南陽興農(nóng)機(jī)械展示

        隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和農(nóng)民生活水平的提高，農(nóng)作物秸稈正在變成“廢物”污染著環(huán)境，而且范圍逐步擴(kuò)大。如何處理秸稈已成為農(nóng)業(yè)戰(zhàn)線一個(gè)嚴(yán)重問題。
        綜合利用資源，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，是國家重大科學(xué)技術(shù)政策，從1992年到2008年，國務(wù)院及農(nóng)業(yè)部等相關(guān)部委多次指示，要加強(qiáng)秸稈的綜合開發(fā)利用。
        茲根據(jù)近幾年來秸稈開發(fā)利用科研生產(chǎn)情況，就糧食、飼料、能源等問題，探討秸稈資源的出路和綜合利用方略，供商榷。

        一、秸稈資源開發(fā)的重要性和必要性

        首先，農(nóng)作物秸稈是世界上最豐富的可再生非糧生物資源（BioResorces），年年再生，取之不盡，用之不竭。一般而言，農(nóng)作物光合作用產(chǎn)物一半在籽實(shí)，一半在秸稈里。具體說，每產(chǎn)1噸稻谷和小麥分別約產(chǎn)生1噸稻草和麥秸，玉米秸稈產(chǎn)率還高，通常為玉米產(chǎn)量的1.2～1.8倍。我國是一個(gè)糧食大國，2007年糧食產(chǎn)量達(dá)5.015億噸， 年產(chǎn)秸稈約6億噸左右。玉米秸稈最多，其次是稻草、麥秸，此外還有豆秸、花生藤、紅薯蔓等。
        不同的秸稈化學(xué)成分及其含量不同，纖維素、半纖維素、木質(zhì)素含量最多，共約為21%～50%，粗蛋白3%～12%（豆科植物秸稈最高），還有淀粉、脂肪、維生素及鈣、磷等礦物質(zhì)。秸稈的利用本質(zhì)上就是利用這些化學(xué)成分及其衍生物。據(jù)測算，如果將這些秸稈全部作燃料，約可折合3億噸標(biāo)煤熱值，全部用作飼料相當(dāng)于1.5億噸糧食?，F(xiàn)在用秸稈制作飼料和加工成型燃料，收購價(jià)平均180元/噸，按此計(jì)算，僅秸稈初加工農(nóng)業(yè)則可增加產(chǎn)值1000多億元。
        由此可見，秸稈資源具有重大開發(fā)利用價(jià)值。綜合利用，不增加種植成本，就可使農(nóng)業(yè)大幅度增值。不利用秸稈等于浪費(fèi)一半光合作用產(chǎn)物資源。
        其次，秸稈利用可以保護(hù)環(huán)境。農(nóng)村和農(nóng)業(yè)的環(huán)境污染已引起人們的高度重視。據(jù)考察，主要污染源一是化學(xué)農(nóng)藥，二是秸稈堆積及秸稈的燃燒，三是養(yǎng)殖業(yè)。大量的秸稈在農(nóng)村場院地邊任意堆放、腐敗、流失，污染環(huán)境；農(nóng)村利用秸稈做飯取暖，不僅能源利用率低（大約10%），特別是煙塵污染空氣，廚房內(nèi)一氧化碳嚴(yán)重超標(biāo)，直接影響人體特別是婦女兒童的健康。據(jù)世界衛(wèi)生組織2004年報(bào)告，全球發(fā)展中國家每年約有160萬人的死亡與廚房煙塵危害緊密相關(guān)。
        農(nóng)民富了，不愿看到“室內(nèi)現(xiàn)代化，室外臟亂差”。許多產(chǎn)糧區(qū)人多地少，為避免影響下一季耕作，不得不在田頭燒毀秸稈，結(jié)果對環(huán)境造成的污染更為嚴(yán)重，甚至影響公路、航空的交通安全。養(yǎng)殖業(yè)的糞便、污水現(xiàn)在已成為繼工業(yè)污染和生活垃圾污染之后的第三大污染源，其關(guān)鍵是未把畜禽糞便作為資源而當(dāng)成廢物，不處理和不及時(shí)處理，使它們都成為污染源。
        第三，有助于解決糧價(jià)危機(jī)。國際糧價(jià)從2002年開始上漲。2004年～2006年小麥價(jià)上漲181%，2007年國際糧價(jià)上漲42%。因此引發(fā)第二次世界大戰(zhàn)以來首次全球糧食危機(jī)。但是我國糧價(jià)上漲表現(xiàn)出溫和性、結(jié)構(gòu)性和可控性等特點(diǎn)，其原因是國家糧儲充足和自給率95%的糧食戰(zhàn)略及相關(guān)政策。糧價(jià)危機(jī)又一次引起世界各國對農(nóng)業(yè)和糧食的重視。
        隨著全國人民收入和消費(fèi)水平的提高，糧食直接消費(fèi)漸低，動物性食品消費(fèi)迅增。從1986年到2006年20年間，我國城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村居民直接消費(fèi)糧食分別減少45%（138kg到76kg）和13%（275kg到239kg），而動物性食品消費(fèi)則幾乎翻了一番，城鎮(zhèn)由35kg增至74kg，鄉(xiāng)村由17kg增加到34kg。用發(fā)酵秸稈制成飼料發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)，轉(zhuǎn)化成肉、蛋、奶，既可滿足人民食品消費(fèi)轉(zhuǎn)化的需要，又使秸稈增值。更重要的是有了肉、蛋、奶，人民身體健康就有保障，真可謂一舉三得。
        第四，開辟新一代能源，解決能源危機(jī)。近十幾年來，化石能源儲量逐漸減少耗竭，越來越引起全世界的關(guān)注。據(jù)國際權(quán)威機(jī)構(gòu)測算，從全球現(xiàn)有石油、天然氣和煤炭可采儲量、儲量增長潛量及待發(fā)現(xiàn)量來看，石油還可用92年，天然氣和煤炭分別可用63年和90年?？梢?1世紀(jì)將是化石能源換代世紀(jì)。2005年推測，中國的石油現(xiàn)有可采儲量約35億噸標(biāo)煤，儲產(chǎn)比已到警戒線，但消費(fèi)量為世界第二，近半要進(jìn)口，能源危機(jī)警鐘敲響。
        秸稈作為生物質(zhì)能源，在化石能源出現(xiàn)前就是人類使用的主要能源?，F(xiàn)在能源危機(jī)又使它重新受到特別關(guān)注。美國、瑞典等發(fā)達(dá)的石油消費(fèi)國家，經(jīng)過三四十年的探索，認(rèn)為生物質(zhì)能源是替代石油的唯一選擇。美國全面部署了由玉米乙醇向非糧生物燃料的過渡戰(zhàn)略。瑞典對9種燃料進(jìn)行了十多年試驗(yàn)，選擇出沼氣和乙醇來代替化石燃料。歐盟、日本、印度、菲律賓和我國等很多國家都相繼做了生物燃料發(fā)展規(guī)劃，并積極進(jìn)行實(shí)施。用生物燃料替代石油已成全球共識。
秸稈含硫和氮元素很低，分別為0.03%～0.3%和0.3%～1.1%，作為燃料使用還將大大有利于空氣質(zhì)量改進(jìn)。
        綜上所述，秸稈綜合利用可統(tǒng)籌解決種植業(yè)、畜牧業(yè)、飼料業(yè)和生物質(zhì)能源的發(fā)展，對實(shí)現(xiàn)農(nóng)村和農(nóng)業(yè)節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境和農(nóng)副產(chǎn)品轉(zhuǎn)化增值，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會效益，前景十分廣闊。

山西農(nóng)大崔保衛(wèi)教授（左）蔡澤民教授（中）與曹明軍(右)在公司合影

        二、秸稈應(yīng)用現(xiàn)狀

        秸稈的利用在不同的時(shí)代和不同的技術(shù)層面上運(yùn)行著。隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，秸稈的綜合利用正向縱深發(fā)展。
        首先，作為能源，秸稈是人類第一代能源，至今仍有35%～55%的秸稈直接作為農(nóng)村生活燃料。可喜的是直接燃燒用量逐漸減少，而秸稈固體成型燃料和燃燒爐具得到了推廣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，秸稈直接作燃料，1980年為69.8%，到2002年則降為35.7%。實(shí)施秸稈氣化技術(shù)，秸稈不完全燃燒或干餾產(chǎn)生CO（一氣化碳）或CH4（甲烷）和H2（氫氣）等可燃?xì)怏w，對農(nóng)村節(jié)能減排和改善農(nóng)戶空氣質(zhì)量十分有益?，F(xiàn)在我國年產(chǎn)秸稈固體成型燃料達(dá)10萬噸，全世界為400萬噸。2015年我國可形成年產(chǎn)2000萬噸的生產(chǎn)能力。
        秸稈氣化發(fā)電，丹麥已建廠投產(chǎn)，年消耗秸稈15萬噸。我國也開始發(fā)展，國家電網(wǎng)公司已有8個(gè)秸稈發(fā)電項(xiàng)目，分布在河北、山東、江蘇等省，總裝機(jī)20萬千瓦，年可發(fā)電14億度，消耗秸稈160萬噸左右，與燃煤相比每年減排CO2（二氧化碳）80萬噸以上。
        其次，秸稈作為飼料，現(xiàn)在用量占23%～27%。最初是直接用秸稈作牛、羊等反芻動物飼料，但利用率低，飼養(yǎng)效果差。20世紀(jì)三四十年代，德國、前蘇聯(lián)發(fā)明秸稈氨化技術(shù)，七八十年代我國逐步推廣秸稈青貯和氨化飼料。但由于青貯受季節(jié)限制，與農(nóng)業(yè)爭勞力，發(fā)酵周期長，飼料營養(yǎng)差，易發(fā)生“二次發(fā)酵”；氨化飼料與農(nóng)業(yè)爭肥，適口性差，喂量大還可發(fā)生氨中毒，所以推廣受到一定阻力。近代我國開始推廣應(yīng)用秸稈發(fā)酵飼料，有人稱為“微貯”。
        秸稈發(fā)酵是利用高活性微生物菌劑，主要是霉菌、細(xì)菌和酵母。霉菌主要分泌纖維素酶、淀粉酶、木質(zhì)素酶，將纖維素、淀粉等轉(zhuǎn)化為糖類；酵母和乳酸菌類進(jìn)一步利用糖合成菌體蛋白質(zhì)及有機(jī)酸、維生素和未知生長因子等，從而增加飼料的營養(yǎng)和適口性。秸稈經(jīng)粉碎發(fā)酵，蛋白質(zhì)含量提高1倍，粗纖維素降低20%以上，成為質(zhì)地柔軟、酸香適口、營養(yǎng)豐富的飼料，適于牛、羊、豬、鵝、雞等畜禽飼養(yǎng)。
        第三，作為肥料，秸稈作為肥料直接還田或過腹還田，或堆漚施用，應(yīng)用歷史很早，但現(xiàn)在用量不大，約為秸稈的14％。
        第四，作為工業(yè)原料，秸稈可用作造紙、板材等工業(yè)原料。近年來，玉米秸皮瓤分離，皮用于造紙，提高了紙張質(zhì)量。秸稈制作人造板技術(shù)成熟，“十五”期間人造板產(chǎn)量達(dá)20萬m3，既節(jié)約木材又不污染環(huán)境。河南鶴壁市已開始研制出用秸稈生產(chǎn)低聚木糖的技術(shù)。此外，秸稈還廣泛用于食用菌栽培等。
        第五，作為生物燃料，生物燃料包括汽油乙醇、生物柴油和沼氣（甲烷）。
        巴西、美國在上世紀(jì)20年代就開始以甘庶和玉米生產(chǎn)的乙醇代替石油?，F(xiàn)在汽油乙醇的生產(chǎn)正向非糧原料轉(zhuǎn)化。美國要在2012年實(shí)現(xiàn)纖維乙醇商業(yè)化生產(chǎn)，使汽油中加入生物乙醇量達(dá)2250萬噸。我國在東北、河南等地已利用玉米大規(guī)模生產(chǎn)汽油乙醇，秸稈纖維乙醇的生產(chǎn)也已進(jìn)入中試階段。
        利用秸稈和糞便等廢棄物進(jìn)行沼氣發(fā)酵，已被農(nóng)業(yè)部列為我國農(nóng)村和農(nóng)業(yè)十大節(jié)能減排技術(shù)之首，發(fā)展很快?，F(xiàn)在農(nóng)村戶用沼氣池達(dá)2200多萬個(gè)，養(yǎng)殖場建大中型沼氣站2000多處，年產(chǎn)沼氣70億m3。秸稈沼氣發(fā)酵工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)通過國家鑒定，山東、黑龍江、北京、山西等省均有沼氣發(fā)酵集中供氣示范項(xiàng)目，最大的發(fā)酵罐總?cè)莘e達(dá)3000m3。

省畜牧局領(lǐng)導(dǎo)到公司指導(dǎo)，由蔡教授（左）和曹明軍（右）專家匯報(bào)工作

        三、秸稈資源特點(diǎn)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)

        秸稈資源的特點(diǎn)是：量大，可再生；組分復(fù)雜，用途廣；來源不連續(xù)，季節(jié)性強(qiáng)；堆積密度小（100～200kg/m3），收集運(yùn)輸不便；價(jià)值低，收集運(yùn)輸費(fèi)用高，經(jīng)濟(jì)合理的收集半徑為10km左右。要充分利用秸稈，必需深刻認(rèn)識秸稈資源的特點(diǎn)。通過循環(huán)經(jīng)濟(jì)使秸稈利用達(dá)到高效、科學(xué)、環(huán)保的目標(biāo)。技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好，有效益，不產(chǎn)生二次污染，秸稈利用才能持續(xù)發(fā)展。
        秸稈資源開發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，牽涉到種植、養(yǎng)殖、技術(shù)、物流等許多部門，各自都講經(jīng)濟(jì)效益，需要政府組織規(guī)劃、協(xié)調(diào)運(yùn)作，產(chǎn)品市場、秸稈來源、收集成本和加工技術(shù)，要綜合考慮。
        循環(huán)經(jīng)濟(jì)是把傳統(tǒng)的依賴資源消耗的線性增長經(jīng)濟(jì)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐揽可鷳B(tài)型資源循環(huán)來發(fā)展的經(jīng)濟(jì)。秸稈是發(fā)展農(nóng)村循環(huán)經(jīng)濟(jì)的主要資源。以秸稈發(fā)酵飼料養(yǎng)豬、牛，豬牛糞便進(jìn)行沼氣發(fā)酵，沼氣發(fā)酵污泥和糞便生產(chǎn)有機(jī)肥。秸稈經(jīng)多次利用，形成的飼料、沼氣、有機(jī)肥3類產(chǎn)品循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)零排放。這種循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式實(shí)際證明是可行的。
        纖維乙醇商業(yè)化生產(chǎn)的副產(chǎn)品——酒糟，富含菌體蛋白，可以代替或部分代替糧食做飼料，加入到上述循環(huán)經(jīng)濟(jì)圈中，再形成一個(gè)重大的工業(yè)—飼養(yǎng)業(yè)—農(nóng)業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。
        根據(jù)我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和人民生活的需求，參考世界上發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)施農(nóng)業(yè)節(jié)能減排的方針，現(xiàn)階段我國秸稈資源的主要出路：一是發(fā)展固體成型燃料和秸稈氣化技術(shù)，以及發(fā)酵沼氣，解決農(nóng)戶能源問題；二是開發(fā)秸稈飼料、肥料，變秸稈為肉、蛋、奶，開辟節(jié)糧新途徑，緩解人畜爭糧矛盾；三是用秸稈制作人造板材，節(jié)約木材，保護(hù)林業(yè)發(fā)展。
        纖維乙醇的生產(chǎn)是全球生物質(zhì)能源開發(fā)利用的大問題，我國和世界上許多國家一樣正在緊鑼密鼓地開展工作。能源是關(guān)系到世界長治久安的根本物質(zhì)基礎(chǔ)，生物燃料的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用必將使生物工程真正成為21世紀(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，使世界真正進(jìn)入生物工程時(shí)代。
        秸稈資源綜合利用是一項(xiàng)世界性科技難題，我國秸稈利用的總體水平與發(fā)達(dá)國家相比還是落后的，我們應(yīng)加強(qiáng)力量，讓秸稈資源迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。