摘要：為考察中國(guó)秸稈優(yōu)質(zhì)化能源開(kāi)發(fā)利用特征，本文在分析中國(guó)2009—2016年秸稈優(yōu)質(zhì)化能源產(chǎn)量年際變化、區(qū)域分布及結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上，采用增強(qiáng)回歸樹(shù)方法定量分析了秸稈優(yōu)質(zhì)化能源開(kāi)發(fā)利用水平的省際差異及其影響因素。結(jié)果表明：中國(guó)秸稈優(yōu)質(zhì)化能源產(chǎn)量從2009年的119.63萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤上升到2016年的508.51萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)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(guó)秸稈優(yōu)質(zhì)化能源開(kāi)發(fā)利用水平均值從2009年的7.54kg標(biāo)準(zhǔn)煤/hm2上升到2016年的30.51kg標(biāo)準(zhǔn)煤/hm2。供給、需求和環(huán)境因素對(duì)其省際差異的貢獻(xiàn)率分別為37.10%、35.60%和22.30%。秸稈優(yōu)質(zhì)化能源開(kāi)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(cái)政投入的上升而上升，隨著人均耕地面積和機(jī)耕面積比例的上升而下降，隨著飼草需求強(qiáng)度的上升呈先上升后下降趨勢(shì)。當(dāng)前中國(guó)秸稈優(yōu)質(zhì)化能源開(kāi)發(fā)利用很大程度上依賴于農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高和行政力量的推動(dòng)。西北、東北和華中等地區(qū)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)秸稈優(yōu)質(zhì)化能源開(kāi)發(fā)利用的財(cái)政和科技支持力度。

01

引 言

中國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)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(yán)重的資源浪費(fèi)與環(huán)境污染[1，2]。為此，國(guó)家大力推進(jìn)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(lái)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]。　　目前關(guān)于秸稈資源化利用的區(qū)域差異研究，主要關(guān)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(cè)算大多圍繞沼氣工程的推廣情況開(kāi)展分析，而其他如熱解氣化、固化成型、炭化等秸稈優(yōu)質(zhì)化能源利用情況則很少得到關(guān)注[8-11]。關(guān)于秸稈資源化利用方式的影響因素研究，主要關(guān)注農(nóng)戶對(duì)秸稈沼氣、秸稈還田的偏好及其影響因素[12-15]，結(jié)果表明農(nóng)戶的秸稈能源化利用需求與其家庭的經(jīng)濟(jì)資本、社會(huì)資本、人力資本和自然資本稟賦均有密切關(guān)系。這些研究較少關(guān)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(jìng)爭(zhēng)性影響。此外，以往研究通常僅對(duì)影響因素進(jìn)行定性分析，未能定量評(píng)估各影響因素對(duì)秸稈沼氣工程區(qū)域差異的貢獻(xiàn)率?！　♂槍?duì)以上分析，本文在測(cè)算秸稈優(yōu)質(zhì)化能源開(kāi)發(fā)利用水平的基礎(chǔ)上，為考察秸稈優(yōu)質(zhì)化能源開(kāi)發(fā)利用的驅(qū)動(dòng)因素，把影響秸稈優(yōu)質(zhì)化能源開(kāi)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(qiáng)回歸樹(shù)定量分析秸稈優(yōu)質(zhì)化能源開(kāi)發(fā)利用水平與各影響因素的關(guān)系，以及各因素對(duì)其省際差異的貢獻(xiàn)率，旨在闡明秸稈優(yōu)質(zhì)化能源開(kāi)發(fā)利用特征及其影響因素，為中國(guó)秸稈優(yōu)質(zhì)化能源開(kāi)發(fā)利用的優(yōu)化布局提供參考。

02

研究方法與數(shù)據(jù)處理

2.1研究方法　　2.1.1增強(qiáng)回歸樹(shù)　　增強(qiáng)回歸樹(shù)(Boosting Regression Tree，BRT)是基于分類回歸樹(shù)算法的一種自學(xué)習(xí)方法，能夠得出自變量對(duì)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(guān)系，并且輸出的因變量與自變量關(guān)系很直觀，結(jié)果容易理解，且可以分析因變量與非數(shù)值變量之間的關(guān)系[16-17]，在國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)建模方面有較多的應(yīng)用[18-19]。該方法在運(yùn)算過(guò)程中多次隨機(jī)抽取一定量的數(shù)據(jù)分析自變量對(duì)因變量的影響程度，剩余數(shù)據(jù)用來(lái)對(duì)擬合結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)生成的多重回歸樹(shù)取均值并輸岀，能夠提高模型的穩(wěn)定性和預(yù)測(cè)精度，這種方法在處理不同數(shù)據(jù)格式時(shí)具有很大的靈活性，且對(duì)預(yù)測(cè)變量的獨(dú)立性無(wú)需作出事先假設(shè)，能夠適應(yīng)復(fù)雜的非線性關(guān)系?！　”疚囊愿魇》萁斩拑?yōu)質(zhì)化能源開(kāi)發(fā)利用水平為因變量，以影響秸稈優(yōu)質(zhì)化能源開(kāi)發(fā)利用水平的因素為自變量，采用BRT方法對(duì)因變量與自變量的關(guān)系進(jìn)行擬合，考察各因素在其他因素取均值時(shí)，該因素與秸稈優(yōu)質(zhì)化能源開(kāi)發(fā)利用水平之間的數(shù)量關(guān)系，并計(jì)算各指標(biāo)對(duì)省際差異的貢獻(xiàn)率。BRT分析在R語(yǔ)言(R i386 3.2.4 Revised)中完成，參數(shù)設(shè)置時(shí)，學(xué)習(xí)速率設(shè)置為0.01，樹(shù)的復(fù)雜性設(shè)置為5。

2.1.2指標(biāo)選擇　　本文把秸稈優(yōu)質(zhì)化能源開(kāi)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(biāo)選擇說(shuō)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(jìng)爭(zhēng)性影響。由于中國(guó)農(nóng)作物秸稈主要來(lái)自于糧食作物，糧食作物較多的地方更有利于秸稈優(yōu)質(zhì)化能源的開(kāi)發(fā)利用，因此考察糧食播種面積比例(X11，%)對(duì)秸稈優(yōu)質(zhì)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(lái)反映。潛在競(jìng)爭(zhēng)性用途方面，采用2個(gè)指標(biāo)來(lái)反映：一是機(jī)耕面積比例(X12，%)，反映秸稈還田的競(jìng)爭(zhēng)性影響。機(jī)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(duì)能源化利用的需求可能較低。二是飼草需求強(qiáng)度(X13，kg/hm2)，反映秸稈飼用的競(jìng)爭(zhēng)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(lái)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(duì)于秸稈能源化利用可能起到競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)?！　?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(hù)意識(shí)逐漸增強(qiáng)，對(duì)于空氣質(zhì)量的要求更高，因此更傾向于開(kāi)發(fā)利用高品質(zhì)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(jì)，農(nóng)業(yè)兼業(yè)比例比較高，因此傾向于采用節(jié)省勞動(dòng)力的耕作管理方式，對(duì)于秸稈能源化利用的需求也會(huì)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(jì)通常比較發(fā)達(dá)，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(wàn)元)、人均耕地(X22，hm2)和農(nóng)村人均用電量(X23，kWh)等3個(gè)指標(biāo)來(lái)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(huì)環(huán)境，自然環(huán)境方面的影響比較復(fù)雜，難以用定量指標(biāo)來(lái)衡量，因此采用非數(shù)值型的區(qū)域變量來(lái)反映諸如氣候、土壤等可能影響秸稈能源化開(kāi)發(fā)利用的因素。社會(huì)環(huán)境方面，秸稈優(yōu)質(zhì)化能源開(kāi)發(fā)利用的初始投資成本較高，往往需要財(cái)政投入的驅(qū)動(dòng)。因此，采用區(qū)域類型(X31，無(wú)量綱)和財(cái)政投入強(qiáng)度(X32，元/hm2)等2個(gè)指標(biāo)來(lái)反映環(huán)境因素的影響，其中區(qū)域類型按中國(guó)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(gè)區(qū)域，財(cái)政投入強(qiáng)度采用單位播種面積的農(nóng)村能源財(cái)政經(jīng)費(fèi)投入量來(lái)計(jì)算。

2.2數(shù)據(jù)處理　　依據(jù)《中國(guó)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料》[22]的統(tǒng)計(jì)范圍，納入分析的秸稈優(yōu)質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)煤。秸稈生物氣化產(chǎn)生的沼氣和熱解產(chǎn)生的燃?xì)夥謩e按25MJ/m3和21MJ/m3折算成標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)煤[24]。由于統(tǒng)計(jì)部門(mén)僅統(tǒng)計(jì)熱解氣化的集中供氣戶數(shù)，參照生物質(zhì)氣化集中供氣站的相關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，按每戶供氣量1.5m3/d計(jì)算?！　〔捎脝挝晦r(nóng)作物播種總面積的秸稈優(yōu)質(zhì)化能源產(chǎn)量來(lái)反映各地區(qū)和省份秸稈優(yōu)質(zhì)化能源的開(kāi)發(fā)利用水平，采用標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)分析秸稈優(yōu)質(zhì)化能源開(kāi)發(fā)利用水平的區(qū)域內(nèi)差異和區(qū)域間差異。各指標(biāo)數(shù)據(jù)均來(lái)自《中國(guó)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料》[22]和《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》[25]。由于中國(guó)從2009年才開(kāi)始全面統(tǒng)計(jì)除沼氣工程以外的其他優(yōu)質(zhì)化能源利用數(shù)據(jù)，因此研究時(shí)間范圍設(shè)定為2009—2016年，考慮數(shù)據(jù)可得性，把研究區(qū)范圍設(shè)定為除港澳臺(tái)地區(qū)外的31個(gè)省份。

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