宋婉萌+孫娜+趙園園+牛思露+高園園

摘 要：目前，中國(guó)有大量的秸稈被焚燒，不僅造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，而且是資源的浪費(fèi)。科學(xué)研究表明，生物炭的固碳作用對(duì)土壤環(huán)境有很大的改善作用，增強(qiáng)土壤肥力及減輕全球變暖，從而促進(jìn)低碳農(nóng)業(yè)的發(fā)展和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。本文通過調(diào)查中國(guó)秸稈資源產(chǎn)量及利用現(xiàn)狀，分析秸稈向生物炭轉(zhuǎn)化的效益，探討在此過程中可能存在的問題，并在此基礎(chǔ)上提出解決秸稈到生物炭轉(zhuǎn)化的對(duì)策及建議。

關(guān)鍵詞：秸稈；生物炭；增匯減排

現(xiàn)今我們的環(huán)境質(zhì)量每況愈下，霧霾天氣越來越多也越來越嚴(yán)重，全球變暖現(xiàn)象不斷加劇，很可能在未來對(duì)我們的生活產(chǎn)生很大影響。社會(huì)的不斷進(jìn)步，工業(yè)化進(jìn)程的步伐加快，增大了碳的排放量。而農(nóng)業(yè)碳排放又占據(jù)很大份量，每年產(chǎn)生巨量農(nóng)作物秸稈，這些秸稈的不合理利用產(chǎn)生了大量碳。秸稈埋藏在土地里產(chǎn)生很多諸如CH4、CO、CO2、等含碳?xì)怏w，對(duì)大氣造成嚴(yán)重污染。然而，如果將秸稈華麗地變身為低能耗、低污染、低排放的生物碳，必然會(huì)形成一種節(jié)約型、效益型、安全型的經(jīng)濟(jì)模式，對(duì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生很大影響。

1 我國(guó)秸稈的利用現(xiàn)狀

我國(guó)是糧食生產(chǎn)大國(guó)，也是秸稈生產(chǎn)大國(guó)，每年產(chǎn)生的秸稈約占全世界秸稈總量的20%～30%得到利用，雖然我國(guó)秸稈資源非常豐富，但并沒有充分利用，只有20%多得到利用[1]。

農(nóng)作物秸稈資源量一般根據(jù)糧食的產(chǎn)量和草谷比計(jì)算得到，如式（1）。

（1）

其中，CR—秸稈資源量，Qi—第i種農(nóng)作物的產(chǎn)量，ri—第i種農(nóng)作物的谷草比。

秸稈資源量估算的關(guān)鍵是農(nóng)作物草谷比系數(shù)的確定。綜合已有研究的草谷比選擇方法和中國(guó)的秸稈資源情況來確定草谷比系數(shù)。根據(jù)2014年中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒得出中國(guó)2013年的秸稈資源量[2]，具體信息詳見表1。

根據(jù)2014年中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，我國(guó)稻谷、小麥、玉米等主要糧食總產(chǎn)量達(dá)48，074.2萬t，可產(chǎn)生秸稈高達(dá)85，385.6萬t，折合43，068.8萬t標(biāo)準(zhǔn)煤（見表1）。

秸稈能源化利用方式有秸稈還田、燃燒發(fā)電、制作沼氣、氣化、作為飼料和作為工業(yè)紡織業(yè)原料等多種路徑。盡管秸稈的利用方式已經(jīng)多元化，但秸稈的主要利用方式還是被丟棄和燃燒，這樣的不合理利用已經(jīng)對(duì)環(huán)境及社會(huì)產(chǎn)生很多負(fù)面影響。首先丟棄秸稈是資源的大量浪費(fèi)，而且有的人將秸稈隨意丟棄在路上，造成交通堵塞等問題。另外，秸稈焚燒的危害更大，其一，嚴(yán)重污染環(huán)境，傷害人體健康；其二，降低空氣能見度；其三，容易發(fā)生火災(zāi)；其四，破壞土壤地表結(jié)構(gòu)及環(huán)境的污染，秸稈焚燒時(shí)一般能燒至地表一二分，造成地表腐殖質(zhì)、有機(jī)質(zhì)礦化，改變土壤的物理性質(zhì)及生態(tài)平衡，使土地質(zhì)量下降，降低農(nóng)作物產(chǎn)量。

究其原因在于：一是人們環(huán)保意識(shí)不強(qiáng)，沒有意識(shí)到秸稈的這些利用對(duì)環(huán)境和社會(huì)帶來的影響。二是缺乏引導(dǎo)和宣傳，環(huán)保意識(shí)不強(qiáng)說到底是引導(dǎo)宣傳力度不夠。三是科技轉(zhuǎn)化力度不夠，缺乏必要的資金支持，秸稈的經(jīng)濟(jì)價(jià)值難以發(fā)揮。四是沒有統(tǒng)一組織的規(guī)模性處理，大多處理還是小家小戶的規(guī)模，對(duì)于秸稈的轉(zhuǎn)化利用比較少。

農(nóng)業(yè)秸稈無氧低溫?zé)崃呀庵瞥傻纳锾?，不僅可以提高土壤速效養(yǎng)分含量以及土壤有機(jī)質(zhì)含量，增強(qiáng)土壤肥力，還可以改善土壤理化性質(zhì)，改變土壤氧化還原電位及土壤微生物群落組成等，降低污染物的生物有效性和遷移性。

2 秸稈轉(zhuǎn)化為生物炭帶來的效益

2.1 環(huán)境效益

如今我們的環(huán)境質(zhì)量日趨下降，一系列的環(huán)境問題接如今我們的環(huán)境質(zhì)量日趨下降，一系列的環(huán)境問題接踵出現(xiàn)，例如污染嚴(yán)重、溫室效應(yīng)、氣候變化異常等。這些環(huán)境問題將給我們?nèi)祟愇磥碓诘厍虻纳顜韲?yán)重危害。據(jù)測(cè)算，在不危及人類糧食安全、生存環(huán)境及土壤保護(hù)的情況下，生物炭每年減排溫室氣體的潛力可達(dá)目前人類溫室氣體排放量的12%。生物炭的增匯減排效應(yīng)，可以減緩全球變暖趨勢(shì)，對(duì)全球氣候起到調(diào)控作用。

2.2 農(nóng)業(yè)效益

（1）改良土壤性質(zhì)，提高土壤肥力。

生物炭比表面積大且多孔，能夠改良土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，生物炭含有一定量的礦物質(zhì)養(yǎng)分，可以增多土壤中礦物質(zhì)元素，生物炭通常對(duì)養(yǎng)分貧瘠土壤及沙質(zhì)土壤的一些養(yǎng)分補(bǔ)充作用較明顯。

（2）修復(fù)土壤污染，改善農(nóng)業(yè)環(huán)境。

隨著科技發(fā)展，農(nóng)藥化肥等農(nóng)業(yè)用品使用得越來越多，重金屬和農(nóng)藥等污染土壤修復(fù)如今備受關(guān)注，土壤是農(nóng)作物及一切植物生長(zhǎng)的地方，解決此問題相當(dāng)重要，世界各國(guó)都面臨這個(gè)問題。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)是我們努力的方向，以實(shí)現(xiàn)改善農(nóng)業(yè)環(huán)境，提高土壤肥效，增加農(nóng)作物產(chǎn)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2.3 作為新能源

廢棄生物質(zhì)在熱裂解產(chǎn)生生物炭的過程中還可獲得混合氣及生物油，生物油或混合氣經(jīng)過蒸汽催化重整分離可得到氫氣副產(chǎn)品，氫氣可作合成氨的原料，也可作氫能源。生物油精煉可得到生物柴油燃料，生物油也可升級(jí)加工為工業(yè)化學(xué)品。因此，廢棄生物質(zhì)熱裂解產(chǎn)生的生物能源及化學(xué)品可降低對(duì)化石能源或原料的依賴。

3 秸稈制備生物炭面臨的問題及對(duì)策

3.1 面臨的問題

（1）收集困難

秸稈的出現(xiàn)呈間斷且循環(huán)的規(guī)律，而且秸稈本身容易變質(zhì)腐爛，全國(guó)各地分布著不同的秸稈，這都使得秸稈收集困難?，F(xiàn)在也沒有完善的體系和規(guī)章制度來約束，很多人都沒有收集的意識(shí)，大家對(duì)秸稈的利用還了解尚少。

（2）技術(shù)還不成熟

秸稈轉(zhuǎn)化為生物炭的技術(shù)目前還不夠成熟，只有在很多大城市有轉(zhuǎn)化的設(shè)備，該項(xiàng)技術(shù)掌握的人不多。設(shè)備面積大，成本高，耗費(fèi)大。且秸稈量大，容易使機(jī)器磨損。這樣帶來的經(jīng)濟(jì)效益并不高，不能達(dá)到期望的效果。

（3）政策支持力度不夠

首先政府沒有制定相關(guān)的規(guī)章制度，另外政府也沒有相關(guān)的資金投入。有些企業(yè)雖然有這方面的意向，但是扶持力度不夠，使該技術(shù)無法推廣發(fā)展。

3.2 應(yīng)對(duì)策略

（1）采取便捷有效的服務(wù)措施。宣傳鼓勵(lì)人們將秸稈收集，以免造成浪費(fèi)污染。另外在秸稈集中地方增加生物炭轉(zhuǎn)化點(diǎn)，使收集的秸稈能更快得到轉(zhuǎn)化，減少因運(yùn)輸?shù)葞淼膯栴}。

（2）吸引培養(yǎng)科技人才。不斷完善該轉(zhuǎn)化技術(shù)使其不斷趨于成熟，以此減少成本的無故耗費(fèi)，增大經(jīng)濟(jì)效益。

（3）加大扶持鼓勵(lì)力度。政府應(yīng)對(duì)相關(guān)企業(yè)增加資金投入，不斷鼓勵(lì)更多企業(yè)來做該工作。另外要宣傳倡導(dǎo)秸稈生物炭的好處，增強(qiáng)人們廢物再用、保護(hù)環(huán)境的意識(shí)。建立一定的獎(jiǎng)懲制度。

4 結(jié)論

無論環(huán)境，農(nóng)業(yè)還是新能源方面，利用秸稈所產(chǎn)生的生物炭的整體效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于秸稈，而且低碳經(jīng)濟(jì)已成為世界經(jīng)濟(jì)、能源、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前全球面臨眾多問題，將生物炭的價(jià)值用在這些問題的解決中，相信會(huì)給我們帶來成效，只是目前生物炭商業(yè)化的生產(chǎn)與農(nóng)用尚不多見，因此，我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)秸稈到生物炭轉(zhuǎn)變的研究及開發(fā)，為上述問題的綜合解決提供技術(shù)和產(chǎn)品。

*本文系2015年南陽師范學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目宛院發(fā)[2015]232-10；南陽師范學(xué)院大學(xué)生實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)創(chuàng)新項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：ZZ-2015—030；南陽師范學(xué)院博士啟動(dòng)基金科研項(xiàng)目（15087）；河南省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目（16B610010）研究成果之一。作者高園園為本文通訊作者。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉瑞偉：我國(guó)農(nóng)作物秸稈利用現(xiàn)狀及對(duì)策[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2009，29（1）.

[2] 中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局：中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒[M]，2014.