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        秸稈生物質(zhì)炭的可持續(xù)之道

        2024-12-31 00:00:00付新程
        村委主任 2024年23期
        關(guān)鍵詞:生物質(zhì)回收率秸稈

        文章探討了山東省農(nóng)村秸稈回收用于生物質(zhì)炭制作的現(xiàn)狀及其對農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)效益的影響。通過文獻(xiàn)研究、問卷調(diào)查和數(shù)學(xué)分析,收集了576份有效問卷,農(nóng)戶占比42.38%。結(jié)果顯示,57.36%的受訪者對秸稈回收和生物質(zhì)炭制作有較深了解,48.32%的地區(qū)秸稈回收率在20%—40%。使用Shapiro-Wilk檢驗法和t顯著性檢驗,確認(rèn)生物質(zhì)炭的購買渠道、價格和品質(zhì)對農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)效益有顯著影響(Plt;0.05)。通過高斯二次回歸模型擬合數(shù)據(jù)并使用K折交叉驗證,最終驗證均方誤差為1.116,預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)確。文章量化了秸稈回收對農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)效益的影響,提出了加強(qiáng)政策宣傳、優(yōu)化工藝和提升農(nóng)戶認(rèn)知的建議,為生物質(zhì)炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了決策依據(jù)。

        生物質(zhì)炭概念源于南美洲亞馬孫河流域黑色富碳固體物。它由農(nóng)林業(yè)廢棄物等在特定條件熱解生成,有大比表面積等特征。傳統(tǒng)秸稈處理方式造成污染和浪費,若回收用于生物質(zhì)炭制作意義重大??蓪崿F(xiàn)資源綜合與循環(huán)利用,減少污染,帶來經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益,在土壤改良、水質(zhì)凈化等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,能改善土壤質(zhì)量、提高產(chǎn)量,對資源循環(huán)、環(huán)保和農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展有重要理論與實踐意義,為政策制定和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供支持。

        研究結(jié)果分析

        調(diào)研地區(qū)

        這些數(shù)據(jù)來源于剔除無效問卷后的問卷調(diào)查,問卷份數(shù)總計576份,包括了山東省的8個市,各地區(qū)調(diào)查問卷的份數(shù)及其所占的比例,如表1所示。

        被調(diào)查者身份

        參與調(diào)查的人群中,農(nóng)民占比最高,達(dá)到42.38%;其次是學(xué)生,占比21.96%;政府工作人員占比13.18%。參與調(diào)查的人群中以農(nóng)民和學(xué)生為主,政府工作人員也占有一定比例(見表2)。

        這些數(shù)據(jù)有利于幫助進(jìn)行農(nóng)村秸稈回收與生物質(zhì)炭推廣的分析。由于農(nóng)戶人數(shù)眾多,這為項目的調(diào)研提供了豐富的樣本資源,從而有利于對調(diào)研結(jié)果的深入分析和綜合處理。

        對生物質(zhì)炭了解情況

        問卷統(tǒng)計結(jié)果顯示,對秸稈回收和生物質(zhì)炭生產(chǎn)有深入了解的人數(shù)最多,占比57.36%;其次是略有了解的人,占比19.12%;不太了解和沒有任何了解的人分別占比18.6%和4.91%。這表明大多數(shù)人對秸稈回收和生物質(zhì)炭生產(chǎn)有一定程度的了解,其中有深入了解的人占比較高(見表3)。

        從上述表格數(shù)據(jù)中可以看出,深度了解和略有了解占比數(shù)量較高,分別是57.36%和19.12%,共計占比76.48%。這表明秸稈加工成為生物質(zhì)炭,在農(nóng)村已經(jīng)有了較大的認(rèn)知,沒有任何了解的比例只占比為4.91%,這為后期的數(shù)據(jù)分析提供了有利幫助。

        地區(qū)秸稈回收率

        通過對問卷數(shù)據(jù)的整合,山東省的大部分地區(qū)秸稈回收率以20%—40%為主,占比達(dá)48.32%;其次是小于20%和大于80%的回收率,分別占14.99%和14.47%;40%—60%和60%—80%的回收率比例較低,分別占16.02%和6.2%。這些數(shù)據(jù)表明需要進(jìn)一步探究原因,提高秸稈回收率(見表4)。

        從調(diào)查數(shù)據(jù)可以看出,所調(diào)查8個市的秸稈回收工作在持續(xù)進(jìn)行,這說明農(nóng)村已經(jīng)有了秸稈回收的概念,體現(xiàn)出目前國家政策的有效性。但也存在14.99%的地區(qū),秸稈回收率小于20%,這也說明政府仍然需要進(jìn)一步加大秸稈回收的力度,同時做好觀念的宣傳以及普及。

        Shapiro-Wilk檢驗

        根據(jù)調(diào)查問卷數(shù)據(jù),提取基本信息(性別、年齡、職業(yè))和農(nóng)村秸稈生物質(zhì)炭認(rèn)知(了解程度、回收概率、回收障礙認(rèn)知)相關(guān)數(shù)據(jù)為指標(biāo)數(shù)據(jù)并分析相關(guān)性。分析數(shù)據(jù)正態(tài)分布以確定統(tǒng)計模型。Shapiro-Wilk檢驗是非參數(shù)檢驗法,無需正態(tài)假設(shè),對數(shù)據(jù)分布要求低,對離散型和非正態(tài)性數(shù)據(jù)的分析結(jié)果更穩(wěn)?。ㄒ姳?)。

        根據(jù)Shapiro-Wilk檢驗的結(jié)果,數(shù)據(jù)集中的職業(yè)、秸稈生物質(zhì)炭了解程度、秸稈回收概率、秸稈回收主要障礙等指標(biāo)通過了正態(tài)性檢驗(p值大于0.05),其余指標(biāo)的顯著性并未通過,但其余指標(biāo)數(shù)據(jù)的峰度的絕對值小于10,偏度的絕對值小于5,可以說明數(shù)據(jù)基本呈現(xiàn)正態(tài)分布。因此,可以進(jìn)行后續(xù)的統(tǒng)計分析。

        t顯著性檢驗

        探究秸稈生物質(zhì)炭對農(nóng)戶種植經(jīng)濟(jì)效益影響,需根據(jù)調(diào)查問卷選擇對經(jīng)濟(jì)效益有顯著影響的指標(biāo)。選擇生物質(zhì)炭購買渠道、更注重價格、更注重品質(zhì)、價格和品質(zhì)同等重要、其他成本為自變量指標(biāo),經(jīng)濟(jì)成本節(jié)省為因變量指標(biāo),構(gòu)造t檢驗,觀察自變量對因變量的影響,t統(tǒng)計量計算公式如下:

        (1)

        為樣本的總體均值,μ0為待檢驗總體均值,S為樣本方差。

        步驟一:給定顯著性水平α=0.05。

        步驟二:將樣本數(shù)據(jù)代入公式(1)中,計算統(tǒng)計量t的值。

        步驟三:將t檢驗對應(yīng)的P值與tα臨界值對應(yīng)的Pα值進(jìn)行比較,如果Plt;Pα,則說明存在顯著性的影響,如果Pgt;Pα,則不存在顯著性的影響。

        基于上述步驟,采用MATLAB編程可得出結(jié)果(見表6)。

        分析表6的檢驗結(jié)果,生物質(zhì)炭購買渠道、更注重價格、更注重品質(zhì)、價格和品質(zhì)同等重要及其他成本均通過顯著性檢驗,表明這些指標(biāo)對經(jīng)濟(jì)成本節(jié)省狀況有顯著影響,即購買渠道越便利、注重價格越低、其他成本越低,越可能顯著節(jié)省種植成本(P越低影響越大)。

        K折交叉驗證

        使用MATLAB機(jī)器學(xué)習(xí)及K折交叉驗證選模型時,K值的選擇十分關(guān)鍵。常見值如3、5、10等,需權(quán)衡成本與穩(wěn)定性,小K值計算量小但穩(wěn)定性或受影響,大K值如10雖提高穩(wěn)定性但增加成本。為平衡選K值為10,通過其劃分?jǐn)?shù)據(jù)集為10個子集,重復(fù)訓(xùn)練驗證,可全面評估性能、減少過擬合風(fēng)險,最終模型評價結(jié)果見下表(表7)。

        鑒于數(shù)據(jù)量較大,上表僅展示了驗證集上的評估結(jié)果。經(jīng)過MATLAB的綜合評估,發(fā)現(xiàn)高斯過程回歸(二次有理)模型為最合適的模型選擇(參數(shù)解釋:RMSE、MSE、MAE的值越小,說明模型越好)。其最終的預(yù)測圖和誤差圖如下(見圖1和圖2)。

        由圖1、圖2可知,預(yù)測值在[2,3]區(qū)間,表明秸稈生物質(zhì)炭對農(nóng)戶種植經(jīng)濟(jì)效益成本有部分節(jié)省與不確定性,處于中間狀態(tài),可能由農(nóng)戶認(rèn)知、使用習(xí)慣等因素導(dǎo)致,不能簡單認(rèn)定能顯著節(jié)省成本,實際應(yīng)用要綜合考慮國家政策、地區(qū)經(jīng)濟(jì)、家庭收入等因素。

        為推動生物質(zhì)炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展及環(huán)保目標(biāo)實現(xiàn),需政府、企業(yè)、農(nóng)戶共同努力。政府要加大宣傳,培訓(xùn)農(nóng)村人員,提供政策支持與監(jiān)管,以促進(jìn)合作社建設(shè)。企業(yè)應(yīng)提高生產(chǎn)質(zhì)量,優(yōu)化炭化工藝與熱解反應(yīng)處理,降低成本等。農(nóng)戶需提升認(rèn)知,參加培訓(xùn),組建合作社,實現(xiàn)資源共享與合作生產(chǎn),參與管理決策??傊絽f(xié)同合作才能有力支持生物質(zhì)炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展,為可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保事業(yè)奠定基礎(chǔ)。

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