兩淮地區(qū)農(nóng)林固廢資源量時(shí)空特征及利用潛力評(píng)價(jià)

蘇永東,周育智,劉 英,張旭陽(yáng),龍林麗,陳孝楊

(安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，安徽淮南 232001)

我國(guó)每年都會(huì)產(chǎn)生大量農(nóng)林固體廢棄物，農(nóng)作物秸稈和林業(yè)生產(chǎn)剩余物為農(nóng)林固廢的主體，具有可循環(huán)再生和資源量豐富的特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年我國(guó)各類農(nóng)作物秸稈總量約為8.29億t，其中作為生物質(zhì)可資源化利用約為6.94億t；林業(yè)剩余物總量達(dá)3.5億t，可資源化利用約為960.4萬(wàn)t[1]。秸稈和林業(yè)剩余物資源化、能源化利用潛力巨大，近年來(lái)得到國(guó)家高度重視，2021年3月份國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)出臺(tái)《關(guān)于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導(dǎo)意見(jiàn)》明確指出，應(yīng)大力推進(jìn)秸稈綜合利用，推動(dòng)秸稈綜合利用產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效。“五化”是目前農(nóng)林固廢的資源化利用主要途徑，其中秸稈利用方式主要以肥料化為主，飼料化和能源化為輔，而基料化和原料化利用率較低[2]。隨著相關(guān)政策和綜合利用技術(shù)的同步實(shí)施，大量秸稈得到有效利用，秸稈亂堆放及露天焚燒等現(xiàn)象也得到很大改善[3]。林業(yè)剩余物是林木生物質(zhì)資源的重要組成部分，目前我國(guó)在林木生物質(zhì)利用方面尚處于初級(jí)階段，具有廣泛的應(yīng)用前景[4]。了解林業(yè)剩余物資源量及分布情況，有利于生物質(zhì)資源研發(fā)利用。

目前，已經(jīng)有很多學(xué)者對(duì)秸稈資源量進(jìn)行估算，利用統(tǒng)計(jì)部門(mén)發(fā)布的農(nóng)作物產(chǎn)量等相關(guān)信息，結(jié)合草谷比、可回收系數(shù)計(jì)算出秸稈資源量，以及對(duì)區(qū)域遙感數(shù)據(jù)解析，結(jié)合調(diào)研提高數(shù)據(jù)精度等方式是常用估算方法。例如，冉繼偉等[5]依據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)年鑒資料基于草谷比和秸稈可回收系數(shù)，對(duì)近20年我國(guó)31個(gè)省份農(nóng)作物播種面積和秸稈資源量的時(shí)空分布特征進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，我國(guó)秸稈資源量主體是由水稻、小麥、玉米和大豆構(gòu)成，占全國(guó)總量的82.3%～88.3%，不同作物秸稈存在地域差異，長(zhǎng)江中下游、華北和東北地區(qū)主要以水稻、小麥和大豆秸稈資源為主，玉米秸稈資源主要分布在華北和東北地區(qū)；Scarlat等[6]結(jié)合土地覆蓋和作物分布的地理空間數(shù)據(jù)，對(duì)歐洲36個(gè)國(guó)家8種農(nóng)作物秸稈進(jìn)行估算，生成了精度較高的秸稈空間分布圖，估算出歐洲每年秸稈資源量在2.09億～3.65億t。劉之榆等[7]采用Sentinel-1 SAR影像和Sentinel-2光學(xué)影像相關(guān)遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)梨樹(shù)縣玉米秸稈覆蓋度大范圍快速提取，結(jié)合雷達(dá)與光學(xué)遙感指數(shù)提升反演精度；王雪等[8]利用MODIS衛(wèi)星遙感影像時(shí)間序列數(shù)據(jù)和天地圖遙感影像數(shù)據(jù)，對(duì)車(chē)門(mén)鄉(xiāng)農(nóng)作物秸稈量和空間分布進(jìn)行研究，得出研究區(qū)域水稻小麥秸稈可回收資源量分別為1.27萬(wàn)和2.78萬(wàn)t，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研修正并提高數(shù)據(jù)精度。林業(yè)剩余物資源量常用剩余折算系數(shù)進(jìn)行估算，例如，張衛(wèi)東等[9]將林業(yè)剩余物分類匯總，按照林業(yè)面積和株數(shù)結(jié)合折算系數(shù)、剩余物可利用系數(shù)，得出2013年我國(guó)林業(yè)剩余物資源量約為9.24億t。

秸稈在資源化利用過(guò)程中，除了還田外，其余利用方式還需要對(duì)秸稈進(jìn)行集中處理，由于秸稈資源具有量大、分布范圍廣、堆積密度低等特點(diǎn)，給秸稈收集、運(yùn)輸、儲(chǔ)藏等方面工作帶來(lái)不便。為了提高秸稈收運(yùn)效率，優(yōu)化秸稈資源配置，對(duì)一定區(qū)域范圍內(nèi)的秸稈種類、數(shù)量和分布情況進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查和估算顯得尤為重要[10]。此外，明確秸稈基本需求量和利用潛力，結(jié)合不同區(qū)縣秸稈常見(jiàn)利用方式，因地制宜，不僅可以高效利用秸稈資源，避免浪費(fèi)，而且可以讓秸稈資源效益最大化。兩淮地區(qū)是安徽糧食和秸稈主要產(chǎn)地，秸稈資源豐富[11]，秸稈主要利用方式包括機(jī)械還田、高溫堆肥、直燃發(fā)電、制作青貯飼料和食用菌基質(zhì)等[12]。該研究基于2016—2020年兩淮地區(qū)年鑒農(nóng)林業(yè)信息，首先根據(jù)草谷比和秸稈可回收系數(shù)來(lái)估算水稻、小麥、玉米、豆類、油料秸稈可回收資源量，根據(jù)林木剩余物折算系數(shù)，估算林業(yè)剩余物資源量；其次從區(qū)域差異、時(shí)空變化、資源密度分析農(nóng)林固廢時(shí)空特征，最后分析秸稈綜合利用潛力，以期為政府部門(mén)合理利用秸稈資源和制定相關(guān)政策提供可靠依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況兩淮地區(qū)位于皖北，屬于溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫為15.5～16.6 ℃，年降雨量在522.5～698.4 mm，無(wú)霜期為200～250 d，水熱條件良好[13]。研究區(qū)域包括淮南、淮北、蚌埠、阜陽(yáng)、宿州和亳州6個(gè)市,地理坐標(biāo)為31°54′～34°25′N(xiāo)、115°15′～117°54′E(圖1)。選取水稻、小麥、玉米、豆類、油料農(nóng)作物秸稈為主要研究對(duì)象，根據(jù)統(tǒng)計(jì)信息可知這5類農(nóng)作物秸稈約占秸稈資源總量的88%。林業(yè)則主要以人工林，包括四旁植樹(shù)和撫育林林業(yè)剩余物為研究對(duì)象。兩淮地區(qū)一共34個(gè)區(qū)縣，其中超過(guò)18個(gè)區(qū)縣農(nóng)作物種植面積在11萬(wàn)hm2之上。宿州市埇橋區(qū)和淮南市壽縣農(nóng)作物種植面積較大，都在30萬(wàn)hm2左右。農(nóng)作物種植面積分布重心主要在兩淮地區(qū)中部。有19個(gè)區(qū)縣森林面積超過(guò)1.5萬(wàn)hm2，其中面積較大的2個(gè)區(qū)縣分別是宿州市碭山縣和蕭縣，分別達(dá)8.5萬(wàn)和6.8萬(wàn)hm2。根據(jù)當(dāng)?shù)卣畔?，碭山縣森林覆蓋率達(dá)70%以上，林業(yè)資源豐富，故森林面積分布重心主要位于以宿州市為代表性的兩淮北部地區(qū)。

圖1 研究區(qū)地理位置

1.2 農(nóng)林固廢資源量估算方法

1.2.1秸稈可回收資源量估算方法。農(nóng)作物秸稈是指農(nóng)作物去掉根和籽粒后剩余部分，主要包括作物的莖和葉。秸稈可回收資源量通過(guò)農(nóng)作物產(chǎn)量、草谷比和可回收系數(shù)來(lái)計(jì)算[14]?，F(xiàn)有農(nóng)作物秸稈資源調(diào)查與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(NY/T 1701—2009)中草谷比定義為某種農(nóng)作物單位面積秸稈產(chǎn)量與籽粒產(chǎn)量的比值。由于農(nóng)作物收割方式和留高度不同茬，考慮到秸稈損耗，利用可回收系數(shù)進(jìn)行折減，更符合實(shí)際情況。統(tǒng)計(jì)了兩淮地區(qū)常見(jiàn)農(nóng)作物草谷比和可回收系數(shù)(表1)，秸稈可回收資源量計(jì)算公式如下：

表1 安徽省常見(jiàn)農(nóng)作物草谷比與可回收系數(shù)[15]

(1)

式中，CS為秸稈可回收資源量；Qi為第i種農(nóng)作物產(chǎn)量；Ri為第i種農(nóng)作物草谷比；Ci為第i種農(nóng)作物可回收系數(shù)。

1.2.2林業(yè)剩余物資源量計(jì)算方法。林業(yè)剩余物是指在森林經(jīng)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生的林木剩余物，其中包括灌木平茬、經(jīng)濟(jì)林、四旁疏林、城市綠化撫育修枝等產(chǎn)生的林木剩余物。結(jié)合兩淮地區(qū)實(shí)際林業(yè)剩余物收集情況，以四旁植樹(shù)和成、幼撫育林為主要研究對(duì)象，結(jié)合林業(yè)剩余物折算系數(shù)、可利用系數(shù)對(duì)其資源量進(jìn)行估算[10]。林業(yè)剩余物資源量計(jì)算公式如下：

(2)

式中，L為林業(yè)剩余物資源量；FRi為第i種林木資源量；Ui為第i種林木剩余物折算系數(shù)；Vi為第i種林木剩余物可利用系數(shù)。為了計(jì)算方便可利用系數(shù)都取1，成林和幼林剩余物折算系數(shù)為7.2 t/hm2，四旁植樹(shù)剩余折算系數(shù)為2 kg/株。

1.2.3資源密度?，F(xiàn)行農(nóng)作物秸稈資源調(diào)查與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(NY/T 1701—2009)中資源密度是指某一區(qū)域單位面積秸稈資源的數(shù)量，表明該地區(qū)秸稈資源的豐度。崔蜜蜜等[16]用資源密度對(duì)2012年我國(guó)區(qū)域密度進(jìn)行分析，得出東北地區(qū)秸稈資源密度最高，平均為5 t/hm2，高于全國(guó)平均水平。區(qū)域面積可以是各區(qū)縣的版圖面積、土地面積、農(nóng)作物種植面積，該研究中區(qū)域面積取農(nóng)作物種植面積和森林面積。

1.3 農(nóng)林固廢資源化潛力估算方法

1.3.1肥料化利用潛力。根據(jù)《區(qū)域農(nóng)作物秸稈全量處理利用技術(shù)導(dǎo)則》，為保持或提高兩淮地區(qū)土壤生產(chǎn)力，秸稈最小還田量為3 t/hm2，計(jì)算出秸稈還田肥料化需求量。由兩淮地區(qū)秸稈綜合利用率，得出未被利用秸稈資源量，根據(jù)不同作物秸稈養(yǎng)分(包括N、P2O5、K2O)含量(表2)，分析未被利用秸稈和林業(yè)剩余物代替肥料的能力。

1.3.2飼料化利用潛力。根據(jù)兩淮地區(qū)年存欄牲畜數(shù)量，按每頭(或只)牲畜年秸稈消耗量，計(jì)算出秸稈飼料化需求量，分析未被利用秸稈資源量作為飼料利用的能力。

1.3.3能源化利用潛力。熱裂解是指在限氧條件下秸稈在250～750 ℃發(fā)生熱裂解作用而得到生物質(zhì)炭(表2)、木醋液和生物質(zhì)可燃?xì)獾倪^(guò)程[17]，從節(jié)能減排的角度，分析未被利用秸稈資源量直燃發(fā)電和熱裂解的能力。

表2 安徽省秸稈養(yǎng)分含量及生物質(zhì)炭

1.3.4基料化和原料化利用潛力。使用秸稈作為主要原材料，結(jié)合輔料，根據(jù)生產(chǎn)配方制作成無(wú)土培養(yǎng)基，常用于食用菌的栽培。根據(jù)年鑒信息，兩淮地區(qū)食用菌年總產(chǎn)量約為12萬(wàn)t，計(jì)算出秸稈基料化需求量。以秸稈為原材料，可以用來(lái)造紙、制作人造板材和秸稈草磚等[18]。根據(jù)相關(guān)工藝，分析未被利用秸稈資源量制作草磚和人造板材的能力。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩淮地區(qū)農(nóng)林固廢資源量估算依據(jù)兩淮地區(qū)各市統(tǒng)計(jì)年鑒信息，結(jié)合農(nóng)作物草谷比和可回收系數(shù)對(duì)兩淮地區(qū)主要農(nóng)作物資源量進(jìn)行估算，結(jié)果顯示，2015—2019年兩淮地區(qū)主要農(nóng)作物秸稈可回收資源量總和分別為1 876.15萬(wàn)、1 919.32萬(wàn)、1 958.15萬(wàn)、1 988.84萬(wàn)和2 035.78萬(wàn)t,資源量隨時(shí)間變化整體呈平穩(wěn)緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)。從2019年各市秸稈可回收資源量占比情況(圖2a)來(lái)看，阜陽(yáng)市秸稈可回收資源量最大，占總資源量的22.8%。2019年水稻、小麥、玉米、豆類和油料秸稈可回收資源量分別為275.15萬(wàn)、1 027.24萬(wàn)、511.72萬(wàn)、90.67萬(wàn)和58.36萬(wàn)t，小麥秸稈是兩淮地區(qū)最主要秸稈來(lái)源，占總資源量的52.3%。豆類主要以大豆為主，油料以花生、油菜為主，芝麻為輔。由年鑒信息得出兩淮地區(qū)四旁植樹(shù)約為1 082萬(wàn)株，成、幼林撫育面積約為9.3萬(wàn)hm2，折合林業(yè)剩余物資源量約為69.05萬(wàn)t,其中阜陽(yáng)市和宿州市林業(yè)剩余物資源量較豐富，分別達(dá)到17.69萬(wàn)和16.42萬(wàn)t，資源量較少的是蚌埠和亳州，分別為6.09萬(wàn)和3.94萬(wàn)t。

圖2 2019年各市秸稈資源量占比(a)和不同種類秸稈資源量占比(b)

秸稈可回收資源量信息按照市級(jí)來(lái)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示，阜陽(yáng)市年平均秸稈可回收資源量最大，為468.54萬(wàn)t；其次是亳州和宿州，分別為415.96萬(wàn)和392.36萬(wàn)t；再次是蚌埠和淮南，分別為315.10萬(wàn)和274.84萬(wàn)t；淮北市年平均秸稈可回收資源量最小，只有117.87萬(wàn)t。從5年變化趨勢(shì)(圖3)可以看出，淮南、淮北和亳州秸稈可回收資源量整體平穩(wěn)緩慢增長(zhǎng)，其他市基本持平。

圖3 2015—2019年兩淮地區(qū)5類秸稈可回收資源量

2.2 兩淮地區(qū)農(nóng)林固廢資源量空間分布從圖4可以看出，兩淮地區(qū)農(nóng)林固廢資源量分布不均勻，各區(qū)縣秸稈可回收資源量在0.63萬(wàn)～160.01萬(wàn)t，區(qū)域差異明顯。水稻秸稈資源量南多北少，具有由北到南逐漸增多的特征(圖4a)；淮南市壽縣資源量最豐富，水稻秸稈可回收資源量達(dá)到105.52萬(wàn)t；其次是懷遠(yuǎn)縣、鳳臺(tái)縣、潁上縣，水稻秸稈可回收資源量分別為32.11萬(wàn)、30.95萬(wàn)、22.46萬(wàn)t?；茨鲜屑爸?chē)尤绤^(qū)縣大都屬于水旱輪作，是兩淮地區(qū)水稻秸稈主要產(chǎn)地。

小麥秸稈可回收資源量主要集中在兩淮中部地區(qū)，以中部為重心向外呈輻射狀分布(圖4b)，渦陽(yáng)縣、蒙城縣、濉溪縣和埇橋區(qū)處于重心位置，小麥秸稈可回收資源量分別為72.89萬(wàn)、70.81萬(wàn)、69.05萬(wàn)和68.71萬(wàn)t。結(jié)合水稻種植信息，可知這些區(qū)縣以旱地輪作為主，是兩淮地區(qū)小麥秸稈主要產(chǎn)地。

玉米秸稈可回收資源量分布較為分散，兩淮地區(qū)的中部、東北部和西南部資源量較為豐富(圖4c)。中部地區(qū)如蒙城縣和利辛縣玉米秸稈可回收資源量較大，分別為54.11萬(wàn)和46.07萬(wàn)t；其次是靈璧縣、埇橋區(qū)和臨泉縣，玉米秸稈可回收資源量分別為38.67萬(wàn)、38.38萬(wàn)、33.30萬(wàn)t。結(jié)合水稻分布特征，發(fā)現(xiàn)玉米秸稈豐富的區(qū)縣，水稻秸稈較為匱乏。原因是兩類農(nóng)作物在種植和生長(zhǎng)周期存在沖突，夏秋時(shí)節(jié)通常只選擇其中一類作物進(jìn)行種植。

豆類秸稈可回收資源量豐富的地區(qū)主要集中在中部偏北的區(qū)縣，呈條帶狀分布(圖4d)。太和縣和渦陽(yáng)縣豆類秸稈可回收資源量較多，分別為12.15萬(wàn)和11.81萬(wàn)t，其次是埇橋區(qū)和濉溪縣，豆類秸稈可回收資源量分別為8.75萬(wàn)和7.81萬(wàn)t。豆類秸稈可回收資源量較少的區(qū)域主要集中在東南部。

油料秸稈可回收資源量分布情況與玉米秸稈相似，兩淮地區(qū)東北部較為豐富(圖4e)，例如泗縣和固鎮(zhèn)縣，油料秸稈可回收資源量分別為15.01萬(wàn)和6.77萬(wàn)t。中部只有蒙城縣較豐富，油料秸稈可回收資源量為5.70萬(wàn)t。整體來(lái)看，西北部和東南部區(qū)縣油料秸稈可回收資源量較少。兩淮地區(qū)常見(jiàn)油料包括花生、油菜和芝麻，油料種植存在區(qū)域差異，從北向南花生種植比例逐漸減小，而油菜種植比例逐漸增大。

林業(yè)剩余物資源量豐富地區(qū)主要集中在兩淮北部和南部(圖4f)，北部地區(qū)包括濉溪縣、碭山縣和蕭縣，林業(yè)剩余物資源量分別為9.05萬(wàn)、6.70萬(wàn)和3.01萬(wàn)t，南部地區(qū)包括潁上縣、臨泉縣和阜南縣，林業(yè)剩余物資源量分別為5.47萬(wàn)、3.54萬(wàn)和3.41萬(wàn)t，與潁上縣同一緯度其他區(qū)縣林業(yè)剩余物資源量也較為豐富，平均值在3.00萬(wàn)t左右。

圖4 兩淮地區(qū)農(nóng)林固廢資源量分布情況

2.3 兩淮地區(qū)農(nóng)林固廢資源密度從表3可以看出，兩淮地區(qū)秸稈資源密度平均值為4.40 t/hm2，其中淮南市秸稈資源密度最大，為5.31 t/hm2，原因可能是淮南市農(nóng)作物種植密度較大，秸稈資源量較為集中，水稻秸稈可回收資源量尤為豐富?；幢笔泻唾裰菔薪斩捹Y源密度分別為4.73和4.25 t/hm2，結(jié)合小麥秸稈可回收量分布情況，可知兩市是兩淮地區(qū)小麥秸稈可靠來(lái)源。因農(nóng)作物種植密度、土地利用方式不同，宿州市秸稈資源密度不及兩淮平均值，僅為3.88 t/hm2。林業(yè)剩余物資源密度平均值為0.99 t/hm2，資源密度分布有較大的差異性，淮南市和淮北市資源密度約為平均值的2倍，分別為2.05和1.79 t/hm2，兩市四旁植樹(shù)和撫育林規(guī)模較大；亳州市資源密度低于平均值，僅為0.24 t/hm2，其森林面積和林業(yè)剩余物資源量較小。

表3 兩淮地區(qū)秸稈和林業(yè)剩余物資源密度

2.4 兩淮地區(qū)農(nóng)林固廢利用潛力評(píng)價(jià)

2.4.1肥料化利用潛力。兩淮地區(qū)耕地總面積約為460萬(wàn)hm2，按照秸稈最小還田量3 t/hm2計(jì)算，秸稈還田肥料化需求量為1 380萬(wàn)t，由可回收系數(shù)可知，約600萬(wàn)t的秸稈以留茬的方式還田，為了保持土壤肥力，則還需780萬(wàn)t的秸稈還田，占秸稈可收集資源量的38%左右，表明兩淮地區(qū)秸稈還田有很大的需求量和潛力。兩淮地區(qū)秸稈利用率按90%來(lái)計(jì)算[20]，則未被利用秸稈可回收資源量約為220萬(wàn)t。根據(jù)不同作物養(yǎng)分含量，得出兩淮地區(qū)水稻、小麥、玉米、豆類和油料秸稈未被利用可回收資源量折算成氮肥(N)分別為0.25萬(wàn)、0.70萬(wàn)、0.49萬(wàn)、0.16萬(wàn)和0.11萬(wàn)t，折算成磷肥(P2O5)分別為0.08萬(wàn)、0.18萬(wàn)、0.17萬(wàn)、0.04萬(wàn)和0.02萬(wàn)t，折算成鉀肥(K2O)分別為0.62萬(wàn)、1.39萬(wàn)、0.75萬(wàn)、0.04萬(wàn)、0.08萬(wàn)t，未被利用秸稈全部還田，理論上可節(jié)約1.71萬(wàn)t氮肥、0.49萬(wàn)t磷肥和2.88萬(wàn)t鉀肥，在不考慮復(fù)合肥使用的情況下，相當(dāng)于淮南市單元素肥料年使用量的42.40%。林業(yè)剩余物資源量折算成肥料，按照成熟杉木枯枝葉和鮮枝葉平均氮、磷、鉀養(yǎng)分含量分別為11.04、0.68和5.90 g/kg[21]來(lái)計(jì)算，理論上可節(jié)約0.76萬(wàn)t氮肥、0.05萬(wàn)t磷肥和0.41萬(wàn)t鉀肥。

2.4.2飼料化利用潛力。根據(jù)年鑒信息得出，2019年兩淮地區(qū)大型牲畜年末存欄總數(shù)約為57.40萬(wàn)頭，主要以牛為主，還包括驢、馬和騾，羊年末存欄總數(shù)約為558.60萬(wàn)只。大型牲畜和羊秸稈年消耗量分別按照1.70和0.34 t來(lái)計(jì)算[22]，則兩淮地區(qū)秸稈飼料化需求量約為287.50萬(wàn)t，占秸稈可回收資源量的14%。若將未被利用的224萬(wàn)t秸稈加工成飼料，還可以飼養(yǎng)牛131.76萬(wàn)頭或羊658.82萬(wàn)只，遠(yuǎn)大于年末存欄數(shù)量，表明未被利用秸稈資源量可以滿足飼料化需求。

2.4.3能源化利用潛力。水稻、小麥、玉米、豆類和林業(yè)剩余物折煤系數(shù)分別為0.500、0.429、0.529、0.429和0.428 kg/kg[23]，不同生物質(zhì)折煤系數(shù)差別不大，取平均值0.463 kg/kg。則未被利用的秸稈資源量相當(dāng)于103.71萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，林業(yè)剩余物折合31.97萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤。按照1 kW·h電能需要346 g標(biāo)準(zhǔn)煤來(lái)計(jì)算[24]，則未被利用秸稈理論上可發(fā)電35.88億kW·h，是2019年淮南市社會(huì)用電量(77.75億kW·h)的46%。相較于燃煤發(fā)電，秸稈直燃發(fā)電每1 kW·h可減少525.77 g當(dāng)量CO2排放[25]，則未利用秸稈代替燃煤發(fā)電可減少188.64萬(wàn)t當(dāng)量的CO2排放，相當(dāng)于淮南市CO2年排放量的16.46%[26]。

秸稈熱裂解炭化按每1 t秸稈產(chǎn)生可燃?xì)怏w發(fā)電250 kW·h、產(chǎn)生生物質(zhì)炭0.35 t來(lái)計(jì)算[27]，則未被利用秸稈熱裂解可發(fā)電5.60億kW·h，產(chǎn)生78.40萬(wàn)t生物質(zhì)炭。發(fā)電量可抵消29.43萬(wàn)t當(dāng)量CO2排放，通過(guò)計(jì)算不同生物質(zhì)炭中有機(jī)碳的含量，得出未被利用秸稈中熱裂解有機(jī)碳為45.55萬(wàn)t，將這些有機(jī)碳當(dāng)作肥料還田，可以減少166.79萬(wàn)t當(dāng)量的CO2排放。秸稈能源化利用既能發(fā)電，也能減少CO2排放，表明秸稈有很大的能源化利用效益。

2.4.4基料化和原料化利用潛力。兩淮地區(qū)食用菌年總產(chǎn)量約為12萬(wàn)t，按照100 kg玉米秸稈制作成菌料可生產(chǎn)鮮菇等食用菌80 kg[28]來(lái)計(jì)算，則兩淮地區(qū)基料化需求量約為15萬(wàn) t，占可收集秸稈資源量的0.74%，可以得出秸稈基料化利用需求量很小。按照每塊秸稈草磚重4.3 kg、秸稈組分占8%比例進(jìn)行計(jì)算[29]，則未被利用秸稈可回收資源量可制作6 500多萬(wàn)塊草磚，可節(jié)省土方量約1.3萬(wàn)m3。秸稈人造板(密度0.66 g/cm3,厚度15 mm)加工方式以秸稈粉碎添加異氰酸酯膠黏劑進(jìn)行碾壓成型為標(biāo)準(zhǔn)[30-31]，則未被利用秸稈可回收資源量可制作2億m2的人造板材，代替樹(shù)木板材使用，可節(jié)省340萬(wàn)m3的木材。秸稈原料化利用可以通過(guò)制作草磚代替普通燒結(jié)磚用在非承重墻，減少黏土的使用量，從而改善毀田取土現(xiàn)象，用秸稈人造板材代替樹(shù)木板材使用，可以減少樹(shù)木的砍伐，保護(hù)森林資源。

3 討論

近年來(lái)兩淮地區(qū)水稻、小麥、玉米、豆類、油料秸稈可回收資源量穩(wěn)定在2 000萬(wàn)t左右，約占安徽省秸稈可回收資源量的42%，人均秸稈資源占有量為0.76 t，低于全國(guó)平均水平的1.47 t[32]，得出兩淮地區(qū)秸稈總量豐富，人均不足，因此，繼續(xù)提高秸稈的回收力度、提升秸稈資源化利用率很有必要。兩淮地區(qū)林業(yè)剩余物資源量約為70萬(wàn)t，主要是由四旁植樹(shù)和成、幼林撫育過(guò)程中產(chǎn)生的枯枝落葉及人工修剪物組成，這些林業(yè)剩余物并不能代表一個(gè)區(qū)縣林業(yè)固廢資源總量，僅代表有人工管理且能夠有效收集并利用起來(lái)的那部分。碭山縣和蕭縣森林面積分別達(dá)8.5萬(wàn)和6.8萬(wàn)hm2，遠(yuǎn)大于其他區(qū)縣，但其林業(yè)剩余物密度不是最大的，原因可能是森林面積較大的區(qū)縣，林業(yè)用地逐漸達(dá)到飽和狀態(tài)，其成、幼林撫育需求不大。秸稈可回收資源量隨時(shí)間變化幅度很小，波動(dòng)范圍不超過(guò)上一年資源量的5%，但不同種類秸稈可回收資源量在空間上存在明顯的差異，例如水稻秸稈資源主要集中在兩淮南部地區(qū)，小麥秸稈主要集中在兩淮中部地區(qū)，水稻秸稈豐富的地區(qū)其玉米秸稈和豆類秸稈資源較為匱乏。因此，對(duì)秸稈資源化利用時(shí)，需要綜合考慮秸稈可回收資源量時(shí)間變化和空間分布情況，結(jié)合當(dāng)?shù)爻Ｒ?jiàn)秸稈利用方式，因地制宜，需求秸稈利用最優(yōu)解。

兩淮地區(qū)秸稈利用方式以肥料化為主，占秸稈可回收資源量的60%左右，肥料化利用方式包括機(jī)械、過(guò)腹、腐熟和堆漚還田等方式[14]，其中將秸稈機(jī)械粉碎后直接還田是秸稈利用量最大，也是最簡(jiǎn)單的利用方式。但秸稈直接還田也存在一些問(wèn)題，例如，土地耕種深度小于15 cm時(shí)，會(huì)出現(xiàn)秸稈與土壤混合不均勻，容易導(dǎo)致秸稈成團(tuán)，進(jìn)而影響玉米出苗率和出苗質(zhì)量[33]；秸稈還田會(huì)加重作物病蟲(chóng)害的發(fā)生，加速土壤中病原菌的積累量，有研究表明連續(xù)多年秸稈還田且種植單一作物，會(huì)導(dǎo)致莖腐病致病菌積累，增加玉米莖腐病的發(fā)生概率和植株倒伏現(xiàn)象[34]。因此，在秸稈還田時(shí)，一方面應(yīng)該結(jié)合秸稈快速腐解技術(shù)，縮減秸稈腐解時(shí)間，加快秸稈養(yǎng)分融入土壤膠體，另一方面應(yīng)該重視秸稈還田過(guò)程中病害的防控，適當(dāng)使用藥劑或者微生物防治技術(shù)，有效抑制秸稈中病原微生物和蟲(chóng)卵的生長(zhǎng)[35]。為了保持土壤基本肥力，秸稈還田量占可收集資源量的38%左右即可，遠(yuǎn)小于60%，故兩淮地區(qū)秸稈還田滿足肥料化需求，可以適當(dāng)秸稈減少還田量，注重秸稈還田效率和土壤質(zhì)量。

未被利用的秸稈資源量用于直燃發(fā)電和熱裂解炭化可以減少接近200萬(wàn)t當(dāng)量CO2排放，2種利用方式具有良好的環(huán)境生態(tài)效益。但秸稈直燃發(fā)電成本費(fèi)用約為煤炭發(fā)電成本的1.8倍[24]，從全生命周期內(nèi)的成本費(fèi)用、發(fā)電成本和減排成本來(lái)看，秸稈直燃在經(jīng)濟(jì)成本方面不具有優(yōu)勢(shì)。秸稈熱裂解炭化過(guò)程中產(chǎn)生的生物質(zhì)氣可用來(lái)發(fā)電，木醋液可當(dāng)作液體肥使用，生物質(zhì)炭還田可以改善土壤，起到固碳增匯的作用。熱裂解炭化處理可充分利用秸稈中的能源、養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)，是一項(xiàng)有很大發(fā)展?jié)摿Φ慕斩捀咝Ю眉夹g(shù)，但該技術(shù)僅適用大規(guī)模秸稈熱裂解炭化，還存在產(chǎn)能偏低的缺點(diǎn)[36-37]。原料供應(yīng)成本也是制約秸稈能源化利用的重要因素之一，田間收集打捆、農(nóng)用車(chē)裝載、收儲(chǔ)點(diǎn)儲(chǔ)存、能源化利用等相關(guān)流程需要投入大量的人力物力，以收集半徑為30 km、秸稈供應(yīng)模式為田間收集、收儲(chǔ)點(diǎn)固定式打捆儲(chǔ)存為例，1 t秸稈供應(yīng)成本價(jià)在270元左右[38]。因此，優(yōu)化收儲(chǔ)體系，降低秸稈收集成本，提升秸稈能源化利用的經(jīng)濟(jì)效益很有必要。兩淮地區(qū)秸稈能源化利用量約占可回收資源量的15%，該利用方式還有很大提升空間。未來(lái)可以繼續(xù)擴(kuò)大秸稈能源化利用規(guī)模，研發(fā)優(yōu)化秸稈熱裂解炭化技術(shù)，政府可以考慮在低碳發(fā)展宏觀政策下,對(duì)這一產(chǎn)業(yè)實(shí)行碳補(bǔ)償?shù)恼呒?lì)機(jī)制。

4 結(jié)論

兩淮地區(qū)農(nóng)作物秸稈可回收資源量隨時(shí)間變化幅度很小，整體呈穩(wěn)定態(tài)勢(shì)，2019年水稻、小麥、玉米、豆類和油料5類秸稈可回收資源量分別為275.15萬(wàn)、1 027.24萬(wàn)、511.72萬(wàn)、90.67萬(wàn)和58.36萬(wàn)t，小麥秸稈是兩淮地區(qū)最主要秸稈來(lái)源，占總資源量的52.3%。林業(yè)剩余物主要來(lái)自四旁植樹(shù)和成、幼林撫育，折合資源量約為69.05萬(wàn)t。不同種類秸稈在空間分布上差異明顯，如水稻秸稈資源量南多北少，主要集中在兩淮南部(壽縣、懷遠(yuǎn)縣和鳳臺(tái)縣)；小麥秸稈資源量主要集中在兩淮中部(渦陽(yáng)縣、蒙城縣和濉溪縣)；玉米秸稈資源量主要分布在兩淮中部、東北部和西南部(蒙城縣、利辛縣和靈璧縣)，豆類秸稈資源量主要集中在兩淮中部偏北(太和縣、渦陽(yáng)縣、埇橋區(qū))；油料秸稈資源量分布在兩淮東北部和中部(泗縣、固鎮(zhèn)縣和蒙城縣)。林業(yè)剩余物資源量豐富地區(qū)主要集中在兩淮北部和南部(濉溪縣、碭山縣和潁上縣)。目前，兩淮地區(qū)秸稈綜合利用滿足肥料化、飼料化和基料化需求，未來(lái)可以適當(dāng)減少肥料化用量，提升能源化和原料化用量。依據(jù)秸稈資源量和分布情況，統(tǒng)籌規(guī)劃秸稈區(qū)縣的利用方式，因地制宜，進(jìn)一步提高秸稈回收力度，降低收集成本，通過(guò)相關(guān)技術(shù)引進(jìn)或研發(fā)，進(jìn)一步提高秸稈在人造板材、直燃發(fā)電、熱裂解炭化等高值化利用模式下的經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)合政策激勵(lì)機(jī)制，擴(kuò)大秸稈在能源化和原料化利用規(guī)模，促進(jìn)兩淮地區(qū)秸稈綜合高效利用。