北京市作物秸稈利用現狀及可持續發展研究

趙春

摘 要：為了明確農村種植業廢棄物的種類和數量，為農作物秸稈的綜合利用提供參考，對北京市農作物秸稈資源進行全面調查，研究了各地區的秸稈資源量及利用現狀，根據經濟社會發展趨勢對作物秸稈資源的分布特點以及利用途徑進行了分析。結果表明，2012年北京地區農作物秸稈主要是玉米和小麥，占全部秸稈產量的94.9%，秸稈利用主要以秸稈還田為主。除家庭燃用、秸稈還田以及養畜等用途外，北京仍有10%的剩余秸稈資源。通過分析農作物秸稈的綜合利用價值以及利用過程中存在的問題，提出了北京郊區作物秸稈綜合利用的建議和對策。

關鍵詞：農作物秸稈；利用方式；北京

中圖分類號：S19 文獻標志碼：A 論文編號：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

中國是一個典型的農業國家，有著豐富的秸稈資源，作物秸稈是農作物生產系統中的一項重要生物質資源。近年來，一些城市郊區和糧食主產區農村經濟發展迅速，加之秸稈的分布零散、體積大、收集運輸成本高、利用的經濟性差和產業化程度低等，導致剩余秸稈處理難[1-2]。研究農作物秸稈的綜合利用不僅能夠改善農業生態環境、促進農村經濟可持續發展，同時對提高清潔能源的比重、增加資源化再利用率也大有裨益[3-4]。趙荷娟等[5]通過調查研究分析了南京市農作物秸稈綜合利用存在的問題，提出了相應的發展建議；戴志剛等[6]對中國2009年主要農作物秸稈產量、養分總量進行評估，同時對秸稈還田配套措施進行了總結。目前對秸稈利用的研究主要集中在秸稈利用數量、利用方式分析以及培肥土壤的方面，而分析、評價典型地區秸稈利用現狀以及技術發展的研究工作較少[7-9]。對于農業經濟狀況較好、現代農業技術發展較快的北京市而言，其秸稈資源利用狀況及存在問題具有前瞻性和代表性，而對于這一方面缺乏技術集成與示范以及針對具體農村的實證和案例研究。因此，筆者通過調查研究提出了如何高效利用農作物秸稈資源，這對于中國農村廢棄物綜合利用具有重要的示范意義。

1 數據來源與估算方法

1.1 數據來源

通過農業局工作人員的帶領與鄉鎮農業技術人員和村的主要干部進行訪談，所獲信息可以充分反映和代表當地的總體發展情況。實地調查以問卷調查為主，共獲得190份有效農戶問卷調查表。資料收集來源于農業統計報表等，主要是2012年北京市農業統計數據、統計年鑒和國內外公開發表的文獻資料。

1.2 農作物秸稈資源數量估算方法

作物秸稈是指其收割時丟棄的根、莖、葉、花。中國在研究作物秸稈資源時，將作物秸稈產量和經濟產量的比值，均稱為“草谷比”。草谷比通過查閱中國農業大學謝光輝《中國非禾谷類大田作物收獲指數和秸稈系數》[10]、《中國禾谷類大田作物收獲指數和秸稈系數》[11]和《可再生能源資源的系統評價方法及實例》[12]得到。農作物秸稈資源數量的計算方法是不同農作物的產量值與該種農作物對應的草谷比相乘，公式如式（1）。

Qi=Pi ×Ri…（1）

式中，Qi為農作物i的廢棄物年估計總量（t），Pi為農作物i的年產量（t），Ri為農作物i的草谷比。

2 北京市農作物秸稈產生情況

對作物秸稈的調查總體上采取按單位面積進行隨機抽樣調查的方式[13]。農作物不同其秸稈總量的是不同的，在糧食作物中，統計計算包括了北京市主要種植作物，按照前述公式計算北京市2012年各種農作物秸稈資源的總量。

2.1 北京市作物秸稈主要類型及數量特征

表1中數據為北京市2012年農作物秸稈產生量。玉米和小麥是北京市栽培面積最大的農作物，分別占到總播種面積的66%和26%。根據草谷比計算，2012年全年農作物理論秸稈產生總量為150萬t。其中主要以玉米為主，年產生總量達到111萬t，占總量的73.69%；其次是小麥，為32萬t，占總量的21.28%，這2種主要糧食作物的秸稈產量比率就達到94.97%。

2.2 農作物秸稈的利用價值

農作物秸稈含有大量的粗纖維、粗蛋白、粗脂肪等成分，不同作物秸稈的有機質組成和營養成分各不相同，因此在后續的開發利用中應根據各自的性質和組成加以區別[14-15]。不同作物秸稈中的營養成分如表2所示。

例如農作物秸稈是大型牲畜的主要飼料之一，用作飼料的秸稈其粗蛋白、粗脂肪的含量要高而纖維素、木質素和灰分的含量要低，玉米秸稈即為粗蛋白含量較多，營養成分含量較高的秸稈；農作物秸稈中含有豐富的有機物質，用于秸稈還田能夠為土壤提供大量的養分，約占農業有機肥總養分的13%～19%；用作能源材料的秸稈要求其纖維素、木質素含量和熱值要高而與蛋白質、脂肪的含量關系不大，農作物秸稈的熱值相當于標準煤的50%，而含硫量遠低于煤，是清潔能源的首選原料。

3 北京市秸稈綜合利用現狀分析

3.1 當前秸稈處置利用方式

農業生產每年都會產生大量的農作物秸稈，這些秸稈若不及時處理，會在農業生態環境中造成嚴重的堆積。調查研究結果表明，北京市主要有表3中的幾種利用和處理方式。北京市機械化秸稈粉碎還田面積較大，由于小麥和玉米為大面積種植的糧食作物，方便實現直接還田，其中北京市小麥秸稈粉碎還田比例最大，達到90%以上，玉米的直接還田比例也達到了60%以上，而其他作物由于種植面積不集中，不利于大型機械作業，導致秸稈還田的比例較小。

對于用作飼料，玉米秸稈營養成分較高，利于集中收集，主要用于大型養殖場的飼料，利用率達到21.2%，其他作物（主要是豆類、薯類和花生）秸稈多用于飼喂家畜和家禽。北京市秸稈能源化比例較高，能源化的方式主要包括秸稈生產固體成型燃料、秸稈生產熱解氣、秸稈生產沼氣等，玉米、小麥和其他作物（主要是稻草、棉花稈和油料作物秸稈）能源化比例分別達到了8.9%、5.8%和37.6%。焚燒還田和用作其他的比例較低。以玉米秸稈為例，2012年焚燒的秸稈達到 10萬t以上，因此秸稈綜合利用仍有很大的發展空間。

3.2 秸稈利用方式存在的問題

北京市“十二五”發展規劃提出全力推進糧食生產全程機械化，到2015年北京市基本實現糧食生產全程機械化。2014年中共中央、國務院印發了《關于全面深化農村改革加快推進農業現代化的若干意見》[16]也指出加快發展農業機械化。調查結果與當前的北京農村的政策扶持和能源結構有很大關系，目前大型農業機械普及，因此秸稈還田率較高，秸稈直接還田可增加土壤有機質含量、培肥土壤，對農業的可持續發展有重要意義，但還有很多問題尚未解決，如秸稈的碳氮比高，持續全量還田不利于土壤微生物降解，可能導致作物缺氮而生長不良，秸稈還可能傳播部分病害，導致作物減產等。

選擇利用秸稈喂牲畜的也比較多，主要是當地養殖企業收購，而且經過牲畜的過腹還田也會變成很好的有機肥料，但飼用秸稈蛋白質、可溶性碳水化合物、礦物質等含量偏低，粗纖維含量較高，因此消化率低、適口性差。利用秸稈漚制肥料存在纖維素的降解問題，收效很低，所以很少有人利用其快速漚肥和堆肥。

秸稈作為能源利用的主要方式是直燃發電和生產沼氣、乙醇等。由于科技轉化力度不夠、實施成本太高，且這些方式大多適合規模化使用，不適合散戶和個體農戶使用，而大規模、工廠化利用農作物秸稈還需要在政策和技術等方面不斷提升。目前秸稈生產沼氣和氣化技術已經在京郊部分鄉村成功應用，機械壓塊也在推廣應用中，但集中供氣設備和網絡并未覆蓋到全北京的各個縣區。

通過表3顯示，京郊農戶對秸稈的處理方式中選擇直接在地里燒掉的也占一定比例，特別是經濟相對發達的縣區多數以天然氣作為主要燃料，焚燒秸稈的情況尤為嚴重，但卻忽視了對環境的影響。采取生物技術的手段利用秸稈發酵生產糠醛、苯酚、單細胞蛋白等也是秸稈的一大用途，但中國在這方面的技術研究和應用推廣相對落后，且易造成環境污染和纖維素降解等技術難題。

4 北京市作物秸稈資源的利用建議

為加快推進農作物秸稈綜合利用，指導各地秸稈規劃的實施，2011年11月29日，國家發展改革委、農業部、財政部以發改環資[2011]2615號印發《“十二五”農作物秸稈綜合利用實施方案》[17]，大大推動中國農作物秸稈的利用水平。由于北京的秸稈利用率已經很高，進一步提高的空間受到限制，因此應重點突破秸稈的傳統利用方式，追求處理技術高、綜合利用潛力大的利用方式。

4.1 持續完善扶持政策

由于秸稈綜合利用項目一次性投入較大、風險高，必須加大重要秸稈能源化技術的研發和產業化示范項目的投入力度以及秸稈發電、秸稈生產乙醇等生產企業的稅收優惠政策和財政補貼。目前，秸稈飼料、秸稈還田都出臺了具體的補貼政策，秸稈能源化利用還沒有，不利于農村生活能源的發展，應繼續實施《秸稈能源化利用補助資金管理暫行辦法》，而且還要加大秸稈補貼的范圍和力度，例如在投資建設、設備購置、秸稈收集、加工、運輸等方面，出臺一些可操作性強的補貼政策，以鼓勵企業及從業人員積極參與；地方政府更應做好當地配套政策，企業和市場才能有良性發展。建議政府部門妥善處理現存問題，區域層面科學規劃綜合利用途徑、產業布局、處理規模和政策支持[18-20]。

4.2 秸稈能源化處理技術

農作物秸稈作為生物質能資源的主要來源，具有可再生和環境友好的雙重屬性，可以按任何規格加工、包裝，真正實現生物質資源的有效收集、方便運送、高效燃燒和便捷利用，是國家重點鼓勵發展領域之一，大力開發利用秸稈能夠開拓新的能源途徑，保證農業經濟和農業生態環境的可持續發展。

4.2.1 秸稈壓縮成型處理技術 以農村的玉米秸稈、小麥秸稈、棉稈、花生殼等廢棄物為原料，經粉碎加壓增密成型和炭化工藝加工成燃料。成型產品的體積相當于原秸稈的1/10～1/15，能提高容重和熱值，便于貯存和運輸。秸稈壓縮成型燃料可以代替煤炭、木柴、液化氣等廣泛用于各種類型家庭取暖爐、小型熱水鍋爐或是小型發電設施，是新型環保、清潔、再生能源，是農村地區充分利用秸稈等生物質資源替代煤炭的重要途徑。

全面發展生物質成型燃料符合中國北方農村養殖集約化后農戶禽畜糞便較少，冬季需要采暖，農業、林業廢棄物較多，農村青壯年勞動力大量外出等現狀。生物質成型燃料可以針對沼氣工程不能采暖、受溫度季節限制，運行維護復雜，產氣量有限等不足形成有利的補充，進而逐步實現“以秸稈成型燃料為主、沼氣為輔”的多能互補局面。北京市周邊山區，經濟相對欠發達，農戶日常生活不舍得用燃氣，而為美化、凈化村容環境，要求禁止堆放柴堆和秸稈垛，可以使用這種技術實現秸稈的減量化。

4.2.2 秸稈沼氣和氣化技術 在秸稈燃料方面多數研究者認為秸稈氣化和沼氣能源能夠提高農作物秸稈的利用效率，解決“三料”競爭問題[21]。以農作物秸稈為主要原料，在嚴格的厭氧環境和一定的溫度、水分、酸堿度等條件下，通過微生物的厭氧發酵，生產沼氣和優質有機肥。秸稈沼氣在一定程度上解決煤、石油等燃料的需求量，在緩解環境壓力，推動社會可持續發展方面發揮重要作用。秸稈產氣后剩余的沼渣可作為優質有機肥料還田，有效地改善土壤理化性質，增強保水保肥能力。因此加快沼液沼渣利用研究，才能實現秸稈的二次利用。

秸稈氣化集中供氣技術是中國農村能源建設推出的一項新技術。是以秸稈為原料經過熱解和還原反應生成可燃性氣體，產生的生物質炭和燃氣可作為農戶或工業用戶的生產生活燃料。該項技術實現了秸稈資源的高效利用，不僅可生產家庭型、多功能型秸稈生物質氣化爐灶，還可建秸稈生物質氣化站，組織成百上千戶居民集中供氣，在煤、液化氣價格居高不下的今天，秸稈氣化技術的推廣和應用具有廣闊的市場發展前景。然而要實現秸稈氣化工作的可持續發展，必須進行設備改進并加強后續的設備維護管理工作。

4.2.3 秸稈直燃發電技術 秸稈直燃發電和常規燃煤發電機組結構和原理基本相同，是將經過粉碎、干燥等處理后的秸稈作為燃料直接送入鍋爐中燃燒，產生高溫高壓蒸汽并推動汽輪發電機組發電。目前由國內自主設計的65T/H秸稈直燃鍋爐以用于秸稈直燃發電，并作為新一代國產秸稈鍋爐推向市場。一臺25 MW的機組一年需要秸稈15萬t～20萬t，可以滿足人口在15萬～25萬城鎮的居民日常用電。因此秸稈直燃發電也面臨著秸稈大規模收集、運輸和跨季節儲存等諸多未徹底解決的問題。但從當前技術成熟度和經濟效益2個方面綜合性能比較優，秸稈直燃發電技術是當前大規模利用秸稈資源的理想選擇。

4.3 秸稈其他處理技術

農作物秸稈還有其他多種的綜合利用技術。如通過微生物技術來提取農作物殘體中的碳水化合物、蛋白質、醇類、醛、酮和有機酸等，丹麥、瑞典和美國等科技研究小組已研制出從秸稈所含纖維素中提取乙醇燃料的技術。秸稈的飼料化也是目前常用的提高秸稈利用率的方式，主要是利用營養成分較高的薯類藤蔓、玉米秸、豆類秸稈等加工制成青貯飼料，提高秸稈的營養價值。在這方面應提高農民采用秸稈現代化利用方式的積極性，增加秸稈利用的科技含量。調查發現農業科技培訓班在農村非常受歡迎，培訓內容包括秸稈的微貯、畜牧養殖以及市場分析等。

5 結語

2012年北京市郊農作物秸稈產生總量約為150萬t，其中玉米和小麥秸稈占95%左右。由于不同種類的農作物秸稈營養成分含量不同，導致其利用途徑也不盡相同，主要分為直接還田、飼料和能源等幾種利用方式，基本上做到了二次利用，能夠充分地發揮秸稈的價值。但秸稈焚燒仍占一定比例，不但沒有實現秸稈的再利用，而且對區域環境造成了極大的污染。

北京市作為經濟發達地區，作物秸稈綜合利用率較高，各縣區可因地制宜選擇秸稈利用方式，根據本文調查結果農作物秸稈高效利用仍有很大的提升空間。應重點突破傳統的秸稈還田和秸稈飼料的利用方式，追求秸稈現代化利用方式，增加秸稈利用的科技含量。尤其是作為清潔能源的利用，在當地政府的大力支持和資金投入下充分調動農民的積極性，可以更上一個臺階。國能新能[2014]14號國家能源局公布創建新能源示范城市（產業園區）名單（第一批），北京市昌平區居于首位，重點發展太陽能、地熱能和生物質能，到2015年建設生物質氣化、固體燃料和聯村供氣示范項目和高端園區新能源綜合應用工程滿足居民用能需求。

總之，秸稈作為可再生生物資源，具有多種用途，因此作為肥料、飼料、燃料和工業原料常存在一定的矛盾，在考慮秸稈資源綜合利用時，如果只注重單一用途，就會顧此失彼。應根據不同秸稈的營養特征，將秸稈資源經過加工，分離出能源和養分以實現其綜合利用；或是通過單項利用技術的技術集成，以減少污染，增加附加值，向綜合利用和多級利用方向轉化，使秸稈具有更高的資源利用效率，提高其社會、生態和經濟效益。

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