秸秆沼气在我国生态农业中的应用

摘要 我国农作物秸秆资源丰富，但未得到充分、合理的利用，开发利用的潜能很大。针对我国秸秆资源的基本情况和利用现状，将发展秸秆沼气与其他利用方式进行比较，探讨秸秆沼气发酵对生态环境的影响，以及在我国生态农业的作用。

关键词 秸秆；利用现状；沼气发酵；生态农业

中图分类号 S216.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）16-0263-02

农作物秸秆是农作物生物学产量中的主要副产品，是农作物生产过程中养分的载体、产品的支撑体，是可再生的自然资源。搞好秸秆综合利用，可以变废为宝，提高生态、经济和社会效益，使农业可持续发展得以实现。我国作为一个农业大国，秸秆资源量丰富，年产秸秆数亿吨，但未得到充分、合理的利用，明显存在利用率低、转化率低、经济效益低和环境污染严重的特点，开发利用潜力巨大。因此，针对我国秸秆资源的基本情况及利用现状，将秸秆新型能源化利用及秸秆沼气与其他利用方式进行比较，探讨秸秆沼气在生态农业中的地位和作用，以期对提高农业资源利用率、保护生态环境等有所帮助。

1 我国农作物秸秆基本情况及利用现状

1.1 秸秆年产量

秸秆的产量随粮食产量的提高而增加，据农业部调查统计，2010年我国秸秆理论资源量为8.4亿t，可收集资源量约为7亿t，秸秆品种以水稻、小麦、玉米等为主。其中，稻草约2.11亿t，麦秸约1.54亿t，玉米秸约2.73亿t，棉杆约2 600万t，油料作物秸秆（主要为油菜和花生）约3 700万t，豆类秸秆约2 800万t，薯类秸秆约2 300万t。

1.2 秸秆的管理

虽然秸秆数据库早在1965年以前就已建立，但关于秸秆产量的详细数据和记录则少有报道，管理工作则在1970年开始[1]。20世纪90年代以后随着对秸秆重要性的认识，国家相继出台了关于秸秆管理与利用的各项措施：1992年，国务院办公厅转发农业部“关于大力开发秸秆资源发展农区草食畜报告”的通知，决定在全国范围内实施秸秆养畜示范县项目建设[2]；1996年，国务院《全国秸秆养畜过腹还田项目发展纲要（1996—2000年）》，并提出了秸秆养畜的发展措施及目标；2008年7月，国务院办公厅下发《关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见》，并提出“力争到2015年，基本建立秸秆收集体系，基本形成布局合理、多元利用的秸秆综合利用产业化格局，综合利用率超过80%”的目标[3]。2012年，了《“十二五”农作物秸秆综合利用实施方案》。

1.3 秸秆利用现状

目前，我国对农作物秸秆的利用主要有以下几种方式：一是用作堆肥或直接还田，占秸秆资源的36.6%；二是作为燃料和畜牧饲料，分别占秸秆资源的23.7%、22.6%；三是作为工业原料、修房造屋及其他用途，占秸秆资源的17%，总体上看，秸秆利用数量逐渐下降，导致秸秆焚烧和弃之乱堆的现象时有发生[4-5]。此外，不同作物秸秆利用方式也有所差异，小麦、水稻等作物秸秆的40%以上用于还田，而杂粮、花生等作物秸秆的40%以上用作饲料，豆类和棉花秸秆则大多用作燃料[6]。

1.4 秸秆新型能源化开发利用

秸秆新型能源化开发利用主要体现在“四化一电”：秸秆气化、炭化、固化、液化及发电。目前，我国主要采取气化模式即秸秆沼气。秸秆沼气是将农作物秸秆在一定的温度、水分、pH值及严格厌氧环境下通过发酵产生一种可燃性气体。秸秆沼气的发展为我国秸秆综合利用提供了一条重要途径，同时也打破了农村沼气建设对畜禽饲养的依赖性，对普及农村沼气、促进农村可再生能源发展有着重要的现实作用和深远意义[7]。

2 秸秆沼气与其他利用方式的比较

2.1 与直接燃烧比较

常用秸秆原料干物质的产气潜力为0.4～0.5 m3/kg，而实际产气量约为理论值的60%，通过计算得出干物重的产气量约为0.27 m3/kg，按发热量22 MJ/m3，燃烧的热效率按40%～60%计算，1 kg干物质发酵所产生的沼气完全燃烧时的有效热量为2 376～3 564 kJ[8]。直接燃烧1 kg干物质所产生的有效热量为1 240～3 100 kJ[9]。由此可以看出，沼气发酵的能源有效利用率为直接燃烧的1.2～1.9倍，对沼气技术加以优化，能量转换率会更加可观。秸秆沼气发酵与直接燃烧比较，提高了能量转换和利用效率，增加了经济效益。

2.2 与直接还田比较

秸秆资源的碳氮比值一般为60～100∶1，其所含的氮磷钾等肥料成分不超过秸秆总质量的2%～3%，直接还田的利用方式将使秸秆中所含的大量碳水化合物被白白浪费[10]。根据有关试验对堆肥和沼肥主要的营养成分进行比较，表明沼渣中的有机质、全氮、全磷、全钾含量均比堆肥高，保肥效果好[11-12]。由此可以看出，利用农作物秸秆发酵制取沼气，沼肥还田，是培肥地力的有效措施。

2.3 与用作饲料及其他利用方式比较

秸秆用于饲养畜禽，产生的粪便再投入沼气池中进行发酵，对提高秸秆利用率，节约因焚烧导致的环境污染意义重大。此外，秸秆还能作为工业原料，包括造纸、建材、编织以及秸秆培养食用菌等，在造纸、编织、食用菌得到大量运用[13]。我国目前秸秆的利用率为33%，其中大部分未加处理，经过技术处理后利用的仅占2.6%，其余约2/3秸秆资源被焚烧，既造成资源浪费，又污染环境[14]。农作物秸秆沼气发酵在改善农业生态系统内部物质循环方面，有着无可比拟的优越性，其技术经济效果十分明显。

3 秸秆沼气对生态农业的影响

3.1 秸秆沼气对生态环境的影响

一是发展秸秆沼气使秸秆乱堆乱放的现象得以改善，从而改善了农村的卫生条件；二是秸秆沼气燃烧时清洁安全，对环境不造成污染，且实现了生物质能源的多级利用，减少了农村的面源污染；三是相对于燃煤来说，其室内CO浓度降低80%、CO2浓度降低60%、SO2浓度降低80%、飘尘浓度降低90%。由此表明，通过发展秸秆沼气可有效减少室内空气污染，对于生态环境保护意义重大[15]。

3.2 秸秆沼气对生态农业的作用

近年来，我国土壤肥力逐渐下降，农药和化肥投入量逐渐增加，但产出效益却未得到同步提高。沼肥中腐植酸含量为10%～20%，可改良土壤，形成土壤团粒结构；沼肥中纤维等有机成分可增加土壤有机质含量及疏松土壤；沼肥中的活性微量元素对提高肥料利用率及土壤肥力也有一定的作用。此外，沼液也是一种理想的有机液体肥，通过叶片喷施，在防治病虫害的同时，还可以使作物增产。由此可以看出，发展秸秆沼气对我国生态农业的发展具有重要意义[16]。

3.3 秸秆沼气在生态农业中的实践运用

3.3.1 秸秆沼气在蔬菜大棚中的运用。2009年，法库县政府在全县开发建设蔬菜大棚0.4万hm2。以西红柿为示范蔬菜，应用秸秆发酵技术的应用原理，建造秸秆发酵示范蔬菜棚。采用对比试验的方法，探讨秸秆发酵技术在蔬菜大棚中的应用效果[17]。结果表明，秸秆发酵技术可提高大棚温度、增强植物光合作用、减少病虫害发生、促进蔬菜生长和提高蔬菜产量。秸秆发酵技术是发展设施农业不可或缺的环节，也是经济作物实现低投高产的重要措施之一。

3.3.2 发酵残留物对防治病虫害的作用。沼液可防治23种病害和15种虫害，包括常见的真菌病害和细菌病害，如枯萎病、白粉病、霜霉病、软腐病等，虫害包括稻飞虱、蚜虫、棉铃虫、蓟马等，其防治效果同农药相当，甚至更好[18]。应用沼液对果树治虫，有明显的经济效益，蚜虫杀灭率达90.35%，且叶面喷施可起到根外施肥的作用[19]。采用厌氧液膜包裹麦粒和浸种能使大麦黄花叶病的发病率降低70%，产量增加20%～50%[20-24]。

4 结语

秸秆发酵制取沼气在能量利用、物质循环及对生态环境、农业方面的改善作用均优于秸秆的其他直接利用方式。农村发展秸秆沼气，既能解决农民资源短缺的问题，又能给生态农业带来效益。在未来生态农业发展的过程中，提倡绿色、安全的理念，就需要大量减少农药化肥的使用，改良土壤，转向沼液、沼肥的利用，也就需要不断改善秸秆沼气的技术。

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