農(nóng)作物秸稈不落地收集解決方案探索

魏雨繆（中南大學(xué)）

禁止秸稈露天焚燒、推進(jìn)秸稈綜合利用是貫徹國家生態(tài)環(huán)保、綠色循環(huán)發(fā)展理念的重要舉措，也是各級(jí)政府當(dāng)前面臨的艱巨任務(wù)，對(duì)如何打好農(nóng)業(yè)廢棄物防治戰(zhàn)、打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，加快建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)循環(huán)利用具有重要意義。對(duì)提高我國農(nóng)業(yè)資源綜合利用、加快農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展、培肥地力均有重要作用。

一、我國農(nóng)作物秸稈現(xiàn)狀

我國現(xiàn)有耕地約為18億畝，按照各農(nóng)作物播種面積、農(nóng)作物產(chǎn)量、谷草比估算，每年我國農(nóng)作物產(chǎn)生的秸稈量約為8.2億噸。從種植的農(nóng)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(gè)糧食主產(chǎn)省農(nóng)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(nèi)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(chǎn)省主要農(nóng)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(nóng)作物秸稈綜合利用情況

黑龍江省地處東北黑土區(qū)核心區(qū)域，現(xiàn)有耕地2.39億畝。自20世紀(jì)50年代大規(guī)模開墾以來，黑土地給予人類很多回報(bào)，糧食產(chǎn)量不斷增長，2010年突破1000億斤。近年來，黑龍江省糧食總產(chǎn)、商品量、調(diào)出量穩(wěn)居全國第一。黑龍江省農(nóng)作物秸稈資源巨大，綜合處理仍未形成產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)。

多年的“重用輕養(yǎng)”讓黑土地不堪重負(fù)，黑土層厚度在減小，土壤有機(jī)質(zhì)含量在下降。2016年5月，習(xí)近平總書記在黑龍江省考察時(shí)強(qiáng)調(diào)，“要采取工程、農(nóng)藝、生物等多種措施，調(diào)動(dòng)農(nóng)民積極性，共同把黑土地保護(hù)好、利用好”。2018年2月9日，在黑龍江省委農(nóng)村工作會(huì)議上，原省委書記張慶偉對(duì)黑土保護(hù)工作提出更加明確的要求，“要保護(hù)好黑土地，綜合采用工程、農(nóng)藝、生物、科技等措施，提高有機(jī)質(zhì)含量，培肥和增強(qiáng)地力，讓黑土有機(jī)成分不斷增加并逐漸接近‘母土’，真正實(shí)現(xiàn)藏糧于地、藏糧于技”。黑土保護(hù)要求提升有機(jī)質(zhì)也為秸稈綜合處理、循環(huán)利用提供了生態(tài)要求。

三、農(nóng)作物秸稈處理的主要方式

秸稈綜合利用是當(dāng)前各級(jí)政府和企業(yè)積極探索的重要工作，目前很多企業(yè)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(fā)酵處理模式具有環(huán)保、生態(tài)、循環(huán)利用等特點(diǎn)，生產(chǎn)的沼氣可用于發(fā)電、提純壓縮燃?xì)?，沼液、沼渣可作為有機(jī)肥還田，培肥地力、增加土壤有機(jī)質(zhì)含量。然而，目前秸稈綜合處理企業(yè)大部分依靠補(bǔ)貼維持，微利運(yùn)營，主要原因體現(xiàn)在秸稈收集運(yùn)輸成本居高不下，政府補(bǔ)貼沒有有效促進(jìn)秸稈收儲(chǔ)的市場化。

四、農(nóng)作物秸稈傳統(tǒng)收儲(chǔ)模式

目前農(nóng)作物秸稈傳統(tǒng)收儲(chǔ)步驟如下（以東北地區(qū)采取聯(lián)合收割機(jī)直接收獲為例）。

第一步用聯(lián)合收割機(jī)收獲農(nóng)作物后，秸稈直接拋撒在田間。

第二步用摟草機(jī)進(jìn)行摟草聚攏集條。

第三步用打捆機(jī)進(jìn)行打捆。

第四步用撿拾車裝捆轉(zhuǎn)運(yùn)離田。

第五步用裝載叉車裝到運(yùn)輸車輛上。

第六步運(yùn)輸?shù)焦S。

第七步用抓捆機(jī)卸車碼垛，集中存放。

由此可以看出，農(nóng)作物秸稈收集運(yùn)輸儲(chǔ)存至少要經(jīng)歷七個(gè)步驟，過程復(fù)雜，需要大量的人力和物力，收集成本較高。據(jù)了解，此種模式下秸稈的收儲(chǔ)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(yùn)營，社會(huì)效益大于經(jīng)濟(jì)效益。目前主要依靠政府財(cái)政補(bǔ)貼進(jìn)行維持，因此如何降低秸稈的收集成本成為這類企業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

五、農(nóng)作物秸稈不落地收集的必要性

當(dāng)前面臨生態(tài)環(huán)保和霧霾治理形勢(shì)，禁止農(nóng)作物秸稈露天焚燒。隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和生態(tài)發(fā)展要求，秸稈綜合利用項(xiàng)目越來越多，然而秸稈收集和運(yùn)輸是導(dǎo)致此類項(xiàng)目原料成本居高不下的主要因素，目前秸稈綜合處理企業(yè)大部分依靠補(bǔ)貼維持，微利運(yùn)營，政府補(bǔ)貼尚未有效促進(jìn)秸稈收儲(chǔ)的市場化。農(nóng)作物秸稈在傳統(tǒng)收集過程中含土量大，使秸稈綜合利用企業(yè)增加了篩土成本，特別是采用厭氧發(fā)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(yùn)輸成本成為控制秸稈綜合利用項(xiàng)目能否盈利的關(guān)鍵一環(huán)。

因此，亟待研發(fā)一種能降低秸稈收集和運(yùn)輸成本的新型農(nóng)業(yè)機(jī)械，在農(nóng)作物收獲作業(yè)期內(nèi)，隨收獲隨收集，讓各作業(yè)環(huán)節(jié)順暢連接，減少作業(yè)時(shí)間跨度，保證農(nóng)作物秸稈綜合利用項(xiàng)目的長期穩(wěn)定發(fā)展，為改善環(huán)境、共建碧水藍(lán)天提供支撐。

六、農(nóng)作物秸稈不落地收集的解決方案

本文探索農(nóng)作物秸稈不落地收集方案，減少秸稈收集中間環(huán)節(jié)，分析可降低收集成本的控制因素，研究在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中必須保留的生產(chǎn)途徑。研究一款可減少秸稈收集反復(fù)作業(yè)的自動(dòng)化裝置，滿足秸稈不落地就可直接收集到運(yùn)輸車上，并將秸稈運(yùn)送到秸稈綜合利用廠。想要打破傳統(tǒng)，就不能循規(guī)蹈矩，本著不破不立的原則，提出農(nóng)作物秸稈不落地收儲(chǔ)解決方案，核心是減少傳統(tǒng)秸稈收儲(chǔ)環(huán)節(jié)，將原來的七個(gè)步驟減少到一個(gè)步驟，只保留收集運(yùn)輸環(huán)節(jié)。

本文探索擬采用一種農(nóng)作物秸稈不落地的收集裝置，可實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)主要功能：配套收割機(jī)在田間隨走隨集草和可壓縮式自動(dòng)卸車。裝置包括牽引機(jī)車和可壓縮式集草車廂，牽引機(jī)車與可壓縮式集草車廂之間設(shè)有牽引架，牽引機(jī)車通過牽引架實(shí)現(xiàn)對(duì)可壓縮式集草車廂牽引，牽引架的前側(cè)設(shè)有喂入傳送裝置，喂入傳送裝置的上方連接切碎機(jī)，切碎機(jī)上方設(shè)有碎秸稈吹出裝置，碎秸稈吹出裝置的底端與切碎機(jī)連通，碎秸稈吹出裝置的頂部設(shè)置在可壓縮式集草車廂的上方，秸稈經(jīng)過切碎吹出，落入可壓縮式集草車廂中，減少了傳統(tǒng)秸稈收集的中間環(huán)節(jié)，避免了重復(fù)多次的農(nóng)機(jī)作業(yè)，有利于保護(hù)耕地。同時(shí)，通過全自動(dòng)化作業(yè)有效地減少了人力工作，降低了收集和運(yùn)輸成本，適宜在社會(huì)上推廣使用。

七、農(nóng)作物秸稈傳統(tǒng)收集與不落地收集的對(duì)比

目前國內(nèi)秸稈綜合利用都需要在收集過程中采取摟草打包作業(yè)方式，按照農(nóng)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(tǒng)的摟草打包作業(yè)存在的弊端行為：一是收集的農(nóng)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(huì)夾雜大量泥土，在天氣較旱的情況下，摟草會(huì)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(shí)便將泥土一起打包，不僅會(huì)帶走土壤，還要為下一步秸稈處理增設(shè)清土工藝，增加了秸稈綜合利用成本。二是收集機(jī)械馬力大或自重大會(huì)軋壞水田。對(duì)水田來講，傳統(tǒng)的秸稈收集打包作業(yè)要想提高作業(yè)效率，基本是打大圓捆或大方包，打包機(jī)需要的扭矩大，所以配套的動(dòng)力機(jī)車一般需要大馬力拖拉機(jī)，而大馬力機(jī)車自重大，特別是秋季雨天較多，水田不干燥，作業(yè)過程中會(huì)軋出深深的車轍，不利于秋天翻地，也會(huì)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(yùn)輸機(jī)械均為重型機(jī)車不利于地力保護(hù)。農(nóng)作物秸稈打包后，每捆重量可達(dá)250公斤或更大，人工無法實(shí)現(xiàn)裝車，必須由裝載叉車完成作業(yè)，同時(shí)為了提高運(yùn)輸效率，傳統(tǒng)運(yùn)輸基本由大型掛車承擔(dān)，不論是旱田還是水田，裝載運(yùn)輸都需要重型車輛在田間作業(yè)，不僅會(huì)導(dǎo)致土壤耕作層受到破壞，也會(huì)造成土壤板結(jié)。

本文提出的農(nóng)作物秸稈不落地收集方案是通過對(duì)現(xiàn)有收割機(jī)加裝秸稈不落地集草裝置，將秸稈直接收集到運(yùn)輸車廂，運(yùn)送到工廠后自動(dòng)卸車，減少了收集的中間環(huán)節(jié)，降低了成本，避免重復(fù)多次的農(nóng)機(jī)作業(yè)，其優(yōu)勢(shì)為：一是在農(nóng)作物秸稈收集過程中不落地不僅省去了摟草打包環(huán)節(jié)，同時(shí)因秸稈不在土地上二次停留，不會(huì)含土。二是跟隨收割機(jī)靈活收集，不利用大馬力機(jī)車，沒有大型機(jī)械進(jìn)地作業(yè)，不會(huì)軋壞耕作層。三是省去了裝載車和大型運(yùn)輸車的作業(yè)環(huán)節(jié)，有利于保護(hù)耕地。

因此農(nóng)作物秸稈不落地收集方案能夠解決傳統(tǒng)秸稈收集中存在的弊端，讓秸稈綜合利用項(xiàng)目向更深遠(yuǎn)發(fā)展，同時(shí)改善了環(huán)境，避免焚燒秸稈帶來的環(huán)境污染，解決了現(xiàn)有傳統(tǒng)秸稈收集成本高的問題。

八、效益估算

采用本文提出的農(nóng)作物秸稈不落地收集方案，秸稈收儲(chǔ)成本可由230元/噸降低到80元/噸（拖拉機(jī)牽引集草按10元計(jì)算，道路運(yùn)輸費(fèi)按70元估算），成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)收儲(chǔ)方式。按照單個(gè)秸稈綜合利用項(xiàng)目需求8萬噸秸稈測(cè)算，一個(gè)項(xiàng)目即可增加效益1200萬元。另外，從投入的秸稈收儲(chǔ)機(jī)械分析，現(xiàn)有傳統(tǒng)收儲(chǔ)模式一臺(tái)（套）秸稈收集機(jī)械設(shè)備至少要投入33萬元，其中摟草機(jī)3萬元、打捆機(jī)10萬元、離田集草轉(zhuǎn)運(yùn)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(jī)械設(shè)備投資。

九、發(fā)展空間

黑龍江墾區(qū)2018年農(nóng)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(chǎn)生的秸稈量近2000萬噸，市場空間極大，利用3～5年時(shí)間探索出完善的打破傳統(tǒng)的秸稈收儲(chǔ)模式，引領(lǐng)農(nóng)作物秸稈收儲(chǔ)行業(yè)，提高秸稈收集效率，為農(nóng)作物收獲和耕地輪作爭搶農(nóng)時(shí)，繼而推廣全國。