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摘要:秸秆是重要的生物质资源和清洁可再生能源。北方冬季寒冷,秸秆短时间内不会腐烂,其氮、磷、钾、碳平均含量分别为0.6%、0.3%、10%、45%。可以小范围还田与产业化经济相结合,加快秸秆综合利用,实现转化升值和循环发展,以此减少对大气的污染,对推动农业可持续发展具有十分重要的现实意义。
关键词:农作物秸秆;生态环境;利用;影响
中图分类号: X712 文献标识码: A DOI编号: 10.14025/j.cnki.jlny.2017.03.001
1农作物秸秆资源情况
近年来,吉林省秸秆总量逐年攀升,2015年全省各种作物秸秆约为7500万吨,可收集利用量约为6000余万吨。
2农作物秸秆的综合利用途径
2.1秸秆肥料化利用
2.1.1秸秆直接还田 一是提升地力。根据东北农业大学长期定位试验,秸秆还田5年,土壤有机质增加0.19~0.23克/公斤。秸秆翻压还田18年,土壤有机质增加5.22~11.78克/公斤;据全国60份秸秆还田试验资料,秸秆还田土壤全氮提高0.001%~0.1%,速效磷增加0.2~30毫克/公斤,速效钾增加3.3~80毫克/公斤;二是改善理化性状。据省农科院土肥所试验,秸秆直接还田6年,土壤容重降低0.05克/立方厘米,孔隙度增加2%~3%,水稳性团聚体增加94.8%;三是土壤微生物量增加,酶活性提高。据省农科院土肥所试验,秸秆直接还田6年,0~20厘米耕层细菌和真菌数分别增加142.9%和115.0%,所有酶活性均增加,其中碱性磷酸酶,秸秆翻压增加14.23毫克/公斤,覆盖增加13.66毫克/公斤;四是抗旱、抗风蚀、水蚀效果明显。据科研人员在湖南研究所得,秸秆覆盖可减少蒸发量51.4毫米。玉米秸秆覆盖0~10厘米土层含水量多4.1%,10~20厘米多6.9%,20~40厘米多3%。在内蒙古自治区武川县研究所得,小麦留茬对12厘米高度风速比对照减少11.706米/秒,减少37.7%,风蚀量减少0.60公斤/公顷,减少10.5%,研究表明,小麦高留茬25~30厘米,比无覆盖产生径流次数少1次,径流量减少47.8%,土壤侵蚀量少67.7%;五是改良盐碱地效果明显。据省农科院研究表明,秸秆连续还田2~3年,盐碱土pH值由8.2降至7.5~7.2,总盐碱量由0.88%降至0.75%~0.70%。
2.1.2制成优质肥还田 主要分场地化堆沤造肥和工厂化处理生产的商品有机肥,一般畜禽粪便与秸秆掺混比例为1∶0.3。对生态环境的影响,据中科院东北地理与农业生态所长期定位试验,连续6年施用有机肥(腐熟的猪粪)折合每公顷有机碳2529公斤,土壤有机质增加1.6克/公斤,土壤全氮增加9.8%,土壤全磷增加42.5%,速效磷增加95.2%,速效钾增加0.37%,pH值稳定(施用化肥区下降0.5),土壤中大于0.25毫米水稳性团聚体可增加7.8%。
2.2秸秆饲料化利用
主要分为秸秆青(黄)贮、微贮、加工成块状粗饲料和精饲料搭配使用等方式进行过腹还田。对生态环境的影响,一方面减少二氧化碳排放,另一方面减少化肥用量。据相关资料显示,1万吨秸秆直接焚烧将排放1.44万吨二氧化碳,1头牛1年产3600公斤粪便,7200公斤尿,生产腐熟粪肥1.2~1.5吨,0.5~1亩地做底肥,可减少化肥用量10%~15%。
2.3秸秆基料化利用
基料化利用是指将秸秆粉碎,按一定比例配合添加剂、辅料等经灭菌发酵制成作物育苗的营养基质。据相关资料推算,秸秆粉碎代替部分木屑,1万吨秸秆约可代替0.4万吨木料,在保护资源的同时也减少了秸秆焚烧带来的污染。
2.4秸秆燃料化利用
2.4.1秸秆生物质发电 以农作物秸秆为主要燃料的一种发电方式。根据对公主岭市电厂调查所推算,每2吨秸秆产生的热量相当于1吨标准煤,每利用1万吨秸秆替代煤燃烧,将减少二氧化碳排放1.4吨、烟尘排放100吨。
2.4.2秸秆固化成型、热解氧化 主要将农作物秸秆通过敞开式快速炭化窑及其配套设备,固化成型或热解氧化,加工成绿色新型燃料。对生态环境的影响,每碳化1吨秸秆,可产炭220公斤、木醋酸液(pH值4)250公斤,焦油40公斤,燃气2000立方米。秸秆固化燃料燃烧时,二氧化硫排放量是燃煤的1/15,燃油的1/7,排尘浓度小于每立方米40毫克,含灰量小于8%。另外,秸秆热解气化后所产生的燃气是一种与天然气成分相似的清洁能源,可燃成分主要为CO、H2、CH4等,燃气中氮氧化物及硫化物含量极少,经锅炉燃烧后排放达到天然气排放标准。
2.5秸秆原料化利用
2.5.1秸秆生产纤维素乙醇 主要以生物质秸秆为原料,从秸秆所含纤维素中提取酒精燃料。对生态环境的影响,据测算,大约5~6吨秸秆能生产1吨乙醇。一方面秸秆生产乙醇,可以减少秸秆焚烧排放的大量二氧化硫、二氧化氮等大气污染物,减少对環境的污染。另一方面生产出的乙醇汽油是一种清洁的发动机燃料油,车用乙醇汽油可有效降低汽车尾气排放。
2.5.2秸秆制浆造纸 主要以农作物秸秆为原料,通过亚硫酸胺法清洁制浆技术,生产出各种纸制品。对生态环境的影响,一是减碳护林,改善生态环境。每利用1万吨秸秆,可生产3500吨本色浆,3000吨本色纸,可替代1.4立方米木材,相当于保护1200亩林地免遭砍伐,被保护林地每年可吸收二氧化碳2.56万吨,释放氧气2.27万吨;二是减少化肥用量、减少煤耗和二氧化碳排放量。每加工1吨秸秆可提取167公斤纯黄腐酸,以每亩施入2.5公斤纯黄腐酸节省化肥20%计算,1吨秸秆可减少化肥用量640公斤,约减少煤炭消耗1240公斤,减少二氧化碳排放3.22吨。
2.5.3秸秆制造板材 主要以农作物秸秆为原料,制成的一种广泛应用于家具制造、室内装修等领域的板材。对生态环境的影响,一是实现碳减排。据木材网相关资料估算,生产1立方米秸秆板需要消耗1.2吨农作物秸秆实现碳减排量3.949吨。二是节约森林资源。1立方米木制板材需消耗1.5立方米木材,用秸秆板代替木制板材,每年我国可以减少约8000万立方米的木材砍伐。
关键词:农作物秸秆;生态环境;利用;影响
中图分类号: X712 文献标识码: A DOI编号: 10.14025/j.cnki.jlny.2017.03.001
1农作物秸秆资源情况
近年来,吉林省秸秆总量逐年攀升,2015年全省各种作物秸秆约为7500万吨,可收集利用量约为6000余万吨。
2农作物秸秆的综合利用途径
2.1秸秆肥料化利用
2.1.1秸秆直接还田 一是提升地力。根据东北农业大学长期定位试验,秸秆还田5年,土壤有机质增加0.19~0.23克/公斤。秸秆翻压还田18年,土壤有机质增加5.22~11.78克/公斤;据全国60份秸秆还田试验资料,秸秆还田土壤全氮提高0.001%~0.1%,速效磷增加0.2~30毫克/公斤,速效钾增加3.3~80毫克/公斤;二是改善理化性状。据省农科院土肥所试验,秸秆直接还田6年,土壤容重降低0.05克/立方厘米,孔隙度增加2%~3%,水稳性团聚体增加94.8%;三是土壤微生物量增加,酶活性提高。据省农科院土肥所试验,秸秆直接还田6年,0~20厘米耕层细菌和真菌数分别增加142.9%和115.0%,所有酶活性均增加,其中碱性磷酸酶,秸秆翻压增加14.23毫克/公斤,覆盖增加13.66毫克/公斤;四是抗旱、抗风蚀、水蚀效果明显。据科研人员在湖南研究所得,秸秆覆盖可减少蒸发量51.4毫米。玉米秸秆覆盖0~10厘米土层含水量多4.1%,10~20厘米多6.9%,20~40厘米多3%。在内蒙古自治区武川县研究所得,小麦留茬对12厘米高度风速比对照减少11.706米/秒,减少37.7%,风蚀量减少0.60公斤/公顷,减少10.5%,研究表明,小麦高留茬25~30厘米,比无覆盖产生径流次数少1次,径流量减少47.8%,土壤侵蚀量少67.7%;五是改良盐碱地效果明显。据省农科院研究表明,秸秆连续还田2~3年,盐碱土pH值由8.2降至7.5~7.2,总盐碱量由0.88%降至0.75%~0.70%。
2.1.2制成优质肥还田 主要分场地化堆沤造肥和工厂化处理生产的商品有机肥,一般畜禽粪便与秸秆掺混比例为1∶0.3。对生态环境的影响,据中科院东北地理与农业生态所长期定位试验,连续6年施用有机肥(腐熟的猪粪)折合每公顷有机碳2529公斤,土壤有机质增加1.6克/公斤,土壤全氮增加9.8%,土壤全磷增加42.5%,速效磷增加95.2%,速效钾增加0.37%,pH值稳定(施用化肥区下降0.5),土壤中大于0.25毫米水稳性团聚体可增加7.8%。
2.2秸秆饲料化利用
主要分为秸秆青(黄)贮、微贮、加工成块状粗饲料和精饲料搭配使用等方式进行过腹还田。对生态环境的影响,一方面减少二氧化碳排放,另一方面减少化肥用量。据相关资料显示,1万吨秸秆直接焚烧将排放1.44万吨二氧化碳,1头牛1年产3600公斤粪便,7200公斤尿,生产腐熟粪肥1.2~1.5吨,0.5~1亩地做底肥,可减少化肥用量10%~15%。
2.3秸秆基料化利用
基料化利用是指将秸秆粉碎,按一定比例配合添加剂、辅料等经灭菌发酵制成作物育苗的营养基质。据相关资料推算,秸秆粉碎代替部分木屑,1万吨秸秆约可代替0.4万吨木料,在保护资源的同时也减少了秸秆焚烧带来的污染。
2.4秸秆燃料化利用
2.4.1秸秆生物质发电 以农作物秸秆为主要燃料的一种发电方式。根据对公主岭市电厂调查所推算,每2吨秸秆产生的热量相当于1吨标准煤,每利用1万吨秸秆替代煤燃烧,将减少二氧化碳排放1.4吨、烟尘排放100吨。
2.4.2秸秆固化成型、热解氧化 主要将农作物秸秆通过敞开式快速炭化窑及其配套设备,固化成型或热解氧化,加工成绿色新型燃料。对生态环境的影响,每碳化1吨秸秆,可产炭220公斤、木醋酸液(pH值4)250公斤,焦油40公斤,燃气2000立方米。秸秆固化燃料燃烧时,二氧化硫排放量是燃煤的1/15,燃油的1/7,排尘浓度小于每立方米40毫克,含灰量小于8%。另外,秸秆热解气化后所产生的燃气是一种与天然气成分相似的清洁能源,可燃成分主要为CO、H2、CH4等,燃气中氮氧化物及硫化物含量极少,经锅炉燃烧后排放达到天然气排放标准。
2.5秸秆原料化利用
2.5.1秸秆生产纤维素乙醇 主要以生物质秸秆为原料,从秸秆所含纤维素中提取酒精燃料。对生态环境的影响,据测算,大约5~6吨秸秆能生产1吨乙醇。一方面秸秆生产乙醇,可以减少秸秆焚烧排放的大量二氧化硫、二氧化氮等大气污染物,减少对環境的污染。另一方面生产出的乙醇汽油是一种清洁的发动机燃料油,车用乙醇汽油可有效降低汽车尾气排放。
2.5.2秸秆制浆造纸 主要以农作物秸秆为原料,通过亚硫酸胺法清洁制浆技术,生产出各种纸制品。对生态环境的影响,一是减碳护林,改善生态环境。每利用1万吨秸秆,可生产3500吨本色浆,3000吨本色纸,可替代1.4立方米木材,相当于保护1200亩林地免遭砍伐,被保护林地每年可吸收二氧化碳2.56万吨,释放氧气2.27万吨;二是减少化肥用量、减少煤耗和二氧化碳排放量。每加工1吨秸秆可提取167公斤纯黄腐酸,以每亩施入2.5公斤纯黄腐酸节省化肥20%计算,1吨秸秆可减少化肥用量640公斤,约减少煤炭消耗1240公斤,减少二氧化碳排放3.22吨。
2.5.3秸秆制造板材 主要以农作物秸秆为原料,制成的一种广泛应用于家具制造、室内装修等领域的板材。对生态环境的影响,一是实现碳减排。据木材网相关资料估算,生产1立方米秸秆板需要消耗1.2吨农作物秸秆实现碳减排量3.949吨。二是节约森林资源。1立方米木制板材需消耗1.5立方米木材,用秸秆板代替木制板材,每年我国可以减少约8000万立方米的木材砍伐。