吉林省秸稈資源時(shí)空分布及產(chǎn)率變化分析

姜思琦

（吉林師范大學(xué)，吉林 四平 136000）

吉林省是我國(guó)重要的商品糧基地，也產(chǎn)生大量的農(nóng)作物秸稈。然而大量的秸稈資源并沒(méi)有得到合理利用，甚至露天焚燒秸稈造成大氣污染，嚴(yán)重危害環(huán)境。目前我國(guó)倡導(dǎo)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)改革，推進(jìn)秸稈資源的合理利用，2018 年9 月《鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃（2018 年—2022 年）》提出：推進(jìn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，大力發(fā)展種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)農(nóng)業(yè)，促進(jìn)廢棄物資源就近利用，提升農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新水平，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)污染防治和農(nóng)業(yè)廢棄物資源利用[1]。因此，對(duì)秸稈資源的分布及區(qū)域變化的掌握對(duì)今后農(nóng)作物秸稈資源的可持續(xù)利用以及農(nóng)業(yè)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)分布格局規(guī)劃具有重大意義。

1 研究區(qū)域概況

吉林省地處東經(jīng)122°～131°，北緯41°～46°，位于中緯度歐亞大陸東側(cè)，我國(guó)東北地區(qū)中部，屬于溫帶季風(fēng)氣候。地勢(shì)東西差異明顯，東南高、西北低；土地面積約為1 874 km2，年均降水量480～600 mm，無(wú)霜期130～150 d，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)條件優(yōu)越[2]。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文主要農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量數(shù)據(jù)來(lái)源于《吉林省統(tǒng)計(jì)年鑒》[3]，通過(guò)種植面積及產(chǎn)量的對(duì)比，選取稻谷、小麥、玉米、其他谷類、豆類、薯類、油料、甜菜和煙葉等為吉林省主要農(nóng)作物。耕地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心，分別采取2000 年及2018 年土地利用遙感影像數(shù)據(jù)集，該系統(tǒng)將土地利用類型分為6 個(gè)一級(jí)類別，分別為耕地、林地、草地、水域、居民地和未利用土地，以及25 個(gè)二級(jí)類別[4]。通過(guò)查閱文獻(xiàn)以及相關(guān)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，該數(shù)據(jù)集對(duì)于土地利用的一級(jí)類別綜合評(píng)價(jià)精度可達(dá)94.3%以上，對(duì)于二級(jí)類別的識(shí)別精度可達(dá)91.2%，能夠滿足1∶100 000 比例尺用戶對(duì)制圖精度的要求[5-6]。

2.2 研究方法

2.2.1 農(nóng)作物秸稈資源量估算方法

目前，草谷比法是一種較廣泛應(yīng)用于秸稈資源量測(cè)算的方法，本研究收集我國(guó)主要農(nóng)作物產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和各種農(nóng)作物草谷比歷史測(cè)量數(shù)據(jù)共9 個(gè)，但因不同生態(tài)區(qū)的自然條件和品種、田間管理方式等差異，造成同一作物收獲指數(shù)不同，導(dǎo)致對(duì)作物秸稈資源量的估算產(chǎn)生差異。因此，選取有代表性的草谷比是準(zhǔn)確測(cè)算秸稈資源量的關(guān)鍵，為了更全面準(zhǔn)確地估算吉林省秸稈資源量，本文選取歷年較有代表性的學(xué)者及相關(guān)研究，對(duì)同一作物的秸稈系數(shù)取平均值，得到吉林省田間收獲農(nóng)作物的秸稈系數(shù)即草谷比[7-10]，見(jiàn)表1，以此估算吉林秸稈資源量。

農(nóng)作物秸稈資源的測(cè)算以《吉林省統(tǒng)計(jì)年鑒》[3]中主要農(nóng)作物產(chǎn)量為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用草谷比測(cè)算吉林省理論資源量。農(nóng)作物秸稈理論資源總量的計(jì)算公式為：

式中：Pt——農(nóng)作物秸稈理論資源量；i——農(nóng)作物秸稈的編號(hào)；Gi——第i 類農(nóng)作物的產(chǎn)量；λi——第i 類農(nóng)作物秸稈的草谷比。

表1 吉林省主要農(nóng)作物草谷比取值Tab.1 Value of grass-grain ratio of main crops

對(duì)吉林省農(nóng)作物可收集量進(jìn)行測(cè)算時(shí)，要考慮到農(nóng)作物秸稈在收集過(guò)程中受不同收割方式的影響。崔蜜蜜等[11]和蔡亞慶等[7]依據(jù)我國(guó)機(jī)械化收割的普及程度，根據(jù)人工收割和機(jī)械化收割面積比例與其對(duì)應(yīng)的收割系數(shù)加權(quán)平均的估算，得出各類農(nóng)作物秸稈的可收集系數(shù)。由于近年來(lái)我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化應(yīng)用數(shù)量不斷增長(zhǎng)，因此，本文在測(cè)算吉林省農(nóng)作物秸稈可收集資源量時(shí)，采用崔蜜蜜等[11]提出的可收集系數(shù)作為依據(jù)見(jiàn)表2。

表2 吉林省主要農(nóng)作物收集系數(shù)Tab.2 Collection coefficient of main crops

農(nóng)作物秸稈資源的可收集資源量，即在農(nóng)作物秸稈理論資源量的基礎(chǔ)上減去由于留茬等其他因素?zé)o法收集的那部分農(nóng)作物秸稈量，其計(jì)算公式為：

式中：Pc——農(nóng)作物秸稈可收集資源總量；η——第i 類作物的可收集系數(shù)。

2.2.2 吉林省耕地秸稈產(chǎn)率分析

通過(guò)ArcGIS10.2 軟件的空間分析功能，獲取2000 年—2018 年的土地利用數(shù)據(jù)集中耕地面積數(shù)量及空間分布等信息。結(jié)合可收集秸稈資源量來(lái)計(jì)算吉林省耕地的秸稈產(chǎn)率。耕地秸稈產(chǎn)率的計(jì)算公式為：

式中，Yi——耕地i 的秸稈產(chǎn)率；Pci——耕地i 產(chǎn)出的可收集農(nóng)作物秸稈資源量；Ai——耕地I 的面積。

在計(jì)算吉林省耕地秸稈產(chǎn)率時(shí)，要區(qū)別旱地和水田兩種耕地類型，假設(shè)水稻秸稈來(lái)源于水田，其他作物秸稈資源均來(lái)源于旱地，以此計(jì)算水田、旱地秸稈資源產(chǎn)率。

3 結(jié)果與分析

3.1 吉林省秸稈資源總量變化趨勢(shì)

基于《吉林省統(tǒng)計(jì)年鑒》[3]農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量數(shù)據(jù)及表1 農(nóng)作物秸稈草谷比數(shù)據(jù)，利用公式（1）計(jì)算得出吉林省各農(nóng)作物秸稈資源量變化趨勢(shì)，如圖1。

結(jié)果表明，2000 年—2018 年吉林省秸稈資源總量變化總體呈上升趨勢(shì)，但2018 年秸稈資源總量突然下降。從2000年—2017 年由2 234.96×104t 增至5 865.55×104t，年均增長(zhǎng)率為3.64%。2000 年—2006 年呈穩(wěn)步上升趨勢(shì)，其間2006年—2010 年吉林省秸稈總量呈現(xiàn)“w”狀波動(dòng)，2007 年和2009年是吉林省農(nóng)作物秸稈總量波動(dòng)中的兩個(gè)低值，分別降低到3 308.72×104t 和3 412.85×104t。自2009 年后，吉林省秸稈資源總量上升幅度較快，至2017 年，年均增長(zhǎng)率為5.0%。2018年秸稈資源總量驟降至5 058.62×104t，主要受自然災(zāi)害影響，農(nóng)作物產(chǎn)量降低。

3.2 吉林省秸稈可收集資源量變化趨勢(shì)

利用公式1 得到的吉林省秸稈資源總量以及表2 秸稈資源可收集系數(shù)根據(jù)公式2 計(jì)算得出吉林省秸稈資源可收集資源量的變化趨勢(shì)，如圖2 所示。

從圖中可以看出，吉林省秸稈可收集資源量整體也呈上升趨勢(shì)，從2000 年的1 894.80×104t 增長(zhǎng)至2017 的5 265.03×104t，年均增長(zhǎng)率為3.76%。2006 年—2010 年間吉林省秸稈可收集資源量和吉林省秸稈資源總量變化趨勢(shì)相同，呈現(xiàn)“W”型變化。2009 年后，可收集秸稈資源量呈現(xiàn)逐步加快的上升趨勢(shì)，這表明吉林省農(nóng)業(yè)集約化程度逐步提高，秸稈收集率也隨之上升，2018 年秸稈可收集資源量受自然災(zāi)害影響減少至4 534.84×104t。

玉米是吉林省主要種植的農(nóng)作物，影響著吉林省糧食產(chǎn)量，2018 年玉米秸稈可收集量占總量的84%，其增長(zhǎng)速度也較快，從2000 年的1 358.70×104t 增長(zhǎng)至2017 年的4 447.07×104t，年均增長(zhǎng)率為4.09%，到2018 年減少至3 830.24×104t。稻谷秸稈從2000 年的236.05×104t 增長(zhǎng)至2017 年的431.05×104t，年均增長(zhǎng)率為2.66%， 到2018 年，減少至407.05×104t。而豆類秸稈的收集量呈明顯減少趨勢(shì)，豆類秸稈收集量從2000 年的118.89×104t 減少至2018 年的53.06×104t。豆類秸稈可收集量的減少也意味著吉林省豆類的種植量減少，豆類在吉林省內(nèi)的地位明顯下降，稻谷種植量相對(duì)上升，而玉米始終位于主導(dǎo)地位[12]。除上述三大作物以外，小麥、薯類、甜菜及煙葉都呈減小趨勢(shì)，至2018 年分別減少至0.04×104t、19.28×104t、0.56×104t 及2.09×104t。其他谷類秸稈及油料秸稈為上升趨勢(shì)，至2018 年分別上升至94.09×104t 和128.43×104t。

3.3 吉林省秸稈資源空間分布

分析吉林省可收集秸稈資源空間分布特點(diǎn)，如圖3 所示，2018 年吉林省可收集秸稈資源空間分布不均，秸稈可收集資源量主要集中在中部和西部地區(qū)。長(zhǎng)春是秸稈資源產(chǎn)量大市，2018 年長(zhǎng)春的可收集秸稈資源量超過(guò)1 000×104t，達(dá)到1 067.47×104t。其次是松原和四平，2018 年松原和四平秸稈可收集資源量分別達(dá)到920.96×104t 和904.71×104t。以此形成以長(zhǎng)春、四平和松原為中心，中西部向東部減少的秸稈可收集資源分布模式。

2018 年吉林省旱地和水田秸稈可收集量如圖4 所示，旱地秸稈分布特點(diǎn)大致與可收集秸稈資源總量分布趨于一致，都是以長(zhǎng)春為中心的中西部為重點(diǎn)分布區(qū)域的分布特點(diǎn)。水田秸稈分布與可收集秸稈資源總量分布有較大差異，其中白城和長(zhǎng)春為主要水田秸稈分布地，水田秸稈總量超過(guò)80×104t，其次是松原和吉林地區(qū)。通化水田秸稈可收集量超過(guò)四平達(dá)到42.80×104t，遼源、延邊和白山地區(qū)為水田秸稈分布較少地區(qū)。

3.4 吉林省耕地秸稈產(chǎn)率分析

根據(jù)吉林省可收集秸稈資源量及2000 年和2018 年遙感影像獲得的耕地面積數(shù)據(jù)，結(jié)合公式（3）計(jì)算得出2000 年和2018 年吉林省秸稈產(chǎn)率變化趨勢(shì)，如圖5。

對(duì)比分析2000 年和2018 年吉林省各地耕地秸稈產(chǎn)率，發(fā)現(xiàn)四平耕地秸稈產(chǎn)率增長(zhǎng)速度最快，從2000 年的532.15 t/km2增長(zhǎng)至2018 年的970.82 t/km2，增長(zhǎng)率為45%，其他地區(qū)耕地秸稈產(chǎn)率總體也呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，而白山耕地秸稈產(chǎn)率呈負(fù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，至2018 年減少了20%。各地旱地秸稈產(chǎn)率與耕地秸稈產(chǎn)率變化趨勢(shì)大致相同，說(shuō)明旱地秸稈是秸稈資源的主要組成部分，影響秸稈總量的變化趨勢(shì)。四平、松原、白城和延邊的水田秸稈產(chǎn)率呈上升趨勢(shì)，其中白城增長(zhǎng)幅度最高，由2000 年的366.17 t/km2增長(zhǎng)至2018 年的492.63 t/km2，增長(zhǎng)率達(dá)到26%，而長(zhǎng)春、吉林、通化、遼源和白山地區(qū)水田秸稈產(chǎn)率呈負(fù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中通化的水田秸稈產(chǎn)率降幅最大，從2000 年的600.36 t/km2減少至2018 年的457.59 t/km2，減少了24%。

2000 年遼源、白山、四平和長(zhǎng)春為旱地秸稈產(chǎn)率的高分布地區(qū)，水田秸稈產(chǎn)率的高分布區(qū)為通化、吉林、松原和長(zhǎng)春地區(qū)。2018 年旱地秸稈產(chǎn)率高分布區(qū)為四平、長(zhǎng)春、吉林和松原地區(qū)，2018 年水田秸稈產(chǎn)率分布較為均勻，高分布區(qū)為松原、長(zhǎng)春和白城地區(qū)。綜上所述，吉林省中西部地區(qū)為秸稈產(chǎn)率的高分布區(qū)。

4 結(jié)論與討論

準(zhǔn)確測(cè)算吉林省農(nóng)作物秸稈資源量，為吉林省開(kāi)展生物質(zhì)資源產(chǎn)業(yè)化利用及規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支撐。通過(guò)對(duì)比2000 年和2018 年吉林省秸稈資源變化、2018 年秸稈資源分布特點(diǎn)及耕地秸稈產(chǎn)率變化，評(píng)估耕地秸稈產(chǎn)率的高分布區(qū)，為吉林省因地制宜發(fā)展秸稈生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)布局提供科學(xué)依據(jù)。

2000 年—2018 年，吉林省秸稈資源總量整體呈不斷上升趨勢(shì)，說(shuō)明吉林省利用秸稈資源發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)具有較大潛力[13]，但2018 年秸稈資源總量下降，說(shuō)明自然災(zāi)害影響秸稈資源的變化。玉米作為吉林省主要農(nóng)作物，2018 年占秸稈可收集總量的84%，可以說(shuō)玉米的產(chǎn)量影響吉林省秸稈資源總量的發(fā)展，玉米秸稈用途廣泛，可做燃料、飼料、肥料、工業(yè)原料和食用菌基料且效果好、潛力大[14]。2018 年吉林省秸稈資源分布主要集中在中西部地區(qū)，在秸稈高分布區(qū)內(nèi)發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)，有接近原料產(chǎn)地和節(jié)省運(yùn)輸成本等優(yōu)勢(shì)。通過(guò)對(duì)比水田和旱地秸稈資源，發(fā)現(xiàn)旱地秸稈資源的變化是影響秸稈資源總量變化的主要因素，吉林省耕地秸稈產(chǎn)率還呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，說(shuō)明吉林省農(nóng)業(yè)集約化程度在不斷提高，逐步實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化[15]。