低碳背景下农村秸秆焚烧处理处置及其资源化综合利用

张 丰 张 澜 吴昕昊

（1.丽水市生态环境局，浙江省丽水生态环境监测中心，浙江 丽水 323003；2.浙江龙碳环境科技有限公司，浙江 杭州 310000；3.丽水市土壤与固体废物管理中心，浙江 丽水 323003）

我国是一个传统农业大国，随着近年来我国农业快速发展，农业秸秆产量巨大，数据显示，我国秸秆每年产量高达9.5亿吨。农业秸秆具有污染和资源双重属性，秸秆处理是农业发展中一直存在的一个问题，长期以来，为了抢收和抢种，人们主要采用焚烧方式处理农业秸秆。随着近年来国家对环境问题的不断重视，以及对可持续发展战略做出的重要部署，低碳经济、绿色经济、节约型经济等新型理念被提出。低碳理念的核心是低能耗、低排放和低污染，其实现依赖于提高资源利用率，开发清洁能源，更新发展理念和减排技术创新。在全球气候变暖问题不断加剧的大趋势下，低碳经济已经成为我国可持续发展面临的严峻挑战。基于此，2017年国家出台了《关于创新体制推进农业绿色发展的意见》，意见对秸秆资源化综合利用制度和目的提出了要求，意见指出到2020年我国秸秆资源化利用率要达到85%。同时农业秸秆是一种高潜力的生物资源，如果对其资源化利用得当不仅可以发展清洁能源从而变废为宝，还可以有效解决秸秆焚烧问题造成的温室效应，对于实现我国现代化农业和生态环境和谐发展具有重大意义。近年来相关人员研究发现，秸秆还田和利用秸秆转化生物碳产品具有显著的固碳减排作用，因此，在低碳背景下挖掘秸秆的资源化利用价值对于践行低碳理念具有重要的现实意义。鉴于此，近年来国家和地方政府对秸秆焚烧问题和秸秆资源化利用高度重视，将其作为重要的工作来抓，然而，目前我国农业秸秆的资源化利用率整体较低，主要表现在利用意识淡薄、利用途径粗放、资源浪费严重等，因此，非常有必要对秸秆资源化综合利用技术和发展模式进行深入探究。

1 农业秸秆焚烧处理产生的危害

1.1 污染和破坏生态环境

秸秆焚烧过程中会产生大量浓烟，其中包括：CO、CO2、NOx、SO2、HS等有害气体，还包括大量的PM2.5、PM10等固体颗粒，这些废气和固体颗粒物会对大气环境造成严重污染。到了每年秋季整地播种时期，秸秆焚烧问题成为了导致雾霾天气形成的重要原因，而且秸秆焚烧问题的存在在很大程度上也加剧了温室效应，此外，秸秆焚烧过程中产生的污染物会随着空气流动扩散进入附近水源对水环境造成一定污染。

1.2 破坏土壤环境

秸秆在焚烧过程中会在地表形成高温，高温会破坏土壤中的有机质、腐殖质和杀死有益微生物，研究发现，单次秸秆焚烧会使耕地土壤有机质含量降低至少0.3%，使得土壤的物化性质改变和微生物系统破坏，导致耕地土壤出现板结、保水能力降低和沙化加剧，土壤肥力状况变差，对农业种植造成不利影响。

1.3 威胁人身安全和财产安全

秸秆焚烧会污染大气环境和水环境，尤其在秋冬季秸秆焚烧会严重加剧雾霾天气，给人们的口、眼、鼻黏膜和呼吸系统造成危害，人在饮用了被污染的水源后会出现消化道疾病危害人身生命健康。同时，秸秆焚烧存在很大的火灾隐患，尤其当遇到大风天气时火情难以控制很容易导致火灾蔓延。我国每年因为秸秆焚烧引发的火灾事故经常发生并且造成一定数量的人员伤亡和财产损失，对人身安全和财产安全埋下了严重的安全隐患。

1.4 危害交通安全

秸秆为含碳量很高的生物有机物质，焚烧后产生的浓烟含有大量的固体颗粒物，浓烟在空气中弥散会大大降低空气能见度导致人眼可视范围下降，给高速公路、铁路、航运、航空等交通安全造成了严重的安全隐患，一旦发生交通事故，会造成不同程度的人员伤亡和经济损失，同时会影响到交通系统的正常运行甚至在社会上产生负面影响。

2 当前农村秸秆主要的资源化利用途径

2.1 秸秆还田

秸秆中含有大量的有机质、微生物和微量元素，秸秆还田是将秸秆粉碎后直接与田地土壤混合掩埋，秸秆经过腐烂后能够提升土壤中腐殖质的含量从而改善土壤肥力。通过秸秆还田能够提高耕地土壤中微生物含量和活性，还能够提升土壤中有机质浓度，使得土壤肥力状况得以改善，因此利用秸秆制备农业有机肥是秸秆资源化利用的有效途径。秸秆还田是目前使用最普遍的秸秆资源化利用途径，根据秸秆还田方式不同目前主要分为：机械还田和过腹还田两大类，其中机械性能和地区气候特点对机械还田的影响最大，如果机械性能不高或者地区气候干燥寒冷，就会导致秸秆无法及时腐烂不利于农作物的发芽和生长从而降低了秸秆的资源化利用率。

2.2 秸秆饲料化

秸秆饲料化是将秸秆加工处理后直接用于反刍牲畜养殖基础饲料或者作为饲料添加剂与玉米、麸皮、豆粕等混合加工成养殖业饲料实现对秸秆的资源化利用。我国秸秆产量十分巨大，研究证明我国超过85%的秸秆适用于养殖业饲料，随着秸秆饲料化加工技术的发展，秸秆饲料化利用率会不断上升，能够有效缓解养殖业饲料压力。同时，秸秆饲料化是过腹还田的前过程，经过养殖动物消化利用后得到的养殖业粪便可以作为高品质的农业有机肥，因此，秸秆饲料化是当前农业秸秆资源化利用的主要途径之一。

2.3 秸秆能源化

秸秆能源化当前主要分为：固态能源、液态能源、气态能源三种。固态能源是直接燃烧秸秆或将秸秆加工后以燃烧作为生活和生产的能源燃料，随着能源结构的改变目前秸秆已经不被用于生活能源燃料，秸秆用于固态能源目前方式主要用在火力发电厂，将秸秆收集后代替煤炭作为火力发电燃料使用。此外，以秸秆为原料制备秸秆煤也是固态能源的一种利用方式，该技术先将秸秆粉碎干燥或者碳化，再对原料进行升温，入模压制和脱模后制成形状规则的秸秆煤。液态能源是对秸秆中的木质纤维素进行预处理和水解后得到小分子的单糖和多糖，再经过微生物发酵后得到乙醇，对乙醇进行分离提取后得到乙醇燃料。气态能源是以秸秆作为沼气原料，利用厌氧微生物的厌氧发酵作用来制备甲烷作为燃气能源，将秸秆用于沼气原料目前已经被广泛使用和推广。

3 低碳背景下农业秸秆资源化综合利用的发展模式

3.1 以微生物发酵堆肥为中心的利用模式

微生物发酵堆肥是利用微生物的生理代谢作用将秸秆中的大分子有机物分解转化为性质稳定的小分子有机质，该模式在对秸秆资源化利用时，将秸秆收集堆放在适合微生物生长繁殖的环境下，经过一段时间的发酵分解后让秸秆腐熟和分解，然后以有机肥的形式用于农业和林业种植中，该模式的操作流程简单且能耗很低，是一种很直接的秸秆资源化利用模式。

3.2 以养殖业为中心的利用模式

以养殖业为中心的秸秆资源化综合利用发展模式第一级是将秸秆作为养殖饲料，再以养殖粪便为沼气原料制备甲烷气态燃料，最后将沼液和沼渣作为有机肥用于改良耕地土壤促进种植业的良性发展，如此形成一个物质和能量多级利用的产业链。以养殖业为中心的秸秆资源化综合利用发展模式实现了秸秆生物能源和物质的循环利用，是低碳背景下最佳的秸秆资源化综合利用模式。该模式实现了将养殖业、种植业和清洁能源三者合一，为了确保此模式的长期稳定运行，需要协调优化好三者之间的关系。需要注意的是，秸秆的收集，加工，存储要实现机械化和规模化，利用先进的机械设备实现对秸秆的高效收集，粉碎、压缩、发酵加工以及存储等，将秸秆转化成规模化的养殖饲料。

3.3 以秸秆直接还田为中心的利用模式

秸秆直接还田方式利用大型的农业机械可以实现对大面积秸秆的高效还田处理，而且处理的成本也较低，因此，秸秆直接还田是当前我国秸秆资源化利用的主要方式。目前随着农业机械不断进步已经出现了多种类型的秸秆直接还田机械，秸秆直接还田尤其在我国的粮食主产区使用十分普遍。秸秆直接还田方式秸秆处理高效，能够显著改善耕地土壤的腐殖质含量和微生物环境从而提升耕地的肥力水平，达到了以地养地的目的。需要注意的是，该模式应当搭配科学的耕作和灌溉技术，定期对耕地进行深耕和灌溉提高秸秆的利用率。

4 结语

我国现代化农业在快速发展的同时，每年秸秆产量非常巨大，农业秸秆的资源化综合利用与现代化农业和低碳社会目标紧密相关。农业秸秆蕴含着十分丰富的生物资源，农业秸秆经过资源化综合利用后能够充分挖掘和发挥秸秆的资源价值，服务于现代化农业、工业和社会，同时能够减少资源浪费和碳排放量从而显著降低秸秆焚烧问题引起的大气环境污染，还能促进农民增产增收和农业可持续发，在低碳背景下对于实现党的十九大污染防治攻坚战目标发挥着十分积极的作用。但是当前我国农业秸秆资源化利用率整体不高，我国幅员辽阔，不同地区农业结构和气候环境差异很大，未来应当根据各地情况因地制宜地逐渐建立起适合地区的农业秸秆资源化综合利用发展模式，使得我国农业秸秆的资源化利用水平得以稳步提升。