湖南省植物纤维性农业废弃物资源综合利用现状及对策

齐 慧，武小芬，陈 亮，邓 明，王克勤

（1.湖南省农业科学院核农学与航天育种研究所，湖南 长沙 410125；2.湖南省农业生物辐照工程技术研究中心，湖南 长沙 410125；3.生物辐照技术湖南省工程研究中心，湖南 长沙 410125）

湖南省植物纤维性农业废弃物资源综合利用现状及对策

齐 慧1,2,3，武小芬1,2,3，陈 亮1,2,3，邓 明1,2,3，王克勤1,2,3

（1.湖南省农业科学院核农学与航天育种研究所，湖南 长沙 410125；2.湖南省农业生物辐照工程技术研究中心，湖南 长沙 410125；3.生物辐照技术湖南省工程研究中心，湖南 长沙 410125）

对湖南省植物纤维性农业废弃物的资源现状、利用现状（肥料化利用、能源化利用、饲料化利用和原料化利用等）进行阐述，存在的主要问题有秸秆数量巨大，宣传及政策扶持力度不够，产业化程度低，利用技术需要进一步完善等。针对这些问题，提出加大宣传力度，提升农户的环保意识，加强政策扶持，完善农村基础设施建设，强化技术研发，推广高效农业发展模式等促进植物纤维性农业废弃物资源综合利用的对策。

植物纤维性农业废弃物；综合利用；现状

植物纤维性农业废弃物是指含有丰富纤维素可再生和再利用的废弃物，主要包括农作物秸秆，如水稻秸秆、玉米秸秆、油菜秸秆等；农产品加工的副产物，如谷壳、蔗渣、棉籽壳等[1]。这类资源质轻、密度小、体积大，地域性和季节性明显，难以集中收集和高效利用。因此，目前对于此类资源多采用堆放、焚烧处理，这不仅造成资源浪费，还严重污染环境。湖南省作为农业大省，此类资源十分丰富，如何高效利用此类资源，是实现湖南省农业、农村可持续发展的关键所在。

1 湖南省植物纤维性农业废弃物资源现状

湖南省幅员辽阔、物产丰富，是著名的“渔米之乡”。近 10 a 来，全省年平均农作物播种总面积及粮食作物播种面积分别在 800 万 hm2和 490 万 hm2以上，两者的变化趋势大致相同，除了2008年有所下降之外，其余各年份之间均呈现上升的趋势，详见图1。

图1 湖南省 2004～2014 年农作物播种总面积及粮食作物播种面积汇总图

湖南省种植的主要粮食作物包括水稻、油菜、玉米、棉花等，其中水稻产量多年居全国之首，由此产生的全省各类农作物秸秆约 4 020 万 t。除了主要农作物秸秆之外，农产品初级加工副产物稻壳、玉米芯、蔗渣等数量也相当可观，连续 5 a分别保持在 676 万、42 万、18 万 t左右，而且它们的开发潜力巨大，可用作功能成分的提取、生物活性炭的制备、生物质能及生物基化学品的生产原料等。数量如此巨大的植物纤维性农业废弃物资源，急需被合理规划、高效利用，以避免资源浪费、减轻对环境严重危害。表1为近 5 a来湖南省主要作物种植面积、产量及秸秆量。

表1 湖南省 2010～2014 年主要农作物种植面积及秸秆产量

2 湖南省植物纤维性农业废弃物资源利用现状

随着环境污染和化石能源紧缺等问题日趋严重，农业植物纤维性废弃物资源的综合利用受到各级政府的高度重视，并出台了一系列相关政策[2-3]。近些年来，湖南省在该类资源综合利用方面也取得了一定的成绩，但是违规焚烧现象（特别是秸秆焚烧）仍然屡禁不止，导致其综合利用效率不高，并带来了严重的环境污染问题。如何高效合理利用植物纤维性农业废弃物资源，真正实现“变废为宝”，对缓解能源压力、保护生态环境、实现农业及农村的可持续发展具有重要的意义[4]。目前主要的利用形式包括肥料化利用、能源化利用、饲料化利用等。

2.1 肥料化利用

据统计，2014 年湖南省农业化肥使用总量达 247.8万 t（纯量折算），其中氮、磷、钾及复合肥所占比例分 别 占 48.92%、23.24%、10.24% 和 17.59%（ 图 2）；单位面积化肥施用量达 292.65 kg/hm2，已经远超发达国家设置的安全标准 225 kg/hm2[5]。化肥的大量使用，短期内的确能促进作物的生长发育，带来高产；但从长远来看，将会带来一系列的问题，如破坏环境、影响农产品品质、增大农民经济负担等。研究表明，化肥的过度施用，导致洞庭湖水体富营养化，对下游渔业造成的年平均损失 10万元以上 ；对饮用水源造成的年均损失为1亿元；重金属污染造成的年均损失为4 000 万元[6]。

图2 2014 年湖南省化肥使用情况

植物纤维性农业废弃物本身就是一种肥料，其中包含很多有机质以及氮、磷、钾、钙等营养元素，可将其还田，促进土壤中的生物质循环，改善土壤的透气性、透水性，从而达到增强土壤肥力、有效缓解土壤板结等问题[7]。目前农作物秸秆还田的方式有多种，主要分为两大类，即直接还田和间接还田，两种方式均有其优缺点，（表 2）[8-9]。2011 年林中等[10]对湖南省部分地区农作物秸秆的主要用途及还田方式进行了调查研究，结果显示湖南省稻草等农作物秸秆50% 以上用于还田，其中中方地区达 90% ；秸秆还田的方式主要以焚烧还田为主，其中长沙、安乡、浏阳的焚烧还田的秸秆量分别占各自还田总量的 84.21%、88.33%、95.00% ；另外还有整秸覆盖、断秸覆盖、堆沤还田等还田方式，其中涟源、沅江地区整秸覆盖的比例为 33.33% 和 26.67%，麻阳地区的段秸覆盖的秸秆比例达 80.00%，中方地区的秸秆主要用作堆沤还田，其所占比例达 81.25%。目前的秸秆还田技术具有一个共同的瓶颈问题，就是怎样减少秸秆还田的二次污染。综上，湖南省秸秆还田的利用率不低，但是由于土壤重金属污染严重，秸秆直接还田会带来二次污染的问题，怎样实现秸秆高效还田且减少二次污染是今后研究的重点和难点。

表2 秸秆还田技术及其优缺点

2.2 能源化利用

随着石化能源的枯竭和环境污染问题日趋严重，开发清洁的可再生能源已经成为解决我国环境和能源危机的一条重要途径。农作物秸秆作为仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源，其蕴含丰富的能量[11]，其能源化利用的方式主要有以下5种，且每种方式都有自己的优缺点（表 3）。具体选择何种利用方式需要结合当地的原料状况、投入状况等进行合理规划，以实现利用的合理化、高效化。

表3 5种生物质能源化利用技术的优缺点

表3中5种生物质能源化利用方式在湖南省均有一定程度的应用。（1）直接燃烧，湖南省采用直接燃烧方式利用秸秆能量的比例仅占 10%，且多存在于偏远地区。（2）制备固体成型燃料，湖南省已有多家生物质成型燃料公司，如 2012 年湖南给力生物能源股份有限公司启动的年产 100万 t生物质成型燃料项目，目前已经完成环洞庭湖项目总部及周边20余个县市布点建厂规划工作，并开始生产生物质成型燃料[22]。（3）生物质发电，目前湖南省已建7座秸秆生物质发电厂，另有12座生物质电厂核准在建；已投入运营的电厂，消耗的主要燃料为秸秆、稻壳以及树皮、边角料等农林废弃物，每个电厂每年平均可消耗秸秆20多万吨。（4）沼气制备，近年来，湖南省推广了秸秆型户用沼气池 25 000 个，秸秆型和秸秆粪便混合型联户沼气工程 2 000 处，受益农户 5 万户以上。（5）生产生物质能源物质，据不完全统计，目前湖南省利用生物质生产燃料乙醇或生物柴油等产品的企业有7家，如湖南龙山县金山实业有限责任公司，其主要产品为燃料乙醇；湖南中和能源有限公司，其主要产品为生物柴油等。

2.3 饲料化利用

秸秆饲料化利用是将秸秆等植物纤维性农业废弃物用于牲畜饲养的一种利用模式，通过对秸秆进行一定处理，改变秸秆的物理化学性状，改善原料适口性和营养价值，提高单位重量饲料的利用率[23]。当前，农作物秸秆制备饲料的方法有物理法和化学法，常见的化学加工技术包括青贮、黄贮、微贮、氨化、盐化、糖化、碱化等[2，24]。但目前我国应用化学法制备秸秆饲料的普及程度不高，工业集约化水平较落后，且化学法制备秸秆饲料还存在诸多弊端，如氨化处理生产成本较高，易带来环境污染问题；青贮易引起饲料的腐败变质，引起恶臭等[25]。 据调查湖南省涟源、中方地区的秸秆多用于秸秆饲料化，以物理法利用为主。整体而言，湖南省秸秆饲料化利用率不高，但随着环保意识的提升、秸秆利用技术的改进及各级政府的重视，湖南省秸秆饲料化利用也在逐步加强，发展前景较好。

3 湖南省植物纤维性农业废弃物资源综合利用存在的问题

3.1 秸秆数量巨大，回收、贮藏、运输困难

农作物秸秆数量巨大，具有季节性、地域性、分散性、比容大等特点，收购程序复杂、费工费时、堆放储运困难，而且现在农村劳动力资源紧缺，对农民而言卖秸秆的收益吸引力不强，这是全国农业废弃物资源化利用面临的共同的阻碍[26]。

3.2 宣传及政策扶持力度不够，全民意识有待提高

目前，湖南省对植物纤维性农业废弃物资源化高效利用的宣传力度及政策扶持力度均不够，诸多资源化利用需要的一次性投入很大，单靠农户们自己的资金还远远不够；加之农业废弃物资源化利用的过程比较繁琐，农户的环保意识还有待提高，导致大部分植物纤维性农业废弃物被直接燃烧，而且屡禁不止，造成大量的资源浪费和严重的环境污染。

3.3 产业化程度低，利用率不高

虽然目前湖南省植物纤维性农业废弃物的利用途径已经较全面，但是最主要的利用途径还是比较传统，如秸秆还田等，而且大多停留在单个农户的利用，距离产业化还有很长一段距离；由于利用途径的传统性，因此利用率也不是很高。

3.4 利用技术需要进一步完善

植物纤维性农业废弃物综合利用在技术上仍存在一定问题，需要进一步完善。如秸秆肥料化还田，可能造成土壤重金属二次污染和引入病虫害，将增加农作物病害发生率[27]；秸秆发电，特别是稻、麦秸秆发电，主要障碍是灰分元素多，容易造成熔点下降和锅炉结焦和堵塞[28]。综合利用技术不完善，阻碍了植物纤维性农业废弃物的综合利用。

4 湖南省植物纤维性农业废弃物资源综合利用对策

4.1 加大宣传力度，提升农户的环保意识

要加大宣传力度，使得广大农户真正意识到植物纤维性农业废弃物焚烧带来的危害，以及了解此类资源的其他重要用途和经济价值，让其综合利用变成人民群众的自觉行为，这样才能从根本上解决秸秆焚烧带来的环境污染问题。

4.2 加强政策扶持，完善农村基础设施建设

植物纤维性农业废弃物的综合利用依赖于一定的基础设施，如制备沼气，需要建造沼气池、管道设施等及相应的管理和维护措施；腐熟、堆沤还田技术，需要腐熟、堆沤的场所以及技术支撑；生物质发电及生产能源物质等都需要特定的大型设备，以及经过培训的操作、管理人员等。这些都离不开国家政策的扶持和资金投入，单凭农户的力量难以实现，因此需要加大国家政策的支持力度。结合湖南省自身的农业发展特色和地域特点，应该在全省范围内大力推广沼气技术、秸秆无害化还田技术等，以实现植物纤维性农业废弃物的循环高效利用。

4.3 强化技术研发，推广高效农业发展模式

植物纤维性农业废弃物资源的综合利用，需要大量的技术支撑，如生产生物柴油时提升燃油的得率和纯度提升技术、减轻秸秆还田的重金属二次污染的方法技术、有机肥料肥力及农业废弃物饲料的消化率提升技术等，均需要全面深入地研究，从而保证植物纤维性农业废弃物资源的综合、高效利用。因此，湖南省应积极学习其他省、市的高效农业发展模式，并结合湖南省自身的地域和发展特点，实现农业可持续发展。

5 展 望

湖南省植物纤维性农业废弃物资源十分丰富，若得到高效利用，其就是巨大的宝藏，反之其将成为湖南省乃至全国农村及农业可持续发展的最大障碍。这就需要结合各地的地域特征、农村发展形势及优势，制定出相对合理、高效的利用方案，并通过适当的技术手段将植物纤维性农业废弃物有效利用起来，形成一套可推广的发展模式，实现以生态农业为载体的综合循环，既改善生态环境，又减少农业生产对化肥、农药的依赖，最终生产出绿色农产品，早日实现农业、农村的可持续发展。

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（责任编辑：朱 蓓）

The Current Situation and Countermeasure of Comprehensive Utilization of Fibrous Agricultural Waste Resources Plant in Hunan

QI Hui1,2,3，WU Xiao-fen1,2,3，CHEN Liang1,2,3，DENG Ming1,2,3，WANG Ke-qin1,2,3
（1.Institute of Nuclear Agricultural Science and Space Breeding, Hunan Academy of Agriculture Sciences, Changsha 410125, PRC; 2. Hunan Province Engineering Technology Research Center of Agricultural Biological Irradiation, Changsha 410125, PRC; 3. Hunan Province Biological Irradiation Technology Engineering Research Center, Changsha 410125, PRC）

In this paper, the status of resources and utilization of plant fi ber agricultural wastes in Hunan Province, including fertilizer utilization, energy utilization and feed utilizationwere described.The main problems were the huge number of straw, lack of advocacy and policy support, low degree of industrialization, the use of technology needs to be further improved. To solve these problems, the author put forward to strengthen the publicity, improve farmers’ awareness of environmental protection, strengthen policy support, improve the rural infrastructure construction, strengthen the technical research and development, promote effi cient agricultural development mode to boost the comprehensive utilization of agricultural waste resources fi brous plants.

fi brous agricultural waste plant, comprehensive utilization, current situation

S-1

A

1006-060X（2017）03-0050-04

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.003.015

2016-12-20

湖南省农业生物辐照工程技术研究中心科学基金开放项目（2016KF001）；湖南省农业科学院科技创新团队项目（2014TD03）

齐 慧 (1988-)，女，安徽安庆市人，研究实习员，主要从农业废弃物的利用。

王克勤