湖南省植物纖維性農業廢棄物資源綜合利用現狀及對策

齊 慧，武小芬，陳 亮，鄧 明，王克勤

（1.湖南省農業科學院核農學與航天育種研究所，湖南 長沙 410125；2.湖南省農業生物輻照工程技術研究中心，湖南 長沙 410125；3.生物輻照技術湖南省工程研究中心，湖南 長沙 410125）

湖南省植物纖維性農業廢棄物資源綜合利用現狀及對策

齊 慧1,2,3，武小芬1,2,3，陳 亮1,2,3，鄧 明1,2,3，王克勤1,2,3

（1.湖南省農業科學院核農學與航天育種研究所，湖南 長沙 410125；2.湖南省農業生物輻照工程技術研究中心，湖南 長沙 410125；3.生物輻照技術湖南省工程研究中心，湖南 長沙 410125）

對湖南省植物纖維性農業廢棄物的資源現狀、利用現狀（肥料化利用、能源化利用、飼料化利用和原料化利用等）進行闡述，存在的主要問題有秸稈數量巨大，宣傳及政策扶持力度不夠，產業化程度低，利用技術需要進一步完善等。針對這些問題，提出加大宣傳力度，提升農戶的環保意識，加強政策扶持，完善農村基礎設施建設，強化技術研發，推廣高效農業發展模式等促進植物纖維性農業廢棄物資源綜合利用的對策。

植物纖維性農業廢棄物；綜合利用；現狀

植物纖維性農業廢棄物是指含有豐富纖維素可再生和再利用的廢棄物，主要包括農作物秸稈，如水稻秸稈、玉米秸稈、油菜秸稈等；農產品加工的副產物，如谷殼、蔗渣、棉籽殼等[1]。這類資源質輕、密度小、體積大，地域性和季節性明顯，難以集中收集和高效利用。因此，目前對于此類資源多采用堆放、焚燒處理，這不僅造成資源浪費，還嚴重污染環境。湖南省作為農業大省，此類資源十分豐富，如何高效利用此類資源，是實現湖南省農業、農村可持續發展的關鍵所在。

1 湖南省植物纖維性農業廢棄物資源現狀

湖南省幅員遼闊、物產豐富，是著名的“漁米之鄉”。近 10 a 來，全省年平均農作物播種總面積及糧食作物播種面積分別在 800 萬 hm2和 490 萬 hm2以上，兩者的變化趨勢大致相同，除了2008年有所下降之外，其余各年份之間均呈現上升的趨勢，詳見圖1。

圖1 湖南省 2004～2014 年農作物播種總面積及糧食作物播種面積匯總圖

湖南省種植的主要糧食作物包括水稻、油菜、玉米、棉花等，其中水稻產量多年居全國之首，由此產生的全省各類農作物秸稈約 4 020 萬 t。除了主要農作物秸稈之外，農產品初級加工副產物稻殼、玉米芯、蔗渣等數量也相當可觀，連續 5 a分別保持在 676 萬、42 萬、18 萬 t左右，而且它們的開發潛力巨大，可用作功能成分的提取、生物活性炭的制備、生物質能及生物基化學品的生產原料等。數量如此巨大的植物纖維性農業廢棄物資源，急需被合理規劃、高效利用，以避免資源浪費、減輕對環境嚴重危害。表1為近 5 a來湖南省主要作物種植面積、產量及秸稈量。

表1 湖南省 2010～2014 年主要農作物種植面積及秸稈產量

2 湖南省植物纖維性農業廢棄物資源利用現狀

隨著環境污染和化石能源緊缺等問題日趨嚴重，農業植物纖維性廢棄物資源的綜合利用受到各級政府的高度重視，并出臺了一系列相關政策[2-3]。近些年來，湖南省在該類資源綜合利用方面也取得了一定的成績，但是違規焚燒現象（特別是秸稈焚燒）仍然屢禁不止，導致其綜合利用效率不高，并帶來了嚴重的環境污染問題。如何高效合理利用植物纖維性農業廢棄物資源，真正實現“變廢為寶”，對緩解能源壓力、保護生態環境、實現農業及農村的可持續發展具有重要的意義[4]。目前主要的利用形式包括肥料化利用、能源化利用、飼料化利用等。

2.1 肥料化利用

據統計，2014 年湖南省農業化肥使用總量達 247.8萬 t（純量折算），其中氮、磷、鉀及復合肥所占比例分 別 占 48.92%、23.24%、10.24% 和 17.59%（ 圖 2）；單位面積化肥施用量達 292.65 kg/hm2，已經遠超發達國家設置的安全標準 225 kg/hm2[5]。化肥的大量使用，短期內的確能促進作物的生長發育，帶來高產；但從長遠來看，將會帶來一系列的問題，如破壞環境、影響農產品品質、增大農民經濟負擔等。研究表明，化肥的過度施用，導致洞庭湖水體富營養化，對下游漁業造成的年平均損失 10萬元以上 ；對飲用水源造成的年均損失為1億元；重金屬污染造成的年均損失為4 000 萬元[6]。

圖2 2014 年湖南省化肥使用情況

植物纖維性農業廢棄物本身就是一種肥料，其中包含很多有機質以及氮、磷、鉀、鈣等營養元素，可將其還田，促進土壤中的生物質循環，改善土壤的透氣性、透水性，從而達到增強土壤肥力、有效緩解土壤板結等問題[7]。目前農作物秸稈還田的方式有多種，主要分為兩大類，即直接還田和間接還田，兩種方式均有其優缺點，（表 2）[8-9]。2011 年林中等[10]對湖南省部分地區農作物秸稈的主要用途及還田方式進行了調查研究，結果顯示湖南省稻草等農作物秸稈50% 以上用于還田，其中中方地區達 90% ；秸稈還田的方式主要以焚燒還田為主，其中長沙、安鄉、瀏陽的焚燒還田的秸稈量分別占各自還田總量的 84.21%、88.33%、95.00% ；另外還有整秸覆蓋、斷秸覆蓋、堆漚還田等還田方式，其中漣源、沅江地區整秸覆蓋的比例為 33.33% 和 26.67%，麻陽地區的段秸覆蓋的秸稈比例達 80.00%，中方地區的秸稈主要用作堆漚還田，其所占比例達 81.25%。目前的秸稈還田技術具有一個共同的瓶頸問題，就是怎樣減少秸稈還田的二次污染。綜上，湖南省秸稈還田的利用率不低，但是由于土壤重金屬污染嚴重，秸稈直接還田會帶來二次污染的問題，怎樣實現秸稈高效還田且減少二次污染是今后研究的重點和難點。

表2 秸稈還田技術及其優缺點

2.2 能源化利用

隨著石化能源的枯竭和環境污染問題日趨嚴重，開發清潔的可再生能源已經成為解決我國環境和能源危機的一條重要途徑。農作物秸稈作為僅次于煤炭、石油和天然氣的第四大能源，其蘊含豐富的能量[11]，其能源化利用的方式主要有以下5種，且每種方式都有自己的優缺點（表 3）。具體選擇何種利用方式需要結合當地的原料狀況、投入狀況等進行合理規劃，以實現利用的合理化、高效化。

表3 5種生物質能源化利用技術的優缺點

表3中5種生物質能源化利用方式在湖南省均有一定程度的應用。（1）直接燃燒，湖南省采用直接燃燒方式利用秸稈能量的比例僅占 10%，且多存在于偏遠地區。（2）制備固體成型燃料，湖南省已有多家生物質成型燃料公司，如 2012 年湖南給力生物能源股份有限公司啟動的年產 100萬 t生物質成型燃料項目，目前已經完成環洞庭湖項目總部及周邊20余個縣市布點建廠規劃工作，并開始生產生物質成型燃料[22]。（3）生物質發電，目前湖南省已建7座秸稈生物質發電廠，另有12座生物質電廠核準在建；已投入運營的電廠，消耗的主要燃料為秸稈、稻殼以及樹皮、邊角料等農林廢棄物，每個電廠每年平均可消耗秸稈20多萬噸。（4）沼氣制備，近年來，湖南省推廣了秸稈型戶用沼氣池 25 000 個，秸稈型和秸稈糞便混合型聯戶沼氣工程 2 000 處，受益農戶 5 萬戶以上。（5）生產生物質能源物質，據不完全統計，目前湖南省利用生物質生產燃料乙醇或生物柴油等產品的企業有7家，如湖南龍山縣金山實業有限責任公司，其主要產品為燃料乙醇；湖南中和能源有限公司，其主要產品為生物柴油等。

2.3 飼料化利用

秸稈飼料化利用是將秸稈等植物纖維性農業廢棄物用于牲畜飼養的一種利用模式，通過對秸稈進行一定處理，改變秸稈的物理化學性狀，改善原料適口性和營養價值，提高單位重量飼料的利用率[23]。當前，農作物秸稈制備飼料的方法有物理法和化學法，常見的化學加工技術包括青貯、黃貯、微貯、氨化、鹽化、糖化、堿化等[2，24]。但目前我國應用化學法制備秸稈飼料的普及程度不高，工業集約化水平較落后，且化學法制備秸稈飼料還存在諸多弊端，如氨化處理生產成本較高，易帶來環境污染問題；青貯易引起飼料的腐敗變質，引起惡臭等[25]。 據調查湖南省漣源、中方地區的秸稈多用于秸稈飼料化，以物理法利用為主。整體而言，湖南省秸稈飼料化利用率不高，但隨著環保意識的提升、秸稈利用技術的改進及各級政府的重視，湖南省秸稈飼料化利用也在逐步加強，發展前景較好。

3 湖南省植物纖維性農業廢棄物資源綜合利用存在的問題

3.1 秸稈數量巨大，回收、貯藏、運輸困難

農作物秸稈數量巨大，具有季節性、地域性、分散性、比容大等特點，收購程序復雜、費工費時、堆放儲運困難，而且現在農村勞動力資源緊缺，對農民而言賣秸稈的收益吸引力不強，這是全國農業廢棄物資源化利用面臨的共同的阻礙[26]。

3.2 宣傳及政策扶持力度不夠，全民意識有待提高

目前，湖南省對植物纖維性農業廢棄物資源化高效利用的宣傳力度及政策扶持力度均不夠，諸多資源化利用需要的一次性投入很大，單靠農戶們自己的資金還遠遠不夠；加之農業廢棄物資源化利用的過程比較繁瑣，農戶的環保意識還有待提高，導致大部分植物纖維性農業廢棄物被直接燃燒，而且屢禁不止，造成大量的資源浪費和嚴重的環境污染。

3.3 產業化程度低，利用率不高

雖然目前湖南省植物纖維性農業廢棄物的利用途徑已經較全面，但是最主要的利用途徑還是比較傳統，如秸稈還田等，而且大多停留在單個農戶的利用，距離產業化還有很長一段距離；由于利用途徑的傳統性，因此利用率也不是很高。

3.4 利用技術需要進一步完善

植物纖維性農業廢棄物綜合利用在技術上仍存在一定問題，需要進一步完善。如秸稈肥料化還田，可能造成土壤重金屬二次污染和引入病蟲害，將增加農作物病害發生率[27]；秸稈發電，特別是稻、麥秸稈發電，主要障礙是灰分元素多，容易造成熔點下降和鍋爐結焦和堵塞[28]。綜合利用技術不完善，阻礙了植物纖維性農業廢棄物的綜合利用。

4 湖南省植物纖維性農業廢棄物資源綜合利用對策

4.1 加大宣傳力度，提升農戶的環保意識

要加大宣傳力度，使得廣大農戶真正意識到植物纖維性農業廢棄物焚燒帶來的危害，以及了解此類資源的其他重要用途和經濟價值，讓其綜合利用變成人民群眾的自覺行為，這樣才能從根本上解決秸稈焚燒帶來的環境污染問題。

4.2 加強政策扶持，完善農村基礎設施建設

植物纖維性農業廢棄物的綜合利用依賴于一定的基礎設施，如制備沼氣，需要建造沼氣池、管道設施等及相應的管理和維護措施；腐熟、堆漚還田技術，需要腐熟、堆漚的場所以及技術支撐；生物質發電及生產能源物質等都需要特定的大型設備，以及經過培訓的操作、管理人員等。這些都離不開國家政策的扶持和資金投入，單憑農戶的力量難以實現，因此需要加大國家政策的支持力度。結合湖南省自身的農業發展特色和地域特點，應該在全省范圍內大力推廣沼氣技術、秸稈無害化還田技術等，以實現植物纖維性農業廢棄物的循環高效利用。

4.3 強化技術研發，推廣高效農業發展模式

植物纖維性農業廢棄物資源的綜合利用，需要大量的技術支撐，如生產生物柴油時提升燃油的得率和純度提升技術、減輕秸稈還田的重金屬二次污染的方法技術、有機肥料肥力及農業廢棄物飼料的消化率提升技術等，均需要全面深入地研究，從而保證植物纖維性農業廢棄物資源的綜合、高效利用。因此，湖南省應積極學習其他省、市的高效農業發展模式，并結合湖南省自身的地域和發展特點，實現農業可持續發展。

5 展 望

湖南省植物纖維性農業廢棄物資源十分豐富，若得到高效利用，其就是巨大的寶藏，反之其將成為湖南省乃至全國農村及農業可持續發展的最大障礙。這就需要結合各地的地域特征、農村發展形勢及優勢，制定出相對合理、高效的利用方案，并通過適當的技術手段將植物纖維性農業廢棄物有效利用起來，形成一套可推廣的發展模式，實現以生態農業為載體的綜合循環，既改善生態環境，又減少農業生產對化肥、農藥的依賴，最終生產出綠色農產品，早日實現農業、農村的可持續發展。

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（責任編輯：朱 蓓）

The Current Situation and Countermeasure of Comprehensive Utilization of Fibrous Agricultural Waste Resources Plant in Hunan

QI Hui1,2,3，WU Xiao-fen1,2,3，CHEN Liang1,2,3，DENG Ming1,2,3，WANG Ke-qin1,2,3
（1.Institute of Nuclear Agricultural Science and Space Breeding, Hunan Academy of Agriculture Sciences, Changsha 410125, PRC; 2. Hunan Province Engineering Technology Research Center of Agricultural Biological Irradiation, Changsha 410125, PRC; 3. Hunan Province Biological Irradiation Technology Engineering Research Center, Changsha 410125, PRC）

In this paper, the status of resources and utilization of plant fi ber agricultural wastes in Hunan Province, including fertilizer utilization, energy utilization and feed utilizationwere described.The main problems were the huge number of straw, lack of advocacy and policy support, low degree of industrialization, the use of technology needs to be further improved. To solve these problems, the author put forward to strengthen the publicity, improve farmers’ awareness of environmental protection, strengthen policy support, improve the rural infrastructure construction, strengthen the technical research and development, promote effi cient agricultural development mode to boost the comprehensive utilization of agricultural waste resources fi brous plants.

fi brous agricultural waste plant, comprehensive utilization, current situation

S-1

A

1006-060X（2017）03-0050-04

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.003.015

2016-12-20

湖南省農業生物輻照工程技術研究中心科學基金開放項目（2016KF001）；湖南省農業科學院科技創新團隊項目（2014TD03）

齊 慧 (1988-)，女，安徽安慶市人，研究實習員，主要從農業廢棄物的利用。

王克勤