中国人口·资源与环境 2007年 第17卷 第5期 CHINAPOPULATION,RESOURCESANDENVIRONMENT Vol.17 No.5 2007
生物质能源材料———主要农作物秸秆产量潜力分析
丁文斌 王雅鹏 徐 勇
1
1
2
(1.华中农业大学经济管理学院,湖北武汉430070;2.湖北工业大学经济与政法学院,湖北武汉430068)
＊
摘要 分析了我国能源消费趋势,指出农作物秸秆作为生物质能源材料的一个重要组成部分,具有可再生性、可储藏性和可替代性、资源丰富、二氧化碳零排放的优良特性,发展生物质能源有助于缓解我国能源消费压力。通过设定部分调整模型,分析农作物秸秆产量的潜力,探索了中国农作物秸秆产量的变化规律及其发展趋势。运用灰色关联分析,从农业生产要素投入的角度,分析农作物秸秆总产量与粮食总产量之间的长期关系,指出科技进步和农业结构调整有利于为生物质能源的发展提供更多原材料,有利于促进中国能源消费结构的优化。
关键词 生物质能源;农作物秸秆;部分调整模型;灰色关联分析
中图分类号 P968 文献标识码 A 文章编号 1002-2104(2007)05-0084-06
20世纪80年代以来,石化能源价格的不断上涨,同时无节制地开采使地下资源贮量迅速下降,并且大量使用造成了严重的全球性环境问题。据美国能源部和世界能源理事会预测,全球石化类能源的可开采年限分别为石油39年,天然气60年,煤211年,而其分布主要在美国、加拿大、俄罗斯和中东地区[1]。自1993年我国由石油净出口国转变为净进口国以来,石油进口量逐年上升,目前对石油进口依赖度已超过1/3,2005年进口依存度已达
[2][3]42.9%,预计2010年我国石油进口依存度将达50%,[4]2020年将超过60%。其中进口石油中约80%的石油通
中占14%,至今,世界上仍有15亿以上的人口以生物质作为生活能源[6]。杜祥琬[7]2006年预测,可再生性能源到2010年将占到我国能源利用总量的5%到8%,到2020争取能达到10%到15%,在这些可再生性能源中,生物质能源是最有产业化、规模化前景的可再生性能源。因此发展可再生性能源———生物质能源,对于缓解我国能源消费压力,促进国民经济的发展,对于保护生态环境,具有重大意义。
为促进我国生物质能源的发展,国家财政部正在研究建立成本分摊机制与风险分摊机制的财税扶持政策,具体内容包括弹性亏损补贴、原料基地补助、示范补助、税收优惠
[8]
过马六甲海峡,90%需要外籍油轮运输[5]。随着我国经济建设的快速发展,石油消耗也很大。1991-2004年,中国的石油消费量从1.18亿t增长到2.9亿t,年均增长幅度达7%以上。2002年中国超过日本,成为仅次于美国的世界第二大石油消费国。伴随经济建设快速发展的高能耗,面对我国石油的相对匮乏,有专家测算,我国石油稳定供给不会超过20年,很可能在我们实现“全面小康”的2020年,就是石油供给丧失平衡的“拐点年”。
面对能源短缺的制约,一条可选择的途径便是发展生物质能源。生物质能是人类赖以生存的重要能源,是人类利用最早、最多、最直接的能源,目前仅次于煤炭、石油、天然气而居世界能源消费总量第四位,在世界能源总消费量
收稿日期:2007-04-19
作者简介:丁文斌,博士研究生,研究方向为区域经济,生物质能源。
。生物质能源主要是指利用农作物秸秆、甘蔗、玉米、
小麦、甜菜、木薯、马铃薯、棉籽、菜籽、林灌木等农林产品,以及畜牧业生产废弃物等提取的能源。
农作物秸秆作为生物质能源材料中的一种,具有广阔的来源。由于农作物秸秆来源于农作物产品,而农作物与农民生活息息相关,也与国家粮食安全息息相关。在这种背景下,研究主要农作物秸秆的蕴含量,有利于开发农作物秸秆高效利用,促进生物质能源的规模化、产业化发展。
1 研究背景
目前,国内对于生物质能源的研究主要从技术利用,
＊国家自然科学基金项目:粮食安全目标下我国粮食生产、流通与储备协调机制研究(编号:70673027)。武汉市生物质能开发利用支撑体系构建研究(编号:[1**********]-02)资助。
丁文斌等:生物质能源材料———主要农作物秸秆产量潜力分析
包括生物质气化、液化、致密成型、秸秆发电(马晓茜、何军飞等,2006;贾小黎,丁航,2006;吴祖林、刘静,2005;周肇秋,马隆龙等,2004);技术标准建设(刘军利,蒋剑春,2006)、国际开发利用扶持政策(国家发改委能源局,2005;国家林业局能源办,2006;郑畹,2006;蒋剑春、应浩等,2006;曾麟、王革华,2005;陈晓夫,王飞,2005;刘继芬,2005)进行分析。对农作物秸秆的研究也是基于此,如稻壳气化燃烧发电、秸秆直接燃烧发电(贾小黎,丁航,2006;周肇秋,马隆龙等,2004)。
农作物秸秆作为重要的生物质能源材料之一,在中国具有广阔的来源。面对当前农业结构调整、农村经济改革发展,在保障国家粮食安全的情况下,面对农民根据比较效益自发选择经济作物,由此出现“压粮扩经”的现象。而农业结构调整在一定时期内仍然是促进农村发展,农民增收的一个方向(林毅夫,2003;
黄季
,2004;王雅鹏,2005)。
因此,正确认识粮食总产量与农作物秸秆总产量之间的变化趋势及它们之间的长期关系,有利于促进农村秸秆资源的开发利用,优化农村能源结构,改善农村居民生活水平。
这个比例小于1。将调整机制转化形式可得:
Yt=δY＊(1-δ)Yt-1t+
将(1)式代入变化形式后的调整机制中,得:Yt=δβ0+δβ1Xt+(1-δ)Yt-1+δμt
(4)
由此得到估计农作物秸秆产量的部分调整模型。其中(1)为农作物秸秆产量的长期产量函数,(4)为短期估计函数。长期估计函数同短期估计函数之间的转化通过δ完成。
(3)
3 计量分析
主要粮食作物选取稻谷、小麦、玉米、豆类、薯类、油料、棉花、甘薯,数据为1991-2004年各作物产量,数据来自《中国统计年鉴2005》。
农作物秸秆产量Yt=∑xi,tKi,其中t=1991-2004,i∈{稻谷、小麦、玉米、豆类、薯类、油料、棉花、甘薯},xi,t为t年对应作物的产量,Ki为对于作物的草谷比(李十中,生物质能源材料,中国新材料产业发展报告(2005),2005。引自:科技部星火计划“农作物秸秆合理利用途径研究报告”)。通过SAS分析,可得:
Yt=-9.78.32+0.879Xt+0.299Yt-1 (4.93) (2.22)P
由此可知,短期边际产量倾向MPY为0.879,调节系数为0.701,长期边际产量倾向为1.26。对长期消费倾向而言,粮食总产量每增加1t,主要农作物秸秆总产量则增加1.26t。调节系数为0.701表明,主要农作物秸秆产量同其理想产量水平的调整程度为70%,尚有30%的潜力有待挖掘。
要发挥农作物秸秆产量的理想水平,就需要找出其制约因素。作为农作物的附属产量,农作物秸秆农粮食作物质间有一定的相关性,但又有所不同。对比分析影响粮食产量和影响农作物秸秆产量的农业物质投入要素,有利于分析出二者间的异同。选取农业物质投入要素农村劳动力、有效灌溉面积、耕地面积、粮食播种面积、农村用电量、农用化肥施用量、农药用量、农业机械总动力及粮食单产等9个变量,变通过粮食总产与农作物秸秆总产量与各要素进行灰色关联的对比分析。数据取自1993-2004《中国农业年鉴》和《中国统计年鉴2005》。
在粮食总产量同各要素的灰色关联分析中,取分辨系数为0.5,关联系数计算公式为:
εK)oi( x′k)-x′k) +1.0656
0(i(
2
∧
2 基本假设与模型的设定
2.1 基本假设
农作物秸秆产量同农作物产量呈一固定比例关系,比例关系为草谷比(k),其中草谷比值为常数;
农作物秸秆产量变化服从农作物产量的变化规律。2.2 模型的设定
假定理想的农作物秸秆产量是粮食作物产量的如下线性函数:
＊
Yt=β0+β1Xt+μt
(1)
(在μt满足经典线性回归模型假设的情况下,部分调整模型中的干扰项,υμ≤1,则vt也能满足经典t=δt,0
由于理想的资本水平不可直接观测,按照尼洛夫(Nerlove,1958)提出的部分调整假设:
Yt-Yt-1=δ(Yt-Yt-1)
＊
(2)
其中,调整系数δ为0
由于农作物大田种植,受自然气候环境、人的经验管理水平影响等的影响(即便是在农民经验管理水平较高的情况下,可能由于农作物种植效益偏低,投入产出低下,农民不愿意投入很多人力、物力来精心管理作物,由此导致生产的粗放化。),实际变化只能是理想变化的一个比例,
中国人口·资源与环境 2007年 第5期
表1 我国主要农作物产量表
Tab.1 Maincorpsproduction
项目草谷比[***********][***********][***********]04
稻谷0.95218381.318622.217751.417593.318522.619510.320073.519871.319848.718790.817758.017453.916065.517908.9
小麦1.2809595.310158.710639.09929.710220.711056.912328.910972.611388.09963.69387.39029.08648.89195.2
玉米1.2479877.39538.310270.49927.511198.612747.110430.913295.412808.610600.011408.812130.811583.013028.7
豆类1.5001247.11252.01950.42095.61787.51790.31875.52000.61894.02010.02052.82241.22127.52232.1
薯类0.5002715.92844.23181.13025.43262.63536.03192.33604.23640.63685.23563.13665.93513.33557.7
油料2.2121638.31641.21803.91989.62250.32210.62157.42313.92601.22954.82864.92897.22811.03065.0
棉花3.136567.5450.8373.9434.1476.8420.3460.3450.1382.9441.7532.4491.6486.0632.4
甘薯0.1006789.87301.16419.46092.76542.06818.77889.78343.87470.36828.07566.39010.79023.58984.9
(单位:万t)
粮食总产量
43529.044265.845648.844510.146661.850453.549417.151229.550838.646217.545263.745705.843069.546946.9
资料来源:主要农作物产量来自中国统计年鉴2005,草谷比来自科技部星火计划“农作物秸秆合理利用途径研究报告”。
表2 粮食总产量与各投入要素的关联系数
Tab.2 Correlativecoefficientoffoodtotalproductiontoinputelements
年份
粮食
产量(kg/hm2)
1
0.9921010.9963040.9815360.9786530.9704520.9761270.9824710.9626370.9436520.9101750.921973
农村劳动
力(万人)
有效灌
溉面积(103hm2)
1
0.9765520.9899330.9372660.9717060.9560050.9790810.9204830.8974570.9031790.8659220.922454
耕地
面积(103hm2)
1
0.9789570.9783980.8026270.7897460.8155890.8130740.7602650.7525460.7674270.7509220.758673
粮食播
种面积(103hm2)
1
0.9933220.9759530.9246740.9460160.9200530.9223610.9717540.9711610.9457390.9604030.907199
农村用
电量(亿kW)
1
0.8360270.775820.7522350.67710.6403030.6275910.533250.4907320.4315680.3700030.333333
农用化
肥施用量(万t)
1
0.9321080.9003170.9070290.855210.8600580.8454250.7785610.7484980.7394230.700230.749571
农药用量
(万t)
农业机械
总动力(万kW)
1
0.9242250.9041160.9093040.8174180.7810920.7142650.6247780.5893370.5652660.5274990.519903
[***********][***********][1**********]4
1
0.9691470.9958610.9286020.9603430.9358260.9517450.9372830.9156070.9179360.8672890.850816
1
0.8627630.80040.8120390.7617190.7594730.7018470.6788340.6724210.6582340.6297740.634524
丁文斌等:生物质能源材料———主要农作物秸秆产量潜力分析
在农作物秸秆总产量同各要素的灰色关联分析中,取分辨系数为0.5,关联系数计算公式为:
εK)oi( x′k)-x′k)+1.02190(i(
依据灰色关联分析计算关联度,即求对应的关联系数的算术平均值,得到关联分析对照表,见表4。
由粮食总产量与农作物秸秆同各物质要素投入关联度对照表可以看出,影响粮食总产量和主要农作物秸秆产
表3 农作物秸秆总产量与各投入要素的关联系数
Tab.3 Correlativecoefficientofcropstrawproductiontoinputelements
年份
粮食
产量(kg/hm2)
1
0.9981090.9808110.9690800.9566280.9441000.9406050.9649960.9757770.9959870.9672800.997197
农村劳
动力(万人)
1
0.9775190.9729840.9153620.9383920.9099470.9170010.9853240.9701070.9737780.9170300.911247
有效灌
溉面积(103hm2)
1
0.9853770.9670840.9241430.9497070.9298470.9434650.9659990.9489070.9564920.9154370.997784
耕地
面积(103hm2)
1
0.987930.9556080.8037790.7968080.8276050.8318930.7849760.7827340.8001850.7832160.802411
粮食播
种面积(103hm2)
1
0.9968230.9531760.9113830.9241320.8944010.8885620.9215010.9121930.8880070.8992240.838856
农村用
电量(亿kW)
1
0.8373000.7825510.7512290.6781210.6417260.6324720.5382690.4958330.4334430.3695030.333333
农用化肥
施用量(万t)
1
0.9383050.9157360.9135860.8665940.8755020.8673000.8053520.7781700.7685400.7260520.791807
农药
用量(万t)
1
0.8653020.8086710.8136270.7671130.7675950.7115840.6951940.6931550.6779180.6477080.659998
农业机械
总动力(万kW)
1
0.9299790.9198350.9159930.8262340.7906570.7249080.6363970.6019400.5761560.5362150.532638
[***********][***********][1**********]4
表4 粮食总产量与农作物秸秆同各物质要素
投入关联度对照表
Tal.4 Correlativecoefficientcomparingoffoodandcropstrawtotal
productiontoinputelements
粮食产量
项目
关联度
粮食单产农村劳动力有效灌溉面积耕地面积粮食播种面积农村用电量
0.9680070.9358710.9433370.8306850.9532200.622330
关联序
143629578
关联度0.9742140.9490580.9570200.8464290.9190220.6244820.8539120.7589890.749246
关联序132649578
秸秆产量
由前五位要素粮食单产、有效灌溉面积、农村劳动力、农村化肥施用量、农药用量对主要农作物产量及对粮食产量的影响程度可知,随着科技水平的提高、科技推广程度的扩大、农村劳动力水平的提高,农作物秸秆的产量增长程度会快于粮食产量的增长程度。从图1中也可以看出,主要农作物秸秆产量与粮食总产量之间的差值呈增长趋势,这也说明了主要农作物秸秆产量的增长速度快于粮食产量的增长速度
。
农用化肥施用量0.834702
农药用量
0.747669
农业机械总动力0.739767
量的因素有较大的相似性。关联序排第一位及第五、六、七、八、九位的要素相同。这些要素中,农用化肥施用量、耕地面积、农药用量、农业机械总动力、农村用电量六要素对农作物生产的作用很大,影响二者的产量次序相同。而对有效灌溉面积、农村劳动力二要素对农作物秸秆产量的影响程度比对粮食生产的影响程度要大。
图1 我国主要农作物秸秆产量及粮食总产量
变化趋势图
Fig.1 Changingtrendofmaincropstrawproduction
andfoodtotalproduction
中国人口·资源与环境 2007年 第5期
究其原因,主要有以下几点:
(1)农作物比较效益的低下,“压粮扩经”行为促使。在我国改革开发过程中,市场经济的观念逐渐深入人心。农民逐渐根据市场价格进行农业生产安排。在比较效益原则下,追求利益最大化,获得更大的预期收益,农民更愿意种植比较效益更高的经济作物,而非粮食作物,导致“压粮扩经”的行为产生。
(2)农业结构调整促使。自20世纪90年代以来,我国农业和农村经济发展的背景产生了诸多变化。主要由过去的农产品供求短缺专向了过剩,结构问题日趋突出,农民增收缓慢,增收困难,且城乡差距、工农差距在扩大。另一个背景就是加入WTO,资源利用和生产经营面临着国际市场的竞争,是农业发展受到挑战,农民增收受到挑战。在此背景下,通过结构调整,旨在提高农产品质量、效益和竞争力,提高农民收入。在调整过程中,种植业结构朝经济效益高的经济作物方向发展,促进了粮食总产量的增长速度慢于主要农作物秸秆产量增长速度。
(3)资源利用效率优先原则促使。早在1987年,诺贝尔经济学奖获得者舒尔茨在其《改造传统农业》一书中便提出了著名的农民理性假说,即“在传统农业中,生产要素配置效率低下的情况是比较少见的”[9]。随着农村改革使农民基本摆脱温饱开始向小康迈进,农民的需求层次也有生理需求向其他需求满足过渡,农民不仅仅是追求利益最大化,还追求既得收益下付出的最小化。由此导致了农民对农业物质资源、家庭劳动力资源配置的调整。在种植业内部,农民的理性行为促进了物质资源、家庭人力资源的配置遵循资源利用效率优先原则,投入到了非粮食作物中,促进了非粮作物的增长。
(4)科技进步的结果。建国以来,我国一直对粮食作物进行着科研,以提高粮食产量。目前粮食单产的水平已经在一个较高的水平上,相对其他非粮食作物而言,近年来粮食作物单产的增长水平低于经济作物如棉花、油菜籽、甘蔗(表5),由此导致主要农作物秸秆总产量增长率高于粮食总产量的增长速度。
表5 谷物、棉花、油菜籽、甘蔗增长率三次移动平均值
Tab.5 Thriceshiftaveragevalueofincreasingratioofcorn,cotton,rapeseed,sugarcane
年份[***********][***********]20032004
谷物
单产[***********][***********]48735187
三次移动
—4684.334791.674889.674906.674883.674832.674812.674852.674981.67
—
增长
率(%)
——2.292.050.35-0.47-1.04-0.410.832.66—6.25
棉花
单产[***********][***********]1111
三次移动
—851.33931.33974.671020.671043.331076.001125.001077.671079.00
—
增长油菜籽
率(%)单产
——9.404.654.722.223.134.55-4.210.12—24.59
[***********][***********]15821813
三次
移动
—1359.331420.331372.331406.671420.001528.331531.001552.001624.00
—
增长
率(%)
——4.49-3.382.500.957.630.171.374.64—18.37
甘蔗
单产[***********][***********][***********]9
(单位:kg/hm2)三次移动— 57425.6758254.6758726.0059015.3358171.3358529.6760971.3363103.6764628.33
—
增长
率(%) ——1.440.810.49-1.430.624.173.502.42—12.02
累积增长率
资料来源:中国统计年鉴2005。
4 结束语
生物质能源作为可再生能源,具有许多优良特性如可再生性、可储藏性和可替代性、资源丰富、二氧化碳零排放[10]。面对当前国内能源消费压力,积极开发生物质能源是一条适宜的可选途径,即有利于缓解当前能源消费压力,又可在当前新农村建设中,提高农村地区对生物质的利用效率,减轻农村地区同城市对能源的竞争性压力,促
进“生产发展、村容整洁”,提高人民生活水平。因此,积极开展生物质能源的相关研究,意义重大。农作物秸秆作为生物质能源的一个重要组成部分,蕴含量大,资源丰富又可持续供给。随着我国农村改革的深入,结构调整的深化、科技水平的提高、农民经营管理水平的提高,生物质能源的含量会进步提高,积极探索出一条合适的秸秆转化为能源的利用方式,将对国家能源消费、农村地区能源消费、农民生活产生深远影响。
(编辑:温武军)
丁文斌等:生物质能源材料———主要农作物秸秆产量潜力分析参考文献(References)
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Bio-EnergyMaterial:PotentialProductionAnalysisonthePrimaryCropStraw
DINGWen-bin1 WANGYa-peng1 XUYong2
(1.CollegeofEconomicManagement,HuazhongAgriculturalUniversity,WuhanHubei430070,China;2.SchoolofEconomicsandPolitics&law,HubeiUniversityofTechnology,WuhanHubei430068,China)
Abstract Thepaperaralyzedenergyconsumptiontrend,andpointsoutthatasoneoftheimportantcomponentsofthebio-energymaterial,withtheadvantageofrenewable,storablesubstitutive,abundant,carbon-neutral,aftertransformedtoenergy,cropstrawwillreduceChina'senergyconsumptionpressure.Byusingpartialadjustmentmodel,thepaperanalyzesgreycorrelationanalysismethodexplorescropstrawproductionpotential,theruleanddevelopingtrendofcropstrawproduction,andthelongrelationshipbetweencropstrawandfoodproduction.Finally,itrevealsthattechnologyimprovementandagriculturestructureadjustmentcanconducetoproducemoreenergymaterialandmakeChina'senergyconsumptionstructuralmorereasonable.
Keywords bio-energy;cropstraw;partialadjustmentmodel;greycorrelationanalysis
中国人口·资源与环境 2007年 第17卷 第5期 CHINAPOPULATION,RESOURCESANDENVIRONMENT Vol.17 No.5 2007
生物质能源材料———主要农作物秸秆产量潜力分析
丁文斌 王雅鹏 徐 勇
1
1
2
(1.华中农业大学经济管理学院,湖北武汉430070;2.湖北工业大学经济与政法学院,湖北武汉430068)
＊
摘要 分析了我国能源消费趋势,指出农作物秸秆作为生物质能源材料的一个重要组成部分,具有可再生性、可储藏性和可替代性、资源丰富、二氧化碳零排放的优良特性,发展生物质能源有助于缓解我国能源消费压力。通过设定部分调整模型,分析农作物秸秆产量的潜力,探索了中国农作物秸秆产量的变化规律及其发展趋势。运用灰色关联分析,从农业生产要素投入的角度,分析农作物秸秆总产量与粮食总产量之间的长期关系,指出科技进步和农业结构调整有利于为生物质能源的发展提供更多原材料,有利于促进中国能源消费结构的优化。
关键词 生物质能源;农作物秸秆;部分调整模型;灰色关联分析
中图分类号 P968 文献标识码 A 文章编号 1002-2104(2007)05-0084-06
20世纪80年代以来,石化能源价格的不断上涨,同时无节制地开采使地下资源贮量迅速下降,并且大量使用造成了严重的全球性环境问题。据美国能源部和世界能源理事会预测,全球石化类能源的可开采年限分别为石油39年,天然气60年,煤211年,而其分布主要在美国、加拿大、俄罗斯和中东地区[1]。自1993年我国由石油净出口国转变为净进口国以来,石油进口量逐年上升,目前对石油进口依赖度已超过1/3,2005年进口依存度已达
[2][3]42.9%,预计2010年我国石油进口依存度将达50%,[4]2020年将超过60%。其中进口石油中约80%的石油通
中占14%,至今,世界上仍有15亿以上的人口以生物质作为生活能源[6]。杜祥琬[7]2006年预测,可再生性能源到2010年将占到我国能源利用总量的5%到8%,到2020争取能达到10%到15%,在这些可再生性能源中,生物质能源是最有产业化、规模化前景的可再生性能源。因此发展可再生性能源———生物质能源,对于缓解我国能源消费压力,促进国民经济的发展,对于保护生态环境,具有重大意义。
为促进我国生物质能源的发展,国家财政部正在研究建立成本分摊机制与风险分摊机制的财税扶持政策,具体内容包括弹性亏损补贴、原料基地补助、示范补助、税收优惠
[8]
过马六甲海峡,90%需要外籍油轮运输[5]。随着我国经济建设的快速发展,石油消耗也很大。1991-2004年,中国的石油消费量从1.18亿t增长到2.9亿t,年均增长幅度达7%以上。2002年中国超过日本,成为仅次于美国的世界第二大石油消费国。伴随经济建设快速发展的高能耗,面对我国石油的相对匮乏,有专家测算,我国石油稳定供给不会超过20年,很可能在我们实现“全面小康”的2020年,就是石油供给丧失平衡的“拐点年”。
面对能源短缺的制约,一条可选择的途径便是发展生物质能源。生物质能是人类赖以生存的重要能源,是人类利用最早、最多、最直接的能源,目前仅次于煤炭、石油、天然气而居世界能源消费总量第四位,在世界能源总消费量
收稿日期:2007-04-19
作者简介:丁文斌,博士研究生,研究方向为区域经济,生物质能源。
。生物质能源主要是指利用农作物秸秆、甘蔗、玉米、
小麦、甜菜、木薯、马铃薯、棉籽、菜籽、林灌木等农林产品,以及畜牧业生产废弃物等提取的能源。
农作物秸秆作为生物质能源材料中的一种,具有广阔的来源。由于农作物秸秆来源于农作物产品,而农作物与农民生活息息相关,也与国家粮食安全息息相关。在这种背景下,研究主要农作物秸秆的蕴含量,有利于开发农作物秸秆高效利用,促进生物质能源的规模化、产业化发展。
1 研究背景
目前,国内对于生物质能源的研究主要从技术利用,
＊国家自然科学基金项目:粮食安全目标下我国粮食生产、流通与储备协调机制研究(编号:70673027)。武汉市生物质能开发利用支撑体系构建研究(编号:[1**********]-02)资助。
丁文斌等:生物质能源材料———主要农作物秸秆产量潜力分析
包括生物质气化、液化、致密成型、秸秆发电(马晓茜、何军飞等,2006;贾小黎,丁航,2006;吴祖林、刘静,2005;周肇秋,马隆龙等,2004);技术标准建设(刘军利,蒋剑春,2006)、国际开发利用扶持政策(国家发改委能源局,2005;国家林业局能源办,2006;郑畹,2006;蒋剑春、应浩等,2006;曾麟、王革华,2005;陈晓夫,王飞,2005;刘继芬,2005)进行分析。对农作物秸秆的研究也是基于此,如稻壳气化燃烧发电、秸秆直接燃烧发电(贾小黎,丁航,2006;周肇秋,马隆龙等,2004)。
农作物秸秆作为重要的生物质能源材料之一,在中国具有广阔的来源。面对当前农业结构调整、农村经济改革发展,在保障国家粮食安全的情况下,面对农民根据比较效益自发选择经济作物,由此出现“压粮扩经”的现象。而农业结构调整在一定时期内仍然是促进农村发展,农民增收的一个方向(林毅夫,2003;
黄季
,2004;王雅鹏,2005)。
因此,正确认识粮食总产量与农作物秸秆总产量之间的变化趋势及它们之间的长期关系,有利于促进农村秸秆资源的开发利用,优化农村能源结构,改善农村居民生活水平。
这个比例小于1。将调整机制转化形式可得:
Yt=δY＊(1-δ)Yt-1t+
将(1)式代入变化形式后的调整机制中,得:Yt=δβ0+δβ1Xt+(1-δ)Yt-1+δμt
(4)
由此得到估计农作物秸秆产量的部分调整模型。其中(1)为农作物秸秆产量的长期产量函数,(4)为短期估计函数。长期估计函数同短期估计函数之间的转化通过δ完成。
(3)
3 计量分析
主要粮食作物选取稻谷、小麦、玉米、豆类、薯类、油料、棉花、甘薯,数据为1991-2004年各作物产量,数据来自《中国统计年鉴2005》。
农作物秸秆产量Yt=∑xi,tKi,其中t=1991-2004,i∈{稻谷、小麦、玉米、豆类、薯类、油料、棉花、甘薯},xi,t为t年对应作物的产量,Ki为对于作物的草谷比(李十中,生物质能源材料,中国新材料产业发展报告(2005),2005。引自:科技部星火计划“农作物秸秆合理利用途径研究报告”)。通过SAS分析,可得:
Yt=-9.78.32+0.879Xt+0.299Yt-1 (4.93) (2.22)P
由此可知,短期边际产量倾向MPY为0.879,调节系数为0.701,长期边际产量倾向为1.26。对长期消费倾向而言,粮食总产量每增加1t,主要农作物秸秆总产量则增加1.26t。调节系数为0.701表明,主要农作物秸秆产量同其理想产量水平的调整程度为70%,尚有30%的潜力有待挖掘。
要发挥农作物秸秆产量的理想水平,就需要找出其制约因素。作为农作物的附属产量,农作物秸秆农粮食作物质间有一定的相关性,但又有所不同。对比分析影响粮食产量和影响农作物秸秆产量的农业物质投入要素,有利于分析出二者间的异同。选取农业物质投入要素农村劳动力、有效灌溉面积、耕地面积、粮食播种面积、农村用电量、农用化肥施用量、农药用量、农业机械总动力及粮食单产等9个变量,变通过粮食总产与农作物秸秆总产量与各要素进行灰色关联的对比分析。数据取自1993-2004《中国农业年鉴》和《中国统计年鉴2005》。
在粮食总产量同各要素的灰色关联分析中,取分辨系数为0.5,关联系数计算公式为:
εK)oi( x′k)-x′k) +1.0656
0(i(
2
∧
2 基本假设与模型的设定
2.1 基本假设
农作物秸秆产量同农作物产量呈一固定比例关系,比例关系为草谷比(k),其中草谷比值为常数;
农作物秸秆产量变化服从农作物产量的变化规律。2.2 模型的设定
假定理想的农作物秸秆产量是粮食作物产量的如下线性函数:
＊
Yt=β0+β1Xt+μt
(1)
(在μt满足经典线性回归模型假设的情况下,部分调整模型中的干扰项,υμ≤1,则vt也能满足经典t=δt,0
由于理想的资本水平不可直接观测,按照尼洛夫(Nerlove,1958)提出的部分调整假设:
Yt-Yt-1=δ(Yt-Yt-1)
＊
(2)
其中,调整系数δ为0
由于农作物大田种植,受自然气候环境、人的经验管理水平影响等的影响(即便是在农民经验管理水平较高的情况下,可能由于农作物种植效益偏低,投入产出低下,农民不愿意投入很多人力、物力来精心管理作物,由此导致生产的粗放化。),实际变化只能是理想变化的一个比例,
中国人口·资源与环境 2007年 第5期
表1 我国主要农作物产量表
Tab.1 Maincorpsproduction
项目草谷比[***********][***********][***********]04
稻谷0.95218381.318622.217751.417593.318522.619510.320073.519871.319848.718790.817758.017453.916065.517908.9
小麦1.2809595.310158.710639.09929.710220.711056.912328.910972.611388.09963.69387.39029.08648.89195.2
玉米1.2479877.39538.310270.49927.511198.612747.110430.913295.412808.610600.011408.812130.811583.013028.7
豆类1.5001247.11252.01950.42095.61787.51790.31875.52000.61894.02010.02052.82241.22127.52232.1
薯类0.5002715.92844.23181.13025.43262.63536.03192.33604.23640.63685.23563.13665.93513.33557.7
油料2.2121638.31641.21803.91989.62250.32210.62157.42313.92601.22954.82864.92897.22811.03065.0
棉花3.136567.5450.8373.9434.1476.8420.3460.3450.1382.9441.7532.4491.6486.0632.4
甘薯0.1006789.87301.16419.46092.76542.06818.77889.78343.87470.36828.07566.39010.79023.58984.9
(单位:万t)
粮食总产量
43529.044265.845648.844510.146661.850453.549417.151229.550838.646217.545263.745705.843069.546946.9
资料来源:主要农作物产量来自中国统计年鉴2005,草谷比来自科技部星火计划“农作物秸秆合理利用途径研究报告”。
表2 粮食总产量与各投入要素的关联系数
Tab.2 Correlativecoefficientoffoodtotalproductiontoinputelements
年份
粮食
产量(kg/hm2)
1
0.9921010.9963040.9815360.9786530.9704520.9761270.9824710.9626370.9436520.9101750.921973
农村劳动
力(万人)
有效灌
溉面积(103hm2)
1
0.9765520.9899330.9372660.9717060.9560050.9790810.9204830.8974570.9031790.8659220.922454
耕地
面积(103hm2)
1
0.9789570.9783980.8026270.7897460.8155890.8130740.7602650.7525460.7674270.7509220.758673
粮食播
种面积(103hm2)
1
0.9933220.9759530.9246740.9460160.9200530.9223610.9717540.9711610.9457390.9604030.907199
农村用
电量(亿kW)
1
0.8360270.775820.7522350.67710.6403030.6275910.533250.4907320.4315680.3700030.333333
农用化
肥施用量(万t)
1
0.9321080.9003170.9070290.855210.8600580.8454250.7785610.7484980.7394230.700230.749571
农药用量
(万t)
农业机械
总动力(万kW)
1
0.9242250.9041160.9093040.8174180.7810920.7142650.6247780.5893370.5652660.5274990.519903
[***********][***********][1**********]4
1
0.9691470.9958610.9286020.9603430.9358260.9517450.9372830.9156070.9179360.8672890.850816
1
0.8627630.80040.8120390.7617190.7594730.7018470.6788340.6724210.6582340.6297740.634524
丁文斌等:生物质能源材料———主要农作物秸秆产量潜力分析
在农作物秸秆总产量同各要素的灰色关联分析中,取分辨系数为0.5,关联系数计算公式为:
εK)oi( x′k)-x′k)+1.02190(i(
依据灰色关联分析计算关联度,即求对应的关联系数的算术平均值,得到关联分析对照表,见表4。
由粮食总产量与农作物秸秆同各物质要素投入关联度对照表可以看出,影响粮食总产量和主要农作物秸秆产
表3 农作物秸秆总产量与各投入要素的关联系数
Tab.3 Correlativecoefficientofcropstrawproductiontoinputelements
年份
粮食
产量(kg/hm2)
1
0.9981090.9808110.9690800.9566280.9441000.9406050.9649960.9757770.9959870.9672800.997197
农村劳
动力(万人)
1
0.9775190.9729840.9153620.9383920.9099470.9170010.9853240.9701070.9737780.9170300.911247
有效灌
溉面积(103hm2)
1
0.9853770.9670840.9241430.9497070.9298470.9434650.9659990.9489070.9564920.9154370.997784
耕地
面积(103hm2)
1
0.987930.9556080.8037790.7968080.8276050.8318930.7849760.7827340.8001850.7832160.802411
粮食播
种面积(103hm2)
1
0.9968230.9531760.9113830.9241320.8944010.8885620.9215010.9121930.8880070.8992240.838856
农村用
电量(亿kW)
1
0.8373000.7825510.7512290.6781210.6417260.6324720.5382690.4958330.4334430.3695030.333333
农用化肥
施用量(万t)
1
0.9383050.9157360.9135860.8665940.8755020.8673000.8053520.7781700.7685400.7260520.791807
农药
用量(万t)
1
0.8653020.8086710.8136270.7671130.7675950.7115840.6951940.6931550.6779180.6477080.659998
农业机械
总动力(万kW)
1
0.9299790.9198350.9159930.8262340.7906570.7249080.6363970.6019400.5761560.5362150.532638
[***********][***********][1**********]4
表4 粮食总产量与农作物秸秆同各物质要素
投入关联度对照表
Tal.4 Correlativecoefficientcomparingoffoodandcropstrawtotal
productiontoinputelements
粮食产量
项目
关联度
粮食单产农村劳动力有效灌溉面积耕地面积粮食播种面积农村用电量
0.9680070.9358710.9433370.8306850.9532200.622330
关联序
143629578
关联度0.9742140.9490580.9570200.8464290.9190220.6244820.8539120.7589890.749246
关联序132649578
秸秆产量
由前五位要素粮食单产、有效灌溉面积、农村劳动力、农村化肥施用量、农药用量对主要农作物产量及对粮食产量的影响程度可知,随着科技水平的提高、科技推广程度的扩大、农村劳动力水平的提高,农作物秸秆的产量增长程度会快于粮食产量的增长程度。从图1中也可以看出,主要农作物秸秆产量与粮食总产量之间的差值呈增长趋势,这也说明了主要农作物秸秆产量的增长速度快于粮食产量的增长速度
。
农用化肥施用量0.834702
农药用量
0.747669
农业机械总动力0.739767
量的因素有较大的相似性。关联序排第一位及第五、六、七、八、九位的要素相同。这些要素中,农用化肥施用量、耕地面积、农药用量、农业机械总动力、农村用电量六要素对农作物生产的作用很大,影响二者的产量次序相同。而对有效灌溉面积、农村劳动力二要素对农作物秸秆产量的影响程度比对粮食生产的影响程度要大。
图1 我国主要农作物秸秆产量及粮食总产量
变化趋势图
Fig.1 Changingtrendofmaincropstrawproduction
andfoodtotalproduction
中国人口·资源与环境 2007年 第5期
究其原因,主要有以下几点:
(1)农作物比较效益的低下,“压粮扩经”行为促使。在我国改革开发过程中,市场经济的观念逐渐深入人心。农民逐渐根据市场价格进行农业生产安排。在比较效益原则下,追求利益最大化,获得更大的预期收益,农民更愿意种植比较效益更高的经济作物,而非粮食作物,导致“压粮扩经”的行为产生。
(2)农业结构调整促使。自20世纪90年代以来,我国农业和农村经济发展的背景产生了诸多变化。主要由过去的农产品供求短缺专向了过剩,结构问题日趋突出,农民增收缓慢,增收困难,且城乡差距、工农差距在扩大。另一个背景就是加入WTO,资源利用和生产经营面临着国际市场的竞争,是农业发展受到挑战,农民增收受到挑战。在此背景下,通过结构调整,旨在提高农产品质量、效益和竞争力,提高农民收入。在调整过程中,种植业结构朝经济效益高的经济作物方向发展,促进了粮食总产量的增长速度慢于主要农作物秸秆产量增长速度。
(3)资源利用效率优先原则促使。早在1987年,诺贝尔经济学奖获得者舒尔茨在其《改造传统农业》一书中便提出了著名的农民理性假说,即“在传统农业中,生产要素配置效率低下的情况是比较少见的”[9]。随着农村改革使农民基本摆脱温饱开始向小康迈进,农民的需求层次也有生理需求向其他需求满足过渡,农民不仅仅是追求利益最大化,还追求既得收益下付出的最小化。由此导致了农民对农业物质资源、家庭劳动力资源配置的调整。在种植业内部,农民的理性行为促进了物质资源、家庭人力资源的配置遵循资源利用效率优先原则,投入到了非粮食作物中,促进了非粮作物的增长。
(4)科技进步的结果。建国以来,我国一直对粮食作物进行着科研,以提高粮食产量。目前粮食单产的水平已经在一个较高的水平上,相对其他非粮食作物而言,近年来粮食作物单产的增长水平低于经济作物如棉花、油菜籽、甘蔗(表5),由此导致主要农作物秸秆总产量增长率高于粮食总产量的增长速度。
表5 谷物、棉花、油菜籽、甘蔗增长率三次移动平均值
Tab.5 Thriceshiftaveragevalueofincreasingratioofcorn,cotton,rapeseed,sugarcane
年份[***********][***********]20032004
谷物
单产[***********][***********]48735187
三次移动
—4684.334791.674889.674906.674883.674832.674812.674852.674981.67
—
增长
率(%)
——2.292.050.35-0.47-1.04-0.410.832.66—6.25
棉花
单产[***********][***********]1111
三次移动
—851.33931.33974.671020.671043.331076.001125.001077.671079.00
—
增长油菜籽
率(%)单产
——9.404.654.722.223.134.55-4.210.12—24.59
[***********][***********]15821813
三次
移动
—1359.331420.331372.331406.671420.001528.331531.001552.001624.00
—
增长
率(%)
——4.49-3.382.500.957.630.171.374.64—18.37
甘蔗
单产[***********][***********][***********]9
(单位:kg/hm2)三次移动— 57425.6758254.6758726.0059015.3358171.3358529.6760971.3363103.6764628.33
—
增长
率(%) ——1.440.810.49-1.430.624.173.502.42—12.02
累积增长率
资料来源:中国统计年鉴2005。
4 结束语
生物质能源作为可再生能源,具有许多优良特性如可再生性、可储藏性和可替代性、资源丰富、二氧化碳零排放[10]。面对当前国内能源消费压力,积极开发生物质能源是一条适宜的可选途径,即有利于缓解当前能源消费压力,又可在当前新农村建设中,提高农村地区对生物质的利用效率,减轻农村地区同城市对能源的竞争性压力,促
进“生产发展、村容整洁”,提高人民生活水平。因此,积极开展生物质能源的相关研究,意义重大。农作物秸秆作为生物质能源的一个重要组成部分,蕴含量大,资源丰富又可持续供给。随着我国农村改革的深入,结构调整的深化、科技水平的提高、农民经营管理水平的提高,生物质能源的含量会进步提高,积极探索出一条合适的秸秆转化为能源的利用方式,将对国家能源消费、农村地区能源消费、农民生活产生深远影响。
(编辑:温武军)
丁文斌等:生物质能源材料———主要农作物秸秆产量潜力分析参考文献(References)
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Bio-EnergyMaterial:PotentialProductionAnalysisonthePrimaryCropStraw
DINGWen-bin1 WANGYa-peng1 XUYong2
(1.CollegeofEconomicManagement,HuazhongAgriculturalUniversity,WuhanHubei430070,China;2.SchoolofEconomicsandPolitics&law,HubeiUniversityofTechnology,WuhanHubei430068,China)
Abstract Thepaperaralyzedenergyconsumptiontrend,andpointsoutthatasoneoftheimportantcomponentsofthebio-energymaterial,withtheadvantageofrenewable,storablesubstitutive,abundant,carbon-neutral,aftertransformedtoenergy,cropstrawwillreduceChina'senergyconsumptionpressure.Byusingpartialadjustmentmodel,thepaperanalyzesgreycorrelationanalysismethodexplorescropstrawproductionpotential,theruleanddevelopingtrendofcropstrawproduction,andthelongrelationshipbetweencropstrawandfoodproduction.Finally,itrevealsthattechnologyimprovementandagriculturestructureadjustmentcanconducetoproducemoreenergymaterialandmakeChina'senergyconsumptionstructuralmorereasonable.
Keywords bio-energy;cropstraw;partialadjustmentmodel;greycorrelationanalysis