北京市作物秸秆利用现状及可持续发展研究

2015-04-29赵春

农学学报 2015年2期

赵春

摘要：为了明确农村种植业废弃物的种类和数量，为农作物秸秆的综合利用提供参考，对北京市农作物秸秆资源进行全面调查，研究了各地区的秸秆资源量及利用现状，根据经济社会发展趋势对作物秸秆资源的分布特点以及利用途径进行了分析。结果表明，2012年北京地区农作物秸秆主要是玉米和小麦，占全部秸秆产量的94.9%，秸秆利用主要以秸秆还田为主。除家庭燃用、秸秆还田以及养畜等用途外，北京仍有10%的剩余秸秆资源。通过分析农作物秸秆的综合利用价值以及利用过程中存在的问题，提出了北京郊区作物秸秆综合利用的建议和对策。

关键词：农作物秸秆；利用方式；北京

中图分类号：S19 文献标志码：A 论文编号：2014-0839

Utilization Status of Crop Straws and Sustainable Development in Beijing

Zhao Chun

（Dongying Vocational College， Dongying 257091， Shandong， China）

Abstract： In order to well understand the varieties and quantities of the waste from crop farming and provide reference for the comprehensive utilization of crops straw， the crop straw resource of Beijing was detailed surveyed， the crop straw resource and utilization status was obtained， and characteristics of its distribution and utilization status were analyzed according to the economic development status. The results showed that main crop straw resource was corn and wheat， accounting for 94.9% in the whole province. The utilization of crop straw was main return to field. In 2012， there are more than 10% straw resources were remaining， apart from the amount deducted for the competitive usages such as cooking and heating of rural residents， return to field and used as forage. This paper explored the utilization value and existent problems of comprehensive utilization of crop straw， put forward some suggestions and countermeasures for the development of comprehensive utilization technique of crop straw in Beijing suburbs.

Key words： Crops Straw； Utilization； Beijing

0 引言

中国是一个典型的农业国家，有着丰富的秸秆资源，作物秸秆是农作物生产系统中的一项重要生物质资源。近年来，一些城市郊区和粮食主产区农村经济发展迅速，加之秸秆的分布零散、体积大、收集运输成本高、利用的经济性差和产业化程度低等，导致剩余秸秆处理难[1-2]。研究农作物秸秆的综合利用不仅能够改善农业生态环境、促进农村经济可持续发展，同时对提高清洁能源的比重、增加资源化再利用率也大有裨益[3-4]。赵荷娟等[5]通过调查研究分析了南京市农作物秸秆综合利用存在的问题，提出了相应的发展建议；戴志刚等[6]对中国2009年主要农作物秸秆产量、养分总量进行评估，同时对秸秆还田配套措施进行了总结。目前对秸秆利用的研究主要集中在秸秆利用数量、利用方式分析以及培肥土壤的方面，而分析、评价典型地区秸秆利用现状以及技术发展的研究工作较少[7-9]。对于农业经济状况较好、现代农业技术发展较快的北京市而言，其秸秆资源利用状况及存在问题具有前瞻性和代表性，而对于这一方面缺乏技术集成与示范以及针对具体农村的实证和案例研究。因此，笔者通过调查研究提出了如何高效利用农作物秸秆资源，这对于中国农村废弃物综合利用具有重要的示范意义。

1 数据来源与估算方法

1.1 数据来源

通过农业局工作人员的带领与乡镇农业技术人员和村的主要干部进行访谈，所获信息可以充分反映和代表当地的总体发展情况。实地调查以问卷调查为主，共获得190份有效农户问卷调查表。资料收集来源于农业统计报表等，主要是2012年北京市农业统计数据、统计年鉴和国内外公开发表的文献资料。

1.2 农作物秸秆资源数量估算方法

作物秸秆是指其收割时丢弃的根、茎、叶、花。中国在研究作物秸秆资源时，将作物秸秆产量和经济产量的比值，均称为“草谷比”。草谷比通过查阅中国农业大学谢光辉《中国非禾谷类大田作物收获指数和秸秆系数》[10]、《中国禾谷类大田作物收获指数和秸秆系数》[11]和《可再生能源资源的系统评价方法及实例》[12]得到。农作物秸秆资源数量的计算方法是不同农作物的产量值与该种农作物对应的草谷比相乘，公式如式（1）。

Qi=Pi ×Ri…（1）

式中，Qi为农作物i的废弃物年估计总量（t），Pi为农作物i的年产量（t），Ri为农作物i的草谷比。

2 北京市农作物秸秆产生情况

对作物秸秆的调查总体上采取按单位面积进行随机抽样调查的方式[13]。农作物不同其秸秆总量的是不同的，在粮食作物中，统计计算包括了北京市主要种植作物，按照前述公式计算北京市2012年各种农作物秸秆资源的总量。

2.1 北京市作物秸秆主要类型及数量特征

表1中数据为北京市2012年农作物秸秆产生量。玉米和小麦是北京市栽培面积最大的农作物，分别占到总播种面积的66%和26%。根据草谷比计算，2012年全年农作物理论秸秆产生总量为150万t。其中主要以玉米为主，年产生总量达到111万t，占总量的73.69%；其次是小麦，为32万t，占总量的21.28%，这2种主要粮食作物的秸秆产量比率就达到94.97%。

2.2 农作物秸秆的利用价值

农作物秸秆含有大量的粗纤维、粗蛋白、粗脂肪等成分，不同作物秸秆的有机质组成和营养成分各不相同，因此在后续的开发利用中应根据各自的性质和组成加以区别[14-15]。不同作物秸秆中的营养成分如表2所示。

例如农作物秸秆是大型牲畜的主要饲料之一，用作饲料的秸秆其粗蛋白、粗脂肪的含量要高而纤维素、木质素和灰分的含量要低，玉米秸秆即为粗蛋白含量较多，营养成分含量较高的秸秆；农作物秸秆中含有丰富的有机物质，用于秸秆还田能够为土壤提供大量的养分，约占农业有机肥总养分的13%～19%；用作能源材料的秸秆要求其纤维素、木质素含量和热值要高而与蛋白质、脂肪的含量关系不大，农作物秸秆的热值相当于标准煤的50%，而含硫量远低于煤，是清洁能源的首选原料。

3 北京市秸秆综合利用现状分析

3.1 当前秸秆处置利用方式

农业生产每年都会产生大量的农作物秸秆，这些秸秆若不及时处理，会在农业生态环境中造成严重的堆积。调查研究结果表明，北京市主要有表3中的几种利用和处理方式。北京市机械化秸秆粉碎还田面积较大，由于小麦和玉米为大面积种植的粮食作物，方便实现直接还田，其中北京市小麦秸秆粉碎还田比例最大，达到90%以上，玉米的直接还田比例也达到了60%以上，而其他作物由于种植面积不集中，不利于大型机械作业，导致秸秆还田的比例较小。

对于用作饲料，玉米秸秆营养成分较高，利于集中收集，主要用于大型养殖场的饲料，利用率达到21.2%，其他作物（主要是豆类、薯类和花生）秸秆多用于饲喂家畜和家禽。北京市秸秆能源化比例较高，能源化的方式主要包括秸秆生产固体成型燃料、秸秆生产热解气、秸秆生产沼气等，玉米、小麦和其他作物（主要是稻草、棉花秆和油料作物秸秆）能源化比例分别达到了8.9%、5.8%和37.6%。焚烧还田和用作其他的比例较低。以玉米秸秆为例，2012年焚烧的秸秆达到 10万t以上，因此秸秆综合利用仍有很大的发展空间。

3.2 秸秆利用方式存在的问题

北京市“十二五”发展规划提出全力推进粮食生产全程机械化，到2015年北京市基本实现粮食生产全程机械化。2014年中共中央、国务院印发了《关于全面深化农村改革加快推进农业现代化的若干意见》[16]也指出加快发展农业机械化。调查结果与当前的北京农村的政策扶持和能源结构有很大关系，目前大型农业机械普及，因此秸秆还田率较高，秸秆直接还田可增加土壤有机质含量、培肥土壤，对农业的可持续发展有重要意义，但还有很多问题尚未解决，如秸秆的碳氮比高，持续全量还田不利于土壤微生物降解，可能导致作物缺氮而生长不良，秸秆还可能传播部分病害，导致作物减产等。

选择利用秸秆喂牲畜的也比较多，主要是当地养殖企业收购，而且经过牲畜的过腹还田也会变成很好的有机肥料，但饲用秸秆蛋白质、可溶性碳水化合物、矿物质等含量偏低，粗纤维含量较高，因此消化率低、适口性差。利用秸秆沤制肥料存在纤维素的降解问题，收效很低，所以很少有人利用其快速沤肥和堆肥。

秸秆作为能源利用的主要方式是直燃发电和生产沼气、乙醇等。由于科技转化力度不够、实施成本太高，且这些方式大多适合规模化使用，不适合散户和个体农户使用，而大规模、工厂化利用农作物秸秆还需要在政策和技术等方面不断提升。目前秸秆生产沼气和气化技术已经在京郊部分乡村成功应用，机械压块也在推广应用中，但集中供气设备和网络并未覆盖到全北京的各个县区。

通过表3显示，京郊农户对秸秆的处理方式中选择直接在地里烧掉的也占一定比例，特别是经济相对发达的县区多数以天然气作为主要燃料，焚烧秸秆的情况尤为严重，但却忽视了对环境的影响。采取生物技术的手段利用秸秆发酵生产糠醛、苯酚、单细胞蛋白等也是秸秆的一大用途，但中国在这方面的技术研究和应用推广相对落后，且易造成环境污染和纤维素降解等技术难题。

4 北京市作物秸秆资源的利用建议

为加快推进农作物秸秆综合利用，指导各地秸秆规划的实施，2011年11月29日，国家发展改革委、农业部、财政部以发改环资[2011]2615号印发《“十二五”农作物秸秆综合利用实施方案》[17]，大大推动中国农作物秸秆的利用水平。由于北京的秸秆利用率已经很高，进一步提高的空间受到限制，因此应重点突破秸秆的传统利用方式，追求处理技术高、综合利用潜力大的利用方式。

4.1 持续完善扶持政策

由于秸秆综合利用项目一次性投入较大、风险高，必须加大重要秸秆能源化技术的研发和产业化示范项目的投入力度以及秸秆发电、秸秆生产乙醇等生产企业的税收优惠政策和财政补贴。目前，秸秆饲料、秸秆还田都出台了具体的补贴政策，秸秆能源化利用还没有，不利于农村生活能源的发展，应继续实施《秸秆能源化利用补助资金管理暂行办法》，而且还要加大秸秆补贴的范围和力度，例如在投资建设、设备购置、秸秆收集、加工、运输等方面，出台一些可操作性强的补贴政策，以鼓励企业及从业人员积极参与；地方政府更应做好当地配套政策，企业和市场才能有良性发展。建议政府部门妥善处理现存问题，区域层面科学规划综合利用途径、产业布局、处理规模和政策支持[18-20]。

4.2 秸秆能源化处理技术

农作物秸秆作为生物质能资源的主要来源，具有可再生和环境友好的双重属性，可以按任何规格加工、包装，真正实现生物质资源的有效收集、方便运送、高效燃烧和便捷利用，是国家重点鼓励发展领域之一，大力开发利用秸秆能够开拓新的能源途径，保证农业经济和农业生态环境的可持续发展。

4.2.1 秸秆压缩成型处理技术以农村的玉米秸秆、小麦秸秆、棉秆、花生壳等废弃物为原料，经粉碎加压增密成型和炭化工艺加工成燃料。成型产品的体积相当于原秸秆的1/10～1/15，能提高容重和热值，便于贮存和运输。秸秆压缩成型燃料可以代替煤炭、木柴、液化气等广泛用于各种类型家庭取暖炉、小型热水锅炉或是小型发电设施，是新型环保、清洁、再生能源，是农村地区充分利用秸秆等生物质资源替代煤炭的重要途径。

全面发展生物质成型燃料符合中国北方农村养殖集约化后农户禽畜粪便较少，冬季需要采暖，农业、林业废弃物较多，农村青壮年劳动力大量外出等现状。生物质成型燃料可以针对沼气工程不能采暖、受温度季节限制，运行维护复杂，产气量有限等不足形成有利的补充，进而逐步实现“以秸秆成型燃料为主、沼气为辅”的多能互补局面。北京市周边山区，经济相对欠发达，农户日常生活不舍得用燃气，而为美化、净化村容环境，要求禁止堆放柴堆和秸秆垛，可以使用这种技术实现秸秆的减量化。

4.2.2 秸秆沼气和气化技术在秸秆燃料方面多数研究者认为秸秆气化和沼气能源能够提高农作物秸秆的利用效率，解决“三料”竞争问题[21]。以农作物秸秆为主要原料，在严格的厌氧环境和一定的温度、水分、酸碱度等条件下，通过微生物的厌氧发酵，生产沼气和优质有机肥。秸秆沼气在一定程度上解决煤、石油等燃料的需求量，在缓解环境压力，推动社会可持续发展方面发挥重要作用。秸秆产气后剩余的沼渣可作为优质有机肥料还田，有效地改善土壤理化性质，增强保水保肥能力。因此加快沼液沼渣利用研究，才能实现秸秆的二次利用。

秸秆气化集中供气技术是中国农村能源建设推出的一项新技术。是以秸秆为原料经过热解和还原反应生成可燃性气体，产生的生物质炭和燃气可作为农户或工业用户的生产生活燃料。该项技术实现了秸秆资源的高效利用，不仅可生产家庭型、多功能型秸秆生物质气化炉灶，还可建秸秆生物质气化站，组织成百上千户居民集中供气，在煤、液化气价格居高不下的今天，秸秆气化技术的推广和应用具有广阔的市场发展前景。然而要实现秸秆气化工作的可持续发展，必须进行设备改进并加强后续的设备维护管理工作。

4.2.3 秸秆直燃发电技术秸秆直燃发电和常规燃煤发电机组结构和原理基本相同，是将经过粉碎、干燥等处理后的秸秆作为燃料直接送入锅炉中燃烧，产生高温高压蒸汽并推动汽轮发电机组发电。目前由国内自主设计的65T/H秸秆直燃锅炉以用于秸秆直燃发电，并作为新一代国产秸秆锅炉推向市场。一台25 MW的机组一年需要秸秆15万t～20万t，可以满足人口在15万～25万城镇的居民日常用电。因此秸秆直燃发电也面临着秸秆大规模收集、运输和跨季节储存等诸多未彻底解决的问题。但从当前技术成熟度和经济效益2个方面综合性能比较优，秸秆直燃发电技术是当前大规模利用秸秆资源的理想选择。

4.3 秸秆其他处理技术

农作物秸秆还有其他多种的综合利用技术。如通过微生物技术来提取农作物残体中的碳水化合物、蛋白质、醇类、醛、酮和有机酸等，丹麦、瑞典和美国等科技研究小组已研制出从秸秆所含纤维素中提取乙醇燃料的技术。秸秆的饲料化也是目前常用的提高秸秆利用率的方式，主要是利用营养成分较高的薯类藤蔓、玉米秸、豆类秸秆等加工制成青贮饲料，提高秸秆的营养价值。在这方面应提高农民采用秸秆现代化利用方式的积极性，增加秸秆利用的科技含量。调查发现农业科技培训班在农村非常受欢迎，培训内容包括秸秆的微贮、畜牧养殖以及市场分析等。

5 结语

2012年北京市郊农作物秸秆产生总量约为150万t，其中玉米和小麦秸秆占95%左右。由于不同种类的农作物秸秆营养成分含量不同，导致其利用途径也不尽相同，主要分为直接还田、饲料和能源等几种利用方式，基本上做到了二次利用，能够充分地发挥秸秆的价值。但秸秆焚烧仍占一定比例，不但没有实现秸秆的再利用，而且对区域环境造成了极大的污染。

北京市作为经济发达地区，作物秸秆综合利用率较高，各县区可因地制宜选择秸秆利用方式，根据本文调查结果农作物秸秆高效利用仍有很大的提升空间。应重点突破传统的秸秆还田和秸秆饲料的利用方式，追求秸秆现代化利用方式，增加秸秆利用的科技含量。尤其是作为清洁能源的利用，在当地政府的大力支持和资金投入下充分调动农民的积极性，可以更上一个台阶。国能新能[2014]14号国家能源局公布创建新能源示范城市（产业园区）名单（第一批），北京市昌平区居于首位，重点发展太阳能、地热能和生物质能，到2015年建设生物质气化、固体燃料和联村供气示范项目和高端园区新能源综合应用工程满足居民用能需求。

总之，秸秆作为可再生生物资源，具有多种用途，因此作为肥料、饲料、燃料和工业原料常存在一定的矛盾，在考虑秸秆资源综合利用时，如果只注重单一用途，就会顾此失彼。应根据不同秸秆的营养特征，将秸秆资源经过加工，分离出能源和养分以实现其综合利用；或是通过单项利用技术的技术集成，以减少污染，增加附加值，向综合利用和多级利用方向转化，使秸秆具有更高的资源利用效率，提高其社会、生态和经济效益。

参考文献

[1] 汪海波，秦元萍，余康.我国农作物秸秆资源的分布、利用与开发策略[J].国土与自然资源研究，2008（2）：92-93.

[2] 张永春，汪吉东，聂国书，等.不同量秸秆机械化还田对稻麦产量及土壤碳活性的影响[J].江苏农业学报，2008，24（6）：833-838.

[3] 李青松，胡红波，明乐乐，等.农村固体废弃物资源化利用潜力分析—以河南省鹿邑县任集乡为例[J].河南科学，2013，31（11）：2068-2072.

[4] 张海成，张婷婷，郭燕，等.中国农业废弃物沼气化资源潜力评价[J].干旱地区农业研究.2012，30（6）：194-199.

[5] 赵荷娟，魏启舜，王琳，等.南京市农作物秸秆综合利用现状及发展[J].江苏农业科学，2013，41（12）：384-386.

[6] 戴志刚，鲁剑巍，周先竹，等.中国农作物秸秆养分资源现状及利用方式[J].湖北农业科学，2013，52（1）：27-29.

[7] 劳秀荣，吴子一，高燕春.长期秸秆还田改土培肥效应的研究[J].农业工程学报，2002，18（2）：49-52.

[8] 王小彬，蔡典雄，张镜清，等.旱地玉米秸秆还田对土壤肥力的影响[J].中国农业科学，2000，33（4）：54-61.

[9] 武志杰，张海军，许广山.玉米秸秆还田培肥土壤的效果[J].应用生态学报，2002，13（5）：539-542.

[10] 谢光辉，王晓玉，韩东倩，等.中国非禾谷类大田作物收获指数和秸秆系数[J].中国农业大学学报，2011，16（1）：9-17.

[11] 谢光辉，韩东倩，王晓玉，等.中国禾谷类大田作物收获指数和秸秆系数[J].中国农业大学学报，2011，16（1）：1-8.