低碳背景下農(nóng)村秸稈焚燒處理處置及其資源化綜合利用

張 豐 張 瀾 吳昕昊

（1.麗水市生態(tài)環(huán)境局，浙江省麗水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，浙江 麗水 323003；2.浙江龍?zhí)辑h(huán)境科技有限公司，浙江 杭州 310000；3.麗水市土壤與固體廢物管理中心，浙江 麗水 323003）

我國是一個傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國，隨著近年來我國農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)秸稈產(chǎn)量巨大，數(shù)據(jù)顯示，我國秸稈每年產(chǎn)量高達9.5億噸。農(nóng)業(yè)秸稈具有污染和資源雙重屬性，秸稈處理是農(nóng)業(yè)發(fā)展中一直存在的一個問題，長期以來，為了搶收和搶種，人們主要采用焚燒方式處理農(nóng)業(yè)秸稈。隨著近年來國家對環(huán)境問題的不斷重視，以及對可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略做出的重要部署，低碳經(jīng)濟、綠色經(jīng)濟、節(jié)約型經(jīng)濟等新型理念被提出。低碳理念的核心是低能耗、低排放和低污染，其實現(xiàn)依賴于提高資源利用率，開發(fā)清潔能源，更新發(fā)展理念和減排技術(shù)創(chuàng)新。在全球氣候變暖問題不斷加劇的大趨勢下，低碳經(jīng)濟已經(jīng)成為我國可持續(xù)發(fā)展面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。基于此，2017年國家出臺了《關(guān)于創(chuàng)新體制推進農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的意見》，意見對秸稈資源化綜合利用制度和目的提出了要求，意見指出到2020年我國秸稈資源化利用率要達到85%。同時農(nóng)業(yè)秸稈是一種高潛力的生物資源，如果對其資源化利用得當(dāng)不僅可以發(fā)展清潔能源從而變廢為寶，還可以有效解決秸稈焚燒問題造成的溫室效應(yīng)，對于實現(xiàn)我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展具有重大意義。近年來相關(guān)人員研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田和利用秸稈轉(zhuǎn)化生物碳產(chǎn)品具有顯著的固碳減排作用，因此，在低碳背景下挖掘秸稈的資源化利用價值對于踐行低碳理念具有重要的現(xiàn)實意義。鑒于此，近年來國家和地方政府對秸稈焚燒問題和秸稈資源化利用高度重視，將其作為重要的工作來抓，然而，目前我國農(nóng)業(yè)秸稈的資源化利用率整體較低，主要表現(xiàn)在利用意識淡薄、利用途徑粗放、資源浪費嚴重等，因此，非常有必要對秸稈資源化綜合利用技術(shù)和發(fā)展模式進行深入探究。

1 農(nóng)業(yè)秸稈焚燒處理產(chǎn)生的危害

1.1 污染和破壞生態(tài)環(huán)境

秸稈焚燒過程中會產(chǎn)生大量濃煙，其中包括：CO、CO2、NOx、SO2、HS等有害氣體，還包括大量的PM2.5、PM10等固體顆粒，這些廢氣和固體顆粒物會對大氣環(huán)境造成嚴重污染。到了每年秋季整地播種時期，秸稈焚燒問題成為了導(dǎo)致霧霾天氣形成的重要原因，而且秸稈焚燒問題的存在在很大程度上也加劇了溫室效應(yīng)，此外，秸稈焚燒過程中產(chǎn)生的污染物會隨著空氣流動擴散進入附近水源對水環(huán)境造成一定污染。

1.2 破壞土壤環(huán)境

秸稈在焚燒過程中會在地表形成高溫，高溫會破壞土壤中的有機質(zhì)、腐殖質(zhì)和殺死有益微生物，研究發(fā)現(xiàn)，單次秸稈焚燒會使耕地土壤有機質(zhì)含量降低至少0.3%，使得土壤的物化性質(zhì)改變和微生物系統(tǒng)破壞，導(dǎo)致耕地土壤出現(xiàn)板結(jié)、保水能力降低和沙化加劇，土壤肥力狀況變差，對農(nóng)業(yè)種植造成不利影響。

1.3 威脅人身安全和財產(chǎn)安全

秸稈焚燒會污染大氣環(huán)境和水環(huán)境，尤其在秋冬季秸稈焚燒會嚴重加劇霧霾天氣，給人們的口、眼、鼻黏膜和呼吸系統(tǒng)造成危害，人在飲用了被污染的水源后會出現(xiàn)消化道疾病危害人身生命健康。同時，秸稈焚燒存在很大的火災(zāi)隱患，尤其當(dāng)遇到大風(fēng)天氣時火情難以控制很容易導(dǎo)致火災(zāi)蔓延。我國每年因為秸稈焚燒引發(fā)的火災(zāi)事故經(jīng)常發(fā)生并且造成一定數(shù)量的人員傷亡和財產(chǎn)損失，對人身安全和財產(chǎn)安全埋下了嚴重的安全隱患。

1.4 危害交通安全

秸稈為含碳量很高的生物有機物質(zhì)，焚燒后產(chǎn)生的濃煙含有大量的固體顆粒物，濃煙在空氣中彌散會大大降低空氣能見度導(dǎo)致人眼可視范圍下降，給高速公路、鐵路、航運、航空等交通安全造成了嚴重的安全隱患，一旦發(fā)生交通事故，會造成不同程度的人員傷亡和經(jīng)濟損失，同時會影響到交通系統(tǒng)的正常運行甚至在社會上產(chǎn)生負面影響。

2 當(dāng)前農(nóng)村秸稈主要的資源化利用途徑

2.1 秸稈還田

秸稈中含有大量的有機質(zhì)、微生物和微量元素，秸稈還田是將秸稈粉碎后直接與田地土壤混合掩埋，秸稈經(jīng)過腐爛后能夠提升土壤中腐殖質(zhì)的含量從而改善土壤肥力。通過秸稈還田能夠提高耕地土壤中微生物含量和活性，還能夠提升土壤中有機質(zhì)濃度，使得土壤肥力狀況得以改善，因此利用秸稈制備農(nóng)業(yè)有機肥是秸稈資源化利用的有效途徑。秸稈還田是目前使用最普遍的秸稈資源化利用途徑，根據(jù)秸稈還田方式不同目前主要分為：機械還田和過腹還田兩大類，其中機械性能和地區(qū)氣候特點對機械還田的影響最大，如果機械性能不高或者地區(qū)氣候干燥寒冷，就會導(dǎo)致秸稈無法及時腐爛不利于農(nóng)作物的發(fā)芽和生長從而降低了秸稈的資源化利用率。

2.2 秸稈飼料化

秸稈飼料化是將秸稈加工處理后直接用于反芻牲畜養(yǎng)殖基礎(chǔ)飼料或者作為飼料添加劑與玉米、麩皮、豆粕等混合加工成養(yǎng)殖業(yè)飼料實現(xiàn)對秸稈的資源化利用。我國秸稈產(chǎn)量十分巨大，研究證明我國超過85%的秸稈適用于養(yǎng)殖業(yè)飼料，隨著秸稈飼料化加工技術(shù)的發(fā)展，秸稈飼料化利用率會不斷上升，能夠有效緩解養(yǎng)殖業(yè)飼料壓力。同時，秸稈飼料化是過腹還田的前過程，經(jīng)過養(yǎng)殖動物消化利用后得到的養(yǎng)殖業(yè)糞便可以作為高品質(zhì)的農(nóng)業(yè)有機肥，因此，秸稈飼料化是當(dāng)前農(nóng)業(yè)秸稈資源化利用的主要途徑之一。

2.3 秸稈能源化

秸稈能源化當(dāng)前主要分為：固態(tài)能源、液態(tài)能源、氣態(tài)能源三種。固態(tài)能源是直接燃燒秸稈或?qū)⒔斩捈庸ず笠匀紵鳛樯詈蜕a(chǎn)的能源燃料，隨著能源結(jié)構(gòu)的改變目前秸稈已經(jīng)不被用于生活能源燃料，秸稈用于固態(tài)能源目前方式主要用在火力發(fā)電廠，將秸稈收集后代替煤炭作為火力發(fā)電燃料使用。此外，以秸稈為原料制備秸稈煤也是固態(tài)能源的一種利用方式，該技術(shù)先將秸稈粉碎干燥或者碳化，再對原料進行升溫，入模壓制和脫模后制成形狀規(guī)則的秸稈煤。液態(tài)能源是對秸稈中的木質(zhì)纖維素進行預(yù)處理和水解后得到小分子的單糖和多糖，再經(jīng)過微生物發(fā)酵后得到乙醇，對乙醇進行分離提取后得到乙醇燃料。氣態(tài)能源是以秸稈作為沼氣原料，利用厭氧微生物的厭氧發(fā)酵作用來制備甲烷作為燃氣能源，將秸稈用于沼氣原料目前已經(jīng)被廣泛使用和推廣。

3 低碳背景下農(nóng)業(yè)秸稈資源化綜合利用的發(fā)展模式

3.1 以微生物發(fā)酵堆肥為中心的利用模式

微生物發(fā)酵堆肥是利用微生物的生理代謝作用將秸稈中的大分子有機物分解轉(zhuǎn)化為性質(zhì)穩(wěn)定的小分子有機質(zhì)，該模式在對秸稈資源化利用時，將秸稈收集堆放在適合微生物生長繁殖的環(huán)境下，經(jīng)過一段時間的發(fā)酵分解后讓秸稈腐熟和分解，然后以有機肥的形式用于農(nóng)業(yè)和林業(yè)種植中，該模式的操作流程簡單且能耗很低，是一種很直接的秸稈資源化利用模式。

3.2 以養(yǎng)殖業(yè)為中心的利用模式

以養(yǎng)殖業(yè)為中心的秸稈資源化綜合利用發(fā)展模式第一級是將秸稈作為養(yǎng)殖飼料，再以養(yǎng)殖糞便為沼氣原料制備甲烷氣態(tài)燃料，最后將沼液和沼渣作為有機肥用于改良耕地土壤促進種植業(yè)的良性發(fā)展，如此形成一個物質(zhì)和能量多級利用的產(chǎn)業(yè)鏈。以養(yǎng)殖業(yè)為中心的秸稈資源化綜合利用發(fā)展模式實現(xiàn)了秸稈生物能源和物質(zhì)的循環(huán)利用，是低碳背景下最佳的秸稈資源化綜合利用模式。該模式實現(xiàn)了將養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)和清潔能源三者合一，為了確保此模式的長期穩(wěn)定運行，需要協(xié)調(diào)優(yōu)化好三者之間的關(guān)系。需要注意的是，秸稈的收集，加工，存儲要實現(xiàn)機械化和規(guī)?；?，利用先進的機械設(shè)備實現(xiàn)對秸稈的高效收集，粉碎、壓縮、發(fā)酵加工以及存儲等，將秸稈轉(zhuǎn)化成規(guī)?；酿B(yǎng)殖飼料。

3.3 以秸稈直接還田為中心的利用模式

秸稈直接還田方式利用大型的農(nóng)業(yè)機械可以實現(xiàn)對大面積秸稈的高效還田處理，而且處理的成本也較低，因此，秸稈直接還田是當(dāng)前我國秸稈資源化利用的主要方式。目前隨著農(nóng)業(yè)機械不斷進步已經(jīng)出現(xiàn)了多種類型的秸稈直接還田機械，秸稈直接還田尤其在我國的糧食主產(chǎn)區(qū)使用十分普遍。秸稈直接還田方式秸稈處理高效，能夠顯著改善耕地土壤的腐殖質(zhì)含量和微生物環(huán)境從而提升耕地的肥力水平，達到了以地養(yǎng)地的目的。需要注意的是，該模式應(yīng)當(dāng)搭配科學(xué)的耕作和灌溉技術(shù)，定期對耕地進行深耕和灌溉提高秸稈的利用率。

4 結(jié)語

我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)在快速發(fā)展的同時，每年秸稈產(chǎn)量非常巨大，農(nóng)業(yè)秸稈的資源化綜合利用與現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)和低碳社會目標(biāo)緊密相關(guān)。農(nóng)業(yè)秸稈蘊含著十分豐富的生物資源，農(nóng)業(yè)秸稈經(jīng)過資源化綜合利用后能夠充分挖掘和發(fā)揮秸稈的資源價值，服務(wù)于現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)、工業(yè)和社會，同時能夠減少資源浪費和碳排放量從而顯著降低秸稈焚燒問題引起的大氣環(huán)境污染，還能促進農(nóng)民增產(chǎn)增收和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)，在低碳背景下對于實現(xiàn)黨的十九大污染防治攻堅戰(zhàn)目標(biāo)發(fā)揮著十分積極的作用。但是當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)秸稈資源化利用率整體不高，我國幅員遼闊，不同地區(qū)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)和氣候環(huán)境差異很大，未來應(yīng)當(dāng)根據(jù)各地情況因地制宜地逐漸建立起適合地區(qū)的農(nóng)業(yè)秸稈資源化綜合利用發(fā)展模式，使得我國農(nóng)業(yè)秸稈的資源化利用水平得以穩(wěn)步提升。