东北区玉米秸秆资源量、利用现状及存在的问题

宫秀杰钱春荣石祖梁于 洋郝玉波李 梁姜宇博吕国一马军韬

(1.黑龙江省农业科学院耕作栽培研究所 哈尔滨150086；2.农业农村部农业生态与资源保护总站 北京100125；3.黑龙江省农业科学院生物技术研究所 哈尔滨150086)

作物秸秆作为一种极具潜力的生物质资源，含有丰富的碳、氢和氧等养分，具有资源丰富、发热量高等优点[1-2]。在20世纪90年代以前，玉米人工收获后，农民将秸秆集中收回用来烧火做饭、冬日取暖和作家畜饲料。随着我国经济的迅速发展，农村引进了液化气和天然气，取代了部分作为燃料能源的秸秆；随着农业机械化程度的不断提高，农机代替了牛、马耕作，从而减少了大牲畜饲养量；随着玉米产量的增加，秸秆产量也持续增加，秸秆在农民眼里变成毫无利用价值的“垃圾”。

农业部东北地区秸秆处理行动方案（2017）指出，东北地区玉米秸秆未来发展重点应从黑土地保护、农村清洁供暖、生态环境治理出发，结合地域环境及资源配置特点，坚持农用为主，以肥料化、饲料化、能源化为主推方向，基料化和原料化利用为辅助方向，推广秸秆机械化深翻还田、碎混还田和覆盖还田保护性耕作[3]。因此，了解东北部玉米秸秆当前的产量、各省份玉米秸秆资源占有量和人均占有量，明确东北地区玉米秸秆利用现状及存在的问题，对东北地区玉米秸秆资源高效合理利用具有重要意义。

1 数据来源与分析方法

1.1 数据来源

不同区域及省、直辖市玉米产量、播种面积、人口数量数据来自《中国统计年鉴（2009）》至《中国统计年鉴（2018）》。玉米秸秆资源利用数据来自《中国农村可再生能源统计年鉴（2017）》[4]。

1.2 秸秆系数

秸秆作为农业生产过程中的副产品，农作物光合作用的一半以上产物蕴藏其中，农作物秸秆产量与农作物经济产量、农业生产条件和自然条件等因素密切相关，且秸秆与农作物籽粒、根茎等经济产出有一定比例关系，因而农作物秸秆的资源量可以通过“草谷比”相对准确的估算出来。文章中笔者提到的草谷比引自谢光辉等[5]，我国玉米秸秆草谷比为1.04∶1。

1.3 计算方法

1.3.1 作物秸秆产量评估方法

田间作物秸秆产量的估算公式：WS=WP×SG

式中，WS为农作物秸秆产量；WP为农作物经济产量；SG为秸秆系数，即作物秸秆产量与农作物经济产量之比值。按玉米草谷比计算出1978-2018年玉米秸秆产量。

1.3.2 秸秆综合利用率

秸秆综合利用率（%）=秸秆已利用量/秸秆总量×100%。

2 结果与分析

2.1 中国玉米秸秆资源量

根据玉米秸秆系数和2009-2018年玉米产量，统计全国不同区域玉米秸秆产量。从表1可以看出，近10年我国不同区域玉米秸秆产量由大到小依次是东北区、黄淮海区、西北区、西南区和东南区，10年平均玉米秸秆产量分别为7 343.20万t、6 774.14万t、4 975.00万t、2 465.52万t和637.73万t；东北区、黄淮海区、西北区、西南区和东南区玉米秸秆产量分别占全国玉米秸秆总量（10年平均值）的33.08%、30.52%、22.41%、11.11%和2.87%。

2.2 东北地区玉米秸秆产量现状

根据玉米秸秆系数和2009-2018年玉米产量，统计我国东北区域黑龙江省、吉林省和辽宁省玉米秸秆产量。从表2可以看出，近10年我国东北区域玉米秸秆产量由大到小的省份依次是黑龙江省、吉林省和辽宁省，10年平均玉米秸秆产量分别为4 141.49万t、2 911.90万t和1 729.31万t；黑龙江省、吉林省和辽宁省玉米秸秆产量分别占东北区玉米秸秆总量（10年平均值）的43.51%、36.72%和19.76%；分别占全国玉米秸秆总量（10年平均值）的14.40%、12.15%和6.54%。黑龙江省玉米秸秆产量相当于5个东南区玉米秸秆总产量，比我国东南区和西南区玉米秸秆量总和还高出92.14万t。同时，东北区玉米秸秆存在明显的地域集中特点，黑龙江省玉米秸秆主要分布于松嫩平原中南部半湿润区、松嫩平原西部干旱半干旱区和三江平原温和半湿润区，处于第一、第二和第三积温带；吉林省玉米秸秆主要分布在长春市、松原市、四平市和吉林市等地；辽宁省玉米秸秆集中在辽中低丘平原区，包括沈阳市、鞍山市、营口市、辽阳市和铁岭市等[3]。

表1 近10年我国不同区域玉米秸秆产量（单位：万t）

2.3 东北地区玉米秸秆资源密度及人均占有量

从玉米秸秆资源密度及人均占有量来看（图1、图2），全国玉米秸秆资源密度（2009-2018年平均值）为90.53 kg/亩，东北区玉米秸秆资源密度为217.50 kg/亩，为全国平均水平的2.4倍，其中吉林省玉米秸秆资源密度最高，为323.14 kg/亩，其次是辽宁省和黑龙江省，分别为233.25 kg/亩和166.65 kg/亩。从人均占有量来看，玉米秸秆人均占有量全国平均水平（2009-2018年平均值）为162.35 kg，东北区人均占有量为681.31 kg，为全国平均水平的4.15倍，其中吉林省人均占有量最高，为994.04 kg，其次是黑龙江省和辽宁省，分别为836.79 kg和341.660 kg。因此，无论从玉米秸秆产量还是资源密度、人均占有量上看，东北地区都是玉米秸秆的高产、高密度和高人均占有量区域，是玉米秸秆资源利用的重点发展地区。

表2 近10年东北三省玉米秸秆产量（单位：万t）

图1 中国东北区玉米秸秆资源密度

图2 中国东北地区玉米秸秆人均占有量

2.4 东北地区玉米秸秆利用现状

据原农业部统计（表3），2015年东北三省秸秆综合利用率平均为79.55%，以辽宁省秸秆综合利用率最高，为82.02%，其次是吉林省和黑龙江省，分别为78.48%和78.14%。辽宁省、吉林省和黑龙江省秸秆综合利用以肥料化、饲料化和燃料化为主，以基料化和原料化为辅，其中肥料化分别为20.12%、35.66%和51.89%；饲料化分别为43.28%、20.35%和15.88；燃料化分别为34.63%、42.21%和30.95%。东北三省玉米秸秆肥料化是以直接还田为主要形式，从表3可以看出，黑龙江省秸秆直接还田率最高，其次是吉林省和辽宁省，分别占肥料化的87.91%、74.74%和70.49%。

2.5 东北地区玉米秸秆利用中存在的问题

首先，玉米秸秆腐解速度缓慢。东北秋季作物收获期集中，冬季封冻时间长，土壤积温较低，气候干燥，直接还田秸秆分解速度缓慢，2017年10年1日至2019年9月30日黑龙江省第一积温带大气、地表及地下20 cm日平均温度，低于或等于0℃的天数分 别 为269 d、375 d和176 d，平 均 气 温 分 别 为6.51℃、1.56℃和9.27℃，温度低将直接影响玉米秸秆的腐解。有研究表明，松嫩平原还田玉米秸秆的腐解埋土处理多于覆盖地表处理，两种处理方法3年累计腐解率分别达到91.70%和81.96%，其中第1年腐解率分别为60.63%和45.53%[6]，与Ghidey等[7]的研究结果基本相同。加快发展和应用秸秆生化腐熟还田技术，对东北地区玉米秸秆直接还田提高腐解分化速度尤为重要。

其次，秸秆直接还田农机具作业不到位。农民认为秸秆还田二次作业，增加成本、影响经济收益，因此多数农户在耕整地时直接通过旋耕机或犁直接翻埋还田作业[8]，但其作业效果不理想，还田深度较浅，无法满足农艺要求。目前，一般用秸秆还田粉碎机存在粉碎粒度大（一般大于10 mm），特别是不能兼顾细粉碎粒度和高生产率的要求[9-10]。农艺上要求粉碎后长度小于或等于10 cm的秸秆应在85%以上，粉碎后长度小于或等于5 cm的根茬（特别是茬管部分）应在90%以上[11]。

再次，收储和运输困难，秸秆饲料化和燃料化利用，需要配套的收储和运输技术，且地块集中便于收储和运输，而东北地区玉米秸秆田地块分散零碎，有些地块离公路距离太远，运输车进地困难，导致收储运输难度大；同时玉米收获后，东北地区很快进入霜冻期，缩短收运周期，此时运输、装卸费用较高，成本提高。

最后，秸秆生化腐解菌剂产品效果不理想。前人研究表明，玉米秸秆还田后接种促分解菌剂，能在接种早期有效加快秸秆分解，促进秸秆的腐殖化速度[12-13]。前人通过筛选构建的复合菌系[14-17]，对秸秆降解率均有不同提高。但现实应用偏少，尤其东北地区温度低、气温干燥，菌剂受到气候及土壤地温等因素限制，秸秆腐熟速率受到影响。

3 建议

我国玉米秸秆产量增长较为迅速，东北地区为我国玉米秸秆高产区、高资源密度区和高人均占有量区，玉米秸秆管理、综合利用重点和难点都在东北地区。提高东北地区玉米秸秆高效利用要注意以下几个方面：第一，秸秆制作肥料，运输到工厂除了运输问题，还有储存问题，所以建议秸秆堆肥在田间地头设置堆肥场地，采用简单、易操作的堆肥技术，农户自己能实施，减少秸秆运储带来的成本问题。第二，合理利用腐解菌剂，目前相关研究较多，但现实应用偏少，还需进一步熟化产品，筛选适合东北地区的玉米秸秆腐解菌剂。第三，建议使用专用秸秆还田整地机械，大功率拖拉机配套的灭茬深松整地联合作业机[18]、动定刀配合反旋式玉米秸秆还田机[19]，该类机具可有效提高玉米耕整地及还田质量，达到农艺要求。第四，建议实现区域秸秆的处理和利用，由政府负责项目工程的组织、协调、指导和补贴管理，结合农业生产实际，实施符合当地的秸秆机械化还田作业标准，并做好相关技术的宣传、推广以及农机手培训和技能提升等，构建区域范围的结构完备、运行稳定和机制长效的综合利用体系[20]。

表3 东北三省玉米秸秆综合利用率（单位：%）