李星河 ，柳善建 ，張廣娜

（1.山東理工大學農業(yè)工程與食品科學學院，山東 淄博 255000；2.山東省水土保持與環(huán)境保育重點實驗室，山東 臨沂 276005；3.臨沂大學農林科學學院，山東 臨沂 276005）

0 引言

農業(yè)廢棄物是農業(yè)生產過程中被丟棄的有機類物質，主要指農作物秸稈和畜禽糞便[1-2]。其中富含有機物、礦質養(yǎng)分和多種微量元素，是重要的生物質資源，可作為肥料或有機質改良土壤[3-6]，具有很高的開發(fā)與利用價值，而農業(yè)廢棄物不合理的處置方式會帶來環(huán)境污染[7-8]。

臨沂市位于山東省東南部，面積1.72萬平方千米，是山東省面積最大、人口最多的農業(yè)大市。高量的農業(yè)生產勢必帶來大量的農作物秸稈廢棄物，農業(yè)廢棄物資源化利用不僅可以實現廢棄物的經濟價值，而且能減少環(huán)境污染，提升生態(tài)價值[9]。臨沂市廢棄物資源種類多，地理分布差異明顯，大規(guī)模轉運處理困難較大。盡管近年來政府對于農業(yè)廢棄物管理利用進行政策引導，但是部分分散個體經營戶將秸稈或果樹殘體、菌糠、禽畜糞便等露天堆放，既沒有合理利用農業(yè)廢棄物的價值，又會帶來環(huán)境污染。因此，通過對臨沂市不同縣區(qū)農作物秸稈廢棄物資源特點進行分析，針對性地提出適合當地的廢棄物處置和利用方式，對于提高農業(yè)廢棄物資源化利用效率，減少環(huán)境污染有重要意義。

1 農作物秸稈資源可收集利用量測算

秸稈系數是指作物田間秸稈產量與經濟產量之比，是評估秸稈量的重要參數，舊稱草谷比，因秸稈系數對非禾谷類作物來說表征更明確，本文均稱秸稈系數。根據本地區(qū)農作物熟制、品種、育種、產量、立地條件和測產方式等影響因素，采用如下秸稈系數和收集系數[10-13]，采用小麥秸稈系數1.33，收集系數0.63；玉米0.96，收集系數0.87；玉米芯0.223，收集系數0.98；水稻0.927，收集系數0.74；稻殼0.25，收集系數0.98；谷子1.398，收集系數0.82；大豆1.508，收集系數0.52；薯類0.30，收集系數0.76。本地區(qū)油料作物主要為花生，采用其秸稈系數為0.89，收集系數0.82，花生殼0.28，收集系數0.7；瓜菜0.071，收集系數0.50；瓜類（果用瓜）0.112，收集系數0.50。

其中，WGS是指農作物秸稈可收集利用量，WS指農作物秸稈總產量，GI是農作物秸稈資源可收集利用系數，即收集系數。

2 臨沂市主要可收集農作物秸稈廢棄物資源分布現狀

2019年臨沂市糧食播種面積966萬畝，總產416.5萬噸；蔬菜（含食用菌）面積207.5萬畝，總產790.3萬噸；瓜果面積26萬畝，總產96.2萬噸（見表1）。根據公式（1）計算得2019年臨沂市主要農作物秸稈可收集資源量465萬噸，其中小麥秸稈148萬噸，玉米秸稈133萬噸，水稻秸稈24萬噸，谷子1.9萬噸，豆類3.9萬噸，薯類7.8萬噸，油料作物55.1萬噸，瓜菜殘株27萬噸，果用瓜殘株5.34萬噸，玉米芯34.9萬噸，稻殼8.7萬噸，花生殼14.8萬噸（見表2）。全市年產農作物秸稈超50萬噸的縣區(qū)有3個，分別是蘭陵縣、郯城縣和莒南縣，均以小麥和玉米秸稈為主，輔以蔬菜、水稻和花生秸稈；年產30萬噸以上50萬噸以下的縣區(qū)有4個，從大到小分別是臨沭縣、沂水縣、費縣和河東區(qū)，平邑縣年產農作物秸稈29萬噸，蘭山區(qū)、羅莊區(qū)和蒙陰縣農作物秸稈年產量在13.2萬~18.9萬噸，均以小麥和玉米秸稈為主，輔以其他作物秸稈。臨沂市主城區(qū)蘭山區(qū)、河東區(qū)和羅莊區(qū)秸稈總量相對較少，因為農業(yè)用地面積少。而費縣、平邑、蒙陰、沂水等縣區(qū)因山地丘陵區(qū)以經濟林種植為主，故農作物秸稈量少。

表1 臨沂市主?要農作物2019年分縣區(qū)產量（噸）

表2 臨沂市主要農作物2019年分縣區(qū)秸稈可收集資源量（噸）

3 利用途徑分析

3.1 秸稈還田

秸稈還田是農作物秸稈資源化利用的重要方式，近年來隨著作物秸稈直接還田量的增加，該還田方式給農戶耕種帶來一系列負面影響，一方面秸稈還田深度均在0~15 cm土層，導致上層土壤嚴重跑墑，小麥播種后需鎮(zhèn)壓兩次才能有效出苗；另一方面，收割機秸稈粉碎不夠細，多年大顆粒秸稈還田后腐爛速度慢，易滋生病蟲害[14-15]。秸稈直接還田目前仍是臨沂市現有秸稈利用最有效、最快捷的方式[16]。根據原農業(yè)部《區(qū)域農作物秸稈全量處理利用技術導則》，華北農區(qū)推薦的秸稈還田量為4.5 t/hm2[17]，臨沂市玉米播種面積24.7萬hm2，理論上玉米秸稈還田量為111.15萬噸，因現有農耕機械秸稈直接還田后多殘留土壤表層0~15 cm，弊端較多，且玉米秸稈堆漚作有機肥或收獲后作飼料價值更高，故農戶玉米秸稈直接還田量僅占推薦還田量的1/4。

秸稈堆漚還田一般應用禽畜糞便與秸稈混合堆漚，經過高溫腐熟可殺滅原材料中的寄生蟲卵、病原菌、害蟲以及雜草種子，筆者以干雞糞和玉米秸稈4∶6的干重比例進行堆肥，添加一定量的枯草芽孢桿菌堆腐3個月后，有機質平均含量51%，pH值6.0，總氮1.3%，總P2O518.46%，K2O 0.99%，種子發(fā)芽指數82.17%，符合NY/T 525—2021《有機肥料》標準，可確保堆漚后的有機肥肥效及土壤改良效果。

3.2 秸稈飼料化利用

臨沂市秸稈飼料化利用以甘薯秧、花生秧和玉米秸稈為主，其中玉米秸稈量最大，為133.2萬噸，其次為花生秧55.1萬噸，甘薯秧7.8萬噸?；ㄉ砗透适硌盹L干后磨碎即可與精飼料混合喂養(yǎng)牛羊。近年來玉米生長期雨水較多，玉米授粉不良，凸尖造成玉米減產，且玉米銹病多發(fā)，為了增加收益，農戶多選擇將未收獲的玉米和秸稈賣給奶牛養(yǎng)殖戶，直接做青貯飼料，1畝地收獲秸稈和籽粒2.4~3噸，490元/噸，總收入均值在1 200~1 400元/畝，刨除成本1畝地凈收入300~500元。玉米秸稈含水量大于60%的可以選擇青貯，如果錯過了青貯收儲時間，含水量在45%~60%的玉米秸稈可以做黃貯飼料，將秸稈粉碎后加入生物菌壓塊捆扎后裝袋，厭氧條件下將纖維素、半纖維素和木質素等分解為糖類，最后轉化成乳酸和乙酸等[18]。收獲后期玉米秸稈含水量低于45%時，可以短鍘、壓裂后作為粗飼料，作為牛、羊飼料的補充。

2019年臨沂市牛期末存欄24.1萬頭，羊187.7萬頭，根據《區(qū)域農作物秸稈全量處理利用技術導則》牛草食飼料需求量3~4噸/年，羊的草食飼料是牛的1/5，為0.6~0.8噸/年[17]，按牛當量3.5噸/年，羊0.7噸/年計算，全市飼草需求量為248.35萬噸，去掉花生秧和甘薯秧62.9萬噸，尚需185.45萬噸。將玉米秸稈全部算為飼草，供需缺口主要存在于費縣、平邑縣、蒙陰縣和沂南縣，飼草較充裕的縣區(qū)為莒南縣和蘭陵縣，2019年期末臨沂市牛、羊存欄量及其飼草供需量如圖1所示。據統(tǒng)計，臨沂市玉米秸稈青貯飼料收儲量約為19萬噸/年，即食草性大型牲畜飼草缺口實際為166.45萬噸。故大力發(fā)展農作物秸稈飼料化利用，一方面可減少秸稈直接還田量，增加秸稈利用方式；另一方面，降低大型牲畜飼料缺口，降低養(yǎng)殖成本。秸稈飼料化利用可變廢為寶，既解決牲畜飼草問題，促進畜牧業(yè)發(fā)展，又可利用家畜排出的糞便進行進一步秸稈堆漚還田[19]。

圖1 2019年期末牛、羊存欄量及其飼草供需量

3.3 秸稈能源化利用

臨沂市現有秸稈能源化利用方式主要為秸稈沼氣化和秸稈生物質發(fā)電。因環(huán)保要求及生豬疫病影響，小型散戶養(yǎng)殖場關停較多，之前所建的小型沼氣池棄用較多，一方面畜禽糞便來源少了，另一方面一般農戶沼液用量小。近年來，大型種養(yǎng)一體農業(yè)合作社新增大型沼氣池較多（1 200 m3），可有效消化秸稈、禽畜糞便，產生的沼氣可用于做飯、發(fā)電（大棚晚上增加光照3小時）、取暖（養(yǎng)殖大棚），沼液養(yǎng)分含量高，作為沖施肥可減少設施蔬菜的肥料投入。

截至2020年年底，臨沂市并網農林生物質發(fā)電項目8個，總裝機容量26萬千瓦，年可消耗農林生物質229萬噸，分別是沂水長青生物電廠、國能義堂生物電廠、蘭陵琦泉生物發(fā)電有限公司農林生物質發(fā)電工程、魯電生物質電廠、山東莒南永能生物熱電綜合利用項目、費縣生物能源化綜合利用項目、郯城長青生物質能源有限公司生物質熱電聯(lián)產項目，分別位于沂水縣、蘭山區(qū)、蘭陵縣、平邑縣、莒南縣、費縣、郯城縣，在農作物秸稈利用方面，以小麥秸稈為主，目前臨沂市小麥收獲后，秸稈就地打捆運往就近的生物質電廠進行發(fā)電。

3.4 秸稈食用菌

作物秸稈含有大量氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、硅元素，以及纖維素、半纖維素、蛋白質等[10]，利用秸稈做培養(yǎng)基栽培食用菌可確保充足的基料，成本低廉，降低食用菌生產成本。據統(tǒng)計，近兩年臨沂市年產鮮菇約32萬噸，其中平菇15.4萬噸，香菇0.25萬噸，雙孢菇1.18萬噸，金針菇7.1萬噸，黑木耳7.45萬噸，臨沂市近年來積極探索“蔬菜秸稈復合基質栽培平菇技術試驗”“菜菌輪作土壤改良技術試驗”，其中，用菌棒生產食用菌，以每千克秸稈產菇0.8 kg鮮菇計算[10]，基料可消化秸稈干重為40萬噸，多采用玉米芯和蔬菜秸稈混合配比；而菜菌輪作改良技術則是把蔬菜秸稈（30%）、稻殼（30%）、玉米芯（30%）和2%的石灰、8%的麥麩混合成壟生產大球蓋菇，一畝地每年消化上述干料6噸。生產后的菌糠可直接就地還田或堆腐后作為有機肥還田，一舉多得。隨著食用菌產業(yè)的發(fā)展，臨沂地區(qū)生產食用菌菌棒的企業(yè)也越來越多，生產菌棒除了供應當地種植戶，還售賣到周邊地市或出口，這對消化本地區(qū)大量農作物秸稈、降低食用菌產業(yè)成本、增加食用菌產業(yè)產值有重要意義。

4 農作物秸稈未來利用對策分析

4.1 因地制宜地制定縣區(qū)產業(yè)規(guī)劃

在飼草充足的縣區(qū)建立飼料加工廠，飼草青貯、黃貯后運往飼草虧缺的縣區(qū)。在小麥秸稈充足的縣區(qū)，配套建設相應的秸稈收儲壓塊公司，秸稈壓塊后就近運往生物質發(fā)電企業(yè)。扶持草編企業(yè)在水稻秸稈充足的縣區(qū)建廠。禽畜糞便較多且蔬菜種植面積大的縣區(qū)，政府補助建設大型沼氣池，消化農業(yè)廢棄物的同時，沼液和沼渣可以替代化肥，減少蔬菜地肥料投入成本。蔬菜秸稈豐富的縣區(qū)大力發(fā)展食用菌產業(yè)，包括栽培和菌棒生產企業(yè)，消化大量蔬菜秸稈，并鼓勵建設相應產能的有機肥生產廠家，減少菌糠露天堆放，改良土壤，提高土壤肥力，促進農業(yè)生產。

4.2 強化新技術引進，探索秸稈高值化利用路徑

秸稈高值化利用是農業(yè)秸稈增值的重要途徑，主要包括秸稈人造板材、復合材料、清潔制漿、木糖醇、精細化學品、可降解包裝材料、墻體材料、盆缽、造紙和編織等[20]。利用秸稈為原料生產綠色能源、材料，是能源與化工產業(yè)的發(fā)展方向，通過技術革新，提升秸稈高值利用率，增加秸稈附加值，是促進中國秸稈高值化利用的重要基礎保障[21]。

4.3 建立有效的扶持政策

作物秸稈直接還田因還田深度和秸稈腐解慢等問題推行受阻，直接還田區(qū)需配套扶持深耕作業(yè)補助；大力扶持秸稈綜合利用企業(yè)或合作社，推行循環(huán)農業(yè)的農作物秸稈資源化利用模式，包括秸稈養(yǎng)殖與能源循環(huán)型農業(yè)模式、秸稈制炭循環(huán)型農業(yè)模式、秸稈沼氣循環(huán)型農業(yè)模式、秸稈食用菌循環(huán)型農業(yè)模式和秸稈生物反應堆循環(huán)型農業(yè)模式[22]，因地制宜地制定適合本區(qū)域秸稈綜合利用的惠民政策，推廣秸稈綜合循環(huán)利用模式，提高秸稈綜合利用的經濟、社會和生態(tài)效益。