東北區玉米秸稈資源量、利用現狀及存在的問題

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.黑龍江省農業科學院耕作栽培研究所 哈爾濱150086；2.農業農村部農業生態與資源保護總站 北京100125；3.黑龍江省農業科學院生物技術研究所 哈爾濱150086)

作物秸稈作為一種極具潛力的生物質資源，含有豐富的碳、氫和氧等養分，具有資源豐富、發熱量高等優點[1-2]。在20世紀90年代以前，玉米人工收獲后，農民將秸稈集中收回用來燒火做飯、冬日取暖和作家畜飼料。隨著我國經濟的迅速發展，農村引進了液化氣和天然氣，取代了部分作為燃料能源的秸稈；隨著農業機械化程度的不斷提高，農機代替了牛、馬耕作，從而減少了大牲畜飼養量；隨著玉米產量的增加，秸稈產量也持續增加，秸稈在農民眼里變成毫無利用價值的“垃圾”。

農業部東北地區秸稈處理行動方案（2017）指出，東北地區玉米秸稈未來發展重點應從黑土地保護、農村清潔供暖、生態環境治理出發，結合地域環境及資源配置特點，堅持農用為主，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，推廣秸稈機械化深翻還田、碎混還田和覆蓋還田保護性耕作[3]。因此，了解東北部玉米秸稈當前的產量、各省份玉米秸稈資源占有量和人均占有量，明確東北地區玉米秸稈利用現狀及存在的問題，對東北地區玉米秸稈資源高效合理利用具有重要意義。

1 數據來源與分析方法

1.1 數據來源

不同區域及省、直轄市玉米產量、播種面積、人口數量數據來自《中國統計年鑒（2009）》至《中國統計年鑒（2018）》。玉米秸稈資源利用數據來自《中國農村可再生能源統計年鑒（2017）》[4]。

1.2 秸稈系數

秸稈作為農業生產過程中的副產品，農作物光合作用的一半以上產物蘊藏其中，農作物秸稈產量與農作物經濟產量、農業生產條件和自然條件等因素密切相關，且秸稈與農作物籽粒、根莖等經濟產出有一定比例關系，因而農作物秸稈的資源量可以通過“草谷比”相對準確的估算出來。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 計算方法

1.3.1 作物秸稈產量評估方法

田間作物秸稈產量的估算公式：WS=WP×SG

式中，WS為農作物秸稈產量；WP為農作物經濟產量；SG為秸稈系數，即作物秸稈產量與農作物經濟產量之比值。按玉米草谷比計算出1978-2018年玉米秸稈產量。

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 結果與分析

2.1 中國玉米秸稈資源量

根據玉米秸稈系數和2009-2018年玉米產量，統計全國不同區域玉米秸稈產量。從表1可以看出，近10年我國不同區域玉米秸稈產量由大到小依次是東北區、黃淮海區、西北區、西南區和東南區，10年平均玉米秸稈產量分別為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、黃淮海區、西北區、西南區和東南區玉米秸稈產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 東北地區玉米秸稈產量現狀

根據玉米秸稈系數和2009-2018年玉米產量，統計我國東北區域黑龍江省、吉林省和遼寧省玉米秸稈產量。從表2可以看出，近10年我國東北區域玉米秸稈產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量分別占東北區玉米秸稈總量（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量相當于5個東南區玉米秸稈總產量，比我國東南區和西南區玉米秸稈量總和還高出92.14萬t。同時，東北區玉米秸稈存在明顯的地域集中特點，黑龍江省玉米秸稈主要分布于松嫩平原中南部半濕潤區、松嫩平原西部干旱半干旱區和三江平原溫和半濕潤區，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，包括沈陽市、鞍山市、營口市、遼陽市和鐵嶺市等[3]。

表1 近10年我國不同區域玉米秸稈產量（單位：萬t）

2.3 東北地區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，無論從玉米秸稈產量還是資源密度、人均占有量上看，東北地區都是玉米秸稈的高產、高密度和高人均占有量區域，是玉米秸稈資源利用的重點發展地區。

表2 近10年東北三省玉米秸稈產量（單位：萬t）

圖1 中國東北區玉米秸稈資源密度

圖2 中國東北地區玉米秸稈人均占有量

2.4 東北地區玉米秸稈利用現狀

據原農業部統計（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，冬季封凍時間長，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年累計腐解率分別達到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]的研究結果基本相同。加快發展和應用秸稈生化腐熟還田技術，對東北地區玉米秸稈直接還田提高腐解分化速度尤為重要。

其次，秸稈直接還田農機具作業不到位。農民認為秸稈還田二次作業，增加成本、影響經濟收益，因此多數農戶在耕整地時直接通過旋耕機或犁直接翻埋還田作業[8]，但其作業效果不理想，還田深度較淺，無法滿足農藝要求。目前，一般用秸稈還田粉碎機存在粉碎粒度大（一般大于10 mm），特別是不能兼顧細粉碎粒度和高生產率的要求[9-10]。農藝上要求粉碎后長度小于或等于10 cm的秸稈應在85%以上，粉碎后長度小于或等于5 cm的根茬（特別是茬管部分）應在90%以上[11]。

再次，收儲和運輸困難，秸稈飼料化和燃料化利用，需要配套的收儲和運輸技術，且地塊集中便于收儲和運輸，而東北地區玉米秸稈田地塊分散零碎，有些地塊離公路距離太遠，運輸車進地困難，導致收儲運輸難度大；同時玉米收獲后，東北地區很快進入霜凍期，縮短收運周期，此時運輸、裝卸費用較高，成本提高。

最后，秸稈生化腐解菌劑產品效果不理想。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，促進秸稈的腐殖化速度[12-13]。前人通過篩選構建的復合菌系[14-17]，對秸稈降解率均有不同提高。但現實應用偏少，尤其東北地區溫度低、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

我國玉米秸稈產量增長較為迅速，東北地區為我國玉米秸稈高產區、高資源密度區和高人均占有量區，玉米秸稈管理、綜合利用重點和難點都在東北地區。提高東北地區玉米秸稈高效利用要注意以下幾個方面：第一，秸稈制作肥料，運輸到工廠除了運輸問題，還有儲存問題，所以建議秸稈堆肥在田間地頭設置堆肥場地，采用簡單、易操作的堆肥技術，農戶自己能實施，減少秸稈運儲帶來的成本問題。第二，合理利用腐解菌劑，目前相關研究較多，但現實應用偏少，還需進一步熟化產品，篩選適合東北地區的玉米秸稈腐解菌劑。第三，建議使用專用秸稈還田整地機械，大功率拖拉機配套的滅茬深松整地聯合作業機[18]、動定刀配合反旋式玉米秸稈還田機[19]，該類機具可有效提高玉米耕整地及還田質量，達到農藝要求。第四，建議實現區域秸稈的處理和利用，由政府負責項目工程的組織、協調、指導和補貼管理，結合農業生產實際，實施符合當地的秸稈機械化還田作業標準，并做好相關技術的宣傳、推廣以及農機手培訓和技能提升等，構建區域范圍的結構完備、運行穩定和機制長效的綜合利用體系[20]。

表3 東北三省玉米秸稈綜合利用率（單位：%）