吳從穩(wěn)，陳小兵，單晶晶，尹春艷，袁　玲，張立賓

(1.中國科學(xué)院海岸帶環(huán)境過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 煙臺(tái)　264003；2.煙臺(tái)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東 煙臺(tái)　264005；3.中國科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所，山東 煙臺(tái)　264003；4.東營市農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究院，山東 東營　257091)

?

黃河三角洲農(nóng)作物秸稈資源綜合評(píng)價(jià)
——以東營市為例

吳從穩(wěn)1,2，陳小兵1①，單晶晶3，尹春艷3，袁玲4，張立賓4

(1.中國科學(xué)院海岸帶環(huán)境過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 煙臺(tái)264003；2.煙臺(tái)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東 煙臺(tái)264005；3.中國科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所，山東 煙臺(tái)264003；4.東營市農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究院，山東 東營257091)

摘要：基于《東營市統(tǒng)計(jì)年鑒》(2004—2013年)和《山東省統(tǒng)計(jì)年鑒》(2014年)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)東營市秸稈資源產(chǎn)量、密度特點(diǎn)及時(shí)空分布特征進(jìn)行分析，并建立灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)秸稈資源的未來變化進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，2004—2013年間，東營市年均秸稈資源產(chǎn)量為147.51萬t，并呈現(xiàn)波動(dòng)上漲的趨勢(shì)；秸稈資源區(qū)域分布中，廣饒縣所占比例最大，為53.61%，其余從大到小依次為利津縣、墾利縣、東營區(qū)和河口區(qū)；不同縣(區(qū))秸稈資源的來源結(jié)構(gòu)略有差異，但均以玉米、小麥和棉花為主；秸稈資源密度和人均占有秸稈資源量均呈現(xiàn)自北向南逐漸增大的變化趨勢(shì)。最后，運(yùn)用GM(1,1)模型對(duì)未來10 a東營市秸稈資源產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果表明東營市秸稈產(chǎn)量將持續(xù)增長，2020年可達(dá)154.611萬t。

關(guān)鍵詞：黃河三角洲；東營市；秸稈資源；區(qū)域分布；灰色預(yù)測(cè)；綜合評(píng)價(jià)

秸稈資源的綜合利用不僅能產(chǎn)生新的經(jīng)濟(jì)效益,還能有效降低因秸稈丟棄和焚燒引起的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[1],是促進(jìn)低碳循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要途徑之一。有研究表明,秸稈還田配施氮肥可以提高土壤有機(jī)質(zhì)水平[2],免耕與秸稈還田相結(jié)合能很好地提升土壤酶活性[3]。為了加快農(nóng)作物秸稈綜合利用進(jìn)程,農(nóng)業(yè)部根據(jù)國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)作物秸稈綜合利用的意見》,首次組織完成了全國范圍內(nèi)的農(nóng)作物秸稈資源專項(xiàng)調(diào)查,并制定了農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1701—2009《農(nóng)作物秸稈資源調(diào)查與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》[4]。崔明等[5]以農(nóng)作物秸稈的理論資源量、人均資源量和單位播種面積資源量對(duì)秸稈資源進(jìn)行分析,在全國劃分出秸稈資源重點(diǎn)開發(fā)利用區(qū)、適度開發(fā)利用區(qū)和限制開發(fā)利用區(qū)。

通過對(duì)黃河三角洲地區(qū)氣候特點(diǎn)、地形地貌、水文特征、土壤特點(diǎn)以及農(nóng)業(yè)種植特征進(jìn)行分析認(rèn)為,東營市是該區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最具代表性的地區(qū)之一。近年東營市全年播種面積約28萬hm2,并呈現(xiàn)不斷增長趨勢(shì)[6],伴隨產(chǎn)生了豐富的農(nóng)作物秸稈資源。如何合理、高效利用秸稈資源是當(dāng)?shù)匕l(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要環(huán)節(jié)。至今,已有不少類似研究對(duì)中國其他地區(qū)的農(nóng)作物秸稈資源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[7-8],但對(duì)該地區(qū)農(nóng)作物資源產(chǎn)量、結(jié)構(gòu)及分布特征卻鮮有報(bào)道。為此,以黃河三角洲中心城市——東營市為例,篩選出適宜當(dāng)?shù)氐慕斩捪禂?shù),并從時(shí)間、地域分布等角度,對(duì)該地區(qū)的秸稈資源量及其分布特征進(jìn)行分析評(píng)價(jià),以期為當(dāng)?shù)亟斩捹Y源綜合利用與生態(tài)高效農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供理論依據(jù)和決策參考。

1數(shù)據(jù)來源與評(píng)價(jià)方法

1.1數(shù)據(jù)來源

作物產(chǎn)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來自2004—2013年《東營市統(tǒng)計(jì)年鑒》[6]中農(nóng)作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)及2014年《山東省統(tǒng)計(jì)年鑒》[9]中東營市農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)。主要作物類型包括小麥、稻谷、玉米、高粱、大豆、薯類、油料作物、棉花以及蔬菜、瓜果類9大類。秸稈系數(shù)的選取對(duì)秸稈產(chǎn)量的估算結(jié)果影響很大。為確保估算結(jié)果的可靠性,搜集和整理了全國大量文獻(xiàn)資料,并結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際,選取較為符合東營地區(qū)的秸稈系數(shù),如表1所示。

1.2指標(biāo)計(jì)算方法

1.2.1秸稈資源產(chǎn)量

采用秸稈系數(shù)法對(duì)每年的秸稈資源產(chǎn)量進(jìn)行估算。秸稈系數(shù)也稱草谷比,是作物秸稈產(chǎn)量與相應(yīng)農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量之間的比值[8]。

(1)

式(1)中,St為秸稈資源產(chǎn)量,t;Ci為第i種農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量,t;λi為第i種農(nóng)作物的秸稈系數(shù)。

1.2.2秸稈資源密度

秸稈資源密度是單位種植面積上獲得的秸稈資源量,是衡量某一地區(qū)秸稈資源能否規(guī)?；玫闹匾笜?biāo)之一。

(2)

式(2)中,Rd為秸稈資源密度,t·hm-2;Sa為某地區(qū)總種植面積,hm2。

表1各種農(nóng)作物的秸稈系數(shù)

Table 1Crop straw coefficient relative to variety of crop

作物種類秸稈系數(shù)參考文獻(xiàn)小麥1.33[10-11]稻谷0.96[12-13]玉米1.34[11,14-15]高粱2.00[7,16]大豆1.60[16-17]薯類0.50[7,16-19]花生0.80[7,20]芝麻2.50[12,17,19]油菜籽1.50[7,14]棉花2.61[12,17-18,21]蔬菜、瓜果類0.10[12,22]

1.2.3人均占有秸稈資源量

由于農(nóng)作物秸稈資源主要分布在農(nóng)村地區(qū),故計(jì)算過程中選擇農(nóng)村人口作為計(jì)算基準(zhǔn)。

(3)

式(3)中,Ra為人均秸稈資源量,t·人-1;Pa為某地區(qū)農(nóng)村總?cè)丝?人。

1.3秸稈資源的灰色預(yù)測(cè)

1.3.1灰色預(yù)測(cè)模型

灰色預(yù)測(cè)模型簡稱GM模型,GM(1,1)表示1階1個(gè)變量的模型。利用GM(1,1)模型,根據(jù)東營市秸稈資源歷史數(shù)據(jù),對(duì)未來秸稈量進(jìn)行預(yù)測(cè)。GM(1,1)模型預(yù)測(cè)的具體過程[23]如下:

構(gòu)建累加矩陣B與常規(guī)項(xiàng)向量y,即

(4)

y=[x0(2)x0(3)…x0(n)]T。

(5)

用最小二乘法求灰色參數(shù)α,即

α=(ab)T=(BTB)-1BTy。

(6)

將灰色參數(shù)α代入時(shí)間響應(yīng)函數(shù),即

(7)

t=1,2,…,n,n+1。

(8)

1.3.2精度檢驗(yàn)與預(yù)測(cè)

1.4數(shù)據(jù)處理

采用Excel2013和ArcView3.3 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖。

2結(jié)果與分析

2.1作物秸稈資源產(chǎn)量

由表2可知，東營市秸稈資源總產(chǎn)量總體呈波動(dòng)上升趨勢(shì),2004—2011年上升幅度較大,年平均增長率約為5.00%,但2012和2013年有較大幅度下降,這是由于夏季降雨過多形成澇害,進(jìn)而導(dǎo)致夏玉米和棉花等作物嚴(yán)重減產(chǎn)。至2013年,全市總播種面積為2.88×105hm2,比2004年增加5.49×104hm2,年平均增長率約為2.38%;秸稈資源產(chǎn)量為136.78萬t,比2004年增加21.15萬t,年平均增長率約為1.88%。其中,玉米秸稈、小麥秸稈和棉花秸稈是該市秸稈資源的主要來源,分別占秸稈資源總量的34.43%、33.16%和18.21%。

表22004—2013年東營市主要作物秸稈資源產(chǎn)量

Table 2Yield of crop straw in Dongying in 2004-2013 relative to crop

萬t

由圖1 可以看出,2004—2013年間,玉米秸稈和小麥秸稈所占比例總體呈浮動(dòng)上升趨勢(shì),棉花秸稈所占比例則呈波浪型變化,而蔬菜藤蔓及瓜果殘余物所占比例呈前穩(wěn)后降的趨勢(shì)。全市秸稈資源年平均產(chǎn)量為147.51萬t,其中,玉米秸稈年平均產(chǎn)量為49.38萬t,約占33.48%;小麥秸稈年平均產(chǎn)量為40.81萬t,約占27.67%;棉花秸稈年平均產(chǎn)量為31.72萬t,約占21.50%;蔬菜藤蔓及瓜果殘余物年平均產(chǎn)量為20.00萬t,約占13.56%。由此可知,2004—2013年玉米秸稈和小麥秸稈在秸稈資源中所占比例逐漸增加,棉花秸稈所占比例在20%～30%間浮動(dòng),蔬菜、瓜果類所占比例整體下降,高粱、稻谷、大豆、薯類和油料作物秸稈所占比例在5%以下,且較穩(wěn)定。

2.2秸稈資源區(qū)域分布特點(diǎn)

由圖2可見，廣饒縣作物秸稈資源最為豐富,年產(chǎn)量為80.31萬t,遠(yuǎn)大于其他各縣區(qū)。這主要是因?yàn)闁|營市各縣(區(qū))土地鹽漬化程度分布不均[25],廣饒縣內(nèi)土壤較其他縣區(qū)更為肥沃[26],土地利用效率高,作物單產(chǎn)量大。其余各縣區(qū)秸稈年產(chǎn)量由高到低依次為利津縣、墾利縣、東營區(qū)和河口區(qū),分別占全市秸稈資源總量的17.80%、11.25%、10.76%和6.32%。從各縣區(qū)不同作物種類的秸稈資源量來看,各縣區(qū)的秸稈資源均以小麥、玉米、棉花及蔬菜、瓜果類為主,但不同作物種類在不同地區(qū)所占比例有所不同。其中,廣饒縣秸稈資源中玉米秸稈和小麥秸稈所占比例較大,分別為44.73%和37.60%;利津縣、墾利縣和河口區(qū)秸稈資源均以棉花秸稈所占比例最大,分別占各縣區(qū)秸稈總產(chǎn)量的35.84%、46.41%和65.33%;東營區(qū)秸稈資源中小麥秸稈、玉米秸稈和棉花秸稈所占比例比較接近,分別占該區(qū)秸稈總產(chǎn)量的27.64%、26.90%和27.35%。

圖1　2004—2013年東營市不同作物秸稈資源比例的變化

圖2　2012年東營市各縣區(qū)秸稈資源構(gòu)成特點(diǎn)

2.3秸稈資源密度

2012年東營市平均作物秸稈資源密度為525.09 t·km-2。其中,廣饒縣秸稈資源密度最高,為805.57 t·km-2,比全市平均水平高53.41%。其次為東營區(qū),為468.06 t·km-2,為全市平均水平的89.14%。利津縣與墾利縣秸稈資源密度較為接近,分別為382.32和354.59 t·km-2。河口區(qū)秸稈資源密度最低,為288.74 t·km-2,相當(dāng)于全市平均水平的54.99%。整體來看,東營市秸稈資源密度呈現(xiàn)自北向南逐漸增大的趨勢(shì),這主要是受黃河流向變化、距海距離、土質(zhì)特點(diǎn)以及種植結(jié)構(gòu)的影響所致。

2.4人均占有秸稈資源量

人均占有秸稈資源量是判別區(qū)域內(nèi)秸稈能源化綜合利用的重要指標(biāo)[7]。2012年,東營市人均占有秸稈資源量為1 346.07 kg·人-1,比山東省全省平均水平高34.5%。其中,廣饒縣人均占有秸稈資源量最高,為1 845.69 kg·人-1,相當(dāng)于全市平均水平的1.37倍。河口區(qū)、東營區(qū)、利津縣和墾利縣人均占有秸稈資源量均低于全市平均水平,分別為1 230.72、1 053.70、998.12和954.07 kg·人-1,分別相當(dāng)于全市平均水平的91.43%、78.28%、74.15%和70.88%。整體來看,除河口區(qū)外,人均占有秸稈資源量與秸稈資源密度的空間變化規(guī)律類似,均呈現(xiàn)自北向南逐漸增大的趨勢(shì)。河口區(qū)變化趨勢(shì)不一致的原因主要是由于該地區(qū)農(nóng)村人口相對(duì)較少,僅為全市的6.91%,而種植面積卻占全市總種植面積的11.49%。

2.5灰色預(yù)測(cè)結(jié)果

根據(jù)2004—2013年東營市秸稈資源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),利用GM(1,1)模型對(duì)東營市未來10 a的秸稈資源產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測(cè),如表3所示。

表3東營市秸稈資源產(chǎn)量預(yù)測(cè)結(jié)果

Table 3Prediction of yield of crop straw in Dongying City in 2020

所致。2.4人均占有秸稈資源量人均占有秸稈資源量是判別區(qū)域內(nèi)秸稈能源化綜合利用的重要指標(biāo)[7]。2012年，東營市人均占有秸稈資源量為1346.07kg·人-1，比山東省全省平均水平高34.5%。其中，廣饒縣人均占有秸稈資源量最高，為1845.69kg·人-1，相當(dāng)于全市平均水平的1.37倍。河口區(qū)、東營區(qū)、利津縣和墾利縣人均占有秸稈資源量均低于全市平均水平，分別為1230.72、1053.70、998.12和954.07kg·人-1，分年份實(shí)際產(chǎn)量/萬t預(yù)測(cè)產(chǎn)量/萬t絕對(duì)誤差/萬t相對(duì)誤差/%2004116.107116.1070.0000.002005135.929150.444-14.515-10.682006156.733150.6866.0473.862007147.540150.929-3.389-2.302008154.600151.1713.4292.222009163.166151.41411.7527.202010154.746151.6583.0882.002011162.971151.90211.0696.792012150.058152.146-2.088-1.392013136.998152.391-15.393-11.242014152.6362015152.8812016153.1272017153.3732018153.6202019153.8672020154.1142021154.3622022154.611

利用殘差檢驗(yàn)方法對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn),東營市秸稈資源產(chǎn)量預(yù)測(cè)結(jié)果的平均相對(duì)誤差為4.77%,符合1%～5%的殘差判斷標(biāo)準(zhǔn),認(rèn)定模型為殘差合格模型,預(yù)測(cè)結(jié)果合格。

3結(jié)論

(1)東營市秸稈資源豐富,年均秸稈資源產(chǎn)量為147.51萬t,并呈現(xiàn)波動(dòng)上漲趨勢(shì),2004—2013年年平均增長率為1.88%,其中玉米、小麥、棉花以及蔬菜、瓜果類是該地秸稈資源的主要來源,且玉米和小麥秸稈資源產(chǎn)量逐年遞增,棉花秸稈產(chǎn)量占比在20%～30%間浮動(dòng),蔬菜、瓜果類秸稈逐年遞減。

(2)從資源總量區(qū)域分布來看,廣饒縣所占比例最大,其余依次為利津縣、墾利縣、東營區(qū)和河口區(qū)。不同縣區(qū)秸稈資源的比例略有差異,但均以玉米、小麥和棉花為主。

(3)2012年東營市秸稈資源密度為525.09 t·km-2,高于山東省平均水平,區(qū)域內(nèi)呈自北向南逐漸增大趨勢(shì),其中以廣饒縣最大,比全市平均水平高53.41%。除河口區(qū)外,人均占有秸稈資源量與秸稈資源密度表現(xiàn)出類似規(guī)律。

(4)通過灰色模型對(duì)東營市未來秸稈資源量進(jìn)行預(yù)測(cè)得出,東營市秸稈資源量呈現(xiàn)不斷增長的趨勢(shì)，2020年可達(dá)154.611萬t。

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(責(zé)任編輯： 許素)

Comprehensive Evaluation of Crop Straw Resources in the Yellow River Delta: A Case Study of Dongying.

WU Cong-wen1,2, CHEN Xiao-bing1, SHAN Jing-jing3, YIN Chun-yan3, YUAN Ling4, ZHANG Li-bin4

(1.Key Laboratory of Coastal Zone Environmental Processes, Chinese Academy of Sciences, Yantai 264003, China;2.College of Life Science, Yantai University, Yantai 264005, China;3.Yantai Institute of Coastal Zone Research， Chinese Academy of Sciences, Yantai 264003, China;4.Dongying Agricultural Science Research Institute, Dongying 257091, China)

Abstract:Based on the data contained in the Dongying Statistical Yearbook (2004-2013) and Shandong Statistical Yearbook (2014), yields, densities and spatio-temporal distributions of crop straw resources in Dongying were analyzed and in addition, a grey prediction model (GM) was established to predict changes in the crop straw resources in future. Results show that during the period from 2004 to 2013, Dongying produced on average 147.51×104 t of crop straw every year, and the yields fluctuated aong a rising trend; in Dongying City, crop straw resources were distributed mostly, about 53.61%, in Guangrao County, followed by Lijin County, Kenli County, Dongying District and Hekou District; the resources were composed mainly of corn stalk, wheat straw and cotton stalk, but varied slightly from county (district) to county (district) proportion; and a gradually rising trend from the north to the south of Dongying was observed in density and per capita quantity of straw resources. In the end, crop straw production in Dongying City for the next 10 years was predicted with the GM (1,1) model, with results indicating that the yield of crop straw will keep on rising steadily and may reach up to 154.611×104 t in 2020.

Key words:the Yellow River Delta;Dongying City;crop straw;regional distribution;grey prediction;comprehensive evaluation

收稿日期：2015-06-08

基金項(xiàng)目：中科院海岸研究所部署項(xiàng)目(Y254021031);公益性行業(yè)(海洋)科研專項(xiàng)(201105020);公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(200903001)

中圖分類號(hào)：X712；S216.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1673-4831(2016)03-0512-05

DOI：10.11934/j.issn.1673-4831.2016.03.027

作者簡介：吳從穩(wěn)(1987—),男,山東菏澤人,碩士生,主要從事高效農(nóng)業(yè)及農(nóng)副產(chǎn)品加工研究。E-mail: wucongwen@163.com

① 通信作者E-mail: xbchen@yic.ac.cn