叢宏斌,姚宗路,趙立欣,孟海波,王久臣,霍麗麗,袁艷文,賈吉秀,謝 騰,吳雨濃
·資源循環(huán)利用與環(huán)境?能源工程·
中國農(nóng)作物秸稈資源分布及其產(chǎn)業(yè)體系與利用路徑
叢宏斌1,姚宗路2,趙立欣1※,孟海波1,王久臣3,霍麗麗1,袁艷文1,賈吉秀2,謝 騰1,吳雨濃1
(1. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100125;2. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所,北京 100081;3. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護(hù)總站,北京 100125)
中國具有豐富的農(nóng)作物秸稈資源,推進(jìn)農(nóng)作物秸稈綜合利用,不僅可減少田間焚燒環(huán)境污染、消除火災(zāi)隱患,還可增加農(nóng)民收入、改善農(nóng)村人居環(huán)境、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展?;谥袊箨懙貐^(qū)各省級(jí)行政區(qū)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),探討了中國農(nóng)作物秸稈資源構(gòu)成與空間分布特征。玉米、水稻、小麥三大糧食作物秸稈占全國秸稈資源總量的84.8%;秸稈資源總體呈現(xiàn)出“東高西低、北高南低”的階梯狀分布特征。統(tǒng)攬中國秸稈產(chǎn)業(yè)發(fā)展全局,系統(tǒng)梳理并深入解析了中國秸稈產(chǎn)業(yè)政策體系、市場(chǎng)體系、技術(shù)體系和監(jiān)管體系發(fā)展歷程和現(xiàn)狀。分別以單一利用、綜合利用、戰(zhàn)略布局和區(qū)域統(tǒng)籌為鮮明特征,將秸稈利用政策歷程劃分為政策起步期(1979—2007年)、政策發(fā)展期(2008—2012年)、政策轉(zhuǎn)型期(2013—2016年)和政策深化期(2017年至今)。系統(tǒng)闡釋了中國農(nóng)作物秸稈農(nóng)業(yè)利用、能源化利用和高值化利用的主要路徑與模式。該研究可為指導(dǎo)中國秸稈資源開發(fā)利用提供重要的基礎(chǔ)支撐和決策參考。
秸稈;產(chǎn)業(yè);作物;分布;產(chǎn)業(yè)體系;路徑;模式
中國農(nóng)作物秸稈種類多、總量大,是世界第一大秸稈產(chǎn)出國,占全球秸稈資源量的近五分之一[1]。還田循環(huán)利用是國外秸稈利用的主導(dǎo)方式,發(fā)達(dá)國家秸稈利用較充分,基本杜絕了廢棄與露天焚燒的問題[2]?!坝脛t利,棄則害”。受農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件等因素制約,中國農(nóng)作物秸稈資源供給顯現(xiàn)出階段性、結(jié)構(gòu)性和區(qū)域性過?,F(xiàn)象,秸稈田間禁燒壓力大[3-5]。解析中國秸稈資源構(gòu)成與分布特征,把脈產(chǎn)業(yè)發(fā)展技術(shù)與政策關(guān)鍵問題,深入推進(jìn)秸稈綜合利用,不僅可減少就地焚燒環(huán)境污染、消除火災(zāi)隱患,還可增加農(nóng)民收入、改善農(nóng)村人居環(huán)境、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[6-11]。
多年來,尤其是“十一五”以來,秸稈綜合利用研究引起了國內(nèi)相關(guān)學(xué)者的高度關(guān)注。主要表現(xiàn)在秸稈資源量估算與利用技術(shù)、配套政策、發(fā)展前景分析等方面[12-15]。一些學(xué)者從肥料化、飼料化、能源化利用的專一角度對(duì)資源潛力、適應(yīng)性與環(huán)境影響等進(jìn)行了評(píng)估[16-20],對(duì)指導(dǎo)中國秸稈綜合利用產(chǎn)業(yè)政策制定、產(chǎn)業(yè)技術(shù)攻關(guān)和保障措施落實(shí)等具有重要推動(dòng)作用。但是,從國家尺度上,探討秸稈資源構(gòu)成與空間分布特征,并從秸稈產(chǎn)業(yè)體系角度全面評(píng)估秸稈綜合利用方面的研究尚存在明顯不足。
本文在分析中國秸稈資源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與相關(guān)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上,探討中國農(nóng)作物秸稈資源構(gòu)成與空間分布特征,統(tǒng)攬中國秸稈產(chǎn)業(yè)發(fā)展全局,梳理并解析中國秸稈產(chǎn)業(yè)政策體系、市場(chǎng)體系、技術(shù)體系和監(jiān)管體系發(fā)展歷程和現(xiàn)狀,系統(tǒng)闡釋秸稈農(nóng)業(yè)利用、能源化利用與高值化利用的主要路徑與模式,以期為指導(dǎo)中國秸稈資源開發(fā)利用提供基礎(chǔ)支撐和決策參考。
本研究數(shù)據(jù)來源于農(nóng)業(yè)農(nóng)村部全國農(nóng)作物秸稈資源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。涉及的農(nóng)作物秸稈包括糧食作物(玉米、水稻、小麥、其他谷物)、油料作物(油菜、花生、豆類)、經(jīng)濟(jì)作物(棉花、薯類),但不包括蔬菜、甘蔗等的種植或加工剩余物。秸稈資源量一般包括理論資源量和可收集資源量,本研究涉及的秸稈資源量如無特別說明,均指可收集資源量,是某一區(qū)域通過現(xiàn)有收集方式可供實(shí)際利用的最大秸稈數(shù)量,一般通過理論資源量乘收集系數(shù)確定[21]。
以省級(jí)行政區(qū)為基本單元,在此基礎(chǔ)上,參照中國13個(gè)糧食主產(chǎn)區(qū)分布特點(diǎn)劃分六大區(qū)域,對(duì)中國秸稈資源空間分布特征進(jìn)行分析。1)東北地區(qū)(糧食主產(chǎn)區(qū)占3個(gè)):黑龍江、吉林、遼寧;2)華北地區(qū)(占3個(gè)):北京、天津、河北、河南、山東、山西;3)長江中下游地區(qū)(占5個(gè)):上海、江蘇、浙江、安徽、湖北、湖南、江西;4)西北地區(qū)(占1個(gè)):內(nèi)蒙古、陜西、寧夏、甘肅、青海、新疆;5)西南地區(qū)(占1個(gè)):重慶、四川、貴州、云南、西藏;6)東南地區(qū)(占0個(gè)):福建、廣東、廣西、海南。本研究未包括香港、澳門、臺(tái)灣3個(gè)行政區(qū)的秸稈數(shù)據(jù)。
2017年,中國農(nóng)作物秸稈可收集資源量為8.27億t,其中,玉米、水稻、小麥三大糧食作物秸稈資源量分別為37.2、19.1,14.7億t,合計(jì)占全國秸稈資源總量的84.8%,是中國農(nóng)作物秸稈的主要來源。棉花、油菜、花生、豆類、薯類、其他谷物秸稈分別占秸稈總量的2.8%、2.4%、2.1%、2.8%、3.3%和1.8%。
中國農(nóng)作物秸稈資源空間分布如圖1所示,受地理環(huán)境和氣候條件等因素影響,總體呈現(xiàn)出“東高西低、北高南低”的階梯狀分布特征,中國秸稈資源主要集中在東北、華北和長江中下游地區(qū),分別占全國秸稈資源總量的20.7%、24.6%、22.3%,這些區(qū)域大部分屬于中國秸稈資源重點(diǎn)開發(fā)區(qū)[21]。從省級(jí)行政區(qū)層面分析,由于中國糧食生產(chǎn)逐步向核心主產(chǎn)區(qū)集中,13個(gè)主產(chǎn)區(qū)糧食作物秸稈占全國糧食作物秸稈的78.4%,秸稈資源占全國秸稈資源總量的76.1%。據(jù)報(bào)道,2017年13個(gè)主產(chǎn)區(qū)糧食產(chǎn)量占全國的比例達(dá)到78%[22],主產(chǎn)區(qū)秸稈與糧食產(chǎn)量占全國比重?cái)?shù)據(jù)吻合。
圖1 中國農(nóng)作物秸稈資源總量空間分布
三大糧食作物外的秸稈占比雖然不高,但也表現(xiàn)出明顯的區(qū)域富集性。67.7%的棉花秸稈集中分布在新疆,另外,華北和長江中下游地區(qū)的山東、河北、湖北等地也是棉花秸稈較富集區(qū)域。華北地區(qū)是花生秸稈主要富集區(qū),其中河南、山東、河北三省占全國花生秸稈的51.9%。黑龍江的豆類作物秸稈占全國豆類秸稈總量的38.3%。長江中下游地區(qū)和西南地區(qū)是油菜秸稈富集區(qū),其中,湖北、湖南、四川最為集中,占全國油菜秸稈總量的48.2%。全國薯類作物秸稈分布相對(duì)分散,在六大區(qū)域未表現(xiàn)出明顯的區(qū)域富集性。
玉米、水稻、小麥三大糧食作物秸稈占比大,是中國秸稈資源綜合利用的重點(diǎn),其空間分布如圖2所示。三大糧食作物秸稈的區(qū)域富集性均非常明顯,但卻表現(xiàn)出不同的空間分布特征。
a. 玉米秸稈 a. Corn stalkb. 水稻秸稈 b. Rice strawc. 小麥秸稈 c. Wheat straw
玉米秸稈資源空間分布特征如圖2a所示,主要在東北和華北地區(qū)富集,并沿對(duì)角線向西南地區(qū)延伸,東北和華北地區(qū)占全國玉米秸稈資源總量的68.1%,其中,黑龍江、吉林、山東、河北、河南5省資源最為集中,合計(jì)占全國玉米秸稈資源總量的56.9%。水稻秸稈資源分布特征如圖2b所示,出現(xiàn)南北兩極,分別是以黑龍江為極心的東北地區(qū)和以湖南、江西為極心的江南地區(qū)(包括長江中下游、西南和東南),黑龍江、湖南、江西三省合計(jì)占全國水稻秸稈資源總量的37.0%。小麥秸稈資源分布特征如圖2c所示,主要分布在華北地區(qū),以山東、河南為中心,向南北出現(xiàn)短線擴(kuò)散,向西部沿河西走廊深度延伸。華北地區(qū)占全國小麥秸稈資源總量的59.3%。
2015年11月,農(nóng)業(yè)部出臺(tái)了《關(guān)于“鐮刀彎”地區(qū)玉米結(jié)構(gòu)調(diào)整的指導(dǎo)意見》,提出“鐮刀彎”地區(qū)(包括東北冷涼區(qū)、北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)、西北風(fēng)沙干旱區(qū)、太行山沿線區(qū)、西南石漠化區(qū))玉米種植調(diào)減計(jì)劃,調(diào)減土地主要用于休耕輪作、涵養(yǎng)生態(tài),同時(shí),增加青貯玉米、大豆、雜糧和春小麥的種植[23]。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局官網(wǎng)數(shù)據(jù),全國玉米產(chǎn)量從2015年的2.65億t降至2018年的2.57億t,持續(xù)出現(xiàn)小幅下降?!兑庖姟返穆鋵?shí)對(duì)中國,尤其是“鐮刀灣”沿線地區(qū)的農(nóng)作物秸稈資源構(gòu)成與分布均會(huì)造成一定影響。但是,2019年中央一號(hào)文件《中共中央國務(wù)院關(guān)于堅(jiān)持農(nóng)業(yè)農(nóng)村優(yōu)先發(fā)展做好“三農(nóng)”工作的若干意見》明確指出:“將稻谷、小麥作為必保品種,穩(wěn)定玉米生產(chǎn),確保谷物基本自給、口糧絕對(duì)安全”。因此,今后中國三大糧食作物種植面積與秸稈產(chǎn)量總體企穩(wěn)。
新中國成立到改革開放,中國社會(huì)整體處于物質(zhì)匱乏、能源短缺時(shí)代,秸稈利用以原始的農(nóng)村炊事、取暖用能以及畜牧飼養(yǎng)為主[24]。這一階段可檢索到的涉及農(nóng)作物秸稈利用相關(guān)政策較少,1965年中共中央、國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于解決農(nóng)村燒柴問題的指示》提出:“秸稈還田是種田養(yǎng)田增加有機(jī)肥料培養(yǎng)地力的重要措施之一。但是,在推廣秸稈還田時(shí),必須對(duì)于燒柴、飼草和肥料全面安排”[25]。改革開放后,中國農(nóng)作物秸稈利用相關(guān)政策、法規(guī)文件的出臺(tái)歷程和演變規(guī)律如表1所示,整體上,可劃分為以下4個(gè)階段。
第1階段:政策起步期(1979—2007)。本階段的基本特征是相關(guān)政策法規(guī)涉及的秸稈利用方式相對(duì)單一,如作為本階段的標(biāo)志性起點(diǎn)文件,十一屆四中全會(huì)決議僅提出積極擴(kuò)大秸稈還田的推廣,但是,在本階段的系列文件中涵蓋了肥料化、飼料化、能源化等利用途徑[26-31]。另外,秸稈露天焚燒污染問題已引起重視,1987年全國人大審議通過《大氣污染防治法》,提出“禁止露天焚燒秸稈、落葉等產(chǎn)生煙塵污染的物質(zhì)”,該法規(guī)后經(jīng)多次修訂,不斷明確了秸稈田間焚燒的處罰措施。2007年中央一號(hào)文件提出秸稈燃料化、肥料化、飼料化綜合利用的思路,為下一階段相關(guān)政策出臺(tái)奠定了基礎(chǔ)。
第2階段:政策發(fā)展期(2008—2012)。本階段的基本特征是相關(guān)政策法規(guī)強(qiáng)調(diào)秸稈綜合利用,作為本階段標(biāo)志性起點(diǎn)文件,2008年國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)作物秸稈綜合利用的意見》明確提出,“把推進(jìn)秸稈綜合利用與農(nóng)業(yè)增效和農(nóng)民增收結(jié)合起來,加快推進(jìn)秸稈綜合利用”。在國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和財(cái)政收入大幅提升的背景下,這一時(shí)期出臺(tái)了支持秸稈綜合利用的系列財(cái)稅補(bǔ)貼政策[32-34]。2011年,相關(guān)部委出臺(tái)了“十二五”農(nóng)作物秸稈綜合利用實(shí)施方案,提出“農(nóng)業(yè)優(yōu)先、多元利用”原則,是下一階段秸稈利用政策轉(zhuǎn)型的重要鋪墊。
第3階段:政策轉(zhuǎn)型期(2013—2016)。在“十八大”以來國家生態(tài)文明建設(shè)戰(zhàn)略布局下,本階段秸稈綜合利用政策出現(xiàn)了戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型?!洞髿馕廴痉乐涡袆?dòng)計(jì)劃實(shí)施情況考核辦法(試行)》將秸稈田間禁燒列入考核指標(biāo)[35],進(jìn)一步扣緊了各級(jí)政府秸稈禁燒工作的緊箍咒。本階段,從生態(tài)環(huán)境保護(hù)與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展全局高度,出臺(tái)了秸稈綜合利用相關(guān)政策。如《打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展》等,相關(guān)政策突出強(qiáng)調(diào)綜合利用、生態(tài)循環(huán)、永續(xù)發(fā)展等時(shí)代主題[36-38]。另外,此階段提出了區(qū)域秸稈全量化利用概念[36]。
第4階段:政策深化期(2017至今)。在鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實(shí)施的背景下,2017年,中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于創(chuàng)新體制機(jī)制推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的意見》,要求“嚴(yán)格依法落實(shí)秸稈禁燒制度,整縣推進(jìn)秸稈全量化綜合利用”。本階段,秸稈綜合利用政策在轉(zhuǎn)型發(fā)展的基礎(chǔ)上不斷深化,區(qū)域統(tǒng)籌是其鮮明特征,農(nóng)業(yè)部發(fā)布了《秸稈農(nóng)用十大模式》《東北地區(qū)秸稈處理行動(dòng)方案》等[39-42],突出了相關(guān)政策的針對(duì)性、實(shí)操性和全局性。
加快推進(jìn)秸稈綜合利用,探索企業(yè)、農(nóng)民和政府三方共贏的利益鏈接機(jī)制,以及可操作、可復(fù)制、可持續(xù)的秸稈綜合利用長效機(jī)制是今后秸稈政策聚集的重點(diǎn)。
秸稈產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)體系組成如圖3所示,可分為上游原料市場(chǎng)和下游產(chǎn)品市場(chǎng)2個(gè)子系統(tǒng)。上游秸稈原料市場(chǎng)直接影響加工企業(yè)原料成本和利潤空間等,對(duì)秸稈產(chǎn)業(yè)發(fā)展影響很大。在保障秸稈原料有效供給方面,近年來,國家與地方在編制相關(guān)規(guī)劃或方案文件時(shí),特別強(qiáng)調(diào)統(tǒng)籌安排秸稈多元利用優(yōu)先時(shí)序,合理編制實(shí)施方案,避免資源閑置或過度競(jìng)爭(zhēng)[43]。下游產(chǎn)品市場(chǎng)直接影響加工企業(yè)產(chǎn)品市場(chǎng)空間和銷售價(jià)格等,對(duì)秸稈產(chǎn)業(yè)發(fā)展也存在重要影響。在穩(wěn)定和擴(kuò)大產(chǎn)品需求方面,國家與地方政府也出臺(tái)了一系列促進(jìn)秸稈肥料化、飼料化和燃料化利用的政策文件和補(bǔ)貼措施。
秸稈產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)主體包括原料供給者(農(nóng)戶、農(nóng)場(chǎng)主和農(nóng)業(yè)種植企業(yè)等)、產(chǎn)品需求者(農(nóng)戶、農(nóng)場(chǎng)主、農(nóng)業(yè)種植企業(yè)和其他用戶等)、中間參與者(秸稈處理利用企業(yè)、原料與產(chǎn)品流通業(yè)服務(wù)機(jī)構(gòu)或個(gè)人等)。在沒有外部要素干預(yù)的情況下,秸稈產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)的形成與可持續(xù)發(fā)展,需要2個(gè)基本條件:1)市場(chǎng)上存在有效的秸稈供給與有效的產(chǎn)品需求;2)交易加工費(fèi)用低于產(chǎn)品需求價(jià)格與秸稈供給價(jià)格之差[44]。受原料儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)成本高,以及目前秸稈利用技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較差等因素制約,目前中國秸稈產(chǎn)業(yè)完全市場(chǎng)化發(fā)展仍比較困難。在政策、資金、信貸和保險(xiǎn)等方面,對(duì)政府引導(dǎo)和綠色金融仍有很強(qiáng)的依賴性。
圖3 秸稈產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)體系框架圖
表1 農(nóng)作物秸稈產(chǎn)業(yè)政策體系
秸稈產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系框架如圖4所示,整體上,可分為構(gòu)架層、共用技術(shù)層和專用技術(shù)層。構(gòu)架層對(duì)秸稈利用技術(shù)體系進(jìn)行了基礎(chǔ)分類,分為直接還田和離田利用兩大技術(shù)系統(tǒng)。直接還田技術(shù)是一種秸稈就地肥料化利用技術(shù),包括快腐還田、深松還田、旋耕還田和覆蓋還田技術(shù)等,是目前秸稈利用最主要的方式[17,44]。離田利用技術(shù)是秸稈經(jīng)田間收割、撿拾、打捆和轉(zhuǎn)運(yùn)后的就近利用技術(shù),所包括的具體技術(shù)形式較多。
圖4 秸稈產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系框架
目前,可用于示范推廣和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的秸稈綜合利用技術(shù)已達(dá)到十余種,為便于宣傳推廣和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),多年來,國家和地方相關(guān)文件將其歸納為肥料化、飼料化、燃料化、原料化、基料化5類主要途徑,簡稱“五化”或“五料化”,本研究專用技術(shù)層也采用了這一慣用分類方法。秸稈肥料化利用技術(shù)應(yīng)用最為廣泛,除包括直接還田肥料化利用技術(shù)外,還包括過腹還田肥料化利用技術(shù),以及菌肥聯(lián)產(chǎn)、氣肥聯(lián)產(chǎn)肥料化利用技術(shù)等[45]。秸稈飼料化利用技術(shù)包括秸稈青貯、黃貯、微貯、膨化、成型、干草等秸稈飼料加工技術(shù),適合飼料化利用的秸稈主要包括玉米、花生、油菜和豆類秸稈等[46]。秸稈燃料化利用技術(shù)主要包括發(fā)電(熱電聯(lián)產(chǎn))、成型、熱解、捆燒等能源化利用技術(shù),其中,目前秸稈發(fā)電(熱電聯(lián)產(chǎn))技術(shù)是秸稈燃料化利用最重要的技術(shù)形式[47-49]。秸稈基料化技術(shù)指以秸稈為主要原料,加工或制備為微生物、植物或動(dòng)物生長提供一定營養(yǎng)和良好條件的有機(jī)物料,主要包括食用菌技術(shù)、植物栽培育苗基質(zhì)技術(shù)和動(dòng)物飼養(yǎng)墊料技術(shù)等[48]。秸稈原料化利用技術(shù)指秸稈作為工業(yè)原料進(jìn)行加工利用的技術(shù),主要包括造紙、板材加工、生活用品編制等。
共用技術(shù)層處于構(gòu)架層與專用技術(shù)層之間,是農(nóng)作物秸稈“五料化”利用的銜接技術(shù),主要包括秸稈收割、破茬、粉碎,以及離田利用技術(shù)體系中所涉及的秸稈儲(chǔ)運(yùn)等相關(guān)技術(shù)。共用技術(shù)也是秸稈綜合利用技術(shù)體系的重要組成部分。
堅(jiān)持以疏為主,堵疏結(jié)合,是近年來秸稈禁燒和綜合利用產(chǎn)業(yè)監(jiān)管的基本原則。依據(jù)《大氣污染防治法》等法律文件,國家六部委聯(lián)合發(fā)布的《秸稈禁燒和綜合利用管理辦法》明確指出:“在地方各級(jí)人民政府的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下,各級(jí)環(huán)境保護(hù)行政主管部門會(huì)同農(nóng)業(yè)等有關(guān)部門負(fù)責(zé)秸稈禁燒的監(jiān)督管理;農(nóng)業(yè)部門負(fù)責(zé)指導(dǎo)秸稈綜合利用的實(shí)施工作”,這是行業(yè)與產(chǎn)業(yè)監(jiān)管的基本遵循。產(chǎn)業(yè)監(jiān)管過程中,生態(tài)環(huán)境部門履行環(huán)境監(jiān)管執(zhí)法職責(zé),一般由環(huán)保、農(nóng)業(yè)、科技、公安和交通等部門組成聯(lián)合督查組;農(nóng)業(yè)聯(lián)合科技等部門推廣秸稈綜合利用技術(shù),指導(dǎo)和落實(shí)秸稈綜合利用相關(guān)項(xiàng)目實(shí)施。重點(diǎn)區(qū)域還通過建立網(wǎng)格化監(jiān)管制度,加強(qiáng)科學(xué)有序疏導(dǎo),防范因秸稈露天焚燒造成區(qū)域性重污染天氣[40]。秸稈能源化利用重大項(xiàng)目一般由發(fā)改、住建、能源和環(huán)保部門負(fù)責(zé)項(xiàng)目審批、建設(shè)、運(yùn)營和環(huán)保監(jiān)管,由農(nóng)業(yè)相關(guān)部門指導(dǎo)原料收儲(chǔ)。
目前,中國“農(nóng)業(yè)優(yōu)先、多元利用”的秸稈綜合利用格局基本形成,以肥料化利用為核心,秸稈農(nóng)用技術(shù)路徑和基本模式如圖5所示,主要包括直接還田、過腹還田、菌肥聯(lián)產(chǎn)和氣肥聯(lián)產(chǎn)等[45]。
圖5 秸稈農(nóng)用路徑與基本模式
直接還田模式屬秸稈直接肥料化利用模式,主要包括深翻、旋耕、覆蓋和快腐還田等。深翻還田是將秸稈粉碎后均勻拋灑于田間,然后用大型拖拉機(jī)深翻,該模式凸顯了秸稈還田對(duì)東北黑土地資源保護(hù)和新疆棉區(qū)土壤保水保肥的生態(tài)效益。旋耕還田將秸稈粉碎后均勻拋灑于田間,然后在秸稈青綠時(shí)用大中型拖拉旋耕,是一種適合黃準(zhǔn)海地區(qū)玉米秸稈和長江流域小麥秸稈還田的模式。覆蓋還田在作物收獲后,將秸稈和殘茬覆蓋于地表,土壤不耕翻,該模式具有一定的蓄水保墑功能,適合于黃土高原生態(tài)脆弱區(qū)??旄€田將秸稈就地粉碎,田間保持一定水層,通過腐熟劑將秸稈短期內(nèi)快速腐熟,該模式適用于一年三熟、高溫高濕的華南地區(qū)。
過腹還田模式是一種基于飼料化利用和種養(yǎng)結(jié)合的秸稈肥料化利用模式。通過物理、化學(xué)、生物等方法處理后的秸稈,適當(dāng)添加輔料和營養(yǎng)元素,制作草食牲畜飼料,養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的動(dòng)物糞便,通過好氧發(fā)酵或厭氧發(fā)酵技術(shù)處理后肥料化利用。菌肥聯(lián)產(chǎn)模式是以秸稈作為主要原料,制作食用菌栽培基質(zhì),食用菌采收后的菌糠經(jīng)高溫堆肥處理進(jìn)行肥料化利用,該模式在全國不同區(qū)域均得到較好的產(chǎn)業(yè)化推廣。氣肥聯(lián)產(chǎn)模式依托厭氧發(fā)酵或慢速熱解技術(shù),實(shí)現(xiàn)沼氣沼肥的聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供或熱解氣炭肥聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供,屬秸稈能源化、資源化綜合利用模式。以上3種模式通過有效延伸秸稈產(chǎn)業(yè)鏈與價(jià)值鏈,提高了秸稈利用附加值,均實(shí)現(xiàn)了高效循環(huán)利用,有利于促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色、可持續(xù)發(fā)展。
目前,中國秸稈能源化利用路徑,主要指通過直燃發(fā)電(熱電聯(lián)產(chǎn))、成型、熱解、捆燒等技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)秸稈的能源轉(zhuǎn)化和清潔利用[47]。
秸稈能源化路徑與基本模式如圖6所示。秸稈直燃發(fā)電(熱電聯(lián)產(chǎn))技術(shù)模式是秸稈利用量最大的燃料化利用方式,主要包括蒸汽系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)和余熱回收系統(tǒng)等,通過熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)利用發(fā)電余熱生產(chǎn)熱水,可有效提高系統(tǒng)熱效率。秸稈經(jīng)粉碎和擠壓成型后,可生產(chǎn)顆粒狀和塊狀成型燃料,顆粒燃料生產(chǎn)成本相對(duì)較高,但便于運(yùn)輸和鍋爐自動(dòng)上料,一般用于戶用爐具更為合適,秸稈成型燃料在農(nóng)村炊事和供暖中得到了較廣泛的應(yīng)用。秸稈熱解聯(lián)產(chǎn)模式指秸稈經(jīng)粉碎熱解炭化后,生產(chǎn)熱解氣和秸稈炭,高溫?zé)峤鈿饣赜萌紵a(chǎn)生的熱風(fēng)作為熱解熱源,剩余燃?xì)庥糜诖妒禄虿膳唤斩捥靠捎糜谏a(chǎn)炭基肥,也可混配成型生產(chǎn)供燃料化利用的型炭。秸稈捆燒主要用于供暖,其中小型層燃捆燒鍋爐一般用于單戶供暖,大中型鏈條式捆燒鍋爐一般用于集中供暖,近年來,捆燒供暖技術(shù)模式得到快速推廣,取得了較好的應(yīng)用效果。
圖6 秸稈能源化路徑與基本模式
秸稈高值化是以原料化利用技術(shù)為主的秸稈綜合利用路徑。目前產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用或示范推廣的高值化利用技術(shù)路徑主要包括秸稈人造板材、復(fù)合材料、清潔制漿、木糖醇、可降解包裝材料、墻體材料、盆缽、造紙和編織等。
秸稈精細(xì)化學(xué)品應(yīng)用方面,主要包括生物煉制生產(chǎn)纖維素乙醇、丁醇生物基燃料,乳酸、羥基丁酸等生物基化學(xué)品,功能性低聚糖等生物活性物質(zhì),以及納米纖維素等新興生物基功能材料??傮w上,這些應(yīng)用路徑還處于實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)、應(yīng)用基礎(chǔ)研究和技術(shù)工藝前期研發(fā)階段,個(gè)別技術(shù)進(jìn)入了工廠小試或者中試,但商業(yè)化運(yùn)作和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展尚需時(shí)日[37,50-51]。
以秸稈為原料的生物質(zhì)化工可提供綠色能源、材料,必將成為傳統(tǒng)石油化工的重要補(bǔ)充,是能源與化工產(chǎn)業(yè)的重要戰(zhàn)略方向。加大科研投入力度,通過技術(shù)進(jìn)步與革新,不斷提升秸稈高值利用技術(shù)經(jīng)濟(jì)性,是促進(jìn)中國秸稈高值利用的重要基礎(chǔ)保障[52]。
1)基于大陸地區(qū)各省級(jí)行政區(qū)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),分析了中國農(nóng)作物秸稈資源構(gòu)成與空間分布。秸稈資源總體呈現(xiàn)出“東高西低、北高南低”的階梯狀分布特征。玉米、水稻、小麥三大糧食作物秸稈占中國秸稈資源總量的84.8%。玉米秸稈資源主要分布在東北和華北地區(qū),沿對(duì)角線向西南地區(qū)延伸;水稻秸稈資源分布出現(xiàn)南北兩極;小麥秸稈資源以山東、河南為中心,向南北出現(xiàn)短線擴(kuò)散,向西部沿河西走廊深度延伸。
2)統(tǒng)攬中國秸稈產(chǎn)業(yè)發(fā)展全局,系統(tǒng)梳理并深入解析了中國秸稈產(chǎn)業(yè)政策體系、市場(chǎng)體系、技術(shù)體系和監(jiān)管體系發(fā)展歷程和現(xiàn)狀。分別以單一利用、綜合利用、戰(zhàn)略布局和區(qū)域統(tǒng)籌為鮮明特征,將秸稈政策歷程劃分為政策起步期(1979—2007年)、政策發(fā)展期(2008—2012年)、政策轉(zhuǎn)型期(2013—2016年)和政策深化期(2017年至今)。
3)系統(tǒng)探討了中國秸稈農(nóng)業(yè)利用、能源化利用與高值化利用的主要路徑與基本模式。以肥料化利用為核心,闡釋了秸稈農(nóng)用技術(shù)路徑并繪制了秸稈農(nóng)用基本模式圖。該研究可為指導(dǎo)中國秸稈資源開發(fā)利用提供重要的基礎(chǔ)支撐和決策參考。
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Distribution of crop straw resources and its industrial system and utilization path in China
Cong Hongbin1, Yao Zonglu2, Zhao Lixin1※, Meng Haibo1, Wang Jiuchen3, Huo Lili1, Yuan Yanwen1, Jia Jixiu2, Xie Teng1, Wu Yunong1
(1.,,,,100125,; 2.,,100081,; 3.,,100125,)
There are many types of straw and a large amount in China, and it is the world's largest producer of crop straw, accounting for nearly one-fifth of the global straw resources. Returning to the field is the dominant way of straw utilization in foreign countries. The use of straw in developed countries is sufficient, and the problem of waste and field burning is basically eliminated. “If no use, they will be harmful.” Owing to factors such as rural economy, social development level and agricultural production conditions, the supply of crop straw resources in China shows a stage, structural and regional excess, and the pressure on straw burning in the field is high. The corn straw resources are mainly distributed in the northeast and north China, extending along the diagonal to the southwest; the distribution of rice straw resources appears north and south poles; the wheat straw resources are centered on Shandong and Henan. We need analyze the structure and distribution characteristics of China's straw resources, and promote the comprehensive utilization of straw technology, that can not only reduce the environmental pollution of field burning, eliminate fire hazards, but also increase farmers' income, improve rural living environment, and promote sustainable agricultural development. Based on the statistical data of provincial-level administrative regions in China, the characteristics of the composition and spatial distribution of crop straw resources in China were discussed. Straw stalks of corn, rice and wheat accounted for 84.8% of the total straw resources in the country; straw resources generally showed a step-like distribution characteristic of “east high and west low, north high south low”. The development history and current situation of policy system, market system, technical system and regulatory system for China's straw industry was analyzed deeply based on the overall study of straw industry development. The process is divided into policy initiation period (1979—2007), policy development period (2008—2012), policy transition period (2013—2016), and policy deepening period (2017—present), and they characteristics were single utilization, comprehensive utilization, strategic layout, and regional coordination, respectively. Finally, the system explains the main path and basic model of agricultural utilization, energy utilization and high value utilization of crop straw in China. Taking the fertilizer utilization as the core, the agricultural technology path of straw was explained and the basic pattern of straw agricultural utilization model was drawn. This research can provide important basic support and decision-making reference for guiding the development and utilization of straw resources in China.
straw; industry; crops; distribution; industrial system; path; model
叢宏斌,姚宗路,趙立欣,孟海波,王久臣,霍麗麗,袁艷文,賈吉秀,謝 騰,吳雨濃. 中國農(nóng)作物秸稈資源分布及其產(chǎn)業(yè)體系與利用路徑[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2019,35(22):132-140. doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2019.22.015 http://www.tcsae.org
Cong Hongbin, Yao Zonglu, Zhao Lixin, Meng Haibo, Wang Jiuchen, Huo Lili, Yuan Yanwen, Jia Jixiu, Xie Teng, Wu Yunong. Distribution of crop straw resources and its industrial system and utilization path in China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(22): 132-140. (in Chinese with English abstract) doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2019.22.015 http://www.tcsae.org
2019-08-14
2019-10-08
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)資金(CARS-02)
叢宏斌,高級(jí)工程師,主要從事生物質(zhì)能源開發(fā)利用政策與技術(shù)裝備方面的研究。Email:dabinc123@163.com
趙立欣,研究員,主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物資源開發(fā)利用技術(shù)與政策研究。Email:zhaolixin5092@163.com
10.11975/j.issn.1002-6819.2019.22.015
S21,TQ013
A
1002-6819(2019)-22-0132-09