吉林省玉米秸稈資源量估算及其利用的自然適宜性分析

摘要 ?{目的]科學(xué)估算和評(píng)價(jià)吉林省玉米秸稈產(chǎn)量及其各種利用途徑的自然適宜性，明確玉米秸稈資源開發(fā)潛力和方向。{方法]通過實(shí)地調(diào)查、抽樣試驗(yàn)和文獻(xiàn)分析方法，確定玉米秸稈資源可收集利用系數(shù)，估算出吉林省玉米秸稈資源的可收集利用量，對(duì)玉米秸稈資源在五料（燃料、飼料、肥料、工業(yè)原料、食用菌基料）上的適宜性和其各自的可收集利用量做出定量或定性的評(píng)價(jià)。{結(jié)果]確定玉米秸稈草谷比為1.32。吉林省玉米秸稈的自然適用性強(qiáng)，可用于燃料、飼料、肥料、工業(yè)原料及基料等利用，主要以飼料化、肥料化和能源化適宜性強(qiáng)。{結(jié)論]吉林省玉米秸稈資源具有多宜性，秸稈綜合利用應(yīng)按照多元利用、突出重點(diǎn)的原則，以肥料化還田和飼料化利用為主導(dǎo)方向，大力加強(qiáng)能源化利用，合理安排秸稈基料化利用和工業(yè)化利用，積極推進(jìn)秸稈產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。

關(guān)鍵詞 ??玉米秸稈;草谷比;自然適宜性;吉林省

中圖分類號(hào)S??216.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2018）36-0061-03

吉林省是我國玉米主產(chǎn)區(qū)，玉米是吉林省第一大糧食作物，素有黃金玉米帶之稱。據(jù)統(tǒng)計(jì)，吉林省玉米秸稈資源年產(chǎn)為3000多萬t，占吉林省全部秸稈資源的85%以上{1]。目前，吉林省玉米秸稈資源利用方式粗放，利用結(jié)構(gòu)不合理，多數(shù)被家庭直接燃用和廢棄焚燒，造成比較嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)資源浪費(fèi)和農(nóng)村環(huán)境污染等問題{1-2]。

玉米秸稈是玉米收獲后的副產(chǎn)物，主要包括玉米的莖稈及玉米芯。該研究中玉米秸稈僅指玉米的莖稈與葉梢，不考慮玉米芯。玉米秸稈富含碳、氮、磷、鉀、碳水化合物及有機(jī)質(zhì)，蛋白質(zhì)與脂肪也占有一定比例，基本組織構(gòu)成以纖維素、中纖維素及木質(zhì)素為主{3-4]，在飼料、肥料、燃料、食用菌基料、加工原料等方面具有很高的開發(fā)利用價(jià)值。

目前國內(nèi)有關(guān)秸稈可收集利用量、適宜性評(píng)價(jià)等方面的研究尚不多見，有的也不夠全面。特別是在秸稈資源的適宜性評(píng)價(jià)方面，仍基本處于感性認(rèn)識(shí)階段，對(duì)于特定用途的秸稈可獲得量估算也大多是建立在感性認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上。有關(guān)以秸稈適宜性評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)的秸稈資源同一標(biāo)準(zhǔn)分類和定量匯總研究，在國內(nèi)外都不多見。筆者按照確定的玉米秸稈資源可收集利用系數(shù)，估算出吉林省玉米秸稈資源的可收集利用量，對(duì)玉米秸稈資源在五料（燃料、飼料、肥料、工業(yè)原料、食用菌基料）上的適宜性和其各自的可收集利用量做出定量或定性的評(píng)價(jià)。

1資料與方法

1.1玉米秸稈資源量參數(shù)確定

1.1.1草谷比。

根據(jù)吉林省的東、中、西的區(qū)域自然特征，在三大分布區(qū)域選擇當(dāng)?shù)鼐哂写硇缘牡匦巍⒌貏?、耕作制度和栽培的大田，且在無障礙和小氣候的影響下選取玉米收獲樣本。根據(jù)收獲方式測量玉米秸稈割茬高度，將全部收獲后的樣本烘干和脫粒，稱取樣本秸稈和籽粒的重量，計(jì)算樣品的草谷比。在試驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合已有研究文獻(xiàn){1，5]，測定估算得到吉林省東部、中部、西部地區(qū)玉米的草谷比分別為1.30、1.25、1.41，該研究取吉林省3個(gè)區(qū)域的平均值為1.32。

1.1.2可收集系數(shù)。

在吉林省玉米主產(chǎn)區(qū)，對(duì)機(jī)械收獲和人工收獲的留茬高度進(jìn)行了調(diào)查，考慮秸稈收集方式、割茬高度以及運(yùn)輸過程中損失，通過實(shí)地調(diào)查確定作物割茬高度占作物株高比例和秸稈枝葉損失率。根據(jù)吉林省農(nóng)戶玉米種植和收獲情況，結(jié)合秸稈調(diào)查相關(guān)研究文獻(xiàn){1，5]所提供的秸稈殘留量等相關(guān)信息，測算出吉林省玉米秸稈資源的收集系數(shù)是0.89～0.93，確定吉林省玉米秸稈可收集系數(shù)為0.91。

1.2玉米秸稈資源自然適宜性評(píng)價(jià)的方法

農(nóng)作物秸稈可用于多種用途。在既定的條件下，決定一種秸稈最適宜用作何種用途為最優(yōu)選擇，既要考慮秸稈本身的自然特征，又要考慮利用技術(shù)的成熟度，還要考慮經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。該研究將對(duì)玉米秸稈的自然適宜性進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)。秸稈自然適宜性即在現(xiàn)實(shí)技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平條件下，由玉米秸稈本身自然特性，如質(zhì)地、密度、碳氮比、養(yǎng)分含量、熱值等，所決定的在其各種利用途徑上的適宜程度。用于各種用途的玉米秸稈可被劃分為不同的適宜級(jí)別，如最適宜、一般適宜、次適宜、不適宜等{6]。

2玉米秸稈資源量估算

表征玉米秸稈資源量的指標(biāo)主要是理論資源量和可收集利用資源量。理論資源量是指理論上某地區(qū)每年最大可能生產(chǎn)的秸稈資源量。計(jì)算方法是當(dāng)年玉米總產(chǎn)量與其草谷比的乘積，通過此方法可以估算出地區(qū)玉米秸稈資源理論總量。由于在玉米收獲過程中需要留茬收割，在秸稈收集以及運(yùn)輸過程中會(huì)發(fā)生枝葉脫落情況，損失一些秸稈資源。除去在收集過程中資源損失，剩余為可收集資源量?？墒占Y源量是指某區(qū)域通過現(xiàn)有收集方式可供實(shí)際利用的最大秸稈數(shù)量，計(jì)算方法是理論資源量與收集系數(shù)的乘積，通過此方法可以估算出玉米秸稈可收集資源量。可收集利用資源量是表征玉米秸稈資源量的重要指標(biāo)，是進(jìn)行秸稈綜合利用的重要參考數(shù)據(jù)。

從表1可以看出，2008—2017年吉林省玉米秸稈與玉米總產(chǎn)量呈上升趨勢，2017年是2008年秸稈可收集資源量的1.35倍，年均增長3.01%。從區(qū)域分布上看，根據(jù)2017年吉林省各地區(qū)玉米產(chǎn)量計(jì)算各地區(qū)玉米秸稈產(chǎn)量，其中長春市、四平市、松原市的玉米秸稈資源量大，分別占吉林省總量的27.1%、23.2%和19.5%;其次為吉林市和白城市，分別占吉林省總量的10.0%和7.8%，白山市資源量最小，僅占吉林省總量的0.7%?？梢?，吉林省玉米秸稈資源集中分布在中部地區(qū)和中西部地區(qū)。

3玉米秸稈資源的自然適宜性評(píng)價(jià)

秸稈自然適宜性是指在現(xiàn)實(shí)技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平條件下，由秸稈形態(tài)、質(zhì)地、密度、物體結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組分、養(yǎng)分含量、熱值等自身特征所決定的，在其各種利用途徑上的適宜程度{7]。根據(jù)玉米莖稈和玉米葉的物質(zhì)特征，分析玉米秸稈利用的自然適宜性程度。

3.1玉米秸稈資源的還田肥料化適宜性評(píng)價(jià)

凡是未經(jīng)過養(yǎng)殖轉(zhuǎn)化與肥料加工，而以原物或直接粉碎后回歸土壤的秸稈都應(yīng)被稱為秸稈直接還田，大多數(shù)農(nóng)作物秸稈都可直接還田。該研究將玉米秸稈直接還田適宜性分為適宜和不適宜。玉米秸稈營養(yǎng)物質(zhì)豐富、氮和磷含量較高，優(yōu)于麥秸與稻草，鉀含量高于麥秸、稍低于稻草。玉米秸稈的氮磷鉀元素總含量均值達(dá)27kg/t{8]。2017年，吉林省玉米秸稈適宜直接還田的為3366.24萬t，相當(dāng)于260萬t氮磷鉀復(fù)合肥的養(yǎng)分總含量。大量研究表明，玉米秸稈還田能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤理化性狀，提高蓄水保墑能力，增加糧食產(chǎn)量{9]。目前，受吉林省區(qū)域的溫度、水分、技術(shù)成本等影響，吉林省玉米秸稈直接還田比例僅為4.03%。按照有機(jī)肥的分類，玉米秸稈屬于3級(jí)有機(jī)肥，玉米秸稈還田適宜性屬于適宜還田，吉林省秸稈直接還田替代有機(jī)肥的潛力巨大。

3.2玉米秸稈資源的飼料化適宜性評(píng)價(jià)

秸稈資源的飼料化可以分為直接飼喂和加工飼喂。可飼喂評(píng)價(jià)分為可直接飼喂性評(píng)價(jià)與可加工飼喂性評(píng)價(jià)2個(gè)部分，將可飼喂的適宜性劃分為適宜、一般適宜、不適宜3級(jí)。一般來說，玉米秸稈在自然狀態(tài)條件下是一種劣質(zhì)飼料，粗纖維含量高，直接飼喂適口性差，需要進(jìn)行加工以提高其飼用價(jià)值，如秸稈青貯、微貯、氨化、揉搓絲化、壓塊及顆粒飼料加工等。通過這些加工工藝，可有效改善秸稈的適口性與營養(yǎng)成分，提高秸稈采食率與轉(zhuǎn)化效率，提高秸稈直接飼喂的可適宜程度。綜合以上諸多因素，玉米莖稈應(yīng)當(dāng)劃分為一般適宜直接飼喂與適宜加工飼喂級(jí)別，玉米葉梢則屬于適宜直接飼喂級(jí)別。

3.3玉米秸稈資源的可燃性適宜性評(píng)價(jià)

可燃性是生物質(zhì)的基本特性。玉米秸稈的平均熱值為14437kJ/kg，略高于秸稈的平均熱值（14226kJ/kg，秸稈含水率15%左右），相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤熱值的49.2%，即2kg玉米秸稈約折合1kg標(biāo)準(zhǔn)煤。秸稈耐燃性能主要取決于其木質(zhì)化程度，木質(zhì)化程度越高，耐燃性越強(qiáng)，反之亦然{7]。根據(jù)玉米秸稈的耐燃性與農(nóng)村能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，將玉米秸稈可燃用的適宜性分為適宜、一般適宜、不適宜3級(jí)。2017年吉林省可收集利用的玉米秸稈總量為3366.24萬t，可折合1683.12萬t標(biāo)準(zhǔn)煤。目前，吉林省玉米秸稈家庭燃用占全部秸稈的61.5%，直接燃燒效率低，污染大，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，而通過秸稈固化、炭化、氣化、發(fā)電與沼氣轉(zhuǎn)化可以提高能源利用效率，效果較好。

3.4玉米秸稈資源的基料化適宜性評(píng)價(jià)

玉米秸稈富含食用菌賴以生存的纖維素與木質(zhì)素等有機(jī)物，且來源廣泛、成本低，是食用菌生產(chǎn)中較好的原料。目前，吉林省利用玉米秸稈栽培的食用菌品種有大球蓋菇、真姬菇、平菇、草菇、雙孢菇、雞腿菇、秀珍菇等。吉林省推廣玉米-蘑菇套作模式，在玉米地通過秸稈粉碎作為基質(zhì)，培育大球蓋菇等，經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益顯著，通過該模式既保障玉米產(chǎn)量，又增加食用菌產(chǎn)量。玉米秸稈的基料化利用程度為適宜。

3.5玉米秸稈資源的原料化適宜性評(píng)價(jià)

秸稈與木材的化學(xué)組分較為近似，都具有豐富的纖維素與木質(zhì)素，所以秸稈在許多門類可替代木材作為工業(yè)加工的原材料，如造紙、板材等。秸稈工業(yè)加工的用途十分廣泛，包括造紙、包裝材料加工、人造板加工、環(huán)保用品（包括一次性餐具）加工、編織等。目前，吉林省玉米秸稈原料化生產(chǎn)規(guī)模小，生產(chǎn)廠家少，關(guān)鍵技術(shù)尚處于研究階段，沒有大規(guī)模推廣示范。

4結(jié)論與討論

（1）經(jīng)過筆者實(shí)地測試、試驗(yàn)和相關(guān)調(diào)查，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)，確定吉林省玉米秸稈的草谷比為1.32。

（2）根據(jù)草谷比測算，2017年吉林省玉米秸稈可收集資源量為3366.24萬t，其中不包含玉米芯。吉林省玉米秸稈主要集中分布在中部和中西部的長春、四平和松原地區(qū)。

（3）吉林省玉米秸稈的自然適用性強(qiáng)，可用于燃料、飼料、肥料、工業(yè)原料及基料等，且在每種用途中的適宜性級(jí)別有所不同。在直接還田肥料化方面，玉米秸稈屬于適宜肥料化，屬于3級(jí)有機(jī)肥級(jí)別。在飼料化方面，玉米莖稈屬于一般飼喂，適宜加工飼喂，玉米葉梢適宜直接飼喂。玉米秸稈是目前食用菌生產(chǎn)中較好的替代基質(zhì)原料。以玉米秸稈為原料進(jìn)行板材、紙漿生產(chǎn)的工業(yè)化開發(fā)目前在吉林省尚處于研發(fā)階段。

（4）該研究將玉米秸稈的肥料化、飼料化、可燃性、基料化和原料化進(jìn)行了適宜性級(jí)別的界定劃分，但囿于篇幅所限，并未將玉米芯作為玉米秸稈的組成部分進(jìn)行論述，玉米芯也可用于燃料、飼料、基料、工業(yè)原料等多種用途。同時(shí)，在玉米秸稈能源化利用中沒有分析秸稈的三化一電和沼氣的適宜性，隨著研究的深入，將不斷進(jìn)行改進(jìn)。

46卷36期那偉等吉林省玉米秸稈資源量估算及其利用的自然適宜性分析

（5）吉林省玉米秸稈資源量巨大，秸稈綜合利用效率低。玉米秸稈資源利用結(jié)構(gòu)不合理，家庭直接燃用與焚燒仍占80%以上，飼料化比重為10%，直接還田比例僅為4.03%。針對(duì)吉林省秸稈綜合利用現(xiàn)狀及問題，吉林省秸稈資源利用應(yīng)按照多元利用、突出重點(diǎn)的原則，以肥料化還田和飼料化利用為主導(dǎo)方向，大力加強(qiáng)能源化利用，合理安排秸稈基料化利用和工業(yè)化利用，積極推進(jìn)秸稈產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。

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