我国农作物秸秆资源利用特征技术模式及发展.doc

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1、我国农作物秸秆资源利用特征技术模式及发展摘要：为促进我国秸秆禁烧和综合利用工作，综述了各区域农作物秸秆资源产生、利用现状及现有技术模式。2016年全国秸秆理论资源量达到9.84108t，可收集量达到8.24108t，玉米、水稻和小麦三类农作物秸秆占总量的83.51%。秸秆已利用量为6.73108t，综合利用率达到81.68%，其中肥料化、饲料化、基料化、燃料化、原料化利用率分别为47.20%、17.99%、11.79%、2.23%、2.47%，形成农用为主的综合利用格局。不同区域之间秸秆利用水平差异显著，华北区、西北区、华东区、中南区、西南区、东北区秸秆综合利用率依次为94.73%、89.21

2、%、88.89%、83.01%、74.27%、63.43%。全国秸秆利用技术模式可分为秸秆还田利用型和循环利用型两大类，其中秸秆还田模式主要有玉米秸秆深翻养地还田模式、棉花秸秆深翻还田技术模式、麦秸覆盖玉米秸秆旋耕还田技术模式、少免耕秸秆覆盖还田技术模式、稻麦(油)秸秆粉碎旋耕还田技术模式、秸秆快速腐熟还田技术模式；秸秆循环利用模式主要有秸-饲-肥种养结合技术模式、秸-沼-肥能源生态技术模式、秸-菌-肥基质利用技术模式、秸-炭-肥还田改土技术模式。为进一步促进秸秆综合利用产业化发展，提出了构建整体推进的工作体系、全量利用的技术体系、完善配套的政策体系相互结合的对策建议。我国是农业大国，农作物秸

3、秆种类繁多、数量巨大、分布广泛。随着我国粮食生产取得“十四连丰”的巨大成就，其副产品秸秆的产生量也日益增长。但是伴随着农业生产和农民生活方式的转变、农村劳动力转移、能源消费结构改善和各类替代原料的应用，秸秆利用方式和利用途径出现极大变化1，2，区域性、季节性、结构性过剩现象不断凸显，露天焚烧屡禁不止，秸秆处理利用面临着严峻挑战。亟需在现有秸秆综合利用基础上加快构建可持续运行的技术模式和配套政策，才能推动秸秆综合利用工作健康发展。本文全面解析了目前我国秸秆产生和综合利用现状，综述了秸秆利用主要技术模式，并提出相关政策建议，旨在为推动全国秸秆禁烧和综合利用工作有序开展提供理论支持。1秸秆产生与利用

4、现状据农业农村部统计，2016年全国主要农作物秸秆产生总量达到9.84108t，玉米、水稻、小麦、棉花、油菜、花生、豆类、薯类、其他作物秸秆产生量分别占秸秆总量的41.92%、23.23%、18.36%、2.44%、3.10%、2.04%、2.84%、3.74%、2.33%3。玉米、水稻、小麦三大作物占比达到83.51%，是秸秆的主要来源4。全国秸秆可收集量约为8.24108t，秸秆肥料化、饲料化、燃料化、基料化、原料化(简称“五料化”)利用总量达到6.73108t，秸秆综合利用率达到81.68%3，其中秸秆肥料化、饲料化、燃料化、基料化、原料化利用率分别为47.20%、17.99%、11.7

5、9%、2.23%、2.47%，已经形成了农用为主的综合利用格局5。秸秆产生和利用与地形地貌、自然条件、农业活动、经济特点有密切关系6，因而具有广泛的区域差异性。据农业农村部统计，秸秆产生量由大到小依次为华东区、中南区、东北区、华北区、西北区、西南区，分别占全国秸秆总量的24.31%、22.82%、21.63%、12.29%、10.25%、8.69%3，主要集中在华东、中南和东北地区7。表1显示，不同区域之间，华北区秸秆综合利用率最高，达到94.73%；其余依次为西北区89.21%、华东区88.89%、中南区83.01%、西南区74.27%；东北区利用率最低，仅为63.43%，表明东北地区是我国

6、秸秆综合利用的重点和难点区域5。华北区主要以肥料化利用为主，饲料化利用为辅，利用量分别占该区秸秆可收集量的54.21%、25.80%；西北区则是饲料化和肥料化同步推进，利用量占比均达到38%；华东区和中南区重点以肥料化利用为主，利用比例分别为60.92%、53.02%；东北区和西南区利用结构相似，均以秸秆肥料化、饲料化、燃料化为重点途径，其中东北区三者利用比例分别为29.19%、14.88%、16.41%，西南区为37.38%、18.08%、13.96%3。表明不同地区根据区域实际情况，推动秸秆利用途径向多元化方向发展。2农作物秸秆综合利用主要模式秸秆综合利用的好坏关键在于构建的模式是否能够可

7、持续运行。长期以来，各地结合地域环境及资源配置特点，集成肥料化、饲料化、能源化、基料化和原料化等成熟实用技术，形成了各具特色的综合利用技术模式。总体来看，主要可分为秸秆还田利用和秸秆循环利用两大类。2.1秸秆还田利用技术模式秸秆还田是目前秸秆综合利用最重要、最普遍的技术途径。通过农业机械将收获后秸秆粉碎并抛撒在田间后耕翻掩埋8，或将整株秸秆9、高留茬秸秆10直接覆盖于土壤表层，能够实现蓄水保墒、增加地表积温及土壤肥力的目的11，12，具有快捷方便、高效低耗等优点。按种植制度划分，秸秆还田模式可分为玉米秸秆深翻养地技术模式、棉花秸秆深翻还田技术模式、麦秸覆盖玉米秸旋耕还田技术模式、少免耕秸秆覆盖

8、还田技术模式、稻麦秸秆粉碎旋耕还田技术模式、秸秆快速腐熟还田技术模式等。玉米秸秆深翻养地还田模式作业环节主要包括：玉米秸秆粉碎抛洒秸秆二次粉碎机械深翻耙压和旋耕平地(起垄)机械播种。该技术体系的要点在于玉米秸秆粉碎长度应10cm，采用液压翻转犁进行土壤深翻作业，深度应达到30cm，田间提水层与渗水层间隔排列，纵向松紧兼备13。翻耕后耙平整地达到良好的播种条件。玉米秸秆全量深翻还田既能达到耕作土壤、处理秸秆的目的，也能增加土壤有机质，降低土壤团聚体破坏率和土壤水稳性团聚体的不稳定系数，利于培肥耕层土壤11。棉花秸秆深翻还田技术模式主要包括：棉花采收秸秆机械粉碎破茬深翻耙压冬灌。该技术体系要求棉花

9、收获完后立即开展秸秆还田，此时棉秆呈绿色且水分较多，易于粉碎。粉碎后棉秆长度5cm。粉碎之后尽快进行秋翻整地，要求耕深在25cm以上，并及时浇水，以加快秸秆分解的速度14。棉秆深翻还田能够整体上提高长期连作棉田060cm土层的机械稳定性、各级团聚体有机碳含量和土壤有机碳矿化量15，同时能够显著增加株高，降低脱落率，提高籽棉和皮棉产量16，17。麦秸覆盖玉米秸秆旋耕还田技术模式主要包含：机械收获小麦秸秆粉碎抛撒还田喷洒秸秆腐熟剂免耕播种玉米机械收获玉米秸秆粉碎还田机械旋耕播种小麦。该技术要求小麦、玉米秸秆粉碎后长度应在510cm，留茬高度15cm，使用大马力旋耕机旋耕，旋耕深度达到15cm左右。

10、同时以3年为周期对土地进行1次翻耕或深松，深度达到30cm左右18。小麦-玉米轮作系统通过秸秆还田能够降低土壤紧实度，促进作物根系生长，小麦、玉米产量能够分别提高7.2%、6.2%19。少免耕秸秆覆盖还田技术模式主要包含：作物收获秸秆高留茬覆盖土壤深松休闲期除草播前浅旋耙地施肥播种。该技术要求收获时作物留茬高度控制在20cm左右，被粉碎的秸秆长度应10cm且均匀覆盖在地表，以减少播种时机械堵塞现象。对于土壤较粘重(容重在1.3g/cm3以上)或刚开始实施秸秆覆盖还田少免耕耕作的地区，应进行深松作业。播前浅松作业在播前1015d进行，作业深度控制在10cm以内。使用免耕播种机进行播种，播种深度一

11、般为3cm左右。少免耕秸秆覆盖还田作为保护性耕作在黄土高原等地区已有较大规模应用20，能够有效抑制土壤表层温度波动，保水效果显著21，22。稻麦(油)秸秆粉碎旋耕还田技术模式主要包含：小麦(油菜)收割机收割秸秆粉碎+均匀抛洒放水浸泡24h底施氮磷肥料旋耕耕整水稻种植水稻收割机收割秸秆粉碎+均匀抛洒施氮磷基肥反转灭茬旋埋秸秆小麦机条播机械镇压机械开沟2325。该技术体系要求麦草切碎长度10cm且均匀分散于田面；旋耕深度12cm，耕整后田面允许露出的碎草在90根/m2以下；秸秆腐解的土壤水分含量应掌握在田间持水量的60%为宜。一般每公顷还田7500kg秸秆时，需补施67.5kg纯氮和22.5kg纯

12、磷，促进秸秆腐烂分解。采取均匀摆播或带状条播机进行小麦播种，播后及时镇压使耕层土壤变得较为紧实，保证播种质量，镇压的土壤最适含水量为18%22%26。秸秆快速腐熟还田技术模式主要包含：作物收获秸秆粉碎均匀抛洒撒施腐熟剂和底肥机械旋耕或翻耕作物种植。该技术体系要求将秸秆切碎成约10cm，留茬高度也控制在10cm以下。秸秆粉碎后，将生物化学腐熟剂(约占秸秆量的3%)均匀撒在田中，710d后采取旋耕或翻耕的形式进行一遍机械作业，作业深度1520cm。对于秸秆全量还田，在原来施肥量基础上每公顷应额外增加4575kg氮肥，钾肥可减少10%20%，播种量较常规栽培法增加约10%。研究表明，秸秆腐熟还田可有

13、效促进秸秆有机物质转化，增加水稻产量7.5%11.1%，温室气体排放强度减少1.7%5.1%2729。在实际运用中，以上秸秆还田技术模式还需要着重解决好秸秆还田季节选择、空间布局与高质量还田等技术问题，同时要注重节能节本、农机农艺融合与环境友好等先进技术的运用30，以确保秸秆有效还田、作物高产稳产与生态环境良好等目标的协调统一，促进耕地质量提升和农业的可持续发展。2.2秸秆循环利用技术模式2.2.1秸-饲-肥种养结合技术模式 该模式是将种植业系统收获后的秸秆通过青贮(黄贮)、微贮、压块、造粒、膨化等加工处理，转化为牲畜饲料，经牲畜消化后转化成畜禽粪便，畜禽粪便经过高温有氧堆肥、发酵等处理方式生

14、产出有机肥，最终回归农田，从而实现种植业和养殖业的有机结合(图1)。该模式既能拓展饲料来源，有效缓解粮饲供需矛盾，又能有效培肥地力，减少化肥施用，降低农业面源污染，是充分将物质和能量在动植物之间进行转换并实现良好循环的有效方式31。2.2.2秸-沼-肥能源生态技术模式 该模式是利用秸秆制取沼气(图2)，通过管道或压缩装罐供应农村居民生活用能，或提纯后制取“生物天然气”供车用或工业使用，沼渣、沼液经深加工制成水溶肥、叶面肥或育苗基质等，应用于蔬菜、果树及粮食生产，可显著提高农产品品质和产量，减少化肥使用量。该模式一方面有利于提供高品位的清洁能源，提高农村居民生活质量，改善居住环境32；另一方面，

15、可有效缓解能源短缺压力33。2.2.3秸-菌-肥基质利用技术模式 该模式是以秸秆为主要原料，通过与其他物料混合经高温发酵配制成食用菌栽培基质，食用菌栽培采收结束后，菌糠再经高温堆肥处理后归还农田的一种循环利用技术34。食用菌栽培按其基质处理方法不同，可分为生料、熟料和发酵料栽培。无论哪种栽培方式，均包含基料制备、食用菌栽培与菌糠堆肥3个重要技术环节(图3)。研究表明，我国食用菌产量世界第一，占全球食用菌产量的3/4e.以上35，食用菌栽培秸秆潜在需求达1.5亿t36，而目前基料化利用的秸秆量仅有1837万t，发展潜力巨大。2.2.4秸-炭-肥还田改土技术模式 该模式是将秸秆通过低温热裂解工艺转化为富含稳定有机质的炭质混合物，然后以炭质混合物为介质生产炭基肥颗粒并应用于农田，以改善土壤结构及其理化性状(图4)。近年来生物炭作为一种农业增汇减排技术不断得到开发和应用，主要作为土壤改良剂、肥料缓释载体及碳封存剂等37，38。秸秆的热裂解及气化不但可产生生物炭，同时可获得生物油、秸秆醋液及可燃气。生物油可升级加工为生物柴油或化学品，有助于减轻对化石能源的依赖；可燃气主要成分为CO2、CO、CH4、C2H4和H2等39，可用于供暖或为农村居民提供生活用能40。秸秆醋液是农用化学品的理想替代物，具有防虫、防病、促进作物生长之功效，可用于