農作物秸稈不落地收集解決方案探索

魏雨繆（中南大學）

禁止秸稈露天焚燒、推進秸稈綜合利用是貫徹國家生態環保、綠色循環發展理念的重要舉措，也是各級政府當前面臨的艱巨任務，對如何打好農業廢棄物防治戰、打贏藍天保衛戰，加快建設現代農業循環利用具有重要意義。對提高我國農業資源綜合利用、加快農業循環經濟和低碳農業發展、培肥地力均有重要作用。

一、我國農作物秸稈現狀

我國現有耕地約為18億畝，按照各農作物播種面積、農作物產量、谷草比估算，每年我國農作物產生的秸稈量約為8.2億噸。從種植的農作物品種上分：稻草約2.05億噸，約占25%；麥秸約1.5億噸，約占18.3%；玉米秸稈約2.65億噸，約占32.3%；其他豆類秸稈等約2億噸，約占24.4%。全國13個糧食主產省農作物秸稈約6億噸，占全國秸稈總量的73.2%，主要分布在遼寧、吉林、黑龍江、內蒙古、河北、河南、湖北、湖南、山東、江蘇、安徽、江西、四川等省份，其中河南省、山東省、黑龍江省、河北省分別約為0.84億噸、0.82億噸、0.69億噸、0.62億噸。按照品種劃分：糧食主產省主要農作物秸稈為稻草、麥秸和玉米秸稈，分別約為1.3億噸、1.3億噸、2.2億噸。

二、黑龍江省農作物秸稈綜合利用情況

黑龍江省地處東北黑土區核心區域，現有耕地2.39億畝。自20世紀50年代大規模開墾以來，黑土地給予人類很多回報，糧食產量不斷增長，2010年突破1000億斤。近年來，黑龍江省糧食總產、商品量、調出量穩居全國第一。黑龍江省農作物秸稈資源巨大，綜合處理仍未形成產業優勢。

多年的“重用輕養”讓黑土地不堪重負，黑土層厚度在減小，土壤有機質含量在下降。2016年5月，習近平總書記在黑龍江省考察時強調，“要采取工程、農藝、生物等多種措施，調動農民積極性，共同把黑土地保護好、利用好”。2018年2月9日，在黑龍江省委農村工作會議上，原省委書記張慶偉對黑土保護工作提出更加明確的要求，“要保護好黑土地，綜合采用工程、農藝、生物、科技等措施，提高有機質含量，培肥和增強地力，讓黑土有機成分不斷增加并逐漸接近‘母土’，真正實現藏糧于地、藏糧于技”。黑土保護要求提升有機質也為秸稈綜合處理、循環利用提供了生態要求。

三、農作物秸稈處理的主要方式

秸稈綜合利用是當前各級政府和企業積極探索的重要工作，目前很多企業都在為秸稈再利用尋找解決方案和出口，大致處理方式為秸稈深加工“5+1”模式，即秸稈“五化”——飼料化、肥料化、能源化、基料化、原料化，以及秸稈還田模式。在所有處理模式下，其中厭氧發酵處理模式具有環保、生態、循環利用等特點，生產的沼氣可用于發電、提純壓縮燃氣，沼液、沼渣可作為有機肥還田，培肥地力、增加土壤有機質含量。然而，目前秸稈綜合處理企業大部分依靠補貼維持，微利運營，主要原因體現在秸稈收集運輸成本居高不下，政府補貼沒有有效促進秸稈收儲的市場化。

四、農作物秸稈傳統收儲模式

目前農作物秸稈傳統收儲步驟如下（以東北地區采取聯合收割機直接收獲為例）。

第一步用聯合收割機收獲農作物后，秸稈直接拋撒在田間。

第二步用摟草機進行摟草聚攏集條。

第三步用打捆機進行打捆。

第四步用撿拾車裝捆轉運離田。

第五步用裝載叉車裝到運輸車輛上。

第六步運輸到工廠。

第七步用抓捆機卸車碼垛，集中存放。

由此可以看出，農作物秸稈收集運輸儲存至少要經歷七個步驟，過程復雜，需要大量的人力和物力，收集成本較高。據了解，此種模式下秸稈的收儲成本大約在230元/噸。無論何種秸稈綜合利用處理，均受秸稈收集成本的制約，成型的秸稈綜合處理廠均在微利運營，社會效益大于經濟效益。目前主要依靠政府財政補貼進行維持，因此如何降低秸稈的收集成本成為這類企業持續發展的關鍵因素。

五、農作物秸稈不落地收集的必要性

當前面臨生態環保和霧霾治理形勢，禁止農作物秸稈露天焚燒。隨著環保意識的增強和生態發展要求，秸稈綜合利用項目越來越多，然而秸稈收集和運輸是導致此類項目原料成本居高不下的主要因素，目前秸稈綜合處理企業大部分依靠補貼維持，微利運營，政府補貼尚未有效促進秸稈收儲的市場化。農作物秸稈在傳統收集過程中含土量大，使秸稈綜合利用企業增加了篩土成本，特別是采用厭氧發酵模式無污染處理工藝更需要增加成本。解決秸稈收集和運輸成本成為控制秸稈綜合利用項目能否盈利的關鍵一環。

因此，亟待研發一種能降低秸稈收集和運輸成本的新型農業機械，在農作物收獲作業期內，隨收獲隨收集，讓各作業環節順暢連接，減少作業時間跨度，保證農作物秸稈綜合利用項目的長期穩定發展，為改善環境、共建碧水藍天提供支撐。

六、農作物秸稈不落地收集的解決方案

本文探索農作物秸稈不落地收集方案，減少秸稈收集中間環節，分析可降低收集成本的控制因素，研究在現實生產中必須保留的生產途徑。研究一款可減少秸稈收集反復作業的自動化裝置，滿足秸稈不落地就可直接收集到運輸車上，并將秸稈運送到秸稈綜合利用廠。想要打破傳統，就不能循規蹈矩，本著不破不立的原則，提出農作物秸稈不落地收儲解決方案，核心是減少傳統秸稈收儲環節，將原來的七個步驟減少到一個步驟，只保留收集運輸環節。

本文探索擬采用一種農作物秸稈不落地的收集裝置，可實現以下兩個主要功能：配套收割機在田間隨走隨集草和可壓縮式自動卸車。裝置包括牽引機車和可壓縮式集草車廂，牽引機車與可壓縮式集草車廂之間設有牽引架，牽引機車通過牽引架實現對可壓縮式集草車廂牽引，牽引架的前側設有喂入傳送裝置，喂入傳送裝置的上方連接切碎機，切碎機上方設有碎秸稈吹出裝置，碎秸稈吹出裝置的底端與切碎機連通，碎秸稈吹出裝置的頂部設置在可壓縮式集草車廂的上方，秸稈經過切碎吹出，落入可壓縮式集草車廂中，減少了傳統秸稈收集的中間環節，避免了重復多次的農機作業，有利于保護耕地。同時，通過全自動化作業有效地減少了人力工作，降低了收集和運輸成本，適宜在社會上推廣使用。

七、農作物秸稈傳統收集與不落地收集的對比

目前國內秸稈綜合利用都需要在收集過程中采取摟草打包作業方式，按照農作物大類主要分為水田和旱田兩大類，旱田主要為玉米秸稈，水田則為水稻秸稈。傳統的摟草打包作業存在的弊端行為：一是收集的農作物秸稈含土量大。北方旱田耕作以起壟為主，在摟草過程中會夾雜大量泥土，在天氣較旱的情況下，摟草會把土塊夾雜在玉米秸稈中，如果在陰雨天氣條件下，玉米秸稈則粘有大量泥土，在打包成捆時便將泥土一起打包，不僅會帶走土壤，還要為下一步秸稈處理增設清土工藝，增加了秸稈綜合利用成本。二是收集機械馬力大或自重大會軋壞水田。對水田來講，傳統的秸稈收集打包作業要想提高作業效率，基本是打大圓捆或大方包，打包機需要的扭矩大，所以配套的動力機車一般需要大馬力拖拉機，而大馬力機車自重大，特別是秋季雨天較多，水田不干燥，作業過程中會軋出深深的車轍，不利于秋天翻地，也會將水田的池埂軋壞，無形中增加了第二年修筑田埂的工作量。三是裝載和運輸機械均為重型機車不利于地力保護。農作物秸稈打包后，每捆重量可達250公斤或更大，人工無法實現裝車，必須由裝載叉車完成作業，同時為了提高運輸效率，傳統運輸基本由大型掛車承擔，不論是旱田還是水田，裝載運輸都需要重型車輛在田間作業，不僅會導致土壤耕作層受到破壞，也會造成土壤板結。

本文提出的農作物秸稈不落地收集方案是通過對現有收割機加裝秸稈不落地集草裝置，將秸稈直接收集到運輸車廂，運送到工廠后自動卸車，減少了收集的中間環節，降低了成本，避免重復多次的農機作業，其優勢為：一是在農作物秸稈收集過程中不落地不僅省去了摟草打包環節，同時因秸稈不在土地上二次停留，不會含土。二是跟隨收割機靈活收集，不利用大馬力機車，沒有大型機械進地作業，不會軋壞耕作層。三是省去了裝載車和大型運輸車的作業環節，有利于保護耕地。

因此農作物秸稈不落地收集方案能夠解決傳統秸稈收集中存在的弊端，讓秸稈綜合利用項目向更深遠發展，同時改善了環境，避免焚燒秸稈帶來的環境污染，解決了現有傳統秸稈收集成本高的問題。

八、效益估算

采用本文提出的農作物秸稈不落地收集方案，秸稈收儲成本可由230元/噸降低到80元/噸（拖拉機牽引集草按10元計算，道路運輸費按70元估算），成本遠遠低于傳統收儲方式。按照單個秸稈綜合利用項目需求8萬噸秸稈測算，一個項目即可增加效益1200萬元。另外，從投入的秸稈收儲機械分析，現有傳統收儲模式一臺（套）秸稈收集機械設備至少要投入33萬元，其中摟草機3萬元、打捆機10萬元、離田集草轉運車10萬元、裝載叉車10萬元，而秸稈不落地收集裝置將大幅減少機械設備投資。

九、發展空間

黑龍江墾區2018年農作物總播種面積4339.5萬畝，其中水稻2336.8萬畝、玉米1062.9萬畝、大豆818.9萬畝、小麥11.3萬畝、雜糧51.6萬畝、薯類20.2萬畝，每年產生的秸稈量近2000萬噸，市場空間極大，利用3～5年時間探索出完善的打破傳統的秸稈收儲模式，引領農作物秸稈收儲行業，提高秸稈收集效率，為農作物收獲和耕地輪作爭搶農時，繼而推廣全國。