甘肃省榆中县种植业废弃物资源量及资源化利用调查

陈玉鹏 颉博杰 高程斐 王 瑞 张国斌 杨海兴 肖雪梅* 郁继华

（1 甘肃农业大学园艺学院，甘肃兰州 730070；2 榆中县农业技术推广中心，甘肃兰州 730100）

种植业废弃物是指农作物在生产、加工和利用过程中所遗留的无直接经济价值的农副产品，主要包括作物秸秆及蔬菜、瓜果等加工后的残渣等，在能源方面有较大的潜在优势。我国的种植业废弃物资源量巨大，据估算每年仅各类蔬菜废弃物就超过6 亿t（张惠 等，2021）。以往农户对废弃物错误的处理方式（乱堆、乱扔、焚烧秸秆等）致使夏秋季节腐臭气味弥漫，滋生蚊蝇，加剧田间病虫害的发生；冬春季节烟尘呛人，造成严重的空气污染（颜君鲁，2020），时刻威胁着人类赖以生存的美好家园和物质生产活动。农业废弃物资源化利用是一种循环农业发展模式，依靠科学技术和管理将废弃物二次回收利用，对改善农村环境、提高能源利用率和提升农民生活环境具有重大作用（董献彬，2022；雷明和邹培，2022）。但相较于传统农业资源处理技术，现代农业资源化技术出现推广时间较晚，利用过程较为复杂，存在期间涉及主体多、废弃物资源存量庞大、种植户对资源化理解程度低、大容量消化平台缺乏等一系列亟待解决的问题（张冰和许洁，2017）。

甘肃省榆中县作为高原夏菜的主产区之一，其农作物秸秆每年总量高达15.88 万～29.53 万t，尾菜158.6 万～178.6 万t，但利用率仅占到废弃物总量的13.8%～25.8%（颜君鲁，2020），具有丰富的废弃物储量和资源化利用前景。本调查通过榆中县农业废弃物统计数据，结合实地调查，估算种植业废弃物的资源储量和养分含量，分析当地废弃物资源化利用的现实情况，收集农户对各类废弃物处理方法的态度和废弃物处理过程中存在的问题，以期为推动榆中农业绿色发展，更好地让农户创收，为全国同气候条件区域的种植业废弃物资源化利用和治理提供数据参考。

1 调查方法

1.1 数据来源

查阅《甘肃省第三次全国农业普査资料汇编》（2007—2017），统计榆中县域11 个乡镇（马坡乡、清水驿乡、龙泉乡、小康营乡、城关镇、夏官营镇、金崖镇、贡井镇、和平镇、连搭镇、高崖镇）的种植业规模、废弃物和种植业产量。

依据调查内容实地走访：① 榆中县农业废弃物利用现状；② 资源再利用途径类型；③ 农户的基本信息（农户的经营模式、年龄和学历）；④ 农户对农业废弃物资源化利用现状的态度（了解程度、满意程度、对新方法的认可度和遇到的困难），制定调查问卷。总计发放问卷267 份，剔除无效问卷14 份，得到有效问卷253 份，问卷有效率为94.76%。

1.2 研究方法

1.2.1 作物秸秆理论资源量的估算 根据汪海波等（2008）、庞力豪等（2018）的方法，依据国家统计部门及甘肃省统计局统计的《甘肃省第三次全国农业普査资料汇编》，获得各农作物每年产量信息和各种农作物的秸秆系数K（又称草谷比，表1）（段亚军 等，2020；周永馨 等，2021），计算得到秸秆资源量S，秸秆系数是农作物单位面积秸秆产量与籽粒产量的比值（庞力豪 等，2018）。农作物秸秆资源量是以农作物产量进行估算，其估算公式为：

式中，Sn表示秸秆资源量，n表示农作物的种类，An表示某种农作物的产量，Kn表示n作物相应的秸秆系数。

1.2.2 废弃物肥料化潜力的估算 结合《中国有机肥料养分志》（全国农业技术推广服务中心，1999）中各类作物废弃物的养分含量，根据主要农作物秸秆的干物质比例、有机质比例和N、P、K比例，估算出废弃物所含的全氮、全磷、全钾和有机质含量：废弃物干基质量Gn=Snφn，有机质含量Yn=Gnμn，N 含量WnN=Gnαn，P 含量WnP=Gnβn，K 含量WnK=Gnγn。式中，Gn表示n作物废弃物中干基的质量，Sn表示n作物的秸秆资源量，φn表示n作物的干物质比例，Yn表示n作物中有机质含量，WnN、WnP、WnK分别指n作物中的N、P、K 含量，μn、αn、βn、γn分别指n作物中有机质、N、P、K比例。

1.3 数据统计与分析

使用Excel 2021 和Origin 9.1 软件进行数据统计分析及绘图。

2 结果与分析

2.1 栽培规模及产量分析

从图1 可知，在2007—2017年，甘肃省榆中县栽培面积最高的为粮食作物，蔬菜次之，中药材最低。2007—2017年，粮食作物的栽培面积呈现先升高后降低的趋势，于2010年达到峰值4.17 万hm2，2017年降低至3.11 万 hm2，2010—2017年的年均增长率为-3.96%；相反，蔬菜的栽培面积保持平稳上升，由2007年1.06 万 hm2增长至2017年1.84 万 hm2，年均增长率达到5.64%；中药材栽培面积从0.10 万 hm2增长至0.65 万 hm2，年均增长率高至39.72%，是蔬菜的7 倍。

图1 甘肃省榆中县2007—2017年主栽作物栽培面积

榆中县蔬菜和粮食作物的年产量保持较高水平，而中药材处于较低水平。2007—2017年，蔬菜产量表现为逐年上升的趋势，从23.27 万t 上升至53.49 万t，年均增长率为8.77%；而粮食作物年产量呈现先升高后降低的趋势，2013年产量最高为15.19 万t，2013年以后的年产量随栽培面积的减少而不断降低；中药材产量从0.23万t上升至1.47万t，年均增长率达到35.54%（图2-a）。对比发现，2007—2017年期间榆中县蔬菜和中药材产量的占比逐渐增加（图2-b），当地对蔬菜和中药材的种植重视度提高。

图2 甘肃省榆中县2007—2017年主栽作物产量（a）及占比（b）

2.2 种植业废弃物产量的估算及分析

榆中县2007—2017年种植业废弃物产量不断增加，从22.18 万t 增至31.95 万t，增长率为44.05%。粮食作物秸秆产量呈先升高后降低的趋势；尾菜产量保持稳步上升的趋势，从2007年的6.98 万t 上升至2017年的16.05 万t，年均增长率达8.77%；中药材废弃物产量从0.56 万t 上升至3.69万t，年均增长率35.54%（图3-a）。尾菜和中草药废弃物的产量占当年总废弃物产量的比例持续上升，2015年尾菜产量占总废弃物产量的45.22%，2017年尾菜已经占总废弃物产量的50%，成为榆中县种植业废弃物的主要来源。2007—2017年累计粮食作物秸秆和尾菜产量分别占54.13%和38.74%，是主要的废弃物来源，两者占废弃物总量92.87%，中药材废弃物仅占7.13%（图3-b）。

2.3 种植业废弃物养分的估算及分析

种植业废弃物的总养分含量整体上呈先升高后降低的趋势（图4-a），与粮食作物秸秆产量的变化趋势相似，其中尾菜和中药材的养分含量持续上升，都在2017年达到峰值。2013年种植业废弃物的总养分含量最高，达到11.86 万t；其中有机质为11.17 万t，占总量的94.18%，N、P、K 含量分别为0.22 万、0.07 万、0.40 万t。从各年养分资源总量构成来看（图4-b），有机质所占比例最高，其变化趋势与粮食作物秸秆养分含量的变化趋势相同，其次K 和N，P 的占比最小，N、P、K 与尾菜和中药材废弃物的变化趋势相同，均逐渐增长。

图4 甘肃省榆中县2007—2017年各类型废弃物（a）和不同形式（b）的养分含量

2.4 种植业废弃物资源化利用现状及途径分析

2.4.1 种植农户基本信息 榆中县种植户类型以一般农户（87.27%）为主，而农业企业（6.06%）、种植大户（3.64%）和合作社（3.03%）类型较少（图5-a）；年龄40 岁以上的种植户占比高达78.49%，30 岁以下仅占4.07%（图5-b）；初中及以下学历居多，占73.53%，高学历农户（本科、研究生）仅占5.29%（图5-c）。综上，榆中县种植业整体呈现农户高龄、学历偏低和缺乏现代农业技术体系的特征。

2.4.2 种植业废弃物利用途径 榆中县农户对各类废弃物的利用是多种途径并存。对于粮食作物秸秆的利用方式众多，还田和作为燃料是主要的利用方式，分别占37.32%和23.19%，生产沼气和有机肥仅占3.26%和1.45%（图6-a）。对于尾菜，生产沼气和还田是最主要的利用途径，分别占37.56%和34.39%，其次是堆肥和青贮饲料，分别占14.93%和10.41%，用作燃料和生产有机肥均仅占1.36%（图6-b）。在中药材废弃物中，还田也是最主要的资源化利用方式（占52.30%），较少的是生产有机肥和青贮饲料，分别占1.67%和6.28%，用作燃料的利用方式不存在（图6-c）。综合来看，还田是当前榆中县农户处理种植业废弃物的主要利用途径。

图6 甘肃省榆中县粮食作物秸秆（a）、尾菜（b）和中药材废弃物（c）利用途径及占比

2.4.3 种植农户对种植业废弃物资源化利用的态度 榆中县种植农户对种植业废弃物资源化利用方式，持满意态度的占92.07%，仅有7.93%表示不满意（图7-a）；并且种植业资源化利用的方式得到广大农户的认可，达到户户了解，但非常了解的农户仅有4.27%（图7-b）。绝大多农户（93.25%）认为非常有必要对种植业废弃物进行资源化利用，认可新型资源化利用技术，59.20%的农户愿意接受政府引导，仅有2.29%的农户不愿意尝试（图8）。

图7 甘肃省榆中县农户对种植业废弃物资源化利用处理方式满意度（a）及了解程度（b）

图8 甘肃省榆中县农户对新型资源化利用技术的态度（a）及种植业废弃物资源化利用的必要性（b）

根据当前实现种植业废弃物资源化利用所面临困难的调查结果可以看出（图9），有多方面的原因导致废弃物资源化利用难以实现，其中57.14%的农户认为缺乏大规模吸收消纳平台和政府引导不足是最主要的原因，有20.00%的农户认为他们对种植业废弃物资源化利用的认识不够充分，17.14%的农户认为当前资源化利用技术还不够成熟，有待提高；仅有5.71%的农户没有考虑过该问题。

图9 甘肃省榆中县实现种植业废弃物资源化利用所面临的困难

3 结论与讨论

榆中县是甘肃省现代农业极具发展潜力县区之一，本次调查结果表明，榆中县粮食作物种植面积下降，蔬菜和中药材的种植面积增加。种植业废弃物产量中粮食作物秸秆占54.13%，尾菜占38.74%，2007—2017年废弃物年均产量达15.02万t，尾菜产量上升，粮食作物秸秆大幅下降，但种植业废弃物的资源总储量处于保持上升阶段。在黑龙江（杨钰莹和司伟，2022）、青海（田丰，2017）等地，将种植业废弃物进行还田，已经做到资源化利用。

还田是榆中县种植业废弃物资源化利用的主要途径。将作物废弃物直接翻耕入土用作基肥，虽加大了劳动、机械等成本（陈云峰 等，2020），但是减少空气污染，有助于实现碳达峰、碳中和（任荣，2021；于法稳和林珊，2022），同时还改变了土壤的性质特征，调节土壤的酸碱度，提高土壤养分含量和酶活性，可将作物中的营养元素归还到土壤中，提高土壤的有机质、N、P、K 和微量元素含量（潘越 等，2023）。有研究发现，40年内东北黑土地在还田方式下，土壤有机碳含量平均每年递增0.31%，表明秸秆还田对土壤有机质水平的提高有显著效果（贺美 等，2017）。本次调查发现，榆中县选择粮食作物秸秆资源化利用方法为还田的种植户达37.32%，其原因一是与其他处理方式相比，还田具有操作简单，投入的资金较少，资源转化率高，技术要求低等优点（马海兰，2018）；二是除了还田自身优势外，还跟种植户类型、种植户年龄、文化水平、政府扶持力度和科学系统的农田管理技术体系有关，这些因素都会影响资源化利用的普及和推进。

目前榆中县资源化利用面临的主要问题：第一，资源化利用需要完善的现代化基础设施，投入较大，普通种植户较难承受，而较小规模的资源化处理能力有限，专业设备不足，专业技术人员较少，外加大部分农田都是个人承包、个人经营，地块之间不能连续作业，机械化作业受到限制，因此需要从技术和政策扶持两方面解决实际问题，降低成本提高技术；第二，73.53%的种植户文化水平有限，对科学技术难以精准掌控，但是对资源化利用的方式认为非常有必要，对利用结果很满意，针对农户文化认知问题，农业部门应该加大、加强宣传教育，强化技术，采用简单易懂的培训方法让农户快速掌握技术，还需构建高效的宣传机制，通过广播、电视、报纸等传统媒体和微信、微博、抖音等新兴网络媒体以及职业培训、科技服务等活动，增强其循环经济的意识和理念；第三，榆中县资源化利用处理技术不成熟，处理方式简单，处理量偏少，缺乏专业化的处理场所平台，国家补贴力度较小，而且补贴对象主要为合作社和种植大户，这些因素消减了农民对秸秆废弃物的资源化利用积极性，可通过扶持种养大户等方式，树立典型，带动和吸引农户主动投身其中；第四，体制机制不健全，缺乏政府规划引导，需要政府部门在制度安排上向农业循环经济倾斜，通过采取强化补贴、引导涉农企业参与、培育资源性农业废弃物循环利用服务实体和循环农业体制机制的形成等措施解决农民的后顾之忧，鼓励农户进行种植业废弃物循环利用，积极参与“政府引导、市场主导、社会参与”的产业体系，实现多层次、多途径、多元化的发展，加快推进农村信息化建设，共同治理搭建美丽乡村，营造舒适宜人的生活环境（何可和张俊飚，2014）。