莫負濤，王汝富，李智燕，張萬祥，王 延，張 潔

(甘肅省草原技術推廣總站，蘭州 730010)

甘肅地處黃河中上游，位于黃土高原、青藏高原和內蒙古高原三大高原的交匯地帶，地理環(huán)境復雜多樣，山脈縱橫交錯，海拔相差懸殊，其氣候特點多以干旱半干旱為主。農業(yè)資源總量豐富，但水土資源不匹配，由于特殊的地理區(qū)位和環(huán)境條件及在長期發(fā)展中形成的文化特色，農業(yè)發(fā)展和“三農問題”的消解在全省經濟與社會發(fā)展中占據(jù)著十分重要的地位。

秸稈作為農作物收獲后剩余的重要生物資源，富含C、N、P、K、微量元素等營養(yǎng)成分[1]，用則利，棄則害。近年來，隨著農業(yè)結構的不斷改革，甘肅省農業(yè)產業(yè)迅猛發(fā)展，農作物秸稈產量快速增加。據(jù)統(tǒng)計，2017年全省農作物秸稈產量為1 040.03×104t，受不同生產條件下草谷比及留茬高度等因素影響，秸稈可收集資源量為923.62×104t[2]。由于農業(yè)科技不斷進步和農村經濟發(fā)展，農民生活水平逐步改善，廣大農村居民對農作物秸稈的利用程度明顯下降，導致農作物秸稈區(qū)域性過剩現(xiàn)象日益普遍，綜合利用進步緩慢，利用方式、渠道單一，資源稟賦得不到體現(xiàn)，使本來豐富的“再生資源”變成了面廣量大的“污染源”。中央和國家部委十分重視秸稈資源化利用，分別從政策、法律、技術試點示范等多方面多角度進行鼓勵引導和安排部署，秸稈綜合利用技術也擴展到“肥料化、飼料化、基料化、燃料化、原料化”五大類幾十種技術途徑；研究表明，我國農作物秸稈五料化利用占比順序為肥料化(47.20%)>飼料化(17.99%)>基料化(11.79%)>原料化(2.47%)>燃料化(2.23%)[2]，利用格局仍然以農用為主。

我國學者對于秸稈綜合利用方面的研究大多集中在三江平原以及華北平原等農業(yè)主產區(qū)[3-4]，針對我國主要農作物秸稈資源產生量、秸稈焚燒污染排放、國內外秸稈利用先進技術途徑等方面已有較多研究[5-7]，內容涉及秸稈直接還田及循環(huán)利用等諸多方面，也提出了一些建議及經驗借鑒。但由于我國地大物博，不同地區(qū)氣候條件、種植制度、生產生活方式、經濟發(fā)展狀況等存在較大差異，秸稈綜合利用方式也應因地制宜，對此研究報道較少。甘肅作為西部省區(qū)氣候干燥、荒漠化區(qū)域面積大、植物資源量相對較少，年均秸稈產量約占全國秸稈總產量1.29%[8]。結合實際客觀分析當?shù)刈魑锝斩挳a量及利用現(xiàn)狀，對于發(fā)展循環(huán)農業(yè)，科學利用秸稈資源具有重要意義?；诖耍疚囊越?0年甘肅省大宗農作物秸稈資源的調查統(tǒng)計為基礎，在分析農作物秸稈產生情況及資源化利用現(xiàn)狀的前提下，剖析了目前秸稈綜合利用存在的困境，并提出發(fā)展建議，以期為我省農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、實現(xiàn)秸稈資源化利用提供相應的理論支撐。

1 甘肅省主要秸稈資源現(xiàn)狀分析

1.1 數(shù)據(jù)來源與測算方法

本研究以甘肅省大宗作物小麥、玉米、馬鈴薯、大豆、油菜為主，根據(jù)2007—2017年《甘肅省統(tǒng)計年鑒》中本省近10年農作物種植面積、產量及谷草比來計算作物秸稈資源總量。作物谷草比主要參考農業(yè)農村部科技教育司《關于更新農作物草谷比和可收集系數(shù)的函》；根據(jù)不同年份農作物產量數(shù)據(jù)，結合最新草谷比系數(shù)以及現(xiàn)有文獻[9]，對近10年秸稈產生量及可收集量進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，計算模型為：

式中：St為秸稈可收集總產量；Ci為第i種作物總產量；Ri為第i種作物的谷草比；ηi為第i種作物秸稈可收集利用系數(shù)。

1.2 近10年甘肅省主要作物種植面積及秸稈資源量分布

2007—2017年，甘肅省主要農作物(小麥、玉米、馬鈴薯、大豆、油菜)的總量呈逐年上升趨勢，年均增長率約50.55%。據(jù)統(tǒng)計，2017年全省秸稈產量為1 040.03×104t，其中玉米秸稈總量約513.43×104t，小麥秸稈總量約329.1×104t，大豆秸稈總量約65.74×104t，占甘肅省秸稈總量的87%以上。5種主要農作物種植面積依次為玉米>小麥>馬鈴薯>油菜>大豆(圖1)。在農業(yè)產業(yè)結構調整的背景下，小麥種植面積呈穩(wěn)中下降態(tài)勢，而玉米、油菜等飼料及經濟作物種植面積顯著提升。主要農作物秸稈總產出量保持在1×107t左右。

如圖2所示，近10年甘肅省主要農作物秸稈產量呈波動式上升趨勢，其變化與玉米產量的增減趨勢一致，而小麥播種面積穩(wěn)中有降，因此甘肅省秸稈的產生主要以玉米、小麥等大宗糧食作物為主，秸稈總產量受玉米、小麥影響較大。近年來隨著機械化程度和農業(yè)生產力水平的提升，作物產量和秸稈產量均有所增加。以5年為1個時間節(jié)點，大豆產量表現(xiàn)平穩(wěn)，小麥產量、玉米產量的平均增長率分別約為4.5%和72.3%；秸稈產量的平均增長率約32%；油菜、馬鈴薯產量分別增加18.7%和13.6%左右。

由于受地理區(qū)位、氣候條件、植物資源量等客觀條件的限制，10年間甘肅省主要農作物秸稈資源的主要構成沒有產生大幅度改變(圖3)，小麥秸稈穩(wěn)中有降，而玉米秸稈產量逐年增加，2014年開始，小麥和玉米秸稈占比趨于穩(wěn)定；2017年，兩種作物秸稈產量占主要農作物秸稈總量的84.5%。

1.3 主要農作物秸稈資源利用現(xiàn)狀及主要途徑

自2011年以來，國家發(fā)改委、農業(yè)部、財政部、環(huán)境保護等部門出臺了一系列關于禁止秸稈焚燒、推進農作物秸稈綜合利用的方案政策。為貫徹落實中央及部委要求，甘肅省農業(yè)農村廳積極研究制定了《2019年甘肅省秸稈綜合利用試點實施方案》，對甘肅省農作物秸稈綜合利用和禁燒等工作進行了具體部署。隨著秸稈綜合利用工作的不斷推進，借鑒一些先進成熟的實用技術和經驗[11-12]，經過多年努力和多方配合，甘肅省農作物秸稈在秸稈飼料化利用、能源燃料、基料化利用等方面也取得了較大進步。

據(jù)統(tǒng)計(表1)，2017年全省農作物秸稈產生總量為1040.03×104t，小麥、玉米、油菜、大豆、馬鈴薯秸稈產生量分別占秸稈總量的31.64%，49.37%，5.18%，6.32%和4.25%；五大作物秸稈占比達到96.77%，是全省秸稈的主要來源。全省秸稈可收集量約為 923.62×104t，秸稈“五料化”利用總量達到829.79×104t，秸稈綜合利用率達到89.84%，其中秸稈肥料化、飼料化、燃料化、基料化、原料化利用率分別為12.49%，64.31%，10.27%，7.40%，5.52%，已經形成了以飼料化利用為主、肥料化為輔的綜合利用格局[13]。

表1 2017年全省主要農作物秸稈資源利用途徑及綜合利用率

2 秸稈資源評估研究存在的主要問題

2.1 秸稈概念不明確

經查閱文獻發(fā)現(xiàn)，針對“作物秸稈”不同學者在各個方面均有較多研究，但最終秸稈資源評估結果尚不能統(tǒng)一[14-16]，雖然都稱之為“作物秸稈”，但涵蓋范圍差別較大，多數(shù)研究以大田作物的“田間秸稈”作為某一地區(qū)秸稈資源，沒有將稻殼、玉米芯等作物加工副產物包括在內；有的研究對象中只統(tǒng)計了部分大田作物，當然，對作物秸稈產量的評估不一定要囊括所有作物，但至少其結果報道要說明其研究的準確范圍；多數(shù)研究中秸稈產量均以草谷比計算，得到的只是地上部分田間秸稈。上述種種原因均可導致秸稈資源量差異。

2.2 草谷比取值不適應當前作物生產現(xiàn)狀

隨著時代的進步，根據(jù)不同時代的國家戰(zhàn)略定位對作物新品種進行人工定向選育以及栽培措施的不斷完善，作物收獲指數(shù)逐步提高，草谷比指數(shù)總體下降。例如，通過對小麥籽粒產量及矮稈性狀的長期選擇，草谷比由原來的1.37下降到1.24；玉米品種在不斷地改良中，草谷比由2.0下降到0.98，且不同文獻來源中也很難統(tǒng)一[17]。雖然作物是隨時間因品種改良而變化，但在一定時期內是一致的(應以10年為宜)[18]，從本文中秸稈產量以農業(yè)農村部科技教育司2019年更新的草谷比以及收集系數(shù)計算，其結果更為準確客觀。

2.3 產量構成及統(tǒng)計指標認識不清

秸稈產量的理論估算值為風干(含水量約15%)重。研究者首先要明確作物產量統(tǒng)計指標是風干重還是鮮重，在我國作物產量統(tǒng)計數(shù)據(jù)中，籽粒產量均以風干重計，薯類按5 kg鮮薯折1 kg糧食計算，因此，鮮重產量應以含水率換算為風干重；其次，要明確產量構成，即作物的哪一部分，糧食按脫粒后的原糧計算，棉花產量按皮棉計算。如玉米產量統(tǒng)計中不包括玉米芯，玉米以草谷比計算得到的應是田間秸稈和加工副產物之和。

3 秸稈循環(huán)利用技術模式及建議

秸稈綜合利用主要遵循資源化利用和循環(huán)利用兩個原則。立足甘肅在全國發(fā)展大局中深化鞏固脫貧攻堅成果、筑牢生態(tài)屏障等戰(zhàn)略職能定位以及國家落實碳達峰碳中和重大決策部署，發(fā)展循環(huán)農業(yè)、固碳減排，因地制宜推進秸稈資源化利用是貫徹新發(fā)展理念的必然要求，也是加強生態(tài)文明建設的重要舉措，對加快建設現(xiàn)代農業(yè)具有重要意義。當前基于循環(huán)農業(yè)發(fā)展的農作物秸稈資源化利用模式應該包含多種形式，但作為肥料回歸土地、回歸農業(yè)生產，是最符合循環(huán)農業(yè)理念的利用方式之一，秸稈肥料化利用，能夠在提高秸稈綜合利用率的同時改良土壤環(huán)境，互利共贏。本文中結合甘肅特殊的地理區(qū)位，按照不同的流程和工藝，列舉4種適宜當?shù)氐慕斩捓媚Ｊ健?/p>

3.1 秸—飼—肥種養(yǎng)結合技術模式

該模式既能拓展飼料來源，有效緩解人畜爭糧矛盾，又能有效提高土壤生產力，減少工業(yè)化肥使用，降低農業(yè)面源污染，是充分將物質和能量在動植物之間進行轉換并實現(xiàn)良好循環(huán)的有效方式。甘肅地域廣袤，自然資源貧瘠，降雨稀少，發(fā)展草地畜牧業(yè)是農作物秸稈資源化利用、帶動地區(qū)經濟發(fā)展的最主要途徑之一[19]。

3.2 秸—沼—肥能源生態(tài)技術模式

在特定的技術前提下，對秸稈進行厭氧發(fā)酵可實現(xiàn)秸稈的高效利用。研究顯示，秸稈沼氣發(fā)酵的能量利用率是其直接燃燒的1.2～1.9倍，同時經過發(fā)酵的沼液沼渣除了含有豐富的營養(yǎng)元素外，還有多種生物活性物質及微生物[20]。此外，該模式還具有提供高清潔能源、提高農民生活質量、改善居住環(huán)境以及緩解能源短缺壓力等諸多益處。

3.3 秸—菌—肥基質利用技術模式

甘肅為傳統(tǒng)農業(yè)省份，每年生產、加工農副產品產生的下腳料數(shù)量大、玉米秸稈、玉米芯、小麥秸稈、果枝等資源豐富，是生產食用菌的良好原料。隨著國家大力倡導和發(fā)展循環(huán)經濟、建設節(jié)約型社會，豐富的秸稈資源將為食用菌產業(yè)的發(fā)展提供支撐，研究表明，2015年全省食用菌產量12×104t左右，人均占有量約為4.55 kg，僅為全國人均占有量的1/6，遠低于全國水平[21]，省內市場開發(fā)的潛力巨大。

3.4 秸—炭—肥還田改土技術模式

在我國，陳溫福院士率先提出的秸稈炭化還田理念，是以秸稈等農林廢棄物為原料，通過一定的設備和工藝進行炭化，再以生物炭或炭基肥、炭基微生物制劑等產品形式作用于農田，使土壤質量改良,進一步提高生產力得以永續(xù)利用。研究顯示，秸稈等生物炭具有改土培肥、固碳減排、促長增產等諸多功效[22-27]。隨著國家“一控兩減”政策不斷加強以及工業(yè)化進程中造成的土壤養(yǎng)分流失和退化，土壤生態(tài)系統(tǒng)修復越來越得到廣泛關注，生物炭作為一種土壤改良劑作用于土壤中，在提高土壤生產力的同時還可以減少養(yǎng)分流失，顯著改善土壤條件；由于其特有的孔隙結構，可以提高土壤蓄水儲養(yǎng)的能力并可為土壤中微生物寄居提供保護。它像一個地下碳水槽，鎖住二氧化碳，可以間接為增加作物產量起到積極作用，達到改善作物品質的效果。

甘肅耕地廣袤，秸稈資源豐富；經過長期的農業(yè)發(fā)展歷程，已形成了規(guī)?；⒓s化程度相對較高的農業(yè)生產布局，有多家秸稈加工利用企業(yè)和收儲運合作社，為生物炭產業(yè)發(fā)展提供了良好的生產優(yōu)勢；早在2005年，相關學者已經開始了生物炭的基礎研究工作，經過反復探索的與實踐，已在炭化工藝參數(shù)、產品研發(fā)方向及綜合利用等產業(yè)技術方面取得了重要進展和突破，產業(yè)關鍵技術成熟?？傊拭C地區(qū)秸稈生物炭產業(yè)在資源基礎、產業(yè)技術、市場空間、政策環(huán)境等方面具有良好的發(fā)展條件、產業(yè)前景廣闊。

秸稈—土壤的“食物”，土壤，是秸稈的最終歸宿。秸稈生物炭取之于土還之于土，符合農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質循環(huán)規(guī)律，實現(xiàn)了綠色循環(huán)發(fā)展，是面向未來的、低成本的可持續(xù)發(fā)展原料，可能為戰(zhàn)略性解決甘肅農業(yè)循環(huán)發(fā)展問題提供重要技術支撐。