西安市主要农作物秸秆资源量估算及能源化潜力分析

王涛 常小箭 黄宗华

摘要[目的]正确评价西安市主要农作物秸秆资源量及其分布特性，充分认识西安市秸秆资源的开发潜力。[方法]以草谷比法为基础方法，对西安市主要农作物秸秆资源进行全面系统的估算，并分析各区县秸秆资源量分布。[结果]2015年西安市主要农作物秸秆理论资源量211.93万t，可收集资源量为175.95万t，可能源化利用量为149.55万t，可转化能源量82.35万t标准煤；小麦秸秆量占总量的55.4%，玉米秸秆占总量的43.6%，棉花、油菜占总量的1.0%。临潼、长安、户县的秸秆资源量分布较大，分别占比为18.0%、19.0%、17.0%。西安市年平均秸秆的化石能源替代量88.83万t，全部转化为经济价值相当于节约5.49亿元的煤炭消耗。[结论]该研究可为西安市秸秆资源的综合利用提供借鉴。

关键词秸秆资源；估算；区域分布；草谷比；能源；西安市

中图分类号S210.3文献标识码

A文章编号0517-6611（2017）16-0073-05

Estimation of Main Crop Straw Resources and Analysis of Energy Potential in Xian

WANG Tao1， CHANG Xiaojian1，HUANG Zonghua2（1.Xian Agricultural Technology Extension Center， Xian， Shaanxi 710061；2.Rural Energy Office of Hu County， Huxian， Shaanxi 710300）

Abstract[Objective]To correctly evaluate the amount and distribution characteristics of main crop straw resources in Xian， and to fully understand the development potential of straw resources in Xian. [Method]Based on the method of straw to valley ratio， the crop resources of main crops in Xian were estimated comprehensively and systematically， and the amount of straw resources in each county was analyzed. [Result]In 2015， theoretical resources of main crop stalks was 2119.3 thousand tons， the amount of resources to be collected was 1759.5 thousand tons， the amount of potential utilization was 1495.5 thousand tons， amount of energy to be converted was 823.5 thousand tons. Wheat straw accounted for 55.4% of the total， corn straw accounted for 43.6% of the total， cotton， rape accounted for 1% of the total. The distribution of straw in Lintong， Changan and Huxian was relatively large， accounting for 18.0%， 19.0% and 17.0%， respectively.Annual average straw fossil energy replacement capacity of 888.3 thousand tons， all translated into economic value， equivalent to saving 549 million yuan of coal consumption in Xian. [Conclusion]The study can provide reference for the comprehensive utilization of straw resources in Xian.

Key wordsStraw resources；Estimate；Regional distribution；Grass valley ratio；Energy；Xian City

近年來，為了应对突出的能源危机和气候变化，我国已通过立法将可再生能源开发利用列为能源发展的优先领域[1]。西安市作为一个农业、经济和能源消费较大的城市，其丰富的生物质能资源的开发利用显得尤为重要，特别是农作物秸秆资源，若将其合理高效地利用起来，不仅能够促进农业和农村经济可持续发展，减少污染，还能为建立资源节约型社会的能源工程提供新途径[2]。但是由于秸秆资源分布分散、统计困难，截至目前对西安市秸秆资源量缺乏系统研究。基于此，笔者对西安市主要农作物秸秆进行了调查，并对农作物秸秆进行了全面科学的评价。

1资料与方法

1.1资料来源资源来源于《2015年西安市统计年鉴》中各区、县主要农作物产量数据。

1.2农作物秸秆理论资源量计算

农作物秸秆是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，通常通过农作物产量和草谷比系数计算而得。计算公式如下：

CR=ni=1Qi·ri

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；ri为第i种农作物秸秆的草谷比系数。

1.3农作物秸秆可收集资源量计算

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。农作物秸秆的可收集资源量通过秸秆资源总产量和可收集系数来计算。计算公式如下：

CRa=ni=1Qi·ri·fi

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。

1.4农作物秸秆可能源化利用量计算

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。农作物秸秆可能源化利用量通过秸秆可收集资源量和可能源化利用系数来计算。计算公式如下：

CRc=ni=1Qi·ri·fi·λi

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數。

1.5农作物秸秆可转化能源量计算

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：

CRe=ni=1Qi·ri·fi·λi·ηi

式中，CRe为农作物能源量；ηi为第i种农作物的折标煤系数。

1.6草谷比系数、可收集系数、可能源化利用系数、折标煤系数的确定

1.6.1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[2]。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影响，因而确定合理的草谷比系数尤为重要。根据王晓玉等[3]和李逸辰[4]的研究，确定西安市农作物秸秆草谷比系数，即小麦1.27，稻谷0.94，玉米1.10，棉花2.62，油菜籽2.57。

1.6.2可收集系數。

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种不同收获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。毕于运[5]对我国主要农作物秸秆可收集利用系数进行估算时考虑较全面，同时参考陕西省农业机械化性息网的相关政策，分析具体实际情况后选用王亚静等[6]对农作物秸秆收集系数的研究数据，即小麦0.83，稻谷0.83，玉米0.83，棉花0.90，油菜籽0.85。

1.6.3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。各农作物的热值取值范围在低位热值和高位热值之间，且不同的研究热值取值范围不同。该研究中稻谷、小麦、玉米、棉花秸秆的折标煤系数根据《2014 年中国能源统计年鉴》[7]获得，油菜籽的秸秆折标煤系数根据韦茂贵[8]等统计的各农作物热值范围，取加权平均值，即小麦0.55，稻谷0.46，玉米0.55，棉花0.63，油菜籽0.61。

2结果与分析

2.1测算结果

2.1.1农作物秸秆理论资源量。

由秸秆产量的计算公式得出，各类农作物秸秆产量即为农作物产量与草谷比之积，为了研究秸秆资源量随时间的变化趋势，选取2008—2015年的统计数据，计算西安市主要农作物秸秆产量（表1）。由表1可知，西安市主要秸秆资源来自小麦和玉米，占农作物秸秆资源总量的99%。其中，小麦年平均120.75万t，占秸秆总量的53%；玉米年平均103.83万t，占秸秆总量的45%；其他谷类年平均3.88万t，占秸秆总量的2%。2008—2015年作物秸秆理论产量有所下降，由2008年的252.32万t下降至2015年的211.93万t。

2.1.2农作物可收集资源量。

可收集系数与草谷比一样，不同学者对收集系数的研究都有不同的结果，根据可收集系数可计算出2008—2015年西安市主要农作物的可收集资源资源量，结果见表2。由表2可知，可收集资源量和农作物秸秆理论资源量变化规律一致。

2.1.3农作物可能源化利用量。经过研究以往文献，对比陕西地区的具体情况，参考Purohit等[9-10]对生物质能源化利用的研究，选择秸秆资源用作适宜现阶段利用方式的比例为15%，即可能源比利用量为85%，得到的秸秆可能源比利用量见表3。由表3可知，2008—2015年西安市农作物秸秆可能源化利用量分别为178.15万、180.04万、182.90万、149.88万、157.29万、147.80万、144.62万、149.55万t，由于考虑到综合利用的方式，秸秆的可利用率为固定秸秆资源的85%，不同农作物秸秆的可能源化利用量与农作物秸秆的利用总量变化规律都与可收集资源量的变化趋势相同。

2.1.4农作物秸秆可转化能源量。根据农作物秸秆折标煤系数和西安市秸秆可利用量，计算出西安市主要农作物秸秆可转化能源量，结果见表4。由表4可知，2008—2015年西安市农作物秸秆可转化能源量分别为98.14万、99.18万、100.75万、82.59万、86.65万、81.40万、79.62万、82.35万t标准煤。2015年西安市能源消费总量为430 000万t标准煤，年均秸秆能源替代量82.35万t标准煤，占每年能源消费的0.019%。按照最新的国内煤炭价格624元/t，2008—2015年西安市平均秸秆的化石能源替代量88.83万t来计算，每年西安市将节约5.49亿元的煤炭消耗，可见秸秆能源带来的经济价值巨大。

45卷16期王 涛等西安市主要农作物秸秆资源量估算及能源化潜力分析

2.2主要农作物秸秆资源分布

2.2.1秸秆理论资源量的空间分布。

根据《2015年西安市统计年鉴》中西安市各区县主要粮食作物产量和草谷比系数可以计算出西安市各区县主要农作物秸秆理论资源量，结果见表5、图1。

由表5可知，从空间分布地区来看，秸秆资源量主要分布在务农大县临潼、长安、蓝田、周至、户县，分别为37.98万、41.25万、29.81万、27.39万、36.07万t，占全市秸秆总量的81%（图1）。从秸秆类型来看，秸秆资源量主要是玉米和小麦秸秆，占秸秆总量的99%。

2.2.2可收集资源量的空间分布。根据理论资源量和可收集系数可以计算出秸秆可收集量，结果见表6。由表6可知，可收集资源量和农作物秸秆理论资源量空间分布变化规律一致。

2.2.3可能源化利用量的空间分布。

由可收集资源量和秸秆可能源化利用系数可计算出可能源化利用量，结果见表7。由表7可知，可能源化利用量分布区域和理论资源量分布区域规律一致。

2.2.4秸秆可转化能源量分布。

由可能源化利用量和秸秆能源转化系数可计算出秸秆可转化能源量，结果见表8、图2。

由表8可知，秸秆可转化能源量最大地区是长安，达16.04万t标准煤，占各区县秸秆总量19.41%；临潼、户县、蓝田、周至、高陵、阎良、灞桥可转化能源量依次递减，分别为14.75万、14.01万、11.66万、10.64万、8.79万、4.14万、2.62万t标准煤，分别占各区县秸秆资源总量的17.85%、16.95%、14.11%、12.87%、10.64%、5.01%、3.17%。从农作物秸秆类型看，西安市各区县主要秸秆转化能源的来源是玉米和小麦，分别占秸秆总量的45%、53%，其他秸秆转化能源量只占2%。

3结论与讨论

该研究表明，西安市秸秆资源丰富，总量逐年平稳增加。随着经济结构的调整，秸秆资源的种类也发生变化，但小麦秸秆和玉米秸秆资源仍占主导地位。2015年西安市秸秆资源理论资源量为211.93万t，可收集秸秆量为175.95万t，可能源化利用量为149.55万t，可转化能源量82.35万t标准煤，以全部秸秆能源转化为价值计算西安市每年将节约5.49亿元的煤炭消耗，可见秸秆能源带来的经济价值巨大。

小麦秸秆占总量的55.4%，玉米秸秆占总量的43.6%，棉花、油菜占总量的1.0%。临潼、长安、户县的秸秆分布面积较大，分别占比为18.0%、19.0%、17.0%。秸秆区域主要分布在长安、临潼、户县、等区县，这与笔者调查的西安市农户用能情况一致，西安市农户用能调查數据显示，农户冬季用秸秆取暖和做饭比例占用能总量的50.82%，蓝田县和周至县秸秆用量占总用能量的比例分別达48.76%和39.70%。大量秸秆焚烧对环境造成污染，因此该研究对秸秆的综合利用提供了很好的数据支持，能够有针对性地对秸秆分布密度大的区域进行综合利用，对提高西安市农民生活水平，改善该市空气质量及农村生态环境有着积极的意义。

参考文献

[1]

江泽民.对中国能源问题的思考[J].上海交通大学学报，2008，42（3）：345-359.

[2] 鲍恩财，田争光，刘伟伟，等. 主要农作物秸秆资源调查及能源化利用评价：以安徽省为例[J].中国农学通报，2014，30（29）：222-228.

[3] 王晓玉，薛帅，谢光辉.大田作物秸秆量评估中秸秆系数取值研究[J].中国农业大学学报，2012，17（1）：1-8.

[4] 李逸辰.陕西省农作物秸秆资源量及其经济价值评估[D].长沙：中南林业科技大学，2014.

[5] 毕于运.秸秆资源评价与利用研究[D].北京：中国农业科学院，2010.

[6] 王亚静，毕于运，高春雨.中国秸秆资源可收集利用量及其适宜性评价[J].中国农业科学院，2010，43（9）：1852-1859.

[7] 国家统计局能源统计司.中国能源统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2014.

[8] 韦茂贵，王晓玉，谢光辉.中国各省大田作物田间秸秆资源量及其时间分布[J].中国农业大学学报，2012，17（6）：32-44.

[9] PUROHIT P，TRIPATHI A K，KANDPAL T C.Energetics of coal substitution by briquettes of agricultural residues[J].Energy，2006，31（8/9）：1321-1331.

[10] PUROHIT P.Economic potential of biomass gasification projects under clean development mechanism in India[J].Journal of cleaner production，2009，17（2）：181-193.