广西主要农作物秸秆资源估算及其空间分布

熊 娜，宋洪玲，刘文武，望飞勇

(1. 广西民族大学商学院，广西 南宁 530006；2. 广西农业科学院园艺研究所，广西 南宁 530007)

【研究意义】农业资源的过度浪费已成为我国目前农业经济健康发展的主要障碍。主要农作物是中国生物质能源的重要来源，充分认识农作物秸秆资源的经济价值与开发潜力，推动农作物秸秆资源化利用，实现农业废弃物的循环利用，对农业经济增长及农业生态治理均具有重要意义。【前人研究进展】多数研究采用草谷比法估算农作物秸秆等生物质能资源总量，如陈利洪等[1]考虑畜禽粪便排泄系数的区域差异并估算了我国干旱、半干旱地区的秸秆和畜禽粪便的资源量；刘晓永和李书田[2]分析了我国不同年代各省秸秆资源和氮磷钾养分资源量及其还田利用状况；任继勤和于佩显[3]利用EEMD和BPNN预测2020年我国秸秆产量，并分析综合利用秸秆对节能减排的贡献情况；张崇尚等[4]测算了我国各省大田作物田间秸秆产量和可利用秸秆资源数量。尽管如此，石元春[5]指出用草谷比系数估算农作物秸秆资源量从某一区域进行研究的尚不多见。【本研究切入点】运用农作物秸秆资源量分析主要农作物秸秆资源空间分布的研究较少，且在研究过程中草谷比参数及可收集系数等选取中也存在显著差异，本研究采用修正后的草谷比参数对广西主要农作物的秸秆资源进行估算并分析其秸秆资源量的空间分布。【拟解决的关键问题】通过估算广西水稻、玉米、大豆、薯类和油料作物等主要农作物秸秆资源，探讨广西农作物秸秆资源的空间分布，为广西开发秸秆能源提供依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

数据来源于2009-2016年《广西统计年鉴》和2016年广西14个地级市统计年鉴及其国民经济和社会发展统计公报。

1.2 计算方法

1.2.1 农作物秸秆理论资源量 农作物秸秆即农作物去除根系和果实之后的剩余部分，农作物秸秆理论资源量即农作物秸秆产量。计算公式如下：

式中，CR为区域内农作物秸秆理论资源量；i为农作物种类，i=1，2，3，...，n；Qi为区域内第i种农作物的产量，下同；ri为第i种农作物秸秆的草谷比系数，下同。

1.2.2 农作物秸秆可收集资源量 农作物秸秆的可收集资源量，即在理论资源量中扣除留茬、收集过程中损失的穗轴、枝梗等无法从田间收集的部分。计算公式如下：

式中，CRa为区域内秸秆可收集资源量；fi为区域内第i种秸秆的可收集系数，下同。

1.2.3 农作物秸秆可能源化利用量 农作物秸秆可能源化利用量，即在秸秆可收集量中扣除用于饲养牲畜、工业生产、还田、食用菌基料和农户生活能源后剩余的部分。计算公式如下：

式中，CRc为区域内农作物可能源化利用量；λi为区域内第i种农作物秸秆的可能源化利用系数，下同。

表1 广西主要农作物草谷比系数Table 1 Grass-to-valley ratio coefficient of main crops in Guangxi

1.2.4 农作物秸秆可转化能源量 农作物秸秆可转化能源量是在秸秆可能源化利用量的基础上，通过各种农作物秸秆的折标煤系数计算。计算公式如下：

式中，CRe为农作物能源量；ηi为第i种农作物的折标煤系数。

1.3 草谷比系数、可收集系数、可能源化利用系数和折标煤系数选择依据

1.3.1 草谷比系数 草谷比系数是农作物单位面积秸秆产量与籽粒产量的比值[6]。在不同地域、气候、农作物品种、耕作制度、收集方式和测量方法下，农作物的草谷比系数差异明显。草谷比系数的差异对农作物秸秆理论资源量的估算产生较大的影响，因而确定合理的草谷比系数十分重要。根据2015年《国家发展改革委办公厅农业部办公厅关于开展农作物秸秆综合利用规划终期评估的通知》中公布的草谷比系数，确定广西主要农作物的草谷比系数(表1)。

1.3.2 可收集系数 秸秆可收集系数是指单位面积内秸秆可收集量占秸秆总产量的比例，即秸秆可收集系数=(秸秆总产量-留茬量-穗轴枝梗损失量)/秸秆总产量。在人工收割和机械收割2种不同收割方式下秸秆留茬量不同。穗轴枝梗损失量指秸秆自然脱落和收获运输中的损失量。本试验采用毕于运[7]研究所得的可收集系数(表2)进行计算，该系数是以大量农作物种植试验研究文献为主要依据，利用农作物各部分生物量、收获指数(经济系数)、谷草比等基础数据，结合现实的草谷比实测结果计算所得，相比其他研究，考虑的影响因素比较全面。

1.3.3 折标煤系数 农作物秸秆的折标煤系数是农作物秸秆热值与标准煤热值的比值。本试验中水稻、玉米和大豆秸秆的折标煤系数来自《2017年中国能源统计年鉴》，薯类和油料的折标煤系数根据韦茂贵等[8]统计的各农作物热值范围取其加权平均值(表3)。

表2 广西主要农作物可收集系数Table 2 Collectable factors of major crops in Guangxi

1.4 数据分析与制图

秸秆资源量空间分布采用空间数据分析软件GeoDa和MapGIS软件联合完成。

2 结果与分析

2.1 广西主要农作物秸秆资源测算结果

2.1.1 广西主要农作物秸秆理论资源量 根据秸秆理论资源量计算公式测算出各类农作物秸秆产量，即为农作物产量与草谷比系数之积。为了反映广西主要农作物资源的变化趋势，结合数据可得性，选取2009-2016年作为分析时间段。如图1所示，从2009年到2016年广西主要农作物秸秆理论资源量有所上升，由2009年的2090.41万t上升到2016年2306.86万t。水稻和薯类的秸秆理论资源量有所下降，但仍是广西的主要秸秆资源，两者共占主要农作物秸秆资源总量的75.50 %。其中，水稻秸秆理论资源量最高，年均达1204.38万t，占主要农作物秸秆理论资源总量的55.02 %，其次为薯类秸秆理论资源量，年均达536.15万t，占主要农作物秸秆理论资源总量的22.31 %，其他各类农作物秸秆理论资源量年均496.33万t，占主要农作物秸秆总量的22.67 %。

表3 广西主要农作物折标煤系数
Table 3 Converted into the standard coal coefficient of main crops in Guangxi

农作物Crops折标煤系数Convertedintothestandardcoalcoefficient水稻Rice0.429玉米Corn0.529大豆Soy0.543薯类Potato0.432油料作物Oilcrop0.584

2.1.2 广西主要农作物可收集资源量 在广西主要农作物秸秆理论资源量的基础上，采用农作物可收集系数，测算了2009-2016年广西农作物可收集资源量。由图2可知，2016年广西主要农作物可收集资源量达1868.32万t，主要为水稻秸秆和薯类秸秆，两者共占主要农作物可收集资源总量的74.56 %。其中，水稻年均可收集资源量963.50万t，薯类356.54万t，油料和大豆分别为124.10和9.46 万t。

图1 2009-2016年广西主要农作物秸秆理论资源量Fig.1 Theoretical resources of main crop straws in Guangxi from 2009 to 2016

图2 2009-2016年广西主要农作物秸秆可收集资源量Fig.2 Collectable resources of main crop straws in Guangxi from 2009 to 2016

图3 2009-2016年广西主要农作物秸秆可能源化利用量Fig.3 Possible source utilization of main crop straws in Guangxi from 2009 to 2016

2.1.3 广西主要农作物秸秆可能源化利用量 通过对以往文献的研究，结合广西具体情况，参考Purohit等[9-10]对生物能源化利用的研究，选择秸秆可能源比利用量为85.00 %，测算农作物秸秆可能源比利用量。由图3可知，水稻秸秆和薯类秸秆可能源利用量较高，两者共占主要农作物秸秆可能源化利用量的比重高达74.56 %。其中，水稻秸秆的可能源利用量最高，达到818.98万t；其次为薯类秸秆，可能源利用量达303.06万t。从变化趋势看，广西主要农作物秸秆可能源化利用量逐年增加，从2009年的1433.64万t提高到2016年的1588.07万t。

2.1.4 广西主要农作物秸秆可转化能源量 根据农作物秸秆折标煤系数和广西主要农作物秸秆可利用量，计算出广西主要农作物秸秆可转化能源量。由图4可知，水稻秸秆和玉米秸秆的可转化能源量最高，两者共占主要农作物秸秆可转化能源量的71.49 %。其中，水稻秸秆与玉米秸秆的年均可转化能源量分别达到351.34和142.44万t。由此可见，水稻和玉米是广西主要农作物秸秆可转化能源量的主要来源。从变化趋势看，广西主要农作物秸秆可转化能源量逐年增加，从2009年的653.25 万t增加到2016年的733.16万t。按照最新的国内煤炭价格624元/t计算，2009-2016年广西秸秆平均每年可转化能源量可折算为690.67万t标准煤，即广西每年将可以在煤炭支出上节约43.10亿元，可见秸秆能源可以带来巨大的经济利益。

总体而言，水稻和薯类的秸秆是广西主要农作物秸秆理论能源量、可收集能源量、可能源化利用量的主要来源，水稻和玉米的秸秆是广西主要农作物秸秆可转化能源的主要来源。

2.2 广西主要农作物秸秆资源空间分布

2.2.1 广西主要农作物秸秆理论资源量的空间分布 由图5可知，广西主要农作物秸秆理论资源量主要分布在其西南地区和北部地区。广西西南地区的百色市、南宁市和玉林等市秸秆理论资源量分别为264.05、323.27和268.92万t；北部地区的桂林市秸秆理论资源量为313.39 万t；共占广西主要农作物秸秆理论资源总量的49.86 %。

广西主要农作物秸秆理论资源量以水稻秸秆、玉米秸秆和薯类秸秆为主，主要分布在南部、北部和西部地区，东部地区较少。其中，水稻秸秆主要分布在南部和北部地区，南部地区的玉林市和南宁市以及北部地区的桂林市水稻秸秆理论资源量分别为173.23、169.25和173.64万t，占水稻秸秆总资源量的41.70 %。玉米秸秆主要分布在广西的西北部地区和南部地区，西北部地区的百色市和河池市以及南部地区的南宁市玉米秸秆理论资源量分别为75.62、58.96和71.89万t，占玉米秸秆总资源量的56.15 %。薯类秸秆主要分布在广西的西部地区、南部地区和北部地区，西部地区的百色市、北部地区的桂林市和南部地区的玉林市薯类秸秆理论资源量分别为126.00、88.19 和65.70万t，共占薯类秸秆总资源量的52.22 %。大豆和油料作物秸秆资源量相对较少，分布较散。其中，大豆秸秆主要分布在桂林市、河池市和南宁市，大豆秸秆理论资源量分别为4.85、3.47和3.40万t，共占大豆秸秆总资源量的51.79 %。油料作物主要分布在南宁市、贵港市、桂林市和梧州市，油料作物秸秆理论资源量分别为40.86、28.80、19.32和13.50万t，共占油料作物总资源量的56.51 %。

图4 2009-2016年广西主要农作物秸秆可转化能源量Fig.4 Convertible energy of main crop straws in Guangxi from 2009 to 2016

图5 2016年广西各地级市主要农作物秸秆理论资源量分布Fig.5 Distribution of theoretical resources of main crop straws in various cities of Guangxi in 2016

图6 2016年广西各地级市主要农作物秸秆可收集资源量Fig.6 The amount of resources that can be collected from major crop straws in various cities in Guangxi in 2016

2.2.2 广西主要农作物秸秆可收集资源量的空间分布 从图6 可知， 广西各市主要农作物秸秆可收集资源总量的空间分布和农作物秸秆理论资源总量的空间分布规律相同，主要分布在西南和北部地区。西南地区的南宁市、百色市和玉林市以及北部地区的桂林市主要农作物秸秆可收集资源总量分别为267.97、213.67、213.08和248.45万t，占广西主要农作物可收集资源总量的49.70 %。

图7 2016年广西各地级市主要农作物秸秆可能源化利用量Fig.7 Possible source utilization of main crop straws in various cities of Guangxi in 2016

广西各类农作物秸秆可收集资源量空间分布和各类农作物秸秆理论资源量空间分布规律相同。广西水稻秸秆主要分布在南部和北部地区，玉米秸秆主要分布在西北部地区和南部地区，薯类秸秆主要分布在西部、北部和南部地区。大豆和油料作物秸秆分布较散，主要集中在桂林市、河池市、南宁市、贵港市和梧州市等地。

2.2.3 广西主要农作物秸秆可能源化利用量的空间分布 从图7可知，广西各市主要农作物秸秆可能源化利用总量的空间分布和主要农作物秸秆理论资源总量的空间分布规律相同，主要分布在西南部和北部地区。其中西南部地区的南宁市、百色市和玉林市以及北部地区桂林市的农作物秸秆可收集资源总量分别为227.78、181.62、181.12和211.18万t，共占广西农作物可能源化利用总量的49.70 %。

各类农作物秸秆可能源化利用量的空间分布和各类农作物秸秆理论资源量的空间分布规律相同。广西水稻秸秆主要分布在南部和北部地区，玉米秸秆主要分布在广西的西北部地区和南部地区，薯类秸秆主要分布在广西的西部、北部和南部地区。大豆和油料作物秸秆分布较为分散，主要集中在桂林市、河池市、南宁市、贵港市和梧州市等地。

图8 2016年广西各地级市主要农作物秸秆可转化能源量Fig.8 Convertible energy of main crop straws in various cities of Guangxi in 2016

2.2.4 广西主要农作物秸秆可转化能源量的空间分布 从图8可知，广西农作物秸秆可转化能源量主要分布在的西南和北部地区。其中西南地区的南宁农作物秸秆可转化能源量达到108.35万t，占广西主要农作物秸秆可转化能源量的14.56 %，百色市和玉林市分别为84.81 和80.62万t，北部地区的桂林市为95.40万t，广西西南和北部地区共占广西主要农作物秸秆可转化能源量的49.60 %。

广西各市农作物秸秆可转化能源量主要以水稻、玉米和薯类秸秆为主，其中水稻秸秆主要分布在广西南部和北部地区，南部地区的玉林市和南宁市以及北部地区的桂林市水稻秸秆可转化能源量分别为50.53、49.37和50.65万t，共占广西水稻秸秆可转化能源量的41.70 %；玉米秸秆主要分布在西北部和南部地区，西北部地区的百色市和河池市以及南部地区的南宁市玉米秸秆可转化能源量分别为32.30、25.19和30.71万t；薯类秸秆主要分布在西部、北部和南部地区，西部地区的百色市、北部地区的桂林市和南部地区的玉林薯类秸秆可转化能源量分别为33.78、23.64和17.63万t，共占广西薯类秸秆可转化能源量的52.22 %。玉米、大豆和油料作物秸秆可转化能源量较少，主要集中在南宁市、桂林市、玉林市、崇左市和贵港市等地。

综合以上分析结果可知，广西主要农作物秸秆资源总量空间格局与各类农作物秸秆资源量的空间分布规律相同。

3 讨 论

多数研究表明水稻的秸秆资源量较高，提高水稻农作物秸秆资源量，加大农作物秸秆资源利用率，会大大减少空气污染。本研究发现水稻秸秆和玉米秸秆是广西主要农作物秸秆可转化能源的主要来源。广西水稻和薯类作物种植面积大，产量较高，导致水稻和薯类的秸秆资源量较高。

许多学者对其他地区的农作物秸秆资源量及其空间分布也进行了较为细致的研究，发现各地秸秆资源量及其空间分布呈现出不同的特点。张翠艳等[11]研究认为棉花秸秆是新疆农作物秸秆资源的主要来源，呈现南向北递减的“南密北疏、西丰东贫”的分布特点。张珺等[12]研究认为稻谷、油菜籽、玉米秸秆是湖南省农作物秸秆资源的主要来源，主要分布在湖南东北部和西南部。王雨辰等[13]研究认为水稻和小麦秸秆是江苏农作物秸秆资源的主要来源，呈现“东密西疏、北丰南贫”的空间特征。杨艳丽和张培栋[14]研究认为玉米、小麦和棉花秸秆是山东农作物资源的主要来源，区域分布呈现自西向东递减的特征。梅晓岩等[15]研究认为辽宁农作物资源丰富，每年农作物秸秆实物资源量为3195.80万t ，其中，可能源化利用的秸秆量达1300万t，折合标准煤680万t，主要分布在铁岭、沈阳、锦州等地区。广西农作物秸秆资源主要来源和空间分布与上述研究结论有所差异，水稻、薯类和玉米秸秆是广西农作物秸秆资源的主要来源，主要分布在西南地区和北部地区。究其原因主要有：一、广西西北高、东南低，四周多山地、高原，中部和南部多丘陵平地，呈盆地状。北部和西部地区地势平坦，土地集中连片，利于农作物的规模种植，致使大豆和油料作物主要分布在河池市、贵港市、梧州市和崇左市等地，西北部、中部和南部地区土地窄小零散，地势较高，难以形成规模效应，产量较低，农作物秸秆资源量不高。二、广西属亚热带季风气候，夏季时间长、气温高、降水多，冬季时间短、天气干暖，西南部和北部地区成为水稻、玉米和薯类的主要种植区。三、受广西城镇化水平影响，东部地区城镇化水平提升较快，农村外流人口较多，土地抛荒严重，农作物种植面积萎缩。

4 结 论

广西主要农作物秸秆资源丰富，秸秆资源总量逐年平稳增加。水稻、薯类和玉米秸秆是广西主要农作物秸秆资源的主要来源。其中，水稻秸秆主要分布在广西的南部地区和北部地区；玉米秸秆主要分布在广西的北部地区和西南部地区；薯类秸秆主要分布在广西的西北部地区和南部地区。大豆和油料作物秸秆分布比较分散，主要分布在桂林市、河池市、南宁市、贵港市和梧州市等地。