吉林省秸秆资源时空分布及产率变化分析

姜思琦

（吉林师范大学，吉林 四平 136000）

吉林省是我国重要的商品粮基地，也产生大量的农作物秸秆。然而大量的秸秆资源并没有得到合理利用，甚至露天焚烧秸秆造成大气污染，严重危害环境。目前我国倡导农业结构改革，推进秸秆资源的合理利用，2018 年9 月《乡村振兴战略规划（2018 年—2022 年）》提出：推进农业结构调整，大力发展种养结合循环农业，促进废弃物资源就近利用，提升农业科技创新水平，加强农业污染防治和农业废弃物资源利用[1]。因此，对秸秆资源的分布及区域变化的掌握对今后农作物秸秆资源的可持续利用以及农业生物质产业分布格局规划具有重大意义。

1 研究区域概况

吉林省地处东经122°～131°，北纬41°～46°，位于中纬度欧亚大陆东侧，我国东北地区中部，属于温带季风气候。地势东西差异明显，东南高、西北低；土地面积约为1 874 km2，年均降水量480～600 mm，无霜期130～150 d，农业生产活动条件优越[2]。

2 数据来源及方法

2.1 数据来源

本文主要农作物经济产量数据来源于《吉林省统计年鉴》[3]，通过种植面积及产量的对比，选取稻谷、小麦、玉米、其他谷类、豆类、薯类、油料、甜菜和烟叶等为吉林省主要农作物。耕地利用数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心，分别采取2000 年及2018 年土地利用遥感影像数据集，该系统将土地利用类型分为6 个一级类别，分别为耕地、林地、草地、水域、居民地和未利用土地，以及25 个二级类别[4]。通过查阅文献以及相关数据验证，该数据集对于土地利用的一级类别综合评价精度可达94.3%以上，对于二级类别的识别精度可达91.2%，能够满足1∶100 000 比例尺用户对制图精度的要求[5-6]。

2.2 研究方法

2.2.1 农作物秸秆资源量估算方法

目前，草谷比法是一种较广泛应用于秸秆资源量测算的方法，本研究收集我国主要农作物产量的统计数据和各种农作物草谷比历史测量数据共9 个，但因不同生态区的自然条件和品种、田间管理方式等差异，造成同一作物收获指数不同，导致对作物秸秆资源量的估算产生差异。因此，选取有代表性的草谷比是准确测算秸秆资源量的关键，为了更全面准确地估算吉林省秸秆资源量，本文选取历年较有代表性的学者及相关研究，对同一作物的秸秆系数取平均值，得到吉林省田间收获农作物的秸秆系数即草谷比[7-10]，见表1，以此估算吉林秸秆资源量。

农作物秸秆资源的测算以《吉林省统计年鉴》[3]中主要农作物产量为基础数据，利用草谷比测算吉林省理论资源量。农作物秸秆理论资源总量的计算公式为：

式中：Pt——农作物秸秆理论资源量；i——农作物秸秆的编号；Gi——第i 类农作物的产量；λi——第i 类农作物秸秆的草谷比。

表1 吉林省主要农作物草谷比取值Tab.1 Value of grass-grain ratio of main crops

对吉林省农作物可收集量进行测算时，要考虑到农作物秸秆在收集过程中受不同收割方式的影响。崔蜜蜜等[11]和蔡亚庆等[7]依据我国机械化收割的普及程度，根据人工收割和机械化收割面积比例与其对应的收割系数加权平均的估算，得出各类农作物秸秆的可收集系数。由于近年来我国农业机械化应用数量不断增长，因此，本文在测算吉林省农作物秸秆可收集资源量时，采用崔蜜蜜等[11]提出的可收集系数作为依据见表2。

表2 吉林省主要农作物收集系数Tab.2 Collection coefficient of main crops

农作物秸秆资源的可收集资源量，即在农作物秸秆理论资源量的基础上减去由于留茬等其他因素无法收集的那部分农作物秸秆量，其计算公式为：

式中：Pc——农作物秸秆可收集资源总量；η——第i 类作物的可收集系数。

2.2.2 吉林省耕地秸秆产率分析

通过ArcGIS10.2 软件的空间分析功能，获取2000 年—2018 年的土地利用数据集中耕地面积数量及空间分布等信息。结合可收集秸秆资源量来计算吉林省耕地的秸秆产率。耕地秸秆产率的计算公式为：

式中，Yi——耕地i 的秸秆产率；Pci——耕地i 产出的可收集农作物秸秆资源量；Ai——耕地I 的面积。

在计算吉林省耕地秸秆产率时，要区别旱地和水田两种耕地类型，假设水稻秸秆来源于水田，其他作物秸秆资源均来源于旱地，以此计算水田、旱地秸秆资源产率。

3 结果与分析

3.1 吉林省秸秆资源总量变化趋势

基于《吉林省统计年鉴》[3]农作物经济产量数据及表1 农作物秸秆草谷比数据，利用公式（1）计算得出吉林省各农作物秸秆资源量变化趋势，如图1。

结果表明，2000 年—2018 年吉林省秸秆资源总量变化总体呈上升趋势，但2018 年秸秆资源总量突然下降。从2000年—2017 年由2 234.96×104t 增至5 865.55×104t，年均增长率为3.64%。2000 年—2006 年呈稳步上升趋势，其间2006年—2010 年吉林省秸秆总量呈现“w”状波动，2007 年和2009年是吉林省农作物秸秆总量波动中的两个低值，分别降低到3 308.72×104t 和3 412.85×104t。自2009 年后，吉林省秸秆资源总量上升幅度较快，至2017 年，年均增长率为5.0%。2018年秸秆资源总量骤降至5 058.62×104t，主要受自然灾害影响，农作物产量降低。

3.2 吉林省秸秆可收集资源量变化趋势

利用公式1 得到的吉林省秸秆资源总量以及表2 秸秆资源可收集系数根据公式2 计算得出吉林省秸秆资源可收集资源量的变化趋势，如图2 所示。

从图中可以看出，吉林省秸秆可收集资源量整体也呈上升趋势，从2000 年的1 894.80×104t 增长至2017 的5 265.03×104t，年均增长率为3.76%。2006 年—2010 年间吉林省秸秆可收集资源量和吉林省秸秆资源总量变化趋势相同，呈现“W”型变化。2009 年后，可收集秸秆资源量呈现逐步加快的上升趋势，这表明吉林省农业集约化程度逐步提高，秸秆收集率也随之上升，2018 年秸秆可收集资源量受自然灾害影响减少至4 534.84×104t。

玉米是吉林省主要种植的农作物，影响着吉林省粮食产量，2018 年玉米秸秆可收集量占总量的84%，其增长速度也较快，从2000 年的1 358.70×104t 增长至2017 年的4 447.07×104t，年均增长率为4.09%，到2018 年减少至3 830.24×104t。稻谷秸秆从2000 年的236.05×104t 增长至2017 年的431.05×104t，年均增长率为2.66%， 到2018 年，减少至407.05×104t。而豆类秸秆的收集量呈明显减少趋势，豆类秸秆收集量从2000 年的118.89×104t 减少至2018 年的53.06×104t。豆类秸秆可收集量的减少也意味着吉林省豆类的种植量减少，豆类在吉林省内的地位明显下降，稻谷种植量相对上升，而玉米始终位于主导地位[12]。除上述三大作物以外，小麦、薯类、甜菜及烟叶都呈减小趋势，至2018 年分别减少至0.04×104t、19.28×104t、0.56×104t 及2.09×104t。其他谷类秸秆及油料秸秆为上升趋势，至2018 年分别上升至94.09×104t 和128.43×104t。

3.3 吉林省秸秆资源空间分布

分析吉林省可收集秸秆资源空间分布特点，如图3 所示，2018 年吉林省可收集秸秆资源空间分布不均，秸秆可收集资源量主要集中在中部和西部地区。长春是秸秆资源产量大市，2018 年长春的可收集秸秆资源量超过1 000×104t，达到1 067.47×104t。其次是松原和四平，2018 年松原和四平秸秆可收集资源量分别达到920.96×104t 和904.71×104t。以此形成以长春、四平和松原为中心，中西部向东部减少的秸秆可收集资源分布模式。

2018 年吉林省旱地和水田秸秆可收集量如图4 所示，旱地秸秆分布特点大致与可收集秸秆资源总量分布趋于一致，都是以长春为中心的中西部为重点分布区域的分布特点。水田秸秆分布与可收集秸秆资源总量分布有较大差异，其中白城和长春为主要水田秸秆分布地，水田秸秆总量超过80×104t，其次是松原和吉林地区。通化水田秸秆可收集量超过四平达到42.80×104t，辽源、延边和白山地区为水田秸秆分布较少地区。

3.4 吉林省耕地秸秆产率分析

根据吉林省可收集秸秆资源量及2000 年和2018 年遥感影像获得的耕地面积数据，结合公式（3）计算得出2000 年和2018 年吉林省秸秆产率变化趋势，如图5。

对比分析2000 年和2018 年吉林省各地耕地秸秆产率，发现四平耕地秸秆产率增长速度最快，从2000 年的532.15 t/km2增长至2018 年的970.82 t/km2，增长率为45%，其他地区耕地秸秆产率总体也呈增长趋势，而白山耕地秸秆产率呈负增长趋势，至2018 年减少了20%。各地旱地秸秆产率与耕地秸秆产率变化趋势大致相同，说明旱地秸秆是秸秆资源的主要组成部分，影响秸秆总量的变化趋势。四平、松原、白城和延边的水田秸秆产率呈上升趋势，其中白城增长幅度最高，由2000 年的366.17 t/km2增长至2018 年的492.63 t/km2，增长率达到26%，而长春、吉林、通化、辽源和白山地区水田秸秆产率呈负增长趋势，其中通化的水田秸秆产率降幅最大，从2000 年的600.36 t/km2减少至2018 年的457.59 t/km2，减少了24%。

2000 年辽源、白山、四平和长春为旱地秸秆产率的高分布地区，水田秸秆产率的高分布区为通化、吉林、松原和长春地区。2018 年旱地秸秆产率高分布区为四平、长春、吉林和松原地区，2018 年水田秸秆产率分布较为均匀，高分布区为松原、长春和白城地区。综上所述，吉林省中西部地区为秸秆产率的高分布区。

4 结论与讨论

准确测算吉林省农作物秸秆资源量，为吉林省开展生物质资源产业化利用及规划提供数据支撑。通过对比2000 年和2018 年吉林省秸秆资源变化、2018 年秸秆资源分布特点及耕地秸秆产率变化，评估耕地秸秆产率的高分布区，为吉林省因地制宜发展秸秆生物质产业布局提供科学依据。

2000 年—2018 年，吉林省秸秆资源总量整体呈不断上升趋势，说明吉林省利用秸秆资源发展生物质产业具有较大潜力[13]，但2018 年秸秆资源总量下降，说明自然灾害影响秸秆资源的变化。玉米作为吉林省主要农作物，2018 年占秸秆可收集总量的84%，可以说玉米的产量影响吉林省秸秆资源总量的发展，玉米秸秆用途广泛，可做燃料、饲料、肥料、工业原料和食用菌基料且效果好、潜力大[14]。2018 年吉林省秸秆资源分布主要集中在中西部地区，在秸秆高分布区内发展生物质产业，有接近原料产地和节省运输成本等优势。通过对比水田和旱地秸秆资源，发现旱地秸秆资源的变化是影响秸秆资源总量变化的主要因素，吉林省耕地秸秆产率还呈现上升趋势，说明吉林省农业集约化程度在不断提高，逐步实现农业现代化[15]。