农作物秸秆中蕴藏着巨大的养分,是重要的能源和资源。中国是农业大国,农作物秸秆资源非常丰富,每年农作物秸秆产量可达8亿吨左右。但是,长期以来,作为农业副产品存在大量丢弃和焚烧问题,这会污染环境,影响人类健康,同时导致资源巨大浪费。合理开发利用秸秆资源,既有利于消减环境污染又有利于农业生产系统的可持续发展。因此,研究分析中国农作物秸秆资源总量、分布和资源潜力等基本现状问题对实现秸秆资源化利用具有重要意义。
本研究针对农作物秸秆资源数量估算、空间分布和能源化潜力评估的问题,以全国342个地级市、23种农作物秸秆及约69000个产量统计数据,以及2123个秸秆草谷比数据为基础,利用蒙特卡洛方法估算我国秸秆资源总量,并分析其不确定性；基于全国高分辨率耕地数据与GIS技术相结合对秸秆资源的空间分布进行模拟,生成国家尺度1kmxl km高空间分辨率精度秸秆资源数据集；同时,运用灰色预测法评估秸秆资源的资源潜力,并在此基础上对秸秆综合利用提出相关建议。具体研究结论如下：
(1)从1949-2009年,我国秸秆资源总量增加了4倍,从157Mt增长到802Mt；2009年,秸秆资源总量估算结果的平均值为802Mt,其中95%CI为679-947Mt；与以往十项采用单一农作物草谷比系数的研究结果相比,基于蒙特卡洛方法估算的秸秆资源不确定性结果更为客观。
(2)从农作物秸秆结构看,水稻、小麦和玉米是秸秆资源主要组成部分,三类农作物秸秆量分别为224Mt (27.96%),219Mt (27.29%)和155Mt(19.32%),其他农作物秸秆共204Mt；从1949-2009年,秸秆资源结构发生巨大变化,其中水稻秸秆比重下降了11.58%,玉米和小麦秸秆比例分别增加了16.84%和7.43%；粮食作物秸秆与时间具有较好的线性拟合关系(R2>0.9)；我国秸秆资源空间分布不均匀,1km分辨率像元上秸秆在像素水平上的农作物秸秆密度有很大的空间差异,单位秸秆平均密度值为228t·km-2,标准偏差为238t·km-2,变化值从1t到4065t。
(3)建立的秸秆资源量、人均秸秆占有量和单位耕地面积秸秆资源占有量灰色预测模型收敛效果较好,三个资源评价指标预算模型的相关系数分别为0.625,0.529和0.720；从能源利用的技术潜力看,压缩成型燃烧技术和气化供热技术的能源转化潜力巨大,前者转化效率为60.405%,可节约1.949×108t标煤,后者转化效率为58.289%,可节约1.870×108t标煤。
