現(xiàn)階段我國作物秸稈再利用的主要方式和未來發(fā)展淺析

黃蔚

摘 要 農(nóng)業(yè)秸稈再利用已成為推動(dòng)我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的重要因素。近年來，圍繞“秸稈再利用”話題，許多不同領(lǐng)域的人士進(jìn)行了大量的有益嘗試，提出了諸多具有良好可行性的方案。本文綜合前人經(jīng)驗(yàn)，對(duì)現(xiàn)階段國內(nèi)秸稈再利用的主要方式進(jìn)行概括介紹，對(duì)其未來的發(fā)展進(jìn)行淺要分析。

關(guān)鍵詞 秸稈；再利用；未來發(fā)展

中圖分類號(hào)：S38 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2016.21.097

中國是一個(gè)典型的農(nóng)業(yè)國家，秸稈資源無論是種類還是數(shù)量都很豐富。據(jù)《全國農(nóng)作物秸稈資源調(diào)查與評(píng)價(jià)報(bào)告》的統(tǒng)計(jì)，2010年我國秸稈理論年產(chǎn)量約為8.2億t，可收集資源量約為6.87億 t[1]。秸稈含有氮、磷、鉀等多種元素和養(yǎng)分潛力，其生物質(zhì)含量高達(dá)50%以上。秸稈資源具有較大的開發(fā)價(jià)值。但過去相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，許多農(nóng)戶對(duì)作物秸稈采用直接在田間燒毀或直接丟棄等簡(jiǎn)單粗暴的處理方式，這不但是對(duì)秸稈資源的大量浪費(fèi)，也給對(duì)包括土壤在內(nèi)的當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成嚴(yán)重破壞。對(duì)秸稈資源的合理利用，找準(zhǔn)其用武之地，不僅是對(duì)“建設(shè)資源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會(huì)”的強(qiáng)有力實(shí)踐，也能創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 秸稈利用的主要方式

長期以來，農(nóng)村地區(qū)對(duì)作物秸稈的處理通常是用作生活燃料，或者為了搶種，直接在田間一燒了之。這種簡(jiǎn)單隨意的利用方式注定不會(huì)有較高的資源利用率，并且造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。這種利用方式不符合時(shí)代潮流，遲早會(huì)被徹底淘汰，在此對(duì)其不予論述。下面針對(duì)現(xiàn)階段較為理想的幾種利用方式加以簡(jiǎn)要說明。

1.1 秸稈還田

秸稈還田，通常是指在機(jī)械化收割時(shí)，將作物秸稈直接粉碎，并均勻地鋪撒在田間。在消除秸稈焚燒所帶來的環(huán)境污染等問題的同時(shí)，又能起到增加土壤養(yǎng)分、改良鹽堿化土壤、改善土壤生物群體、有效調(diào)節(jié)地溫、抑制田間雜草、提高下茬農(nóng)作物產(chǎn)量的功效[2]。不過作物秸稈直接還田也會(huì)給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來不利影響。例如，給下茬作物的機(jī)械化耕作造成諸多不便、傳播病蟲害等。此外，直接還田還存在秸稈腐爛降解緩慢，植物對(duì)其吸收利用率低等問題[3]。對(duì)此有人提出快速腐熟還田。但該方法同樣存在操作繁瑣、人工成本偏高等難以推廣的障礙。

1.2 飼料加工

秸稈中粗纖維含量高，占秸稈干物質(zhì)的20%～50%，若直接用作飼料，則適口性差，牲畜消化利用低。目前常采用青貯、微貯等加工方法以改變這種不利局面。

1.2.1 青貯

青貯，是指將新鮮秸稈適當(dāng)粉碎后填入青貯窖中密封保存，通過微生物（主要是秸稈自帶的酵母菌）在厭氧條件下發(fā)酵，使青貯料的pH值降低至4.0左右，以致能夠長期保持鮮嫩多汁并具有明顯的酸甜芳香氣味，如此一來可以大大提高秸稈的適口性。經(jīng)青貯處理后粗蛋白質(zhì)、有機(jī)物消化率、消化能、代謝能均有所提高[4]。

1.2.2 微貯

秸稈微貯技術(shù)，是在農(nóng)作物秸稈中加入由多種活性微生物組成的復(fù)合菌株，在密閉厭氧條件下，微生物大量繁殖，釋放纖維素酶等，促進(jìn)秸稈纖維素、半纖維素、木質(zhì)素分解，從而改善秸稈的適口性，提高消化率、增加營養(yǎng)吸收。微貯秸稈飼料具有成本低、適口性好、效益高、材料來源廣、保存期長的特點(diǎn)，是目前有效利用秸稈的新技術(shù)之一[5]。

微貯技術(shù)是青貯技術(shù)的發(fā)展，主要針對(duì)稻草、麥秸、高粱秸和黃稈玉米秸等含水量偏低不宜用青貯技術(shù)處理的秸稈。與青貯相比，微貯技術(shù)對(duì)粗纖維的降解率高，可將秸稈甚至是雜草等加工成非草食家畜可食用的菌體蛋白生物飼料。

1.3 能源轉(zhuǎn)化

農(nóng)作物秸稈中的碳含量為40%～46%，能源密度為13～15 MJ/kg。每2 t秸稈的熱值相當(dāng)于1 t煤[6]，且其平均含硫量只有0.38%，而煤的平均含硫量約達(dá)1%[7]。熱值較高及含硫量較低的特性使秸稈作為能源材料具備極大的可行性。在秸稈資源過剩的地區(qū)，將其轉(zhuǎn)化為其他形式的二次能源，不失為一種絕佳的秸稈資源利用方式。

1.3.1 直燃發(fā)電

同燃煤發(fā)電相似，秸稈直燃發(fā)電是將干燥秸稈直接送入鍋爐中燃燒，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。據(jù)報(bào)道，截至2008年8月14日，中國節(jié)能投資公司在宿遷地區(qū)的秸稈直燃發(fā)電示范項(xiàng)目累計(jì)發(fā)電量達(dá)1.2億kW·h，其中上網(wǎng)電量約1.1億kW·h。這一實(shí)例從側(cè)面反映出我國在秸稈直燃發(fā)電領(lǐng)域取得的突出成績。但同時(shí)也應(yīng)該注意到，我國秸稈直燃發(fā)電也面臨著實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步突破的巨大障礙，如秸稈收購困難、企業(yè)利潤率低、技術(shù)開發(fā)能力和產(chǎn)業(yè)體系薄弱等[8]。

秸稈燃燒后剩余草木灰，用處得當(dāng)也能變廢為寶。草木灰含6%～12%鉀和1.5%～3%磷。此外，還含有鈣、鎂、硅和硫等大量元素，以及銅、鋅、鐵、錳、硼和鉬等微量元素，營養(yǎng)豐富，可用作農(nóng)業(yè)基肥或追肥；草木灰pH值在8.7～10.8，可用于改良酸性土壤；同時(shí)，草木灰具有孔隙度大、持水性好、營養(yǎng)元素豐富、無菌無毒等優(yōu)良特性，經(jīng)科學(xué)加工、復(fù)配，可以研制出安全、低成本、育苗效果良好基質(zhì)，在水稻育秧[9]、蔬菜育苗等方面顯示出良好的潛力。

1.3.2 秸稈沼氣

秸稈沼氣是以秸稈為主要原料，在特定環(huán)境條件下利用厭氧微生物發(fā)酵以產(chǎn)生沼氣。秸稈沼氣是可再生綠色能源，能在一定程度上減輕生活和生產(chǎn)對(duì)煤炭、石油等的依賴，降低硫化物和氮氧化物的排放，減輕環(huán)境壓力。此外，作為發(fā)酵殘余物的沼渣，也是優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料[10]。秸稈作為原料生產(chǎn)沼氣潛力巨大，生態(tài)效益好。但由于秸稈中木質(zhì)纖維素難以降解[11]、發(fā)酵過程容易出現(xiàn)酸化、厭氧時(shí)間長等原因，造成了這種技術(shù)沒有較好的推廣開來[12]。

1.3.3 秸稈氣化和炭化

秸稈氣化是以秸稈為原料，通過氣化機(jī)組進(jìn)行不完全燃燒將秸稈轉(zhuǎn)化為一氧化碳、氫氣等可燃性氣體，進(jìn)一步供應(yīng)農(nóng)戶作燃料，其利用率是直接燃燒的3～5倍[13]。秸稈氣化技術(shù)也存在諸多技術(shù)性問題有待進(jìn)一步解決，如秸稈氣中的焦油問題及秸稈氣凈化引起的農(nóng)田、河道二次污染問題等[13]。

秸稈炭化是將作物秸稈在缺氧條件下，經(jīng)高溫?zé)峤猱a(chǎn)生生物炭和木醋液的過程。秸稈炭化具有良好經(jīng)濟(jì)效益，以玉米秸稈為例，其炭化前后收益結(jié)果如表1所示[14]。據(jù)表中數(shù)據(jù)測(cè)算，1 hm2玉米秸稈的價(jià)值約為1 500元，炭化后總價(jià)值則達(dá)到2 925元，增值95%。秸稈炭化也具有良好的生態(tài)效益，其在含Cr（Ⅵ）、Pb（Ⅱ）的廢水凈化[15，16]、保護(hù)性耕作[17]、改良土壤等方面顯示出良好的前景?？偟膩碚f，秸稈炭化是提高秸稈綜合利用率的一條切實(shí)可行的途徑。

1.3.4 制備固體成型燃料

以玉米、小麥秸稈、棉花干和花生殼等為原料，經(jīng)機(jī)械化粉碎后加壓增密成型。處理前，秸稈堆積疏松，長距離運(yùn)輸和儲(chǔ)存不便；處理后，成型產(chǎn)品的體積相當(dāng)于原體積的1/10～1/15，容重顯著提高。秸稈壓縮成型燃料可以代替煤炭、木材等，廣泛用于家庭取暖、小型熱水鍋爐或小型發(fā)電設(shè)備，是農(nóng)村地區(qū)充分利用秸稈等生物質(zhì)資源的重要途徑。

秸稈作為一項(xiàng)重要的可再生資源，在當(dāng)今世界能源危機(jī)的背景下突顯出極其重要的位置。諸多領(lǐng)域的科研工作者都將目光聚焦在秸稈的再利用上，除了以上所介紹的秸稈的主要利用方式外，采用生物技術(shù)手段，利用秸稈制備糠醛、乙醇、單細(xì)胞蛋白等化工和生物材料的相關(guān)研究也正如火如荼地展開。

2 未來發(fā)展

就秸稈的利用方式而言，最近一段時(shí)間應(yīng)該很難再提出兼具創(chuàng)新性和可行性的思路，且將新思路轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)往往有會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間。因此，集中精力解決現(xiàn)階段秸稈再利用過程中存在的各種問題，應(yīng)是當(dāng)下針對(duì)秸稈再利用的工作重點(diǎn)。

2.1 秸稈分類利用

農(nóng)作物秸稈含有大量的粗纖維、粗脂肪、粗蛋白等，但不同作物的有機(jī)質(zhì)組成和營養(yǎng)成分各不相同。因此，后續(xù)的開發(fā)利用應(yīng)根據(jù)其各自特點(diǎn)區(qū)別加以利用。不同作物秸稈成分如表2[18]所示。

舉例說明：選擇作為飼料加工的秸稈，要求有較高的粗蛋白和粗纖維含量，較低的纖維素和木質(zhì)素含量。結(jié)合表1，玉米秸稈為相對(duì)較為理想的選擇。至于小麥秸稈，則更宜作為對(duì)纖維素和木質(zhì)素含量要求較高的能源材料，如用于直燃發(fā)電?？傊斩挼睦貌荒芨阋坏肚?，這樣才能物盡其用，不至于造成隱形的浪費(fèi)。

2.2 發(fā)展配套產(chǎn)業(yè)

以秸稈飼料化為例，在著力推進(jìn)秸稈飼料化的過程中，要同時(shí)加快以食草型牲畜為重點(diǎn)養(yǎng)殖對(duì)象的畜牧產(chǎn)業(yè)發(fā)展，使秸稈飼料化和畜牧養(yǎng)殖形成良性互動(dòng)，在各自的發(fā)展中相互促進(jìn)、相互融合。秸稈用作飼料飼喂牲畜，又可以實(shí)現(xiàn)過腹還田，提高土壤有機(jī)質(zhì)和微生物含量，增強(qiáng)土壤酶活性和蓄水保墑能力[19]，為地區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)奠定良好基礎(chǔ)。反過來，生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展對(duì)于提高糧食產(chǎn)量、飼料質(zhì)量大有裨益。如此一來，形成秸稈飼料→畜牧養(yǎng)殖→生態(tài)農(nóng)業(yè)→秸稈飼料的良性循環(huán)，真正實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的全面升級(jí)和變革。

2.3 加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和科技研發(fā)

加強(qiáng)青貯窖、沼氣池及沼氣、秸稈氣輸送管道等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和不斷完善，既是惠及大眾的民生工程，也是推動(dòng)秸稈資源化利用的根本保證。針對(duì)單純秸稈飼料適口性不佳、營養(yǎng)價(jià)值偏低、青貯飼料生產(chǎn)損失率較高的棘手問題，政府應(yīng)當(dāng)積極組織科研機(jī)構(gòu)和大中專院校開展關(guān)鍵技術(shù)問題公關(guān)，調(diào)整青貯生產(chǎn)流程，優(yōu)化青貯工藝條件，改善飼料配方組成等；針對(duì)相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備不成熟、使用成本高、操作復(fù)雜等問題，政府應(yīng)積極引導(dǎo)企業(yè)與專業(yè)機(jī)構(gòu)聯(lián)合，升級(jí)換代性能穩(wěn)定的專業(yè)設(shè)備。

2.4 重視金融扶持和政策引導(dǎo)

秸稈的加工利用具有較強(qiáng)的季節(jié)性，需要一次性投入較大的人力、物力和財(cái)力。我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段，基礎(chǔ)薄弱，中小企業(yè)因此往往在資金方面面臨較大的壓力。救急如救火，金融機(jī)構(gòu)應(yīng)有針對(duì)性地適時(shí)調(diào)整相應(yīng)金融政策，降低貸款門檻、簡(jiǎn)化貸款流程，解暫時(shí)陷入資金困境相關(guān)企業(yè)的燃眉之急。各級(jí)政府財(cái)政也應(yīng)在大型農(nóng)業(yè)機(jī)械，如青貯取料機(jī)械、秸稈粉碎揉絲機(jī)械、TMR等機(jī)械加大補(bǔ)貼力度；降低該領(lǐng)域相關(guān)市場(chǎng)的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，給予更多、更實(shí)際的政策優(yōu)惠和政策指導(dǎo)，鼓勵(lì)社會(huì)資本金注入，激發(fā)市場(chǎng)活力。

3 結(jié)語

秸稈是重要的生物質(zhì)能源，秸稈的有效再利用不僅是節(jié)約資源、變廢為寶，而且在環(huán)境治理已經(jīng)列為國家戰(zhàn)略、以及世界范圍內(nèi)能源枯竭的宏大背景下，儼然已經(jīng)成為炙手可熱的社會(huì)問題、政治問題、經(jīng)濟(jì)問題。近年來，我國在秸稈再利用方面充分發(fā)揮原料優(yōu)勢(shì)，取得了可喜的成績與長足的進(jìn)步。但同時(shí)也應(yīng)當(dāng)注意到，在利用過程中暴露出的棘手問題，技術(shù)不足、經(jīng)驗(yàn)欠缺、政策僵硬、思維固化等問題仍然沒有得到有效解決，這些問題嚴(yán)重阻礙了秸稈再利用向持續(xù)、高效、環(huán)保無污染的方向發(fā)展。黨的十八大明確提出我國堅(jiān)持走農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的道路，當(dāng)農(nóng)業(yè)發(fā)展上升到事關(guān)國家發(fā)展的高度，農(nóng)業(yè)相關(guān)的教育、科研、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、配套政策制定等都會(huì)及時(shí)跟進(jìn)，秸稈再利用這個(gè)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的熱點(diǎn)，注定會(huì)從中受益?？梢灶A(yù)言，現(xiàn)階段，秸稈再利用面臨的諸多問題在合適的時(shí)間都將會(huì)迎刃而解。

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（責(zé)任編輯：劉昀）