我国农业废弃物资源化利用现状与发展趋势分析(精)

我国农业废弃物资源化利用现状与发展趋势分析
刘振东1,李贵春2,杨晓梅1,尹昌斌
1*
(1．中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京100081;2．中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,北京100081
摘要论述了我国农业废弃物的特点和资源化综合利用的现状,分析了农业废弃物的资源潜力以及在资源化过程中的限制因素和技术瓶颈,并结合中国社会、经济发展的目标,提出农业废弃物循环利用思路及其政策建议。

从农业废弃物资源化利用入手,推进生物基质产业化对于进一步解决环境污染和资源短缺、加快农业产业化进程和促进社会主义新农村具有重要意义。

关键词农业废弃物;资源化利用;基质化;循环利用理论
中图分类号S181．3文献标识码A 文章编号0517－6611(201226－13068－
03Status and Development Trend of Resource Utilization Ways of Agricultural Residues in China
LIU Zhen-dong et al (Institute of Agricultural Resources and Regional Planning ,
CAAS ,Beijing ,100081Abstract The paper firslty discussed the characteristics of agricultural residues and its resource utilization in China ,and then analyzed the re-source potential of agricultural residues and the constraints and technical bottlenecks in the process of resource utilization．According to China＇s e-conomic and social development goals ,
the concepts and suggestion were proposed on the recycling utilization of agricultural residues．Starting from the resource utilization of agricultural residues ,the biological matrix industrialization was promoted to solve environmental pollution and resource
shortages ,
accelerate the process of agricultural industrialization and promote the construction of new socialist countryside．Key words Agricultural residues ;Resource
utilization ;Matrix ;Recycling theory
基金项目
公益性行业(农业科研专项(200903011－B 。

作者简介
刘振东(1985－,男,山东济南人,硕士研究生,研究方向:
农业生态学,E-mail :lzhd1006@163．com 。

*通讯作者,研究
员,博士,博士生导师,从事环境经济与农业区域发展研究。

收稿日期2012-04-24农业废弃物(agricultural residue 是指在整个农业生产过程中被丢弃的有机类物质,主要包括农林生产过程中产生的植物残余类废弃物,牧、渔业生产过程中产生的动物类残余废弃物,农业加工过程中产生的加工类残余废弃物和农村城镇生活垃圾等
[1－3]。

我国种植业正在向省工、高效的方向
转变,以大量化肥代替原有农家肥的使用;养殖业正在向集约化、城郊化靠拢,以人工饲料代替农业废弃物饲料的使用
[4]。

这些转变已经打破了传统农业中副产品的循环利用
环节,造成农业废弃物堆积和利用率降低,进而产生了较为严重的环境问题和资源浪费问题
[1,5]。

因此,实现农业废弃
物变“废”为“宝”,对改善农村生态环境[3,5]
、提高“三农”建
设质量和实现农业可持续发展具有重大战略意义。

1农业废弃物的分类和资源化潜力1．1
农业废弃物的分类
我国农业废弃物的种类繁多。

按
其来源可分为4种类型(图1:第1性生产废弃物,主要是指农田和果园残留物,
如作物的秸秆、蔬菜的残体或果树的枝条、落叶、果实外壳等种植业废弃物;第2性生产废弃物,主要是指畜禽粪便和栏圈垫物等养殖业废弃物;第3性生产废弃物,主要指农副产品加工后的剩余物;第4性生产废弃物,主要指农村居民生活废弃物,包括人粪尿及生活垃圾等。

1．2
农业废弃物的特点
由于农业产品的品种和来源的不
同,
农业废弃物的理化性质存在很大差异,但有其共同特点:①在元素组成上,除C 、O 、H 三元素的含量高达65% 90%外,还含有丰富的N 、P 、K 、Ca 、Mg 、S 等
多种元素。

②从化学组成上可分为天然高分子聚合物和天然小分子化合物。

高分子聚合物如纤维素、半纤维素、淀粉、蛋白质、天然橡胶、果
胶和木质素等。

小分子化合物如生物碱、
氨基酸、单糖、抗生素、脂肪、脂肪酸、激素、黄酮素、酮类、甾体化合物、萜烯类和各种碳氢化合物
[6]。

③在物理性质上,普遍具有表面密度
小、
韧性大、抗拉、抗弯、抗冲击能力强的特点。

植物类废弃物干燥后对热、电的绝缘性和对声音的吸收能力较好,且具有较好的可燃性
[7]。

图1
我国农业废弃物的分类
1．3
农业废弃物的资源化潜力由表1可知,我国农作物
秸秆年产生量7．0ˑ109t 左右,其中稻草2．3ˑ108
t ,玉米秸秆2．2ˑ108t ,豆类和杂粮作物秸秆1．0ˑ108t ,花生、薯类藤蔓和甜菜叶等蔬菜残体1．8ˑ108t [1]。

畜禽粪便年产生量约为18．6ˑ108t ,其中牛粪10．7ˑ108t ,猪粪2．7ˑ108
t ,羊粪3．4ˑ108t ,家禽粪1．8ˑ108t [1,5]。

乡镇生活垃圾和人粪便2．5ˑ108t ,肉类加工厂和农作物加工废弃物1．5ˑ108t ,林业废弃物0．5ˑ108t ,其他类有机废弃物约有0．5ˑ108t ,约合7
ˑ108t 的标准煤[1－2]。

并且随着工农业生产的迅速发展和人口的增加,这些废弃物以年5% 10%的速度递增。

农业废弃物被称为“放错位置的资源”,具有巨大的资源容量。

按目前我国沼气技术的转化水平,
农业废弃物可转化沼气3111．5亿m 3,户均达1275．2m 3,可弥补农村能源供应
不足的问题;以农作物秸秆为例,将目前的6．5亿t 秸秆转化为电能,按1kg 秸秆产生电1千瓦时计算,就具有产生6．5亿千瓦时电能的潜力;用作肥料可提供氮约2264．4万t 、磷459．1万t 、钾2715．7万t ;制作饲料,仅玉米秸秆就能提供
责任编辑张彩丽责任校对卢瑶
安徽农业科学,Journal of Anhui Agri．Sci．2012,40(26:13068－13070,13076
1．9亿 2．2亿t。

因此,农业废弃物成为最大的搁置资源之一[9]。

表1中国农业废弃物资源化潜力分析[1,8]
种类数量ˑ108t
肥料
有机质ˑ109t
含氮量ˑ104t
含磷量ˑ104t
含钾量ˑ104t
能源
热值
ˑ1015kJ 沼气
ˑ109m3 标准煤ˑ108t
畜禽粪便18．6273991470．0294．01109．032．0497．841．12农业秸秆7．036386430．057．0651．0100．01546．803．84蔬菜废弃物1．0174869．07．337．012．0177．800．40生活垃圾2．56250120．072．0249．023．0346．710．78林业废弃物0．5320534．055．5500．07．3111．130．25加工废弃物1．5304084．817．3101．822．0328．930．74其他0．5200156．611．567．96．7102．240．23合计39．0800292264．4459．12715．7203．03111．507．00
2农业废弃物资源化利用的途径
近年来,农业废弃物的资源化利用向能源化、基质化、饲料化、材料化利用等几个方面迅速发展。

2．1农业废弃物能源化利用农业废弃物的能源化利用主要分为发酵及热解两个方向。

厌氧发酵制沼气技术是指农业废弃物经多种微生物厌氧降解成高品位的沼气燃料及副产品沼液和沼渣的过程[10]。

沼气除了可供日常生活外,还可以进行大棚温室种菜、发电、孵化雏鸡、车用燃气供应等。

研究表明,农作物秸秆、蔬菜瓜果残体和畜禽粪便都是制沼气的好原料[11－12],并且废弃物混合处理比单独处理生物气产量有显著提高[13]。

到2007年底全国沼气工程总数到达26871处[13],多以养殖业畜禽粪便为主要原料[10,14－15],将部分废弃物转化为清洁能源加以利用。

农业废弃物通过热解技术可转化为清洁气体燃料与热解油等产品。

富氢燃料气体部分可进入锅炉燃烧,进行城镇集中供热供气、供燃料电池等。

热解液体经过加工制备生物柴油、生物汽油等有机化工产品。

目前,关于生物质能方面的研究较多,成为重要研究热点之一[16]。

梁新等通过对生物质热裂解制得热解油并进行热解油的精制研究[17];唐兰等对生物质在高频耦合等离子体中的热解气化行为的研究表明,该技术能大幅度提高生物质气的热值及产率[18]。

2．2农业废弃物饲料化利用农业废弃物中含有大量的蛋白质和纤维类物质,经过适当技术处理便可作为畜禽饲料应用[1－2,19],可分为植物纤维性废弃物的饲料化和动物性废弃物的饲料化。

植物纤维性废弃物的饲料化处理技术归纳为:机械加工、辐射、蒸汽等物理处理,氨化、
Ca(OH2－尿素、氧化等化学处理,青贮、发酵、酶解等生物学处理,另有多种方法复
合处理。

动物性废弃物饲料化主要指畜禽粪便中含有未消化的粗蛋白、消化蛋白、粗纤维、粗脂肪和矿物质等,经过热喷、发酵、干燥等方法加工处理后掺入饲料中饲喂利用[9,20]。

如干燥鸡粪含粗蛋白23．0% 31．3%,粗脂肪8% 10%,还有氨基酸、维生素,用于喂猪、养鱼,效果良好。

2．3农业废弃物材料化利用高蛋白、纤维素是材料利用的有效成分,是农业废弃物材料化利用的重要领域,有着广阔的应用前景。

利用农业废弃物中的高纤维性植物废弃物生产纸板、人造纤维板、轻质建材板等材料;利用甘蔗渣、玉米渣等制取膳食纤维产品,通过固化、炭化技术制成活性炭材料;秸秆、稻壳经炭化后生产钢铁冶金行业金属液面的新型保温材料;利用稻壳作为生产白碳黑、炭化硅陶瓷、氮化硅陶瓷的原料;利用棉秆皮、棉铃壳等含有酚式羟基化学成分制成吸收重金属的聚合阳离子交换树脂等[1－3,21]。

2．4农业废弃物的基质化利用基质化利用是指农业废弃物经过适当处理后用作农业栽培的原料。

农业废弃物可用作不同基质制作原料。

玉米秸、稻草、油菜秸、麦秸等农作物秸秆,稻壳、花生壳、麦壳等农产品的副产物,木材的锯末、树皮,甘蔗渣、蘑菇渣、酒渣等二次利用的废弃有机物,鸡粪、牛粪、猪粪等养殖废弃物都可以作为基质原料[22]。

刘伟等采用炉渣、菇渣、锯末和玉米秸秆混配有机基质,施用有机固态肥,番茄产量最高达36．05kg/m3以上[23]。

冯冰在混配基质中用麦秆、玉米秸秆、椰糠、菇渣、豆荚5种有机废弃物无土栽培亚洲百合,研究表明其效果与泥炭基质相比毫无逊色[24];孙向丽利用菇渣和锯末作为丽格海棠栽培基质,研究表明,丽格海棠根系生长健壮,生长发育综合表现显著优于对照,两个处理的成本分别比对照降低27．61%和27．23%,茹渣和锯末可作为丽格海棠无土栽培的代用基质[25]。

基质为植物根系提供水、气、肥等营养,并对植物起到支持和固定作用。

农业废弃物基质化利用领域宽广,形成如图2的秸秆－食用菌－基质资源化利用的产业循环链。

图2秸秆－食用菌－基质资源化循环利用
3农业废弃物综合利用中存在的问题
3．1农业废弃物统计标准不统一由于我国的农业生产大部分是以农户组织方式展开的,所以生产过程和目的产物的多样使得废弃物的种类繁多、成分复杂,这为农业废弃物数量的统计带来了较大的困难。

目前,我国每年到底产生多少农业废弃物,这些废弃物的时空分布状况如何,对环境会造成多大影响,没有准确的数据和记录。

大多数相关数据仅仅
96031
40卷26期刘振东等我国农业废弃物资源化利用现状与发展趋势分析
是根据作物和养殖规模估算[3]。

农业废弃物是如何处置处理的,各种消纳和利用途径、比例及具体应用情况如何,没有量化的数据,也没有估算的标准统计数据从而导致了废弃物利用的盲目性,限制了切实可行政策的制定[1,8,26]。

3．2农业废弃物利用率低、环境承载压力大目前,农业废弃物已经成为中国最大的污染源和潜在资源库。

2003年中国畜禽粪便产生量多达21亿t,但其总体有效利用率不足10%[1－3]。

在畜禽粪便排泄物中,氮年产生量约为1597万t,磷年产生量约为363万t,COD年产生量约为6400万t, BOD年产生量约为5400万t,畜禽粪便进入水体流失率高达25% 30%,COD排放接近工业废水,COD排放总量,N、P 流失量大于化肥流失量[1,27]。

如果这些废弃物不能有效地无害化处理并转化为资源,
就是一个巨大的污染源。

如畜禽粪便未经处理直接归田,属于一次利用,它严重污染周边的水域、土壤等环境,造成农副产品产量和品质下降,最终影响人体健康。

3．3农业废弃物利用技术水平低,综合利用技术缺乏我国农业废弃物利用创新性技术少,推广价值不高,有效利用率低。

大田秸秆多采用直接还田,蔬菜残体多采用直接燃烧的处理方式[1,9]。

而一些成熟技术却无法实现产业链的延伸和配套技术间的兼容。

农业废弃物饲料化处理技术实施以后就成为了整个技术的终端。

高效的机械设备与生物技术无法有机结合,工艺和工程技术得不到升级,设备水平得不到提高,废弃物无害化、资源化的效率就面临着技术单一、难以为继的困境[9]。

4农业废弃物循环利用及其政策建议
4．1农业废弃物的循环利用农业废弃物的资源化利用不仅与资源的再利用和环境安全相关,而且与农业的可持续发展和新农村建设都有着紧密的关系。

随着科技进步以及对废弃物转化技术的提高,有机废弃物的综合利用正在快速发展,逐步树立农业废弃物的循环利用思路。

按循环经济理论,由废弃物的生态循环开始,逐级发展到循环农业、循环社会的“三环”循环总体发展战略思路;第一个“环”是从农业本身发展的层面,按照生态循环原理,以农业废弃物的循环利用为切入点连接种植和养殖业,构建循环农业的发展模式;第二个“环”是依据循环经济的原理,构建生产—生活—生态—生命(人一体化协调发展的“四位一体”农村发展模式;第三“环”为在上述两个循环的基础上,形成具有循环社会特征的农村小康社会[1,19]。

经过近几十年来的研究和实践,我国农业废弃物循环利用已形成较完备的利用体系(图3。

秸秆的过腹还田肥料化、热解产气的能源化技术,畜禽粪便的沼气工程技术,植物纤维性废弃物的饲料化等技术都已经日渐成熟,将这些技术组合起来装备成一套完整的农业废弃物循环利用的技术体系,延伸农业产业链条,提高资源化利用效率,减少产业化成本等具有重要的意义。

4．2农业废弃物循环利用政策建议我国还没有完整的有关农业废弃物利用的法律法规,在当前高度关注环境保护和食品安全的大背景下,农业废弃物的综合利用也需要摆在应有的位置。

图3农业废弃物循环利用示意
4．2．1建立健全农业废弃物综合利用的法规和政策。

为了又好又快地推动我国农业废弃物的综合利用工作,需要政府对农业废弃物资源化利用给予明确的发展定位,并建立健全相关的政策法规,包括农业大型种植业与养殖业项目的选择、环境影响评价,生产厂家的建立与管理及扶持办法;通过减免税和低利融资等办法,积极鼓励、引导投资;建立综合利用产品的品质标准和生产环境标准,以及鼓励与扶持农民开展生态建设的激励政策与惩罚措施[1,11]等。

4．2．2建立健全农业废弃物综合利用的监测、预警体系。

现有的农业废弃物的管理体制和相关标准可操作性差,没有相关的预警、监测体系[19],但水污染、大气污染等环境污染的监控和预警机制已经相对成熟。

相当一部分的环境污染是由农业废弃物造成,所以可以通过环境污染预警机制与农业废弃物综合利用的监测体系进行融合或联动,在污染达到超标峰值时,引入综合利用的技术和政策法规体系,在资源化再利用和降低污染成本的基础上进行行政执法,在缴纳罚款和企业创收之间对相关企业进行教育和引导,从而得到更为积极的反馈信息和意见以加快农业废弃物综合利用预警体系的建立和完善。

4．2．3加快推进农业废弃物综合利用的产业化进程。

随着社会经济发展和科学技术的进步,农业的现代化和产业化进程将势不可挡。

一些规模化、集约化的农
场、养殖场日益增多,伴随农业生产的产业化,其废弃物的综合利用也必须同步走产业化的发展道路[1,11]。

因此,必须制定优惠政策鼓励和扶持一批农业废弃物资源化利用和无害化处理的龙头企业,以延长农业产业链,大力发展循环经济,发展以废弃物综合利用的“静脉产业”。

推动农业废弃物的综合利用逐步向工厂化、规模化、标准化、高效化的深度发展[11,19],以实现农业废弃物的产业化发展目标。

5小结
针对农业废弃物的特性,应用现代的生物工程技术提升农业废弃物的肥料化、饲料化、能源化、基质化及工业原料化水平,使技术上向机械化、无害化、资源化、高效化、综合化发展,产品上向廉价化、商品化、高质化、多样化和多功能化靠拢。

物尽其用、变废为宝、高效利用废弃物,达到消除污染、改善农村生态环境、促进农业可持续发展的目标。

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wanted=fauna．
(上接第13070页
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