以华东、中南、西南地区为重点的大田作物秸秆资源量及时空分布的研究
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摘要
大田作物秸秆是我国重要的潜在木质纤维素生物质原料。秸秆资源的开发利用,既涉及到农业生产系统中的物质高效转化和能量高效循环,成为循环农业的重要实现途径,也涉及到整个农业生态系统中的土壤肥力、水土保持、环境安全以及可再生资源高效利用等可持续发展问题,初步成为农业和农村社会经济可持续发展的必然要求。根据中国统计年鉴,本研究用该系列研究的大田作物秸秆量评估的方法,对我国华东、中南和西南地区作为生物燃料的田间秸秆进行评估。而秸秆量的差异主要体现在与农业生态条件和种植模式上的不同。其主要研究结论如下：
(1)秸秆系数是通过换算收获指数而得到,指作物田间秸秆产量与经济产量之比,是准确评估秸秆资源的重要参数。本研究根据《中国统计年鉴》发布的各省的大田作物种类,根据近期秸秆系数的实测值以数学模拟取值法(秸秆系数值与月均温差的模型建立)、相同或相似地区平均取值法、同类作物综合取值法,研究确定各省市自治区(除港、澳、台)各类大田作物的秸秆系数值。结果表明：水稻秸秆系数取值在各省市自治区的变幅为0.74～1.33,全国平均值为1.04。小麦的取值为1.05-1.41,全国平均值为1.28。玉米在各省的变幅为0.93-1.30,全国平均值为1.07。
(2)本文明确了加工副产物的系数取值和计算方法,评估我国各省市自治区大田作物加工副产物的资源量。各省稻壳系数的取值范围为0.16～0.20,平均值为0.18；玉米芯系数取值范围是0.12～0.22,平均值为0.16；花生壳系数的取值范围为0.25～0.30,平均值为0.27;棉籽壳系数为0.47;甘蔗渣系数为0.16；甜菜渣系数为0.05。
(3)从2008～2010年,华东地区年均秸秆总量为199.5百万吨,是由180.9百万吨的田间秸秆量和18.6百万吨的加工副产物量组成。华东地区的水稻秸秆资源最为丰富年均量为83.9百万吨,包括72.1百万吨的田间秸秆和11.8百万吨的稻壳量。该地区的7个省份都基本上在6月～12月进行收获。
中南地区年均秸秆总量为213.9百万吨,是由179.7百万吨的田间秸秆量和34.2百万吨的加工副产物量组成。中南地区的水稻秸秆资源最为丰富年均量为82.5百万吨,包括69.5百万吨的田间秸秆和13.0百万吨的稻壳量。中南地区从7月～9月间谷类作物秸秆收获的田间秸秆量共计为58.9百万吨。
西南地区的大田作物年均秸秆总量93.3百万吨由86.0%的田间秸秆(80.3百万吨)与14.0%的加工副产物(13.0百万吨)组成。西南地区的水稻和玉米是该地区的主要作物,其田间秸秆量分别为30.6百万吨和15.2百万吨,这两种作物的秸秆量占该地区田间秸秆量的57.0%。
(4)通过查阅2006～2011年正式发表的大田试验文献获得大田作物主产品在各地区的成熟期,确定不同地区各作物秸秆的成熟期。结果表明：5～6月小麦和玉米的秸秆开始成熟,为全国秸秆成熟初期；7～11月为水稻、小麦及玉米集中收获时段,属于秸秆成熟盛期,其中,9月和10月秸秆成熟的作物最多。
Crop residue resource has been recognized as an important potential lignocellulosic biomass feedstock. The exploitation and utilization of residue resources involves efficient material transformation and energy circulation in the agricultural production system which has become an important way for realizing circulatory economy, and it also relates to the systainable development problems of soil fertility, soil and water conservation, environment security, and highly-effective utilization of renewable resources in the agro-ecosystem. It has turned an inevitable demand for the sustainable development of agriculture and rural society and economy. This study was performed to evaluate the spatial and temporal variation in residue quantities of field crops in seven provinces of East China (EC), six provinces of Central-South China (CSC), and five provinces of Southwest China (SWC). The availability of crop residue was derived from statistical data on the provincial level. The key factors affecting biofuel feedstock availability were:storage capacity, irrigation acreage and fertilizer input. Main research conclusion is as follows:
1. Residue factor (RF) is an important parameter which can exactly estimate field residue resource. According to different kinds of field crops in China Statistical Yearbook in this research, residue factor was determined in31provinces (excluding Hong Kong, Macao, and Taiwan) through mathematical modeling valuing method, same or similar region valuing method, and congener crop synthetically valuing method. Results indicated that the RF of rice varied between0.74and1.33, the average of rice was1.04. RF of wheat varied between1.05and1.41, the average was1.28. Maize had RF with the range of0.93and1.30and the average with1.07.
2. Process residue (PR) is a constituent of crop residue resources. The annual quantity of field crops PR produced is evaluated based on provinces of China in this article, after the PR conception and PR factor and calculation are clarified. Among different provinces, Rice husk factor varied between0.16and0.20and averaged0.18. Corn cob factor varied between0.12and0.22and averaged0.16. Peanut hull ranged between0.25and0.30and averaged0.27. The factors of cotton seed hull, sugarcane bagasse and sugarbeet bagasse are0.47,0.16and0.05respectively.
3. The average quantity of total crop residue in EC was199.5Mt annually comprised of180.9Mt field residues and18.6Mt process residues. The richest amount of crop residue was rice residue estimated as83.9Mt, which was composed of72.1Mt field residues and11.8Mt rice hull. The harvested date was from June to December among the seven provinces in EC.
The average amount of total biomass residue in CSC of213.9Mt annually comprised of179.7Mt field residues and34.2Mt process residues. In CSC, the richest amount of crop residue was rice residue estimated as82.5Mt, which was composed of69.5Mt field residues and13.0Mt rice hull. In July to September, the amount of field residue (58.9Mt) was harvested.
In SWC, the average amount of total residue of93.3Mt annually comprised of80.3Mt field residues (86.0%) and13.0Mt process residues (14.0%). The amount of field residue was harvested all the year excluding November.
4. The temporal distribution of crop residues depends on the crops maturity or harvest dates, which affects greatly on sustainable residue utilization. After maturity dates of crop residues (MDCR) was defined in this article, we identified maturity dates of field crops in different regions of China according to data collected from original papers published mainly between2006and2011. The MDCR early stage of wheat and maize was from May to June. The period from July to November was the predominated MDCR for rice, wheat and maize.
(1)秸秆系数是通过换算收获指数而得到,指作物田间秸秆产量与经济产量之比,是准确评估秸秆资源的重要参数。本研究根据《中国统计年鉴》发布的各省的大田作物种类,根据近期秸秆系数的实测值以数学模拟取值法(秸秆系数值与月均温差的模型建立)、相同或相似地区平均取值法、同类作物综合取值法,研究确定各省市自治区(除港、澳、台)各类大田作物的秸秆系数值。结果表明：水稻秸秆系数取值在各省市自治区的变幅为0.74～1.33,全国平均值为1.04。小麦的取值为1.05-1.41,全国平均值为1.28。玉米在各省的变幅为0.93-1.30,全国平均值为1.07。
(2)本文明确了加工副产物的系数取值和计算方法,评估我国各省市自治区大田作物加工副产物的资源量。各省稻壳系数的取值范围为0.16～0.20,平均值为0.18；玉米芯系数取值范围是0.12～0.22,平均值为0.16；花生壳系数的取值范围为0.25～0.30,平均值为0.27;棉籽壳系数为0.47;甘蔗渣系数为0.16；甜菜渣系数为0.05。
(3)从2008～2010年,华东地区年均秸秆总量为199.5百万吨,是由180.9百万吨的田间秸秆量和18.6百万吨的加工副产物量组成。华东地区的水稻秸秆资源最为丰富年均量为83.9百万吨,包括72.1百万吨的田间秸秆和11.8百万吨的稻壳量。该地区的7个省份都基本上在6月～12月进行收获。
中南地区年均秸秆总量为213.9百万吨,是由179.7百万吨的田间秸秆量和34.2百万吨的加工副产物量组成。中南地区的水稻秸秆资源最为丰富年均量为82.5百万吨,包括69.5百万吨的田间秸秆和13.0百万吨的稻壳量。中南地区从7月～9月间谷类作物秸秆收获的田间秸秆量共计为58.9百万吨。
西南地区的大田作物年均秸秆总量93.3百万吨由86.0%的田间秸秆(80.3百万吨)与14.0%的加工副产物(13.0百万吨)组成。西南地区的水稻和玉米是该地区的主要作物,其田间秸秆量分别为30.6百万吨和15.2百万吨,这两种作物的秸秆量占该地区田间秸秆量的57.0%。
(4)通过查阅2006～2011年正式发表的大田试验文献获得大田作物主产品在各地区的成熟期,确定不同地区各作物秸秆的成熟期。结果表明：5～6月小麦和玉米的秸秆开始成熟,为全国秸秆成熟初期；7～11月为水稻、小麦及玉米集中收获时段,属于秸秆成熟盛期,其中,9月和10月秸秆成熟的作物最多。
Crop residue resource has been recognized as an important potential lignocellulosic biomass feedstock. The exploitation and utilization of residue resources involves efficient material transformation and energy circulation in the agricultural production system which has become an important way for realizing circulatory economy, and it also relates to the systainable development problems of soil fertility, soil and water conservation, environment security, and highly-effective utilization of renewable resources in the agro-ecosystem. It has turned an inevitable demand for the sustainable development of agriculture and rural society and economy. This study was performed to evaluate the spatial and temporal variation in residue quantities of field crops in seven provinces of East China (EC), six provinces of Central-South China (CSC), and five provinces of Southwest China (SWC). The availability of crop residue was derived from statistical data on the provincial level. The key factors affecting biofuel feedstock availability were:storage capacity, irrigation acreage and fertilizer input. Main research conclusion is as follows:
1. Residue factor (RF) is an important parameter which can exactly estimate field residue resource. According to different kinds of field crops in China Statistical Yearbook in this research, residue factor was determined in31provinces (excluding Hong Kong, Macao, and Taiwan) through mathematical modeling valuing method, same or similar region valuing method, and congener crop synthetically valuing method. Results indicated that the RF of rice varied between0.74and1.33, the average of rice was1.04. RF of wheat varied between1.05and1.41, the average was1.28. Maize had RF with the range of0.93and1.30and the average with1.07.
2. Process residue (PR) is a constituent of crop residue resources. The annual quantity of field crops PR produced is evaluated based on provinces of China in this article, after the PR conception and PR factor and calculation are clarified. Among different provinces, Rice husk factor varied between0.16and0.20and averaged0.18. Corn cob factor varied between0.12and0.22and averaged0.16. Peanut hull ranged between0.25and0.30and averaged0.27. The factors of cotton seed hull, sugarcane bagasse and sugarbeet bagasse are0.47,0.16and0.05respectively.
3. The average quantity of total crop residue in EC was199.5Mt annually comprised of180.9Mt field residues and18.6Mt process residues. The richest amount of crop residue was rice residue estimated as83.9Mt, which was composed of72.1Mt field residues and11.8Mt rice hull. The harvested date was from June to December among the seven provinces in EC.
The average amount of total biomass residue in CSC of213.9Mt annually comprised of179.7Mt field residues and34.2Mt process residues. In CSC, the richest amount of crop residue was rice residue estimated as82.5Mt, which was composed of69.5Mt field residues and13.0Mt rice hull. In July to September, the amount of field residue (58.9Mt) was harvested.
In SWC, the average amount of total residue of93.3Mt annually comprised of80.3Mt field residues (86.0%) and13.0Mt process residues (14.0%). The amount of field residue was harvested all the year excluding November.
4. The temporal distribution of crop residues depends on the crops maturity or harvest dates, which affects greatly on sustainable residue utilization. After maturity dates of crop residues (MDCR) was defined in this article, we identified maturity dates of field crops in different regions of China according to data collected from original papers published mainly between2006and2011. The MDCR early stage of wheat and maize was from May to June. The period from July to November was the predominated MDCR for rice, wheat and maize.
引文
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