临沂市农作物秸秆资源分布现状及利用路径分析*

李星河 ，柳善建 ，张广娜

（1.山东理工大学农业工程与食品科学学院，山东 淄博 255000；2.山东省水土保持与环境保育重点实验室，山东 临沂 276005；3.临沂大学农林科学学院，山东 临沂 276005）

0 引言

农业废弃物是农业生产过程中被丢弃的有机类物质，主要指农作物秸秆和畜禽粪便[1-2]。其中富含有机物、矿质养分和多种微量元素，是重要的生物质资源，可作为肥料或有机质改良土壤[3-6]，具有很高的开发与利用价值，而农业废弃物不合理的处置方式会带来环境污染[7-8]。

临沂市位于山东省东南部，面积1.72万平方千米，是山东省面积最大、人口最多的农业大市。高量的农业生产势必带来大量的农作物秸秆废弃物，农业废弃物资源化利用不仅可以实现废弃物的经济价值，而且能减少环境污染，提升生态价值[9]。临沂市废弃物资源种类多，地理分布差异明显，大规模转运处理困难较大。尽管近年来政府对于农业废弃物管理利用进行政策引导，但是部分分散个体经营户将秸秆或果树残体、菌糠、禽畜粪便等露天堆放，既没有合理利用农业废弃物的价值，又会带来环境污染。因此，通过对临沂市不同县区农作物秸秆废弃物资源特点进行分析，针对性地提出适合当地的废弃物处置和利用方式，对于提高农业废弃物资源化利用效率，减少环境污染有重要意义。

1 农作物秸秆资源可收集利用量测算

秸秆系数是指作物田间秸秆产量与经济产量之比，是评估秸秆量的重要参数，旧称草谷比，因秸秆系数对非禾谷类作物来说表征更明确，本文均称秸秆系数。根据本地区农作物熟制、品种、育种、产量、立地条件和测产方式等影响因素，采用如下秸秆系数和收集系数[10-13]，采用小麦秸秆系数1.33，收集系数0.63；玉米0.96，收集系数0.87；玉米芯0.223，收集系数0.98；水稻0.927，收集系数0.74；稻壳0.25，收集系数0.98；谷子1.398，收集系数0.82；大豆1.508，收集系数0.52；薯类0.30，收集系数0.76。本地区油料作物主要为花生，采用其秸秆系数为0.89，收集系数0.82，花生壳0.28，收集系数0.7；瓜菜0.071，收集系数0.50；瓜类（果用瓜）0.112，收集系数0.50。

其中，WGS是指农作物秸秆可收集利用量，WS指农作物秸秆总产量，GI是农作物秸秆资源可收集利用系数，即收集系数。

2 临沂市主要可收集农作物秸秆废弃物资源分布现状

2019年临沂市粮食播种面积966万亩，总产416.5万吨；蔬菜（含食用菌）面积207.5万亩，总产790.3万吨；瓜果面积26万亩，总产96.2万吨（见表1）。根据公式（1）计算得2019年临沂市主要农作物秸秆可收集资源量465万吨，其中小麦秸秆148万吨，玉米秸秆133万吨，水稻秸秆24万吨，谷子1.9万吨，豆类3.9万吨，薯类7.8万吨，油料作物55.1万吨，瓜菜残株27万吨，果用瓜残株5.34万吨，玉米芯34.9万吨，稻壳8.7万吨，花生壳14.8万吨（见表2）。全市年产农作物秸秆超50万吨的县区有3个，分别是兰陵县、郯城县和莒南县，均以小麦和玉米秸秆为主，辅以蔬菜、水稻和花生秸秆；年产30万吨以上50万吨以下的县区有4个，从大到小分别是临沭县、沂水县、费县和河东区，平邑县年产农作物秸秆29万吨，兰山区、罗庄区和蒙阴县农作物秸秆年产量在13.2万~18.9万吨，均以小麦和玉米秸秆为主，辅以其他作物秸秆。临沂市主城区兰山区、河东区和罗庄区秸秆总量相对较少，因为农业用地面积少。而费县、平邑、蒙阴、沂水等县区因山地丘陵区以经济林种植为主，故农作物秸秆量少。

表1 临沂市主?要农作物2019年分县区产量（吨）

表2 临沂市主要农作物2019年分县区秸秆可收集资源量（吨）

3 利用途径分析

3.1 秸秆还田

秸秆还田是农作物秸秆资源化利用的重要方式，近年来随着作物秸秆直接还田量的增加，该还田方式给农户耕种带来一系列负面影响，一方面秸秆还田深度均在0~15 cm土层，导致上层土壤严重跑墒，小麦播种后需镇压两次才能有效出苗；另一方面，收割机秸秆粉碎不够细，多年大颗粒秸秆还田后腐烂速度慢，易滋生病虫害[14-15]。秸秆直接还田目前仍是临沂市现有秸秆利用最有效、最快捷的方式[16]。根据原农业部《区域农作物秸秆全量处理利用技术导则》，华北农区推荐的秸秆还田量为4.5 t/hm2[17]，临沂市玉米播种面积24.7万hm2，理论上玉米秸秆还田量为111.15万吨，因现有农耕机械秸秆直接还田后多残留土壤表层0~15 cm，弊端较多，且玉米秸秆堆沤作有机肥或收获后作饲料价值更高，故农户玉米秸秆直接还田量仅占推荐还田量的1/4。

秸秆堆沤还田一般应用禽畜粪便与秸秆混合堆沤，经过高温腐熟可杀灭原材料中的寄生虫卵、病原菌、害虫以及杂草种子，笔者以干鸡粪和玉米秸秆4∶6的干重比例进行堆肥，添加一定量的枯草芽孢杆菌堆腐3个月后，有机质平均含量51%，pH值6.0，总氮1.3%，总P2O518.46%，K2O 0.99%，种子发芽指数82.17%，符合NY/T 525—2021《有机肥料》标准，可确保堆沤后的有机肥肥效及土壤改良效果。

3.2 秸秆饲料化利用

临沂市秸秆饲料化利用以甘薯秧、花生秧和玉米秸秆为主，其中玉米秸秆量最大，为133.2万吨，其次为花生秧55.1万吨，甘薯秧7.8万吨。花生秧和甘薯秧风干后磨碎即可与精饲料混合喂养牛羊。近年来玉米生长期雨水较多，玉米授粉不良，凸尖造成玉米减产，且玉米锈病多发，为了增加收益，农户多选择将未收获的玉米和秸秆卖给奶牛养殖户，直接做青贮饲料，1亩地收获秸秆和籽粒2.4~3吨，490元/吨，总收入均值在1 200~1 400元/亩，刨除成本1亩地净收入300~500元。玉米秸秆含水量大于60%的可以选择青贮，如果错过了青贮收储时间，含水量在45%~60%的玉米秸秆可以做黄贮饲料，将秸秆粉碎后加入生物菌压块捆扎后装袋，厌氧条件下将纤维素、半纤维素和木质素等分解为糖类，最后转化成乳酸和乙酸等[18]。收获后期玉米秸秆含水量低于45%时，可以短铡、压裂后作为粗饲料，作为牛、羊饲料的补充。

2019年临沂市牛期末存栏24.1万头，羊187.7万头，根据《区域农作物秸秆全量处理利用技术导则》牛草食饲料需求量3~4吨/年，羊的草食饲料是牛的1/5，为0.6~0.8吨/年[17]，按牛当量3.5吨/年，羊0.7吨/年计算，全市饲草需求量为248.35万吨，去掉花生秧和甘薯秧62.9万吨，尚需185.45万吨。将玉米秸秆全部算为饲草，供需缺口主要存在于费县、平邑县、蒙阴县和沂南县，饲草较充裕的县区为莒南县和兰陵县，2019年期末临沂市牛、羊存栏量及其饲草供需量如图1所示。据统计，临沂市玉米秸秆青贮饲料收储量约为19万吨/年，即食草性大型牲畜饲草缺口实际为166.45万吨。故大力发展农作物秸秆饲料化利用，一方面可减少秸秆直接还田量，增加秸秆利用方式；另一方面，降低大型牲畜饲料缺口，降低养殖成本。秸秆饲料化利用可变废为宝，既解决牲畜饲草问题，促进畜牧业发展，又可利用家畜排出的粪便进行进一步秸秆堆沤还田[19]。

图1 2019年期末牛、羊存栏量及其饲草供需量

3.3 秸秆能源化利用

临沂市现有秸秆能源化利用方式主要为秸秆沼气化和秸秆生物质发电。因环保要求及生猪疫病影响，小型散户养殖场关停较多，之前所建的小型沼气池弃用较多，一方面畜禽粪便来源少了，另一方面一般农户沼液用量小。近年来，大型种养一体农业合作社新增大型沼气池较多（1 200 m3），可有效消化秸秆、禽畜粪便，产生的沼气可用于做饭、发电（大棚晚上增加光照3小时）、取暖（养殖大棚），沼液养分含量高，作为冲施肥可减少设施蔬菜的肥料投入。

截至2020年年底，临沂市并网农林生物质发电项目8个，总装机容量26万千瓦，年可消耗农林生物质229万吨，分别是沂水长青生物电厂、国能义堂生物电厂、兰陵琦泉生物发电有限公司农林生物质发电工程、鲁电生物质电厂、山东莒南永能生物热电综合利用项目、费县生物能源化综合利用项目、郯城长青生物质能源有限公司生物质热电联产项目，分别位于沂水县、兰山区、兰陵县、平邑县、莒南县、费县、郯城县，在农作物秸秆利用方面，以小麦秸秆为主，目前临沂市小麦收获后，秸秆就地打捆运往就近的生物质电厂进行发电。

3.4 秸秆食用菌

作物秸秆含有大量氮、磷、钾、钙、镁、硫、硅元素，以及纤维素、半纤维素、蛋白质等[10]，利用秸秆做培养基栽培食用菌可确保充足的基料，成本低廉，降低食用菌生产成本。据统计，近两年临沂市年产鲜菇约32万吨，其中平菇15.4万吨，香菇0.25万吨，双孢菇1.18万吨，金针菇7.1万吨，黑木耳7.45万吨，临沂市近年来积极探索“蔬菜秸秆复合基质栽培平菇技术试验”“菜菌轮作土壤改良技术试验”，其中，用菌棒生产食用菌，以每千克秸秆产菇0.8 kg鲜菇计算[10]，基料可消化秸秆干重为40万吨，多采用玉米芯和蔬菜秸秆混合配比；而菜菌轮作改良技术则是把蔬菜秸秆（30%）、稻壳（30%）、玉米芯（30%）和2%的石灰、8%的麦麸混合成垄生产大球盖菇，一亩地每年消化上述干料6吨。生产后的菌糠可直接就地还田或堆腐后作为有机肥还田，一举多得。随着食用菌产业的发展，临沂地区生产食用菌菌棒的企业也越来越多，生产菌棒除了供应当地种植户，还售卖到周边地市或出口，这对消化本地区大量农作物秸秆、降低食用菌产业成本、增加食用菌产业产值有重要意义。

4 农作物秸秆未来利用对策分析

4.1 因地制宜地制定县区产业规划

在饲草充足的县区建立饲料加工厂，饲草青贮、黄贮后运往饲草亏缺的县区。在小麦秸秆充足的县区，配套建设相应的秸秆收储压块公司，秸秆压块后就近运往生物质发电企业。扶持草编企业在水稻秸秆充足的县区建厂。禽畜粪便较多且蔬菜种植面积大的县区，政府补助建设大型沼气池，消化农业废弃物的同时，沼液和沼渣可以替代化肥，减少蔬菜地肥料投入成本。蔬菜秸秆丰富的县区大力发展食用菌产业，包括栽培和菌棒生产企业，消化大量蔬菜秸秆，并鼓励建设相应产能的有机肥生产厂家，减少菌糠露天堆放，改良土壤，提高土壤肥力，促进农业生产。

4.2 强化新技术引进，探索秸秆高值化利用路径

秸秆高值化利用是农业秸秆增值的重要途径，主要包括秸秆人造板材、复合材料、清洁制浆、木糖醇、精细化学品、可降解包装材料、墙体材料、盆钵、造纸和编织等[20]。利用秸秆为原料生产绿色能源、材料，是能源与化工产业的发展方向，通过技术革新，提升秸秆高值利用率，增加秸秆附加值，是促进中国秸秆高值化利用的重要基础保障[21]。

4.3 建立有效的扶持政策

作物秸秆直接还田因还田深度和秸秆腐解慢等问题推行受阻，直接还田区需配套扶持深耕作业补助；大力扶持秸秆综合利用企业或合作社，推行循环农业的农作物秸秆资源化利用模式，包括秸秆养殖与能源循环型农业模式、秸秆制炭循环型农业模式、秸秆沼气循环型农业模式、秸秆食用菌循环型农业模式和秸秆生物反应堆循环型农业模式[22]，因地制宜地制定适合本区域秸秆综合利用的惠民政策，推广秸秆综合循环利用模式，提高秸秆综合利用的经济、社会和生态效益。