基于能量轉(zhuǎn)化的河南省作物秸稈養(yǎng)畜潛力研究

曹志宏

(鄭州輕工業(yè)學(xué)院經(jīng)濟與管理學(xué)院，鄭州 425000)

0 引言

當(dāng)人均GDP達(dá)到5 000美元時，畜產(chǎn)品消費增長較快［1］。2011年河南省人均GDP達(dá)28 660.71元，按照當(dāng)年匯率折合4 539.95美元/人，因此，全省正面臨著居民食物消費結(jié)構(gòu)的重大轉(zhuǎn)折。由于畜產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中伴隨著大量的能量損耗，居民食品消費結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級必然對飼料糧和農(nóng)業(yè)資源需求產(chǎn)生重大影響［2］。黨的十八大報告提出:“增強農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，確保國家糧食安全和重要農(nóng)產(chǎn)品有效供給”。秸稈養(yǎng)畜是應(yīng)對河南省農(nóng)業(yè)資源有限、飼料原料短缺、畜產(chǎn)品消費日益增長和地少人多的省情以及集約高效提高農(nóng)業(yè)資源生產(chǎn)能力、實現(xiàn)緩解糧食需求矛盾和保障畜產(chǎn)品充分供給的有效途徑。

國內(nèi)外學(xué)者一般利用草谷比系數(shù)法間接估算秸稈資源數(shù)量，其核算方法涉及到秸稈資源的理論資源量［3-8］、可收集量［9-11］和利用潛力［12-13］3 個層次。從理論上講，利用潛力分別計量了秸稈資源收割、收集和運輸?shù)纫蛩貙怂憬Y(jié)果的影響。因此，秸稈利用潛力核算結(jié)果更接近其實際利用價值。目前，飼料化在我國秸稈利用方式中所占的比重最高，但其利用潛力定量估算方面研究較少，以重量形態(tài)分析我國適宜飼料加工的秸稈資源利用潛力核算研究工作更少［10，14］。同時，由于學(xué)者各自研究目的不同，估算秸稈種類、估算時間和草谷比取值等諸多方面也不盡相同，其利用潛力估算結(jié)果差異較大。學(xué)者們一般根據(jù)實踐經(jīng)驗定性判斷秸稈與飼料糧之間的重量轉(zhuǎn)換關(guān)系而核算其實物利用價值［15-16］，如王海波以4 t普通秸稈的營養(yǎng)價值與1 t糧食相當(dāng)，進而計算中國秸稈養(yǎng)畜每年可以節(jié)約1.6億t以上飼料糧［14］。這些數(shù)據(jù)雖然說明了秸稈資源在畜牧業(yè)發(fā)展中具有非常重要的利用價值，但是，由于秸稈類型不同，其組成成分、營養(yǎng)價值和飼料轉(zhuǎn)化率也存在較大差異，因此，僅以重量形態(tài)研究秸稈利用潛力具有一定的局限性，致使其核算結(jié)果缺乏嚴(yán)密的邏輯性和精確性，秸稈養(yǎng)畜利用潛力估算體系需要進一步改善。鑒于此，本研究基于能量轉(zhuǎn)換視角定量分析河南省秸稈養(yǎng)畜潛力。

1 秸稈養(yǎng)畜及其節(jié)糧潛力核算體系

1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源

作物秸稈是指農(nóng)作物籽實收獲后的植株部分，是傳統(tǒng)籽粒生產(chǎn)模式下的副產(chǎn)品。秸稈適宜飼料加工的作物類型主要包括各類糧食、油料、糖料、蔬菜和瓜果等，草谷比系數(shù)［8，12］、可收集系數(shù)［12］和能量轉(zhuǎn)換率［17］等各參數(shù)取值具體詳見表1。其農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、農(nóng)作物的產(chǎn)量部分來自2007—2013年的《河南統(tǒng)計年鑒》。

表1 秸稈養(yǎng)畜能量估算體系各參數(shù)取值Tab.1 Values of parameter in livestock potential estimation system of crop straw

1.2 核算體系

1.2.1 秸稈資源的理論量。秸稈資源的理論量是指理想狀態(tài)下按某地區(qū)每年可能生產(chǎn)秸稈資源量的最大值，依據(jù)草谷比系數(shù)法，其數(shù)值可通過農(nóng)作物產(chǎn)量與草谷比系數(shù)之積間接獲得。

1.2.2 秸稈資源的可收集量。作物秸稈在收割、收集和運輸過程中會有一定的損失，其可收集資源量是指秸稈在從田間實際收集中可供利用的最大量，其數(shù)值可通過以上理論資源量與其收集系數(shù)的乘積獲得。

1.2.3 秸稈可利用量。目前，秸稈的利用方式多種多樣，因而，秸稈可利用量估算應(yīng)考慮秸稈資源的競爭性用途。秸稈養(yǎng)畜延伸出養(yǎng)殖廢棄物的資源化利用產(chǎn)業(yè)鏈條，完全符合循環(huán)經(jīng)濟的利用原則，充分發(fā)揮物質(zhì)和能量的最大潛能，實現(xiàn)秸稈養(yǎng)殖、秸稈還田與能源生產(chǎn)的相互耦合與和諧共生，應(yīng)是最科學(xué)和最應(yīng)推廣的利用方式［18］。秸稈潛力核算僅指在當(dāng)前秸稈綜合利用水平下處于廢棄和未被充分利用可飼料化的秸稈部分，其數(shù)值可通過以上秸稈可收集量與未利用率之積獲得。據(jù)調(diào)查，河南省近年來其秸稈利用率為70.50%［12］，因此，仍有29.50%可用于飼料加工。

1.2.4 秸稈能量利用潛力。由于各類作物秸稈的的營養(yǎng)成分和所存儲的生物熱能存在較大差異，因此，秸稈能量利用潛力可通過以上秸稈可利用量與其能量轉(zhuǎn)換率的乘積計算而來。

1.2.5 秸稈飼料化節(jié)糧潛力。為了直觀反映秸稈能量利用潛力，以糧食標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)反映其飼料化的利用價值，秸稈飼料化節(jié)糧潛力的數(shù)值可通過以上秸稈能量利用潛力與糧食能量轉(zhuǎn)化率之商獲得。其中，糧食的能量轉(zhuǎn)換率為 1.62 ×109J/t［19］。

1.2.6 秸稈養(yǎng)畜生產(chǎn)潛力。作物秸稈經(jīng)家畜過腹消化吸收，變成畜產(chǎn)品，遵循能量轉(zhuǎn)化定律，因此，基于能量視角研究秸稈養(yǎng)畜潛力使得其計算結(jié)果更具有邏輯性和精確性，秸稈飼料化生產(chǎn)畜產(chǎn)品的過程中遵循生態(tài)食物鏈能量流動原理，根據(jù)能量流動“百分之十定律”，能量沿食物鏈流動時，后一營養(yǎng)級所吸收獲得的能量大約為前一營養(yǎng)級的10%，大約90%的能量在能流過程中損失掉了，因此，秸稈養(yǎng)畜生產(chǎn)潛力可通過以上秸稈能量潛力乘以能量轉(zhuǎn)換率均值0.1再除以畜產(chǎn)品的能量換轉(zhuǎn)率進行估算，由于一般情況下肉類食品消費是畜產(chǎn)品消費的主要部分，本研究以秸稈養(yǎng)畜肉類食品生產(chǎn)能力表示其畜產(chǎn)品生產(chǎn)潛力，肉類畜產(chǎn)品的能量轉(zhuǎn)換率為9.21 × 109J/t［20］。

2 河南秸稈養(yǎng)畜及其節(jié)糧潛力分析

2.1 時序變化分析

根據(jù)以上計算方法，河南省作物秸稈養(yǎng)畜及其節(jié)糧潛力估算結(jié)果見表2。

表2 2006—2012年河南省秸稈養(yǎng)畜及其節(jié)糧潛力估算Tab.2 Evaluation on livestock and grain-saving potentiality of feeding on straw in Henan Province from 2006 to 2012

從適宜飼料化的作物秸稈類型結(jié)構(gòu)看，小麥和玉米秸稈占其總量的絕大部分，2012年小麥和玉米秸稈占其總量的百分比為77.67%;從其秸稈利用總能量數(shù)值看，適宜飼料化的作物秸稈數(shù)量逐年穩(wěn)定增長，近5年其年均增長率為1.69%，至2012年增長至8.75×1017J。河南省的秸稈的利用率為70.50%［11］，按此計算，其秸稈能量利用潛力為2.58×1017J，河南省秸稈養(yǎng)畜潛力為2.80×106t，相當(dāng)于節(jié)約飼料糧1.87×107t，分別相當(dāng)于2012年河南省肉類畜產(chǎn)品和糧食生產(chǎn)量的40.21% 和33.12% ，按照2012年全省糧食單產(chǎn)平均水平，相當(dāng)于增加農(nóng)地播種面積3 306 666.94 hm2。可見，河南省秸稈養(yǎng)畜潛力巨大，其對畜牧業(yè)持續(xù)發(fā)展和保障糧食安全具有重要利用價值。

2.2 空間布局分析

按照以上方法，估算河南省各市秸稈養(yǎng)畜及其節(jié)糧潛力值如表3所示。由表3中的數(shù)據(jù)，根據(jù)河南省各市秸稈養(yǎng)畜潛力及其與區(qū)域土地面積的關(guān)系，由低到高繪制河南省各市秸稈養(yǎng)畜潛力及其能量利用密度的地域空間分布圖(圖1)。

表3 2012年河南省各市秸稈養(yǎng)畜及其節(jié)糧潛力估算結(jié)果Tab.3 Livestock of feeding on straw and grain productivity potential estimations in cities of Henan Province in 2012

圖1 2012年河南省各市秸稈養(yǎng)畜潛力及其能量密度空間分布Fig.1 Regional distribution of livestock estimation of feeding on straw(a)and its energy density(b)of cities in Henan Province in 2012

雖然河南省各地主要農(nóng)作物的秸稈產(chǎn)量與其種植制度、氣候和耕地資源等多種因素有關(guān)，但是秸稈養(yǎng)畜潛力與適宜飼料加工的作物產(chǎn)量有著密切的聯(lián)系，同時，由于農(nóng)作物產(chǎn)品與其秸稈同季收獲，相對其他生物資源，作物秸稈較易收獲，具有重要的利用價值。由于區(qū)域種植制度、氣候資源和耕地資源等多種因素影響，河南省適宜飼料加工的秸稈能量密度及其養(yǎng)畜潛力在空間上呈現(xiàn)區(qū)域分布的不均衡性，形成東西、南北和區(qū)位差異(圖1)。就河南省秸稈養(yǎng)畜潛力數(shù)量而言，南部地區(qū)由于水熱等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件相對比較優(yōu)越和行政區(qū)劃面積較大，其秸稈養(yǎng)畜潛力高于北部地區(qū);東部地區(qū)由于地處平原，耕地資源豐富，其秸稈養(yǎng)畜潛力高于西部山區(qū);省會鄭州及其周邊地區(qū)由于低草谷比系數(shù)的經(jīng)濟作物種植比例較高，其秸稈養(yǎng)畜潛力低于其他邊遠(yuǎn)地區(qū)。就河南省秸稈飼料化能量利用潛力密度分布而言，東部和邊遠(yuǎn)地區(qū)高于西部和以鄭州為核心的中原經(jīng)濟城市建設(shè)區(qū)，但就其南北差異而言，北部地區(qū)高于南部地區(qū)。因此，河南省秸稈養(yǎng)畜潛力開發(fā)也應(yīng)具有地域邊緣屬性的特點。

3 促進秸稈飼料化的途徑

從生態(tài)角度看，秸稈養(yǎng)畜使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)過一系列的循環(huán)后一部分又回到田間，維持了田間土地生態(tài)的平衡，提升了農(nóng)地的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量;從經(jīng)濟角度看，作物秸稈經(jīng)處理養(yǎng)畜后其經(jīng)濟價值升高，有利于區(qū)域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟和農(nóng)民收入的增加;從生產(chǎn)角度看，秸稈被動物吸收的營養(yǎng)部分有效地轉(zhuǎn)化為畜產(chǎn)品，發(fā)展了生態(tài)農(nóng)業(yè)，改善了農(nóng)村居民生活環(huán)境，而且還可以通過工藝流程設(shè)計為居民提供清潔能源;從社會角度看，作物秸稈可以吸納農(nóng)村剩余勞動力，發(fā)展節(jié)糧畜牧業(yè)可以緩解當(dāng)前的糧食供需矛盾，有利于保障我國的糧食安全;從生產(chǎn)投入看，秸稈養(yǎng)畜投入成本低，經(jīng)營適宜規(guī)模與我國當(dāng)前家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制所形成的“小農(nóng)經(jīng)濟”適應(yīng)。因此，大力發(fā)展秸稈養(yǎng)畜對改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境、提高農(nóng)民收入、增加勞動力轉(zhuǎn)移、維護糧食安全和增加畜產(chǎn)品供給等方面都具有重要的作用，能夠取得可觀的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。然而，由于秸稈空間收集、利用技術(shù)和運輸成本等方面的限制，目前，中國秸稈資源利用簡單，秸稈商品化和產(chǎn)業(yè)化程度低，綜合利用效益差，許多農(nóng)民在經(jīng)濟利益的驅(qū)動下寧愿進城務(wù)工而對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)粗放經(jīng)營，大部分秸稈直接燃燒或者廢棄，造成資源的重大浪費。因此，政府對秸稈發(fā)展畜牧業(yè)不僅要在技術(shù)推廣上給予支持和幫助，而且，在經(jīng)濟上要給以一定的扶持和補貼，制定合理的政策保證秸稈交易暢通，促使農(nóng)民從秸稈養(yǎng)畜中獲得合理的收益，調(diào)動和保護農(nóng)民利用秸稈的積極性。

4 結(jié)論

(1)河南省作物秸稈資源豐富且產(chǎn)量穩(wěn)定，但相當(dāng)部分秸稈資源仍處于未被充分利用狀態(tài)，經(jīng)核算適宜飼料加工的秸稈資源利用潛力巨大，2012年秸稈養(yǎng)畜潛力可以增加2.80×106t肉類食品，間接節(jié)約糧食1.87×107t，分別相當(dāng)于當(dāng)年全省肉類畜產(chǎn)品和糧食生產(chǎn)量的40.21%和33.12%。

(2)由于區(qū)域種植制度、氣候資源、發(fā)展戰(zhàn)略和耕地資源等多種因素影響，中國秸稈資源在空間上呈現(xiàn)區(qū)域分布的不均衡性，呈現(xiàn)出東西、南北和區(qū)位差異。東西差異主要是由于水熱等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件造成的，南北差異主要是由于南北的種植制度差異造成的，區(qū)位差異主要是由于以省會鄭州市為中心的周邊地區(qū)草谷比系數(shù)低的經(jīng)濟作物種植比例較多，整體上西部和中部地區(qū)適宜飼料加工的秸稈資源相對貧乏，其他地區(qū)較為豐富。

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