隨著全球經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略性結(jié)構(gòu)調(diào)整以及能源安全問題日益突出，生物質(zhì)能源的戰(zhàn)略地位得到空前提升，承載著能源安全、環(huán)境質(zhì)量和農(nóng)民收入等復(fù)雜而重要的多重戰(zhàn)略目標(biāo)。近年來，我國玉米年均種植面積達(dá)到0.36億公頃，玉米秸稈年均產(chǎn)量達(dá)到2.54億噸(數(shù)據(jù)來自:國家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站)，東北地區(qū)作為玉米主產(chǎn)區(qū)，秸稈資源十分豐富。但是目前隨著秸稈薪炭替代資源增多、收儲(chǔ)成本攀升，不少農(nóng)民隨意丟棄秸稈、焚燒秸稈;玉米秸稈短期生物量大且集中的收獲特性、東北地區(qū)氣溫低不易腐解的地理特性、農(nóng)民秸稈還田技術(shù)和設(shè)備的局限性，使得秸稈直接還田效率大打折扣。因此保證秸稈薪炭、還田的數(shù)量和效率基礎(chǔ)上，積極開發(fā)玉米秸稈低成本、高質(zhì)量收貯模式，有效提高玉米秸稈資源化利用水平，既能夠增加玉米生產(chǎn)收益，延長產(chǎn)業(yè)鏈，帶動(dòng)加工、制造等產(chǎn)業(yè)升級(jí)，也在一定程度上補(bǔ)充能源、飼料等行業(yè)需求，促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

干藏法和濕藏法是儲(chǔ)藏玉米秸稈等木質(zhì)纖維素生物質(zhì)中兩種最常見的做法。干藏法需要待儲(chǔ)藏的玉米秸稈等生物質(zhì)水分含量低于25%。如果收獲的時(shí)候含水量高于25%，必須先干燥再堆放，主要利用模式有秸稈直燃發(fā)電、制作壓縮板材等。濕藏法收獲含水量大于45%的玉米秸稈等原材料，經(jīng)粉碎混合，將其青貯或用氣密袋包裝以長期儲(chǔ)藏。雖然干藏法在運(yùn)輸物流上有一定優(yōu)勢(shì)，但是易導(dǎo)致干物質(zhì)損失、游離糖分流失，浪費(fèi)秸稈中農(nóng)業(yè)灌溉投入的寶貴淡水資源。而濕藏法中新型模式——玉米秸稈榨汁收貯模式恰恰彌補(bǔ)了這些缺點(diǎn)。

干玉米秸稈中纖維素含量為40%~55%、半纖維素含量為10%~25%、木質(zhì)素含量為20%~30%。但收獲期的鮮玉米秸稈含水最多，約為55%~75%，含可溶性固形物(90%以上為糖)約為6%~15%，其他為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等。研究表明，平均籽粒單產(chǎn)為9000kg/hm的玉米鮮秸稈產(chǎn)量約30000kg，其中理論上經(jīng)榨汁可得汁液量60%，每公頃可獲得糖約1800kg。這些糖主要是果糖、葡萄糖等可發(fā)酵糖，可用于工業(yè)發(fā)酵，生產(chǎn)多種能源化工產(chǎn)品，比如生產(chǎn)燃料乙醇、燃料丁醇、乳酸、乙酸、乙烯等。經(jīng)過榨汁的玉米秸稈榨渣細(xì)小、柔軟、干燥，便于打包儲(chǔ)存，遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，并可用于飼料、建材等多種用途。因此，本研究分析玉米秸稈榨汁收貯模式的成本和收益，以促進(jìn)玉米秸稈高效收貯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

1材料與方法

1.1玉米秸稈榨汁收貯模式

1.1.1試驗(yàn)地點(diǎn)內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市(準(zhǔn)格爾旗)十二連城柴登村

1.1.2儀器設(shè)備經(jīng)過改良的牧神4YZB-7自走式玉米聯(lián)合收割機(jī)，魯宇重工926輪式裝載機(jī)，HGSSYZ-300雙螺旋秸稈壓榨機(jī)，YKJ-5552全自動(dòng)玉米秸稈打捆打包機(jī)，WP110-3/140威普無油靜音空壓機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)糖漿密封儲(chǔ)罐。

1.1.3試驗(yàn)方法利用聯(lián)合收割機(jī)在收獲玉米穗的同時(shí)將粉碎的玉米秸稈一并收集起來，通過壓榨把秸稈中的部分水分脫除，進(jìn)而將榨汁濃縮、儲(chǔ)存?zhèn)溆?同時(shí)將榨渣壓塊。

1.2玉米秸稈榨汁收貯資源化利用模式的成本和收益分析

采用經(jīng)濟(jì)學(xué)和管理學(xué)中基本的應(yīng)用分析方法——成本效益法，測(cè)算玉米秸稈榨汁收貯模式中各環(huán)節(jié)相應(yīng)的成本費(fèi)用與所產(chǎn)生的利益，匯總求得凈利潤、成本費(fèi)用收益率及成本收益率等相關(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)數(shù)值，旨在分析玉米秸稈榨汁收貯模式——利益與利潤的基礎(chǔ)上，評(píng)估該模式的資源化水平。

2結(jié)果與分析

2.1玉米秸稈榨汁收貯模式

在玉米正常成熟后，將果穗與莖稈同步收獲;通過壓榨脫水，將榨汁濃縮成含糖50%的糖漿罐裝存貯;同時(shí)將榨渣在25.00~30.00MPa壓力下壓實(shí)打包，形成榨渣壓塊，作為制取纖維素乙醇原料及真空包裝的微貯秸稈飼料。

2.2榨汁收貯模式成本收益分析

2.2.1玉米秸稈收取與流通環(huán)節(jié)

在玉米秸稈收取環(huán)節(jié)，采用經(jīng)過改良的牧神4YZB-7自走式玉米聯(lián)合收割機(jī)(改良后可以在收獲玉米穗的同時(shí)將玉米秸稈不落地回收)，據(jù)對(duì)該地區(qū)多地實(shí)地調(diào)研可得每公頃玉米產(chǎn)量約為9000kg左右，按照草谷比1.0∶1.2估算，玉米秸稈約為10800kg/hm。公司主要實(shí)行收割機(jī)外包制度，目前共有3臺(tái)收割機(jī)全部下包給農(nóng)戶，由農(nóng)戶自行負(fù)責(zé)維護(hù)、保養(yǎng)費(fèi)用，雇傭司機(jī)費(fèi)用等，每臺(tái)收割機(jī)大概收20t秸稈，并且公司規(guī)定每臺(tái)收割機(jī)每天至少往工廠送草20t。公司實(shí)行秸稈補(bǔ)貼政策，對(duì)于農(nóng)戶，每噸秸稈補(bǔ)貼包機(jī)農(nóng)戶30元，即支出為30元每t。

在玉米的流通環(huán)節(jié)，從收集秸稈的玉米地到工業(yè)基地的平均運(yùn)輸成本約為30元/t，每車秸稈載重量為3.00t，按照每天最低標(biāo)準(zhǔn)秸稈輸送量計(jì)算，3臺(tái)收割機(jī)共輸送秸稈60t，約為1800元/d。由于司機(jī)由包機(jī)農(nóng)戶自己雇傭，所以在人工成本上忽略不計(jì)。

2.2.2玉米秸稈榨汁加工環(huán)節(jié)

在秸稈榨汁加工環(huán)節(jié)，采用HGSSYZ-300雙螺旋秸稈壓榨機(jī)和WP110-3/140威普無油靜音空壓機(jī)壓榨，每1kg秸稈經(jīng)兩次輥榨和一次液壓榨汁后汁液總重502.70g，出汁率為50.27%，其中榨渣497.30g，含水量39.10%，共得到糖度約為50%的濃縮工業(yè)糖漿121.60g，即榨渣率為49.73%，榨汁率為12.16%。按此比例，生產(chǎn)1t工業(yè)糖漿則需要約8.22t秸稈。在制漿過程中，制漿電費(fèi)為54.53元/t，水費(fèi)8.76元/t，人工費(fèi)用28.92元/t，其他輔料為10.00元/t。工業(yè)糖漿主要運(yùn)輸方式為罐車運(yùn)輸(暫不設(shè)包裝費(fèi))，裝車費(fèi)用計(jì)入到人工費(fèi)用中。另外機(jī)械設(shè)備總投資為108萬元，按照工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備采取年數(shù)綜合折舊方法，殘值為5.40萬元，月折舊費(fèi)為27363.42元，折合每噸糖漿成本為38.16元。按照榨渣率為49.73%計(jì)算，每生產(chǎn)1t糖漿剩余榨渣為4.09t，將剩余榨渣利用全自動(dòng)玉米秸稈打捆打包機(jī)YKJ-5552制成飼料，每包(包捆半徑為0.50m、高度為0.60m)重50.00kg，含水量為35%(需要輥榨和液壓榨汁后的榨渣實(shí)際重量約為30.00~35.00kg)，即每1t糖漿經(jīng)榨汁后剩余榨渣可制成相同規(guī)格飼料126包。其中，人工成本約為每天266.67元，一天工作8h生產(chǎn)約200包，即每包飼料的人工成本約為1.33元，電費(fèi)0.30元，包裝費(fèi)(即捆繩和包裝膜的總和)為4.10元，其他費(fèi)用1.00元。經(jīng)換算，每1t糖漿經(jīng)榨汁后剩余榨渣制成飼料人工成本為167.58元，電費(fèi)37.80元，包裝費(fèi)516.60元，其他費(fèi)用126.00元，共計(jì)847.98元。

2.2.3糖汁與飼料銷售環(huán)節(jié)

在銷售環(huán)節(jié)，糖漿主要銷售對(duì)象為燃料乙醇廠等，市場(chǎng)售價(jià)約為1800元/t，成本主要由買方承擔(dān)，可忽略不計(jì)。榨渣主要銷售對(duì)象為大型養(yǎng)殖企業(yè)、養(yǎng)殖場(chǎng)，市場(chǎng)售價(jià)每包約為26.00元，人工成本約為2.45元，運(yùn)輸費(fèi)用約為1.25元。即每銷售1t糖漿經(jīng)榨汁過程后剩余榨渣制成飼料銷售收益為3276.00元，人工成本為308.70元，運(yùn)輸費(fèi)用為157.50元，總計(jì)466.20元。

2.2.4玉米秸稈榨汁收貯模式成本收益從經(jīng)濟(jì)效益上來看，秸稈榨汁收貯模式每噸凈利潤約為3128.25元，成本費(fèi)用利潤率(利潤總額/成本費(fèi)用總額×100%)為160.61%，銷售利潤率為61.62%。但隨著項(xiàng)目的擴(kuò)大與發(fā)展，銷售利潤和成本利潤率會(huì)有所下降。其主要原因，首先是秸稈的收獲成本增加。目前，當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶因?yàn)槭諆?chǔ)秸稈費(fèi)時(shí)費(fèi)力、成本高等原因而選擇將秸稈直接擱置田中，所以在該項(xiàng)目中在秸稈收取環(huán)節(jié)只需補(bǔ)貼包機(jī)農(nóng)戶，秸稈原材料本近乎為零。但是隨著秸稈需求量越來越大，農(nóng)戶出于經(jīng)紀(jì)人假設(shè)會(huì)根據(jù)當(dāng)?shù)亟斩捁┣箨P(guān)系收取秸稈原材料費(fèi)用，這必然會(huì)導(dǎo)致企業(yè)成本增加。若按照東北地區(qū)秸稈收取均價(jià)220.00元/t計(jì)算，則每噸糖汁秸稈獲取總成本約增加1808.40元。其次，該項(xiàng)目在收取和流通環(huán)節(jié)并未考慮秸稈收獲半徑影響。該項(xiàng)目多采用大中型運(yùn)輸機(jī)械，將收獲的秸稈運(yùn)回廠區(qū)壓榨打包，目前運(yùn)輸半徑在10km范圍內(nèi)，如運(yùn)輸半徑增加，則將大幅度增加秸稈成本。據(jù)相關(guān)調(diào)查可得，秸稈原材料的收購半徑不宜超過50km，否則運(yùn)輸過程中消耗的能源會(huì)接近產(chǎn)出，收益減半，則預(yù)計(jì)每噸糖汁秸稈總成本約增加904.20元。第三，企業(yè)折舊成本會(huì)有所增加。項(xiàng)目初期，除部分榨汁機(jī)械外，交通運(yùn)輸、存儲(chǔ)設(shè)備等大多采用租用外包，因此企業(yè)折舊額偏低。若企業(yè)因發(fā)展需要購置相關(guān)交通運(yùn)輸設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、擴(kuò)建廠房等，其場(chǎng)地建設(shè)成本、資產(chǎn)折舊等必然會(huì)增加。參考具有相近生產(chǎn)能力和生產(chǎn)規(guī)模的企業(yè)資產(chǎn)成本，估算該項(xiàng)目中每噸糖汁折舊成本約增加96.00元。綜合以上三方面增加的成本，在秸稈榨汁成本中總計(jì)約為4756.35元，凈利潤約為319.65元，成本利潤率約為6.70%，銷售利潤約為6.30%(表1)。

3討論

3.1玉米秸稈榨汁資源化利用模式優(yōu)勢(shì)

與干藏法相比，濕藏法不僅有效保存了秸稈等生物質(zhì)中的纖維素和半纖維素，也有效保存利用了秸稈等生物質(zhì)的水分和游離碳水化合物，大大降低了收獲成本，降低儲(chǔ)藏期間干物質(zhì)損失，增加了產(chǎn)品的均勻性，是干藏法一種很有前途的替代技術(shù)。玉米秸稈榨汁除了具有濕藏法基本特點(diǎn)外，所制成的糖漿與榨渣從產(chǎn)品價(jià)值及總體效益等技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)來看，是極具競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展?jié)摿Φ慕斩捹Y源轉(zhuǎn)化產(chǎn)品。當(dāng)石油供給出現(xiàn)缺口時(shí)，糖汁液態(tài)生物質(zhì)燃料和榨渣制成的纖維素乙醇可以彌補(bǔ)汽油供給不足，緩解資源危機(jī)。將秸稈糖醇產(chǎn)生的汽油替代量基于等價(jià)熱值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可估算資源轉(zhuǎn)化率68.80%。

雖然秸稈榨汁生產(chǎn)成本比傳統(tǒng)利用模式缺乏明顯優(yōu)勢(shì)，但是其發(fā)展存在較強(qiáng)的正外部性，能夠提供更多的就業(yè)崗位，創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會(huì)，帶動(dòng)造紙、漿粕加工業(yè)等關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。從生態(tài)效益上看，該模式不僅使得作為農(nóng)業(yè)廢棄物的秸稈能夠重新利用，減少由秸稈焚燒等帶來的空氣污染，控制碳排放，同時(shí)有利于加快調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、合理控制能源消費(fèi)總量，是解決能源危機(jī)、生態(tài)環(huán)境以及氣候變化問題的有效辦法。

3.2東北地區(qū)玉米秸稈榨汁資源化利用模式推廣可行性

3.2.1自然條件相似性

東北地區(qū)與內(nèi)蒙古東部地區(qū)是我國玉米主產(chǎn)區(qū)，與同緯度的美國玉米帶、烏克蘭玉米帶并稱為世界三大黃金玉米帶。2005年至2014年我國玉米種植面積約增長40.84%，產(chǎn)量增加54.73%。由于春玉米種植北界不斷向北向西移動(dòng)，東北地區(qū)玉米產(chǎn)量從2005年總產(chǎn)量5045.32萬噸到2014年9433.49萬噸(數(shù)據(jù)來源:國家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站)，產(chǎn)量約增加86%。作為農(nóng)作物二元成果中的秸稈成果，按照相關(guān)玉米草谷比1.0∶1.2，玉米秸稈實(shí)際可利用率95%計(jì)算，玉米秸稈量逐年上升，尤其是在2009年到2013年間，玉米秸稈實(shí)際可利用總量逐年遞增，與內(nèi)蒙古地區(qū)地域特性相同。

3.2.2推廣必要性目前，東北地區(qū)玉米秸稈處理方式主要是秸稈廢棄焚燒、秸稈直接還田、飼料化利用等。其中，秸稈廢棄焚燒約占東北地區(qū)玉米秸稈資源可利用量的35.14%，短期極大生物量的焚燒會(huì)降低作物耕層的含水量，影響作物的出苗和生長，同時(shí)造成環(huán)境污染，產(chǎn)生巨額環(huán)境治理成本。

秸稈還田量約占東北地區(qū)玉米秸稈資源可利用量的19.18%，秸稈還田可以大量補(bǔ)充土壤中有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤肥力和農(nóng)作物產(chǎn)量。但由于當(dāng)?shù)亟斩捠斋@期溫度較低、土壤易凍結(jié)，還田后大量秸稈不易腐解，還田效率大打折扣。除此之外，大量玉米秸稈直接還田時(shí)需要添加相應(yīng)比例氮肥來調(diào)節(jié)C/N值，在一定程度上會(huì)增加生產(chǎn)成本。

秸稈飼料化利用比例約占秸稈資源可利用量的35.18%，在畜牧業(yè)較為發(fā)達(dá)的省份，以玉米秸稈為原料的青貯飼料是牛、羊等草食動(dòng)物重要的飼料來源。但是由于近年來玉米臨時(shí)收儲(chǔ)價(jià)格造成以玉米為原料的玉米加工企業(yè)、養(yǎng)殖企業(yè)和養(yǎng)殖戶等下游產(chǎn)業(yè)的巨大成本壓力，大大影響其生產(chǎn)收益。與內(nèi)蒙古地區(qū)玉米秸稈收貯特點(diǎn)的相似性和利用現(xiàn)狀不足、探索新型收貯方式的必要性使得在東北地區(qū)采用秸稈榨汁收貯模式資源化利用模式有一定的推廣前景。

4結(jié)論

本研究的玉米秸稈榨汁高質(zhì)量收貯資源化利用模式成本費(fèi)用利潤率約為6.70%，銷售利潤率約為6.30%，能夠有效降低秸稈中干物質(zhì)及糖分流失量、制成工業(yè)糖漿，同時(shí)能夠保存一定水分、形成適口性較好的微貯飼料，是一種高效資源化收貯模式。但該模式部分生產(chǎn)環(huán)節(jié)前期成本投資比較大，成果轉(zhuǎn)化率有待提高，因此在國家繼續(xù)完善和出臺(tái)相關(guān)政策的前提下，積極探索玉米秸稈榨渣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展格局，打通產(chǎn)業(yè)鏈，加快產(chǎn)業(yè)化發(fā)展創(chuàng)新體系建設(shè)，有利于實(shí)現(xiàn)多主體、多環(huán)節(jié)、多渠道的多元共贏。