基于草谷比法的中國秸稈資源估算

0秸稈資源數量估算稻草資源是指在現實社會、經濟和技術條件下，可用于人類用途的稻草總數。這是中國農業和畜牧業可持續發展的重要物質基礎，也是農村新能源化的重要物質基礎。2008年7月國務院下發了《關于加快推進農作物秸稈綜合利用的意見》。這對于加快推進秸稈綜合利用,實現秸稈的資源化、商品化,促進資源節約、環境保護和農民增收具有重要作用。秸稈資源數量估算是秸稈資源綜合利用的基礎。學者們運用不同方法對其進行了大量的研究,但從以往的研究看,計算結果存在很大差異,有人認定是6億t以上,有人認定是7億t以上。本文試圖找到秸稈資源估算中存在的主要問題,確定合理估算方法,對中國秸稈的總量進行全面、系統、準確的估算。1中國糧食的估算存在三個主要問題1.1秸稈產量核算結果用主要農作物秸稈產量直接代替秸稈總產量是中國秸稈資源數量估算中存在的較為普遍的現象。例如農業部《農業生物質能產業發展規劃(2007~2015年)》依據2005年全國主要農作物產量,按草谷比計算出秸稈產量約6億t。國家發展改革委基礎產業發展司《中國新能源與可再生能源1999白皮書》和曹國良等所計算的中國不同年份主要農作物秸稈產量皆在6億t左右,分別忽略了蔗渣、甜菜渣、煙稈、蔬菜和其他農作物的副產品,前者還忽略了麻類秸稈和甜菜莖葉。雖然上述報告和文獻都明確說明或列表明示6億t左右的秸稈僅僅是中國糧、棉、油等主要農作物的秸稈產量,但經過人們的多次引用和重復引用,逐漸地被不少人認定為此數值就是中國現實的秸稈總產量。本文計算結果表明,目前中國蔬菜藤蔓及其殘余物產量已經高達7600多萬t,加上麻類秸稈、蔗渣、甜菜渣、甜菜莖葉、煙稈和其他農作物的副產品,可達到近1.5億t。由此不難看出,中國“次要”農作物的秸稈產量是不可忽略不計的。其次,對農產品加工剩余的副產品統計重視不夠也大大降低了中國秸稈總產量。本文計算結果還表明,2005年中國稻殼產量和玉米芯產量已分別高達4875.98萬t和3484.13萬t,僅略低于棉稈產量。尤其是稻殼產量比全國油料秸稈總產量還要高10%以上。但不少人在計算中國秸稈總產量時,忽略了這兩種農作物副產品,使中國秸稈總產量估算結果比其實有數量偏低。1.2作物的草谷比水稻、小麥、玉米是中國各類農作物中種植面積最大、產量最高的3大農作物。但這3大糧食作物的草谷比,在不同的文獻中也很難統一,而且相差懸殊。從表1所列4組草谷比來看,在不同的文獻中,水稻草谷比最高取值與最低取值相差47.7個百分點,小麥相差36.6個百分點,玉米相差80.0個百分點,這使不同研究對中國秸稈資源的估算結果存在顯著差異。1.2.1秸稈資源按用量計算的民法草谷比,為水稻秸稈高效低碳發展提供了合理的依據原國家發展改革委基礎產業發展司編《中國新能源與可再生能源1999白皮書》和曹國良等在計算中國秸稈總產量時,皆采用了中國農村能源行業協會的草谷比。而中國農村能源行業協會所給定的水稻草谷比僅為0.623,明顯低于中國實際的水稻草谷比。與其他農作物相比,水稻草谷比有較大的不穩定性。影響水稻草谷比的因素除了水稻產量,水稻熟制也是一個重要的因素。溫懷南研究結果表明連作晚稻和單季晚稻草谷比平均取值在1.15左右,連作早稻草谷比平均取值為0.65左右。而中國農村能源行業協會的草谷比僅能反映早稻的生產情況。而目前早稻的種植面積只是水稻總播種面積的1/5,在不區分早、中、晚稻的情況下,把水稻草谷比取值為0.9~1.0較為客觀。牛若峰、劉天福主編《農業技術經濟手冊(修訂本)》收錄的水稻主副產品之比為1︰0.9,即草谷比為0.9;李京京等在計算全國秸稈總產量時選定的水稻草谷比為1;鐘華平等在計算全國秸稈總產量時采用的水稻草谷比為1.1;《中國農業百科全書》給出的水稻收獲指數為0.4~0.5,按其計算出的水稻草谷比為1.25~1.0;中國農村能源綜合區劃協作組,在1983年編寫的農村能源調查大綱中,提出的水稻谷草比為1,也即草谷比為1。總之,大多數秸稈資源研究和秸稈產量計算,把水稻草谷比取值為1左右。2005年,中國稻谷總產量為18059.2萬t,按照中國農村能源行業協會的水稻草谷比0.623計算,該年度中國稻草總產量為11250.88萬t,僅此就使全國稻草總產量少計算6800多萬t(與水稻草谷比取值為1相比較)。在眾多秸稈資源應用研究文獻中,對玉米草谷比取值偏高的問題更為嚴重。文獻檢索結果表明,目前在中國玉米秸稈產量計算中常用的玉米草谷比有3個:一是以牛若峰、劉天福主編《農業技術經濟手冊(修訂本)》為代表的玉米主副產品之比,取值為1︰1.2,即草谷比為1.2。二是以中國農村能源綜合區劃協作組為代表,在其1983年編寫的農村能源調查大綱中,提出的玉米谷草比為0.5,即草谷比為2。后來,中國農村能源行業協會也把玉米草谷比定為2。曹國良等、鐘華平等、李京京等,以及《中國新能源與可再生能源1999白皮書》等,在計算全國秸稈總產量時,皆把玉米草谷比選定為2。三是以《山東省發展農作物秸稈綜合利用技術推廣應用綜合研究》為代表的玉米草谷比,取值為1.38。大量玉米種植試驗[12,13,14,15,16,17]表明,在不同品種和不同生長條件下,玉米的草谷比存在較大差別。在玉米正常生長情況下,其草谷比一般在1~1.3左右變化,平均值約為1.2左右。通過上述分析可見,牛若峰、劉天福主編《農業技術經濟手冊(修訂本)》收錄的玉米草谷比(取值為1.2)最為接近實際。2005年,中國玉米年總產量約為13937萬t,把玉米草谷比取值為1.2或2,將使中國玉米秸稈年總產量計算結果相差1.12億t左右。1.3棉稈產量計算錯誤該問題主要出現在對棉稈產量的估算上。眾所周知,棉花經濟產品有皮棉和籽棉之分。在中國有關農產品的統計年鑒中,棉花產量皆是指皮棉產量。例如國家統計局農村社會經濟調查司編《中國農村統計年鑒2005》在其使用說明中明確指出:“棉花:不包括木棉,按去籽后的皮棉計算……。”如果直接利用統計年鑒中的棉花產量即皮棉產量作為基礎數據計算棉稈產量,必須把皮棉與棉稈之比作為棉花的谷草比。據牛若峰、劉天福主編《農業技術經濟手冊(修訂本)》提供的資料:籽棉與棉稈之比為1︰3.4,皮棉與籽棉之比為1︰2.7。據此計算的皮棉與棉稈之比為1︰9.2。如果把籽棉與棉稈之比作為棉花的谷草比,必須根據皮棉與籽棉之比,把統計年鑒中的棉花產量即皮棉產量折算為籽棉產量。由于對統計年鑒中棉花產量的具體含義認識有誤,很多人在計算棉稈產量時忽視了該環節。國家發展改革委基礎產業發展司《中國新能源與可再生能源1999白皮書》和曹國良等在計算棉稈產量時,皆以中國農村能源行業協會的谷草比為依據,把棉花谷草比取值為1︰3.0,這顯然是指籽棉與棉稈之比。而所列各年份棉花產量又皆是皮棉產量(參閱相應年份的農業部《中國農業統計資料》或國家統計局農村社會經濟調查司《中國農村統計年鑒》)。由于把皮棉的統計產量當成籽棉的統計產量,據此《中國新能源與可再生能源1999白皮書》計算的1995年全國棉稈產量為1430.50萬t,曹國良等計算的2001年、2002年、2003年全國棉稈產量分別為1597.00萬、1474.80萬和1458.00萬t,而相應年度全國實際棉稈產量(按皮棉產量與棉稈產量之比1︰9.2計)分別為1998年4386.56萬t、2001年4898.08萬t、2002年4522.72萬t、2003年4471.20萬t。由此可見,僅僅由于對統計年鑒中棉花產量具體含義的認識錯誤,就使中國棉稈年產量少計算了3000萬t左右。鐘華平等、李京京等在計算全國棉稈產量時也存在同樣的問題。2估計方法本文主要采用了草谷比法和副產品相對質量密度法對秸稈產量進行估算。2.1農作物秸稈產量計算草谷比(SG)是指農作物地上莖稈產量與經濟產量之比,它是評價農作物產出效率的重要指標,又稱為農作物副產品與主產品之比。農作物經濟產量是指人們需要的有經濟價值的農作物主要產品的產量,又稱其為農作物主產品產量。有關統計年鑒中各類農作物產量即指農作物的該部分生物量。對于糧食、油料等農作物,籽實產量即是經濟產量。農作物地上莖稈產量即一般意義上的農作物秸稈產量,又稱為農作物副產品產量。對于以籽實、瓜果、葉莢等為收獲對象的農作物,地上莖稈產量等于其地表生物量減去其經濟產量。對于馬鈴薯、甘薯、甜菜、蘿卜、花生等以地下塊根、塊莖、莢果為收獲對象的農作物,地上部分可全部視為秸稈。在草谷比和農作物經濟產量已知的條件下,可用下述公式計算農作物秸稈產量式中:WS――農作物秸稈產量,t;WP――農作物經濟產量,t;SG――草谷比即農作物秸稈產量與農作物經濟產量之比值。例如水稻的草谷比(SG)為0.9,稻谷的產量(WP)為10萬t,則稻草的產量(WS)為10萬t×0.9=9萬t。草谷比法是計算農作物秸稈產量的最主要的方法。草谷比(SG)與谷草比(GS)呈倒數關系:SG=1/GS。對于部分農作物副產品(如稻殼、花生殼等)的產量也可根據其占農作物經濟產量的相對質量密度來計算。例如在水稻生產中,稻谷是其經濟產品,稻谷的平均出米率為73%,稻殼占稻谷的相對質量密度為27%,稻谷的產量為10萬t,則稻殼的產量為10萬t×0.27=2.7萬t。用公式表達為式中:W′――農作物副產品產量,t;RS/P――農作物副產品產量占其經濟產量的相對質量密度。3原表2:《農業技術經濟手冊修訂本》草谷比的確定是秸稈產量估算準確與否的關鍵。本文采用的農作物草谷比主要引自牛若峰、劉天福主編《農業技術經濟手冊(修訂本)》,或根據該《手冊》提供的有關農業技術經濟參數計算而得。原《手冊》把谷草比稱為農作物主副產品比例,與草谷比呈倒數關系。對于某些不能從該《手冊》獲取的草谷比,主要由作者根據實地調查和實測運用上述方法計算補充,最終的認定結果全部列示于表2。4統計分析與世界秸稈產量本文以農業部各年度《中國農業統計資料》、《國際統計年鑒2006》中的相關統計資料為基礎數據,按照表2中經過訂正的谷草比,計算并匯總出1990年以來的歷年全國分類秸稈總產量與2005年世界秸稈總產量。計算結果表明,2005年全國秸稈總產量達到84183.12萬t(表3)。6秸稈產量與糧食產量1)中國秸稈資源估算存在著統計不完全、草谷比取值不當等問題。用主要農作物秸稈產量代替秸稈資源總產量使中國秸稈資源總量顯著偏低;草谷比取值不當是中國秸稈資源結果嚴重失實的重要方面,其中對水稻草谷比取值偏低可使中國稻草產量少計算數千萬噸,對玉米草谷比取值偏高可使中國玉米秸稈產量多計算上億噸。對農作物產量統計指標認識不清直接導致秸稈產量的計算失誤,該問題主要出現在對棉稈產量的估算上。2)根據本研究考證、補充、修訂、測定的谷草比的計算,2005年全國秸稈總產量達到84183.12萬t,是世界第一秸稈大國。中國人均秸稈產量低于世界人均平均水平。3)中國秸稈總產量總體上呈不斷增長之勢。2005年全國秸稈總產量達到84183.12萬t,與1990年相比共計增長了21.19%,年均增長1.3%。4)糧食作物秸稈依然是中國的主要作物秸稈類型。稻草、玉米秸、麥秸是中國產量最高的3大作物秸稈。農產品初級加工副產品如稻殼、玉米芯、蔗渣、甜菜渣等總產量合計已超過1億t,具有可觀的新能源開發前景。1.2.2如果玉米草的價格很高，中國的玉米稻草產量可以達到每畝1億元2.2相對質量密度法4.1決策結果及估算結果分析本研究估算1995年全國秸稈總產量為73103.77萬t,與《中國新能源與可再能源1999白皮能源1999白皮書》估算結果(60466.14萬t)相比高出20.90%。2001年、2002年、2003年估算的結果分別為76656.24萬、78780.36萬和75684.71萬t,比曹國良等的估算結果分別高25.73%、26.43%和27.72%。4.2全球秸稈產量計算結果表明,2005年全球秸稈總產量為447152.34萬t,其中秸稈產量超過1億t的國家有8個,其產量合計為277376.40萬t,占全球秸稈總產量的62.03%。同年度中國秸稈總產量為84183.12萬t,占全球秸稈總產量的18.83%。從人均秸稈產量看,中國人均秸稈產量較低,僅為644kg,是世界平均水平87.14%(表5)。4.3秸稈總量分析隨著中國農業綜合生產水平的持續提高,中國秸稈總產量總體上呈不斷增長之勢(圖1)。1990年中國秸稈總產量不到7億t,1998年首次突破8億t。1998年后,中國秸稈總產量呈波動性下降,2003年降至不足7.7億t,與1998年相比凈減少5161.26萬t。該時期全國秸稈總產量的減少,主要是由于1998年以后中國開始全面實施農業結構戰略性調整所形成的。2004-2005年是中國秸稈總產量的快速增長時期,年總產量穩定在8億t以上,2a間共計增長8498.41萬t,增長率高達11.23%。2005年全國秸稈總產量達到84183.12萬t,與1990年相比共計增長了21.19%,年均增長1.3%。4.4中國農作物秸稈資源估產結果及分析2005年在中國秸稈總產量中,糧食作物秸稈為59110.02萬t,占70.22%;經濟作物秸稈為21194.50萬t,占25.18%;其他農作物秸稈產量為3878.60萬t,占4.61%。稻草、玉米秸、麥秸是中國產量最高的3大作物秸稈,2005年其產量分別為21129.26萬、20207.93萬和10718.95萬t,分別占全國秸稈總產量的25.10%和24.00%和12.73%。上述3大作物秸稈產量合計為52056.14萬t,占全國秸稈總產量的61.84%。4.5稻殼、玉米芯、蔗渣等農副產品具有較大開發潛力2005年蔬菜藤蔓及殘余物為7648.33萬t,占全國秸稈總產量的9.09%。蔬菜副產品即蔬菜藤蔓及殘余物已經成為中國僅次于水稻、玉米、小麥3大糧食作物秸稈的第四大農作物秸稈和經濟作物中產量最高的秸稈。同時,農產品初級加工副產品稻殼、玉米芯、蔗渣、甜菜渣等,2005年產量分別為4875.98萬、3484.13萬、2079.31萬和63.05萬t,合計為10502.47萬t。這些副產品不僅具有可觀的開發潛力,而且大多數便于收集利用。尤其是稻殼,其產量比全國油料作物秸稈總產量還要高10.23%,主要產于稻米加工廠,是良好的新能源開發原料。5對中國秸稈資源估產結果的兩點說明首先,本文對全國秸稈總產量的匯總結