“肉牛-蘑菇-炭”秸稈綜合利用“生態(tài)單元”設(shè)計(jì)

左俊怡 魏麗漫 龍錦云 余世金

“肉牛-蘑菇-炭”秸稈綜合利用“生態(tài)單元”設(shè)計(jì)

左俊怡 魏麗漫 龍錦云 余世金

(安慶師范大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，安徽安慶246113)

為了提高秸稈的資源化利用率，遴選出養(yǎng)牛、種菇和制炭三個(gè)有關(guān)聯(lián)的秸稈利用方式，構(gòu)成循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈，根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈中消耗的秸稈原料數(shù)量確定秸稈供應(yīng)的農(nóng)戶區(qū)面積，使秸稈的產(chǎn)生和資源化利用產(chǎn)銷平衡，構(gòu)成一個(gè)“生態(tài)單元”。“生態(tài)單元”由生產(chǎn)中心和農(nóng)戶區(qū)兩部分組成。生產(chǎn)中心收購農(nóng)戶區(qū)的秸稈作為原料，養(yǎng)殖肉牛、種植蘑菇和制炭。養(yǎng)牛、種菇和制炭三個(gè)產(chǎn)業(yè)環(huán)環(huán)相扣，并與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形成良性生態(tài)鏈:制炭余熱用于菇房加溫，牛糞作為種菇培養(yǎng)料，尿液制沼氣，沼渣、沼液與蘑菇下腳料還田。按照普通標(biāo)準(zhǔn)確定種菇規(guī)模，由種菇需要的牛糞量確定肉牛養(yǎng)殖數(shù)量，種菇和養(yǎng)牛剩下的秸稈用來制炭，制炭規(guī)模由農(nóng)戶區(qū)產(chǎn)生秸稈的數(shù)量決定。

秸稈；資源化利用；生態(tài)單元

農(nóng)作物秸稈包括禾谷類、豆類、薯類、油料類、麻類，以及棉花、甘蔗、煙草、瓜果等多種作物的秸稈，是農(nóng)作物的副產(chǎn)品。據(jù)畢于云等用修正的草谷比法計(jì)算，全世界年產(chǎn)各類秸稈約44.7億t，其中我國約8.4億t，為世界第一秸稈大國，并且隨著農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)水平的提高，秸桿數(shù)量有逐年上升的趨勢[1]。

我國傳統(tǒng)的作物秸稈利用方式主要是作為薪柴、畜牧飼料、堆肥等，不僅處于高消耗、高污染、低效率的狀態(tài)，而且利用量逐年減少。農(nóng)作物秸稈熱值高(約為標(biāo)準(zhǔn)煤的1/2)，含有纖維素、半纖維素、蛋白質(zhì)、脂肪等多種有機(jī)物和氮、磷、鉀、鈣、鎂、硅等礦質(zhì)元素，是具有多種用途的生物質(zhì)資源。目前國內(nèi)外秸稈資源化利用的基本思路是“五化”，即飼料化、燃料化、肥料化、基料化、材料化，利用的具體方式主要有5種，包括能源、飼料、肥料、食用菌栽培、工業(yè)原料等[2-5]，但各種利用方式都存在一定的缺陷，這些缺陷在一定程度上限制了秸稈的資源化利用。此外，隨著農(nóng)村外出務(wù)工人員增多，留守的青壯年勞動(dòng)力減少，加上薪柴等直接需求下降，廢棄和焚燒的秸稈數(shù)量可能會(huì)上升。因此，秸稈資源的利用問題，仍是農(nóng)民、政府和學(xué)者等各方面共同關(guān)注的問題。本文擬以生態(tài)學(xué)原理為指導(dǎo)，設(shè)計(jì)一個(gè)使秸稈資源化利用并達(dá)到產(chǎn)銷平衡的生態(tài)單元，希望為秸稈綜合利用技術(shù)開發(fā)提供參考。

1 設(shè)計(jì)方案

1.1 單元區(qū)域大小

單元區(qū)域大小的確定主要考慮兩個(gè)因素：第一，秸稈收購時(shí)運(yùn)輸?shù)木嚯x要短，在秸稈收購和回運(yùn)蘑菇下腳料時(shí)，節(jié)能、省時(shí)、省力;第二，保證生產(chǎn)中心的各種生產(chǎn)需要的秸稈數(shù)量，特別是秸稈炭化的規(guī)模應(yīng)適中。

經(jīng)測算，單元半徑R取0.4 km，單元總面積約為0.50 km2。根據(jù)我國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)村布局特點(diǎn)，農(nóng)莊、道路、水塘、溝渠等占約20%[6]，單元半徑 R0.4 km內(nèi)有農(nóng)田、耕地約0.40 km2，折合600畝。按照畝產(chǎn)秸稈量約450 kg計(jì)算[7]，單元內(nèi)共產(chǎn)生秸稈270 t。

1.2 生產(chǎn)中心產(chǎn)業(yè)組成、規(guī)模與產(chǎn)業(yè)鏈接

生產(chǎn)中心的產(chǎn)業(yè)遴選時(shí)考慮的因素是：第一，必須以秸稈為原料;第二，一個(gè)產(chǎn)業(yè)的廢料是另一個(gè)產(chǎn)業(yè)的原料，產(chǎn)業(yè)之間相互銜接;第三，產(chǎn)業(yè)之間物流能夠平衡;第四，主要產(chǎn)品具有良好的市場需求;第五，生產(chǎn)具有可操作性。

設(shè)計(jì)中遴選的產(chǎn)業(yè)是養(yǎng)殖肉牛、種植蘑菇和制炭，其規(guī)模為肉牛21頭、蘑菇2 500 m2、炭化爐10臺(tái)(參見圖2)，計(jì)算過程如下：

(1)蘑菇種植規(guī)模。

目前蘑菇規(guī)模生產(chǎn)多采用大棚栽培方式，一般每個(gè)大棚500 m2。按照普通標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)單元蘑菇種植規(guī)模擬定為5個(gè)大棚，合計(jì)2 500 m2。按照蘑菇培養(yǎng)料配方，每111.1 m2(1 000平方尺)需要干稻草1 200 kg、干麥草600 kg、干牛糞1 000kg[8]，5個(gè)大棚共需干稻草27 000 kg、干麥草13 500 kg(稻草、麥草合計(jì)40 500 kg)、干牛糞22 500 kg。

(2)肉牛養(yǎng)殖規(guī)模。

一般每頭牛每天出糞量為10.0 kg[9]，曬干后約為3.0 kg，每年出干糞約1 095 kg，22 500 kg干牛糞需要養(yǎng)牛21頭。

肉牛每天平均需草料4 kg[10]，21頭牛每年需草料約30 660 kg。

每頭牛每天排尿約9.0 kg[11]，21頭牛每年排尿68 985 kg，尿液用來制沼氣。

(3)炭的生產(chǎn)規(guī)模。

為了菇房升溫需要，每個(gè)大棚建2個(gè)共10個(gè)炭化爐。R為0.4 km的單元區(qū)域內(nèi)秸稈總量270 t，減去種菇和養(yǎng)牛需要的約72 t，需炭化的秸稈量約為198 t。按照40%的出炭率計(jì)算[6]，年產(chǎn)秸稈炭約79.2 t。

2 經(jīng)濟(jì)效益

2.1 生產(chǎn)中心收益

生產(chǎn)中心收益包括肉牛、蘑菇和秸稈炭三項(xiàng)，合計(jì)254 200元，其中肉牛凈收入54 600元、蘑菇凈收入160 000元、秸稈炭凈收入39 600元，計(jì)算過程如下：

(1)蘑菇收益。

鮮菇價(jià)格按照16元/kg計(jì)算，則蘑菇總收入16×17 500＝280 000(元);

大棚建造、菇床架材、草料收購、各種配料、藥物、菌種、場地租金、人力工資等成本共計(jì)約48元/m2，(其中菇床架材可以多年使用，按照使用年限折舊計(jì)算成本)[12]，則總成本為48×2 500＝120 000(元);

蘑菇凈收入280 000-120 000＝160 000(元)。

此外，每111.1 m2產(chǎn)生蘑菇下腳料約4 t(含覆土，自然含水量)，5個(gè)大棚共產(chǎn)生蘑菇下腳料100 t。下腳料不計(jì)入單元內(nèi)生產(chǎn)效益。

(2)肉牛收益。

每頭肉牛售價(jià)約5 600元，21頭?？偸杖霝?1×5 600＝117 600(元);

幼牛、精飼料、防疫、人力工資等成本為3 000元/頭[13]，21頭?？偝杀緸?1×3 000＝63 000(元);

高校團(tuán)委作為高校最大的一個(gè)組織，無論在哪一方面的資源獲取都具有非常大的優(yōu)勢，在這種情況下，只有高校團(tuán)委合理的配置各類信息資源，教師專家資源，校外資本引入，才能在一定程度上發(fā)揮其在學(xué)生創(chuàng)業(yè)體系建構(gòu)上的主導(dǎo)者地位。高校團(tuán)委在構(gòu)建創(chuàng)業(yè)體系的同時(shí)，應(yīng)該將創(chuàng)業(yè)實(shí)踐活動(dòng)趨向更加系統(tǒng)化和專門化的發(fā)展方向。所謂專門化，便是擁有更加專業(yè)的指導(dǎo)隊(duì)伍，更加專業(yè)的學(xué)生創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)，更好的創(chuàng)業(yè)實(shí)踐環(huán)境以及學(xué)校支撐，將創(chuàng)業(yè)理論體系深入課堂、深入實(shí)踐，使其成為一種專門化的學(xué)校教育體系之一；系統(tǒng)性，對(duì)創(chuàng)業(yè)理論體系、創(chuàng)業(yè)實(shí)踐能力等，要進(jìn)行系統(tǒng)化的劃分，合理的學(xué)習(xí)、落實(shí)和安排，理論與實(shí)際相結(jié)合，高效的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，拒絕假大空和表面化。

肉牛凈收入為117 600-63 000＝54 600(元)。

種菇用的干牛糞22 500 kg，按照0.60元/kg計(jì)算，價(jià)值22 500×0.60＝13 500(元)，不計(jì)入肉牛收益;肉牛的尿液生產(chǎn)沼氣，供生產(chǎn)中心內(nèi)部生活用，不量化，不計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益。

(3)炭的收益。

每年產(chǎn)生秸稈炭79.2 t，按照1 500元/t計(jì)算，秸稈炭總收入為1 500×79.2＝118 800(元);

秸稈收購、炭化裝置、成型設(shè)備、人力工資等成本估計(jì)為1 000元/t[4]，總成本為 1 000×79.2＝79，200(元)，秸稈炭的凈收入為118 800-79 200＝39 600(元)。

此外，按照秸稈的熱值平均為15 000 KJ/kg、炭化過程中熱量損失10%計(jì)算[14]，198 t秸稈在炭化過程中可以產(chǎn)生為菇房加溫的余熱為 1.5×104×198×10%≈2.97×105(MJ)，相當(dāng)于原煤14.2 t，價(jià)值約0.88萬元，此項(xiàng)不計(jì)入生產(chǎn)中心收益。2.2 農(nóng)戶收益

農(nóng)戶收益包括售賣秸稈的收入和蘑菇下腳料還田折算的經(jīng)濟(jì)收益，兩項(xiàng)合計(jì)為91 500元，計(jì)算方法如下：

(1)售賣秸稈收益。

秸稈收購按照田間收購價(jià)300元/t(干)計(jì)算，農(nóng)戶售賣270 t秸稈的收入為300×270＝81 000(元)。因在田間收購，農(nóng)戶無需運(yùn)費(fèi)，此為凈收入。

(2)蘑菇下腳料還田折算收益。

蘑菇下腳料作為農(nóng)家肥，每噸下腳料折合復(fù)合肥30 kg，100 t下腳料折合復(fù)合肥數(shù)量約為30×100＝3 000(kg)，以2017年5月安徽市場普通復(fù)合肥價(jià)格約3.50元/kg，下腳料總價(jià)值約為3.50×3 000＝10 500(元)。

以上各項(xiàng)生態(tài)單元的規(guī)模、效益等計(jì)算結(jié)果匯總于表1。表中凈收入為生態(tài)單元直接產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，不包含政府補(bǔ)貼和環(huán)境傷害損益價(jià)值等。

表1 生態(tài)單元規(guī)模、效益一覽表

3 設(shè)計(jì)結(jié)果

3.1 設(shè)計(jì)圖

為直觀展示“生態(tài)單元”設(shè)計(jì)效果，將以上設(shè)計(jì)與計(jì)算結(jié)果繪制成圖1和圖2。

3.2 特點(diǎn)與創(chuàng)新

(1)在國內(nèi)外秸稈利用的諸多單一資源化利用方式中，選擇了養(yǎng)殖肉牛、種植蘑菇和制炭三種利用方式。一種產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的廢物可以被另一種產(chǎn)業(yè)利用：可食的秸稈用來養(yǎng)牛，牛糞作為種菇的原料，牛尿制沼氣，蘑菇的下腳料與沼渣還田，養(yǎng)牛和種菇多余的秸稈用來制炭，制炭的余熱用來給菇房加溫，三種產(chǎn)業(yè)構(gòu)成了循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈，提高了秸稈資源化利用效率，生產(chǎn)中心與農(nóng)戶區(qū)構(gòu)成了良性生態(tài)鏈，避免了單一秸稈利用方式產(chǎn)生的次生環(huán)境危害。

圖1 “生態(tài)單元”整體結(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理

圖2 “生態(tài)單元”產(chǎn)業(yè)鏈與經(jīng)濟(jì)效益

(2)以蘑菇種植需要的牛糞量確定肉牛養(yǎng)殖規(guī)模，制炭規(guī)模由農(nóng)戶區(qū)產(chǎn)生的秸稈在用于蘑菇培養(yǎng)料和養(yǎng)殖肉牛后剩余的數(shù)量決定，生產(chǎn)中心產(chǎn)業(yè)鏈之間物流平衡，以生產(chǎn)中心需要的秸稈數(shù)量確定單元面積大小，使秸稈產(chǎn)銷平衡。

(3)單元半徑為0.4 km，秸稈運(yùn)輸距離短，費(fèi)用低;秸稈收購車輛可帶走還田的蘑菇下腳料，方便、省時(shí)。

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責(zé)任編輯：富春凱

Design for an"Ecological Unit"of"Beef-Mushroom-Charcoal"for the Comprehensive Utilization of Crop Straw

ZUO Jun-yi， WEI Li-man， LONG Jing-yun， YU Shi-jin
(Anqing Normal University， Anqing 246113， China)

In order to increase the resource utilization rate of crop straw， beef rearing， mushroom production and carbonizing were integrated as recycling production chain.The size of agricultural production district was determined by the number of crop straw required by the industry chain so as to balance the production and resource utilization production and marketing of straw material and to form an"Ecological Unit".The"Ecological Unit"was comprised of production center and agricultural production district.The crop straw was purchased as the material used as beef rearing，mushroom production and carbonizing， which were all linked with one another and forming a virtuous circles as follows： waste heat from carbonizing was used as mushroom house heating， cow dung was used as mushroom compost， bovine urine was used as biogas production， and biogas slurry， biogas residue and mushroom waste return to the field.Mushroom planting scale was determined by general standard，the beef rearing scale fit to the number of cow dung required by the mushroom production.The rest of crop straw used by beef rearing and mushroom all used to make charcoal，its scale was consistent with the number of crop straw in the agricultural production district.

Crop straw;Resource utilization;Ecological Unit

X712

A

1674-6341(2017)05-0023-03

10.3969/j.issn.1674-6341.2017.05.008

2017-06-01

安慶師范大學(xué)大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)基金

左俊怡(1998—)女，安徽蕪湖人，在校大學(xué)本科生。