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我國農作物的秸稈處理和利用問題，是隨著糧食作物單產水平的大幅度提高而逐漸尖銳起來的。當前，秸稈焚燒和田間任意拋棄腐爛嚴重污染大氣和浪費寶貴的生物質資源的問題，已到了非徹底解決不可的地步。

秸稈多種用途的格局

將長期保持

自從免、少耕技術和機具在上世紀70-80年代取得突破以來，多數發達國家秸稈利用的主要方式是還田。機收時直接還田可大大節省處理秸稈的勞力，有關的水土保持法規也鼓勵還田。因基本上為一年一作，秸稈還田后到下年播種出苗季有充足時間腐爛，且免耕直播機械的性能可保證播種的質量。有的國家如美國和丹麥等，近年來秸稈用于生物能源的比例逐漸增大。丹麥是世界上最早利用秸稈發電的，主要方式是煤與秸稈混燃，可以較大幅度地降低溫室氣體排放量。美國等則投入大量人力和財力研究主要以秸稈為原料的纖維素乙醇，期望到2022年達到120億加侖(1加侖=3.8公升)的年產量。

我國的國情有很大的不同：一是長期以來秸稈一直有多種用途，而且這種局面還會持續下去。以江蘇為例，2014年全省主要糧食作物秸稈4000萬噸。全年秸稈收儲利用量達1900萬噸以上，稻麥秸稈機械化還田達3800萬畝以上，秸稈綜合利用率達88%，其中肥料化利用(含機械化還田)占45.37%，能源化利用占21.87%，基料化利用占3.28%，飼料化利用占5.18%，工業原料化利用占6.48%，其他途徑利用占5.82%。二是多數地區實行一年兩熟制。在收獲季節，秸稈能否及時收集處理(或就地還田或移出)成為農民的主要關注點。因為它直接關系到下茬作物的產量。在華北中北部地區，小麥收獲多在6月上、中旬。我們的實驗結果表明，如果因為秸稈不能及時處理而影響到騰地，每推遲1天播種，夏玉米的畝產就會減少7~10公斤;推遲過多時，夏玉米甚至有不能成熟的危險。因此，能解決及時騰地問題的秸稈直接還田具有一定的優勢。

秸稈資源化與保持

土壤有機質的關系

然而秸稈直接還田在我國還存在不如人意之處。由于上茬收割和下茬播種之間的間隔時間很短，直接還田的秸稈往往來不及腐爛，會帶來影響耕作、播種質量以及蟲、草害等問題，包括發生因一次還田量較大、秸稈碳氮比過高而引發的所謂土壤與下茬作物短期“氮饑餓”、下茬作物幼苗的生長受抑制等情況。散落在地表的秸稈，大多因風化而不能轉化為有效的土壤有機質成分。且由于地塊多數較小，大馬力的高效機具能展開的面積有限，影響到秸稈直接還田優點的發揮。在生產實踐中，因秸稈還田機械的設計和制作水平不過關、而發生影響整地播種質量的事件也時有發生。盡管如此，不可否認的一點是，在秸稈高值利用的途徑沒有真正實現商業化之前，秸稈直接還田的規模還將繼續擴大。因此，相應的技術和農機具研制應及時跟上。

秸稈長期、大量用作能源等非農利用，會不會影響到土壤的地力?對此需要作具體分析。首先，為了維持土壤有機質所必需的秸稈還田量，若干權威性研究已有明確的結論。國際水稻所的長期定位實驗結果顯示，在亞熱帶地區和正常施肥條件下，連作水稻的秸稈全部取走用于生物能源等，以及稻麥兩熟制下相當大部分秸稈取走，均不會給土壤的農藝性狀造成不良影響。美國農業部2011年發表的關于生物能源原料專題報告指出，在秸稈和根茬殘余量因籽粒單產的提高而增產50%左右、用于農田之外的比例占75%以下的前提下，不會因秸稈移出農田而影響到土地肥力。從實際情況看，以農業發達的丹麥為例，當前秸稈還田量占秸稈總產量(1.1億噸)的比例為37.7%。其余依次為能源利用(29.5%)、粗飼料(20.2%)和用作填圈料(12.5%)。其次，有的生物能源利用方式對土壤有機質起到的作用甚至遠優于直接還田。如秸稈作沼氣，沼渣、液含有大量未分解的木質素等，在還田后是土壤腐殖質的骨架物;而且其碳氮比已大幅降低，轉化為腐殖質的有效率遠高于秸稈。必須強調指出，土壤腐殖質而不是籠統的“有機物質”，才是土壤肥力的實質性因素。總之，針對具體的地區，資源化的秸稈究竟占多大比例為宜，應通過科學實驗來確定。

秸稈高值化利用的現實途徑是生物能源化

要想從根本上杜絕焚燒秸稈，關鍵是為多余的秸稈找到量大面廣的高值化利用途徑，以及有穩定和大容量的市場。我們必須要面對的現實是，秸稈數量極大，而秸稈焚燒卻久禁不止。加上田間地頭隨便拋棄的，估計占到每年8~9億噸總量的三分之一。商品生物能源正是符合上述秸稈高值化和大市場條件的理想對象。目前主要有四類商品能源利用方式：一是制作壓縮成型顆粒燃料，可替代燃煤用于被限定必須淘汰的中小型鍋爐;二是秸稈熱解氣化集中供氣;三是直燃發電;四是用作制纖維素乙醇和沼氣的原料。其中，顆粒燃料和生物質發電已形成有一定規模的新興產業。但其經濟效益仍有待進一步提高。而且秸稈(主要是稻、麥秸等“黃色秸稈”)發電對鍋爐的構造和生產工藝有特殊的要求;也不利于物質和礦質營養的循環利用。秸稈制作顆粒燃料和用作直燃發電時，1噸干秸稈的收購價一般是200~250元。每畝地一年收獲1~1.5噸秸稈，相當于農民增收300元左右。而如果用于產沼氣，1噸干秸稈的沼氣理論產量達300立方米，沼氣值300元;加上沼渣、液加工以及沼氣能源帶來的碳減排指標的價值，共可達400~450元，意味著秸稈收購價提高;還提供了在農村就地開展初加工，再集中精加工高品位商品能源的機遇。為農民提供就業崗位。綜合效益即便在尚沒有財政補貼的情況下也顯著高于發電。而且沼渣、液還田對改善土壤肥力和推行有機農作非常有利，還能幫助妥善處理畜禽糞便等面源污染物。顯然，秸稈的沼氣利用應成為一條重要的利用途徑。包括用沼氣熱電聯產和凈化提純后制成與常規天然氣同質的車用生物天然氣。至于用秸稈制纖維素乙醇，由于成本高的障礙尚未排除。估計還要3~5年后才能進入商業化階段。

沼氣轉型升級為秸稈資源化帶來前所未有的機遇

沼氣在我國已有一百多年的歷史。近年來，農戶沼氣和畜禽場沼氣工程數量上有了很大的發展，也取得相當的環境效益。不足之處是在農村社會條件發生大的變化情況下，多有不適應，經濟效益也較差。為此，國家主管沼氣的部門2015年提出了新的思路：(1)把沼氣作為國家能源發展戰略和新農村建設的重要內容，逐步提高沼氣產品在城鄉清潔能源消費中的比重;(2)積極發展規模化沼氣工程，推動農村沼氣工程轉型升級。特別是要優先支持日產1萬立方米以上的規模化生物天然氣工程;(3)創新項目建設管理機制，提高沼氣項目投資效益;(4)完善沼氣-生物天然氣財政支持政策。今年6月，國家能源局又決定在內蒙古自治區試點建立年產生物天然氣2億立方米的示范區，推進生物天然氣技術進步和工程建設現代化。

建設規模化沼氣-生物天然氣工程需要多項條件的配合。數量足夠、穩定、優質的原料供應是重中之重。假定把每年白白焚燒掉和爛掉的約3億噸秸稈用作制沼氣的原料，估計能達到年產550億立方米生物天然氣的理論產出，約占到當前全國天然氣年消費量的三分之一。

秸稈作原料是有中國特色

生物天然氣的必經之路

在我國，制沼氣的傳統原料是畜禽糞便。殊不知，作物秸稈是產氣潛力大得多的原料。同等重量下，秸稈的理論產沼氣率是畜禽糞便的4~8倍。但要真正挖掘出這種潛力，面臨著非常大的困難。在我國，對使用秸稈作沼氣原料沒有經驗，也缺少科研積累。特別是由于中國的國情所限，現階段我們尚無法像歐盟國家那樣，將秸稈特別是玉米秸稈連同果穗一起制成青貯，成為沼氣廠全年可方便使用的優質原料;短期內也不可能大范圍、大面積地收獲青貯秸稈。

問題主要出在我國秸稈的形態上。當前，每年數以億噸計的秸稈資源絕大部分是干秸稈。秸稈在由青綠變黃、干的過程中，水分大量被散發，其內含的容易被微生物降解和利用的碳水化合物，如可溶性糖等，大量轉化為很難被微生物降解和利用的半纖維素和木質素，占到秸稈生物量的60%左右;而且還將易降解的纖維素包被起來，形成結晶體，無法與發酵微生物高度接觸。這就使得秸稈發酵產沼氣或產乙醇等生物能源的價值極大地降低，最終要靠酸解或爆裂進行預處理才有利用價值。增加了生產成本，降低了沼氣和乙醇的凈能產出。相反，例如玉米秸稈(我國玉米秸稈占作物秸稈總量的四成)制青貯，情況就完全不是如此。在青貯過程中各種成分幾乎都經過了乳酸發酵，碳水化合物大量轉化為不易腐敗的乳酸。乳酸在沼氣發酵時很容易轉化為沼氣(甲烷)的前體乙酸。加以青貯料很容易長期堆積在沼氣工廠內，確保工廠周年穩定生產，因此是十分理想的沼氣原料。此外，從秸稈飼用即“過腹還田”的角度看，秸稈青貯的效果也遠勝于干秸稈。也是要大力提倡的。

歐盟國家生產產業沼氣，最早是用生活污水處理產生的剩余污泥作原料的。后來則轉為以產氣率遠遠高于糞便的青貯能源作物為主，并與脂肪含量比較多、因而產氣率也很高的垃圾、剩余污泥，以及畜禽糞便共同發酵。現已成為年產能接近200億立方米生物天然氣的新興能源產業。青貯能源作物主要是玉米和牧草。

要在大面積生產上制作青貯秸稈，最終離不開高效的收獲機具。目前國內尚不能生產大馬力、高生產率(日收400~500畝)的專用青貯收割機。進口機具過于昂貴，而且也不適應地塊較小的實際狀況，難以推廣;一般的收割機不能在收獲果穗或籽粒的同時收割青貯。因此，研制適用的收獲機具是當務之急。

干秸稈作為沼氣的原料在我國曾經是一個“禁區”。即便到了技術設備大有改進的今天，仍舊是個新課題：飄浮結殼，進出料困難易堵塞，原料滯留期過長、產氣率低下等等，成為難以逾越的障礙。我們曾做過實驗室的比較，即便用盡所有辦法對干秸稈進行物理、化學預處理，其最終產氣率與青綠的秸稈相比，至少會下降30%~40%。而對實際的工程轉化而言，用干秸稈作原料的難度更是太大。但干秸稈制沼氣這一難關非攻克不可。

總之，當前在我國秸稈綜合利用上，我們面臨著三大課題。一是進一步提高秸稈就地還田的質量和受農民歡迎的程度;二是突破干秸稈作沼氣原料的障礙，以大幅度提高秸稈的資源化利用率;三是著眼長遠，盡早上馬秸稈青貯收獲利用的育種技術和農機具研究項目。