南阳兴农机械展示
随着农村经济的发展和农民生活水平的提高，农作物秸秆正在变成“废物”污染着环境，而且范围逐步扩大。如何处理秸秆已成为农业战线一个严重问题。
综合利用资源，促进经济的可持续发展，是国家重大科学技术政策，从1992年到2008年，国务院及农业部等相关部委多次指示，要加强秸秆的综合开发利用。
兹根据近几年来秸秆开发利用科研生产情况，就粮食、饲料、能源等问题，探讨秸秆资源的出路和综合利用方略，供商榷。
一、秸秆资源开发的重要性和必要性
首先，农作物秸秆是世界上最丰富的可再生非粮生物资源（BioResorces），年年再生，取之不尽，用之不竭。一般而言，农作物光合作用产物一半在籽实，一半在秸秆里。具体说，每产1吨稻谷和小麦分别约产生1吨稻草和麦秸，玉米秸秆产率还高，通常为玉米产量的1.2～1.8倍。我国是一个粮食大国，2007年粮食产量达5.015亿吨， 年产秸秆约6亿吨左右。玉米秸秆最多，其次是稻草、麦秸，此外还有豆秸、花生藤、红薯蔓等。
不同的秸秆化学成分及其含量不同，纤维素、半纤维素、木质素含量最多，共约为21%～50%，粗蛋白3%～12%（豆科植物秸秆最高），还有淀粉、脂肪、维生素及钙、磷等矿物质。秸秆的利用本质上就是利用这些化学成分及其衍生物。据测算，如果将这些秸秆全部作燃料，约可折合3亿吨标煤热值，全部用作饲料相当于1.5亿吨粮食。现在用秸秆制作饲料和加工成型燃料，收购价平均180元/吨，按此计算，仅秸秆初加工农业则可增加产值1000多亿元。
由此可见，秸秆资源具有重大开发利用价值。综合利用，不增加种植成本，就可使农业大幅度增值。不利用秸秆等于浪费一半光合作用产物资源。
其次，秸秆利用可以保护环境。农村和农业的环境污染已引起人们的高度重视。据考察，主要污染源一是化学农药，二是秸秆堆积及秸秆的燃烧，三是养殖业。大量的秸秆在农村场院地边任意堆放、腐败、流失，污染环境；农村利用秸秆做饭取暖，不仅能源利用率低（大约10%），特别是烟尘污染空气，厨房内一氧化碳严重超标，直接影响人体特别是妇女儿童的健康。据世界卫生组织2004年报告，全球发展中国家每年约有160万人的死亡与厨房烟尘危害紧密相关。
农民富了，不愿看到“室内现代化，室外脏乱差”。许多产粮区人多地少，为避免影响下一季耕作，不得不在田头烧毁秸秆，结果对环境造成的污染更为严重，甚至影响公路、航空的交通安全。养殖业的粪便、污水现在已成为继工业污染和生活垃圾污染之后的第三大污染源，其关键是未把畜禽粪便作为资源而当成废物，不处理和不及时处理，使它们都成为污染源。
第三，有助于解决粮价危机。国际粮价从2002年开始上涨。2004年～2006年小麦价上涨181%，2007年国际粮价上涨42%。因此引发第二次世界大战以来首次全球粮食危机。但是我国粮价上涨表现出温和性、结构性和可控性等特点，其原因是国家粮储充足和自给率95%的粮食战略及相关政策。粮价危机又一次引起世界各国对农业和粮食的重视。
随着全国人民收入和消费水平的提高，粮食直接消费渐低，动物性食品消费迅增。从1986年到2006年20年间，我国城镇和乡村居民直接消费粮食分别减少45%（138kg到76kg）和13%（275kg到239kg），而动物性食品消费则几乎翻了一番，城镇由35kg增至74kg，乡村由17kg增加到34kg。用发酵秸秆制成饲料发展养殖业，转化成肉、蛋、奶，既可满足人民食品消费转化的需要，又使秸秆增值。更重要的是有了肉、蛋、奶，人民身体健康就有保障，真可谓一举三得。
第四，开辟新一代能源，解决能源危机。近十几年来，化石能源储量逐渐减少耗竭，越来越引起全世界的关注。据国际权威机构测算，从全球现有石油、天然气和煤炭可采储量、储量增长潜量及待发现量来看，石油还可用92年，天然气和煤炭分别可用63年和90年。可见21世纪将是化石能源换代世纪。2005年推测，中国的石油现有可采储量约35亿吨标煤，储产比已到警戒线，但消费量为世界第二，近半要进口，能源危机警钟敲响。
秸秆作为生物质能源，在化石能源出现前就是人类使用的主要能源。现在能源危机又使它重新受到特别关注。美国、瑞典等发达的石油消费国家，经过三四十年的探索，认为生物质能源是替代石油的唯一选择。美国全面部署了由玉米乙醇向非粮生物燃料的过渡战略。瑞典对9种燃料进行了十多年试验，选择出沼气和乙醇来代替化石燃料。欧盟、日本、印度、菲律宾和我国等很多国家都相继做了生物燃料发展规划，并积极进行实施。用生物燃料替代石油已成全球共识。
秸秆含硫和氮元素很低，分别为0.03%～0.3%和0.3%～1.1%，作为燃料使用还将大大有利于空气质量改进。
综上所述，秸秆综合利用可统筹解决种植业、畜牧业、饲料业和生物质能源的发展，对实现农村和农业节能减排、保护环境和农副产品转化增值，具有重要的经济价值和社会效益，前景十分广阔。
山西农大崔保卫教授（左）蔡泽民教授（中）与曹明军(右)在公司合影
二、秸秆应用现状
秸秆的利用在不同的时代和不同的技术层面上运行着。随着经济和科技的发展，秸秆的综合利用正向纵深发展。
首先，作为能源，秸秆是人类第一代能源，至今仍有35%～55%的秸秆直接作为农村生活燃料。可喜的是直接燃烧用量逐渐减少，而秸秆固体成型燃料和燃烧炉具得到了推广。据统计，秸秆直接作燃料，1980年为69.8%，到2002年则降为35.7%。实施秸秆气化技术，秸秆不完全燃烧或干馏产生CO（一气化碳）或CH4（甲烷）和H2（氢气）等可燃气体，对农村节能减排和改善农户空气质量十分有益。现在我国年产秸秆固体成型燃料达10万吨，全世界为400万吨。2015年我国可形成年产2000万吨的生产能力。
秸秆气化发电，丹麦已建厂投产，年消耗秸秆15万吨。我国也开始发展，国家电网公司已有8个秸秆发电项目，分布在河北、山东、江苏等省，总装机20万千瓦，年可发电14亿度，消耗秸秆160万吨左右，与燃煤相比每年减排CO2（二氧化碳）80万吨以上。
其次，秸秆作为饲料，现在用量占23%～27%。最初是直接用秸秆作牛、羊等反刍动物饲料，但利用率低，饲养效果差。20世纪三四十年代，德国、前苏联发明秸秆氨化技术，七八十年代我国逐步推广秸秆青贮和氨化饲料。但由于青贮受季节限制，与农业争劳力，发酵周期长，饲料营养差，易发生“二次发酵”；氨化饲料与农业争肥，适口性差，喂量大还可发生氨中毒，所以推广受到一定阻力。近代我国开始推广应用秸秆发酵饲料，有人称为“微贮”。
秸秆发酵是利用高活性微生物菌剂，主要是霉菌、细菌和酵母。霉菌主要分泌纤维素酶、淀粉酶、木质素酶，将纤维素、淀粉等转化为糖类；酵母和乳酸菌类进一步利用糖合成菌体蛋白质及有机酸、维生素和未知生长因子等，从而增加饲料的营养和适口性。秸秆经粉碎发酵，蛋白质含量提高1倍，粗纤维素降低20%以上，成为质地柔软、酸香适口、营养丰富的饲料，适于牛、羊、猪、鹅、鸡等畜禽饲养。
第三，作为肥料，秸秆作为肥料直接还田或过腹还田，或堆沤施用，应用历史很早，但现在用量不大，约为秸秆的14％。
第四，作为工业原料，秸秆可用作造纸、板材等工业原料。近年来，玉米秸皮瓤分离，皮用于造纸，提高了纸张质量。秸秆制作人造板技术成熟，“十五”期间人造板产量达20万m3，既节约木材又不污染环境。河南鹤壁市已开始研制出用秸秆生产低聚木糖的技术。此外，秸秆还广泛用于食用菌栽培等。
第五，作为生物燃料，生物燃料包括汽油乙醇、生物柴油和沼气（甲烷）。
巴西、美国在上世纪20年代就开始以甘庶和玉米生产的乙醇代替石油。现在汽油乙醇的生产正向非粮原料转化。美国要在2012年实现纤维乙醇商业化生产，使汽油中加入生物乙醇量达2250万吨。我国在东北、河南等地已利用玉米大规模生产汽油乙醇，秸秆纤维乙醇的生产也已进入中试阶段。
利用秸秆和粪便等废弃物进行沼气发酵，已被农业部列为我国农村和农业十大节能减排技术之首，发展很快。现在农村户用沼气池达2200多万个，养殖场建大中型沼气站2000多处，年产沼气70亿m3。秸秆沼气发酵工业化生产技术通过国家鉴定，山东、黑龙江、北京、山西等省均有沼气发酵集中供气示范项目，最大的发酵罐总容积达3000m3。
省畜牧局领导到公司指导，由蔡教授（左）和曹明军（右）专家汇报工作
三、秸秆资源特点与循环经济
秸秆资源的特点是：量大，可再生；组分复杂，用途广；来源不连续，季节性强；堆积密度小（100～200kg/m3），收集运输不便；价值低，收集运输费用高，经济合理的收集半径为10km左右。要充分利用秸秆，必需深刻认识秸秆资源的特点。通过循环经济使秸秆利用达到高效、科学、环保的目标。技术经济指标好，有效益，不产生二次污染，秸秆利用才能持续发展。
秸秆资源开发是一项系统工程，牵涉到种植、养殖、技术、物流等许多部门，各自都讲经济效益，需要政府组织规划、协调运作，产品市场、秸秆来源、收集成本和加工技术，要综合考虑。
循环经济是把传统的依赖资源消耗的线性增长经济，转变为依靠生态型资源循环来发展的经济。秸秆是发展农村循环经济的主要资源。以秸秆发酵饲料养猪、牛，猪牛粪便进行沼气发酵，沼气发酵污泥和粪便生产有机肥。秸秆经多次利用，形成的饲料、沼气、有机肥3类产品循环使用，实现零排放。这种循环经济模式实际证明是可行的。
纤维乙醇商业化生产的副产品——酒糟，富含菌体蛋白，可以代替或部分代替粮食做饲料，加入到上述循环经济圈中，再形成一个重大的工业—饲养业—农业的循环经济模式。
根据我国经济技术发展现状和人民生活的需求，参考世界上发达国家的经验，实施农业节能减排的方针，现阶段我国秸秆资源的主要出路：一是发展固体成型燃料和秸秆气化技术，以及发酵沼气，解决农户能源问题；二是开发秸秆饲料、肥料，变秸秆为肉、蛋、奶，开辟节粮新途径，缓解人畜争粮矛盾；三是用秸秆制作人造板材，节约木材，保护林业发展。
纤维乙醇的生产是全球生物质能源开发利用的大问题，我国和世界上许多国家一样正在紧锣密鼓地开展工作。能源是关系到世界长治久安的根本物质基础，生物燃料的大规模生产和应用必将使生物工程真正成为21世纪支柱产业，使世界真正进入生物工程时代。
秸秆资源综合利用是一项世界性科技难题，我国秸秆利用的总体水平与发达国家相比还是落后的，我们应加强力量，让秸秆资源迅速转化为生产力。