我国农作物秸秆资源综合治理与利用

文章编号:1002-1728(2003)01-0018-06

农作物秸秆治理与综合利用

刘 娅

(中国科学技术信息研究所,北京 100038)

中图分类号:S210.7

文献标识码:B

秸秆通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗和其他农作物在收获籽实后剩余的部分。农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆中,秸秆富含有机质和氮、磷、钾、钙、镁、硫等多种养分,是一种具有多种用途的可再生生物资源。农业产生的秸秆量相当惊人,1kg 稻米可产生1.5kg 稻草;1kg 小麦可产生1.5kg 麦秸;1kg 玉米可产生4kg 玉米秸秆。据联合国环境规划署(UNEP)统计,世界上种植的各种农作物每年所产生的秸秆多达17亿t,其中大部分没有得到利用。

1 我国农作物秸秆资源情况

我国是一个农业大国,秸秆资源十分丰富,稻草、小麦秸和玉米秸为三大农作物秸秆。据统计,1998年全国各种秸秆的产量达6.05亿t,折合标准煤量3.03亿t,见表1。我国秸秆产量约占全世界秸秆总量的30%左右。每年农作物秸秆资源量约占我国生物质能资源量的近一半。秸秆在我国农村生活用能构成中占有重要地位。1998年,我国可用作能源量的秸秆量为3.55亿t,占秸秆总产量的58.7%。

表1 1998年我国主要农作物秸秆产量

秸秆量(万t)

折合标准煤量(万t)

稻谷

11539.834950.59小麦13961.896980.95玉米

22398.0011848.54其他杂粮1669.00834.50豆类2681.251455.92薯类1631.00792.67油料4500.602380.82棉花1430.50776.71甘蔗654.17288.49合计

60466.14

30309.19

受消费观念和生活方式的影响,农村传统处理秸秆方法使相当部分的秸秆资源没有得到合理开发利用。据调查,目前我国秸秆利用率约为33%,其中大部分未加处理,经过技术处理后利用的仅约占2.6%。黑龙江省每年有近3000万t 的秸秆被焚烧,经测算,相当于烧掉了10多万t 尿素,近20万t 过磷酸钙,近20万t 硫酸钾。按现行市场价格折算,价值高达5.8亿元。

由于处置方法的不当,农作物秸秆还会对社会生活和生产的许多方面产生负面作用。例如,秸秆焚烧下的高温使得土壤中有益虫体(如蚯蚓)与微生物无法存活,严重影响土壤耕层生态环境的良性循环。再例如,20世纪90年代以来,我国部分粮食主产区出现了较为严重的焚烧秸秆污染。虽然各地区秸秆焚烧的严重程度不同,但每到夏秋收获之际,浓烟滚滚,不仅带来了环境污染,也造成了事故多发,对高速公路、铁路的交通安全及民航航班的起降安全等构成极大威胁。1997年在四川省双流机场、河北省石家庄机场附近,大量秸秆随地燃烧造成集中污染,大气能见度大大降低,致使上述两个机场飞机停飞,严重影响了航空运输。1998年5月18日,成都近万名球迷正在体育场观看球赛,突然间烟雾从天而降,观众看不见场内赛况,电视台随即中断了球赛转播。据环保部门测定,当时大气中的SO 2水平为0.200mg/m 3,高出成都初夏大气SO 2平均水平几倍之多,大气环境受到了严重污染。

造成目前我国产生大量秸秆以及焚烧的原因是多方面的。首先,由于我国人口增加、土地面积减少以及农业科技的迅速发展,促使农村种植方法发生了重大变化,由过去的单一种植形式向复

X 收稿日期:2002-08-15

辽宁农业科学 2003(1):18~23L iaoning A gricultural Sciences

式种植形式迅速转变。在自然条件较好的平原地区,也基本消除了一年一季低产种植法。高产出带来了大量的副产品)))秸秆。虽然易腐烂的小麦秸秆可用于还田,但玉米类的不易腐烂而产量又大的秸秆的确给农民带来了收集、运输和存放的困难。其次,商品能源对秸秆能源的替代也是造成了大量秸秆过剩的原因之一。近年来,由于农村生活水平提高,富裕地区农民不再将秸秆当作主要燃料进行炊事和取暖,而改用商品能源。

农作物秸秆是一种重要的生物资源,不恰当的处置不仅造成资源的浪费,更是对环境的极大破坏。因此,如何做好农作物秸秆的就地转化工作已成为亟待解决的农业问题。当前,各国已将农作物秸秆处理列为发展生态农业和农村可再生资源利用的重要战略之一,采用适宜的技术有效开发利用农作物秸秆资源对可持续农业及农村经济的发展必将产生深远的意义。

2农作物秸秆综合利用的方法

传统上,我国农村处理农作物秸秆方法有以秸秆代替煤、秸秆还田、秸秆饲料和就地焚烧等几种形式。

211以秆代煤

就是直接燃烧农作物秸秆以利用其能源。这是一种落后的能源利用方式,其社会效益、生态效益和经济效益都很差。若烧掉10万t玉米秸秆,相当于损失有机质3.3万t。目前在农村地区这种能源利用方式正在逐步被煤、电和燃气所取代。212秸秆还田

即将农作物收获后的残余物堆积沤制成有机肥料,以增加土壤肥力和有机质并改善土壤结构。麦秸基本能用于还田。但玉米杆却不易腐烂。此外,过量的秸秆还田也会对土壤有副作用,影响播种质量。

213就地焚烧

即将农作物秸秆就地焚烧以加快收种和清除残余物的速度。焚烧秸秆会破坏秸秆的所有有机物及营养物,但是无机营养物质如钾、磷及微营养物将返回土壤中。试验显示,在燃烧秸秆后短期内不会造成作物收成损失,但是从长期来看明确显示会产生损失。例如,焚烧667m2玉米秸秆相当于损失13kg碳铵和15kg磷肥。焚烧秸秆不但会破坏地表土壤结构,还会使地表水分大量蒸发,破坏了土壤的抗旱保湿能力。此外,这种处理方式对交通、人民生活和生产也会造成诸多危害。

据调查,1998年我国被焚烧的农作物秸秆约5000~7000万t。焚烧秸秆主要集中在如下3种地区:(1)地广人稀的产粮区:如吉林、黑龙江省,大量的秸秆因剩余而被焚烧;(2)富裕地区:随着农民生活水平的提高,直接燃烧秸秆的方式逐渐被商品能源取代,成为农民提高生活质量的首选目标。目前,江苏、浙江等省农民生活用能的商品化率已超过90%。在这些地区,有50%以上的秸秆被焚烧;(3)能源产区:在山西、河南等地,由于农民很容易获得廉价的商品能源,因而也有大量的秸秆剩余而被焚烧。

214秸秆饲料

农作物秸秆的营养特点是粗蛋白质含量低,但粗纤维含量和无氮浸出物含量高,在自然条件下是一种劣质饲料。有些秸秆质地粗硬,适口性差,因此采食率极低。我国年产6亿t秸秆,饲料的用量还不足10%。

秸秆资源的开发利用是可持续生态农业发展的一个重大课题,近年来世界上很多国家都在开展这方面的研究。从工业开发角度,可以利用蒸汽爆碎方法提取木质素,然后将纤维素和半纤维素制成具高燃值的燃料;利用生物工程分离提取秸秆材料中的木质素、纤维素和半纤维素,从而进一步加工。从农牧业角度,培育有选择性降解作用的细菌将秸秆材料中有用物分离出来,提高其作为饲料的功能;培育高转化率的细菌,提高秸秆材料降解过程中形成有效肥料的水平,用作肥料,以解决自然降解过程中有效肥料偏低的现象等等。从技术的角度,秸秆综合利用技术狭义上包括稻麦秸秆直接还田与农作物生长技术;稻麦秸秆机械直接还田与农艺质量技术;秸秆覆盖越冬作物的还田技术;稻麦秸秆直接还田与土壤生态系统;稻麦秸秆还田综合配套技术;微生物菌处理秸秆催腐技术(包括堆腐)等6项内容。从广义范围来讲,秸秆综合利用技术还包括秸秆能源和新型秸秆材料等技术。

当前,我国的秸秆处理技术有了新的发展,除了仍在应用的传统方法之外,又有一批新的成熟技术正在示范和推广之中。这些技术有的是对传统的处理方法进行技术改造,有的则是寻找新思路和新措施。目前农作物秸秆综合利用主要有5

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第1期刘娅:农作物秸秆治理与综合利用