秸稈生物質炭的可持續之道

文章探討了山東省農村秸稈回收用于生物質炭制作的現狀及其對農戶經濟效益的影響。通過文獻研究、問卷調查和數學分析，收集了576份有效問卷，農戶占比42.38%。結果顯示，57.36%的受訪者對秸稈回收和生物質炭制作有較深了解，48.32%的地區秸稈回收率在20%—40%。使用Shapiro-Wilk檢驗法和t顯著性檢驗，確認生物質炭的購買渠道、價格和品質對農戶經濟效益有顯著影響（Plt;0.05）。通過高斯二次回歸模型擬合數據并使用K折交叉驗證，最終驗證均方誤差為1.116，預測結果準確。文章量化了秸稈回收對農戶經濟效益的影響，提出了加強政策宣傳、優化工藝和提升農戶認知的建議，為生物質炭產業發展提供了決策依據。

生物質炭概念源于南美洲亞馬孫河流域黑色富碳固體物。它由農林業廢棄物等在特定條件熱解生成，有大比表面積等特征。傳統秸稈處理方式造成污染和浪費，若回收用于生物質炭制作意義重大。可實現資源綜合與循環利用，減少污染，帶來經濟和環境效益，在土壤改良、水質凈化等領域應用廣泛，能改善土壤質量、提高產量，對資源循環、環保和農村可持續發展有重要理論與實踐意義，為政策制定和產業發展提供支持。

研究結果分析

調研地區

這些數據來源于剔除無效問卷后的問卷調查，問卷份數總計576份，包括了山東省的8個市，各地區調查問卷的份數及其所占的比例，如表1所示。

被調查者身份

參與調查的人群中，農民占比最高，達到42.38%；其次是學生，占比21.96%；政府工作人員占比13.18%。參與調查的人群中以農民和學生為主，政府工作人員也占有一定比例（見表2）。

這些數據有利于幫助進行農村秸稈回收與生物質炭推廣的分析。由于農戶人數眾多，這為項目的調研提供了豐富的樣本資源，從而有利于對調研結果的深入分析和綜合處理。

對生物質炭了解情況

問卷統計結果顯示，對秸稈回收和生物質炭生產有深入了解的人數最多，占比57.36%；其次是略有了解的人，占比19.12%；不太了解和沒有任何了解的人分別占比18.6%和4.91%。這表明大多數人對秸稈回收和生物質炭生產有一定程度的了解，其中有深入了解的人占比較高（見表3）。

從上述表格數據中可以看出，深度了解和略有了解占比數量較高，分別是57.36%和19.12%，共計占比76.48%。這表明秸稈加工成為生物質炭，在農村已經有了較大的認知，沒有任何了解的比例只占比為4.91%，這為后期的數據分析提供了有利幫助。

地區秸稈回收率

通過對問卷數據的整合，山東省的大部分地區秸稈回收率以20%—40%為主，占比達48.32%；其次是小于20%和大于80%的回收率，分別占14.99%和14.47%；40%—60%和60%—80%的回收率比例較低，分別占16.02%和6.2%。這些數據表明需要進一步探究原因，提高秸稈回收率（見表4）。

從調查數據可以看出，所調查8個市的秸稈回收工作在持續進行，這說明農村已經有了秸稈回收的概念，體現出目前國家政策的有效性。但也存在14.99%的地區，秸稈回收率小于20%，這也說明政府仍然需要進一步加大秸稈回收的力度，同時做好觀念的宣傳以及普及。

Shapiro-Wilk檢驗

根據調查問卷數據，提取基本信息（性別、年齡、職業）和農村秸稈生物質炭認知（了解程度、回收概率、回收障礙認知）相關數據為指標數據并分析相關性。分析數據正態分布以確定統計模型。Shapiro-Wilk檢驗是非參數檢驗法，無需正態假設，對數據分布要求低，對離散型和非正態性數據的分析結果更穩健（見表5）。

根據Shapiro-Wilk檢驗的結果，數據集中的職業、秸稈生物質炭了解程度、秸稈回收概率、秸稈回收主要障礙等指標通過了正態性檢驗（p值大于0.05），其余指標的顯著性并未通過，但其余指標數據的峰度的絕對值小于10，偏度的絕對值小于5，可以說明數據基本呈現正態分布。因此，可以進行后續的統計分析。

t顯著性檢驗

探究秸稈生物質炭對農戶種植經濟效益影響，需根據調查問卷選擇對經濟效益有顯著影響的指標。選擇生物質炭購買渠道、更注重價格、更注重品質、價格和品質同等重要、其他成本為自變量指標，經濟成本節省為因變量指標，構造t檢驗，觀察自變量對因變量的影響，t統計量計算公式如下：

（1）

為樣本的總體均值，μ0為待檢驗總體均值，S為樣本方差。

步驟一：給定顯著性水平α=0.05。

步驟二：將樣本數據代入公式（1）中，計算統計量t的值。

步驟三：將t檢驗對應的P值與tα臨界值對應的Pα值進行比較，如果Plt;Pα，則說明存在顯著性的影響，如果Pgt;Pα，則不存在顯著性的影響。

基于上述步驟，采用MATLAB編程可得出結果（見表6）。

分析表6的檢驗結果，生物質炭購買渠道、更注重價格、更注重品質、價格和品質同等重要及其他成本均通過顯著性檢驗，表明這些指標對經濟成本節省狀況有顯著影響，即購買渠道越便利、注重價格越低、其他成本越低，越可能顯著節省種植成本（P越低影響越大）。

K折交叉驗證

使用MATLAB機器學習及K折交叉驗證選模型時，K值的選擇十分關鍵。常見值如3、5、10等，需權衡成本與穩定性，小K值計算量小但穩定性或受影響，大K值如10雖提高穩定性但增加成本。為平衡選K值為10，通過其劃分數據集為10個子集，重復訓練驗證，可全面評估性能、減少過擬合風險，最終模型評價結果見下表（表7）。

鑒于數據量較大，上表僅展示了驗證集上的評估結果。經過MATLAB的綜合評估，發現高斯過程回歸（二次有理）模型為最合適的模型選擇（參數解釋：RMSE、MSE、MAE的值越小，說明模型越好）。其最終的預測圖和誤差圖如下（見圖1和圖2）。

由圖1、圖2可知，預測值在[2，3]區間，表明秸稈生物質炭對農戶種植經濟效益成本有部分節省與不確定性，處于中間狀態，可能由農戶認知、使用習慣等因素導致，不能簡單認定能顯著節省成本，實際應用要綜合考慮國家政策、地區經濟、家庭收入等因素。

為推動生物質炭產業發展及環保目標實現，需政府、企業、農戶共同努力。政府要加大宣傳，培訓農村人員，提供政策支持與監管，以促進合作社建設。企業應提高生產質量，優化炭化工藝與熱解反應處理，降低成本等。農戶需提升認知，參加培訓，組建合作社，實現資源共享與合作生產，參與管理決策。總之，三方協同合作才能有力支持生物質炭產業發展，為可持續發展和環保事業奠定基礎。