基于土壤功能和粮食安全的后备耕地可能源化秸秆生态总量分析

后备耕地土壤生态脆弱,秸秆还田具有维护土壤功能的作用。基于此,提出了土壤生态最小保留量的概念,并综合考虑粮食安全、作物单产、种植结构和草谷比,运用情景分析法评价了后备耕地可能源化秸秆的生态总量。研究发现:(1)受耕地后备资源影响,秸秆理论量较小。在高、中、低单产情景下,2050年理论秸秆总量分别为2658.69、1772.46和886.23万吨;(2)考虑土壤功能和粮食安全,高发展情景下2050年可能源化秸秆生态总量能够达到2066.40万吨,低情景仅10.70万吨;其中,新疆可能源化秸秆生态总量较大;(3)土壤生态最小保留量和区域作物单产,对可能源化秸秆生态总量影响较大;可构建农业生物质能开发生态补偿机制,进一步提高后备耕地农业生物质能生态潜力。

基于土壤功能的中国主要农作物可能源化秸秆生态潜力分析

秸秆生态还田对我国生态农业的发展以及秸秆能源化的可持续发展有着重要的意义。据此,从防止水土流失、维持土壤有机质和长期作物产量的角度,提出了土壤生态保留量的概念,并设计了不同农作物秸秆的3种生态保留量情景(低情景、中情景和高情景);综合运用灰色神经网络、线性回归等方法对上述因素进行预测,构建了自下而上的动态评价模型,对中国各区域可能源化秸秆资源的生态潜力进行评价分析,并提出了相关发展建议。研究发现:1在低、中、高农作物秸秆生态保留量情景中,2030年可能源化秸秆生态总量分别为22 796万t、13 718万t和7 756万t,秸秆资源密度分别约为172 t·km?2、103 t·km?2和58 t·km?2;在秸秆资源构成方面,低、中情景均以稻谷、薯类、小麦秸秆为主,而高情景则以薯类和甘蔗秸秆为主;3种情景中,可能源化秸秆资源均主要分布在河南、山东、黑龙江、四川等地。2在低情景中,仅北京、天津、上海和西藏不能发展直燃发电项目和燃料乙醇项目;中情景中,年产5万t燃料乙醇项目仅适合规划在福建、广东、广西、海南和重庆;高情景中,仅福建、广东、广西、海南和重庆可规划25 MW直燃发电项目或年产5万t的燃料乙醇项目。

中国主要农作物秸秆可新型能源化生态经济总量分析

【目的】如何在保护生态环境和考虑秸秆资源开发成本的基础上,实现秸秆资源的合理开发,对中国农业生物质能发展规划有着重要的意义。因此,从保护生态环境和开发成本角度,对可新型能源化利用秸秆资源的生态经济总量进行评估,为生物质能产业布局、优先发展区域、优先发展技术以及政策制定提供参考。【方法】采用文献调研法对研究秸秆还田量与水土流失、土壤有机质和农作物单产关系的文献进行梳理,在此基础上提出土壤生态保留量的概念,并归纳出不同农作物的基础土壤生态保留量;根据基准年农作物单产、种植结构和草谷比系数,考虑土壤生态保留量和秸秆用途,对区域秸秆生态总量和资源密度进行计算;对政府政策和相关项目成本进行分析,设计发展情景和项目成本参数,并以项目投资回报率为变量,计算不同回报率下项目的经济收集半径;根据秸秆资源密度和经济收集半径,计算项目的经济收集量,并与项目理论需求量进行比较,整理出不同项目可用秸秆生态经济总量。【结果】中国主要农作物可新型能源化利用秸秆生态总量约8 661.31万t,主要分布在广西、四川、山东和河南,主要由薯类、甘蔗和油菜秸秆构成。当投资回报率(ROI)为0时,现有技术水平和政策下,6 MW、25 MW直燃发电项目,12 MW气化发电项目,年产5 000 t和10 000 t燃料成型项目可用秸秆生态经济总量分别为8 658.24×10~4、8 655.29×10~4、8 658.24×10~4、3 314.69×10~4和8 661.31×10~4 t。当ROI为5%时,6 MW、25 MW直燃发电项目,12 MW气化发电项目,年产5 000 t和10 000 t燃料成型项目可用秸秆生态经济总量分别为7 943.15×10~4、8 347.38×10~4、8 347.38×10~4、260.45×10~4和8 661.31×10~4 t。当ROI为10%时,6 MW、25 MW直燃发电项目,12 MW气化发电项目,年产5 000 t和10 000 t燃料成型项目可用秸秆生态经济总量分别为1 853.29×10~4、7 023.24×10~4、7 068.07×10~4、0和8 661.31×10~4 t。在现有技术水平和政策下,不同ROI下纤维素乙醇项目的可用秸秆生态经济总量均为0。【结论】(1)现有政策对发电类项目有显著的激励作用,可适当降低对年产10 000t燃料成型项目的补贴力度,提高发电类项目的补贴力度;(2)在生物质能产业布局方面,现阶段可优先发展年产10 000 t秸秆燃料成型项目,可优先在广西、湖北、广东、安徽、河南等地规划建设12 MW秸秆气化发电项目,其次可考虑在广西、湖北、广东和安徽规划建设25 MW秸秆直燃发电项目,最后可考虑在广西规划建设6 MW秸秆直燃发电项目。