臨沂市農(nóng)作物秸稈資源分布現(xiàn)狀及利用路徑分析*

李星河 ，柳善建 ，張廣娜

（1.山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東 淄博 255000；2.山東省水土保持與環(huán)境保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 臨沂 276005；3.臨沂大學(xué)農(nóng)林科學(xué)學(xué)院，山東 臨沂 276005）

0 引言

農(nóng)業(yè)廢棄物是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中被丟棄的有機(jī)類物質(zhì)，主要指農(nóng)作物秸稈和畜禽糞便[1-2]。其中富含有機(jī)物、礦質(zhì)養(yǎng)分和多種微量元素，是重要的生物質(zhì)資源，可作為肥料或有機(jī)質(zhì)改良土壤[3-6]，具有很高的開(kāi)發(fā)與利用價(jià)值，而農(nóng)業(yè)廢棄物不合理的處置方式會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染[7-8]。

臨沂市位于山東省東南部，面積1.72萬(wàn)平方千米，是山東省面積最大、人口最多的農(nóng)業(yè)大市。高量的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勢(shì)必帶來(lái)大量的農(nóng)作物秸稈廢棄物，農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用不僅可以實(shí)現(xiàn)廢棄物的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而且能減少環(huán)境污染，提升生態(tài)價(jià)值[9]。臨沂市廢棄物資源種類多，地理分布差異明顯，大規(guī)模轉(zhuǎn)運(yùn)處理困難較大。盡管近年來(lái)政府對(duì)于農(nóng)業(yè)廢棄物管理利用進(jìn)行政策引導(dǎo)，但是部分分散個(gè)體經(jīng)營(yíng)戶將秸稈或果樹(shù)殘?bào)w、菌糠、禽畜糞便等露天堆放，既沒(méi)有合理利用農(nóng)業(yè)廢棄物的價(jià)值，又會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染。因此，通過(guò)對(duì)臨沂市不同縣區(qū)農(nóng)作物秸稈廢棄物資源特點(diǎn)進(jìn)行分析，針對(duì)性地提出適合當(dāng)?shù)氐膹U棄物處置和利用方式，對(duì)于提高農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用效率，減少環(huán)境污染有重要意義。

1 農(nóng)作物秸稈資源可收集利用量測(cè)算

秸稈系數(shù)是指作物田間秸稈產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量之比，是評(píng)估秸稈量的重要參數(shù)，舊稱草谷比，因秸稈系數(shù)對(duì)非禾谷類作物來(lái)說(shuō)表征更明確，本文均稱秸稈系數(shù)。根據(jù)本地區(qū)農(nóng)作物熟制、品種、育種、產(chǎn)量、立地條件和測(cè)產(chǎn)方式等影響因素，采用如下秸稈系數(shù)和收集系數(shù)[10-13]，采用小麥秸稈系數(shù)1.33，收集系數(shù)0.63；玉米0.96，收集系數(shù)0.87；玉米芯0.223，收集系數(shù)0.98；水稻0.927，收集系數(shù)0.74；稻殼0.25，收集系數(shù)0.98；谷子1.398，收集系數(shù)0.82；大豆1.508，收集系數(shù)0.52；薯類0.30，收集系數(shù)0.76。本地區(qū)油料作物主要為花生，采用其秸稈系數(shù)為0.89，收集系數(shù)0.82，花生殼0.28，收集系數(shù)0.7；瓜菜0.071，收集系數(shù)0.50；瓜類（果用瓜）0.112，收集系數(shù)0.50。

其中，WGS是指農(nóng)作物秸稈可收集利用量，WS指農(nóng)作物秸稈總產(chǎn)量，GI是農(nóng)作物秸稈資源可收集利用系數(shù)，即收集系數(shù)。

2 臨沂市主要可收集農(nóng)作物秸稈廢棄物資源分布現(xiàn)狀

2019年臨沂市糧食播種面積966萬(wàn)畝，總產(chǎn)416.5萬(wàn)噸；蔬菜（含食用菌）面積207.5萬(wàn)畝，總產(chǎn)790.3萬(wàn)噸；瓜果面積26萬(wàn)畝，總產(chǎn)96.2萬(wàn)噸（見(jiàn)表1）。根據(jù)公式（1）計(jì)算得2019年臨沂市主要農(nóng)作物秸稈可收集資源量465萬(wàn)噸，其中小麥秸稈148萬(wàn)噸，玉米秸稈133萬(wàn)噸，水稻秸稈24萬(wàn)噸，谷子1.9萬(wàn)噸，豆類3.9萬(wàn)噸，薯類7.8萬(wàn)噸，油料作物55.1萬(wàn)噸，瓜菜殘株27萬(wàn)噸，果用瓜殘株5.34萬(wàn)噸，玉米芯34.9萬(wàn)噸，稻殼8.7萬(wàn)噸，花生殼14.8萬(wàn)噸（見(jiàn)表2）。全市年產(chǎn)農(nóng)作物秸稈超50萬(wàn)噸的縣區(qū)有3個(gè)，分別是蘭陵縣、郯城縣和莒南縣，均以小麥和玉米秸稈為主，輔以蔬菜、水稻和花生秸稈；年產(chǎn)30萬(wàn)噸以上50萬(wàn)噸以下的縣區(qū)有4個(gè)，從大到小分別是臨沭縣、沂水縣、費(fèi)縣和河?xùn)|區(qū)，平邑縣年產(chǎn)農(nóng)作物秸稈29萬(wàn)噸，蘭山區(qū)、羅莊區(qū)和蒙陰縣農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量在13.2萬(wàn)~18.9萬(wàn)噸，均以小麥和玉米秸稈為主，輔以其他作物秸稈。臨沂市主城區(qū)蘭山區(qū)、河?xùn)|區(qū)和羅莊區(qū)秸稈總量相對(duì)較少，因?yàn)檗r(nóng)業(yè)用地面積少。而費(fèi)縣、平邑、蒙陰、沂水等縣區(qū)因山地丘陵區(qū)以經(jīng)濟(jì)林種植為主，故農(nóng)作物秸稈量少。

表1 臨沂市主?要農(nóng)作物2019年分縣區(qū)產(chǎn)量（噸）

表2 臨沂市主要農(nóng)作物2019年分縣區(qū)秸稈可收集資源量（噸）

3 利用途徑分析

3.1 秸稈還田

秸稈還田是農(nóng)作物秸稈資源化利用的重要方式，近年來(lái)隨著作物秸稈直接還田量的增加，該還田方式給農(nóng)戶耕種帶來(lái)一系列負(fù)面影響，一方面秸稈還田深度均在0~15 cm土層，導(dǎo)致上層土壤嚴(yán)重跑墑，小麥播種后需鎮(zhèn)壓兩次才能有效出苗；另一方面，收割機(jī)秸稈粉碎不夠細(xì)，多年大顆粒秸稈還田后腐爛速度慢，易滋生病蟲(chóng)害[14-15]。秸稈直接還田目前仍是臨沂市現(xiàn)有秸稈利用最有效、最快捷的方式[16]。根據(jù)原農(nóng)業(yè)部《區(qū)域農(nóng)作物秸稈全量處理利用技術(shù)導(dǎo)則》，華北農(nóng)區(qū)推薦的秸稈還田量為4.5 t/hm2[17]，臨沂市玉米播種面積24.7萬(wàn)hm2，理論上玉米秸稈還田量為111.15萬(wàn)噸，因現(xiàn)有農(nóng)耕機(jī)械秸稈直接還田后多殘留土壤表層0~15 cm，弊端較多，且玉米秸稈堆漚作有機(jī)肥或收獲后作飼料價(jià)值更高，故農(nóng)戶玉米秸稈直接還田量?jī)H占推薦還田量的1/4。

秸稈堆漚還田一般應(yīng)用禽畜糞便與秸稈混合堆漚，經(jīng)過(guò)高溫腐熟可殺滅原材料中的寄生蟲(chóng)卵、病原菌、害蟲(chóng)以及雜草種子，筆者以干雞糞和玉米秸稈4∶6的干重比例進(jìn)行堆肥，添加一定量的枯草芽孢桿菌堆腐3個(gè)月后，有機(jī)質(zhì)平均含量51%，pH值6.0，總氮1.3%，總P2O518.46%，K2O 0.99%，種子發(fā)芽指數(shù)82.17%，符合NY/T 525—2021《有機(jī)肥料》標(biāo)準(zhǔn)，可確保堆漚后的有機(jī)肥肥效及土壤改良效果。

3.2 秸稈飼料化利用

臨沂市秸稈飼料化利用以甘薯秧、花生秧和玉米秸稈為主，其中玉米秸稈量最大，為133.2萬(wàn)噸，其次為花生秧55.1萬(wàn)噸，甘薯秧7.8萬(wàn)噸?；ㄉ砗透适硌盹L(fēng)干后磨碎即可與精飼料混合喂養(yǎng)牛羊。近年來(lái)玉米生長(zhǎng)期雨水較多，玉米授粉不良，凸尖造成玉米減產(chǎn)，且玉米銹病多發(fā)，為了增加收益，農(nóng)戶多選擇將未收獲的玉米和秸稈賣給奶牛養(yǎng)殖戶，直接做青貯飼料，1畝地收獲秸稈和籽粒2.4~3噸，490元/噸，總收入均值在1 200~1 400元/畝，刨除成本1畝地凈收入300~500元。玉米秸稈含水量大于60%的可以選擇青貯，如果錯(cuò)過(guò)了青貯收儲(chǔ)時(shí)間，含水量在45%~60%的玉米秸稈可以做黃貯飼料，將秸稈粉碎后加入生物菌壓塊捆扎后裝袋，厭氧條件下將纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等分解為糖類，最后轉(zhuǎn)化成乳酸和乙酸等[18]。收獲后期玉米秸稈含水量低于45%時(shí)，可以短鍘、壓裂后作為粗飼料，作為牛、羊飼料的補(bǔ)充。

2019年臨沂市牛期末存欄24.1萬(wàn)頭，羊187.7萬(wàn)頭，根據(jù)《區(qū)域農(nóng)作物秸稈全量處理利用技術(shù)導(dǎo)則》牛草食飼料需求量3~4噸/年，羊的草食飼料是牛的1/5，為0.6~0.8噸/年[17]，按牛當(dāng)量3.5噸/年，羊0.7噸/年計(jì)算，全市飼草需求量為248.35萬(wàn)噸，去掉花生秧和甘薯秧62.9萬(wàn)噸，尚需185.45萬(wàn)噸。將玉米秸稈全部算為飼草，供需缺口主要存在于費(fèi)縣、平邑縣、蒙陰縣和沂南縣，飼草較充裕的縣區(qū)為莒南縣和蘭陵縣，2019年期末臨沂市牛、羊存欄量及其飼草供需量如圖1所示。據(jù)統(tǒng)計(jì)，臨沂市玉米秸稈青貯飼料收儲(chǔ)量約為19萬(wàn)噸/年，即食草性大型牲畜飼草缺口實(shí)際為166.45萬(wàn)噸。故大力發(fā)展農(nóng)作物秸稈飼料化利用，一方面可減少秸稈直接還田量，增加秸稈利用方式；另一方面，降低大型牲畜飼料缺口，降低養(yǎng)殖成本。秸稈飼料化利用可變廢為寶，既解決牲畜飼草問(wèn)題，促進(jìn)畜牧業(yè)發(fā)展，又可利用家畜排出的糞便進(jìn)行進(jìn)一步秸稈堆漚還田[19]。

圖1 2019年期末牛、羊存欄量及其飼草供需量

3.3 秸稈能源化利用

臨沂市現(xiàn)有秸稈能源化利用方式主要為秸稈沼氣化和秸稈生物質(zhì)發(fā)電。因環(huán)保要求及生豬疫病影響，小型散戶養(yǎng)殖場(chǎng)關(guān)停較多，之前所建的小型沼氣池棄用較多，一方面畜禽糞便來(lái)源少了，另一方面一般農(nóng)戶沼液用量小。近年來(lái)，大型種養(yǎng)一體農(nóng)業(yè)合作社新增大型沼氣池較多（1 200 m3），可有效消化秸稈、禽畜糞便，產(chǎn)生的沼氣可用于做飯、發(fā)電（大棚晚上增加光照3小時(shí)）、取暖（養(yǎng)殖大棚），沼液養(yǎng)分含量高，作為沖施肥可減少設(shè)施蔬菜的肥料投入。

截至2020年年底，臨沂市并網(wǎng)農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目8個(gè)，總裝機(jī)容量26萬(wàn)千瓦，年可消耗農(nóng)林生物質(zhì)229萬(wàn)噸，分別是沂水長(zhǎng)青生物電廠、國(guó)能義堂生物電廠、蘭陵琦泉生物發(fā)電有限公司農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電工程、魯電生物質(zhì)電廠、山東莒南永能生物熱電綜合利用項(xiàng)目、費(fèi)縣生物能源化綜合利用項(xiàng)目、郯城長(zhǎng)青生物質(zhì)能源有限公司生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，分別位于沂水縣、蘭山區(qū)、蘭陵縣、平邑縣、莒南縣、費(fèi)縣、郯城縣，在農(nóng)作物秸稈利用方面，以小麥秸稈為主，目前臨沂市小麥?zhǔn)斋@后，秸稈就地打捆運(yùn)往就近的生物質(zhì)電廠進(jìn)行發(fā)電。

3.4 秸稈食用菌

作物秸稈含有大量氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、硅元素，以及纖維素、半纖維素、蛋白質(zhì)等[10]，利用秸稈做培養(yǎng)基栽培食用菌可確保充足的基料，成本低廉，降低食用菌生產(chǎn)成本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近兩年臨沂市年產(chǎn)鮮菇約32萬(wàn)噸，其中平菇15.4萬(wàn)噸，香菇0.25萬(wàn)噸，雙孢菇1.18萬(wàn)噸，金針菇7.1萬(wàn)噸，黑木耳7.45萬(wàn)噸，臨沂市近年來(lái)積極探索“蔬菜秸稈復(fù)合基質(zhì)栽培平菇技術(shù)試驗(yàn)”“菜菌輪作土壤改良技術(shù)試驗(yàn)”，其中，用菌棒生產(chǎn)食用菌，以每千克秸稈產(chǎn)菇0.8 kg鮮菇計(jì)算[10]，基料可消化秸稈干重為40萬(wàn)噸，多采用玉米芯和蔬菜秸稈混合配比；而菜菌輪作改良技術(shù)則是把蔬菜秸稈（30%）、稻殼（30%）、玉米芯（30%）和2%的石灰、8%的麥麩混合成壟生產(chǎn)大球蓋菇，一畝地每年消化上述干料6噸。生產(chǎn)后的菌糠可直接就地還田或堆腐后作為有機(jī)肥還田，一舉多得。隨著食用菌產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，臨沂地區(qū)生產(chǎn)食用菌菌棒的企業(yè)也越來(lái)越多，生產(chǎn)菌棒除了供應(yīng)當(dāng)?shù)胤N植戶，還售賣到周邊地市或出口，這對(duì)消化本地區(qū)大量農(nóng)作物秸稈、降低食用菌產(chǎn)業(yè)成本、增加食用菌產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值有重要意義。

4 農(nóng)作物秸稈未來(lái)利用對(duì)策分析

4.1 因地制宜地制定縣區(qū)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃

在飼草充足的縣區(qū)建立飼料加工廠，飼草青貯、黃貯后運(yùn)往飼草虧缺的縣區(qū)。在小麥秸稈充足的縣區(qū)，配套建設(shè)相應(yīng)的秸稈收儲(chǔ)壓塊公司，秸稈壓塊后就近運(yùn)往生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)。扶持草編企業(yè)在水稻秸稈充足的縣區(qū)建廠。禽畜糞便較多且蔬菜種植面積大的縣區(qū)，政府補(bǔ)助建設(shè)大型沼氣池，消化農(nóng)業(yè)廢棄物的同時(shí)，沼液和沼渣可以替代化肥，減少蔬菜地肥料投入成本。蔬菜秸稈豐富的縣區(qū)大力發(fā)展食用菌產(chǎn)業(yè)，包括栽培和菌棒生產(chǎn)企業(yè)，消化大量蔬菜秸稈，并鼓勵(lì)建設(shè)相應(yīng)產(chǎn)能的有機(jī)肥生產(chǎn)廠家，減少菌糠露天堆放，改良土壤，提高土壤肥力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

4.2 強(qiáng)化新技術(shù)引進(jìn)，探索秸稈高值化利用路徑

秸稈高值化利用是農(nóng)業(yè)秸稈增值的重要途徑，主要包括秸稈人造板材、復(fù)合材料、清潔制漿、木糖醇、精細(xì)化學(xué)品、可降解包裝材料、墻體材料、盆缽、造紙和編織等[20]。利用秸稈為原料生產(chǎn)綠色能源、材料，是能源與化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，通過(guò)技術(shù)革新，提升秸稈高值利用率，增加秸稈附加值，是促進(jìn)中國(guó)秸稈高值化利用的重要基礎(chǔ)保障[21]。

4.3 建立有效的扶持政策

作物秸稈直接還田因還田深度和秸稈腐解慢等問(wèn)題推行受阻，直接還田區(qū)需配套扶持深耕作業(yè)補(bǔ)助；大力扶持秸稈綜合利用企業(yè)或合作社，推行循環(huán)農(nóng)業(yè)的農(nóng)作物秸稈資源化利用模式，包括秸稈養(yǎng)殖與能源循環(huán)型農(nóng)業(yè)模式、秸稈制炭循環(huán)型農(nóng)業(yè)模式、秸稈沼氣循環(huán)型農(nóng)業(yè)模式、秸稈食用菌循環(huán)型農(nóng)業(yè)模式和秸稈生物反應(yīng)堆循環(huán)型農(nóng)業(yè)模式[22]，因地制宜地制定適合本區(qū)域秸稈綜合利用的惠民政策，推廣秸稈綜合循環(huán)利用模式，提高秸稈綜合利用的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。