中国农作物秸秆综合利用潜力研究.pdf

第 35卷 第 13期 农 业 工 程 学 报 V ol.35 N o.13 218 2019年 7月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jul. 2019 中国农作物秸秆综合利用潜力研究霍丽丽 1 ，赵立欣 1 ，孟海波 1 ，姚宗路 2（1. 农业农村部规划设计研究院，农业农村部农业废弃物能源化利用重点实验室，北京 100125； 2. 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，北京 100081） 摘 要：针对秸秆分区布局规划不完善，导致地区性、季节性、结构性秸秆过剩，资源浪费与环境污染问题突出，研究 秸秆综合利用规划理论，提出“一主多元、农用优先”秸秆综合利用途径。中国秸秆综合利用潜力总量 8.76亿 t，比 2015 年增加利用量 1.56亿 t，其中秸秆肥料化、饲料化和能源化利用量分别增加 8 722.4万 t、 5 122.3万 t和 1 720.1万 t。通过肥 料和饲料化利用，可直接和间接替代化肥潜力氮肥（N）1 481.6万 t、磷肥（P 2 O 5 ）419 万 t、钾肥（K 2 O）1 885.1万 t， 节本增效节约化肥成本约 685.9 亿元（折合 98.5 元/t 秸秆）；通过能源化利用，可替代煤炭等化石能源 5 982.4 万 t（标 准煤），可减排二氧化碳 1.5 亿 t、二氧化硫 448.7 万 t、氮氧化物 224.3 万 t，烟尘 4068 万 t，经碳排放交易经济效益可 达 20.25亿元（折合 16.9元/t秸秆），环境和经济效益显著。 关键词：秸秆；能源；肥料；饲料；综合利用；规划理论方法 doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.026 中图分类号：TK6 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2019)-13-0218-07 霍丽丽，赵立欣，孟海波，姚宗路. 中国农作物秸秆综合利用潜力研究J. 农业工程学报，2019，35(13)：218224. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.026 http:/www.tcsae.org Huo Lili, Zhao Lixin, Meng Haibo, Yao Zonglu. Study on straw multi-use potential in China J. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(13): 218224. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.026 http:/www.tcsae.org 0 引 言 中国农业生产总量大，秸秆是农业副产物，也是宝 贵的生物质资源，将秸秆资源变废为宝，提高秸秆资源 的产业附加值，促进种养良性循环和满足村镇清洁供暖 等民生之需。秸秆一直是中国农业常用肥料、农村居民 生活的主要燃料和大牲畜的主要饲料，少部分作为工业 原料和食用菌基料，多为粗放型利用。随着工业化、城 镇化和农业现代化步伐不断加快，秸秆的用途和利用方 式都发生了结构性变化，秸秆肥料化利用比例增加，并 根据不同区域开展不同模式的秸秆还田的科学利用，秸 秆作为薪柴燃料的比例逐渐降低，用于饲料的需求明显 提高，用于肥料、原料、基料、燃料的领域加快拓展， 精细化加工处理的需求越来越迫切。但是，由于秸秆分 区布局规划不完善，秸秆多元规模利用的需求与规模化 工程应用量不足的矛盾日益凸显，导致地区性、季节性、 结构性的秸秆过剩，违规焚烧现象屡禁不止，不仅浪费 资源、污染环境，还严重威胁交通运输安全。 秸秆资源评价研究相关文献较多，如崔明等对中国 主要农作物秸秆资源能源化利用分析评价 1 ； 田宜水等研收稿日期：2019-03-01 修订日期：2019-06-26 基金项目： “现代农业产业技术体系专项资金资助” （CARS-02-31)；国家重 点研发计划课题（2017YFF021190401） 作者简介：霍丽丽，高级工程师，博士，主要从事生物质资源开发利用研究。 Email：huolili666126.com 通信作者：赵立欣，研究员，主要从事农业废弃物综合利用研究。 Email：zhaolixin5092163.com 究了秸秆资源调查与评价方法，并制定了行业标准 2 ；曹 志宏等 3 以质量、 能量和谷物当量 3种形态综合核算中国 秸秆资源量。相关研究对一些区域秸秆利用进行了利用 潜力分析， 如孙建飞等 4 江苏省进行了秸秆资源量估算及 利用潜力分析，方放等 5 对黄淮海地区农作物秸秆资源分 布及利用结构分析，马秋颖等 6 对东北玉米秸秆利用方式 分析，成本效益排序为秸秆饲料>秸秆发电>秸秆糖醇。亟 需研究秸秆规划理论方法来科学评价全国秸秆资源结构 合理的五料化利用潜力。 本文通过研究秸秆综合利用规划理论，根据秸秆资 源品种和资源量、耕地与畜牧承载、产业布局等，提出秸 秆综合利用评价方法，并基于 2015 年秸秆资源量，分区 域综合评价秸秆肥料化、 饲料化、 能源化等秸秆利用潜力， 有效提高秸秆综合利用水平， 为秸秆综合利用提出分区域 规划建议，为政府决策及产业发展提供理论支撑。 1 规划理论与评价方法 1.1 规划理论 资源科学评价，明晰区域分布。对秸秆种类、资源 量、可利用量等进行科学评价，分析各类秸秆区域分布 现状，结合农业、畜牧、能源等的发展及相关规划，科 学评估秸秆五化利用途径的资源潜力。 农业可持续发展，实现资源永续。基于耕地质量与 承载力，种养循环平衡发展等农业可持续发展理论，建 立与农业环境相适应的生态和经济系统，既充分合理利 用秸秆资源发展农业和能源生产，又能保障秸秆资源增 值，使资源得到永续利用。 农业资源循环利用工程·第 13期 霍丽丽等：中国农作物秸秆综合利用潜力研究 219 规划系统全面，实现循环经济。遵循循环经济的“减 量化-再利用-再循环”3R（reduction-reuse-recycling）发 展理念，进行秸秆综合利用科学系统规划，合理配置秸 秆的多元利用途径，由过去传统农业领域向现代农业、 新能源、工业领域转变，充分发挥秸秆利用的多功能和 高效率，大幅度提高秸秆资源的产业附加值，经济、生 态和环境效益并重，实现综合效益显著提升。 坚持农业优先、农工复合利用。合理安排“五料化” 利用优先时序，坚持秸秆综合利用与农业生产相结合， 避免资源竞争或资源不足，实现农业种植、畜牧养殖、 农村能源、工业生产相互协调、促进。 市场需求导向、原料保障供应。充分发挥市场在资 源配置的约定性作用，建立以市场为导向，企业为主体、 农民参与的长效机制。以新型农业经营主体为依托，提 高秸秆收储运专业化水平，建立秸秆存储站，配备专业 化收储运装备，建立专业的收储运服务网络，实现秸秆 收储运的专业化和市场化，保障秸秆后续利用。 1.2 评价方法 基于耕地地力与承载力、种养循环、竞争性利用等 研究，综合考虑秸秆培肥地力、草食饲料稳定供应等因 素，结合区域资源禀赋，坚持“一主多元、农用优先” 秸秆综合利用途径， “一主”即以农业生产与农村能源利 用为主，在满足农业和畜牧业需求，以及农村用能的基 础上， “多元”即科学引导因地制宜，推动秸秆向肥料、 饲料、燃料、基料与原料等多元循环方向发展，实现“市 场用户需求导向、原料供应持续保障、农工复合高效利 用、综合效益显著提升”的秸秆综合利用模式。 1）秸秆肥料化利用潜力 1 n FKj i PP i j F （，） 式中 F P 为秸秆肥料化利用潜力，万 t； K P ij （，） 为第 i种 农作物秸秆在第 j 省的可收集资源量，万 t；F j 为第 j 省 的农作物秸秆肥料化还田利用比率。 2）秸秆饲料化利用潜力 1 n Scj i PQSijCMj （，） （） 式中 P S 为秸秆饲料化利用潜力，万 t； Q为牛单位草食饲 料需求量，kg/（头·d） ； c Sij （，） 为第 i种草食牲畜在第 j 省的存栏量，万头（只） ；C j 为草食饲料需求量牛当量； M j （） 为第 j省的干草产量，万 t。 3）秸秆能源化、基料化或原料化利用潜力 1 n Yy i PP i j （，） 式中 Y P 为秸秆能源化、基料化或原料化利用潜力，万 t； P y （i，j）为第 i 种农作物秸秆在第 j 省的秸秆能源化、 基料化或原料化途径的利用量，万 t。 1.3 数据来源 全国各省秸秆理论资源量、可收集资源量、利用量 数据来源于 2016 年度全国农村可再生能源统计。 2 秸秆资源量与综合利用现状 2015 年底， 全国农作物秸秆产生总量 10.4亿 t， 其中， 可收集资源量 9 亿 t。按秸秆种类分玉米、水稻、小麦三 大类作物秸秆可收集量分别达到 3.61、1.97、1.55 亿 t， 占秸秆可收集总量的 79.2%；按区域分，华东、东北、华 中区域秸秆资源量大， 可收集总量 5.3亿 t， 占全国的 59%。 2015 年秸秆利用量达到 7.2亿 t，秸秆综合利用率达 到 80.1%，详见表 1。秸秆肥料化、饲料化、燃料化、原 料化、 基料化利用率分别为 43.2%、 18.8%、 11.4%、 2.7%、 4.0%，其中肥料、饲料、基料占比 66%，形成了肥料化、 饲料化等农用为主。各区域秸秆利用，华中、华东区以 肥料化利用为主；华北、西北区以肥料、饲料结合；华 南区肥料、燃料结合；东北农区和西南农区则是肥料、 饲料和燃料稳步推进，形成多元化利用格局。 表1 不同区域秸秆综合利用率 Table 1 Comprehensive utilization of straw in different regions % 秸秆利用率 Utilization 地区 Region 可收集资 源量占比 Collectable energy ratio 肥料 Fertilizer 饲料 Feed 基料 Base 燃料 Fuel 原料 Raw material 未利用率 Unutilized rate 东北区 Northeast China 19.09 28.8 17.8 0.5 13.5 2.5 36.9 华北区 North China 12.53 37.9 33.5 12.3 5.8 1.0 9.5 华中区 Central China 16.66 53.6 12.3 2.3 9.8 3.9 18.1 华东区 East China 23.21 54.6 12.7 4.7 10.9 2.6 14.5 华南 South China 7.12 39.8 7.3 2.9 21.9 4.8 23.2 西北区 Northwest China 12.23 43.2 29.1 3.1 5.9 2.0 16.7 西南区 Southwest China 9.16 35.2 22.9 3.2 18.4 3.1 17.2 全国 Total 100 43.2 18.8 4.0 11.4 2.7 19.9 小麦、水稻秸秆以肥料化利用为主，利用率分别为 63.1%和 55.2%；薯类秸秆以饲料化利用为主，利用率 57.4%；玉米秸秆以肥料化、饲料化利用为主，利用率分 别为 35%和 29.2%； 豆类秸秆以肥料化、 饲料化利用为主， 利用率分别为 22.1%和 31.2%；花生秸秆饲料化、燃料化 并重，利用率分别为 16.9%和 26.0%；棉花、油菜、甘蔗 秸秆则以肥料化、燃料化利用为主。水稻秸秆主要分布 在华中、华东、东北区，包括湖南、江苏、湖北、四川、 安徽和黑龙江等省份。小麦秸秆主要分布在华中、华东、 华北区，包括河南、山东、河北、江苏和安徽等省份。 玉米秸秆主要分布在东北、华北、华东区，包括黑龙江、 吉林、河北、山东、河南、内蒙古和辽宁等省份。油菜 主要分布在华中、西南、华东区，包括湖北、四川、山 东、安徽、湖南和江苏等省份。棉花秸秆主要分布在西 北、华东、华中区，包括新疆、山东和湖北等省份。薯农业工程学报（http:/www.tcsae.org） 2019年 220 类秸秆主要分布在西南区，包括重庆、四川、贵州等省 份。豆类秸秆主要分布在东北和华北区的黑龙江和内蒙 古等省份。甘蔗秸秆主要分布在华南和西南区的广西、 广东和云南等省份。 3 秸秆综合利用潜力 3.1 秸秆肥料化利用 秸秆肥料化利用主要为直接还田，2015 年还田总量 为 3.89 亿 t，平均单位面积还田量为 13.4 kg/hm 2 。华东、 华南和西北区秸秆肥料化利用较高，分别为 17.5、18.0 和 18.2 kg/hm 2 ，分别占秸秆可收集量的 54.6%、 39.8%和 43.2%，华中区、华北区、东北区分别为 14.4、11.1 和 10.6 kg/hm 2 ，分别占秸秆可收集量的 53.6%、37.9%和 28.8%，西南区秸秆肥料化利用量较少，为 6.7 kg/hm 2 ， 占秸秆可收集量的 35.2%。 秸秆还田后在土壤中分解，能有效提高土壤有机质 含量和肥料利用率，改良土壤结构和物理性状，综合改 善土壤水、肥、气、热等方面的生态效益 7 。相关研究表 明，秸秆还田能够显著增加小麦产量，与秸秆不还田相 比可增产 2.75%。 在秦岭淮河一线南北地区秸秆还田的 最佳条件为实行免耕与翻耕交替耕作方式，采用玉米秸 秆半量还田方法，施氮水平为 200300 kg/hm 28 。 2013 2015 年在宁夏灌区春玉米-水稻-春玉米轮作体系 下，合理的秸秆还田量应控制在 16.723.3 kg/hm 2 之间， 以达到作物增产和土壤培肥的双重目标 9 。黄淮海小麦玉 米轮作地区单季秸秆还田能维持较高的土壤生产力，同 时提供大量秸秆的饲料化、能源化和原料化多元利用 10 。 根据以上研究， 秸秆肥料化利用占总量的一半为宜， 未超过 50%的按 50%计，超过区域按现有还田量计。经 测算，全国单位面积秸秆还田量为 16.4 kg/hm 2 ，秸秆肥 料化利用总量可达 4.76 亿 t，秸秆肥料化利用潜力可增 加 8 722.4 万 t。不同区域秸秆肥料化增加量见表 2。东 北 区秸秆肥料化增加潜力较大，其次为华北和西南区。 表2 不同区域秸秆肥料化利用潜力 Table 2 Straw fertilization utilization potential 地区 Region 2015年秸秆还田量 Return to field 2015/ (10 4t) 单位面积还田量 Unit returned to field/（kg·hm -2 ） 肥料化利用潜力 Fertilizer utilization potential/ (10 4t) 增加潜力 Increased potential/ (10 4t) 东北区 Northeast China 4 943.4 10.6 8 586.7 3 643.3 华北区 North China 4 276.0 11.1 5 636.8 1 360.8 华中区 Central China 8 033.9 14.4 8 033.9 0.0 华东区 East China 11 413.2 17.5 11 413.2 0.0 华南区 South China 2 552.6 18.0 3 203.1 650.5 西北区 Northwest China 4 751.2 18.2 6 601.2 1 850.0 西南区 Southwest China 2 905.5 6.7 4 123.0 1 217.5 全国 Total 38 875.5 13.4 47 597.9 8 722.43.2 秸秆饲料化利用 2015 年，全国秸秆饲料化利用总量 1.69 亿 t，占秸 秆可收集资源量的 18.8%。根据中国统计年鉴，全国牛、 马、驴、骡等大牲畜年底数量 1.22 亿头、羊存栏量 2.28 亿只，草食饲料需求量 8 kg/d（头牛当量） ，牛的草食饲料 是羊的 5倍计算 11-13 ，全国年干草产量 31 746万 t 14 ，能 够满足草食饲料需求量的 59.1%，干草产量折合 4.73 kg/d （头牛当量） ，按照现有养殖量估计，秸秆饲料需求量 3.27 kg/d（头牛当量） ，年秸秆饲料化利用总量可达 2.2 亿 t，秸秆饲料化利用增加潜力 5 122.3 万 t。 中国牧草资源分布极不均匀，主要分布在内蒙古、 新疆、四川、西藏、青海、云南、甘肃等省。据测算， 全国干草产量可满足饲草需求量的 59.1%。西南、西北地 区的干草产量占饲草需求量的 92.3%、80.9%，华北、华 南地区的干草产量占饲草需求量的 70.7%和 48.1%。 华东、 华中、 东北地区干草产量仅占饲草需求量的 14.9%、 16.2% 和 23.5%。 西北、华北和西南区干草和秸秆饲料量可满足现有 草食畜牧需求。华中、华东、华南、东北地区干草和秸 秆饲料量仅满足草食畜牧需求量的 42.8%、 63.7%、 66.7% 和 76%。全国秸秆饲料比例约占畜牧养殖饲草需求量的 40%，其中，东北区秸秆饲料比例占 52.5%，华北和华东 区占比超过 40%。 目前，基于 2015 年全国各区域的干草产量和秸秆饲 料利用量测算，见表 3。华北、西北和西南区的饲草自给 率超过了 100%，可适当降低秸秆饲料利用量。东北区、 华东区和华南区饲草自给率分别为 76%、 63.7%和 66.7%， 可提高秸秆饲料量。华中区饲草自给率最低，为 42.8%， 应大幅增加秸秆饲料利用量。总体而言，全国秸秆饲草 增加潜力为 5 122.3 万 t。 3.3 秸秆能源化利用 2015 年，全国秸秆能源化利用量 1.03 亿 t，秸秆规 模化能源利用量约 2 740万 t，包括生产生物质成型燃料 年利用量 800 万 t，农林生物质发电量 260 万 kW，生物 天然气年利用量约 50 亿 m 3 。 秸秆作为薪柴用于户用炊事 取暖利用量约 7 546 万 t。秸秆作为生物质能源原料，含 有丰富的碳、氢和氧等养分，具有资源丰富和清洁环保 等优点，可转化为成型燃料、生物天然气、发电等，直 接替代煤炭、天然气等化石能源，为村镇等分散区域清 洁用能提供有效途径。 秸秆能源化利用潜力分析，以秸秆为原料，生物质 发电量、生物天然气、成型燃料占 50%计；秸秆产气潜 力按 300 m 3 /kg 计； 1 t 生物质成型燃料利用秸秆量按 1.2 t 计；近年来，全国秸秆集中供暖等规模化能源利用逐渐 增加，直接作为户用薪柴使用量逐年降低 15 ，根据不同区 域的经济发展水平和用能习惯不同，本文假设东北、西北 和西南区降低幅度按 10%计， 其他区域降低幅度按 20%计。 根据十三五可再生能源规划，到 2020 年，生物质成型燃 料年利用量 3 000万 t，农林生物质发电量 700万 kW，生 物天然气年利用量约 80 亿 m 3 ，据测算，秸秆规模化能源 利用量将达到 5 615万 t，详见表 4。由此，秸秆规模化能第 13期 霍丽丽等：中国农作物秸秆综合利用潜力研究 221 源利用增加潜力 2 875万 t。随着城镇化进程不断增加，农 村居民用能品质提升，以及大气环境保护要求，秸秆作为 薪柴用于炊事取暖比例将逐渐降低，秸秆能源化利用潜力 总量可达 12 006万 t， 秸秆能源化利用增加潜力 1 720万 t。 3.4 秸秆综合利用潜力分析 根据现有秸秆利用相关规划和政策，以 2015 年可收 集资源量为基准，假设全国秸秆可收集资源量 9 亿 t 基本 保持稳定， 秸秆基料化利用量 3 592.2万 t和原料化利用量 2 450.6 万 t基本保持稳定。全国农作物秸秆综合利用总 量 8.76 亿 t，利用率可达 97%，见表 5。除西南区外， 其他区域秸秆利用率均超过 90%，其中，华中区秸秆利 用需求潜力大于该区域秸秆可收集资源量，主要原因是 畜牧养殖业与饲草资源不匹配，为满足牛羊等饲草需 求，秸秆饲料量应大幅提高，饲草缺口 1 556.8 万 t。西 南区秸秆综合利用率为 87%，可适当加大还田比例，促 进秸秆全量利用。 表3 不同区域秸秆饲料化利用潜力 Table 3 Straw feed utilization potential in different regions 地区 Regions 大牲畜存栏量 Large herbivore breeding stock/10 4羊存栏量 Sheep breeding stock/10 4饲草需求量 Forage demand/10 4 t 干草产量 Hay production/ 10 4 t 秸秆饲料利用 量 Straw feed consumption/ 10 4 t 饲草自给率 Forage self-sufficiency rate/% 秸秆饲料增 加量 Increase in straw feed/10 4 t 预计秸秆饲 料利用总量 Estimated total straw feed/10 4 t 秸秆占饲 草需求总 量比例 Straw ratio to total feed demand/% 东北区 Northeast China 1 544.2 2 257.3 5 827.3 1 370.2 3 060.0 76.0 1 397.1 4 457.1 76.5 华北区 North China 1 547.9 8 346.8 9 394.4 6 645.8 3 771.2 110.9 1 022.6 2 748.6 29.3 华中区 Central China 1 795.5 2 937.8 6 958.5 1 124.8 1 850.1 42.8 3 983.6 5 833.7 83.8 华东区 East China 1 119.1 3 671.3 5 411.8 806.8 2 642.9 63.7 1 962.1 4 605.0 85.1 华南区 South China 806.1 310.8 2 535.3 1 220.4 470.3 66.7 844.6 1 314.9 51.9 西北区 Northwest China 1 962.7 8 659.9 10 788.5 8 729.3 3 199.0 110.6 1 139.8 2 059.2 19.1 西南区 Southwest China 3411 4 916 12 831.1 11 849.4 1 884.3 107.0 902.6 981.7 7.7 全国 Total 12 186.5 31 099.9 53 746.9 31 746.7 16 877.9 90.5 5 122.3 22 000.2 40.9 表4 不同区域秸秆能源化利用潜力 Table 4 Straw energy utilization potential in different regions 2015 年 秸秆能源化利用潜力 Energy utilization potential 地区 Regions 能源化利用总 量 Total energy utilization/ 10 4 t 规模化能源利 用量 Scale energy utilization/ 10 4 t 作为薪柴用量 Used as fuelwood/ 10 4 t 生物质发电 量 Biomass power/ 10 4 kW 生物天燃气 Biomethane/ 10 8 m 3生物质成型 燃料 Biomass briquette/10 4 t 规模化能源 利用量 Scale energy utilization/ 10 4 t 作为薪柴用 量 Used as fuelwood/ 10 4 t 能源化利用 总量 Total energy utilization/ 10 4 t 能源化利用 增加量 Increase of energy utilization/ 10 4 t 东北区 Northeast China 2 324 441 1 883 100 18 450 1 194 1 567 2 762 438 华北区 North China 658.2 491 167 120 11 600 969 148 1 117 459 华中区 Central China 1 465.6 681 785 140 16 900 943 804 1 747 282 华东区 East China 2 271.6 640 1 632 210 16 600 1 251 1 329 2 580 308 华南区 South China 1 401.8 297 1 105 65 2 450 504 925 1 429 27 西北区 Northwest China 648.3 114 535 35 11 100 427 396 823 175 西南区 Southwest China 1 516.5 76 1 440 30 6 100 326 1 222 1 548 31 全国 Total 10 285.7 2 740 7 546 700 80 3200 5 615 6 391 12 006 1 720 表5 不同区域秸秆综合利用潜力 Table 5 Comprehensive utilization potential of straw in different regions 地区 Regions 秸秆综合利用潜力 Comprehensive utilization potential/10 4 t 可收集资源量 Collectable resources/10 4 t 综合利用率 Comprehensive utilization rate/% 增加潜力合 计 Increase total potential/10 4 t 利用率增加 幅度 Increase margin/% 肥料利用增加 潜力 Increase in fertilizer utilization/10 4 t 饲料利用增加 潜力 Increase in feed utilization/ 10 4 t 燃料利用增加潜 力 Increase in fuel utilization/10 4 t 东北区 Northeast China 16 319.4 17 173.4 95.0 5 478.0 31.9 3 643.3 1 397.1 437.5 华北区 North China 11 000.1 11 273.6 97.6 797.2 7.1 1 360.8 1 022.6 459.0 华中区 Central China 16 542.7 14 986.8 110.4 4 265.4 28.5 0.0 3 983.6 281.8 华东区 East China 20 124.2 20 887.1 96.3 2 270.5 10.9 0.0 1 962.1 308.5 华南区 South China 6 439.2 6 406.2 100.5 1 521.9 23.8 650.5 844.6 26.8 西北区 Northwest China 10 046.6 11 002.0 91.3 885.0 8.0 1 850.0 1 139.8 174.9 西南区 Southwest China 7 174.6 8 246.0 87.0 346.2 4.2 1 217.5 902.6 31.4 全国 Total 87 646.7 89 975.0 97.4 15 564.8 17.3 8 722.4 5 122.3 1 720.1 农业工程学报（http:/www.tcsae.org） 2019年 222 根据相关文献方法16，秸秆肥料化的氮（N） 、磷 （P 2 O 5 ） 、钾（K 2 O）理论养分资源替代化肥潜力分别为 434.5、 137.5和 796.3万 t，不同区域化肥替代潜力见表 6。 水稻、小麦、玉米、大豆、等主要作物理论 N、 P 2 O 5 和 K 2 O 等需求量分别为 1 500、 600、 1 700万 t， 需求比例为 1： 0.4： 1.2（N：P 2 O 5 ：K 2 O） ，秸秆肥料化利用能够直接替代化肥 需求量的 29%、22.9%和 46.8%。 奶牛与肉牛养殖比例按 3:7 计；奶牛粪便中产生量 24 kg/（头·d） 、尿液产生量 12.4 kg/（头·d） ，肉牛粪便产 生量 13.63 kg/（头·d） 、尿液产生量 8.43 kg/（头·d） 。牛 粪便中氮（N）质量分数 4 kg/t、磷（P 2 O 5 ）质量分数 2.7 kg/t、钾（K 2 O）质量分数 2.2 kg/t；牛尿液中氮（N）质 量分数 7.8 kg/t、磷（P 2 O 5 ）质量分数 0.6 kg/t、钾（K 2 O） 质量分数 12 kg/t。羊粪便产生量 0.69 kg/（只·d） 、尿液产 生量 0.41 kg/（只·d） ，羊粪便中氮（N）质量分数 7.5 kg/t、 磷（P 2 O 5 ）质量分数 2.6 kg/t、钾（K 2 O）质量分数 4 kg/t， 羊尿液中氮（N）质量分数 14 kg/t、磷（P 2 O 5 ）质量分数 1.96 kg/t、钾（K 2 O）含量未计 17-18 。通过饲料化过腹还田 秸秆资源潜力 2.2亿 t，草食畜牧养殖总量 4.33 亿头（只） ， 粪污产生总量约 14.5亿 t， 其中粪便 8.2亿 t、 尿液 6.3亿 t。 粪污中氮（N） 、磷（P 2 O 5 ） 、钾（K 2 O）理论养分替代化肥 潜力分别为 1 047.1、281.5和 1 088.7万 t。 通过肥料和饲料化利用，秸秆综合利用可直接和间 接替代化肥潜力分别为氮肥 （N） 1 481.6 万 t、 磷肥 （P 2 O 5 ） 419 万 t、钾肥（K 2 O）1 885.1 万 t（表 6） 。肥料出厂价 按照尿素 1 571 元/t、磷酸二胺 2 500 元/t、氯化钾 2 500 元/t 计算 19-21 ，可节本增效节约化肥购置成本约 685.9 亿 元，折合单位秸秆替代化肥节约成本 98.5 元/t 秸秆。 秸秆按发热量 14.6 MJ/kg 计 22 ，标准煤的发热量 29.3 MJ/kg，秸秆能源化利用 1.2 亿 t，可替代煤炭等化 石能源 5 982.4万 t标准煤，可减排二氧化碳 1.5亿 t、二氧 化硫 448.7万 t、 氮氧化物 224.3万 t， 烟尘 4 068万 t （表 7） 。 按碳排放交易计算，交易价格浮动 11.675.1 元/t，按 13.5 元/t 计（ 2017 年以来最低价格） 23 ， CO 2 减排的经济效益 可达 20.25亿元，折合单位秸秆碳排放增加收益 16.9 元/t 秸秆，环境和经济效益显著。 表6 秸秆综合利用直接或间接替代化肥潜力 Table 6 Potential of direct or indirect substitution of chemical fertilizer 10 4 t 直接替代化肥潜力 Potential of direct substitution of chemical fertilizers 间接替代化肥潜力 Potential of indirect substitution of chemical fertilizers 地区 Regions 肥料化利用量 Fertilizer utilization N P 2 O 5K 2 O 饲料化利用量 Feed utilization 粪便产生量 Fecal production 尿液产生量 Urine production 粪污产生总量 Total excrement production N P 2 O 5 K 2 O 东北区 Northeast China 8 587 79.1 26.1 131.2 4 457.1 10 004 7 722 17 726 123.6 33.7 136.3 华北区 North China 5 637 69.4 22.2 110.1 2 748.6 11561 8 651 20 211 156.8 40.8 142.7 华中区 Central China 8 034 67.3 20.9 132.7 5 833.7 11 711 9 025 20 737 145.4 39.6 158.8 华东区 East China 11 413 94.7 29.0 184.9 4 605.0 7 763 5 901 13 664 100.6 26.8 100.8 华南区 South China 3 203 29.6 9.2 60.3 1 314.9 5 004 3 901 8 905 59.8 16.6 70.3 西北区 Northwest China 6 601 56.1 17.8 99.5 2 059.2 14 174 10 681 24 855 188.4 49.5 179.0 西南区 Southwest China 4 123 38.4 12.3 77.5 981.7 22 081 17 047 39 128 272.6 74.4 300.9 全国 Total 47 598 434.5 137.5 796.3 22 000.2 82 298 62 928 145 226 1 047.1 281.5 1 088.7表7 秸秆综合利用能源替代潜力及污染物减排量 Table 7 Straw energy substitution potential and pollutant emission reduction 减排量 Reduction of emissions/10 4 t 地区 Regions 能源化利用 量 Energy utilization/ 10 4 t 折合标煤 Converted into standard coal/10 4 t CO 2SO 2NO x烟尘 Particulates 东北区 Northeast China 2 762 1 376.1 3 440.1 258.0 9.7 6.6 华北区 North China 1