黃淮海地區(qū)秸稈綜合利用的中轉(zhuǎn)模式初探

馬晨雨，楊習(xí)文，李 煜，張 捷，賀德先

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，鄭州450002）

黃淮海地區(qū)秸稈綜合利用的中轉(zhuǎn)模式初探

馬晨雨，楊習(xí)文，李 煜，張 捷，賀德先

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，鄭州450002）

為了研究如何提高黃淮海地區(qū)秸稈綜合利用率的問題，綜述了國內(nèi)外近20年的關(guān)于秸稈處理的方法與綜合利用的途徑，發(fā)現(xiàn)作物秸稈具有階段性過剩和存在空間不均衡的特點(diǎn)，而對(duì)作物秸稈運(yùn)輸和儲(chǔ)藏成本較高，秸稈的分級(jí)、分類和轉(zhuǎn)化技術(shù)的相對(duì)落后，限制了黃淮海地區(qū)作物秸稈的綜合利用，造成了秸稈廢棄物資源利用率低的現(xiàn)狀。鑒于此，進(jìn)行了黃淮海地區(qū)秸稈的中轉(zhuǎn)途徑的探討，即建立“農(nóng)田—中轉(zhuǎn)站—工廠/農(nóng)戶”的中轉(zhuǎn)站模式，連接秸稈從農(nóng)田到工廠或農(nóng)戶的過程，在中轉(zhuǎn)站中對(duì)秸稈進(jìn)行預(yù)處理和粗加工，既可以減少秸稈的焚燒，促進(jìn)秸稈的適量還田，使秸稈資源化利用的程度提高，又從一定程度上解決了秸稈在時(shí)間和空間分布不均衡的問題。但對(duì)于中轉(zhuǎn)模式和國家匹配政策方面的研究還存在不足，優(yōu)化中轉(zhuǎn)模式與當(dāng)前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形勢(shì)和經(jīng)營方式的關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

黃淮海地區(qū)；秸稈；綜合利用；中轉(zhuǎn)模式

0 引言

包括北京、天津、河南、河北、山東等省市在內(nèi)的黃淮海地區(qū)，是中國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)之一。該地區(qū)位于華北平原，光熱量資源豐富，滿足1年2熟的條件，主要采用小麥—玉米輪作的種植制度。另外，水稻、花生、棉花、大豆等作物也有一定量的種植。在中國糧食產(chǎn)地的八大分區(qū)中，黃淮海地區(qū)和長江中下游地區(qū)是全國糧食秸稈產(chǎn)量最多的2個(gè)區(qū)域。黃淮海地區(qū)秸稈資源分布廣、季節(jié)性強(qiáng)，是一種豐富的可再生資源。

中國的秸稈利用率僅占發(fā)達(dá)國家利用率的35%[1]。據(jù)《中國生物質(zhì)資源可獲得性評(píng)價(jià)》報(bào)道，秸稈的多途徑利用方式歸為工業(yè)原料、畜牧飼料、直接燃燒或生物質(zhì)能源等3類[2]。秸稈富含食用菌生長所必需的碳源，木質(zhì)化程度高，是優(yōu)良的工業(yè)原料；秸稈還具有一定的營養(yǎng)價(jià)值，通過青貯等工藝加工后，適口性好，飼用價(jià)值高；此外，秸稈熱值高，絕大多數(shù)秸稈可直接燃燒。

目前，秸稈的分級(jí)、分類以及轉(zhuǎn)化利用效率低，黃淮海地區(qū)的秸稈資源依然采取粗放型的開發(fā)利用方式，以燃燒和直接還田為主，占秸稈可收集量總數(shù)的半數(shù)以上，焚燒已被明令禁止，全量還田的弊端也逐漸顯現(xiàn)出來。鑒于此，提出黃淮海地區(qū)秸稈綜合利用的中轉(zhuǎn)模式，以期為秸稈資源有效的開發(fā)利用、提高其綜合利用率的問題研究提供理論依據(jù)和創(chuàng)新思路。

1 黃淮海地區(qū)秸稈資源構(gòu)成

1.1 黃淮海地區(qū)秸稈資源豐富

畢于運(yùn)等[3]在2010年的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，2005年全國秸稈達(dá)84183.12萬t，黃淮海地區(qū)在全國八大糧食主產(chǎn)區(qū)中秸稈產(chǎn)量最高，在2005年黃淮海地區(qū)秸稈總產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的25%[4]，約達(dá)2.01億t[5]，秸稈資源密度為3.81 t/hm2；2012年，黃淮海地區(qū)秸稈理論資源量為2.4億t[6]，秸稈資源密度增長為6.94 t/hm2。

如表1所示，2005年與2012年主要農(nóng)作物秸稈分別為1.70億t與2.30億t，其中，糧食作物秸稈增加了約0.52億t，油料作物秸稈增加了約2178.76萬t，棉稈減少了約1236.24萬t。黃淮海地區(qū)主要的作物秸稈類型是玉米秸稈和小麥秸稈，但是小面積種植的棉花秸稈、油料作物秸稈和玉米芯、蔬菜副產(chǎn)品等農(nóng)產(chǎn)品初級(jí)加工后的副產(chǎn)品也具有很大的開發(fā)潛力。

表1 2005年與2012年黃淮海地區(qū)主要農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)量 萬t

1.2 黃淮海地區(qū)結(jié)構(gòu)資源的特點(diǎn)

黃淮海地區(qū)秸稈資源有著明顯的特點(diǎn)：（1）秸稈資源地區(qū)分布不均衡，且增長不均衡。2005年時(shí)，山東、天津、北京位于秸稈資源密度大于等于6 t/hm2的高產(chǎn)區(qū)，河南、河北位于秸稈資源密度在4～6 t/hm2的中產(chǎn)區(qū)；而2012年，北京、河北與山東位列高產(chǎn)區(qū)，天津、河南位列中產(chǎn)區(qū)；（2）人均占有量不高。據(jù)2005年統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)[5]，山東省、河南省、河北省屬于人均秸稈中產(chǎn)區(qū)，人均秸稈產(chǎn)量在500～800 kg，天津、北京屬于人均秸稈低產(chǎn)區(qū)，人均秸稈產(chǎn)量在500 kg以下。2012年，全國人均秸稈產(chǎn)量為1.47 t，除北京、天津人均秸稈產(chǎn)量低于全國水平外，河南、山東河北均高于全國平均值；（3）階段性過剩。黃淮海地區(qū)重要是小麥—玉米1年2熟的輪作種植制度，在一季作物收獲后到下一季作物播種前的時(shí)間間隔短，秸稈大量堆積，大部分用焚燒或者直接還田的方式處理秸稈，在其他時(shí)候則無突出的秸稈問題，甚至面臨秸稈短缺的問題[7]。

2 黃淮海地區(qū)秸稈資源化利用及評(píng)價(jià)

2.1 秸稈資源化利用的方式

目前的秸稈利用方式有3類，即物理方法、化學(xué)方法和生物方法[8]。物理方法包括干燥、粉碎、壓縮成型、汽爆；化學(xué)方法包括燃燒、氣化、裂解、液化、酸堿分解等；生物方法有厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣和酶解發(fā)酵產(chǎn)生乙醇。

畢于運(yùn)等[9]提出了中國秸稈資源綜合利用的系統(tǒng)構(gòu)成，將秸稈資源利用類型分為2類，即農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)部的秸稈資源循環(huán)利用與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)外部的秸稈資源利用。在黃淮海地區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)部的秸稈資源循環(huán)利用可包括秸稈還田、加工做飼料、生產(chǎn)沼氣以及食用菌基料，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)外部的秸稈資源利用包括秸稈固化、氣化等農(nóng)村新能源的開發(fā)、工業(yè)加工用作餐具、秸稈發(fā)電等。

2.2 秸稈資源化利用的評(píng)價(jià)

2.2.1 綜合利用率不高，以秸稈還田為主 據(jù)資料顯示[10]，河南省秸稈還田的比例高達(dá)62.63%，秸稈飼用、生活能用、工業(yè)原料的比例分別為11.53%、10.84%和2.01%。秸稈還田是黃淮海地區(qū)秸稈利用的主要方式。秸稈還田分為直接還田與間接還田2類[11]，其中間接還田又包括快速腐熟劑處理[12]、過腹還田[13-14]、堆肥還田[15]、生物炭還田等[16]。

適量的秸稈還田有利于改善土壤的物理化性質(zhì)，連續(xù)秸稈還田結(jié)合淺耕可以降低耕層土壤容重[17]，逐年連續(xù)全量還田還可以增強(qiáng)土壤的持水能力、增加孔隙度[18]，王慎重等[19]利用篩濕法得出了在0～10 cm的表層，秸稈作用在土壤顯著影響了水穩(wěn)定大團(tuán)體的數(shù)量及其穩(wěn)定性；秸稈中含有豐富的生物碳，長期秸稈還田可以顯著提高土壤中的有機(jī)質(zhì)積累量[20]，改進(jìn)耕作和秸稈還田的方式相結(jié)合可以有效提高土壤保肥功能、修復(fù)污染土壤[21]；秸稈還田也能夠提高土壤中的微生物數(shù)量[22]和酶的活性[23]；這些都有利于作物產(chǎn)量的提高[14-26]。

但是，由于秸稈連續(xù)全量還田，加之配套的耕作技術(shù)沒有推廣應(yīng)用，秸稈還田的弊端也逐漸顯露出來。粗放的田間管理會(huì)引起后茬作物的出苗率下降[27]。賈春林等[28]的研究表明，在黃淮地區(qū)秸稈還田對(duì)玉米的出苗影響為出苗晚且質(zhì)量降低，在秸稈還田條件下會(huì)造成后茬作物病蟲害多發(fā)[29]；不當(dāng)?shù)慕斩掃€田還會(huì)造成土壤碳氮比失調(diào)[30]、增加溫室氣體的排放[31-32]等不良影響。

2.2.2 不能因“物”制宜 對(duì)于秸稈來說，雖然主要都是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三大部分組成，但三者在植物中的組成、結(jié)構(gòu)及分布會(huì)因秸稈的種類、產(chǎn)地和生長期等的不同而產(chǎn)生差異。如表2[33]所示，黃淮海地區(qū)的三大作物的組分不盡相同，不能夠一概而論。

稻殼、棉稈不適宜用于飼料用途，小麥稈和稻草比玉米秸稈更適宜直接飼喂，甜菜渣、蔬菜蔓等是優(yōu)質(zhì)的飼草（料），直接還田雖然可以培肥地力但是卻不能發(fā)揮其最大作用，與統(tǒng)一秸稈還田或者做燃料相比，玉米芯、棉殼、稻殼等做食用菌基料具有更大的利用價(jià)值[9]等。秸稈分類處理，往往能夠產(chǎn)生更大的效益，在黃淮海地區(qū)的秸稈處理方式大多為秸稈直接還田，沒有做到物盡其用。

3 黃淮海地區(qū)秸稈資源化利用新模式

3.1 秸稈的預(yù)處理

秸稈預(yù)處理及其組分分離體系的完善是解決秸稈資源生態(tài)高值化利用的切入點(diǎn)[8]。秸稈體積大、不宜儲(chǔ)存堆放等特點(diǎn)決定了利用秸稈進(jìn)行生產(chǎn)首先要進(jìn)行切碎、壓縮成捆等粗加工，且秸稈中的纖維素、半纖維素與木質(zhì)素等需經(jīng)過特殊的工藝加工分解后才可以被用于工業(yè)生產(chǎn)。

秸稈的預(yù)處理包括物理方法、化學(xué)方法和物理化學(xué)方法。物理方法較常用的有機(jī)械粉碎法、液態(tài)水解法[34]和擠壓膨化法[35]；在化學(xué)方法中的稀硫酸法[36]是較為成熟的預(yù)處理方法，使半纖維素水解的同時(shí)也能破壞纖維素的晶體結(jié)構(gòu)；化學(xué)物理法中的蒸汽爆破法[37]耗能低，可以間歇性操作也可以連續(xù)性操作，適合農(nóng)作物秸稈的預(yù)處理。

3.2 “農(nóng)田—中轉(zhuǎn)站—工廠/農(nóng)戶”的中轉(zhuǎn)模式

在秸稈的不同利用方式中，除了秸稈還田等肥料化的應(yīng)用外，其他回收途徑就需要將秸稈收集并運(yùn)離農(nóng)田。由于秸稈收獲時(shí)間集中且有季節(jié)性，農(nóng)民售出秸稈的收益不足以支付收集秸稈的支出，加上運(yùn)輸成本高、不便儲(chǔ)藏等原因，農(nóng)民收集利用秸稈的積極性不高。

秸稈的收集方式分為人工收集與機(jī)收2種，機(jī)收又可分為2種：一種是將喂入收割機(jī)的秸稈直接打捆收集，或者將喂入收割機(jī)的秸稈直接粉碎再裝車運(yùn)走；第二種是先收獲籽粒，將秸稈撒于田間，再由打捆機(jī)撿拾秸稈[38]。無論是人工收集還是機(jī)械收集，秸稈的季節(jié)性[39]決定了秸稈必須在短時(shí)間內(nèi)得到有效地處理。傳統(tǒng)的秸稈收集模式是有公司到地頭進(jìn)行現(xiàn)場收購，由于路途限制和儲(chǔ)存費(fèi)用高，公司現(xiàn)場收購?fù)荒軓母旧辖鉀Q秸稈堆積的問題，加之種糧農(nóng)民土地規(guī)模小、政策宣傳不到位等因素，使得秸稈多途徑利用更加難以落實(shí)。

為解決秸稈收購和分類利用的問題，提出了“農(nóng)田—中轉(zhuǎn)站—工廠”的中轉(zhuǎn)模式。中轉(zhuǎn)站購買專業(yè)的秸稈收集農(nóng)機(jī)，雇傭秸稈經(jīng)紀(jì)人并培訓(xùn)專業(yè)的農(nóng)機(jī)手，建立專業(yè)的秸稈收集隊(duì)伍，在收獲前到專業(yè)合作社或找到種糧戶商談收購秸稈的事宜并與需要秸稈的公司企業(yè)簽訂合約，待作物成熟之后中轉(zhuǎn)站租賃聯(lián)合收割機(jī)、打捆機(jī)、秸稈粉碎還田機(jī)等專業(yè)農(nóng)機(jī)。等秸稈回收入中轉(zhuǎn)站后，按照合約要求對(duì)秸稈進(jìn)行一定的預(yù)處理，將玉米、小麥和水稻秸稈進(jìn)行分類，將秸稈切碎成2～5 cm，便于青貯和氨化用作飼料加工；或者利用揉搓機(jī)壓塊機(jī)對(duì)秸稈進(jìn)行粗加工，便于秸稈存放與運(yùn)輸。多余的秸稈則投入中轉(zhuǎn)站內(nèi)的沼氣加工廠中，進(jìn)行沼氣的發(fā)酵生產(chǎn)，為村民提供生活用氣以及汽車用氣。

這套中轉(zhuǎn)模式得以實(shí)行，離不開國家政策的扶持。目前國家政策中少有對(duì)秸稈綜合利用企業(yè)的扶持[40]，企業(yè)運(yùn)行成本大，不利于提高農(nóng)民對(duì)秸稈收集的積極性，也不利于秸稈綜合利用產(chǎn)業(yè)鏈的形成。中轉(zhuǎn)站的運(yùn)行成本包括：購買秸稈收集機(jī)械設(shè)備的資金，曬場、倉庫的租賃費(fèi)用以及物流運(yùn)輸費(fèi)用；主要靠收購與出售之間的價(jià)格差維持經(jīng)營。一方面，國家可以通過制定政策，鼓勵(lì)低息貸款購買機(jī)械設(shè)備，為秸稈運(yùn)輸降低物流價(jià)格，降低運(yùn)行成本，通過制定不同類型秸稈、不同用途的秸稈的最低保護(hù)價(jià)格使得中轉(zhuǎn)站得以正常運(yùn)行；另一方面，也可以通過創(chuàng)新項(xiàng)目的申請(qǐng)，爭取到地方科技部門的資金支持，既能維持中轉(zhuǎn)站運(yùn)行，同時(shí)也可以做些產(chǎn)品研發(fā)。

表2 主要農(nóng)作物秸稈的營養(yǎng)成分（干物） %

4 結(jié)論

秸稈問題是豐收季節(jié)里存在的一大生態(tài)威脅。秸稈燃燒會(huì)造成空氣污染，全量還田不僅不能提高產(chǎn)量，甚至?xí)档拖虏缱魑锏某雒缏?，目前在中國秸稈資多途徑利用率偏低。在黃淮海地區(qū)，通過“農(nóng)田—中轉(zhuǎn)站—工廠/農(nóng)戶”的中轉(zhuǎn)模式，使得不同類型的作物秸稈得以分類利用，提高秸稈資源化利用效率，同時(shí)將中轉(zhuǎn)站產(chǎn)氣出售與農(nóng)村集中供氣結(jié)合起來，扭轉(zhuǎn)以往農(nóng)村集中供氣經(jīng)營的虧損局面，并在農(nóng)村推廣新型清潔型能源。中轉(zhuǎn)模式減少秸稈的焚燒，促進(jìn)秸稈適量還田，增加秸稈的利用途徑，基本解決了秸稈在空間和時(shí)間上分布不均衡的問題。

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Comprehensive Utilization of Straws:Transfer Mode in Huang-Huai-Hai Region

Ma Chenyu,Yang Xiwen,Li Yu,Zhang Jie,He Dexian
(Agronomy College,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,Henan,China)

The paper aims to discuss the means of improving straw use efficiency in Huang-Huai-Hai Region, the authors summarized straw treatment utilization approaches from researches at home and abroad.The authors found that straws were periodic surplus and unbalanced in location,and due to the limit of technologies,transportation and storage,the utilization of straw was inefficient in the region.Therefore,a transfer model,which contains“field-transfer station-factories/farmers”,in Huang-Huai-Hai Region is needed,which can connect the farmland and the factories and farmers in straw utilization processes.The straw will be pretreated and roughly processed in the transfer station,thus reduce the burning rate and promote straw returning to field appropriately.The transfer model can increase the degree of resource utilization,and deals with the unbalanced spatial and temporal distribution of straw to a certain level.However,the national policy concerning the model is still lacking,and the study on the relationship of the transfer model and agricultural production and operating procedures should be enhanced.

Huang-Huai-Hai Region;Straws;Comprehensive Utilization;Transfer Mode

S216.2

：A論文編號(hào)：cjas16080023

國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“黃淮海地區(qū)秸稈多途徑利用的中轉(zhuǎn)模式”(201510466013)。

馬晨雨，女，1992年出生，河南新鄉(xiāng)人，碩士研究生，研究方向：作物遺傳育種。通信地址：450002河南省鄭州市金水區(qū)文化路95號(hào)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，E-mail：ma18736076042@163.com。

賀德先，男，1963年出生，河南南召人，教授，博士，主要從事作物生理生態(tài)研究。通信地址：450002河南省鄭州市金水區(qū)文化路95號(hào)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，Tel：0371-63558213，E-mail：hedexian@126.com。

2016-08-24，

：2016-11-30。