农作物生物质资源化利用综述

农作物生物质特指农作物生产和加工过程中产生的生物质，主要包括农作物秸秆和农产品加工过程中产生的食材废物（厨余）、谷糠、果壳果皮、豆渣油饼等废物，量大用途广，是固碳减碳的战略资源，具有广阔的资源化利用前景；但其资源化利用存在组织、动力、路线和技术等方面困难需要解决。本文从必要性、困境（困难与问题）和展望3方面综述农作物生物质资源化利用，以供读者参考。

1.农作物生物质资源化利用的必要性

农作物生物质是光合作用转化大气中二氧化碳的产物，是可再生资源，年产量大，富含有机质和氮磷钾等元素，可以通过肥料化、饲料化、燃料化、基料化和原料化方式加以资源化利用。而且，农作物生物质的资源化利用事关循环经济发展、资源节约与保护、生态环境保护和生产生活方式创新等农村经济社会发展的重要方面，尤其具有固碳和减碳的战略价值，理当资源化利用。

1.1农作物生物质拥有资源化利用的数量基础

农作物生物质的产量巨大，而且随粮食产量增大而增大。仅以农作物秸秆估算，农作物的果实产量与秸秆产量的比值是相对稳定的，用粒秆比表示，常见秸秆的粒秆比见表1，即秸秆产量随果实产量增大而增大；我国80%粮食作物秸秆是玉米秸（38%）、稻草（23%）和小麦秸（18%），粮食作物的粒秆比大约在1：1.2，据此可以估算出我国粮食作物秸秆的逐年变化情况（见下图）。除三年自然灾害时期（1959年至1961年）和1990年代上半期（1991年至1995年）外，我国粮食产量建国后总体呈现上升态势，相应的，秸秆产量随之增大。2020年我国粮食产量达到6.6949亿吨，相应的粮食作物秸秆产量将达到8.03亿吨；农作物生物质产量将大于农作物秸秆产量，更会大于粮食作物秸秆产量；由此可见，我国农作物生物质的年产量巨大。

1.2农作物生物质拥有资源化利用的质量基础

农作物生物质富含有机质，主要成分是纤维素、半纤维素、木质素、粗蛋白和低分子碳水化合物，而纤维素是农作物生物质中最丰富的物质，在秸秆中的含量达40—50%（秸秆组成参见表2）；此外，农作物生物质还含有一定的水分和粗灰分。从元素成分看，秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和微量元素（参见表3）。

农作物生物质可用作肥料、饲料、燃料、基料和原料，用途广。农作物生物质富含有机质和氮磷钾，是农业有机肥的重要来源，秸秆提供的养分约占中国有机肥总养分的13%～19%。农作物生物质中的纤维素、半纤维素和低分子碳水化合物可以被牛、羊等反刍动物消化吸收，如纤维素和半纤维素在消化道中水解成乙酸、丙酸、丁酸等低级挥发性脂肪酸，被动物吸收并转变成动物的能量，是动物能量的重要来源；农作物生物质饲喂牛的消化能在7.775—10.450MJ/kg之间。除用作肥料和饲料外，农作物生物质还是一种较好的燃料；此外，也能用于食用菌等种植的基料和工业生产的原料。农作物生物质肥料化、饲料化、燃料化、基料化和原料化是其资源化利用的5种基本途径，其具体方法和技术详见表4。

没有找到我国农作物生物质肥料化、饲料化、燃料化、基料化和原料化的统计数据，估计我国农作物生物质的15%左右直接还田（包括留田的秸秆根茬），25%左右用作动物饲喂，30%左右用作燃料，3%用作生产基料和原料，其余（27%左右）被废弃和露天焚烧。

1.3农作物生物质资源化利用具有固碳和减碳的战略价值

农作物生物质是光合作用转化大气中二氧化碳的产物，是可再生资源，其资源化利用具有固碳和减碳的战略价值。农作物利用光能将大气种的二氧化碳转化成有机质，因此，农作物种植具有减碳效果；农作物及其光合作用产生的有机质的一半以上存在于农作物生物质中，这就要求农作物生物质的资源化利用具有固碳效果，应尽可能多地将光合作用吸收、转化的二氧化碳固定在农作物生物质资源化利用的产品中，为实现大气“30碳达峰60碳中和”做出贡献。

2.农作物生物质资源化利用的困难

农作物生物质理应资源化利用，但其资源化利用存在客观困难和主观困难。客观上，农作物生物质的产生具有地域性、季节性和分散性，导致其收集、运输、仓储等前处理困难；主观上，农村实行“包干到户”制度、农民农村存在农作物生物质处理与农村生产割裂的认识和农作物生物质资源化利用扶持政策不到位等，导致农作物生物质资源化利用存在组织实施不力、内生动力不足、处理能力不足、资源化利用率低且各种资源化利用方法的关系（比率）扭曲、农业回用（肥料化和饲料化）严重萎缩、外部资本投资意愿不大和处理设施建设停止不前等困难和问题。

2.1农作物生物质资源化利用面临收集、运输、仓储等前处理困境

农作物生物质的产生具有地域性、季节性和分散性。因地理、气候和习俗等原因，南方偏爱种植水稻，北方偏爱种植小麦、玉米、大豆，农业种植的农作物种类呈现出地域性，使得农作物生物质在种类和性质上也具有地域性。农作物生长具有周期性，农作物生物质主要产生在农作物收获期，使得农作物生物质具有季节性。此外，农作物种植遍布在种植区域各种植户（家庭、农场），农作物生物质也遍布在种植区各种植户，使得农作物生物质具有分散性。

农作物生物质的地域性、季节性和分散性增大农作物生物质的收集、运输、仓储等前处理的难度。地域性要求因地制宜，在人多地少低于必须在短时间内将农作物生物质移出农作物种植地；季节性要求因时制宜并平衡储仓的季节性紧张与闲置，在一年两季和三季种植地区还必须尽快完成农作物生物质的收集（包括打捆）和仓储工作（抢收抢储）以免耽误下一季播种；分散性增大收集、运输困难；而且，干燥、松散农作物生物质的容重较小，如稻草的容重仅35kg/m3左右，要求运输车辆的车厢容积和储仓的容积较大，增大运输和仓储的成本。由此可见，农作物生物质的收集、运输和仓储存在时间和空间要求，农作物生物质资源化利用面临前处理困境。

2.2农作物生物质资源化利用面临资源化利用生态恶化困境

1984年后，我国农村全面实行家庭联产承包责任制度并且“包干到户”，农业生产家庭化，一方面削弱了农村集体的组织作用和集体力量（农村力量分化），使一些必须依靠集体力量的农作物生物质资源化利用项目无法组织实施，农作物生物质资源化利用面临农村组织涣散困境，加上前述的农作物生物质的分散性，农作物生物质资源化利用面临农村组织涣散和农作物生物质分散性形成的“双散困境”，另一方面改变了农村生产生活和农作物生物质处理的方式方法（农村生产生活方式改变），如机耕代替牛耕，化肥代替有机肥，化石燃料代替生物质燃料，生物质被废弃和露天焚烧代替还田培肥和饲喂耕牛，等等变化大幅度降低了生物质农业回用（肥料化和饲料化）的数量和比例，既降低了生物质资源化利用率，又扭曲了生物质各种资源化利用方法的关系（比率），使农作物生物质处理与农村生产割裂，严重阻碍了农作物生物质的资源化利用，估计1990年农作物生物质减少15%直接还田和20%耕牛饲喂，致使1.8亿吨以上农作物生物质被废弃和露天焚烧，农作物生物质资源化利用面临农作物生物质资源化利用生态恶化的困境。

2.3农作物生物质资源化利用设施建设面临资源短缺困境和观念落后困境

农村没有组织力量、集体力量和资本建设农作物生物质处理设施，城市企业家和资本考虑到农作物生物质处理存在收集、运输、仓储等前处理困难和扶持政策力度不大、资源化利用效率效益不高等现实，没有建设意愿，农作物生物质资源化利用面临组织、资本、技术、政策等资源短缺困境；再者，以往还田是直接还田（至多简易堆沤处理），动物饲喂是直接饲喂，燃烧也是土灶直接燃烧，所谓“自然生态处理”就是土法上马，农民农村没有形成农作物生物质资源化利用系统化、工业化、装备化、规模化等现代化概念，没有农村生产生态链和循环经济的概念，没有意识到农作物生物质资源化利用是农村生产生态链不可或缺的组成环节，从来没有把农作物生物质资源化利用设施建设看成是农村生产的基础设施建设，农作物资源化利用面临农民农业农村的观念落后困境；凡此种种严重阻碍农作物生物质处理设施建设和更新换代，导致农作物生物质处理能力严重不足，而且处理能力历史欠账越来越大。

农作物生物质露天焚烧早已称为大气污染的一大公害。早在1999年农作物生物质露天焚烧问题便受到环境管理部门重视（《关于发布〈秸秆禁烧和综合利用管理办法〉的通知》（环发〔1999〕98号）），随后相关主管部门也多次发布了禁烧令，但该问题越演越烈，以致2020年不得不将禁烧写进《固废法》。农作物生物质露天焚烧屡禁不止的根本原因是农业生物质处理设施建设停滞不前导致的处理能力不足。

3.农作物生物质资源化利用的展望

农作物生物质资源化利用存在前处理困境、双散困境、资源化利用生态恶化困境、资源短缺困境和观念落后困境，需要发挥政府的主导作用、加强组织、激发农村内生动力、制定利用路线、明确各种利用方法的关系（比率）、优化农村生产的生态链，改善农村经济发展的生态圈和提高利用效率效益，促进农作物生物质资源化利用，农作物生物质资源化利用存在的困境及其解决对策见表5。

3.1理顺组织管理和经营模式，推动就近规模经营

首先必须保障农作物生物质的“供应”。组织实施农作物生物质资源化利用的关键在保障农作物生物质的“供应”而不在农作物生物质的“利用”；欲保障农作物生物质的供应就必须有效地化解“双散困境”和“前处理困境”，唯有如此才能有效地集中种植户（家庭、农场）的农作物生物质以形成规模利用，而这又取决于种植户（家庭、农场）的意愿，要看每个种植户是否愿意收集、贮存分散在田间地头的农作物生物质和各个种植户是否愿意与利废企业（即农作物生物质资源化利用企业）合作。

要理顺和加强组织管理，尤其要发挥“村两委”的组织领导作用，强调农民农村是农作物生物质处理的主体，完善法律、经济、信用等激励机制鼓励农村问题农村解决，将种植户的意愿统一到“必须实行农作物生物质资源化利用”；要因地制宜选择经营模式，将种植户与利废企业有效地结合在一起，保障与平衡农作物生物质的“供应”与“利用”，凝聚力较强的地区可采用“村（自然村或行政村）集中利用+种植户”模式，松散且种植户较多地区可采用“种植户（家庭、农场）+中间组织（合作社、企业）+利废企业”模式，市场化程度较高且拥有势力雄厚的利废企业的地区可采用“利废企业+种植户”模式，利废企业直接向种植户采购农作物生物质，发挥市场的资源配置作用；要向种植户收集、运输、贮存（甚至仓储）农作物生物质提供便利，如利废企业控制处理规模以缩短运输距离（就近处理）和提供储仓以解决储存困难，合作社提供机械打捆、粉碎、运输等服务；要完善农作物生物质采购机制，惠及于民，激发种植户参与农作物生物质资源化利用的自觉性和积极性。

北京延庆区推广“农户+农机合作社+秸秆用户”模式。农机合作社负责秸秆打捆收集和仓储，按量收购秸秆并将秸秆出售给利废企业。农机合作社收集、运输、采购秸秆成本约210元/吨（70元/亩），其中包括支付给农户60—120元/吨（20—40元/亩），而玉米秸秆市场销售价格约为300-600元/吨，具有一定的经济效益。

3.2优化农作物生物质资源化利用的生态关系，发展农村循环经济

其次要优化农作物生物质资源化利用体系，重点是资源化利用的生态关系，包括资源化利用与农业的关系和各种资源化利用方法之间的关系。体系是人、物、事相互作用的结果，是人、物、事相互联系的纽带，也是对人、物、事相互关系的规范约束；组织实施农作物生物质资源化利用不仅要重视“利用”，更要重视各种“利用”方法和事务所形成的“体系”，在组织实施农作物生物质资源化利用的过程中筑建“简单高效、有序和谐”的农作物生物质资源化利用体系。

要明确农作物生物质资源化利用的路线，提倡就近农业回用，推广综合利用和梯级利用，加强资源化利用体系建设，推动资源化利用现代化（工业化、专业化、规模化、低碳化、智能化）；要制定各种资源化利用方法的阶段性目标，力争农业回用65%以上（其中直接还田20%，饲料化+肥料化梯级利用45%）、燃料化30%以下、基料化与原料化5%以上；要将资源化利用嵌入农村生产的生态链，推广种养结合和农工商结合，发展农村循环经济，以工商促兴农业和农村经济；要提倡物质利用优先和物质利用与能量利用并举的综合利用，提高农作物生物质的固碳减碳效果和资源化利用率。

目前，农作物生物质资源化利用的上策是立足牛饲喂等梯级利用后与农业生产结合发展农村循环经济。构建农村生产的生态链时，先经牛第一次过腹转化，后经鱼第二次过腹转化，最后经微生物转化制取沼气，塘泥和沼渣、沼液再与农业生产结合。农作物生物质资源化利用与农工商结合的生态链与循环经济示意图见下图。

3.3把农作物生物质农业回用设施纳入农业公共基础设施，加快设施建设

接下来必须解决资本、技术等资源短缺困难。村（自然村或行政村）集体利用的主要困难在建养殖场、养鱼塘和微生物转化设施的土地、初投资哪里来。

要将农作物生物质农业回用设施纳入农业公共基础设施甚至纳入高标准农田建设项目，由政府在政府投资中统筹，为农业回用设施建设提供保障；要创新农村土地政策，鼓励立体养殖和高密度养鱼，为农业回用设施落地建设创造条件；要完善宏观调节的农产品市场，保障农产品销售渠道畅通和销售利润稳中有升。

此外，要鼓励城市资本投资农作物生物质能量利用设施建设，拓宽资金来源；要鼓励农作物资源化利用设施协同处置同质的生活垃圾和工业垃圾，鼓励多种经营，拓宽收入来源。