農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用綜述

農(nóng)作物生物質(zhì)特指農(nóng)作物生產(chǎn)和加工過程中產(chǎn)生的生物質(zhì)，主要包括農(nóng)作物秸稈和農(nóng)產(chǎn)品加工過程中產(chǎn)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(dòng)力、路線和技術(shù)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(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用，以供讀者參考。

1.農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用的必要性

農(nóng)作物生物質(zhì)是光合作用轉(zhuǎn)化大氣中二氧化碳的產(chǎn)物，是可再生資源，年產(chǎn)量大，富含有機(jī)質(zhì)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(nóng)作物生物質(zhì)的資源化利用事關(guān)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源節(jié)約與保護(hù)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和生產(chǎn)生活方式創(chuàng)新等農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要方面，尤其具有固碳和減碳的戰(zhàn)略價(jià)值，理當(dāng)資源化利用。

1.1農(nóng)作物生物質(zhì)擁有資源化利用的數(shù)量基礎(chǔ)

農(nóng)作物生物質(zhì)的產(chǎn)量巨大，而且隨糧食產(chǎn)量增大而增大。僅以農(nóng)作物秸稈估算，農(nóng)作物的果實(shí)產(chǎn)量與秸稈產(chǎn)量的比值是相對(duì)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(chǎn)量隨果實(shí)產(chǎn)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(zāi)害時(shí)期（1959年至1961年）和1990年代上半期（1991年至1995年）外，我國糧食產(chǎn)量建國后總體呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)，相應(yīng)的，秸稈產(chǎn)量隨之增大。2020年我國糧食產(chǎn)量達(dá)到6.6949億噸，相應(yīng)的糧食作物秸稈產(chǎn)量將達(dá)到8.03億噸；農(nóng)作物生物質(zhì)產(chǎn)量將大于農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量，更會(huì)大于糧食作物秸稈產(chǎn)量；由此可見，我國農(nóng)作物生物質(zhì)的年產(chǎn)量巨大。

1.2農(nóng)作物生物質(zhì)擁有資源化利用的質(zhì)量基礎(chǔ)

農(nóng)作物生物質(zhì)富含有機(jī)質(zhì)，主要成分是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、粗蛋白和低分子碳水化合物，而纖維素是農(nóng)作物生物質(zhì)中最豐富的物質(zhì)，在秸稈中的含量達(dá)40—50%（秸稈組成參見表2）；此外，農(nóng)作物生物質(zhì)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(nóng)作物生物質(zhì)可用作肥料、飼料、燃料、基料和原料，用途廣。農(nóng)作物生物質(zhì)富含有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀，是農(nóng)業(yè)有機(jī)肥的重要來源，秸稈提供的養(yǎng)分約占中國有機(jī)肥總養(yǎng)分的13%～19%。農(nóng)作物生物質(zhì)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(dòng)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(jí)揮發(fā)性脂肪酸，被動(dòng)物吸收并轉(zhuǎn)變成動(dòng)物的能量，是動(dòng)物能量的重要來源；農(nóng)作物生物質(zhì)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(nóng)作物生物質(zhì)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(chǎn)的原料。農(nóng)作物生物質(zhì)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(shù)詳見表4。

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

1.3農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用具有固碳和減碳的戰(zhàn)略價(jià)值

農(nóng)作物生物質(zhì)是光合作用轉(zhuǎn)化大氣中二氧化碳的產(chǎn)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(jià)值。農(nóng)作物利用光能將大氣種的二氧化碳轉(zhuǎn)化成有機(jī)質(zhì)，因此，農(nóng)作物種植具有減碳效果；農(nóng)作物及其光合作用產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)的一半以上存在于農(nóng)作物生物質(zhì)中，這就要求農(nóng)作物生物質(zhì)的資源化利用具有固碳效果，應(yīng)盡可能多地將光合作用吸收、轉(zhuǎn)化的二氧化碳固定在農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用的產(chǎn)品中，為實(shí)現(xiàn)大氣“30碳達(dá)峰60碳中和”做出貢獻(xiàn)。

2.農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用的困難

農(nóng)作物生物質(zhì)理應(yīng)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(nóng)作物生物質(zhì)的產(chǎn)生具有地域性、季節(jié)性和分散性，導(dǎo)致其收集、運(yùn)輸、倉儲(chǔ)等前處理困難；主觀上，農(nóng)村實(shí)行“包干到戶”制度、農(nóng)民農(nóng)村存在農(nóng)作物生物質(zhì)處理與農(nóng)村生產(chǎn)割裂的認(rèn)識(shí)和農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用扶持政策不到位等，導(dǎo)致農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用存在組織實(shí)施不力、內(nèi)生動(dòng)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(guān)系（比率）扭曲、農(nóng)業(yè)回用（肥料化和飼料化）嚴(yán)重萎縮、外部資本投資意愿不大和處理設(shè)施建設(shè)停止不前等困難和問題。

2.1農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用面臨收集、運(yùn)輸、倉儲(chǔ)等前處理困境

農(nóng)作物生物質(zhì)的產(chǎn)生具有地域性、季節(jié)性和分散性。因地理、氣候和習(xí)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(nóng)業(yè)種植的農(nóng)作物種類呈現(xiàn)出地域性，使得農(nóng)作物生物質(zhì)在種類和性質(zhì)上也具有地域性。農(nóng)作物生長具有周期性，農(nóng)作物生物質(zhì)主要產(chǎn)生在農(nóng)作物收獲期，使得農(nóng)作物生物質(zhì)具有季節(jié)性。此外，農(nóng)作物種植遍布在種植區(qū)域各種植戶（家庭、農(nóng)場(chǎng)），農(nóng)作物生物質(zhì)也遍布在種植區(qū)各種植戶，使得農(nóng)作物生物質(zhì)具有分散性。

農(nóng)作物生物質(zhì)的地域性、季節(jié)性和分散性增大農(nóng)作物生物質(zhì)的收集、運(yùn)輸、倉儲(chǔ)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(shí)間內(nèi)將農(nóng)作物生物質(zhì)移出農(nóng)作物種植地；季節(jié)性要求因時(shí)制宜并平衡儲(chǔ)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(nóng)作物生物質(zhì)的收集（包括打捆）和倉儲(chǔ)工作（搶收搶儲(chǔ)）以免耽誤下一季播種；分散性增大收集、運(yùn)輸困難；而且，干燥、松散農(nóng)作物生物質(zhì)的容重較小，如稻草的容重僅35kg/m3左右，要求運(yùn)輸車輛的車廂容積和儲(chǔ)倉的容積較大，增大運(yùn)輸和倉儲(chǔ)的成本。由此可見，農(nóng)作物生物質(zhì)的收集、運(yùn)輸和倉儲(chǔ)存在時(shí)間和空間要求，農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用面臨前處理困境。

2.2農(nóng)作物生物質(zhì)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(nóng)村全面實(shí)行家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制度并且“包干到戶”，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)家庭化，一方面削弱了農(nóng)村集體的組織作用和集體力量（農(nóng)村力量分化），使一些必須依靠集體力量的農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用項(xiàng)目無法組織實(shí)施，農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用面臨農(nóng)村組織渙散困境，加上前述的農(nóng)作物生物質(zhì)的分散性，農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用面臨農(nóng)村組織渙散和農(nóng)作物生物質(zhì)分散性形成的“雙散困境”，另一方面改變了農(nóng)村生產(chǎn)生活和農(nóng)作物生物質(zhì)處理的方式方法（農(nóng)村生產(chǎn)生活方式改變），如機(jī)耕代替牛耕，化肥代替有機(jī)肥，化石燃料代替生物質(zhì)燃料，生物質(zhì)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(zhì)農(nóng)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(zhì)資源化利用率，又扭曲了生物質(zhì)各種資源化利用方法的關(guān)系（比率），使農(nóng)作物生物質(zhì)處理與農(nóng)村生產(chǎn)割裂，嚴(yán)重阻礙了農(nóng)作物生物質(zhì)的資源化利用，估計(jì)1990年農(nóng)作物生物質(zhì)減少15%直接還田和20%耕牛飼喂，致使1.8億噸以上農(nóng)作物生物質(zhì)被廢棄和露天焚燒，農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用面臨農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用生態(tài)惡化的困境。

2.3農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用設(shè)施建設(shè)面臨資源短缺困境和觀念落后困境

農(nóng)村沒有組織力量、集體力量和資本建設(shè)農(nóng)作物生物質(zhì)處理設(shè)施，城市企業(yè)家和資本考慮到農(nóng)作物生物質(zhì)處理存在收集、運(yùn)輸、倉儲(chǔ)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(shí)，沒有建設(shè)意愿，農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用面臨組織、資本、技術(shù)、政策等資源短缺困境；再者，以往還田是直接還田（至多簡(jiǎn)易堆漚處理），動(dòng)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(nóng)民農(nóng)村沒有形成農(nóng)作物生物質(zhì)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(nóng)村生產(chǎn)生態(tài)鏈和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的概念，沒有意識(shí)到農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用是農(nóng)村生產(chǎn)生態(tài)鏈不可或缺的組成環(huán)節(jié)，從來沒有把農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用設(shè)施建設(shè)看成是農(nóng)村生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，農(nóng)作物資源化利用面臨農(nóng)民農(nóng)業(yè)農(nóng)村的觀念落后困境；凡此種種嚴(yán)重阻礙農(nóng)作物生物質(zhì)處理設(shè)施建設(shè)和更新?lián)Q代，導(dǎo)致農(nóng)作物生物質(zhì)處理能力嚴(yán)重不足，而且處理能力歷史欠賬越來越大。

農(nóng)作物生物質(zhì)露天焚燒早已稱為大氣污染的一大公害。早在1999年農(nóng)作物生物質(zhì)露天焚燒問題便受到環(huán)境管理部門重視（《關(guān)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(hào)）），隨后相關(guān)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(jìn)《固廢法》。農(nóng)作物生物質(zhì)露天焚燒屢禁不止的根本原因是農(nóng)業(yè)生物質(zhì)處理設(shè)施建設(shè)停滯不前導(dǎo)致的處理能力不足。

3.農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用的展望

農(nóng)作物生物質(zhì)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(dǎo)作用、加強(qiáng)組織、激發(fā)農(nóng)村內(nèi)生動(dòng)力、制定利用路線、明確各種利用方法的關(guān)系（比率）、優(yōu)化農(nóng)村生產(chǎn)的生態(tài)鏈，改善農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的生態(tài)圈和提高利用效率效益，促進(jìn)農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用，農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用存在的困境及其解決對(duì)策見表5。

3.1理順組織管理和經(jīng)營模式，推動(dòng)就近規(guī)模經(jīng)營

首先必須保障農(nóng)作物生物質(zhì)的“供應(yīng)”。組織實(shí)施農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用的關(guān)鍵在保障農(nóng)作物生物質(zhì)的“供應(yīng)”而不在農(nóng)作物生物質(zhì)的“利用”；欲保障農(nóng)作物生物質(zhì)的供應(yīng)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(nóng)場(chǎng)）的農(nóng)作物生物質(zhì)以形成規(guī)模利用，而這又取決于種植戶（家庭、農(nóng)場(chǎng)）的意愿，要看每個(gè)種植戶是否愿意收集、貯存分散在田間地頭的農(nóng)作物生物質(zhì)和各個(gè)種植戶是否愿意與利廢企業(yè)（即農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用企業(yè)）合作。

要理順和加強(qiáng)組織管理，尤其要發(fā)揮“村兩委”的組織領(lǐng)導(dǎo)作用，強(qiáng)調(diào)農(nóng)民農(nóng)村是農(nóng)作物生物質(zhì)處理的主體，完善法律、經(jīng)濟(jì)、信用等激勵(lì)機(jī)制鼓勵(lì)農(nóng)村問題農(nóng)村解決，將種植戶的意愿統(tǒng)一到“必須實(shí)行農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用”；要因地制宜選擇經(jīng)營模式，將種植戶與利廢企業(yè)有效地結(jié)合在一起，保障與平衡農(nóng)作物生物質(zhì)的“供應(yīng)”與“利用”，凝聚力較強(qiáng)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(nóng)場(chǎng)）+中間組織（合作社、企業(yè)）+利廢企業(yè)”模式，市場(chǎng)化程度較高且擁有勢(shì)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(nóng)作物生物質(zhì)，發(fā)揮市場(chǎng)的資源配置作用；要向種植戶收集、運(yùn)輸、貯存（甚至倉儲(chǔ)）農(nóng)作物生物質(zhì)提供便利，如利廢企業(yè)控制處理規(guī)模以縮短運(yùn)輸距離（就近處理）和提供儲(chǔ)倉以解決儲(chǔ)存困難，合作社提供機(jī)械打捆、粉碎、運(yùn)輸?shù)确?wù)；要完善農(nóng)作物生物質(zhì)采購機(jī)制，惠及于民，激發(fā)種植戶參與農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用的自覺性和積極性。

北京延慶區(qū)推廣“農(nóng)戶+農(nóng)機(jī)合作社+秸稈用戶”模式。農(nóng)機(jī)合作社負(fù)責(zé)秸稈打捆收集和倉儲(chǔ)，按量收購秸稈并將秸稈出售給利廢企業(yè)。農(nóng)機(jī)合作社收集、運(yùn)輸、采購秸稈成本約210元/噸（70元/畝），其中包括支付給農(nóng)戶60—120元/噸（20—40元/畝），而玉米秸稈市場(chǎng)銷售價(jià)格約為300-600元/噸，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2優(yōu)化農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用的生態(tài)關(guān)系，發(fā)展農(nóng)村循環(huán)經(jīng)濟(jì)

其次要優(yōu)化農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用體系，重點(diǎn)是資源化利用的生態(tài)關(guān)系，包括資源化利用與農(nóng)業(yè)的關(guān)系和各種資源化利用方法之間的關(guān)系。體系是人、物、事相互作用的結(jié)果，是人、物、事相互聯(lián)系的紐帶，也是對(duì)人、物、事相互關(guān)系的規(guī)范約束；組織實(shí)施農(nóng)作物生物質(zhì)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(wù)所形成的“體系”，在組織實(shí)施農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用的過程中筑建“簡(jiǎn)單高效、有序和諧”的農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用體系。

要明確農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用的路線，提倡就近農(nóng)業(yè)回用，推廣綜合利用和梯級(jí)利用，加強(qiáng)資源化利用體系建設(shè)，推動(dòng)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(biāo)，力爭(zhēng)農(nóng)業(yè)回用65%以上（其中直接還田20%，飼料化+肥料化梯級(jí)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(nóng)村生產(chǎn)的生態(tài)鏈，推廣種養(yǎng)結(jié)合和農(nóng)工商結(jié)合，發(fā)展農(nóng)村循環(huán)經(jīng)濟(jì)，以工商促興農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)；要提倡物質(zhì)利用優(yōu)先和物質(zhì)利用與能量利用并舉的綜合利用，提高農(nóng)作物生物質(zhì)的固碳減碳效果和資源化利用率。

目前，農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用的上策是立足牛飼喂等梯級(jí)利用后與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)合發(fā)展農(nóng)村循環(huán)經(jīng)濟(jì)。構(gòu)建農(nóng)村生產(chǎn)的生態(tài)鏈時(shí)，先經(jīng)牛第一次過腹轉(zhuǎn)化，后經(jīng)魚第二次過腹轉(zhuǎn)化，最后經(jīng)微生物轉(zhuǎn)化制取沼氣，塘泥和沼渣、沼液再與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)合。農(nóng)作物生物質(zhì)資源化利用與農(nóng)工商結(jié)合的生態(tài)鏈與循環(huán)經(jīng)濟(jì)示意圖見下圖。

3.3把農(nóng)作物生物質(zhì)農(nóng)業(yè)回用設(shè)施納入農(nóng)業(yè)公共基礎(chǔ)設(shè)施，加快設(shè)施建設(shè)

接下來必須解決資本、技術(shù)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(chǎng)、養(yǎng)魚塘和微生物轉(zhuǎn)化設(shè)施的土地、初投資哪里來。

要將農(nóng)作物生物質(zhì)農(nóng)業(yè)回用設(shè)施納入農(nóng)業(yè)公共基礎(chǔ)設(shè)施甚至納入高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項(xiàng)目，由政府在政府投資中統(tǒng)籌，為農(nóng)業(yè)回用設(shè)施建設(shè)提供保障；要?jiǎng)?chuàng)新農(nóng)村土地政策，鼓勵(lì)立體養(yǎng)殖和高密度養(yǎng)魚，為農(nóng)業(yè)回用設(shè)施落地建設(shè)創(chuàng)造條件；要完善宏觀調(diào)節(jié)的農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)，保障農(nóng)產(chǎn)品銷售渠道暢通和銷售利潤穩(wěn)中有升。

此外，要鼓勵(lì)城市資本投資農(nóng)作物生物質(zhì)能量利用設(shè)施建設(shè)，拓寬資金來源；要鼓勵(lì)農(nóng)作物資源化利用設(shè)施協(xié)同處置同質(zhì)的生活垃圾和工業(yè)垃圾，鼓勵(lì)多種經(jīng)營，拓寬收入來源。