摘要：為考察中國秸稈優(yōu)質化能源開發(fā)利用特征，本文在分析中國2009—2016年秸稈優(yōu)質化能源產(chǎn)量年際變化、區(qū)域分布及結構特征的基礎上，采用增強回歸樹方法定量分析了秸稈優(yōu)質化能源開發(fā)利用水平的省際差異及其影響因素。結果表明：中國秸稈優(yōu)質化能源產(chǎn)量從2009年的119.63萬t標準煤上升到2016年的508.51萬t標準煤，以生物氣化和固化成型為主，其中生物氣化比重逐漸下降，固化成型比重迅速上升。全國秸稈優(yōu)質化能源開發(fā)利用水平均值從2009年的7.54kg標準煤/hm2上升到2016年的30.51kg標準煤/hm2。供給、需求和環(huán)境因素對其省際差異的貢獻率分別為37.10%、35.60%和22.30%。秸稈優(yōu)質化能源開發(fā)利用水平總體上隨著糧食作物播種面積比例、農(nóng)村居民人均純收入、農(nóng)村人均用電量和農(nóng)村能源財政投入的上升而上升，隨著人均耕地面積和機耕面積比例的上升而下降，隨著飼草需求強度的上升呈先上升后下降趨勢。當前中國秸稈優(yōu)質化能源開發(fā)利用很大程度上依賴于農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展水平的提高和行政力量的推動。西北、東北和華中等地區(qū)應加強對秸稈優(yōu)質化能源開發(fā)利用的財政和科技支持力度。

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引 言

中國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的快速發(fā)展伴隨著農(nóng)作物秸稈、谷殼等農(nóng)業(yè)廢棄物排放量日益增加。許多地區(qū)作物收獲季節(jié)大量秸稈被直接焚燒于田間地頭，造成了嚴重的資源浪費與環(huán)境污染[1，2]。為此，國家大力推進秸稈的資源化利用，包括肥料化、飼料化、能源化、基料化和原料化等。能源化利用不但可以避免秸稈被直接焚燒，還可以替代部分化石能源并緩解空氣污染壓力，因此近年來包括生物氣化(即沼氣工程)、熱解氣化、固化成型、炭化、直燃發(fā)電等能源化利用方式得到了快速發(fā)展[3，4]?！　∧壳瓣P于秸稈資源化利用的區(qū)域差異研究，主要關注秸稈的資源化利用潛力及其區(qū)域差異[4-7]，得出可供能源化利用的秸稈總量為1.56億?1.87億t;利用潛力的測算大多圍繞沼氣工程的推廣情況開展分析，而其他如熱解氣化、固化成型、炭化等秸稈優(yōu)質化能源利用情況則很少得到關注[8-11]。關于秸稈資源化利用方式的影響因素研究，主要關注農(nóng)戶對秸稈沼氣、秸稈還田的偏好及其影響因素[12-15]，結果表明農(nóng)戶的秸稈能源化利用需求與其家庭的經(jīng)濟資本、社會資本、人力資本和自然資本稟賦均有密切關系。這些研究較少關注區(qū)域差異的影響因素，也很少考慮秸稈其他潛在利用方式的競爭性影響。此外，以往研究通常僅對影響因素進行定性分析，未能定量評估各影響因素對秸稈沼氣工程區(qū)域差異的貢獻率?！　♂槍σ陨戏治?，本文在測算秸稈優(yōu)質化能源開發(fā)利用水平的基礎上，為考察秸稈優(yōu)質化能源開發(fā)利用的驅動因素，把影響秸稈優(yōu)質化能源開發(fā)利用的因素分解為供給、需求和環(huán)境等3種類型，采用增強回歸樹定量分析秸稈優(yōu)質化能源開發(fā)利用水平與各影響因素的關系，以及各因素對其省際差異的貢獻率，旨在闡明秸稈優(yōu)質化能源開發(fā)利用特征及其影響因素，為中國秸稈優(yōu)質化能源開發(fā)利用的優(yōu)化布局提供參考。

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研究方法與數(shù)據(jù)處理

2.1研究方法　　2.1.1增強回歸樹　　增強回歸樹(Boosting Regression Tree，BRT)是基于分類回歸樹算法的一種自學習方法，能夠得出自變量對因變量的影響載荷，及其他自變量取均值或不變的情況下，該自變量與因變量的相互關系，并且輸出的因變量與自變量關系很直觀，結果容易理解，且可以分析因變量與非數(shù)值變量之間的關系[16-17]，在國內(nèi)外數(shù)據(jù)建模方面有較多的應用[18-19]。該方法在運算過程中多次隨機抽取一定量的數(shù)據(jù)分析自變量對因變量的影響程度，剩余數(shù)據(jù)用來對擬合結果進行檢驗，對生成的多重回歸樹取均值并輸岀，能夠提高模型的穩(wěn)定性和預測精度，這種方法在處理不同數(shù)據(jù)格式時具有很大的靈活性，且對預測變量的獨立性無需作出事先假設，能夠適應復雜的非線性關系。　　本文以各省份秸稈優(yōu)質化能源開發(fā)利用水平為因變量，以影響秸稈優(yōu)質化能源開發(fā)利用水平的因素為自變量，采用BRT方法對因變量與自變量的關系進行擬合，考察各因素在其他因素取均值時，該因素與秸稈優(yōu)質化能源開發(fā)利用水平之間的數(shù)量關系，并計算各指標對省際差異的貢獻率。BRT分析在R語言(R i386 3.2.4 Revised)中完成，參數(shù)設置時，學習速率設置為0.01，樹的復雜性設置為5。

2.1.2指標選擇　　本文把秸稈優(yōu)質化能源開發(fā)利用的影響因素分解為供給因素、需求因素和環(huán)境因素。反映各影響因素的指標選擇說明如下：　　(1)供給因素　　供給方面主要受制于秸稈資源量及其潛在用途的競爭性影響。由于中國農(nóng)作物秸稈主要來自于糧食作物，糧食作物較多的地方更有利于秸稈優(yōu)質化能源的開發(fā)利用，因此考察糧食播種面積比例(X11，%)對秸稈優(yōu)質化能源利用的影響，采用糧食播種面積占農(nóng)作物總播種面積的比例來反映。潛在競爭性用途方面，采用2個指標來反映：一是機耕面積比例(X12，%)，反映秸稈還田的競爭性影響。機械化程度較高的地區(qū)，秸稈粉碎后直接還田更方便，因此對能源化利用的需求可能較低。二是飼草需求強度(X13，kg/hm2)，反映秸稈飼用的競爭性影響，以畜牧業(yè)飼草總需求量與農(nóng)作物總播種面積的比值來表示。在大牲畜飼養(yǎng)規(guī)模較大的地區(qū)，秸稈可以作為飼料，因此對于秸稈能源化利用可能起到競爭效應?！　?2)需求因素　　需求因素取決于農(nóng)村居民的生活水平、資源稟賦和能源需求。首先，人均純收入比較高的地區(qū)，隨著生活水平的提高，人們環(huán)境保護意識逐漸增強，對于空氣質量的要求更高，因此更傾向于開發(fā)利用高品質的可再生清潔能源。第二，通常人均耕地面積較小的地方，農(nóng)業(yè)在家庭收入中所占的比例較低，為了維持生計，農(nóng)業(yè)兼業(yè)比例比較高，因此傾向于采用節(jié)省勞動力的耕作管理方式，對于秸稈能源化利用的需求也會比較低。第三，農(nóng)村人均用電量反映農(nóng)村能源需求，人均用電量比較高的地區(qū)，農(nóng)村經(jīng)濟通常比較發(fā)達，傾向于充分利用各種可再生能源。因此，采用人均純收入(X21，萬元)、人均耕地(X22，hm2)和農(nóng)村人均用電量(X23，kWh)等3個指標來反映需求因素的影響。　　(3)環(huán)境因素　　環(huán)境因素包括自然環(huán)境和社會環(huán)境，自然環(huán)境方面的影響比較復雜，難以用定量指標來衡量，因此采用非數(shù)值型的區(qū)域變量來反映諸如氣候、土壤等可能影響秸稈能源化開發(fā)利用的因素。社會環(huán)境方面，秸稈優(yōu)質化能源開發(fā)利用的初始投資成本較高，往往需要財政投入的驅動。因此，采用區(qū)域類型(X31，無量綱)和財政投入強度(X32，元/hm2)等2個指標來反映環(huán)境因素的影響，其中區(qū)域類型按中國通行的行政區(qū)劃歸并為華北、東北、華東、華中、華南、西南和西北等7個區(qū)域，財政投入強度采用單位播種面積的農(nóng)村能源財政經(jīng)費投入量來計算。

2.2數(shù)據(jù)處理　　依據(jù)《中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計資料》[22]的統(tǒng)計范圍，納入分析的秸稈優(yōu)質化能源類型包括生物氣化、熱解氣化、固化成型和炭化等4種類型，各不同類型的秸稈能源根據(jù)其熱值統(tǒng)一換算成標準煤。秸稈生物氣化產(chǎn)生的沼氣和熱解產(chǎn)生的燃氣分別按25MJ/m3和21MJ/m3折算成標準煤[23]，秸稈固化成型和炭化形成的燃料分別按18MJ/m3和17MJ/kg折算成標準煤[24]。由于統(tǒng)計部門僅統(tǒng)計熱解氣化的集中供氣戶數(shù)，參照生物質氣化集中供氣站的相關建設標準，按每戶供氣量1.5m3/d計算?！　〔捎脝挝晦r(nóng)作物播種總面積的秸稈優(yōu)質化能源產(chǎn)量來反映各地區(qū)和省份秸稈優(yōu)質化能源的開發(fā)利用水平，采用標準差來分析秸稈優(yōu)質化能源開發(fā)利用水平的區(qū)域內(nèi)差異和區(qū)域間差異。各指標數(shù)據(jù)均來自《中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計資料》[22]和《中國統(tǒng)計年鑒》[25]。由于中國從2009年才開始全面統(tǒng)計除沼氣工程以外的其他優(yōu)質化能源利用數(shù)據(jù)，因此研究時間范圍設定為2009—2016年，考慮數(shù)據(jù)可得性，把研究區(qū)范圍設定為除港澳臺地區(qū)外的31個省份。

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