宮秀杰錢春榮石祖梁于 洋郝玉波李 梁姜宇博呂國一馬軍韜

(1.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作栽培研究所 哈爾濱150086；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護(hù)總站 北京100125；3.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所 哈爾濱150086)

作物秸稈作為一種極具潛力的生物質(zhì)資源，含有豐富的碳、氫和氧等養(yǎng)分，具有資源豐富、發(fā)熱量高等優(yōu)點(diǎn)[1-2]。在20世紀(jì)90年代以前，玉米人工收獲后，農(nóng)民將秸稈集中收回用來燒火做飯、冬日取暖和作家畜飼料。隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，農(nóng)村引進(jìn)了液化氣和天然氣，取代了部分作為燃料能源的秸稈；隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度的不斷提高，農(nóng)機(jī)代替了牛、馬耕作，從而減少了大牲畜飼養(yǎng)量；隨著玉米產(chǎn)量的增加，秸稈產(chǎn)量也持續(xù)增加，秸稈在農(nóng)民眼里變成毫無利用價(jià)值的“垃圾”。

農(nóng)業(yè)部東北地區(qū)秸稈處理行動(dòng)方案（2017）指出，東北地區(qū)玉米秸稈未來發(fā)展重點(diǎn)應(yīng)從黑土地保護(hù)、農(nóng)村清潔供暖、生態(tài)環(huán)境治理出發(fā)，結(jié)合地域環(huán)境及資源配置特點(diǎn)，堅(jiān)持農(nóng)用為主，以肥料化、飼料化、能源化為主推方向，基料化和原料化利用為輔助方向，推廣秸稈機(jī)械化深翻還田、碎混還田和覆蓋還田保護(hù)性耕作[3]。因此，了解東北部玉米秸稈當(dāng)前的產(chǎn)量、各省份玉米秸稈資源占有量和人均占有量，明確東北地區(qū)玉米秸稈利用現(xiàn)狀及存在的問題，對(duì)東北地區(qū)玉米秸稈資源高效合理利用具有重要意義。

1 數(shù)據(jù)來源與分析方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

不同區(qū)域及省、直轄市玉米產(chǎn)量、播種面積、人口數(shù)量數(shù)據(jù)來自《中國統(tǒng)計(jì)年鑒（2009）》至《中國統(tǒng)計(jì)年鑒（2018）》。玉米秸稈資源利用數(shù)據(jù)來自《中國農(nóng)村可再生能源統(tǒng)計(jì)年鑒（2017）》[4]。

1.2 秸稈系數(shù)

秸稈作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，農(nóng)作物光合作用的一半以上產(chǎn)物蘊(yùn)藏其中，農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量與農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和自然條件等因素密切相關(guān)，且秸稈與農(nóng)作物籽粒、根莖等經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出有一定比例關(guān)系，因而農(nóng)作物秸稈的資源量可以通過“草谷比”相對(duì)準(zhǔn)確的估算出來。文章中筆者提到的草谷比引自謝光輝等[5]，我國玉米秸稈草谷比為1.04∶1。

1.3 計(jì)算方法

1.3.1 作物秸稈產(chǎn)量評(píng)估方法

田間作物秸稈產(chǎn)量的估算公式：WS=WP×SG

式中，WS為農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量；WP為農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量；SG為秸稈系數(shù)，即作物秸稈產(chǎn)量與農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量之比值。按玉米草谷比計(jì)算出1978-2018年玉米秸稈產(chǎn)量。

1.3.2 秸稈綜合利用率

秸稈綜合利用率（%）=秸稈已利用量/秸稈總量×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 中國玉米秸稈資源量

根據(jù)玉米秸稈系數(shù)和2009-2018年玉米產(chǎn)量，統(tǒng)計(jì)全國不同區(qū)域玉米秸稈產(chǎn)量。從表1可以看出，近10年我國不同區(qū)域玉米秸稈產(chǎn)量由大到小依次是東北區(qū)、黃淮海區(qū)、西北區(qū)、西南區(qū)和東南區(qū)，10年平均玉米秸稈產(chǎn)量分別為7 343.20萬t、6 774.14萬t、4 975.00萬t、2 465.52萬t和637.73萬t；東北區(qū)、黃淮海區(qū)、西北區(qū)、西南區(qū)和東南區(qū)玉米秸稈產(chǎn)量分別占全國玉米秸稈總量（10年平均值）的33.08%、30.52%、22.41%、11.11%和2.87%。

2.2 東北地區(qū)玉米秸稈產(chǎn)量現(xiàn)狀

根據(jù)玉米秸稈系數(shù)和2009-2018年玉米產(chǎn)量，統(tǒng)計(jì)我國東北區(qū)域黑龍江省、吉林省和遼寧省玉米秸稈產(chǎn)量。從表2可以看出，近10年我國東北區(qū)域玉米秸稈產(chǎn)量由大到小的省份依次是黑龍江省、吉林省和遼寧省，10年平均玉米秸稈產(chǎn)量分別為4 141.49萬t、2 911.90萬t和1 729.31萬t；黑龍江省、吉林省和遼寧省玉米秸稈產(chǎn)量分別占東北區(qū)玉米秸稈總量（10年平均值）的43.51%、36.72%和19.76%；分別占全國玉米秸稈總量（10年平均值）的14.40%、12.15%和6.54%。黑龍江省玉米秸稈產(chǎn)量相當(dāng)于5個(gè)東南區(qū)玉米秸稈總產(chǎn)量，比我國東南區(qū)和西南區(qū)玉米秸稈量總和還高出92.14萬t。同時(shí)，東北區(qū)玉米秸稈存在明顯的地域集中特點(diǎn)，黑龍江省玉米秸稈主要分布于松嫩平原中南部半濕潤(rùn)區(qū)、松嫩平原西部干旱半干旱區(qū)和三江平原溫和半濕潤(rùn)區(qū)，處于第一、第二和第三積溫帶；吉林省玉米秸稈主要分布在長(zhǎng)春市、松原市、四平市和吉林市等地；遼寧省玉米秸稈集中在遼中低丘平原區(qū)，包括沈陽市、鞍山市、營口市、遼陽市和鐵嶺市等[3]。

表1 近10年我國不同區(qū)域玉米秸稈產(chǎn)量（單位：萬t）

2.3 東北地區(qū)玉米秸稈資源密度及人均占有量

從玉米秸稈資源密度及人均占有量來看（圖1、圖2），全國玉米秸稈資源密度（2009-2018年平均值）為90.53 kg/畝，東北區(qū)玉米秸稈資源密度為217.50 kg/畝，為全國平均水平的2.4倍，其中吉林省玉米秸稈資源密度最高，為323.14 kg/畝，其次是遼寧省和黑龍江省，分別為233.25 kg/畝和166.65 kg/畝。從人均占有量來看，玉米秸稈人均占有量全國平均水平（2009-2018年平均值）為162.35 kg，東北區(qū)人均占有量為681.31 kg，為全國平均水平的4.15倍，其中吉林省人均占有量最高，為994.04 kg，其次是黑龍江省和遼寧省，分別為836.79 kg和341.660 kg。因此，無論從玉米秸稈產(chǎn)量還是資源密度、人均占有量上看，東北地區(qū)都是玉米秸稈的高產(chǎn)、高密度和高人均占有量區(qū)域，是玉米秸稈資源利用的重點(diǎn)發(fā)展地區(qū)。

表2 近10年東北三省玉米秸稈產(chǎn)量（單位：萬t）

圖1 中國東北區(qū)玉米秸稈資源密度

圖2 中國東北地區(qū)玉米秸稈人均占有量

2.4 東北地區(qū)玉米秸稈利用現(xiàn)狀

據(jù)原農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計(jì)（表3），2015年東北三省秸稈綜合利用率平均為79.55%，以遼寧省秸稈綜合利用率最高，為82.02%，其次是吉林省和黑龍江省，分別為78.48%和78.14%。遼寧省、吉林省和黑龍江省秸稈綜合利用以肥料化、飼料化和燃料化為主，以基料化和原料化為輔，其中肥料化分別為20.12%、35.66%和51.89%；飼料化分別為43.28%、20.35%和15.88；燃料化分別為34.63%、42.21%和30.95%。東北三省玉米秸稈肥料化是以直接還田為主要形式，從表3可以看出，黑龍江省秸稈直接還田率最高，其次是吉林省和遼寧省，分別占肥料化的87.91%、74.74%和70.49%。

2.5 東北地區(qū)玉米秸稈利用中存在的問題

首先，玉米秸稈腐解速度緩慢。東北秋季作物收獲期集中，冬季封凍時(shí)間長(zhǎng)，土壤積溫較低，氣候干燥，直接還田秸稈分解速度緩慢，2017年10年1日至2019年9月30日黑龍江省第一積溫帶大氣、地表及地下20 cm日平均溫度，低于或等于0℃的天數(shù)分 別 為269 d、375 d和176 d，平 均 氣 溫 分 別 為6.51℃、1.56℃和9.27℃，溫度低將直接影響玉米秸稈的腐解。有研究表明，松嫩平原還田玉米秸稈的腐解埋土處理多于覆蓋地表處理，兩種處理方法3年累計(jì)腐解率分別達(dá)到91.70%和81.96%，其中第1年腐解率分別為60.63%和45.53%[6]，與Ghidey等[7]的研究結(jié)果基本相同。加快發(fā)展和應(yīng)用秸稈生化腐熟還田技術(shù)，對(duì)東北地區(qū)玉米秸稈直接還田提高腐解分化速度尤為重要。

其次，秸稈直接還田農(nóng)機(jī)具作業(yè)不到位。農(nóng)民認(rèn)為秸稈還田二次作業(yè)，增加成本、影響經(jīng)濟(jì)收益，因此多數(shù)農(nóng)戶在耕整地時(shí)直接通過旋耕機(jī)或犁直接翻埋還田作業(yè)[8]，但其作業(yè)效果不理想，還田深度較淺，無法滿足農(nóng)藝要求。目前，一般用秸稈還田粉碎機(jī)存在粉碎粒度大（一般大于10 mm），特別是不能兼顧細(xì)粉碎粒度和高生產(chǎn)率的要求[9-10]。農(nóng)藝上要求粉碎后長(zhǎng)度小于或等于10 cm的秸稈應(yīng)在85%以上，粉碎后長(zhǎng)度小于或等于5 cm的根茬（特別是茬管部分）應(yīng)在90%以上[11]。

再次，收儲(chǔ)和運(yùn)輸困難，秸稈飼料化和燃料化利用，需要配套的收儲(chǔ)和運(yùn)輸技術(shù)，且地塊集中便于收儲(chǔ)和運(yùn)輸，而東北地區(qū)玉米秸稈田地塊分散零碎，有些地塊離公路距離太遠(yuǎn)，運(yùn)輸車進(jìn)地困難，導(dǎo)致收儲(chǔ)運(yùn)輸難度大；同時(shí)玉米收獲后，東北地區(qū)很快進(jìn)入霜凍期，縮短收運(yùn)周期，此時(shí)運(yùn)輸、裝卸費(fèi)用較高，成本提高。

最后，秸稈生化腐解菌劑產(chǎn)品效果不理想。前人研究表明，玉米秸稈還田后接種促分解菌劑，能在接種早期有效加快秸稈分解，促進(jìn)秸稈的腐殖化速度[12-13]。前人通過篩選構(gòu)建的復(fù)合菌系[14-17]，對(duì)秸稈降解率均有不同提高。但現(xiàn)實(shí)應(yīng)用偏少，尤其東北地區(qū)溫度低、氣溫干燥，菌劑受到氣候及土壤地溫等因素限制，秸稈腐熟速率受到影響。

3 建議

我國玉米秸稈產(chǎn)量增長(zhǎng)較為迅速，東北地區(qū)為我國玉米秸稈高產(chǎn)區(qū)、高資源密度區(qū)和高人均占有量區(qū)，玉米秸稈管理、綜合利用重點(diǎn)和難點(diǎn)都在東北地區(qū)。提高東北地區(qū)玉米秸稈高效利用要注意以下幾個(gè)方面：第一，秸稈制作肥料，運(yùn)輸?shù)焦S除了運(yùn)輸問題，還有儲(chǔ)存問題，所以建議秸稈堆肥在田間地頭設(shè)置堆肥場(chǎng)地，采用簡(jiǎn)單、易操作的堆肥技術(shù)，農(nóng)戶自己能實(shí)施，減少秸稈運(yùn)儲(chǔ)帶來的成本問題。第二，合理利用腐解菌劑，目前相關(guān)研究較多，但現(xiàn)實(shí)應(yīng)用偏少，還需進(jìn)一步熟化產(chǎn)品，篩選適合東北地區(qū)的玉米秸稈腐解菌劑。第三，建議使用專用秸稈還田整地機(jī)械，大功率拖拉機(jī)配套的滅茬深松整地聯(lián)合作業(yè)機(jī)[18]、動(dòng)定刀配合反旋式玉米秸稈還田機(jī)[19]，該類機(jī)具可有效提高玉米耕整地及還田質(zhì)量，達(dá)到農(nóng)藝要求。第四，建議實(shí)現(xiàn)區(qū)域秸稈的處理和利用，由政府負(fù)責(zé)項(xiàng)目工程的組織、協(xié)調(diào)、指導(dǎo)和補(bǔ)貼管理，結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，實(shí)施符合當(dāng)?shù)氐慕斩挋C(jī)械化還田作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并做好相關(guān)技術(shù)的宣傳、推廣以及農(nóng)機(jī)手培訓(xùn)和技能提升等，構(gòu)建區(qū)域范圍的結(jié)構(gòu)完備、運(yùn)行穩(wěn)定和機(jī)制長(zhǎng)效的綜合利用體系[20]。

表3 東北三省玉米秸稈綜合利用率（單位：%）