基于能量转化的河南省作物秸秆养畜潜力研究

曹志宏

(郑州轻工业学院经济与管理学院，郑州 425000)

0 引言

当人均GDP达到5 000美元时，畜产品消费增长较快［1］。2011年河南省人均GDP达28 660.71元，按照当年汇率折合4 539.95美元/人，因此，全省正面临着居民食物消费结构的重大转折。由于畜产品在生产过程中伴随着大量的能量损耗，居民食品消费结构的优化升级必然对饲料粮和农业资源需求产生重大影响［2］。党的十八大报告提出:“增强农业综合生产能力，确保国家粮食安全和重要农产品有效供给”。秸秆养畜是应对河南省农业资源有限、饲料原料短缺、畜产品消费日益增长和地少人多的省情以及集约高效提高农业资源生产能力、实现缓解粮食需求矛盾和保障畜产品充分供给的有效途径。

国内外学者一般利用草谷比系数法间接估算秸秆资源数量，其核算方法涉及到秸秆资源的理论资源量［3-8］、可收集量［9-11］和利用潜力［12-13］3 个层次。从理论上讲，利用潜力分别计量了秸秆资源收割、收集和运输等因素对核算结果的影响。因此，秸秆利用潜力核算结果更接近其实际利用价值。目前，饲料化在我国秸秆利用方式中所占的比重最高，但其利用潜力定量估算方面研究较少，以重量形态分析我国适宜饲料加工的秸秆资源利用潜力核算研究工作更少［10，14］。同时，由于学者各自研究目的不同，估算秸秆种类、估算时间和草谷比取值等诸多方面也不尽相同，其利用潜力估算结果差异较大。学者们一般根据实践经验定性判断秸秆与饲料粮之间的重量转换关系而核算其实物利用价值［15-16］，如王海波以4 t普通秸秆的营养价值与1 t粮食相当，进而计算中国秸秆养畜每年可以节约1.6亿t以上饲料粮［14］。这些数据虽然说明了秸秆资源在畜牧业发展中具有非常重要的利用价值，但是，由于秸秆类型不同，其组成成分、营养价值和饲料转化率也存在较大差异，因此，仅以重量形态研究秸秆利用潜力具有一定的局限性，致使其核算结果缺乏严密的逻辑性和精确性，秸秆养畜利用潜力估算体系需要进一步改善。鉴于此，本研究基于能量转换视角定量分析河南省秸秆养畜潜力。

1 秸秆养畜及其节粮潜力核算体系

1.1 基础数据来源

作物秸秆是指农作物籽实收获后的植株部分，是传统籽粒生产模式下的副产品。秸秆适宜饲料加工的作物类型主要包括各类粮食、油料、糖料、蔬菜和瓜果等，草谷比系数［8，12］、可收集系数［12］和能量转换率［17］等各参数取值具体详见表1。其农产品产量基础数据、农作物的产量部分来自2007—2013年的《河南统计年鉴》。

表1 秸秆养畜能量估算体系各参数取值Tab.1 Values of parameter in livestock potential estimation system of crop straw

1.2 核算体系

1.2.1 秸秆资源的理论量。秸秆资源的理论量是指理想状态下按某地区每年可能生产秸秆资源量的最大值，依据草谷比系数法，其数值可通过农作物产量与草谷比系数之积间接获得。

1.2.2 秸秆资源的可收集量。作物秸秆在收割、收集和运输过程中会有一定的损失，其可收集资源量是指秸秆在从田间实际收集中可供利用的最大量，其数值可通过以上理论资源量与其收集系数的乘积获得。

1.2.3 秸秆可利用量。目前，秸秆的利用方式多种多样，因而，秸秆可利用量估算应考虑秸秆资源的竞争性用途。秸秆养畜延伸出养殖废弃物的资源化利用产业链条，完全符合循环经济的利用原则，充分发挥物质和能量的最大潜能，实现秸秆养殖、秸秆还田与能源生产的相互耦合与和谐共生，应是最科学和最应推广的利用方式［18］。秸秆潜力核算仅指在当前秸秆综合利用水平下处于废弃和未被充分利用可饲料化的秸秆部分，其数值可通过以上秸秆可收集量与未利用率之积获得。据调查，河南省近年来其秸秆利用率为70.50%［12］，因此，仍有29.50%可用于饲料加工。

1.2.4 秸秆能量利用潜力。由于各类作物秸秆的的营养成分和所存储的生物热能存在较大差异，因此，秸秆能量利用潜力可通过以上秸秆可利用量与其能量转换率的乘积计算而来。

1.2.5 秸秆饲料化节粮潜力。为了直观反映秸秆能量利用潜力，以粮食标准形态反映其饲料化的利用价值，秸秆饲料化节粮潜力的数值可通过以上秸秆能量利用潜力与粮食能量转化率之商获得。其中，粮食的能量转换率为 1.62 ×109J/t［19］。

1.2.6 秸秆养畜生产潜力。作物秸秆经家畜过腹消化吸收，变成畜产品，遵循能量转化定律，因此，基于能量视角研究秸秆养畜潜力使得其计算结果更具有逻辑性和精确性，秸秆饲料化生产畜产品的过程中遵循生态食物链能量流动原理，根据能量流动“百分之十定律”，能量沿食物链流动时，后一营养级所吸收获得的能量大约为前一营养级的10%，大约90%的能量在能流过程中损失掉了，因此，秸秆养畜生产潜力可通过以上秸秆能量潜力乘以能量转换率均值0.1再除以畜产品的能量换转率进行估算，由于一般情况下肉类食品消费是畜产品消费的主要部分，本研究以秸秆养畜肉类食品生产能力表示其畜产品生产潜力，肉类畜产品的能量转换率为9.21 × 109J/t［20］。

2 河南秸秆养畜及其节粮潜力分析

2.1 时序变化分析

根据以上计算方法，河南省作物秸秆养畜及其节粮潜力估算结果见表2。

表2 2006—2012年河南省秸秆养畜及其节粮潜力估算Tab.2 Evaluation on livestock and grain-saving potentiality of feeding on straw in Henan Province from 2006 to 2012

从适宜饲料化的作物秸秆类型结构看，小麦和玉米秸秆占其总量的绝大部分，2012年小麦和玉米秸秆占其总量的百分比为77.67%;从其秸秆利用总能量数值看，适宜饲料化的作物秸秆数量逐年稳定增长，近5年其年均增长率为1.69%，至2012年增长至8.75×1017J。河南省的秸秆的利用率为70.50%［11］，按此计算，其秸秆能量利用潜力为2.58×1017J，河南省秸秆养畜潜力为2.80×106t，相当于节约饲料粮1.87×107t，分别相当于2012年河南省肉类畜产品和粮食生产量的40.21% 和33.12% ，按照2012年全省粮食单产平均水平，相当于增加农地播种面积3 306 666.94 hm2。可见，河南省秸秆养畜潜力巨大，其对畜牧业持续发展和保障粮食安全具有重要利用价值。

2.2 空间布局分析

按照以上方法，估算河南省各市秸秆养畜及其节粮潜力值如表3所示。由表3中的数据，根据河南省各市秸秆养畜潜力及其与区域土地面积的关系，由低到高绘制河南省各市秸秆养畜潜力及其能量利用密度的地域空间分布图(图1)。

表3 2012年河南省各市秸秆养畜及其节粮潜力估算结果Tab.3 Livestock of feeding on straw and grain productivity potential estimations in cities of Henan Province in 2012

图1 2012年河南省各市秸秆养畜潜力及其能量密度空间分布Fig.1 Regional distribution of livestock estimation of feeding on straw(a)and its energy density(b)of cities in Henan Province in 2012

虽然河南省各地主要农作物的秸秆产量与其种植制度、气候和耕地资源等多种因素有关，但是秸秆养畜潜力与适宜饲料加工的作物产量有着密切的联系，同时，由于农作物产品与其秸秆同季收获，相对其他生物资源，作物秸秆较易收获，具有重要的利用价值。由于区域种植制度、气候资源和耕地资源等多种因素影响，河南省适宜饲料加工的秸秆能量密度及其养畜潜力在空间上呈现区域分布的不均衡性，形成东西、南北和区位差异(图1)。就河南省秸秆养畜潜力数量而言，南部地区由于水热等农业生产条件相对比较优越和行政区划面积较大，其秸秆养畜潜力高于北部地区;东部地区由于地处平原，耕地资源丰富，其秸秆养畜潜力高于西部山区;省会郑州及其周边地区由于低草谷比系数的经济作物种植比例较高，其秸秆养畜潜力低于其他边远地区。就河南省秸秆饲料化能量利用潜力密度分布而言，东部和边远地区高于西部和以郑州为核心的中原经济城市建设区，但就其南北差异而言，北部地区高于南部地区。因此，河南省秸秆养畜潜力开发也应具有地域边缘属性的特点。

3 促进秸秆饲料化的途径

从生态角度看，秸秆养畜使农业生产经过一系列的循环后一部分又回到田间，维持了田间土地生态的平衡，提升了农地的生态环境质量;从经济角度看，作物秸秆经处理养畜后其经济价值升高，有利于区域农业经济和农民收入的增加;从生产角度看，秸秆被动物吸收的营养部分有效地转化为畜产品，发展了生态农业，改善了农村居民生活环境，而且还可以通过工艺流程设计为居民提供清洁能源;从社会角度看，作物秸秆可以吸纳农村剩余劳动力，发展节粮畜牧业可以缓解当前的粮食供需矛盾，有利于保障我国的粮食安全;从生产投入看，秸秆养畜投入成本低，经营适宜规模与我国当前家庭联产承包责任制所形成的“小农经济”适应。因此，大力发展秸秆养畜对改善农村生态环境、提高农民收入、增加劳动力转移、维护粮食安全和增加畜产品供给等方面都具有重要的作用，能够取得可观的经济、社会和生态效益。然而，由于秸秆空间收集、利用技术和运输成本等方面的限制，目前，中国秸秆资源利用简单，秸秆商品化和产业化程度低，综合利用效益差，许多农民在经济利益的驱动下宁愿进城务工而对农业生产粗放经营，大部分秸秆直接燃烧或者废弃，造成资源的重大浪费。因此，政府对秸秆发展畜牧业不仅要在技术推广上给予支持和帮助，而且，在经济上要给以一定的扶持和补贴，制定合理的政策保证秸秆交易畅通，促使农民从秸秆养畜中获得合理的收益，调动和保护农民利用秸秆的积极性。

4 结论

(1)河南省作物秸秆资源丰富且产量稳定，但相当部分秸秆资源仍处于未被充分利用状态，经核算适宜饲料加工的秸秆资源利用潜力巨大，2012年秸秆养畜潜力可以增加2.80×106t肉类食品，间接节约粮食1.87×107t，分别相当于当年全省肉类畜产品和粮食生产量的40.21%和33.12%。

(2)由于区域种植制度、气候资源、发展战略和耕地资源等多种因素影响，中国秸秆资源在空间上呈现区域分布的不均衡性，呈现出东西、南北和区位差异。东西差异主要是由于水热等农业生产条件造成的，南北差异主要是由于南北的种植制度差异造成的，区位差异主要是由于以省会郑州市为中心的周边地区草谷比系数低的经济作物种植比例较多，整体上西部和中部地区适宜饲料加工的秸秆资源相对贫乏，其他地区较为丰富。

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