農作物秸稈肥料化利用現狀與發展建議
——以黑龍江省為例

郝小雨，陳苗苗

(1.黑龍江省農業科學院土壤肥料與環境資源研究所，黑龍江 哈爾濱 150086；2.河北農業大學 科學技術研究院，河北 保定 071001)

秸稈是農作物收獲籽實后的副產物，是寶貴的生物質資源[1-2]。近年來，隨著農業生產水平的不斷提高，秸稈產量也隨之快速增加。據統計，2015—2017年我國主要糧食作物秸稈年均產量為80 213萬噸，其中水稻、小麥和玉米秸稈年均產量分別為23 212萬噸、17 083萬噸和39 918萬噸，黑龍江省三大作物的秸稈產量達到8 784萬噸，占到全國總量的10.9%[3]。近年來，隨著黑龍江省城鎮化推進和農民生活水平逐步提高，農村能源結構發生改變，秸稈不再是農村傳統的燃料來源，農村對秸稈的需求量大大減少，農作物秸稈逐漸成為廢棄物。此外，秸稈收儲困難、利用成本高、規模化應用程度低等原因進一步制約了秸稈的綜合利用，區域性、季節性、結構性過剩現象問題開始出現，露天焚燒現象屢禁不止，不僅浪費資源，還污染環境[4-5]。另一方面，黑龍江省耕地長期的過度墾殖和高強度利用，過度依賴化肥，不注重養地，秸稈等有機肥類資源沒有被充分利用，土壤肥力逐年下降，耕作層變淺，犁底層變硬，表現為“土變瘦了、土變硬了、土變薄了”[6-8]。實踐證明，含有豐富礦質元素和有機質的農作物秸稈還田后改土、培肥效果顯著[9-11]，同時秸稈還田還具有較好的自然適應性和經濟效益、更輕簡的利用方式，且更匹配當前的農業產業結構，是秸稈資源化利用的現實途徑[12]。黑龍江省圍繞秸稈肥料化、飼料化、能源化、基料化及原料化的“五化”利用方式，因地制宜出臺了一系列措施進行秸稈綜合利用，其中秸稈肥料化模式是最主要的利用方式。2019年，黑龍江省秸稈還田利用量達到5 860.2萬噸，利用率達到57.87%[13]，在秸稈直接還田的基礎上，還利用秸稈堆肥、種養結合、炭化還田等方式，進一步提高了秸稈資源化利用率。盡管黑龍江省秸稈肥料化利用取得了明顯成效，但秸稈綜合利用率仍處于較低水平。在此背景下，筆者基于調研和文獻分析研究，解析了目前黑龍江省秸稈肥料化利用現狀、模式和不足，并提出相關政策建議，旨在為推動黑龍江省秸稈養分資源高效利用、化肥減施增效、黑土地保護和農業可持續發展提供理論支撐。

一、秸稈直接還田

(一) 秸稈還田模式

秸稈直接還田是黑龍江省秸稈綜合利用主攻方向，也是土壤退化修復和耕地培肥的重大舉措。目前，黑龍江省農作物秸稈直接還田方式主要為翻埋還田、耕層混拌和覆蓋還田。翻埋還田和耕層混拌主要通過機械方式將收獲后的作物秸稈粉碎并均勻拋撒在田間，之后進行翻埋或者混拌，達到改善土壤物理性質和提高土壤肥力的目的。覆蓋還田分為秸稈粉碎覆蓋、高留茬覆蓋和整株覆蓋，將粉碎的秸稈或整株秸稈直接覆蓋于土表，實現抗旱保墑、控制水土流失及提升土壤肥力的目的。不同秸稈還田方式各有優缺點，如表1所示。

表1 黑龍江省主要農作物秸稈還田方式[14-16]

(二) 秸稈還田模式優化

結合本地區農業生產實際，有學者近年來對秸稈還田方式和技術進行了優化。鄒文秀等[17]提出了黑土區肥沃耕層構建方法：收獲后將玉米秸稈粉碎至≤10厘米，均勻拋撒在田面上，之后也可拋灑有機肥，使用螺旋式犁壁犁將秸稈和有機肥深混于0～35厘米土層，曬垡 4～5天后耙地至待播種狀態；肥沃耕層構建方式可同步培肥耕層和亞耕層土壤，提高玉米產量。王秋菊等[18]提出了秸稈粉碎集條深埋機械還田方法，將4倍于單位面積產量的玉米秸稈，通過秸稈粉碎集條機(秸稈粉碎、集條溝施)配合鏵式犁翻耕，將粉碎的秸稈集中深埋在耕層下，形成間隔180厘米的培肥溝，可明顯改善土壤物理性質，增厚耕層。王金武等[4]提出一種水稻秸稈整株深埋還田聯合作業整地技術，并研發了相關配套作業機具，該機具可一次性完成切土、碎土、埋土、壓草及覆土等多道工序，將水稻整株秸稈直接深埋入地下，克服秸稈粉碎還田后在水整地過程中秸稈浮出的弊端。黑龍江省農業科學院佳木斯分院[19-20]應用1LH-1型根茬秸稈心土混合犁(四段犁)改良白漿土，在保持耕土壤層不變情況下對耕層以下堅實土層進行攪動混拌，改變土壤質地、增強蓄水和抗旱排澇能力、降低土壤硬度、促進作物根系向下伸展，并能對心土進行培肥，增加作物產量。

(三)存在問題

目前，黑龍江省各地區普遍存在秸稈還田、離田、儲運成本高的問題。經測算，玉米秸稈機械還田成本在930元/公頃以上[14]，盡管政府補貼資金近幾年有所上漲，但較收回成本仍相差較大。以2020年為例，黑龍江省玉米秸稈全量翻埋還田省級作業補貼為600元/公頃，仍有330元/公頃的缺口，依靠農民自愿來實施秸稈還田顯然不現實。黑龍江省人民政府辦公廳《關于印發2020年黑龍江省秸稈綜合利用工作實施方案的通知》，提出了秸稈還田作業補貼、秸稈離田利用補貼、秸稈還田離田機具購置補貼等多項舉措，但仍存在較大資金缺口。由于秸稈還田利用涉及多個部門，如農業、財政、科技、生態環境、稅收等，各部門缺乏溝通、協作和分工，各自為政，難以形成合力。黑龍江省部分地區存在秸稈還田農機農藝結合不緊密、機械不配套等問題，導致秸稈粉碎粒度過大、掩埋淺，加之秋季收獲后氣溫快速下降、冬季寒冷漫長、秸稈腐解慢、腐解率低，影響下茬作物生長，春季耕層溫度低、不易播種、出苗質量差。秸稈還田后易出現病蟲草害，致使秸稈還田效果不佳。長期以來，農民局限于方便耕種、草木灰肥田、殺滅害蟲等傳統思想，認為花費時間和人工收集秸稈是“賠本買賣”，不如直接就地焚燒，對秸稈還田利用的重要性認識不足。此外，近年來黑龍江省部分地區農業從業人員老齡化嚴重，以50歲以上人口為主，接受新事物、新信息、新政策能力差、途徑少，進一步加劇了秸稈還田利用的難度。

二、秸稈間接還田利用

(一)秸稈堆腐還田技術與應用

秸稈堆腐還田是通過收集粉碎的作物秸稈，并添加水、尿素、秸稈腐熟菌劑，在空閑地塊進行堆肥發酵，待作物秸稈完全腐熟后，將其拋撒還到農田中。秸稈堆腐還田是微生物主導下的生物化學過程，其機理是利用一系列微生物對作物秸桿等有機物進行礦質化和腐殖化作用，具有方法簡單、腐熟快、產物養分含量高、殺滅病蟲草害等優點[21]。秸稈堆腐還田后，可有效減輕土傳病害，改善土壤物理性質，增加土壤肥力，提高微生物活性[21-22]。王偉東等[23]提出了“秸稈高效分解提升黑龍江墾區耕地質量關鍵技術”，應用“秸稈分解菌劑+機械化全量秸稈還田”和“有機肥+機械化全量秸稈還田”技術，土壤有機質提升3%，增產225～705公斤/公頃，在黑龍江墾區累計推廣133.3萬公頃。王爽等[24]研發了“黑龍江省高寒區畜禽糞便與秸稈高效堆肥關鍵技術”，該技術以復合菌劑為寒區低溫發酵的生物熱源，可快速啟動農業有機廢棄物的低溫發酵、分解、腐熟，并集成秸稈田間積造生產有機肥技術及土壤地力修復技術，可減少化肥施用量、提升土壤質量，2014—2016年在黑龍江省嫩江縣、方正縣、五常市、雙城區等地累計推廣應用12.7萬公頃。

(二)秸稈制沼及其副產物肥料化利用

秸稈制沼是指以農作物秸稈等為主要原料，利用相關設備，在嚴格的厭氧環境和一定的溫度、水分、酸堿度等條件下，經過微生物的厭氧發酵產生沼氣和副產物(沼液沼渣)的技術[25]。2009年，黑龍江省甘南縣啟動了大型干法秸稈沼氣項目，采用“連續臥式干法厭氧發酵法”，其特點是臥式池形、連續進料、進料干物濃度高達20%～30%，日處理秸稈110噸、牛糞30噸，生產沼氣3萬立方米[26]。副產物沼液沼渣不僅含有大量的礦質元素，也含有豐富的腐植酸、粗蛋白、氨基酸、酶、微生物等，作為優質的有機肥料，可促進作物生長，增產提質抗病[27-28]。黑龍江省冬季寒冷漫長的氣候條件嚴重地制約了沼氣能源的應用和推廣，針對農作物秸稈為發酵底物的厭氧消化工藝和產沼技術，以及適宜于本地區低溫高效秸稈降解菌選育的研究進展緩慢。近年來，相關學者也進行了有益的探索。趙光等[29]研發了改進的CSTR-IC復合厭氧發酵系統，對反應裝置、工藝要求、過程調控、菌群篩選等方面進行研究，優化了體系配置，提高了物料轉化效率和產氣率。李文哲等[30-31]提出了濕法好氧厭氧兩相發酵工藝，通過對其物質路徑、控制路徑、發酵單元和沼液沼渣暗灌施肥機械進行優化和研究，可有效降解木質素并提高產氣率，并實現沼液沼渣的田間機械化施用。趙立欣等[32]提出，在氣候寒冷、秸稈產量大、冬季沼液處理難的地區，可選擇“玉米秸稈、糞便干法連續式厭氧消化-沼渣制肥-肥料還田”的種養循環模式。

(三)種養結合利用秸稈

種養結合通過青貯、氨化、微貯或生產顆粒等方法將農作物秸稈加工為牲畜飼料，牲畜消化后產生的畜禽糞便，經過高溫有氧堆肥、發酵等處理方式生產出有機肥，最終回歸農田，從而實現種植業和養殖業的有機結合，是秸稈過腹還田的新模式[33]。發展種養結合循環農業，加強物質和能量在動植物之間進行轉換的循環，不僅能有效降低養殖成本，促進畜禽糞污資源化利用，減少面源污染，還可減少化肥施用量、培肥地力，是提高農業資源利用效率、保護農業生態環境、促進農業綠色發展的重要舉措。近年來，黑龍江省農業科學院劉娣團隊[34]提出了一系列種養結合模式，有效地促進了區域循環農業的可持續發展。(1)生豬-玉米種養結合模式：利用玉米秸稈發酵飼喂技術和豬糞+秸稈生產有機肥技術，基于玉米-豬-糞尿+秸稈發酵-生物肥-玉米田-玉米循環方式，以1畝地2頭豬為基本模式，在哈爾濱市種植玉米1 300多公頃，年出欄3.5萬頭生豬，產生糞便2萬噸，糞污可制成生物肥4 000噸，生物肥還田266.7公頃。(2)肉牛-稻草種養結合模式：基于水稻秸稈-肉牛-糞尿+秸稈發酵-有機肥-水稻田-水稻秸稈循環方式，在黑龍江省湯原縣建立肉牛養殖馴化單元27個，以100公頃水田與300頭肉牛場配套為1個循環單元，年利用水稻秸稈10萬噸，其中裹包發酵8.5萬噸，制作青黃儲飼料1.5萬噸，利用稻草發酵打包飼喂肉牛，糞肥還田。

(四)秸稈炭化還田技術

秸稈炭化技術是在缺氧條件下，通過熱解炭化裝置對農作物秸稈進行熱裂解，產物為生物炭、混合氣、焦油和木醋酸等。生物炭還田后，可改善土壤結構及理化性狀、固碳減排，起到保護和改善耕地質量、增加作物產量的作用[35]。代琳[36]試制了玉米、水稻和大豆3種秸稈生物炭，在黑龍江省白漿土的應用效果表明，施用量為10噸/公頃生物質炭，提高了土壤有機質、CEC、無機氮素、pH和土壤的含水量，同時降低了土壤容重，并具有增產效果。目前，受成本高、設備落后、產品單一、施用不便等因素影響，省內生物炭研究主要處于田間應用驗證階段，在規模化生產方面進展緩慢，也有一些科研機構和企業利用生物質炭的吸附、緩釋性能，嘗試生產生物炭基肥。張偉[37]以水稻秸稈為原料，分別制備了粒狀和柱狀生物質炭基尿素肥料，指出生物炭與尿素質量比為1∶1、粘結劑高嶺土添加量為10%的條件下的粒狀炭基尿素肥料性能較好，而當粘結劑為羧甲基纖維素鈉或氧化淀粉，成型壓力為6兆帕斯卡，生物質炭與尿素質量比1∶1、粘結劑添加量為7%時，制備的柱狀炭基尿素性能較優。生物炭基肥可一次性施肥，不用追肥，省時省力、節約成本，同時降低了肥料使用量，提高肥料利用率[38]。

(五)秸稈基質肥料化應用

秸稈基料化應用后的產物，經過無害化處理可作為有機肥。秸稈基料化在黑龍江省的應用比例較低，主要集中在牡丹江市、伊春市等部分地區。食用菌栽培過程中，以秸稈為主要原料制成的栽培基質，可用來栽培食用菌，食用菌采收后剩余的菌糠可作為有機肥還田，實現循環利用[39]。菌糠具備有機肥和菌肥的雙重作用，富含農作物生長所必需的營養元素和有益微生物[40]。黑龍江省農業科學院谷維[41]團隊研發了大球蓋菇栽培技術，以各類秸稈(玉米秸、稻草、麥秸、大豆秸等)作為基質培養大球蓋菇，栽培后的菌料可直接還田，改良土壤，增加肥力，促進生態農業循環。張春平[42]利用玉米秸稈制作基料，在黑龍江安達市栽培黑木耳和平菇，收獲后剩余的基料可作為家畜飼料，形成秸稈→基質→木耳/平菇→菌糠→飼料→糞便→還田的循環生態農業模式。

(六)存在問題

秸稈肥料化產業鏈過程中的原料收集、運輸、儲存、預處理和生產，需考慮農機具、機器投入，以及運營中的燃料費、人工費和機械損耗等，無形中增加了成本。秸稈收儲運季節約束性強，如秸稈產量大、集中收集強度大、儲存難度大，存在惜售、抬價等現象，導致成本增加。秸稈堆漚過程中，受自然條件限制，秸稈收集不便，場地受限，時間成本、人工成本和機械成本較高，發酵過程中易產生肥水流失和下滲現象，導致面源污染等，致使全省大面積應用秸稈堆腐還田存在較大困難。黑龍江省冬季寒冷漫長的氣候嚴重制約了秸稈制沼技術的推廣應用，致使規模化制沼工程無法大規模開展，秸稈利用量份額較低。當前，黑龍江省種養結合模式由于缺乏長效運營機制，存在秸稈利用中產品成本高、商品化水平低、秸稈利用率低、農民參與積極性不高等問題。

三、對策與建議

(一)充分發揮政府統籌和管理職能

(1)加強統籌協調。細化各部門職責，將計劃目標和任務逐級分解，落實到相關地市、部門；進一步設置市、縣秸稈綜合利用辦公室，實現集中領導和統一指揮。(2)制訂針對性強、可操作的秸稈綜合利用政策。明確省內不同生態區、不同作物秸稈的利用途徑，突出秸稈肥料化利用主渠道，直接還田為主、間接還田為輔，合理布局，創建秸稈還田、離田、儲運、加工、利用等領域配套政策，形成政府主導推動、部門協作、市場驅動、社會參與的穩定運行機制。(3)建立規范科學的責任考核機制。把綜合利用工作作為績效考核的重要標準，細化工作分工，明確工作責任，確保落實到人。(4)加強監管責任，建立考核問責制度。開展秸稈綜合利用重點考核和總體評價，若未能按時保質保量完成任務，則進行督導，通報批評，核減補助資金等。

(二)加強資金和政策支持

(1)加大中央和地方財政和政策支持，設定秸稈肥料化利用專項資金。加強不同秸稈還田模式和農機具、秸稈儲運、秸稈堆腐、秸稈制沼、種養結合、秸稈炭化、秸稈基料等肥料化利用體系建設的資金補貼力度，創新和完善財政資金補助方法，綜合核算經濟效益、社會效益和生態環境效益，按實際利用量和效應進行終端補貼，補貼對象應為進行秸稈利用的實施主體或個人。創建“補貼+獎勵”機制，對于落實秸稈肥料化利用較好的主體或個人，給與優先補貼和獎勵，發揮激勵作用。(2)對社會資本、企業參與投資、開發秸稈肥料化利用給與大力支持，建立多元化優惠政策，從金融貸款、用地、水電、稅收、環保等多方面積極引導和支持，將秸稈肥料化利用龍頭企業和產品納入《資源綜合利用企業所得稅優惠目錄》和《資源綜合利用產品和勞務增值稅優惠目錄》。

(三)強化科技支撐

(1)一方面需調整種植業結構和建立合理輪作制度，減少秸稈產生量；另一方面研發適宜不同區域且具有針對性的秸稈還田方法和技術規程，優化玉米秸稈深施還田、碎混還田、覆蓋還田技術和稻田秸稈翻埋還田、旋耕還田、原位攪漿還田技術。研發適宜于冷涼區域、越冬能力強的秸稈腐解菌產品。加強對農作物秸稈還田過程中病蟲草害的發生規律及綠色防控技術的研究。(2)研發易操作、低成本、易推廣的秸稈堆漚技術，未來秸稈堆肥應該向市場化、產業化方向發展。(3)創新農作物秸稈為發酵底物的厭氧消化工藝，選育適宜于本地區低溫高效秸稈降解菌，開發寒地秸稈制沼新技術，加快黑龍江省制沼廢棄物資源化利用。(4)建立不同種養結合模式標準、規范，從機制創新、技術支撐、示范推廣等多方面推動“以種帶養、以養促種”的種養結合循環發展模式。(5)加強秸稈炭化方面的研究創新，選擇不同的秸稈原料，優化制備方法及改性方法，降低成本、提高質量。此外，加強生物炭基肥的制備工藝和成型設備的研制，進一步驗證不同生態區、不同作物的應用效果。(6)拓寬不同種類食用菌的開發利用途徑，擴大食用菌栽培中秸稈的使用量，打造多元化的菌糠利用模式。

(四)加強宣傳引導

(1)充分發揮新聞媒體的引導作用，充分利用電視、廣播、報紙、互聯網、手機等手段，積極宣傳國家、省、市重大政策文件、先進活動和典型案例，積極糾正傳統觀念，轉變農民思想。(2)通過舉辦培訓班和現場會、設立示范區和典型示范戶、發放書籍資料等方式，多方面宣傳秸稈還田利用對保護耕地的重要性和相關扶持政策，不斷提升農民群眾的思想認識和主動參與的意識。

四、展望

秸稈還田是實現資源循環利用、土壤培肥和固碳減排的有效措施。作為助力我國碳達峰、碳中和的重要手段，如何在更大程度上持續提升秸稈肥料化的綜合利用，是建立低碳農業和推進農業可持續發展的重要內涵。近年來，黑龍江省秸稈肥料化綜合利用成效顯著，但也存在一些突出問題。下一步，在鞏固已有基礎，保持政策穩定前提下，堅持因地制宜、政府統籌、健全機制、科技推動、多元參與為原則，以強化扶持政策、完善利用制度、加強保障措施為推進手段，激發秸稈直接還田和間接還田等創新機制，與黑土地保護相結合，形成政府、企業與農民三方共贏的整體合力，不斷提高秸稈肥料化利用水平。