“肉牛-蘑菇-炭”秸秆综合利用“生态单元”设计

左俊怡 魏丽漫 龙锦云 余世金

“肉牛-蘑菇-炭”秸秆综合利用“生态单元”设计

左俊怡 魏丽漫 龙锦云 余世金

(安庆师范大学资源环境学院，安徽安庆246113)

为了提高秸秆的资源化利用率，遴选出养牛、种菇和制炭三个有关联的秸秆利用方式，构成循环产业链，根据产业链中消耗的秸秆原料数量确定秸秆供应的农户区面积，使秸秆的产生和资源化利用产销平衡，构成一个“生态单元”。“生态单元”由生产中心和农户区两部分组成。生产中心收购农户区的秸秆作为原料，养殖肉牛、种植蘑菇和制炭。养牛、种菇和制炭三个产业环环相扣，并与农业生产形成良性生态链:制炭余热用于菇房加温，牛粪作为种菇培养料，尿液制沼气，沼渣、沼液与蘑菇下脚料还田。按照普通标准确定种菇规模，由种菇需要的牛粪量确定肉牛养殖数量，种菇和养牛剩下的秸秆用来制炭，制炭规模由农户区产生秸秆的数量决定。

秸秆；资源化利用；生态单元

农作物秸秆包括禾谷类、豆类、薯类、油料类、麻类，以及棉花、甘蔗、烟草、瓜果等多种作物的秸秆，是农作物的副产品。据毕于云等用修正的草谷比法计算，全世界年产各类秸秆约44.7亿t，其中我国约8.4亿t，为世界第一秸秆大国，并且随着农业综合生产水平的提高，秸杆数量有逐年上升的趋势[1]。

我国传统的作物秸秆利用方式主要是作为薪柴、畜牧饲料、堆肥等，不仅处于高消耗、高污染、低效率的状态，而且利用量逐年减少。农作物秸秆热值高(约为标准煤的1/2)，含有纤维素、半纤维素、蛋白质、脂肪等多种有机物和氮、磷、钾、钙、镁、硅等矿质元素，是具有多种用途的生物质资源。目前国内外秸秆资源化利用的基本思路是“五化”，即饲料化、燃料化、肥料化、基料化、材料化，利用的具体方式主要有5种，包括能源、饲料、肥料、食用菌栽培、工业原料等[2-5]，但各种利用方式都存在一定的缺陷，这些缺陷在一定程度上限制了秸秆的资源化利用。此外，随着农村外出务工人员增多，留守的青壮年劳动力减少，加上薪柴等直接需求下降，废弃和焚烧的秸秆数量可能会上升。因此，秸秆资源的利用问题，仍是农民、政府和学者等各方面共同关注的问题。本文拟以生态学原理为指导，设计一个使秸秆资源化利用并达到产销平衡的生态单元，希望为秸秆综合利用技术开发提供参考。

1 设计方案

1.1 单元区域大小

单元区域大小的确定主要考虑两个因素：第一，秸秆收购时运输的距离要短，在秸秆收购和回运蘑菇下脚料时，节能、省时、省力;第二，保证生产中心的各种生产需要的秸秆数量，特别是秸秆炭化的规模应适中。

经测算，单元半径R取0.4 km，单元总面积约为0.50 km2。根据我国粮食主产区农村布局特点，农庄、道路、水塘、沟渠等占约20%[6]，单元半径 R0.4 km内有农田、耕地约0.40 km2，折合600亩。按照亩产秸秆量约450 kg计算[7]，单元内共产生秸秆270 t。

1.2 生产中心产业组成、规模与产业链接

生产中心的产业遴选时考虑的因素是：第一，必须以秸秆为原料;第二，一个产业的废料是另一个产业的原料，产业之间相互衔接;第三，产业之间物流能够平衡;第四，主要产品具有良好的市场需求;第五，生产具有可操作性。

设计中遴选的产业是养殖肉牛、种植蘑菇和制炭，其规模为肉牛21头、蘑菇2 500 m2、炭化炉10台(参见图2)，计算过程如下：

(1)蘑菇种植规模。

目前蘑菇规模生产多采用大棚栽培方式，一般每个大棚500 m2。按照普通标准，每个单元蘑菇种植规模拟定为5个大棚，合计2 500 m2。按照蘑菇培养料配方，每111.1 m2(1 000平方尺)需要干稻草1 200 kg、干麦草600 kg、干牛粪1 000kg[8]，5个大棚共需干稻草27 000 kg、干麦草13 500 kg(稻草、麦草合计40 500 kg)、干牛粪22 500 kg。

(2)肉牛养殖规模。

一般每头牛每天出粪量为10.0 kg[9]，晒干后约为3.0 kg，每年出干粪约1 095 kg，22 500 kg干牛粪需要养牛21头。

肉牛每天平均需草料4 kg[10]，21头牛每年需草料约30 660 kg。

每头牛每天排尿约9.0 kg[11]，21头牛每年排尿68 985 kg，尿液用来制沼气。

(3)炭的生产规模。

为了菇房升温需要，每个大棚建2个共10个炭化炉。R为0.4 km的单元区域内秸秆总量270 t，减去种菇和养牛需要的约72 t，需炭化的秸秆量约为198 t。按照40%的出炭率计算[6]，年产秸秆炭约79.2 t。

2 经济效益

2.1 生产中心收益

生产中心收益包括肉牛、蘑菇和秸秆炭三项，合计254 200元，其中肉牛净收入54 600元、蘑菇净收入160 000元、秸秆炭净收入39 600元，计算过程如下：

(1)蘑菇收益。

鲜菇价格按照16元/kg计算，则蘑菇总收入16×17 500＝280 000(元);

大棚建造、菇床架材、草料收购、各种配料、药物、菌种、场地租金、人力工资等成本共计约48元/m2，(其中菇床架材可以多年使用，按照使用年限折旧计算成本)[12]，则总成本为48×2 500＝120 000(元);

蘑菇净收入280 000-120 000＝160 000(元)。

此外，每111.1 m2产生蘑菇下脚料约4 t(含覆土，自然含水量)，5个大棚共产生蘑菇下脚料100 t。下脚料不计入单元内生产效益。

(2)肉牛收益。

每头肉牛售价约5 600元，21头牛总收入为21×5 600＝117 600(元);

幼牛、精饲料、防疫、人力工资等成本为3 000元/头[13]，21头牛总成本为21×3 000＝63 000(元);

高校团委作为高校最大的一个组织，无论在哪一方面的资源获取都具有非常大的优势，在这种情况下，只有高校团委合理的配置各类信息资源，教师专家资源，校外资本引入，才能在一定程度上发挥其在学生创业体系建构上的主导者地位。高校团委在构建创业体系的同时，应该将创业实践活动趋向更加系统化和专门化的发展方向。所谓专门化，便是拥有更加专业的指导队伍，更加专业的学生创业团队，更好的创业实践环境以及学校支撑，将创业理论体系深入课堂、深入实践，使其成为一种专门化的学校教育体系之一；系统性，对创业理论体系、创业实践能力等，要进行系统化的划分，合理的学习、落实和安排，理论与实际相结合，高效的系统学习，拒绝假大空和表面化。

肉牛净收入为117 600-63 000＝54 600(元)。

种菇用的干牛粪22 500 kg，按照0.60元/kg计算，价值22 500×0.60＝13 500(元)，不计入肉牛收益;肉牛的尿液生产沼气，供生产中心内部生活用，不量化，不计算经济效益。

(3)炭的收益。

每年产生秸秆炭79.2 t，按照1 500元/t计算，秸秆炭总收入为1 500×79.2＝118 800(元);

秸秆收购、炭化装置、成型设备、人力工资等成本估计为1 000元/t[4]，总成本为 1 000×79.2＝79，200(元)，秸秆炭的净收入为118 800-79 200＝39 600(元)。

此外，按照秸秆的热值平均为15 000 KJ/kg、炭化过程中热量损失10%计算[14]，198 t秸秆在炭化过程中可以产生为菇房加温的余热为 1.5×104×198×10%≈2.97×105(MJ)，相当于原煤14.2 t，价值约0.88万元，此项不计入生产中心收益。2.2 农户收益

农户收益包括售卖秸秆的收入和蘑菇下脚料还田折算的经济收益，两项合计为91 500元，计算方法如下：

(1)售卖秸秆收益。

秸秆收购按照田间收购价300元/t(干)计算，农户售卖270 t秸秆的收入为300×270＝81 000(元)。因在田间收购，农户无需运费，此为净收入。

(2)蘑菇下脚料还田折算收益。

蘑菇下脚料作为农家肥，每吨下脚料折合复合肥30 kg，100 t下脚料折合复合肥数量约为30×100＝3 000(kg)，以2017年5月安徽市场普通复合肥价格约3.50元/kg，下脚料总价值约为3.50×3 000＝10 500(元)。

以上各项生态单元的规模、效益等计算结果汇总于表1。表中净收入为生态单元直接产生的经济效益，不包含政府补贴和环境伤害损益价值等。

表1 生态单元规模、效益一览表

3 设计结果

3.1 设计图

为直观展示“生态单元”设计效果，将以上设计与计算结果绘制成图1和图2。

3.2 特点与创新

(1)在国内外秸秆利用的诸多单一资源化利用方式中，选择了养殖肉牛、种植蘑菇和制炭三种利用方式。一种产业产生的废物可以被另一种产业利用：可食的秸秆用来养牛，牛粪作为种菇的原料，牛尿制沼气，蘑菇的下脚料与沼渣还田，养牛和种菇多余的秸秆用来制炭，制炭的余热用来给菇房加温，三种产业构成了循环产业链，提高了秸秆资源化利用效率，生产中心与农户区构成了良性生态链，避免了单一秸秆利用方式产生的次生环境危害。

图1 “生态单元”整体结构与运行原理

图2 “生态单元”产业链与经济效益

(2)以蘑菇种植需要的牛粪量确定肉牛养殖规模，制炭规模由农户区产生的秸秆在用于蘑菇培养料和养殖肉牛后剩余的数量决定，生产中心产业链之间物流平衡，以生产中心需要的秸秆数量确定单元面积大小，使秸秆产销平衡。

(3)单元半径为0.4 km，秸秆运输距离短，费用低;秸秆收购车辆可带走还田的蘑菇下脚料，方便、省时。

[1]毕于运，刘雨春，王亚静，等.中国秸秆资源数量估算[J].农业工程学报，2009，25(12):211-217.

[2]田宜水，梦海波.农作物秸秆开发与利用技术[M].北京:化学工业出版社，2008.

[3]胡海伟.农作物秸秆综合利用途径[J].农业科技与装备，2012，13(2):12-13.

[4]毕于运，寇建平，王道龙.中国秸秆资源综合利用技术[M].北京:中国农业科学技出版社，2012.

[5]吴创之，马隆龙.生物质能现代化利用技术[M].北京:化学工业出版社，2003.

[6]崔昌龙，王伟，张楠.轻度炭化法制生物质成型燃料技术概述[J].黑龙江农业科学，2010(7):139-140.

[7]农业部新闻办公室.全国农作物秸秆资源调查与评价报告[J].农业工程技术·新能源产业，2011(2):1-5.

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[9]刘基伟，胡成华，李旭，等.肉牛场牛粪的处理[J].草业与畜牧，2011(1):58-60.

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[13]张建中.肉牛生产实用技术[M].北京:化学工业出版社，2012.

[14]朱金陵，何晓峰，王志伟，等.玉米秸秆颗粒热解制炭的试验研究[J].太阳能学报，2010，31(7):789-792.

责任编辑：富春凯

Design for an"Ecological Unit"of"Beef-Mushroom-Charcoal"for the Comprehensive Utilization of Crop Straw

ZUO Jun-yi， WEI Li-man， LONG Jing-yun， YU Shi-jin
(Anqing Normal University， Anqing 246113， China)

In order to increase the resource utilization rate of crop straw， beef rearing， mushroom production and carbonizing were integrated as recycling production chain.The size of agricultural production district was determined by the number of crop straw required by the industry chain so as to balance the production and resource utilization production and marketing of straw material and to form an"Ecological Unit".The"Ecological Unit"was comprised of production center and agricultural production district.The crop straw was purchased as the material used as beef rearing，mushroom production and carbonizing， which were all linked with one another and forming a virtuous circles as follows： waste heat from carbonizing was used as mushroom house heating， cow dung was used as mushroom compost， bovine urine was used as biogas production， and biogas slurry， biogas residue and mushroom waste return to the field.Mushroom planting scale was determined by general standard，the beef rearing scale fit to the number of cow dung required by the mushroom production.The rest of crop straw used by beef rearing and mushroom all used to make charcoal，its scale was consistent with the number of crop straw in the agricultural production district.

Crop straw;Resource utilization;Ecological Unit

X712

A

1674-6341(2017)05-0023-03

10.3969/j.issn.1674-6341.2017.05.008

2017-06-01

安庆师范大学大学生科技创新活动基金

左俊怡(1998—)女，安徽芜湖人，在校大学本科生。