两淮地区农林固废资源量时空特征及利用潜力评价

摘要 为了优化秸秆资源化利用结构，提高农林固废综合利用效益，以两淮地区农林固废数据为基础，估算常见农作物秸秆和林业剩余物资源量和资源密度，分析秸秆和林业剩余物时空分布特征，明确秸秆在肥料化、饲料化和基料化基本需求量，评估未被利用秸秆资源利用潜力。结果表明，两淮地区常见秸秆可回收资源量约为2 000万t，主要以小麦秸秆为主，林业剩余物资源量约为69.05万t。秸秆资源量在空间分布上差异明显，水稻秸秆主要分布在两淮地区南部，油料秸秆主要分布在东北部，其余秸秆主要分布在中部，秸秆肥料化、饲料化和基料化基本需求量分别为780万、288万和15万t。未被利用秸秆约为220万t，直接还田理论上可节约1.71万t氮肥、0.49万t磷肥和2.88万t钾肥，相当于淮南市单元素肥料年使用量的42.40%，用于直燃发电和热裂解炭化可产生约580亿kW·h电能，相当于淮南市社会用电量的46.15%，可减排约190万t当量的CO2排放，相当于淮南市CO2年排放量的16.46%，用于制作秸秆草砖和人造板材可节省约1.3万m3土方量或340万m3的木材。两淮地区秸秆资源量满足肥料化、饲料化和基料化需求，应进一步提升秸秆回收利用效率，优化收储体系，降低秸秆收集成本，增加秸秆在能源化和原料化领域利用效益。

关键词 农林固废；资源量；秸秆；时空特征；利用潜力

中图分类号 X 705  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）21-0067-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.21.018

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Temporal and Spatial Characteristics and Utilization Potential Evaluation of Agricultural and Forestry Solid Waste Resources in Lianghuai Area

SU Yong-dong，ZHOU Yu-zhi，LIU Ying et al

（School of Earth and Environment，Anhui University of Science and Technology，Huainan，Anhui 232001）

Abstract To optimize the structure of straw resource utilization and improve the benefit of comprehensive utilization of agricultural and forestry solid waste，the study estimated the resource amount and density of common crop straw and forestry residues，and analyzed the temporal and spatial distribution characteristics of straw and forestry residues，and clarified the basic demand of straw in fertilizer，fodder and raw material，and evaluated the utilization potential of unused straw resources based on the data of agricultural and forestry solid wastes in Lianghuai area.The results showed that the recoverable resources of common straw were about 20 million tons，and the main component of straw was wheat straw，the resources of forestry residues were about 690 500 tons.There were obvious differences in the spatial distribution of straw resources.Rice straw was mainly distributed in the south of Lianghuai area，oil crop straw was mainly distributed in the northeast，and the other straw was mainly distributed in the middle.The basic demand of straw fertilizer，fodder and raw material were 7.8 million，2.88 million and 150 000 tons，respectively.The unused straw was about 2.2 million tons.The nutrient contained in the unused straw were estimated to be 17.1 kiloton N，4.9 kiloton of P2O5 and 28.8 kiloton K2O，which was equivalent to 42.40% of the annual use of single element fertilizer in Huainan City.If the unused straw was used for combustion power generation and biomass pyrolysis，it could produce 58 billion kW·h of electric energy （accounting for 46.15% of the annual power consumption of Huainan City），and reduced the 1.9 million tons CO2 emission，which was equivalent to 16.46% of the annual CO2 emission of Huainan City.When used to make straw bricks and artificial plates，the unused straw could save about 13 thousand cubic meters of earthwork or 3.4 million cubic meters of wood.The amount of straw resources in the Lianghuai region can meet the needs of fertilizer，feed and base material.It is necessary to further improve the efficiency of straw recycling，optimize the collection and storage system，reduce the cost of straw collection，and increase the utilization efficiency of straw in the fields of energy and raw materials.

Key words Agricultural and forestry solid waste;Resource amount;Straw;Spatiotemporal characteristics;Utilization potential

我国每年都会产生大量农林固体废弃物，农作物秸秆和林业生产剩余物为农林固废的主体，具有可循环再生和资源量丰富的特点。据统计，每年我国各类农作物秸秆总量约为8.29亿t，其中作为生物质可资源化利用约为6.94亿t；林业剩余物总量达3.5亿t，可资源化利用约为960.4万t［1］。秸秆和林业剩余物资源化、能源化利用潜力巨大，近年来得到国家高度重视，2021年3月份国家发展和改革委员会出台《关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见》明确指出，应大力推进秸秆综合利用，推动秸秆综合利用产业提质增效。“五化”是目前农林固废的资源化利用主要途径，其中秸秆利用方式主要以肥料化为主，饲料化和能源化为辅，而基料化和原料化利用率较低［2］。随着相关政策和综合利用技术的同步实施，大量秸秆得到有效利用，秸秆乱堆放及露天焚烧等现象也得到很大改善［3］。林业剩余物是林木生物质资源的重要组成部分，目前我国在林木生物质利用方面尚处于初级阶段，具有广泛的应用前景［4］。了解林业剩余物资源量及分布情况，有利于生物质资源研发利用。

目前，已经有很多学者对秸秆资源量进行估算，利用统计部门发布的农作物产量等相关信息，结合草谷比、可回收系数计算出秸秆资源量，以及对区域遥感数据解析，结合调研提高数据精度等方式是常用估算方法。例如，冉继伟等［5］依据国家统计年鉴资料基于草谷比和秸秆可回收系数，对近20年我国31个省份农作物播种面积和秸秆资源量的时空分布特征进行了研究，结果表明，我国秸秆资源量主体是由水稻、小麦、玉米和大豆构成，占全国总量的82.3%～88.3%，不同作物秸秆存在地域差异，长江中下游、华北和东北地区主要以水稻、小麦和大豆秸秆资源为主，玉米秸秆资源主要分布在华北和东北地区；Scarlat等［6］结合土地覆盖和作物分布的地理空间数据，对欧洲36个国家8种农作物秸秆进行估算，生成了精度较高的秸秆空间分布图，估算出欧洲每年秸秆资源量在2.09亿～3.65亿t。刘之榆等［7］采用Sentinel-1 SAR影像和Sentinel-2光学影像相关遥感技术实现了对梨树县玉米秸秆覆盖度大范围快速提取，结合雷达与光学遥感指数提升反演精度；王雪等［8］利用MODIS卫星遥感影像时间序列数据和天地图遥感影像数据，对车门乡农作物秸秆量和空间分布进行研究，得出研究区域水稻小麦秸秆可回收资源量分别为1.27万和2.78万t，通过现场调研修正并提高数据精度。林业剩余物资源量常用剩余折算系数进行估算，例如，张卫东等［9］将林业剩余物分类汇总，按照林业面积和株数结合折算系数、剩余物可利用系数，得出2013年我国林业剩余物资源量约为9.24亿t。

秸秆在资源化利用过程中，除了还田外，其余利用方式还需要对秸秆进行集中处理，由于秸秆资源具有量大、分布范围广、堆积密度低等特点，给秸秆收集、运输、储藏等方面工作带来不便。为了提高秸秆收运效率，优化秸秆资源配置，对一定区域范围内的秸秆种类、数量和分布情况进行详细的调查和估算显得尤为重要［10］。此外，明确秸秆基本需求量和利用潜力，结合不同区县秸秆常见利用方式，因地制宜，不仅可以高效利用秸秆资源，避免浪费，而且可以让秸秆资源效益最大化。两淮地区是安徽粮食和秸秆主要产地，秸秆资源丰富［11］，秸秆主要利用方式包括机械还田、高温堆肥、直燃发电、制作青贮饲料和食用菌基质等［12］。该研究基于2016—2020年两淮地区年鉴农林业信息，首先根据草谷比和秸秆可回收系数来估算水稻、小麦、玉米、豆类、油料秸秆可回收资源量，根据林木剩余物折算系数，估算林业剩余物资源量；其次从区域差异、时空变化、资源密度分析农林固废时空特征，最后分析秸秆综合利用潜力，以期为政府部门合理利用秸秆资源和制定相关政策提供可靠依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

两淮地区位于皖北，属于温带半湿润季风气候，年平均气温为15.5～16.6 ℃，年降雨量在522.5～698.4 mm，无霜期为200～250 d，水热条件良好［13］。研究区域包括淮南、淮北、蚌埠、阜阳、宿州和亳州6个市，地理坐标为31°54′～34°25′N、115°15′～117°54′E（图1）。选取水稻、小麦、玉米、豆类、油料农作物秸秆为主要研究对象，根据统计信息可知这5类农作物秸秆约占秸秆资源总量的88%。林业则主要以人工林，包括四旁植树和抚育林林业剩余物为研究对象。两淮地区一共34个区县，其中超过18个区县农作物种植面积在11万hm2之上。宿州市埇桥区和淮南市寿县农作物种植面积较大，都在30万hm2左右。农作物种植面积分布重心主要在两淮地区中部。有19个区县森林面积超过1.5万hm2，其中面积较大的2个区县分别是宿州市砀山县和萧县，分别达8.5万和6.8万hm2。根据当地政府信息，砀山县森林覆盖率达70%以上，林业资源丰富，故森林面积分布重心主要位于以宿州市为代表性的两淮北部地区。

1.2 农林固废资源量估算方法

1.2.1 秸秆可回收资源量估算方法。

农作物秸秆是指农作物去掉根和籽粒后剩余部分，主要包括作物的茎和叶。秸秆可回收资源量通过农作物产量、草谷比和可回收系数来计算［14］。现有农作物秸秆资源调查与评价技术规范（NY/T 1701—2009）中草谷比定义为某种农作物单位面积秸秆产量与籽粒产量的比值。由于农作物收割方式和留高度不同茬，考虑到秸秆损耗，利用可回收系数进行折减，更符合实际情况。统计了两淮地区常见农作物草谷比和可回收系数（表1），秸秆可回收资源量计算公式如下：

CS=ni=1（Qi×Ri×Ci）（1）