第 35卷 第 13期 農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報(bào) V ol.35 N o.13 218 2019年 7月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jul. 2019 中國農(nóng)作物秸稈綜合利用潛力研究霍麗麗 1 ，趙立欣 1 ，孟海波 1 ，姚宗路 2（1. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100125； 2. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081） 摘 要：針對秸稈分區(qū)布局規(guī)劃不完善，導(dǎo)致地區(qū)性、季節(jié)性、結(jié)構(gòu)性秸稈過剩，資源浪費(fèi)與環(huán)境污染問題突出，研究 秸稈綜合利用規(guī)劃理論，提出“一主多元、農(nóng)用優(yōu)先”秸稈綜合利用途徑。中國秸稈綜合利用潛力總量 8.76億 t，比 2015 年增加利用量 1.56億 t，其中秸稈肥料化、飼料化和能源化利用量分別增加 8 722.4萬 t、 5 122.3萬 t和 1 720.1萬 t。通過肥 料和飼料化利用，可直接和間接替代化肥潛力氮肥（N）1 481.6萬 t、磷肥（P 2 O 5 ）419 萬 t、鉀肥（K 2 O）1 885.1萬 t， 節(jié)本增效節(jié)約化肥成本約 685.9 億元（折合 98.5 元/t 秸稈）；通過能源化利用，可替代煤炭等化石能源 5 982.4 萬 t（標(biāo) 準(zhǔn)煤），可減排二氧化碳 1.5 億 t、二氧化硫 448.7 萬 t、氮氧化物 224.3 萬 t，煙塵 4068 萬 t，經(jīng)碳排放交易經(jīng)濟(jì)效益可 達(dá) 20.25億元（折合 16.9元/t秸稈），環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益顯著。 關(guān)鍵詞：秸稈；能源；肥料；飼料；綜合利用；規(guī)劃理論方法 doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.026 中圖分類號：TK6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1002-6819(2019)-13-0218-07 霍麗麗，趙立欣，孟海波，姚宗路. 中國農(nóng)作物秸稈綜合利用潛力研究J. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(13)：218224. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.026 http:/www.tcsae.org Huo Lili, Zhao Lixin, Meng Haibo, Yao Zonglu. Study on straw multi-use potential in China J. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(13): 218224. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.026 http:/www.tcsae.org 0 引 言 中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總量大，秸稈是農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物，也是寶 貴的生物質(zhì)資源，將秸稈資源變廢為寶，提高秸稈資源 的產(chǎn)業(yè)附加值，促進(jìn)種養(yǎng)良性循環(huán)和滿足村鎮(zhèn)清潔供暖 等民生之需。秸稈一直是中國農(nóng)業(yè)常用肥料、農(nóng)村居民 生活的主要燃料和大牲畜的主要飼料，少部分作為工業(yè) 原料和食用菌基料，多為粗放型利用。隨著工業(yè)化、城 鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化步伐不斷加快，秸稈的用途和利用方 式都發(fā)生了結(jié)構(gòu)性變化，秸稈肥料化利用比例增加，并 根據(jù)不同區(qū)域開展不同模式的秸稈還田的科學(xué)利用，秸 稈作為薪柴燃料的比例逐漸降低，用于飼料的需求明顯 提高，用于肥料、原料、基料、燃料的領(lǐng)域加快拓展， 精細(xì)化加工處理的需求越來越迫切。但是，由于秸稈分 區(qū)布局規(guī)劃不完善，秸稈多元規(guī)模利用的需求與規(guī)?；?工程應(yīng)用量不足的矛盾日益凸顯，導(dǎo)致地區(qū)性、季節(jié)性、 結(jié)構(gòu)性的秸稈過剩，違規(guī)焚燒現(xiàn)象屢禁不止，不僅浪費(fèi) 資源、污染環(huán)境，還嚴(yán)重威脅交通運(yùn)輸安全。 秸稈資源評價(jià)研究相關(guān)文獻(xiàn)較多，如崔明等對中國 主要農(nóng)作物秸稈資源能源化利用分析評價(jià) 1 ； 田宜水等研收稿日期：2019-03-01 修訂日期：2019-06-26 基金項(xiàng)目： “現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)資金資助” （CARS-02-31)；國家重 點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題（2017YFF021190401） 作者簡介：霍麗麗，高級工程師，博士，主要從事生物質(zhì)資源開發(fā)利用研究。 Email：huolili666126.com 通信作者：趙立欣，研究員，主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用研究。 Email：zhaolixin5092163.com 究了秸稈資源調(diào)查與評價(jià)方法，并制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 2 ；曹 志宏等 3 以質(zhì)量、 能量和谷物當(dāng)量 3種形態(tài)綜合核算中國 秸稈資源量。相關(guān)研究對一些區(qū)域秸稈利用進(jìn)行了利用 潛力分析， 如孫建飛等 4 江蘇省進(jìn)行了秸稈資源量估算及 利用潛力分析，方放等 5 對黃淮海地區(qū)農(nóng)作物秸稈資源分 布及利用結(jié)構(gòu)分析，馬秋穎等 6 對東北玉米秸稈利用方式 分析，成本效益排序?yàn)榻斩掞暳?gt;秸稈發(fā)電>秸稈糖醇。亟 需研究秸稈規(guī)劃理論方法來科學(xué)評價(jià)全國秸稈資源結(jié)構(gòu) 合理的五料化利用潛力。 本文通過研究秸稈綜合利用規(guī)劃理論，根據(jù)秸稈資 源品種和資源量、耕地與畜牧承載、產(chǎn)業(yè)布局等，提出秸 稈綜合利用評價(jià)方法，并基于 2015 年秸稈資源量，分區(qū) 域綜合評價(jià)秸稈肥料化、 飼料化、 能源化等秸稈利用潛力， 有效提高秸稈綜合利用水平， 為秸稈綜合利用提出分區(qū)域 規(guī)劃建議，為政府決策及產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供理論支撐。 1 規(guī)劃理論與評價(jià)方法 1.1 規(guī)劃理論 資源科學(xué)評價(jià)，明晰區(qū)域分布。對秸稈種類、資源 量、可利用量等進(jìn)行科學(xué)評價(jià)，分析各類秸稈區(qū)域分布 現(xiàn)狀，結(jié)合農(nóng)業(yè)、畜牧、能源等的發(fā)展及相關(guān)規(guī)劃，科 學(xué)評估秸稈五化利用途徑的資源潛力。 農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)資源永續(xù)?；诟刭|(zhì)量與 承載力，種養(yǎng)循環(huán)平衡發(fā)展等農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展理論，建 立與農(nóng)業(yè)環(huán)境相適應(yīng)的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，既充分合理利 用秸稈資源發(fā)展農(nóng)業(yè)和能源生產(chǎn)，又能保障秸稈資源增 值，使資源得到永續(xù)利用。 農(nóng)業(yè)資源循環(huán)利用工程·第 13期 霍麗麗等：中國農(nóng)作物秸稈綜合利用潛力研究 219 規(guī)劃系統(tǒng)全面，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。遵循循環(huán)經(jīng)濟(jì)的“減 量化-再利用-再循環(huán)”3R（reduction-reuse-recycling）發(fā) 展理念，進(jìn)行秸稈綜合利用科學(xué)系統(tǒng)規(guī)劃，合理配置秸 稈的多元利用途徑，由過去傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、 新能源、工業(yè)領(lǐng)域轉(zhuǎn)變，充分發(fā)揮秸稈利用的多功能和 高效率，大幅度提高秸稈資源的產(chǎn)業(yè)附加值，經(jīng)濟(jì)、生 態(tài)和環(huán)境效益并重，實(shí)現(xiàn)綜合效益顯著提升。 堅(jiān)持農(nóng)業(yè)優(yōu)先、農(nóng)工復(fù)合利用。合理安排“五料化” 利用優(yōu)先時(shí)序，堅(jiān)持秸稈綜合利用與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合， 避免資源競爭或資源不足，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)種植、畜牧養(yǎng)殖、 農(nóng)村能源、工業(yè)生產(chǎn)相互協(xié)調(diào)、促進(jìn)。 市場需求導(dǎo)向、原料保障供應(yīng)。充分發(fā)揮市場在資 源配置的約定性作用，建立以市場為導(dǎo)向，企業(yè)為主體、 農(nóng)民參與的長效機(jī)制。以新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體為依托，提 高秸稈收儲運(yùn)專業(yè)化水平，建立秸稈存儲站，配備專業(yè) 化收儲運(yùn)裝備，建立專業(yè)的收儲運(yùn)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)秸稈 收儲運(yùn)的專業(yè)化和市場化，保障秸稈后續(xù)利用。 1.2 評價(jià)方法 基于耕地地力與承載力、種養(yǎng)循環(huán)、競爭性利用等 研究，綜合考慮秸稈培肥地力、草食飼料穩(wěn)定供應(yīng)等因 素，結(jié)合區(qū)域資源稟賦，堅(jiān)持“一主多元、農(nóng)用優(yōu)先” 秸稈綜合利用途徑， “一主”即以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與農(nóng)村能源利 用為主，在滿足農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)需求，以及農(nóng)村用能的基 礎(chǔ)上， “多元”即科學(xué)引導(dǎo)因地制宜，推動(dòng)秸稈向肥料、 飼料、燃料、基料與原料等多元循環(huán)方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)“市 場用戶需求導(dǎo)向、原料供應(yīng)持續(xù)保障、農(nóng)工復(fù)合高效利 用、綜合效益顯著提升”的秸稈綜合利用模式。 1）秸稈肥料化利用潛力 1 n FKj i PP i j F （，） 式中 F P 為秸稈肥料化利用潛力，萬 t； K P ij （，） 為第 i種 農(nóng)作物秸稈在第 j 省的可收集資源量，萬 t；F j 為第 j 省 的農(nóng)作物秸稈肥料化還田利用比率。 2）秸稈飼料化利用潛力 1 n Scj i PQSijCMj （，） （） 式中 P S 為秸稈飼料化利用潛力，萬 t； Q為牛單位草食飼 料需求量，kg/（頭·d） ； c Sij （，） 為第 i種草食牲畜在第 j 省的存欄量，萬頭（只） ；C j 為草食飼料需求量牛當(dāng)量； M j （） 為第 j省的干草產(chǎn)量，萬 t。 3）秸稈能源化、基料化或原料化利用潛力 1 n Yy i PP i j （，） 式中 Y P 為秸稈能源化、基料化或原料化利用潛力，萬 t； P y （i，j）為第 i 種農(nóng)作物秸稈在第 j 省的秸稈能源化、 基料化或原料化途徑的利用量，萬 t。 1.3 數(shù)據(jù)來源 全國各省秸稈理論資源量、可收集資源量、利用量 數(shù)據(jù)來源于 2016 年度全國農(nóng)村可再生能源統(tǒng)計(jì)。 2 秸稈資源量與綜合利用現(xiàn)狀 2015 年底， 全國農(nóng)作物秸稈產(chǎn)生總量 10.4億 t， 其中， 可收集資源量 9 億 t。按秸稈種類分玉米、水稻、小麥三 大類作物秸稈可收集量分別達(dá)到 3.61、1.97、1.55 億 t， 占秸稈可收集總量的 79.2%；按區(qū)域分，華東、東北、華 中區(qū)域秸稈資源量大， 可收集總量 5.3億 t， 占全國的 59%。 2015 年秸稈利用量達(dá)到 7.2億 t，秸稈綜合利用率達(dá) 到 80.1%，詳見表 1。秸稈肥料化、飼料化、燃料化、原 料化、 基料化利用率分別為 43.2%、 18.8%、 11.4%、 2.7%、 4.0%，其中肥料、飼料、基料占比 66%，形成了肥料化、 飼料化等農(nóng)用為主。各區(qū)域秸稈利用，華中、華東區(qū)以 肥料化利用為主；華北、西北區(qū)以肥料、飼料結(jié)合；華 南區(qū)肥料、燃料結(jié)合；東北農(nóng)區(qū)和西南農(nóng)區(qū)則是肥料、 飼料和燃料穩(wěn)步推進(jìn)，形成多元化利用格局。 表1 不同區(qū)域秸稈綜合利用率 Table 1 Comprehensive utilization of straw in different regions % 秸稈利用率 Utilization 地區(qū) Region 可收集資 源量占比 Collectable energy ratio 肥料 Fertilizer 飼料 Feed 基料 Base 燃料 Fuel 原料 Raw material 未利用率 Unutilized rate 東北區(qū) Northeast China 19.09 28.8 17.8 0.5 13.5 2.5 36.9 華北區(qū) North China 12.53 37.9 33.5 12.3 5.8 1.0 9.5 華中區(qū) Central China 16.66 53.6 12.3 2.3 9.8 3.9 18.1 華東區(qū) East China 23.21 54.6 12.7 4.7 10.9 2.6 14.5 華南 South China 7.12 39.8 7.3 2.9 21.9 4.8 23.2 西北區(qū) Northwest China 12.23 43.2 29.1 3.1 5.9 2.0 16.7 西南區(qū) Southwest China 9.16 35.2 22.9 3.2 18.4 3.1 17.2 全國 Total 100 43.2 18.8 4.0 11.4 2.7 19.9 小麥、水稻秸稈以肥料化利用為主，利用率分別為 63.1%和 55.2%；薯類秸稈以飼料化利用為主，利用率 57.4%；玉米秸稈以肥料化、飼料化利用為主，利用率分 別為 35%和 29.2%； 豆類秸稈以肥料化、 飼料化利用為主， 利用率分別為 22.1%和 31.2%；花生秸稈飼料化、燃料化 并重，利用率分別為 16.9%和 26.0%；棉花、油菜、甘蔗 秸稈則以肥料化、燃料化利用為主。水稻秸稈主要分布 在華中、華東、東北區(qū)，包括湖南、江蘇、湖北、四川、 安徽和黑龍江等省份。小麥秸稈主要分布在華中、華東、 華北區(qū)，包括河南、山東、河北、江蘇和安徽等省份。 玉米秸稈主要分布在東北、華北、華東區(qū)，包括黑龍江、 吉林、河北、山東、河南、內(nèi)蒙古和遼寧等省份。油菜 主要分布在華中、西南、華東區(qū)，包括湖北、四川、山 東、安徽、湖南和江蘇等省份。棉花秸稈主要分布在西 北、華東、華中區(qū)，包括新疆、山東和湖北等省份。薯農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)（http:/www.tcsae.org） 2019年 220 類秸稈主要分布在西南區(qū)，包括重慶、四川、貴州等省 份。豆類秸稈主要分布在東北和華北區(qū)的黑龍江和內(nèi)蒙 古等省份。甘蔗秸稈主要分布在華南和西南區(qū)的廣西、 廣東和云南等省份。 3 秸稈綜合利用潛力 3.1 秸稈肥料化利用 秸稈肥料化利用主要為直接還田，2015 年還田總量 為 3.89 億 t，平均單位面積還田量為 13.4 kg/hm 2 。華東、 華南和西北區(qū)秸稈肥料化利用較高，分別為 17.5、18.0 和 18.2 kg/hm 2 ，分別占秸稈可收集量的 54.6%、 39.8%和 43.2%，華中區(qū)、華北區(qū)、東北區(qū)分別為 14.4、11.1 和 10.6 kg/hm 2 ，分別占秸稈可收集量的 53.6%、37.9%和 28.8%，西南區(qū)秸稈肥料化利用量較少，為 6.7 kg/hm 2 ， 占秸稈可收集量的 35.2%。 秸稈還田后在土壤中分解，能有效提高土壤有機(jī)質(zhì) 含量和肥料利用率，改良土壤結(jié)構(gòu)和物理性狀，綜合改 善土壤水、肥、氣、熱等方面的生態(tài)效益 7 。相關(guān)研究表 明，秸稈還田能夠顯著增加小麥產(chǎn)量，與秸稈不還田相 比可增產(chǎn) 2.75%。 在秦嶺淮河一線南北地區(qū)秸稈還田的 最佳條件為實(shí)行免耕與翻耕交替耕作方式，采用玉米秸 稈半量還田方法，施氮水平為 200300 kg/hm 28 。 2013 2015 年在寧夏灌區(qū)春玉米-水稻-春玉米輪作體系 下，合理的秸稈還田量應(yīng)控制在 16.723.3 kg/hm 2 之間， 以達(dá)到作物增產(chǎn)和土壤培肥的雙重目標(biāo) 9 。黃淮海小麥玉 米輪作地區(qū)單季秸稈還田能維持較高的土壤生產(chǎn)力，同 時(shí)提供大量秸稈的飼料化、能源化和原料化多元利用 10 。 根據(jù)以上研究， 秸稈肥料化利用占總量的一半為宜， 未超過 50%的按 50%計(jì)，超過區(qū)域按現(xiàn)有還田量計(jì)。經(jīng) 測算，全國單位面積秸稈還田量為 16.4 kg/hm 2 ，秸稈肥 料化利用總量可達(dá) 4.76 億 t，秸稈肥料化利用潛力可增 加 8 722.4 萬 t。不同區(qū)域秸稈肥料化增加量見表 2。東 北 區(qū)秸稈肥料化增加潛力較大，其次為華北和西南區(qū)。 表2 不同區(qū)域秸稈肥料化利用潛力 Table 2 Straw fertilization utilization potential 地區(qū) Region 2015年秸稈還田量 Return to field 2015/ (10 4t) 單位面積還田量 Unit returned to field/（kg·hm -2 ） 肥料化利用潛力 Fertilizer utilization potential/ (10 4t) 增加潛力 Increased potential/ (10 4t) 東北區(qū) Northeast China 4 943.4 10.6 8 586.7 3 643.3 華北區(qū) North China 4 276.0 11.1 5 636.8 1 360.8 華中區(qū) Central China 8 033.9 14.4 8 033.9 0.0 華東區(qū) East China 11 413.2 17.5 11 413.2 0.0 華南區(qū) South China 2 552.6 18.0 3 203.1 650.5 西北區(qū) Northwest China 4 751.2 18.2 6 601.2 1 850.0 西南區(qū) Southwest China 2 905.5 6.7 4 123.0 1 217.5 全國 Total 38 875.5 13.4 47 597.9 8 722.43.2 秸稈飼料化利用 2015 年，全國秸稈飼料化利用總量 1.69 億 t，占秸 稈可收集資源量的 18.8%。根據(jù)中國統(tǒng)計(jì)年鑒，全國牛、 馬、驢、騾等大牲畜年底數(shù)量 1.22 億頭、羊存欄量 2.28 億只，草食飼料需求量 8 kg/d（頭牛當(dāng)量） ，牛的草食飼料 是羊的 5倍計(jì)算 11-13 ，全國年干草產(chǎn)量 31 746萬 t 14 ，能 夠滿足草食飼料需求量的 59.1%，干草產(chǎn)量折合 4.73 kg/d （頭牛當(dāng)量） ，按照現(xiàn)有養(yǎng)殖量估計(jì)，秸稈飼料需求量 3.27 kg/d（頭牛當(dāng)量） ，年秸稈飼料化利用總量可達(dá) 2.2 億 t，秸稈飼料化利用增加潛力 5 122.3 萬 t。 中國牧草資源分布極不均勻，主要分布在內(nèi)蒙古、 新疆、四川、西藏、青海、云南、甘肅等省。據(jù)測算， 全國干草產(chǎn)量可滿足飼草需求量的 59.1%。西南、西北地 區(qū)的干草產(chǎn)量占飼草需求量的 92.3%、80.9%，華北、華 南地區(qū)的干草產(chǎn)量占飼草需求量的 70.7%和 48.1%。 華東、 華中、 東北地區(qū)干草產(chǎn)量僅占飼草需求量的 14.9%、 16.2% 和 23.5%。 西北、華北和西南區(qū)干草和秸稈飼料量可滿足現(xiàn)有 草食畜牧需求。華中、華東、華南、東北地區(qū)干草和秸 稈飼料量僅滿足草食畜牧需求量的 42.8%、 63.7%、 66.7% 和 76%。全國秸稈飼料比例約占畜牧養(yǎng)殖飼草需求量的 40%，其中，東北區(qū)秸稈飼料比例占 52.5%，華北和華東 區(qū)占比超過 40%。 目前，基于 2015 年全國各區(qū)域的干草產(chǎn)量和秸稈飼 料利用量測算，見表 3。華北、西北和西南區(qū)的飼草自給 率超過了 100%，可適當(dāng)降低秸稈飼料利用量。東北區(qū)、 華東區(qū)和華南區(qū)飼草自給率分別為 76%、 63.7%和 66.7%， 可提高秸稈飼料量。華中區(qū)飼草自給率最低，為 42.8%， 應(yīng)大幅增加秸稈飼料利用量。總體而言，全國秸稈飼草 增加潛力為 5 122.3 萬 t。 3.3 秸稈能源化利用 2015 年，全國秸稈能源化利用量 1.03 億 t，秸稈規(guī) 模化能源利用量約 2 740萬 t，包括生產(chǎn)生物質(zhì)成型燃料 年利用量 800 萬 t，農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電量 260 萬 kW，生物 天然氣年利用量約 50 億 m 3 。 秸稈作為薪柴用于戶用炊事 取暖利用量約 7 546 萬 t。秸稈作為生物質(zhì)能源原料，含 有豐富的碳、氫和氧等養(yǎng)分，具有資源豐富和清潔環(huán)保 等優(yōu)點(diǎn)，可轉(zhuǎn)化為成型燃料、生物天然氣、發(fā)電等，直 接替代煤炭、天然氣等化石能源，為村鎮(zhèn)等分散區(qū)域清 潔用能提供有效途徑。 秸稈能源化利用潛力分析，以秸稈為原料，生物質(zhì) 發(fā)電量、生物天然氣、成型燃料占 50%計(jì)；秸稈產(chǎn)氣潛 力按 300 m 3 /kg 計(jì)； 1 t 生物質(zhì)成型燃料利用秸稈量按 1.2 t 計(jì)；近年來，全國秸稈集中供暖等規(guī)?；茉蠢弥饾u 增加，直接作為戶用薪柴使用量逐年降低 15 ，根據(jù)不同區(qū) 域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和用能習(xí)慣不同，本文假設(shè)東北、西北 和西南區(qū)降低幅度按 10%計(jì)， 其他區(qū)域降低幅度按 20%計(jì)。 根據(jù)十三五可再生能源規(guī)劃，到 2020 年，生物質(zhì)成型燃 料年利用量 3 000萬 t，農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電量 700萬 kW，生 物天然氣年利用量約 80 億 m 3 ，據(jù)測算，秸稈規(guī)模化能源 利用量將達(dá)到 5 615萬 t，詳見表 4。由此，秸稈規(guī)?；艿?13期 霍麗麗等：中國農(nóng)作物秸稈綜合利用潛力研究 221 源利用增加潛力 2 875萬 t。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷增加，農(nóng) 村居民用能品質(zhì)提升，以及大氣環(huán)境保護(hù)要求，秸稈作為 薪柴用于炊事取暖比例將逐漸降低，秸稈能源化利用潛力 總量可達(dá) 12 006萬 t， 秸稈能源化利用增加潛力 1 720萬 t。 3.4 秸稈綜合利用潛力分析 根據(jù)現(xiàn)有秸稈利用相關(guān)規(guī)劃和政策，以 2015 年可收 集資源量為基準(zhǔn)，假設(shè)全國秸稈可收集資源量 9 億 t 基本 保持穩(wěn)定， 秸稈基料化利用量 3 592.2萬 t和原料化利用量 2 450.6 萬 t基本保持穩(wěn)定。全國農(nóng)作物秸稈綜合利用總 量 8.76 億 t，利用率可達(dá) 97%，見表 5。除西南區(qū)外， 其他區(qū)域秸稈利用率均超過 90%，其中，華中區(qū)秸稈利 用需求潛力大于該區(qū)域秸稈可收集資源量，主要原因是 畜牧養(yǎng)殖業(yè)與飼草資源不匹配，為滿足牛羊等飼草需 求，秸稈飼料量應(yīng)大幅提高，飼草缺口 1 556.8 萬 t。西 南區(qū)秸稈綜合利用率為 87%，可適當(dāng)加大還田比例，促 進(jìn)秸稈全量利用。 表3 不同區(qū)域秸稈飼料化利用潛力 Table 3 Straw feed utilization potential in different regions 地區(qū) Regions 大牲畜存欄量 Large herbivore breeding stock/10 4羊存欄量 Sheep breeding stock/10 4飼草需求量 Forage demand/10 4 t 干草產(chǎn)量 Hay production/ 10 4 t 秸稈飼料利用 量 Straw feed consumption/ 10 4 t 飼草自給率 Forage self-sufficiency rate/% 秸稈飼料增 加量 Increase in straw feed/10 4 t 預(yù)計(jì)秸稈飼 料利用總量 Estimated total straw feed/10 4 t 秸稈占飼 草需求總 量比例 Straw ratio to total feed demand/% 東北區(qū) Northeast China 1 544.2 2 257.3 5 827.3 1 370.2 3 060.0 76.0 1 397.1 4 457.1 76.5 華北區(qū) North China 1 547.9 8 346.8 9 394.4 6 645.8 3 771.2 110.9 1 022.6 2 748.6 29.3 華中區(qū) Central China 1 795.5 2 937.8 6 958.5 1 124.8 1 850.1 42.8 3 983.6 5 833.7 83.8 華東區(qū) East China 1 119.1 3 671.3 5 411.8 806.8 2 642.9 63.7 1 962.1 4 605.0 85.1 華南區(qū) South China 806.1 310.8 2 535.3 1 220.4 470.3 66.7 844.6 1 314.9 51.9 西北區(qū) Northwest China 1 962.7 8 659.9 10 788.5 8 729.3 3 199.0 110.6 1 139.8 2 059.2 19.1 西南區(qū) Southwest China 3411 4 916 12 831.1 11 849.4 1 884.3 107.0 902.6 981.7 7.7 全國 Total 12 186.5 31 099.9 53 746.9 31 746.7 16 877.9 90.5 5 122.3 22 000.2 40.9 表4 不同區(qū)域秸稈能源化利用潛力 Table 4 Straw energy utilization potential in different regions 2015 年 秸稈能源化利用潛力 Energy utilization potential 地區(qū) Regions 能源化利用總 量 Total energy utilization/ 10 4 t 規(guī)模化能源利 用量 Scale energy utilization/ 10 4 t 作為薪柴用量 Used as fuelwood/ 10 4 t 生物質(zhì)發(fā)電 量 Biomass power/ 10 4 kW 生物天燃?xì)?Biomethane/ 10 8 m 3生物質(zhì)成型 燃料 Biomass briquette/10 4 t 規(guī)?；茉?利用量 Scale energy utilization/ 10 4 t 作為薪柴用 量 Used as fuelwood/ 10 4 t 能源化利用 總量 Total energy utilization/ 10 4 t 能源化利用 增加量 Increase of energy utilization/ 10 4 t 東北區(qū) Northeast China 2 324 441 1 883 100 18 450 1 194 1 567 2 762 438 華北區(qū) North China 658.2 491 167 120 11 600 969 148 1 117 459 華中區(qū) Central China 1 465.6 681 785 140 16 900 943 804 1 747 282 華東區(qū) East China 2 271.6 640 1 632 210 16 600 1 251 1 329 2 580 308 華南區(qū) South China 1 401.8 297 1 105 65 2 450 504 925 1 429 27 西北區(qū) Northwest China 648.3 114 535 35 11 100 427 396 823 175 西南區(qū) Southwest China 1 516.5 76 1 440 30 6 100 326 1 222 1 548 31 全國 Total 10 285.7 2 740 7 546 700 80 3200 5 615 6 391 12 006 1 720 表5 不同區(qū)域秸稈綜合利用潛力 Table 5 Comprehensive utilization potential of straw in different regions 地區(qū) Regions 秸稈綜合利用潛力 Comprehensive utilization potential/10 4 t 可收集資源量 Collectable resources/10 4 t 綜合利用率 Comprehensive utilization rate/% 增加潛力合 計(jì) Increase total potential/10 4 t 利用率增加 幅度 Increase margin/% 肥料利用增加 潛力 Increase in fertilizer utilization/10 4 t 飼料利用增加 潛力 Increase in feed utilization/ 10 4 t 燃料利用增加潛 力 Increase in fuel utilization/10 4 t 東北區(qū) Northeast China 16 319.4 17 173.4 95.0 5 478.0 31.9 3 643.3 1 397.1 437.5 華北區(qū) North China 11 000.1 11 273.6 97.6 797.2 7.1 1 360.8 1 022.6 459.0 華中區(qū) Central China 16 542.7 14 986.8 110.4 4 265.4 28.5 0.0 3 983.6 281.8 華東區(qū) East China 20 124.2 20 887.1 96.3 2 270.5 10.9 0.0 1 962.1 308.5 華南區(qū) South China 6 439.2 6 406.2 100.5 1 521.9 23.8 650.5 844.6 26.8 西北區(qū) Northwest China 10 046.6 11 002.0 91.3 885.0 8.0 1 850.0 1 139.8 174.9 西南區(qū) Southwest China 7 174.6 8 246.0 87.0 346.2 4.2 1 217.5 902.6 31.4 全國 Total 87 646.7 89 975.0 97.4 15 564.8 17.3 8 722.4 5 122.3 1 720.1 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)（http:/www.tcsae.org） 2019年 222 根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)方法16，秸稈肥料化的氮（N） 、磷 （P 2 O 5 ） 、鉀（K 2 O）理論養(yǎng)分資源替代化肥潛力分別為 434.5、 137.5和 796.3萬 t，不同區(qū)域化肥替代潛力見表 6。 水稻、小麥、玉米、大豆、等主要作物理論 N、 P 2 O 5 和 K 2 O 等需求量分別為 1 500、 600、 1 700萬 t， 需求比例為 1： 0.4： 1.2（N：P 2 O 5 ：K 2 O） ，秸稈肥料化利用能夠直接替代化肥 需求量的 29%、22.9%和 46.8%。 奶牛與肉牛養(yǎng)殖比例按 3:7 計(jì)；奶牛糞便中產(chǎn)生量 24 kg/（頭·d） 、尿液產(chǎn)生量 12.4 kg/（頭·d） ，肉牛糞便產(chǎn) 生量 13.63 kg/（頭·d） 、尿液產(chǎn)生量 8.43 kg/（頭·d） 。牛 糞便中氮（N）質(zhì)量分?jǐn)?shù) 4 kg/t、磷（P 2 O 5 ）質(zhì)量分?jǐn)?shù) 2.7 kg/t、鉀（K 2 O）質(zhì)量分?jǐn)?shù) 2.2 kg/t；牛尿液中氮（N）質(zhì) 量分?jǐn)?shù) 7.8 kg/t、磷（P 2 O 5 ）質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.6 kg/t、鉀（K 2 O） 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 12 kg/t。羊糞便產(chǎn)生量 0.69 kg/（只·d） 、尿液產(chǎn) 生量 0.41 kg/（只·d） ，羊糞便中氮（N）質(zhì)量分?jǐn)?shù) 7.5 kg/t、 磷（P 2 O 5 ）質(zhì)量分?jǐn)?shù) 2.6 kg/t、鉀（K 2 O）質(zhì)量分?jǐn)?shù) 4 kg/t， 羊尿液中氮（N）質(zhì)量分?jǐn)?shù) 14 kg/t、磷（P 2 O 5 ）質(zhì)量分?jǐn)?shù) 1.96 kg/t、鉀（K 2 O）含量未計(jì) 17-18 。通過飼料化過腹還田 秸稈資源潛力 2.2億 t，草食畜牧養(yǎng)殖總量 4.33 億頭（只） ， 糞污產(chǎn)生總量約 14.5億 t， 其中糞便 8.2億 t、 尿液 6.3億 t。 糞污中氮（N） 、磷（P 2 O 5 ） 、鉀（K 2 O）理論養(yǎng)分替代化肥 潛力分別為 1 047.1、281.5和 1 088.7萬 t。 通過肥料和飼料化利用，秸稈綜合利用可直接和間 接替代化肥潛力分別為氮肥 （N） 1 481.6 萬 t、 磷肥 （P 2 O 5 ） 419 萬 t、鉀肥（K 2 O）1 885.1 萬 t（表 6） 。肥料出廠價(jià) 按照尿素 1 571 元/t、磷酸二胺 2 500 元/t、氯化鉀 2 500 元/t 計(jì)算 19-21 ，可節(jié)本增效節(jié)約化肥購置成本約 685.9 億 元，折合單位秸稈替代化肥節(jié)約成本 98.5 元/t 秸稈。 秸稈按發(fā)熱量 14.6 MJ/kg 計(jì) 22 ，標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量 29.3 MJ/kg，秸稈能源化利用 1.2 億 t，可替代煤炭等化 石能源 5 982.4萬 t標(biāo)準(zhǔn)煤，可減排二氧化碳 1.5億 t、二氧 化硫 448.7萬 t、 氮氧化物 224.3萬 t， 煙塵 4 068萬 t （表 7） 。 按碳排放交易計(jì)算，交易價(jià)格浮動(dòng) 11.675.1 元/t，按 13.5 元/t 計(jì)（ 2017 年以來最低價(jià)格） 23 ， CO 2 減排的經(jīng)濟(jì)效益 可達(dá) 20.25億元，折合單位秸稈碳排放增加收益 16.9 元/t 秸稈，環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益顯著。 表6 秸稈綜合利用直接或間接替代化肥潛力 Table 6 Potential of direct or indirect substitution of chemical fertilizer 10 4 t 直接替代化肥潛力 Potential of direct substitution of chemical fertilizers 間接替代化肥潛力 Potential of indirect substitution of chemical fertilizers 地區(qū) Regions 肥料化利用量 Fertilizer utilization N P 2 O 5K 2 O 飼料化利用量 Feed utilization 糞便產(chǎn)生量 Fecal production 尿液產(chǎn)生量 Urine production 糞污產(chǎn)生總量 Total excrement production N P 2 O 5 K 2 O 東北區(qū) Northeast China 8 587 79.1 26.1 131.2 4 457.1 10 004 7 722 17 726 123.6 33.7 136.3 華北區(qū) North China 5 637 69.4 22.2 110.1 2 748.6 11561 8 651 20 211 156.8 40.8 142.7 華中區(qū) Central China 8 034 67.3 20.9 132.7 5 833.7 11 711 9 025 20 737 145.4 39.6 158.8 華東區(qū) East China 11 413 94.7 29.0 184.9 4 605.0 7 763 5 901 13 664 100.6 26.8 100.8 華南區(qū) South China 3 203 29.6 9.2 60.3 1 314.9 5 004 3 901 8 905 59.8 16.6 70.3 西北區(qū) Northwest China 6 601 56.1 17.8 99.5 2 059.2 14 174 10 681 24 855 188.4 49.5 179.0 西南區(qū) Southwest China 4 123 38.4 12.3 77.5 981.7 22 081 17 047 39 128 272.6 74.4 300.9 全國 Total 47 598 434.5 137.5 796.3 22 000.2 82 298 62 928 145 226 1 047.1 281.5 1 088.7表7 秸稈綜合利用能源替代潛力及污染物減排量 Table 7 Straw energy substitution potential and pollutant emission reduction 減排量 Reduction of emissions/10 4 t 地區(qū) Regions 能源化利用 量 Energy utilization/ 10 4 t 折合標(biāo)煤 Converted into standard coal/10 4 t CO 2SO 2NO x煙塵 Particulates 東北區(qū) Northeast China 2 762 1 376.1 3 440.1 258.0 9.7 6.6 華北區(qū) North China 1