产分户供暖、捆烧锅炉集中供暖、热解联产集中供暖、成型燃料分户供暖、捆烧锅炉分户供暖和成型燃料集中供暖对应的价值系数依次为1.062、1.050、1.005、0.990、0.973、0.965、0.956。该研究可为指导秸秆乡村清洁供暖技术研发和应用推广提供重要借鉴。     

我国有机肥料资源及利用

本文对近30多年来我国有机肥料资源与利用资料进行了统计概算，分析了我国有机肥料基础资源量估算结果不一致的原因。统计结果表明，当前我国有机肥料基础资源每年约57亿t实物量，其中畜禽粪尿约38亿t (鲜)，人粪尿约8亿t (鲜)，秸秆约10亿t (风干)，绿肥约1亿t (鲜)，饼肥约0.2亿t (风干)。折合N约3000万t、P₂O₅约1300万t和K₂O约3000万t，N+P₂O₅+K₂O养分总量约7300万t。然而，我国有机肥料资源利用率较低，主要原因包括社会、经济、政策、技术及推广等多方面。有机肥料资源收集、贮存和加工过程中养分损失严重，不仅导致其利用率低，也成为农业源环境污染的根源。发展种养结合循环农业，加强有机肥料资源收集、加工和施用各个环节的技术开发和相关设施的标准化建设是目前解决其利用问题的关键。坚持政府补助的优惠鼓励政策，推行市场主体参与运行管理，建立有机肥料资源收集、加工和利用的完整产业与利益链条是有机肥料资源化高效利用的社会、经济和政策保障。