齊 慧，武小芬，陳 亮，鄧 明，王克勤

（1.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院核農(nóng)學(xué)與航天育種研究所，湖南 長沙 410125；2.湖南省農(nóng)業(yè)生物輻照工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410125；3.生物輻照技術(shù)湖南省工程研究中心，湖南 長沙 410125）

湖南省植物纖維性農(nóng)業(yè)廢棄物資源綜合利用現(xiàn)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(nóng)業(yè)科學(xué)院核農(nóng)學(xué)與航天育種研究所，湖南 長沙 410125；2.湖南省農(nóng)業(yè)生物輻照工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410125；3.生物輻照技術(shù)湖南省工程研究中心，湖南 長沙 410125）

對湖南省植物纖維性農(nóng)業(yè)廢棄物的資源現(xiàn)狀、利用現(xiàn)狀（肥料化利用、能源化利用、飼料化利用和原料化利用等）進(jìn)行闡述，存在的主要問題有秸稈數(shù)量巨大，宣傳及政策扶持力度不夠，產(chǎn)業(yè)化程度低，利用技術(shù)需要進(jìn)一步完善等。針對這些問題，提出加大宣傳力度，提升農(nóng)戶的環(huán)保意識，加強政策扶持，完善農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，強化技術(shù)研發(fā)，推廣高效農(nóng)業(yè)發(fā)展模式等促進(jìn)植物纖維性農(nóng)業(yè)廢棄物資源綜合利用的對策。

植物纖維性農(nóng)業(yè)廢棄物；綜合利用；現(xiàn)狀

植物纖維性農(nóng)業(yè)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(nóng)作物秸稈，如水稻秸稈、玉米秸稈、油菜秸稈等；農(nóng)產(chǎn)品加工的副產(chǎn)物，如谷殼、蔗渣、棉籽殼等[1]。這類資源質(zhì)輕、密度小、體積大，地域性和季節(jié)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(yán)重污染環(huán)境。湖南省作為農(nóng)業(yè)大省，此類資源十分豐富，如何高效利用此類資源，是實現(xiàn)湖南省農(nóng)業(yè)、農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。

1 湖南省植物纖維性農(nóng)業(yè)廢棄物資源現(xiàn)狀

湖南省幅員遼闊、物產(chǎn)豐富，是著名的“漁米之鄉(xiāng)”。近 10 a 來，全省年平均農(nóng)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(xiàn)上升的趨勢，詳見圖1。

圖1 湖南省 2004～2014 年農(nóng)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(chǎn)量多年居全國之首，由此產(chǎn)生的全省各類農(nóng)作物秸稈約 4 020 萬 t。除了主要農(nóng)作物秸稈之外，農(nóng)產(chǎn)品初級加工副產(chǎn)物稻殼、玉米芯、蔗渣等數(shù)量也相當(dāng)可觀，連續(xù) 5 a分別保持在 676 萬、42 萬、18 萬 t左右，而且它們的開發(fā)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(zhì)能及生物基化學(xué)品的生產(chǎn)原料等。數(shù)量如此巨大的植物纖維性農(nóng)業(yè)廢棄物資源，急需被合理規(guī)劃、高效利用，以避免資源浪費、減輕對環(huán)境嚴(yán)重危害。表1為近 5 a來湖南省主要作物種植面積、產(chǎn)量及秸稈量。

表1 湖南省 2010～2014 年主要農(nóng)作物種植面積及秸稈產(chǎn)量

2 湖南省植物纖維性農(nóng)業(yè)廢棄物資源利用現(xiàn)狀

隨著環(huán)境污染和化石能源緊缺等問題日趨嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)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(guān)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(guī)焚燒現(xiàn)象（特別是秸稈焚燒）仍然屢禁不止，導(dǎo)致其綜合利用效率不高，并帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。如何高效合理利用植物纖維性農(nóng)業(yè)廢棄物資源，真正實現(xiàn)“變廢為寶”，對緩解能源壓力、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)及農(nóng)村的可持續(xù)發(fā)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(jù)統(tǒng)計，2014 年湖南省農(nóng)業(yè)化肥使用總量達(dá) 247.8萬 t（純量折算），其中氮、磷、鉀及復(fù)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(dá) 292.65 kg/hm2，已經(jīng)遠(yuǎn)超發(fā)達(dá)國家設(shè)置的安全標(biāo)準(zhǔn) 225 kg/hm2[5]?；实拇罅渴褂茫唐趦?nèi)的確能促進(jìn)作物的生長發(fā)育，帶來高產(chǎn)；但從長遠(yuǎn)來看，將會帶來一系列的問題，如破壞環(huán)境、影響農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、增大農(nóng)民經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)等。研究表明，化肥的過度施用，導(dǎo)致洞庭湖水體富營養(yǎng)化，對下游漁業(yè)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(nóng)業(yè)廢棄物本身就是一種肥料，其中包含很多有機(jī)質(zhì)以及氮、磷、鉀、鈣等營養(yǎng)元素，可將其還田，促進(jìn)土壤中的生物質(zhì)循環(huán)，改善土壤的透氣性、透水性，從而達(dá)到增強土壤肥力、有效緩解土壤板結(jié)等問題[7]。目前農(nóng)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(yōu)缺點，（表 2）[8-9]。2011 年林中等[10]對湖南省部分地區(qū)農(nóng)作物秸稈的主要用途及還田方式進(jìn)行了調(diào)查研究，結(jié)果顯示湖南省稻草等農(nóng)作物秸稈50% 以上用于還田，其中中方地區(qū)達(dá) 90% ；秸稈還田的方式主要以焚燒還田為主，其中長沙、安鄉(xiāng)、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(qū)整秸覆蓋的比例為 33.33% 和 26.67%，麻陽地區(qū)的段秸覆蓋的秸稈比例達(dá) 80.00%，中方地區(qū)的秸稈主要用作堆漚還田，其所占比例達(dá) 81.25%。目前的秸稈還田技術(shù)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(yán)重，秸稈直接還田會帶來二次污染的問題，怎樣實現(xiàn)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(shù)及其優(yōu)缺點

2.2 能源化利用

隨著石化能源的枯竭和環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重，開發(fā)清潔的可再生能源已經(jīng)成為解決我國環(huán)境和能源危機(jī)的一條重要途徑。農(nóng)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(yōu)缺點（表 3）。具體選擇何種利用方式需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐脑蠣顩r、投入狀況等進(jìn)行合理規(guī)劃，以實現(xiàn)利用的合理化、高效化。

表3 5種生物質(zhì)能源化利用技術(shù)的優(yōu)缺點

表3中5種生物質(zhì)能源化利用方式在湖南省均有一定程度的應(yīng)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(yuǎn)地區(qū)。（2）制備固體成型燃料，湖南省已有多家生物質(zhì)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(chǎn) 100萬 t生物質(zhì)成型燃料項目，目前已經(jīng)完成環(huán)洞庭湖項目總部及周邊20余個縣市布點建廠規(guī)劃工作，并開始生產(chǎn)生物質(zhì)成型燃料[22]。（3）生物質(zhì)發(fā)電，目前湖南省已建7座秸稈生物質(zhì)發(fā)電廠，另有12座生物質(zhì)電廠核準(zhǔn)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(nóng)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(lián)戶沼氣工程 2 000 處，受益農(nóng)戶 5 萬戶以上。（5）生產(chǎn)生物質(zhì)能源物質(zhì)，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前湖南省利用生物質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇或生物柴油等產(chǎn)品的企業(yè)有7家，如湖南龍山縣金山實業(yè)有限責(zé)任公司，其主要產(chǎn)品為燃料乙醇；湖南中和能源有限公司，其主要產(chǎn)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(nóng)業(yè)廢棄物用于牲畜飼養(yǎng)的一種利用模式，通過對秸稈進(jìn)行一定處理，改變秸稈的物理化學(xué)性狀，改善原料適口性和營養(yǎng)價值，提高單位重量飼料的利用率[23]。當(dāng)前，農(nóng)作物秸稈制備飼料的方法有物理法和化學(xué)法，常見的化學(xué)加工技術(shù)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(yīng)用化學(xué)法制備秸稈飼料的普及程度不高，工業(yè)集約化水平較落后，且化學(xué)法制備秸稈飼料還存在諸多弊端，如氨化處理生產(chǎn)成本較高，易帶來環(huán)境污染問題；青貯易引起飼料的腐敗變質(zhì)，引起惡臭等[25]。 據(jù)調(diào)查湖南省漣源、中方地區(qū)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(huán)保意識的提升、秸稈利用技術(shù)的改進(jìn)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(fā)展前景較好。

3 湖南省植物纖維性農(nóng)業(yè)廢棄物資源綜合利用存在的問題

3.1 秸稈數(shù)量巨大，回收、貯藏、運輸困難

農(nóng)作物秸稈數(shù)量巨大，具有季節(jié)性、地域性、分散性、比容大等特點，收購程序復(fù)雜、費工費時、堆放儲運困難，而且現(xiàn)在農(nóng)村勞動力資源緊缺，對農(nóng)民而言賣秸稈的收益吸引力不強，這是全國農(nóng)業(yè)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(nóng)業(yè)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(nóng)戶們自己的資金還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠；加之農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的過程比較繁瑣，農(nóng)戶的環(huán)保意識還有待提高，導(dǎo)致大部分植物纖維性農(nóng)業(yè)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(yán)重的環(huán)境污染。

3.3 產(chǎn)業(yè)化程度低，利用率不高

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

3.4 利用技術(shù)需要進(jìn)一步完善

植物纖維性農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用在技術(shù)上仍存在一定問題，需要進(jìn)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(nóng)作物病害發(fā)生率[27]；秸稈發(fā)電，特別是稻、麥秸稈發(fā)電，主要障礙是灰分元素多，容易造成熔點下降和鍋爐結(jié)焦和堵塞[28]。綜合利用技術(shù)不完善，阻礙了植物纖維性農(nóng)業(yè)廢棄物的綜合利用。

4 湖南省植物纖維性農(nóng)業(yè)廢棄物資源綜合利用對策

4.1 加大宣傳力度，提升農(nóng)戶的環(huán)保意識

要加大宣傳力度，使得廣大農(nóng)戶真正意識到植物纖維性農(nóng)業(yè)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(jīng)濟(jì)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(huán)境污染問題。

4.2 加強政策扶持，完善農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

植物纖維性農(nóng)業(yè)廢棄物的綜合利用依賴于一定的基礎(chǔ)設(shè)施，如制備沼氣，需要建造沼氣池、管道設(shè)施等及相應(yīng)的管理和維護(hù)措施；腐熟、堆漚還田技術(shù)，需要腐熟、堆漚的場所以及技術(shù)支撐；生物質(zhì)發(fā)電及生產(chǎn)能源物質(zhì)等都需要特定的大型設(shè)備，以及經(jīng)過培訓(xùn)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(nóng)戶的力量難以實現(xiàn)，因此需要加大國家政策的支持力度。結(jié)合湖南省自身的農(nóng)業(yè)發(fā)展特色和地域特點，應(yīng)該在全省范圍內(nèi)大力推廣沼氣技術(shù)、秸稈無害化還田技術(shù)等，以實現(xiàn)植物纖維性農(nóng)業(yè)廢棄物的循環(huán)高效利用。

4.3 強化技術(shù)研發(fā)，推廣高效農(nóng)業(yè)發(fā)展模式

植物纖維性農(nóng)業(yè)廢棄物資源的綜合利用，需要大量的技術(shù)支撐，如生產(chǎn)生物柴油時提升燃油的得率和純度提升技術(shù)、減輕秸稈還田的重金屬二次污染的方法技術(shù)、有機(jī)肥料肥力及農(nóng)業(yè)廢棄物飼料的消化率提升技術(shù)等，均需要全面深入地研究，從而保證植物纖維性農(nóng)業(yè)廢棄物資源的綜合、高效利用。因此，湖南省應(yīng)積極學(xué)習(xí)其他省、市的高效農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，并結(jié)合湖南省自身的地域和發(fā)展特點，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

5 展 望

湖南省植物纖維性農(nóng)業(yè)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(nóng)村及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的最大障礙。這就需要結(jié)合各地的地域特征、農(nóng)村發(fā)展形勢及優(yōu)勢，制定出相對合理、高效的利用方案，并通過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段將植物纖維性農(nóng)業(yè)廢棄物有效利用起來，形成一套可推廣的發(fā)展模式，實現(xiàn)以生態(tài)農(nóng)業(yè)為載體的綜合循環(huán)，既改善生態(tài)環(huán)境，又減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對化肥、農(nóng)藥的依賴，最終生產(chǎn)出綠色農(nóng)產(chǎn)品，早日實現(xiàn)農(nóng)業(yè)、農(nóng)村的可持續(xù)發(fā)展。

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（責(zé)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(nóng)業(yè)生物輻照工程技術(shù)研究中心科學(xué)基金開放項目（2016KF001）；湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新團(tuán)隊項目（2014TD03）

齊 慧 (1988-)，女，安徽安慶市人，研究實習(xí)員，主要從農(nóng)業(yè)廢棄物的利用。

王克勤