農作物生物質資源化利用綜述

農作物生物質特指農作物生產和加工過程中產生的生物質，主要包括農作物秸稈和農產品加工過程中產生的食材廢物（廚余）、谷糠、果殼果皮、豆渣油餅等廢物，量大用途廣，是固碳減碳的戰(zhàn)略資源，具有廣闊的資源化利用前景；但其資源化利用存在組織、動力、路線和技術等方面困難需要解決。本文從必要性、困境（困難與問題）和展望3方面綜述農作物生物質資源化利用，以供讀者參考。

1.農作物生物質資源化利用的必要性

農作物生物質是光合作用轉化大氣中二氧化碳的產物，是可再生資源，年產量大，富含有機質和氮磷鉀等元素，可以通過肥料化、飼料化、燃料化、基料化和原料化方式加以資源化利用。而且，農作物生物質的資源化利用事關循環(huán)經濟發(fā)展、資源節(jié)約與保護、生態(tài)環(huán)境保護和生產生活方式創(chuàng)新等農村經濟社會發(fā)展的重要方面，尤其具有固碳和減碳的戰(zhàn)略價值，理當資源化利用。

1.1農作物生物質擁有資源化利用的數(shù)量基礎

農作物生物質的產量巨大，而且隨糧食產量增大而增大。僅以農作物秸稈估算，農作物的果實產量與秸稈產量的比值是相對穩(wěn)定的，用粒稈比表示，常見秸稈的粒稈比見表1，即秸稈產量隨果實產量增大而增大；我國80%糧食作物秸稈是玉米秸（38%）、稻草（23%）和小麥秸（18%），糧食作物的粒稈比大約在1：1.2，據(jù)此可以估算出我國糧食作物秸稈的逐年變化情況（見下圖）。除三年自然災害時期（1959年至1961年）和1990年代上半期（1991年至1995年）外，我國糧食產量建國后總體呈現(xiàn)上升態(tài)勢，相應的，秸稈產量隨之增大。2020年我國糧食產量達到6.6949億噸，相應的糧食作物秸稈產量將達到8.03億噸；農作物生物質產量將大于農作物秸稈產量，更會大于糧食作物秸稈產量；由此可見，我國農作物生物質的年產量巨大。

1.2農作物生物質擁有資源化利用的質量基礎

農作物生物質富含有機質，主要成分是纖維素、半纖維素、木質素、粗蛋白和低分子碳水化合物，而纖維素是農作物生物質中最豐富的物質，在秸稈中的含量達40—50%（秸稈組成參見表2）；此外，農作物生物質還含有一定的水分和粗灰分。從元素成分看，秸稈富含氮、磷、鉀、鈣、鎂和微量元素（參見表3）。

農作物生物質可用作肥料、飼料、燃料、基料和原料，用途廣。農作物生物質富含有機質和氮磷鉀，是農業(yè)有機肥的重要來源，秸稈提供的養(yǎng)分約占中國有機肥總養(yǎng)分的13%～19%。農作物生物質中的纖維素、半纖維素和低分子碳水化合物可以被牛、羊等反芻動物消化吸收，如纖維素和半纖維素在消化道中水解成乙酸、丙酸、丁酸等低級揮發(fā)性脂肪酸，被動物吸收并轉變成動物的能量，是動物能量的重要來源；農作物生物質飼喂牛的消化能在7.775—10.450MJ/kg之間。除用作肥料和飼料外，農作物生物質還是一種較好的燃料；此外，也能用于食用菌等種植的基料和工業(yè)生產的原料。農作物生物質肥料化、飼料化、燃料化、基料化和原料化是其資源化利用的5種基本途徑，其具體方法和技術詳見表4。

沒有找到我國農作物生物質肥料化、飼料化、燃料化、基料化和原料化的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，估計我國農作物生物質的15%左右直接還田（包括留田的秸稈根茬），25%左右用作動物飼喂，30%左右用作燃料，3%用作生產基料和原料，其余（27%左右）被廢棄和露天焚燒。

1.3農作物生物質資源化利用具有固碳和減碳的戰(zhàn)略價值

農作物生物質是光合作用轉化大氣中二氧化碳的產物，是可再生資源，其資源化利用具有固碳和減碳的戰(zhàn)略價值。農作物利用光能將大氣種的二氧化碳轉化成有機質，因此，農作物種植具有減碳效果；農作物及其光合作用產生的有機質的一半以上存在于農作物生物質中，這就要求農作物生物質的資源化利用具有固碳效果，應盡可能多地將光合作用吸收、轉化的二氧化碳固定在農作物生物質資源化利用的產品中，為實現(xiàn)大氣“30碳達峰60碳中和”做出貢獻。

2.農作物生物質資源化利用的困難

農作物生物質理應資源化利用，但其資源化利用存在客觀困難和主觀困難。客觀上，農作物生物質的產生具有地域性、季節(jié)性和分散性，導致其收集、運輸、倉儲等前處理困難；主觀上，農村實行“包干到戶”制度、農民農村存在農作物生物質處理與農村生產割裂的認識和農作物生物質資源化利用扶持政策不到位等，導致農作物生物質資源化利用存在組織實施不力、內生動力不足、處理能力不足、資源化利用率低且各種資源化利用方法的關系（比率）扭曲、農業(yè)回用（肥料化和飼料化）嚴重萎縮、外部資本投資意愿不大和處理設施建設停止不前等困難和問題。

2.1農作物生物質資源化利用面臨收集、運輸、倉儲等前處理困境

農作物生物質的產生具有地域性、季節(jié)性和分散性。因地理、氣候和習俗等原因，南方偏愛種植水稻，北方偏愛種植小麥、玉米、大豆，農業(yè)種植的農作物種類呈現(xiàn)出地域性，使得農作物生物質在種類和性質上也具有地域性。農作物生長具有周期性，農作物生物質主要產生在農作物收獲期，使得農作物生物質具有季節(jié)性。此外，農作物種植遍布在種植區(qū)域各種植戶（家庭、農場），農作物生物質也遍布在種植區(qū)各種植戶，使得農作物生物質具有分散性。

農作物生物質的地域性、季節(jié)性和分散性增大農作物生物質的收集、運輸、倉儲等前處理的難度。地域性要求因地制宜，在人多地少低于必須在短時間內將農作物生物質移出農作物種植地；季節(jié)性要求因時制宜并平衡儲倉的季節(jié)性緊張與閑置，在一年兩季和三季種植地區(qū)還必須盡快完成農作物生物質的收集（包括打捆）和倉儲工作（搶收搶儲）以免耽誤下一季播種；分散性增大收集、運輸困難；而且，干燥、松散農作物生物質的容重較小，如稻草的容重僅35kg/m3左右，要求運輸車輛的車廂容積和儲倉的容積較大，增大運輸和倉儲的成本。由此可見，農作物生物質的收集、運輸和倉儲存在時間和空間要求，農作物生物質資源化利用面臨前處理困境。

2.2農作物生物質資源化利用面臨資源化利用生態(tài)惡化困境

1984年后，我國農村全面實行家庭聯(lián)產承包責任制度并且“包干到戶”，農業(yè)生產家庭化，一方面削弱了農村集體的組織作用和集體力量（農村力量分化），使一些必須依靠集體力量的農作物生物質資源化利用項目無法組織實施，農作物生物質資源化利用面臨農村組織渙散困境，加上前述的農作物生物質的分散性，農作物生物質資源化利用面臨農村組織渙散和農作物生物質分散性形成的“雙散困境”，另一方面改變了農村生產生活和農作物生物質處理的方式方法（農村生產生活方式改變），如機耕代替牛耕，化肥代替有機肥，化石燃料代替生物質燃料，生物質被廢棄和露天焚燒代替還田培肥和飼喂耕牛，等等變化大幅度降低了生物質農業(yè)回用（肥料化和飼料化）的數(shù)量和比例，既降低了生物質資源化利用率，又扭曲了生物質各種資源化利用方法的關系（比率），使農作物生物質處理與農村生產割裂，嚴重阻礙了農作物生物質的資源化利用，估計1990年農作物生物質減少15%直接還田和20%耕牛飼喂，致使1.8億噸以上農作物生物質被廢棄和露天焚燒，農作物生物質資源化利用面臨農作物生物質資源化利用生態(tài)惡化的困境。

2.3農作物生物質資源化利用設施建設面臨資源短缺困境和觀念落后困境

農村沒有組織力量、集體力量和資本建設農作物生物質處理設施，城市企業(yè)家和資本考慮到農作物生物質處理存在收集、運輸、倉儲等前處理困難和扶持政策力度不大、資源化利用效率效益不高等現(xiàn)實，沒有建設意愿，農作物生物質資源化利用面臨組織、資本、技術、政策等資源短缺困境；再者，以往還田是直接還田（至多簡易堆漚處理），動物飼喂是直接飼喂，燃燒也是土灶直接燃燒，所謂“自然生態(tài)處理”就是土法上馬，農民農村沒有形成農作物生物質資源化利用系統(tǒng)化、工業(yè)化、裝備化、規(guī)?；痊F(xiàn)代化概念，沒有農村生產生態(tài)鏈和循環(huán)經濟的概念，沒有意識到農作物生物質資源化利用是農村生產生態(tài)鏈不可或缺的組成環(huán)節(jié)，從來沒有把農作物生物質資源化利用設施建設看成是農村生產的基礎設施建設，農作物資源化利用面臨農民農業(yè)農村的觀念落后困境；凡此種種嚴重阻礙農作物生物質處理設施建設和更新?lián)Q代，導致農作物生物質處理能力嚴重不足，而且處理能力歷史欠賬越來越大。

農作物生物質露天焚燒早已稱為大氣污染的一大公害。早在1999年農作物生物質露天焚燒問題便受到環(huán)境管理部門重視（《關于發(fā)布〈秸稈禁燒和綜合利用管理辦法〉的通知》（環(huán)發(fā)〔1999〕98號）），隨后相關主管部門也多次發(fā)布了禁燒令，但該問題越演越烈，以致2020年不得不將禁燒寫進《固廢法》。農作物生物質露天焚燒屢禁不止的根本原因是農業(yè)生物質處理設施建設停滯不前導致的處理能力不足。

3.農作物生物質資源化利用的展望

農作物生物質資源化利用存在前處理困境、雙散困境、資源化利用生態(tài)惡化困境、資源短缺困境和觀念落后困境，需要發(fā)揮政府的主導作用、加強組織、激發(fā)農村內生動力、制定利用路線、明確各種利用方法的關系（比率）、優(yōu)化農村生產的生態(tài)鏈，改善農村經濟發(fā)展的生態(tài)圈和提高利用效率效益，促進農作物生物質資源化利用，農作物生物質資源化利用存在的困境及其解決對策見表5。

3.1理順組織管理和經營模式，推動就近規(guī)模經營

首先必須保障農作物生物質的“供應”。組織實施農作物生物質資源化利用的關鍵在保障農作物生物質的“供應”而不在農作物生物質的“利用”；欲保障農作物生物質的供應就必須有效地化解“雙散困境”和“前處理困境”，唯有如此才能有效地集中種植戶（家庭、農場）的農作物生物質以形成規(guī)模利用，而這又取決于種植戶（家庭、農場）的意愿，要看每個種植戶是否愿意收集、貯存分散在田間地頭的農作物生物質和各個種植戶是否愿意與利廢企業(yè)（即農作物生物質資源化利用企業(yè)）合作。

要理順和加強組織管理，尤其要發(fā)揮“村兩委”的組織領導作用，強調農民農村是農作物生物質處理的主體，完善法律、經濟、信用等激勵機制鼓勵農村問題農村解決，將種植戶的意愿統(tǒng)一到“必須實行農作物生物質資源化利用”；要因地制宜選擇經營模式，將種植戶與利廢企業(yè)有效地結合在一起，保障與平衡農作物生物質的“供應”與“利用”，凝聚力較強的地區(qū)可采用“村（自然村或行政村）集中利用+種植戶”模式，松散且種植戶較多地區(qū)可采用“種植戶（家庭、農場）+中間組織（合作社、企業(yè)）+利廢企業(yè)”模式，市場化程度較高且擁有勢力雄厚的利廢企業(yè)的地區(qū)可采用“利廢企業(yè)+種植戶”模式，利廢企業(yè)直接向種植戶采購農作物生物質，發(fā)揮市場的資源配置作用；要向種植戶收集、運輸、貯存（甚至倉儲）農作物生物質提供便利，如利廢企業(yè)控制處理規(guī)模以縮短運輸距離（就近處理）和提供儲倉以解決儲存困難，合作社提供機械打捆、粉碎、運輸?shù)确?；要完善農作物生物質采購機制，惠及于民，激發(fā)種植戶參與農作物生物質資源化利用的自覺性和積極性。

北京延慶區(qū)推廣“農戶+農機合作社+秸稈用戶”模式。農機合作社負責秸稈打捆收集和倉儲，按量收購秸稈并將秸稈出售給利廢企業(yè)。農機合作社收集、運輸、采購秸稈成本約210元/噸（70元/畝），其中包括支付給農戶60—120元/噸（20—40元/畝），而玉米秸稈市場銷售價格約為300-600元/噸，具有一定的經濟效益。

3.2優(yōu)化農作物生物質資源化利用的生態(tài)關系，發(fā)展農村循環(huán)經濟

其次要優(yōu)化農作物生物質資源化利用體系，重點是資源化利用的生態(tài)關系，包括資源化利用與農業(yè)的關系和各種資源化利用方法之間的關系。體系是人、物、事相互作用的結果，是人、物、事相互聯(lián)系的紐帶，也是對人、物、事相互關系的規(guī)范約束；組織實施農作物生物質資源化利用不僅要重視“利用”，更要重視各種“利用”方法和事務所形成的“體系”，在組織實施農作物生物質資源化利用的過程中筑建“簡單高效、有序和諧”的農作物生物質資源化利用體系。

要明確農作物生物質資源化利用的路線，提倡就近農業(yè)回用，推廣綜合利用和梯級利用，加強資源化利用體系建設，推動資源化利用現(xiàn)代化（工業(yè)化、專業(yè)化、規(guī)?；?、低碳化、智能化）；要制定各種資源化利用方法的階段性目標，力爭農業(yè)回用65%以上（其中直接還田20%，飼料化+肥料化梯級利用45%）、燃料化30%以下、基料化與原料化5%以上；要將資源化利用嵌入農村生產的生態(tài)鏈，推廣種養(yǎng)結合和農工商結合，發(fā)展農村循環(huán)經濟，以工商促興農業(yè)和農村經濟；要提倡物質利用優(yōu)先和物質利用與能量利用并舉的綜合利用，提高農作物生物質的固碳減碳效果和資源化利用率。

目前，農作物生物質資源化利用的上策是立足牛飼喂等梯級利用后與農業(yè)生產結合發(fā)展農村循環(huán)經濟。構建農村生產的生態(tài)鏈時，先經牛第一次過腹轉化，后經魚第二次過腹轉化，最后經微生物轉化制取沼氣，塘泥和沼渣、沼液再與農業(yè)生產結合。農作物生物質資源化利用與農工商結合的生態(tài)鏈與循環(huán)經濟示意圖見下圖。

3.3把農作物生物質農業(yè)回用設施納入農業(yè)公共基礎設施，加快設施建設

接下來必須解決資本、技術等資源短缺困難。村（自然村或行政村）集體利用的主要困難在建養(yǎng)殖場、養(yǎng)魚塘和微生物轉化設施的土地、初投資哪里來。

要將農作物生物質農業(yè)回用設施納入農業(yè)公共基礎設施甚至納入高標準農田建設項目，由政府在政府投資中統(tǒng)籌，為農業(yè)回用設施建設提供保障；要創(chuàng)新農村土地政策，鼓勵立體養(yǎng)殖和高密度養(yǎng)魚，為農業(yè)回用設施落地建設創(chuàng)造條件；要完善宏觀調節(jié)的農產品市場，保障農產品銷售渠道暢通和銷售利潤穩(wěn)中有升。

此外，要鼓勵城市資本投資農作物生物質能量利用設施建設，拓寬資金來源；要鼓勵農作物資源化利用設施協(xié)同處置同質的生活垃圾和工業(yè)垃圾，鼓勵多種經營，拓寬收入來源。