秸秆高值化应用研究——以安徽省J市为例

摘要：本文结合J市农业种植和秸秆综合利用的实际情况，从生态环境和经济效益角度对秸秆高值化的发展与应用，进行系统性研究，并在此基础上提出对策建议。

资助项目：芜湖市创新环境建设（软科学）计划项目“芜湖市国家创新型城市建设背景下城乡绿色发展路径研究”，项目编号：2019rkx1-3。

1 引言

农作物秸秆中含有大量的纤维素、半纤维素、木质素和粗蛋白，以及氮、磷、钾、镁、硫等矿物质元素[1]，是很好的肥源和工业原料。截至2015年底，我国农作物秸秆年产量达到9亿吨[2]，但是有效利用率却不足40%。据调查，全国范围内仍有31%的农作物秸秆被弃置或者露天焚烧[3]，导致污染空气、引发雾霾，温室气体排放（其中70% CO2、7% CO、0.66% CH3和2.09% N2O）[4]，破坏土壤结构，造成农田质量下降和环境污染，地表中的微生物被烧死，腐殖质、有机质被矿化。不仅干扰生物系统的平衡，改变土壤的物理性状，而且加重土壤板结、破坏地力、加剧干旱，间接造成了巨大的经济损失。国家和各级政府高度关注，出台了一系列政策文件，加大推进秸秆综合利用工作。虽然颇有成效，但是我国秸秆加工业依旧比较落后，加工水平和质量不够高。《安徽省农作物秸秆综合利用三年行动计划（2018-2020年）》中要求：到2020年，秸秆综合利用率要达到90%，各地区各单位都开展了大量的工作，并取得初步成效。截至2018年，J市农作物种植面积391万亩，其中水稻240万亩，玉米20万亩，小麦74万亩。秸秆利用总量162.81万吨，综合利用率88.7%，其中肥料化108.1万吨，能源化29.64万吨，饲料化18.3万吨，基料化3.35万吨，工业原材料化3.42万吨。从以上数据可以看出，J市以肥料化利用为主，其次为能源化与饲料化，基料化和原料化利用程度很低。

2 传统秸秆利用方式存在的主要问题

2.1 肥料化利用

第一，天气影响大。J市地处江南地区，天气潮湿、雨水多。由于阴雨天气，不能下田打捆，一般集中在9月至次年1月份收集秸秆。第二，成本消化难。收割机为了减轻负荷，只收割上茬，每年只能收集约560-600吨秸秆，导致机械工作效率下降，成本增高。第三，高投入低收益。不仅需要每户投入技术和硬件指导制备有机肥，而且肥效也没有化肥快，生态优势得不到足够体现。秸秆若处置不当，还会导致病虫害。

2.2 饲料化利用

秸秆的营养价值和消化率低，需要利用微生物接种剂和一些物理处理方法，提高营养价值[5]。一般只有牛可以直接食用秸秆，鸡和猪等需要将秸秆深度加工后才能食用。另外，一般种植区离养殖区较远，导致收储运成本较高。

2.3 能源化利用

由于秸秆的燃烧值较低，若将水稻秸秆用于发电和固化成型，则不太合理。因此，有些企业主要是用树皮、树根等原料发电，很少使用秸秆。这样不仅破坏生态环境，而且致使水土流失。虽然现在已有研究用低温冻融预处理提高秸秆中甲烷的产量[6]，以及利用秸秆生产生物乙醇技术[7-9]，但是目前秸秆作为生物质燃料，显示出热值低，成本高，利润低的特征。

2.4基料化利用

不仅需求量有限，并且由于种养分离，对于农民来说，还需要额外支付运输等费用。

2.5 激励政策问题

由于政府补贴力度不够，以及技术制约等问题，导致J市有些秸秆收购加工企业，处于关停或者勉强维持状态。一些不合理的政策也阻碍了J市秸秆综合利用的发展。例如，实践证明，虽然在J市某乡镇，秸秆的能源化利用效率很低，需要探寻新的资源化利用方式，但是有关部门下达任务指标，仍然要求再建一个秸秆固化成型燃料生产点。由于没有因地制宜、深入基层，有针对性地做出科学合理的安排，导致了不必要的资源浪费和无用功。

2.6 收储运体系问题

秸秆分布分散，占地面积较大，加之农村交通不便，运输成本很高，所以亟需在附近建立收储中心。省政府文件中明确规定秸秆收储设施用地原则上按设施农用地管理，但是土地部门不批准建设收储中心用地，各部门之间的协调不畅，导致收储运成为制约秸秆综合利用发展的一个关键问题。

3 秸秆原料化利用技术的优势

3.1 原料广

秸秆是一种廉价的天然木质纤维素资源，所有农作物秸秆都可利用，如芦苇、水稻、小麦、棉花、茭白、树枝、竹子等。此外，玉米秸、豆荚皮、谷类秕壳、麦秸等经过加工后所制取的淀粉，经过特殊方法处理后还可以生产人造棉和人造丝，制造糠醛、饴糖、酿醋酿酒和木糖醇等。

3.2 绿色环保

用作物秸秆纤维与树脂混合物结合，采用融合循环技术，提取天然胶，成型后再回注，无化学合成粘合剂，不释放甲醛等毒性物质。在短期内可降解，降解后又可作为肥料还田，减少环境污染，是一种绿色环保型人造板材（图1）。

3.3 性能好

农作物秸秆具有密度低、生物降解性好、韧性高、力学性能可接受等特点，用秸秆与粘合剂、阻燃剂等配料按照一定比例混合后，进行机械搅拌、挤压成型以及恒温固化等工艺处理，再用特殊膨化技术，使秸秆纤维按照多方向组织叠加，形成密集的蜂窝式空隙又相互粘连的板体。由于可承受的拉伸与剪切强度高，可制成具有减震缓冲功能的包装材料，在低应力条件下，相比聚苯乙烯泡沫塑料具有更好的缓冲性能，体积小、质量轻、隔音隔热、压缩强度高，具有一定柔韧性 [10]。

3.4 外观美

农作物秸秆已成功应用于3D精细成型等领域[11-12]。这类制造品具有强度高、耐腐蚀、不开裂、经特殊工艺处理后，还具有防水和防震等性能[13]。磨具高压精密成型，纹理自然，质感好，通过双面粘贴彩色无纺布，表面多彩色。

3.5 高附加值

秸秆作为工业原料，用途广泛，成本低，附加值远高于传统方式（表1）。例如，农作物秸秆可用于制浆造纸轻工业、手工纺织编织、一次性餐具用品、可降解包装材料和建材装饰原料的长远来源等。

表1 秸秆制板与传统装饰板对比

4 农作物秸秆高值化应用的案例

4.1 新疆博斯腾湖

新疆博斯腾湖每年芦苇秸秆的产量20多万吨，仅收割费用就需要五千万。以此为原料生产无粘合剂板材、装修即时贴和库尔勒香梨防伪包装盒等六种产品，预计每年的产值突破60亿元，利润30多亿元，可占据库尔勒市年总产值的13%，并极大地保护库尔勒香梨在市场中不再受假冒产品的侵害。

4.2 雄安新区白洋淀

白洋淀每年芦苇秸秆和农业秸秆的产量约为10万吨，其中白洋淀芦苇秸秆为7万吨/年，其他农业秸秆为3万吨/年。如果用芦苇秸秆和农业秸秆作原料，生产大型环保快递包装箱，年产值2.016亿元，年利润1.303亿元，消耗芦苇4.75万吨/年，吸收就业102人。通过建设大型薄板生产线，年产值2.92亿元，年利润2.065亿元，消耗芦苇5.32万吨/年，吸收就业20人，带动周边农户（920人）获利4600万元/年（表2）。另外，根据环境评价，消耗自来水200吨/天，且循环利用，无废水排放，仅产生烘干蒸汽，蒸汽无异味，无有害气体。车间设有缓冲式沉淀池，设备和车间清扫的垃圾随着水流入到沉淀池晾干后，再加入至纤维里制浆，没有任何杂物丢弃。因此，秸秆的原料化利用是解决这一生物质资源科学出路的最有效途径之一，有着广阔的市场前景。

表2 经济效益分析

5 对策建议

5.1 积极发展以秸秆为原料的加工业，实现秸秆资源循环利用

按照循环经济理念，变废为宝。例如造纸业的前处理环节，需要对纸浆进行酸蚀、碱蚀等，处理成本升高，污染严重，因此不少造纸厂正在关停，许多地区已经将造纸行业作为禁止发展产业。而且，由于造纸厂通常离收储点较远，秸秆资源大规模转移运输也会导致成本上升。如果用秸秆原料替代纸浆，则既经济又环保。所以政府应鼓励采用清洁生产工艺，生产以秸秆为原料的非木纸浆。引导生产以秸秆为原料的人造板材、建筑材料、一次性餐具等，加大农作物秸秆在原料加工业方面的利用。

5.2 加大政府扶持力度

加大秸秆原料化利用的政策扶持力度，研究制定政策引导、市场运作的产业发展机制，不断加大对经济落后农村地区的资金投入力度。扶持专业化生产示范基地建设，补贴购置秸秆处理加工配套机械设备，合理发展布局以作物秸秆为原料的规模化生产企业。对秸秆原料化利用等关键技术和设备研发给予适当补贴或信贷支持，鼓励和引导社会资本投入。

5.3 加大新技术研究和推广应用

扶持秸秆资源产业化利用，遴选优势科研单位和龙头企业开展联合攻关项目，支持鼓励企业投资作物秸秆应用技术项目开发，构建秸秆高值化应用技术支撑体系，实现作物秸秆综合利用向多级产业链的延伸，拓展农业增产增效和农民增收致富的有效途径。此外，要引进吸收适合中国国情的国外先进装备和技术，提升创新能力，建立秸秆原料化利用产品的标准和质量检测的标准。

加大秸秆高值化应用技术培训和推广力度，扩大试点示范引导。充分发挥现有农村基层组织和服务组织的作用，鼓励科研人员下乡为农民普及新技术、新知识，提高农民综合利用秸秆的技能。

5.4 鼓励秸秆进入碳交易市场

鼓励政府、企业、非政府组织对排放的CO2进行多种形式的抵偿，推进秸秆商品化，进入自愿减排碳交易市场中进行交易。例如，通过秸秆的综合利用而减少的CO2放量，可以获得碳交易资金，以此补贴农民和企业，同时也缓解了未来持续资金补贴的难题。

6 结语

传统的秸秆利用技术和一些政策，已不能与农业经济发展的需求相适应。政府应该从整体上，系统考虑秸秆资源化处理与农业增效、农民增收、生态环境以及产业升级等方面的关系。农业发展依靠生产力，生产力制约于科学技术，所以农业技术对农村经济发展有着至关重要的影响[14]。结合J市农业种植和秸秆综合利用的实际情况，从生态环境和经济效益角度对新兴技术的发展与应用，进行系统性研究。不仅可以保护生态环境、促进就业增收，还可以推动农村产业结构的优化和升级，进而让农产品加工业成为J市的重要增长点，这对农业经济可持续发展意义重大。因此，探索和加大秸秆高值化应用的途径迫在眉睫。

参考文献

[1] 刘琳, 张文敬, 郝林凤, 徐广祥, 巴雅尔图, 刘金平. 内蒙古巴彦淖尔市主要农作物秸秆利用现状及对策[J]. 畜牧与饲料科学, 2019, 40(02): 50-52.

[2] 霍丽丽, 赵立欣, 孟海波, 姚宗路. 中国农作物秸秆综合利用潜力研究[J]. 农业工程学报，2019, 35(13): 218－224.

[3] 王长波,平英华,刘先才,杨子,王振伟. 我国秸秆资源“五化”利用研究进展[J]. 安徽农业科学, 2018, 46(7): 22-26.

[4] 徐萌. 农业秸秆资源化综合利用环境经济效益研究. 2017, Doctoral dissertation.

[5] Zayed, Mona S. Enhancement the feeding value of rice straw as animal fodder through microbial inoculants and physical treatments. International Journal of Recycling of Organic Waste in Agriculture. 2018, 7（2）117-124.

[6] Deng Y.F., Qiu L., Yao Y.Q., Qin M.Y. A technology for strongly improving methane production from rice straw: freeze–thaw pretreatment. RSC Advances. 2018, 8(40), 22643-22651.

[7] Lamb, C. D. C., Silva, B. M. Z. D., Souza, D. D., Fornasier, F., Schneider, R. D. C. D. S. Bioethanol production from rice hull and evaluation of the final solid residue. Chemical Engineering Communications. 2018, 1-13.

[8] Manas R. Swain, Ajit Singh, Ajay K. Sharma, Deepak K. Tuli. Bioethanol Production From Rice-and Wheat Straw: An Overview. Sustainable Sources, Interventions, and Challenges. 2019, Pages 213-231.

[9] Monika Agarwal, Annu Goel, Leela Wati. Ethanol Production from Paddy Straw using Partially Purified Fungal Cellulase. Int. J. Curr. Microbiol. App. Sci. 2018, 7(8): 3709-3719.

[10] Zhang, W., Sun, H., Zhu, C., Wan, K., Zhang, Y., Fang, Z., Ai, Z. Mechanical and water-resistant properties of rice straw fiberboard bonded with chemically-modified soy protein adhesive. RSC Advances. 2018, 8(27), 15188-15195.

[11] Mukherjee, A., Banerjee, S., Halder, G. Parametric optimization of delignification of rice straw through central composite design approach towards application in grafting. Journal of Advanced Research. 2018, (14)11-23.

[12] Mst. Sarmina Yeasmin, Md. Abdul Jalil, Md. Moinuddin, Nasifa Akter, Nazim Uddin Ahmed, Md. Saifur Rahman and Husna Parvin Nur. A novel optimization method for preparing carboxymethyl cellulose with higher yield from wheat straw. 2018, Vol. 8, No.2: 444-460.

[13] 陈玉华，田富洋，闫银发，宋占华，李法德，陈为峰．农作物秸秆综合利用的现状、存在问题及发展建议[J]．中国农机化学报，2018, 39(2)：67-73.

[14] 方炎. 生态家园建设与县域农村经济可持续发展[J]. 中国农学通报, 2004, 20(6), 395-395.

发表在新思路2020年3月刊