臨沂市農作物秸稈資源分布現狀及利用路徑分析*

李星河 ，柳善建 ，張廣娜

（1.山東理工大學農業工程與食品科學學院，山東 淄博 255000；2.山東省水土保持與環境保育重點實驗室，山東 臨沂 276005；3.臨沂大學農林科學學院，山東 臨沂 276005）

0 引言

農業廢棄物是農業生產過程中被丟棄的有機類物質，主要指農作物秸稈和畜禽糞便[1-2]。其中富含有機物、礦質養分和多種微量元素，是重要的生物質資源，可作為肥料或有機質改良土壤[3-6]，具有很高的開發與利用價值，而農業廢棄物不合理的處置方式會帶來環境污染[7-8]。

臨沂市位于山東省東南部，面積1.72萬平方千米，是山東省面積最大、人口最多的農業大市。高量的農業生產勢必帶來大量的農作物秸稈廢棄物，農業廢棄物資源化利用不僅可以實現廢棄物的經濟價值，而且能減少環境污染，提升生態價值[9]。臨沂市廢棄物資源種類多，地理分布差異明顯，大規模轉運處理困難較大。盡管近年來政府對于農業廢棄物管理利用進行政策引導，但是部分分散個體經營戶將秸稈或果樹殘體、菌糠、禽畜糞便等露天堆放，既沒有合理利用農業廢棄物的價值，又會帶來環境污染。因此，通過對臨沂市不同縣區農作物秸稈廢棄物資源特點進行分析，針對性地提出適合當地的廢棄物處置和利用方式，對于提高農業廢棄物資源化利用效率，減少環境污染有重要意義。

1 農作物秸稈資源可收集利用量測算

秸稈系數是指作物田間秸稈產量與經濟產量之比，是評估秸稈量的重要參數，舊稱草谷比，因秸稈系數對非禾谷類作物來說表征更明確，本文均稱秸稈系數。根據本地區農作物熟制、品種、育種、產量、立地條件和測產方式等影響因素，采用如下秸稈系數和收集系數[10-13]，采用小麥秸稈系數1.33，收集系數0.63；玉米0.96，收集系數0.87；玉米芯0.223，收集系數0.98；水稻0.927，收集系數0.74；稻殼0.25，收集系數0.98；谷子1.398，收集系數0.82；大豆1.508，收集系數0.52；薯類0.30，收集系數0.76。本地區油料作物主要為花生，采用其秸稈系數為0.89，收集系數0.82，花生殼0.28，收集系數0.7；瓜菜0.071，收集系數0.50；瓜類（果用瓜）0.112，收集系數0.50。

其中，WGS是指農作物秸稈可收集利用量，WS指農作物秸稈總產量，GI是農作物秸稈資源可收集利用系數，即收集系數。

2 臨沂市主要可收集農作物秸稈廢棄物資源分布現狀

2019年臨沂市糧食播種面積966萬畝，總產416.5萬噸；蔬菜（含食用菌）面積207.5萬畝，總產790.3萬噸；瓜果面積26萬畝，總產96.2萬噸（見表1）。根據公式（1）計算得2019年臨沂市主要農作物秸稈可收集資源量465萬噸，其中小麥秸稈148萬噸，玉米秸稈133萬噸，水稻秸稈24萬噸，谷子1.9萬噸，豆類3.9萬噸，薯類7.8萬噸，油料作物55.1萬噸，瓜菜殘株27萬噸，果用瓜殘株5.34萬噸，玉米芯34.9萬噸，稻殼8.7萬噸，花生殼14.8萬噸（見表2）。全市年產農作物秸稈超50萬噸的縣區有3個，分別是蘭陵縣、郯城縣和莒南縣，均以小麥和玉米秸稈為主，輔以蔬菜、水稻和花生秸稈；年產30萬噸以上50萬噸以下的縣區有4個，從大到小分別是臨沭縣、沂水縣、費縣和河東區，平邑縣年產農作物秸稈29萬噸，蘭山區、羅莊區和蒙陰縣農作物秸稈年產量在13.2萬~18.9萬噸，均以小麥和玉米秸稈為主，輔以其他作物秸稈。臨沂市主城區蘭山區、河東區和羅莊區秸稈總量相對較少，因為農業用地面積少。而費縣、平邑、蒙陰、沂水等縣區因山地丘陵區以經濟林種植為主，故農作物秸稈量少。

表1 臨沂市主?要農作物2019年分縣區產量（噸）

表2 臨沂市主要農作物2019年分縣區秸稈可收集資源量（噸）

3 利用途徑分析

3.1 秸稈還田

秸稈還田是農作物秸稈資源化利用的重要方式，近年來隨著作物秸稈直接還田量的增加，該還田方式給農戶耕種帶來一系列負面影響，一方面秸稈還田深度均在0~15 cm土層，導致上層土壤嚴重跑墑，小麥播種后需鎮壓兩次才能有效出苗；另一方面，收割機秸稈粉碎不夠細，多年大顆粒秸稈還田后腐爛速度慢，易滋生病蟲害[14-15]。秸稈直接還田目前仍是臨沂市現有秸稈利用最有效、最快捷的方式[16]。根據原農業部《區域農作物秸稈全量處理利用技術導則》，華北農區推薦的秸稈還田量為4.5 t/hm2[17]，臨沂市玉米播種面積24.7萬hm2，理論上玉米秸稈還田量為111.15萬噸，因現有農耕機械秸稈直接還田后多殘留土壤表層0~15 cm，弊端較多，且玉米秸稈堆漚作有機肥或收獲后作飼料價值更高，故農戶玉米秸稈直接還田量僅占推薦還田量的1/4。

秸稈堆漚還田一般應用禽畜糞便與秸稈混合堆漚，經過高溫腐熟可殺滅原材料中的寄生蟲卵、病原菌、害蟲以及雜草種子，筆者以干雞糞和玉米秸稈4∶6的干重比例進行堆肥，添加一定量的枯草芽孢桿菌堆腐3個月后，有機質平均含量51%，pH值6.0，總氮1.3%，總P2O518.46%，K2O 0.99%，種子發芽指數82.17%，符合NY/T 525—2021《有機肥料》標準，可確保堆漚后的有機肥肥效及土壤改良效果。

3.2 秸稈飼料化利用

臨沂市秸稈飼料化利用以甘薯秧、花生秧和玉米秸稈為主，其中玉米秸稈量最大，為133.2萬噸，其次為花生秧55.1萬噸，甘薯秧7.8萬噸。花生秧和甘薯秧風干后磨碎即可與精飼料混合喂養牛羊。近年來玉米生長期雨水較多，玉米授粉不良，凸尖造成玉米減產，且玉米銹病多發，為了增加收益，農戶多選擇將未收獲的玉米和秸稈賣給奶牛養殖戶，直接做青貯飼料，1畝地收獲秸稈和籽粒2.4~3噸，490元/噸，總收入均值在1 200~1 400元/畝，刨除成本1畝地凈收入300~500元。玉米秸稈含水量大于60%的可以選擇青貯，如果錯過了青貯收儲時間，含水量在45%~60%的玉米秸稈可以做黃貯飼料，將秸稈粉碎后加入生物菌壓塊捆扎后裝袋，厭氧條件下將纖維素、半纖維素和木質素等分解為糖類，最后轉化成乳酸和乙酸等[18]。收獲后期玉米秸稈含水量低于45%時，可以短鍘、壓裂后作為粗飼料，作為牛、羊飼料的補充。

2019年臨沂市牛期末存欄24.1萬頭，羊187.7萬頭，根據《區域農作物秸稈全量處理利用技術導則》牛草食飼料需求量3~4噸/年，羊的草食飼料是牛的1/5，為0.6~0.8噸/年[17]，按牛當量3.5噸/年，羊0.7噸/年計算，全市飼草需求量為248.35萬噸，去掉花生秧和甘薯秧62.9萬噸，尚需185.45萬噸。將玉米秸稈全部算為飼草，供需缺口主要存在于費縣、平邑縣、蒙陰縣和沂南縣，飼草較充裕的縣區為莒南縣和蘭陵縣，2019年期末臨沂市牛、羊存欄量及其飼草供需量如圖1所示。據統計，臨沂市玉米秸稈青貯飼料收儲量約為19萬噸/年，即食草性大型牲畜飼草缺口實際為166.45萬噸。故大力發展農作物秸稈飼料化利用，一方面可減少秸稈直接還田量，增加秸稈利用方式；另一方面，降低大型牲畜飼料缺口，降低養殖成本。秸稈飼料化利用可變廢為寶，既解決牲畜飼草問題，促進畜牧業發展，又可利用家畜排出的糞便進行進一步秸稈堆漚還田[19]。

圖1 2019年期末牛、羊存欄量及其飼草供需量

3.3 秸稈能源化利用

臨沂市現有秸稈能源化利用方式主要為秸稈沼氣化和秸稈生物質發電。因環保要求及生豬疫病影響，小型散戶養殖場關停較多，之前所建的小型沼氣池棄用較多，一方面畜禽糞便來源少了，另一方面一般農戶沼液用量小。近年來，大型種養一體農業合作社新增大型沼氣池較多（1 200 m3），可有效消化秸稈、禽畜糞便，產生的沼氣可用于做飯、發電（大棚晚上增加光照3小時）、取暖（養殖大棚），沼液養分含量高，作為沖施肥可減少設施蔬菜的肥料投入。

截至2020年年底，臨沂市并網農林生物質發電項目8個，總裝機容量26萬千瓦，年可消耗農林生物質229萬噸，分別是沂水長青生物電廠、國能義堂生物電廠、蘭陵琦泉生物發電有限公司農林生物質發電工程、魯電生物質電廠、山東莒南永能生物熱電綜合利用項目、費縣生物能源化綜合利用項目、郯城長青生物質能源有限公司生物質熱電聯產項目，分別位于沂水縣、蘭山區、蘭陵縣、平邑縣、莒南縣、費縣、郯城縣，在農作物秸稈利用方面，以小麥秸稈為主，目前臨沂市小麥收獲后，秸稈就地打捆運往就近的生物質電廠進行發電。

3.4 秸稈食用菌

作物秸稈含有大量氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、硅元素，以及纖維素、半纖維素、蛋白質等[10]，利用秸稈做培養基栽培食用菌可確保充足的基料，成本低廉，降低食用菌生產成本。據統計，近兩年臨沂市年產鮮菇約32萬噸，其中平菇15.4萬噸，香菇0.25萬噸，雙孢菇1.18萬噸，金針菇7.1萬噸，黑木耳7.45萬噸，臨沂市近年來積極探索“蔬菜秸稈復合基質栽培平菇技術試驗”“菜菌輪作土壤改良技術試驗”，其中，用菌棒生產食用菌，以每千克秸稈產菇0.8 kg鮮菇計算[10]，基料可消化秸稈干重為40萬噸，多采用玉米芯和蔬菜秸稈混合配比；而菜菌輪作改良技術則是把蔬菜秸稈（30%）、稻殼（30%）、玉米芯（30%）和2%的石灰、8%的麥麩混合成壟生產大球蓋菇，一畝地每年消化上述干料6噸。生產后的菌糠可直接就地還田或堆腐后作為有機肥還田，一舉多得。隨著食用菌產業的發展，臨沂地區生產食用菌菌棒的企業也越來越多，生產菌棒除了供應當地種植戶，還售賣到周邊地市或出口，這對消化本地區大量農作物秸稈、降低食用菌產業成本、增加食用菌產業產值有重要意義。

4 農作物秸稈未來利用對策分析

4.1 因地制宜地制定縣區產業規劃

在飼草充足的縣區建立飼料加工廠，飼草青貯、黃貯后運往飼草虧缺的縣區。在小麥秸稈充足的縣區，配套建設相應的秸稈收儲壓塊公司，秸稈壓塊后就近運往生物質發電企業。扶持草編企業在水稻秸稈充足的縣區建廠。禽畜糞便較多且蔬菜種植面積大的縣區，政府補助建設大型沼氣池，消化農業廢棄物的同時，沼液和沼渣可以替代化肥，減少蔬菜地肥料投入成本。蔬菜秸稈豐富的縣區大力發展食用菌產業，包括栽培和菌棒生產企業，消化大量蔬菜秸稈，并鼓勵建設相應產能的有機肥生產廠家，減少菌糠露天堆放，改良土壤，提高土壤肥力，促進農業生產。

4.2 強化新技術引進，探索秸稈高值化利用路徑

秸稈高值化利用是農業秸稈增值的重要途徑，主要包括秸稈人造板材、復合材料、清潔制漿、木糖醇、精細化學品、可降解包裝材料、墻體材料、盆缽、造紙和編織等[20]。利用秸稈為原料生產綠色能源、材料，是能源與化工產業的發展方向，通過技術革新，提升秸稈高值利用率，增加秸稈附加值，是促進中國秸稈高值化利用的重要基礎保障[21]。

4.3 建立有效的扶持政策

作物秸稈直接還田因還田深度和秸稈腐解慢等問題推行受阻，直接還田區需配套扶持深耕作業補助；大力扶持秸稈綜合利用企業或合作社，推行循環農業的農作物秸稈資源化利用模式，包括秸稈養殖與能源循環型農業模式、秸稈制炭循環型農業模式、秸稈沼氣循環型農業模式、秸稈食用菌循環型農業模式和秸稈生物反應堆循環型農業模式[22]，因地制宜地制定適合本區域秸稈綜合利用的惠民政策，推廣秸稈綜合循環利用模式，提高秸稈綜合利用的經濟、社會和生態效益。