丘陵干旱区马铃薯作物的固碳能力与秸秆利用研究

丘陵干旱区马铃薯作物的固碳能力与秸秆利用研究
王兴宗
【摘要】提升马铃薯作物的碳贮量和马铃薯秸秆的有效利用对保护生态环境具有
重要意义,也是发展低碳农业和循环经济的客观要求.运用模型计算、田间取样和试
验分析等方法,通过对研究区的主要农作物马铃薯的碳贮量、秸秆资源量进行估算,
进而对该资源的利用现状进行调查和分析,为促进低碳农业发展,实现“低能耗、低
污染、低排放”的目标,提出了具体的对策建议.一方面要通过扩大耕地灌溉面积、
加强农田整治和改进农作方式等措施改善农田生态系统植被,提升固碳能力;另一方
面应通过宣传教育加强农民环保意识、通过制定实施奖惩措施防治污染、通过技术手段改进利用方式等举措,实现马铃薯秸秆的高效合理利用,进而促进该低碳农业和
循环经济的发展,保护生态环境.
【期刊名称】《陕西农业科学》
【年(卷),期】2016(062)006
【总页数】4页(P49-52)
【关键词】马铃薯;碳贮量;秸秆;有效利用
【作者】王兴宗
【作者单位】中共定西市委党校经济室,甘肃定西 743000
【正文语种】中文
1.1 研究背景
温室气体排放导致全球气候变暖、冰雪融化、海平面抬升，引发了一系列极端天气，
危及人类生存，已成为人类面临的最为严峻的全球性问题。

控制温室气体排放是世界各国必须共同承担的任务。

在三大温室气体中，增温效应最大的当属CO2，占到了总排放的70%，是形成“温室效应”的关键因子，其主要来自于石化燃料、农业和土地使用及森林砍伐;排放主要来自于发展中国家，尤其以工业化速度较快的国家最为突出。

2013年，我国碳排放量位居全球第一［1］，我国政府承诺于2030年左右CO2排放达到峰值且将努力早日达峰，并随时间而提高力度［2］。

而且，环境保护是中国的基本国策，生态文明建设是中国特色社会主义建设的组成部分。

因此，节能减排、发展低碳农业从而减少农业CO2气体的排放，既是中国与国际社会应该共同承担的国际义务，也是中国农业发展的必然方向。

1.2 研究对象的特殊性
农业为人们提供生活所需的基本产品，是人类赖以生存的基础，自然成为国民经济的基础。

农田生态系统主要由农田植被构成，作物秸秆又是农田植被最重要的组成部分，是农产品生产过程中产生的最大的副产品，具有数量庞大、用途多样和可再生的特点。

在低碳、环保理念深入人心的时代背景下，有着广泛的开发利用前景。

作物秸秆和CO2的关系体现在2个方面:作物通过光合作用对大气中的CO2起到固定作用(碳汇);通过呼吸作用又向大气释放CO2，形成碳排放源。

基于以上2种功能，从控制温室气体排放的角度讲，研究的目的在于，人类在农业生产活动中一方面要增强作物植被的碳汇作用即提高固碳能力，另一方面要努力减少作物秸秆的碳排放量。

1.3 研究区的选择
笔者以定西为研究区，定西位于甘肃中部，地处黄土高原、青藏高原和西秦岭的交汇地带，北部属黄土丘陵沟壑区，南部为高寒阴湿区，属干旱与半干旱气候。

生态环境极其脆弱，经济水平极其落后，在全国具有典型代表性质，实现生态与经济的协调可持续发展的重要意义不言而喻;定西是农业大市，第一产业所占比重28%
［3］，且以雨养农业为主，农业生产用水极度缺乏，引洮工程一期实现通水后有所改善，但未能从根本上改变缺水局面，农业生产率很低，发展任务紧迫;定西是全国马铃薯三大主产区之一，一直致力于“中国薯都”建设，马铃薯是最主要的农作物，种植面积接近总耕地面积的一半。

所辖安定区和渭源县分别被中国农学会特产之乡组委会命名为“中国马铃薯之乡”和“中国马铃薯良种之乡”。

随着马铃薯主粮化战略的推进，马铃薯在该区农作物种植结构中的比重将进一步加大。

研究马铃薯作物的碳汇与排放关系，对同类地区发展低碳农业具有借鉴意义，对开展其它农作物秸秆有效利用的研究有启迪意义。

1.4 研究思路与方法
通过查阅定西市的相关资料获取基础数据;通过与定西市旱作农业研究院、爱兰马铃薯种业有限公司等科研机构合作，在定西市马铃薯产业办公室协助下实地调查马铃薯秸秆的去向，掌握传统的马铃薯秸秆利用方式及存在的问题;根据气候特点、耕地类型、田间管理模式综合考虑，选取3个取样点，采集样品，在定西马铃薯工程技术研究开发中心进行测定，获取实验数据;依据估算模型估算出定西的马铃薯作物的碳贮量和秸秆资源总量。

在此基础上，结合马铃薯秸秆的利用现状，按照发展低碳农业的要求，提出相应的对策措施。

1.5 文献综述
目前学术界普遍认为，中国对农作物秸秆利用的现状还处于比较原始的层面，方式落后单一，极易造成环境污染，应当对其进行合理开发，高效利用［4，5］。

对农作物秸秆资源综合利用方面的研究较多［6］，但多以小麦、玉米和水稻秸秆为主，研究区域以东北、华北等大农业区域居多，对生态脆弱、经济落后地区如何合理利用马铃薯秸秆资源的研究并不多见。

定西市地貌比较复杂，中北部属黄土高原丘陵沟壑区，这一地貌类型面积约为142.07万hm2，占区域总面积的72.4%。

渭河干流沿岸河谷开阔，阶地发育，河
谷、川地、台地呈小范围块状分布，莲峰河、榜沙河等支流水系形成较大沟谷、河漫滩及阶地。

马铃薯种植大多分布于丘陵沟壑区，少部分分布于河谷、川地、台地。

土壤类型主要有灰钙土类、黄绵土类、黑垆土，马铃薯农田多为后两类土质。

考虑到即使同一种类的农作物，由于受生长区土壤肥力、日照、补水、田间管理等因素的影响很大，单位产量、果实水分含量、秸秆水分含量等会有较大的差异，所以选取3个具有典型代表性质的取样点:定西旱作农业马铃薯试验田(半干旱、川区、精细管理)、安定区白碌乡(干旱、丘陵沟壑区、粗放管理)和渭源县会川镇(阴湿区、
河谷区、半精细管理)。

随机选取1 m ×1 m农田样方测得试验数据。

2.1 数据获取与重要参数确定
2.1.1 草谷比即农作物秸秆产量同农作物产量之间的比例关系，是计算秸秆资源量的重要指标。

马铃薯作物草谷比的全国平均值为0.59［7］，考虑到气温、土壤、光照和降水对其生长存在的重要影响，因而不同类型区域的计算结果可能存在较大的差异。

为了更贴近研究区实际，在10月初马铃薯收获时节于上述取样点取马铃薯果实和茎杆(含根茎)，将其自然风干15 d后分别称重，取平均值，实测得马铃
薯果实水分系数(G)为0.72，马铃薯草谷比为0.69。

2.1.2 含碳率农作物含碳量取决于该作物含碳率的高低。

借鉴土壤中的碳含量测定原理，根据重铬酸钾在浓硫酸的作用下能将土壤中的含碳有机质转变为CO2，通
过计算重铬酸钾的剩余量，求出作物中有机质碳的浓度，然后计算出碳的含量。

同时参考国内学者罗怀良对四川中部丘陵区研究的成果，确定马铃薯作物植被碳储量系数为43.33［8］。

2.1.3 秸秆资源量估算取2008－2014年定西市统计公报数据，马铃薯作物种植
面积保持在18.67万hm2以上，年产量平均为58.5400万t。

2.2计算公式与结果
2.2.1 在已知作物产量的情况下，通过草谷比计算出作物秸秆产量
用公式表示为:
St=∑C·(1－G)·R(St为区域秸秆资源总量;C为该作物产量;G为该作物的果实水分系数;R为草谷比)=585 400 t×(1－0.72)× 0.69=113 100 t
即定西每年所产生的马铃薯秸秆资源的总量在11万t以上。

2.2.2 马铃薯作物的碳贮量是由作物秸秆总量和作物含碳率决定的
用公式表示为:
Sc=∑St·C=113 100 t×43.33% = 50 100 t
即定西马铃薯秸秆资源每年的碳贮量约为5 万t。

2.2.3 马铃薯农田生态系统植被的平均碳密度，反映其固碳能力
D=Sc/A(A为马铃薯种植面积)=50 100/ 186 667=0.27
即定西马铃薯农田生态系统植被的平均碳密度0.27 t·hm－2。

需要说明的是，这只是静态的计算结果。

由于该区域5/6左右的耕地不具备灌溉条件，马铃薯生产受自然降水影响较大，因此马铃薯秸秆资源总量的年度差异会较大，马铃薯作物植被的年度碳贮量也会有明显差异。

特别强调的是，马铃薯是甘肃定西的特色优势产业，目前正处于转型升级的关键时期，依据定西市十三五规划纲要，未来5年将全面落实马铃薯主食产品及产业开发战略，随着品种改良和种薯繁育技术的提高，马铃薯667 m2产量和总产量将会有较大的量变。

因此，上述3项计算结果将呈现出明显的增量趋势。

通过以上计算和分析，作为马铃薯主产区，甘肃定西具有较为丰富的马铃薯秸秆资源，具有一定的固碳能力，是当地农业生态系统的主要构成部分。

但该区域农业生产条件较差，十年九旱，雨养农业特征明显，抵御自然灾害能力较弱。

要采取必要措施改善农业生产的基础条件，发挥好马铃薯作物的固碳作用，增强马铃薯作物的固碳能力。

3.1 发展灌溉农业
目前甘肃省建国以来最大的水利工程引洮供水一期已实现通水，为发展农业生产创造了绝佳的历史机遇。

定西作为主要受水区，一定要加强“旱改灌”的力度，尽力扩大农田灌溉面积，确保实现稳产、高产，进而稳定农田植被的碳贮量。

3.2 加强农田整治
自1960年代起一直兴修梯田，梯田面积已接近总耕地的8成，数量提升的空间已经十分有限。

下一步应加强基本农田整治工作，对原有梯田拓宽、平整，使之适宜于机械耕作并能保耕保墒;利用水窖、水池进行雨水集蓄利用，对农作物适时补水，解决当地多发的“卡脖子旱”问题，增加农田收益，增强碳汇能力。

3.3 防止和减少土地撂荒
近些年受农产品价格持续低迷等诸多因素影响，农民从事农业生产的积极性不高，土地撂荒现象十分普遍。

应从爱惜耕地、用好耕地的角度加强教育引导，提高农民种地意识;通过组建农业生产互助合作组，解决因劳力不足、农机具缺乏引起的撂
荒问题;将耕地质量差、耕种困难的撂荒地进行退耕还林、草，用于发展林、牧业，也不失为改善农业生态的有效办法。

3.4 应用科学农业技术和加强田间管理
大力推广双垄沟播、少耕免耕技术，试行马铃薯与其他农作物间作、套作，农田冬闲时用作物秸秆覆盖，提高马铃薯作物产量，从而提高碳密度和增加碳贮量。

作为马铃薯生产的最主要副产品，当地对马铃薯秸秆资源是如何加以利用的?是否
做到了有效利用?这是问题的关键。

4.1 利用现状
通过实地调查走访，目前对马铃薯秸秆资源的利用主要有以下几种方式:一是作为
饲料使用。

在马铃薯收获前后将植物绿叶直接作为饲料喂养猪、羊、牛等牲畜，在收获后将秸秆晾晒风干后碾碎，用粉末作饲料。

经过牲畜过腹后形成粪便，变为肥料。

这是目前最为传统也是最为普遍的利用方式，使用量大致占到3成左右。

二
是作为薪柴使用。

风干后集中堆放，用于烧锅做饭和秋冬季烧土炕。

秸秆燃烧后变成草木灰，作为肥料使用。

这种使用方式在当地也很普遍，大约在2成左右。

随
着农民生活水平的提高，生活条件也随之改善，越来越多的农户用电、气、煤和太阳能烧水做饭，替代薪柴的趋势明显，秸秆更多地用作烧土炕。

三是作为新能源原料使用。

主要作为沼气原料，在沼气池中堆放发酵，转换成沼气能源供农户使用，残渣则作为有机肥还田。

受益于国家扶贫政策支持和农村清洁能源推广，当地8
成左右的农户已建起了沼气池，普及率较高。

目前存在的主要问题是多为小型沼气池，沼气产量小，在农户能源结构中的比重低，远未成为农户日常生活的主要能源;受制于当地寒凉的气候，秋冬季的产出量很小，可利用的时间短。

四是不加利用，直接焚烧，或丢弃在地头、地埂，形成废弃物。

可以看出，当地对马铃薯秸秆的利用，有符合循环经济和发展低碳农业要求的合理成分，也还存在着一些问题。

特别是直接焚烧和作为薪柴使用会产生大量植物浓烟，造成严重的CO2排放，直接丢弃也会造成资源浪费和环境污染。

4.2 有效利用对策
针对不合理的利用方式，应采取如下举措:
4.2.1 环保意识的培育与强化由于经济社会发展水平极其落后，当地农民受教育程度很低，致使其环境保护意识极其淡薄。

调查走访中，很少有人认为焚烧作物秸秆会造成环境污染，更不知道CO2的直接排放会造成“温室效应”，之所以焚烧和丢弃，更多的人认为是“没用”，甚至连作物秸秆是资源的观念都不具备，就更谈不上如何循环利用了。

因此，转变固有观念，培育和增强农民的环保意识才是治本之道。

基层政府除了运用常规的政策宣传渠道外，还可以运用推广农业实用技术的途径和模式，加强教育和宣传力度，使环保理念根植于心。

4.2.2 激励与惩治措施并举从资源有效利用的角度，倡导农民在自家田间地头开挖沤肥池，将作物秸秆化为有机肥料使用，既使秸秆得以有效利用，同时相应减少了
化肥用量;将作物秸秆的无害化处理纳入农村环境整治工程，通过项目建设，建成
一批专门的秸秆处理点，进行粉碎后集中处理;通过农机补贴等政策对购买秸秆处
理设备的农户进行补贴和奖励;对不听劝告，随意焚烧作物秸秆的农户和个人，除
批评教育外，还可以通过扣减退耕还林款和粮食直补款、罚款、采取行政强制措施等手段进行处罚，起到警示警诫作用。

4.2.3 拓展有效利用的空间马铃薯秸秆和其他农作物秸秆相比较，存在一定的劣势，不像小麦秸秆可以作为造纸等工业的原料，不像玉米秸秆可以进行批量青贮而成为动物的复合饲料，这在一定程度上限制了其用途。

结合当地实际，要尽力提高其利用程度。

①可作为中药材育苗的辅助材料发挥作用，在作物出苗前覆盖农田，能起到保温、保墒、防霜冻的作用，缓解当地水分蒸发量大、春旱等对农业生产带来的不利影响。

②改进沼气生产技术，增加秸秆用量。

可采取扩建沼气池容量、增加沼气池数量的办法以提高沼气产量，在池上搭建塑料棚，充分发挥当地冬季日照强的优势，利用太阳能热转换增加池内温度等方法解决冬季低温对沼气生产的不利影响，使更多的秸秆资源转化为清洁能源。

③随着当地草食畜牧业的兴起，饲料需求量大幅增长，应改变马铃薯秸秆作为饲料的单一、粗放的利用形式，通过微发酵、合理添加有效成分等技术手段增加饲料营养，提高利用效率。

通过以上措施，逐步实现马铃薯生产的低污染、低排放和高效率。

【相关文献】
［1］世界银行组织.中国碳排放量位居全球第一［N］.澎湃新闻网，2014－09－23.
［2］中美气候变化联合声明［N］.新华网，2014－11 －12.
［3］定西市统计局.2014年定西市国民经济和社会发展统计公报［N］.定西日报，2015－04－
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［4］毕于运，王道龙，高春雨，等.中国秸秆资源评价与利用［M］.北京:中国农业科学技术出版社，2008，1-145.
［5］曹稳根，高贵珍，方雪梅，等.我国农作物秸秆资源及其利用现状［J］.宿州学院学报，2007，
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