我國農(nóng)作物秸稈資源的生產(chǎn)與分布

我國農(nóng)作物秸稈資源的生產(chǎn)與分布

懷河流域的污染、蝗蟲焚燒、交通延誤和高速公路關(guān)閉引起了人們對作物和能源利用的高度重視。作物秸稈作為農(nóng)業(yè)重要的副產(chǎn)品,既是農(nóng)業(yè)及下游產(chǎn)業(yè)的重要資源,又有成為農(nóng)村生態(tài)環(huán)境污染源的可能。它在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中扮演主體和客體雙重角色。在種植業(yè)生產(chǎn)過程中作為重要的農(nóng)副產(chǎn)品;在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中,既是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成,又是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能流物流的重要環(huán)節(jié);在農(nóng)業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)中,它是農(nóng)業(yè)下游產(chǎn)業(yè)的重要物質(zhì)資源。但隨著農(nóng)業(yè)科技水平的不斷提高,農(nóng)業(yè)迅猛發(fā)展,作物秸稈從品種和產(chǎn)量上發(fā)生質(zhì)的變化,而秸稈利用技術(shù)滯后,過剩秸稈正在成為農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境中的非點(diǎn)源污染源。長期以來,把作物秸稈界定為農(nóng)業(yè)附屬產(chǎn)品,導(dǎo)致對作物秸稈資源研究存在一定的局限性,主要表現(xiàn)在對作物秸稈資源估算的不全面性。從畜牧業(yè)家畜利用方面的估算或缺了家畜不可利用部分;而生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面的估算只是從特殊環(huán)境污染現(xiàn)象分析,同樣缺乏對作物秸稈類型的全面性,并有局部放大的可能。本文試圖從資源的角度對我國作物秸稈進(jìn)行全面的估算,分析我國作物秸稈的發(fā)展趨勢、分布格局和類型特征,從資源的角度剖析我國作物秸稈資源利用中存在的問題。1農(nóng)作物秸稈資源總量測算結(jié)果中國作為世界糧食、油料、棉花生產(chǎn)大國,作物秸稈資源相當(dāng)豐富。農(nóng)作物秸稈主要包括糧食作物(包括水稻、小麥、玉米、谷子、高梁、大豆、豌豆、蠶豆、紅薯、土豆等)、油料作物(包括花生、油菜、胡麻、芝麻、向日葵等)、棉花、麻類(包括黃紅麻、苧麻、大麻、亞麻等)和糖料作物(主要包括甘蔗和甜菜)等五大類(表1)。我國作物秸稈資源總量估算從不同利用角度有不同方法和結(jié)果。郭雙庭從秸稈畜牧業(yè)利用方面估算我國作物秸稈的總量為57520×104t;張寶文在有關(guān)秸稈焚燒與綜合利用的文章中估算中國每年農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量達(dá)到65000×104t;王秋華從秸稈資源還田的角度估算作物秸稈產(chǎn)量為59930×104t;段佐亮、陳同斌等從秸稈焚燒甲烷、二氧化碳排放方面估算我國作物秸稈為68430×104t;鐘華平在對農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物利用與政策研究中對1994年我國秸稈資源總量估算為68470×104t。上述估算以不同角度對不同時期的秸稈總量的估算,基本反映了我國作物秸稈的生產(chǎn)水平,但仍存在作物秸稈總量測算的不確定性。建立一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和方法是掌握我國作物秸稈資源總量動態(tài)發(fā)展的關(guān)鍵。農(nóng)作物秸稈經(jīng)濟(jì)指數(shù)方法為。ms=∑i=1nbici(1)ms=∑i=1nbici(1)式中:ms為作物秸稈總量,i為某作物品種,bi為i種作物的秸稈經(jīng)濟(jì)指數(shù),ci為i種作物產(chǎn)量。根據(jù)我國主要農(nóng)作物秸稈經(jīng)濟(jì)指數(shù),對各省區(qū)1998年農(nóng)作物秸稈進(jìn)行估算(表2),全國作物秸稈總量達(dá)到79454.4×104t,其中糧食作物占89.9%,油料作物占7.1%,棉花作物占1.7%,糖料作物占1.2%,麻類作物占0.1%(表3)。2作物秸稈總量及產(chǎn)量通過對自1949年以來我國各類作物秸稈資源的估算和50a來各類作物秸稈動態(tài)分析表明:我國作物秸稈資源主要為糧食作物秸稈,占秸稈總量的89.9%。作物秸稈總量的動態(tài)變化與糧食作物秸稈的變化趨勢保持一致。通過回歸分析,中國作物秸稈總量和糧食作物秸稈的動態(tài)呈線性化增長趨勢,它們的方程分別是:y=1251.2x-2419700,R2=0.9352和y=1100.3x-2127000,R2=0.9458(圖1)。從某種意義上說,我國的作物秸稈總量和糧食作物秸稈平均每年以1251.2×104t和1100.3×104t的速度穩(wěn)步增長。預(yù)計(jì)2010年我國作物秸稈資源將達(dá)到87500×104t。其它經(jīng)濟(jì)類作物秸稈動態(tài)呈波動式發(fā)展趨勢。其中油料和糖料作物秸稈在20世紀(jì)80年代以后呈線性穩(wěn)步增長,分別達(dá)到年產(chǎn)秸稈6000×104t和900×104t。棉花作物秸稈產(chǎn)量從解放初期的700×104t的水平,到20世紀(jì)70年代7000×104t和20世紀(jì)90年代13000×104t的水平經(jīng)歷了二個臺階的飛躍發(fā)展,尤其是在80年代初期,隨著農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整和棉花種植技術(shù)的提高,棉花作物秸稈得到了迅速發(fā)展。而麻類作物受農(nóng)村經(jīng)濟(jì)改革和市場經(jīng)濟(jì)的影響,麻類作物秸稈生產(chǎn)在1985年達(dá)到了其最高產(chǎn)量750×104t,隨后麻類作物秸稈生產(chǎn)在不斷萎縮,近年僅有80×104t的水平。3作物秸稈相對重要的分布和種植結(jié)構(gòu)作物秸稈的分布格局與農(nóng)作物的分布相一致。我國作物秸稈主要分布于東部農(nóng)區(qū),從東北平原、華北平原、到江南和西南各省是我國作物秸稈的主要分布區(qū),其中黑龍江、河北、河南、山東、江蘇和四川6省是我國作物秸稈的集中分布區(qū),它們的秸稈產(chǎn)量分別超過4000×104t。就類型分配而言,糧食作物秸稈為71433.7×104t,占總量的89.9%,油料作物秸稈為5608.5×104t,占7.1%,棉花秸稈為1350.3×104t,占1.7%,糖料作物秸稈為979.0×104t,占1.2%,麻類作物秸稈為82.9×104t,占0.1%(表3)。由于不同地區(qū)氣候條件、社會文化、傳統(tǒng)習(xí)慣的不同,各地區(qū)的作物秸稈結(jié)構(gòu)組成有所不同。在地處熱帶、亞熱帶的江南,大米是當(dāng)?shù)厝罕妭鹘y(tǒng)飲食的主要食品,水稻成為該地區(qū)最重要的作物品種;地處溫帶的我國北方地區(qū),小麥、玉米是當(dāng)?shù)胤N植的主要作物;而位于高寒地區(qū)的西藏,藏族群眾習(xí)慣于以青稞酒、藏粑為主的藏族飲食文化,形成了西藏特有的以青稞為主的種植結(jié)構(gòu)。不同的種植結(jié)構(gòu),帶來各地區(qū)之間作物秸稈品種和類型結(jié)構(gòu)的差異。東北地區(qū)(黑龍江)以玉米和大豆為主,占67.01%;在華北(河北)以玉米稈和麥稈為主,占77.25%;在華東(江蘇)以稻草和麥稈為主,占68.41%;在華南(廣東)以稻草和甘蔗為主,占75.61%,在西北(新疆)以玉米稈、麥稈和棉花為主,占82.97%(表4)。4中國作物桿資源的利用4.1作物秸稈覆蓋方式我國作物秸稈年產(chǎn)量79454.4×104t,相當(dāng)每年工業(yè)固體廢物的排放水平。每年如此大量的秸稈生產(chǎn),能在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境中能及時處理,不致造成嚴(yán)重的堆積,有其特殊的消化方式。主要利用途徑有:(1)用作燃料:主要有稻草、棉花稈、玉米稈、高梁稈、黃豆稈、油菜稈、葵花稈等。(2)用作飼料:主要有麥稈、玉米稈、蠶豆稈、紅薯藤、花生藤、瓜藤、瓜葉等。(3)用作肥料:一是直接還田;二是將秸稈燃燒后的草木灰還田;三是用作牲畜墊圈與畜禽糞便一起堆漚發(fā)酵后還田。主要有稻草、麥稈、玉米等。(4)用作工業(yè)原料:麥稈、稻草、麻稈等用于造紙、建筑等,以及手工紡織材料。有關(guān)作物秸稈利用狀況有許多報道。宋蕺苞認(rèn)為我國50%的秸稈用為燃料或在田頭焚燒,28.44%用于家畜墊圈,15.02%用于直接還田;段佐亮認(rèn)為我國農(nóng)作物秸稈燃燒主要是作為燃料補(bǔ)充農(nóng)村能源的不足,這部分占秸稈總量的45%~47%,作為燒荒形式燃燒的農(nóng)作物秸稈約占總量的15%,達(dá)到60%以上;王秋華認(rèn)為全國平均約有20%~30%的作物秸稈直接還田,有30%用于飼料過腹還田,其余30%則焚燒。根據(jù)典型調(diào)查分析,我國作物秸稈在4種利用方式上的分配大體是:燃料40%~50%,飼料25%~35%,肥料15%~20%,工業(yè)原料1%~5%。每年有90%以上作物秸稈資源通過不同的利用途徑而轉(zhuǎn)化成其他的形式,逐步被分解,而每年滯留環(huán)境中的作物秸稈約為5%~9%。4.2加強(qiáng)作物秸稈加工技術(shù)研究和推廣我國作物秸稈資源雖有79454.4×104t,但人均擁有量僅600kg左右。而我國作物秸稈尚處于松散的利用狀態(tài),甚至部分地區(qū)由于秸稈利用技術(shù)不完善,有時來不及利用和處理,出現(xiàn)暫時的過剩而被就地焚燒,造成作物秸稈資源的大量浪費(fèi)和對生態(tài)環(huán)境帶來污染。為了充分高效利用我國作物秸稈資源,應(yīng)圍繞生態(tài)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)二個基本點(diǎn),調(diào)整作物秸稈的利用結(jié)構(gòu),加大作物秸稈利用技術(shù)的研究和推廣,擴(kuò)大秸稈利用渠道,促進(jìn)我國作物秸稈資源的有效利用。(1)加速農(nóng)村能源建設(shè),用新的能源來替代作物秸稈,盡量減少作物秸稈燃燒利用量。同時應(yīng)加強(qiáng)節(jié)能灶的研究和推廣,提高作物秸稈的能效。加快作物秸稈生物質(zhì)能加工利用技術(shù)的研究和推廣。如作物秸稈的氣化技術(shù),開展作物秸稈氣化氣的開發(fā)和利用;開展作物秸稈燃料加工技術(shù)的研究,如作物秸稈燃料塊和成型炭塊的加工技術(shù),促進(jìn)作物秸稈生物質(zhì)能向商品化發(fā)展。(2)加快作物秸稈資源有機(jī)還田技術(shù)的研究和推廣,結(jié)合農(nóng)業(yè)機(jī)械化大力推廣作物秸稈直接還田技術(shù)和覆蓋免耕技術(shù),制定作物秸稈還田的技術(shù)規(guī)程,避免過量還田的浪費(fèi),以及還田不當(dāng)帶來的環(huán)境負(fù)作用。加快作物秸稈與化肥配合施肥技術(shù)的研究和推廣,提高作物秸稈還田效率,降低化肥過量使用帶來的環(huán)境污染。開展作秸稈肥料工業(yè)化的研究。(3)在作物秸稈飼料開發(fā)技術(shù)方面應(yīng)積極推廣現(xiàn)有成熟的一些技術(shù),如秸稈氨化技術(shù)、堿化技術(shù)、微生物發(fā)酵技術(shù)、青貯技術(shù)等;同時,加強(qiáng)作物秸稈飼料化新技術(shù)的研究,如EM技術(shù)、膨化飼料技術(shù)和復(fù)合化學(xué)處理壓塊技術(shù),加快秸稈向飼料工業(yè)化發(fā)展。(4)大力加強(qiáng)作物秸稈綜合利用技術(shù)的研究和推廣,運(yùn)用秸稈作無土栽培原料,發(fā)展秸稈的多層次利用,推廣秸稈粉碎栽培食用菌,菌渣喂豬,豬糞發(fā)酵產(chǎn)沼氣,沼渣沼液肥田技術(shù),形成作物秸稈的多層次利用。(5)加強(qiáng)作物秸稈造紙的后處理技術(shù)的研究。作物秸稈制漿造紙是我國利用秸稈資源的一項(xiàng)較為成熟的技術(shù),但制漿后的黑液對環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染,對制漿后的廢水處理技術(shù)應(yīng)加速研究。如利用制漿后的糖礦漿處理作物秸稈作粗飼料,可以提高秸稈的營養(yǎng)成分和適口性。(6)秸稈發(fā)酵生產(chǎn)沼氣是充分利用秸稈資源的重要