南陵县秸秆资源利用与低碳高效农业

南陵县秸秆资源利用与低碳高效农业 一、农业概况 南陵县位于安徽省东南部，地处长江中下游平原向皖南丘陵过渡地带。 南陵，南陵，顾名思义 ，南 边是丘陵；则东部是青弋江冲积平原，北部是圩畈 区。气候属 亚热带季风性湿润气候，气候温和，光照充足，雨量充沛，土地肥 沃，江河湖渠，纵横交 错。不但自然生 态环境良好，而且农业自然条件优越。 南陵县是国家优质稻标准化生产基地、商品粮生产基地，中国四大米市 之一“ 芜湖米市 ”的主要 产粮区，素有 “芜湖米市，南陵粮仓” 之美称，是全国 300 个产粮大县之一。在新出版的安徽稻作学一书中，第 1 页就介绍了在 我县出土的 4000 多年前西周末期种植的稻谷。由此可见，我县水稻种植历 史悠久。 我县耕地面积 49.5 万亩（其中,水田 46.2 万亩，旱地 3.3 万亩），山场 56 万亩，水面 14 万亩。因农民勤于耕作，常年各种作物种植面 积有约 135 万亩， 复种指数高达 270%左右，水稻、油菜、小麦、蔬菜、食用菌、棉花为主，秸秆 资源十分丰富（见表 1），利用率高，使南陵 农业得以持 续高效发展。 表 1 2009 年南陵县农业主要产品及秸秆统计表 农业主要产品资料来源:南陵县统计局 项 目 播种面积 产量 秸秆数量 占本类的比例 说明（计算方式） 占总量的比例 （亩） （吨） （吨） % % 农作物总播种面积 1335780 762249（A） A=一至十 一、粮食作物合计 870075 402738 428463（B） 100 B/A 56.21 （一）谷物 844680 397326 416678（C） 97.25 C/B C/A 54.66 1.稻谷 808410 384285 384285（D） 92.22 D/C D/A 50.41 2 （1）早稻 328410 151125 151125（D 1） 39.33 D 1/D D1/A 19.83 （2）中稻和一季晚稻 108375 59832 59832（D 2） 15.57 D 2/D D2/A 7.85 (3)双季晚稻 371625 173328 173328（D 3） 45.10 D 3/D D3/A 22.74 2.小麦(均为冬小麦) 26475 9455 13237（C 2） 3.18 C 2/C 3.玉米 7395 3073 18438（C 3） 4.42 C 3/C C3/A 1.60 4.其它谷物(均为大麦) 2400 513 718（C 4） 0.17 C 4/C （二）豆类合计 16455 2412 8785（E） 2.05 E/B E/A 1.15 大 豆 9120 1258 3145（E 1） 35.80 E 1/E 绿 豆 3750 485 1455（E 2） 16.56 E 2/E 红小豆 1800 184 552（E 3） 6.28 E 3/E （三）薯类(按粮食计算) 8940 3000 3000（F） 0.07 F/B F/A 0.39 二、油料合计 117000 19776 28380（G） 100 G/A 3.72 其中:花 生 4500 829 1160（G 1） 4.09 G1/ G 油菜子 109500 18615 26060（G 2） 91.82 G2/ G G2/A 1.62 芝 麻 3000 332 1160（G 3） 4.09 G3/ G 三、棉花 24000 1700 25500（H） H/A 3.35 四、麻类合计 375 120 96（I） 五、糖料合计(均为甘蔗) 5850 13143 10514（J） J/A 1.38 六、烟叶合计(均为烤烟) 4125 670 201（K） 0.02 七、药材类合计 18090 3115 9345（L） L/A 1.23 八、蔬菜(含菜用瓜) 81375 113857 217000（M） M/A 28.47 九、瓜果类 14250 42234 42750（N） N/A 5.60 其中:西瓜 13650 41379 40950（N 1） N1/A 5.37 甜瓜 495 810 1485 草莓 105 45 315 十、其它农作物 200640 401280 基本是紫云英 十一、特种作物（食用菌） 1400 11200 (56000) 注 1：“播种面积”栏中已将“公顷”换算为“亩” 。 注 2:秸秆总量不含“其它农作物”栏中的 401280 吨，也不含“特种作物（食用菌） ” 的菇渣 56000 吨。 二、秸秆利用情况 （一）秸秆利用总体情况 3 我县常年秸秆总量有 76 万多吨，种类有稻草、麦秸、玉米秸等，利用状况 见表 2。从表 2 可以看出，我县对秸秆资源利用率相当高，达 91.4%。其中， 作为利用肥料的占 70.8%,作为原料利用的占 10.8%,作为饲料利用的占 0.1%, 作为燃料利用的占 9.7%，这还不包括瓜藤、菇渣和紫云英等。 表 2 南陵县主要作物秸秆利用情况统计表 单位：吨 注 1：“总计”栏中的数据不包含最末 3 类；其数据摘自表 1。762249 吨大于从“稻草”至 “瓜 菜下脚料”各栏之和，不参与计算百分比。 注 2：“各占%”之行数据系相应各列数据与 693305 之比。 （二）秸秆利用情况分述（另见表 2） 为了便于叙述，笔者将所谓“秸秆”分成以下几类：（1）稻草；（2）麦秸；（3） 玉米秸；（4）豆秸；（5）油菜秸；（6）棉花秸；（7）瓜菜下脚料；均折算为干物质。 下面两类另行折算：（8）菇渣（蘑菇生产结束以后所产生的废弃物），另外， 56000 吨菇渣之所以打括弧，是因为菇渣以土为主，内含朽稻草、菌丝等；（9） 其它，包括：甘蔗秸；瓜藤它们不能算是秸秆，但同样还田。在南方，很多 西瓜种植在稻田。当然这些稻田已改成适合西瓜生长的土壤环境，在西瓜收 主要作物 秸秆名称 秸秆 资源 肥料 用量 原料 用量 饲料 用量 燃料 用量 焚烧量 弃置 乱堆 作肥料/原料 利用方式 总 计 762249 一至七之和 693305 490698 75000 1000 67285 55995 3327 一、稻草 384285 其中:早稻草 151125 136000 1000 14125 机械翻压还田 中稻草 59832 15000 30000 9000 3000 2832 用作蘑菇生产 双晚稻草 173328 86500 45000 24000 17333 495 上 2 项及覆盖作物 二、麦秸 13237 9900 3337 机械翻压还田 三、玉米秸 18438 18438 机械翻压还田或堆沤 四、油菜秸 26060 7860 18200 机械翻压还田 五、豆秸 8785 8785 六、棉花秸 25500 25500 七、瓜菜下脚 料 217000 217000 各占% 100 70.8 10.8 0.1 9.7 8.1 0.5 食用菌菇渣 56000 56000 用作午季作物盖穴肥 瓜藤 42750 42750 机械翻压还于双晚田 紫云英 401280 401280 机械翻压还田种早稻 4 获后再种植双季晚稻。 另外,本县种植的 20 万亩左右紫云英，不但是很好的优质肥源，而且还有 以下很多优点：可供观赏，是很好的蜜源，可作菜蔬，可作盆景。笔者未将它 们纳入秸秆范围，但纳入分析讨论范围。 1稻草：有句农谚说是“斤粮斤草。 ”据笔者称量， “斤粮斤草” 只是指地上部 分，贴地表 5 厘米稻桩及地下根系的重量大约是地上部分的 1.2 倍；也就是 说，即使地上部分一点儿也不还田，单这一部分被翻压，也对土壤肥力有明 显好处。 从表 1 可以看出，我县的约 46.2 万亩稻田（指耕地面积），每年产稻草约 38.43 万吨，占各种秸秆总量的 50.41%，占谷物秸 秆总量的 92.22%，亩产稻 草 831 公斤。这部分秸秆利用得好，不仅对土壤有好处，而且对环境也有莫 大好处。 （1）早稻草：在 38.43 万吨稻草中，早稻草约有 15.11 万吨，占稻草总量 的 39.33%,其中,还田量约 13.6 万吨，占早稻草 总量的 90%。20 世纪 90 年 代中期以前，机械收获尚未普及，农民基本上是用镰刀收割，稻草大部分被 挑回家用于烧饭菜， 还田量不大。自那以后，随着农村青壮年大量外出，农 村剩余劳动力很难有力气将稻草挑回家。即使如此，农民种植双季稻的传 统种植方式仍未改变，机械收 获已逐渐普及。随着稻谷的收获，稻草也被机 械切碎撒在田间。大多数 农民家庭燃料使用的是液化气，但也仍有许多农 民使用传统的锅灶。机械割稻，要在露水干后接近中午开始，因为只有露水 干后稻谷才容易脱粒。到了下午，农民驾驶拖拉机开始犁田。虽然有部分农 民试图将田间 “须草” 烧掉（因被粉碎的稻草像是被剃掉的胡 须而被农民形 象地称为“须草” ），但因此 时稻草尚未被晒干，很难烧着，被烧掉的仅是一 小部分，约 15000 多吨， 对大气环境有污染。不过，笔者发现，燃烧稻草所 产生的烟尘微粒，在大气层不稳定的 7 月份的下午，烟尘微粒作为凝结核， 与空气中的水蒸气结合，成 为雷阵雨，因此基本上是被翻压还田了，并且还 将空气中的氮气转化为硝态氮落入田中。稻草平均每亩翻压稻草 387 公斤 （13.6 万吨/35.1 万亩），相当于 还原 356 公斤有机质，2 公斤 N，0.46 公斤 P2O5，10.44 公斤 K2O（养分含量折算 见肥料手册，北京农业大学肥料手 册编写组， 农业出版社 1979 年 5 月第一版），这是使我县稻田保持肥沃并 使土壤肥力增加的的最主要因素。 从表 2 可以看出，由于长期实施秸秆还田，我县土壤中的有机质含量 5 每年增加 0.328 克/公斤、全氮每年增加 0.01 克/ 公斤，有效磷每年增加 0.2 毫克/公斤、速效钾每年增加 0.296 毫克/公斤。笔者调查的这些数据远远高 于某些资料公布的结果。作物增产率达 5%10%。笔者分别调阅了我县 8 个镇、每个镇各选 1 个有代表性的土种在 1983 年和 2008 年同一处土壤养 分状况的变化情况（见表 3）。另据调查，本县水稻土的容重也从 25 年前的 1.32g/cm3 下降到现在的 1.14 g/cm3。 表 3 南陵县各镇代表土种不同年份养分变化一览表 养分名称 有机质 全氮 有效磷 速效钾 单位 g/kg g/kg mg/kg mg/kg镇名 土种 年份 1983 2008 年均递增 1983 2008 年均递增 1983 2008 年均递增 1983 2008 年均递增 籍山 粘身砂泥田 21. 3 30.5 0.368 1.35 1.77 0.0168 3.8 11.1 0.292 42.3 61.5 0.768 弋江 砂泥田 22. 6 36.8 0.568 1.39 1.77 0.0152 5.3 9.15 0.154 45.3 38.4 -0.276 许镇 泥骨田 24. 2 30.3 0.244 1.52 1.64 0.0048 3.4 12.4 0.36 54.6 68.2 0.544 家发 马肝田 20.6 31.8 0.368 1.30 1.73 0.0172 2.0 9.4 0.296 46.5 66.3 0.792 工山 黄泥田 22.2 31.9 0.388 1.30 1.52 0.0088 5.5 7.5 0.08 42.1 86.4 1.772 何湾 次潜灰泥骨田 21.4 29.7 0.328 1.56 1.37 0.0048 8.5 10.6 0.084 72.0 41.6 -1.216 烟墩 红砂泥田 20.5 27.2 0.268 1.22 1.68 0.0184 5.1 10.9 0.232 41.7 42.4 0.028 三里 砂砾身砂泥田 21. 7 24.5 0.112 1.34 1.44 0.004 6.3 8.9 0.104 49.0 48.2 -0.032 平均 21.8 30.0 0.328 1.37 1.62 0.010 5.0 10.0 0.200 49.2 56.6 0.296 从表 3 可以看出，同一地点的土壤养分状况有了很大改善（部分地区钾含 量有所下降）。这主要利益于早稻草还田,籍山、弋江、许镇等三镇还得益于广 泛种植紫云英。 据国家发改委资料，每吨稻草燃烧值为 14000 兆焦耳，相当于 3900 千瓦 时电能，同 时排放 1000 m3CO2。因此， 13.6 万吨稻草还田，可减排 136 00 万 m3CO2,同时 使土壤增加有机质 12.51 万吨,N693.6 吨, P 2O5163.2 吨, K 2O 3672 吨。其余作物的 CO2 减排量及相当于节省的肥料用量见表 4。 另外 1000 多吨稻草用作养牛饲料。 表 4 主要作物 CO2 减排量及节省化肥统计表 单位：吨 相当于节省化肥用量（吨）主要作物 秸秆名称 秸秆 资源 肥料 用量 原料 用量 相当于减排 CO2（万 m3） N P2O5 K2O 总 计 762249 一至十之和 598408 395800 75000 40300 4385 3930 13100 一、稻草 384285 237500 75000 31250 1600 375 8437 其中:早稻草 151125 136000 13600 693.6 163.2 3672 6 中稻草 59832 15000 30000 4500 229.5 54 1215 双晚稻草 173328 86500 45000 13150 670.6 157.8 3550 二、麦秸 13237 9900 990 29.5 19.8 59.4 三、玉米秸 18438 18438 1844 110.6 258.1 165.9 四、油菜秸 26060 7860 786 40 9.4 212.2 五、豆秸 8785 六、棉花秸 25500 七、瓜菜下脚料 21700 21700 1736 933.1 564.2 954.8 八、食用菌菇渣 56000 56000 140 560 2352 1848 九、瓜藤 4275 4275 344 189.2 30.1 98.9 十、紫云英 40128 40128 3210 922.9 321 1324.2 注 1：“总计”栏中的数据不包含最末 3 类；其数据摘自表 1。762249 吨大于从“稻草”至“瓜菜 下脚料”各栏之和，不参与计算百分比。 注 2：一至四各栏,以国家发改委关于稻草燃烧值每吨产生 0.1 万 m3 CO2为标准计算。 注 3：七、八、九、十各项数据均已除以 10 折算成干物质。 注 4：七、九、十各项数据在折算成干物质后又乘以 0.8 换算其“相当于减排 CO2”，因推算其燃烧 值相当于稻草燃烧值的 80%。第八项则以其内含有机物质占总量的 25%（1400 吨）计算 CO2减排量。 （2）单季稻草：我县单季稻种植面积约 10.8 万亩，产稻草约 6 万吨，占稻 草总量的 15.57%。这些稻草中，约一半出售 给种植双孢蘑菇的农户，25%由 收割机切碎撒于田间腐烂肥田，15%被农户 挑回家苫盖草棚、猪圈或用于做 饭， 10%被弃置乱堆或焚烧。 （3）双晚稻草：我县双季晚稻种植面积约 37 万亩，产稻草约 17.3 万吨，占 稻草总量的 45.2%，占秸秆总量的 22.7%。稻草出售给种植双孢蘑菇农户的 约有 4.5 万吨，约占 26%，运回家作为燃料或苫盖棚子之 类约占 14%，50%被 收割机粉碎后，农民将其分散用于覆盖越冬作物主要是紫云英、小麦、 油菜、蔬菜之类，或直接散布于田间腐烂肥田，其余 10%“须草”被在田间烧 掉。虽然总 量只有 10%，但分布面积较广，有 10 万多亩，再加上其它地方也 有燃烧稻草的作法，所以，在 11 月下旬至 12 月初，受偏北气流影响，本县许 多居民往往感觉比较呛人。燃烧双季晚稻草的不良习惯，有待今后继续劝导 农民改正，翻压入土让其变成肥料即可。 2麦秸：我县小麦种植面积常年约有 2.6 万多亩，年产秸秆约 1.32 万吨。 除了 2008 奥运年，农民听从各级政府和村委会大力劝导，没有燃烧秸秆而 沤制堆肥外，其余年份，在收割机收割时，将小麦大部分留高桩，然后下午 “须草”被付之一炬，被 烧掉的部分约占 25%。所留高桩因其尚未干透，基本 上不容易被烧着，容易浓烟滚滚。随后田间上水，麦秸就被拖拉机翻耕入土， 沤几天后就施肥种植单季稻。 7 解决对策：我们这里麦田后茬种植单季晚稻，季节不是很紧。绝大多数农 民的环保意识也越来越强，所以，在加强教育和管理的前提下，今后使用秸 秆腐熟剂会比较普遍。 3玉米秸：种植面积 7400 亩，产秸秆 1.84 万吨。我县所种玉米基本上是 甜、香、糯之类，或出售或自家当作零食，所以，玉米秸 秆在玉米收获后仍然 是青的，农 民砍倒后翻压入土作为肥料或置于地头沤肥。 4豆秸：种植面积 1.64 万亩，产秸秆约 8800 吨。除了豆叶自然落于田间 化作肥料外，豆秸因其木质化程度高、秆硬而被农民挑回家中用作燃料。 5油菜秸：我县油菜种植面积，因受市场对油菜子需求的影响，波动很大。 仅从近几年来看，面积大的时候有 16.8 万亩，2007 年秋种统计时，仅有 6.8 万亩。2008 年油菜子收购价格上升每吨 5400 元，当年秋种时便上升到 10.5 万亩。2009 年油菜子虽然丰收，但收购价格却下降到每吨 3500 元，下降幅度 约 35%，当年秋种面积便下降到仅有 3.5 万 亩！各年所产油菜秸秆自然也有 多有少。2009 年产油菜秸秆 2.6 万吨，被焚烧的部分大约占 70%以上，约有 1.8 多吨，这 是历年最被人诟病的因焚烧而污染环境的“罪魁” 。 那为什么不使用机械收获呢？这主要是因为：油菜子收获与其它作物不 同，油菜子必须在其八、九成熟时收割， 摊晒数天待菜子荚被晒“ 脆”、菜子完 全成熟充实并“硬化” 后才容易脱粒。如果机械在油菜子八、九成熟时收获， 油菜子无法脱粒，成为“ 糊状”；如果等油菜子完全成熟再用机械收割，则油菜 荚容易“炸裂 ”，油菜子大部分会掉落田间，损失极大，所以，目前基本上还是 靠人工收割、人工打菜子。 农民之所以要将油菜秸秆烧掉，原因有二： 首先，农民在油菜收割后，需要等待它们被晒干后油菜子才能被从菜子 荚中敲打出来，而油菜子被敲打出来后，菜子秸也非常干燥。这时，它们的密 度很小，容重也很小，用农民的话来说：一担挑不了多少；一担顶多也只有 2030 公斤，一亩田大约有 10 担，这样， 农 民挑到田外，费工费时，延误农 民抢栽水稻，特别是抢栽早稻。 其次，由于油菜秸秆在晒干后密度小，田间上水后，它们漂浮在水面，机 械很难将它们翻压入土，所以，农民在农田未上水以前先一烧了之。如果只 是将这些油菜子秸秆付之一炬，由于它们干燥，燃烧起来烟并不很大，主要 是田间还有未干燥的油菜桩，所以，混合燃烧，浓烟滚滚，污染大气层。其实， 那些油菜桩还是被翻压还田化作肥料了。 8 解决对策：关于麦秸和油菜秸的还田方法，我国早在的 50 多年前就有许 多国营农场解决了，那就是在拖拉机前面用横杆推倒随之翻压，对于南方即 将种植水稻的田块来说，田间上水效果更好（见肥料手册）。 6棉花秸：棉花种植面积 2.4 万亩，产秸秆 2.55 万吨。除了棉叶自然落于 田间化作肥料外，棉秸和棉桃壳因其木质化程度高而被农民挑回家中用作燃 料，棉子壳作代料栽培生产食用菌。 7瓜菜类下脚料：总量 2.17 万吨，占秸秆总量的 28.47%，水分含量高，很 容易腐烂，是肥沃土地的“主力军”，基本全部用于原来的菜地。 8甘蔗秸秆：全县甘蔗种植面积 5850 亩，产甘蔗约 8500 多吨，基本上被 出售给城乡居民吸食甜汁，田间所剩根桩和细小秸秆，全都被翻压还田，数 量约 1170 吨，每亩折合 200 公斤。 9. 菇渣：蘑菇生产季节结束后，产生的大量蘑菇下脚料 约 5.6 万多吨。这 时它们松软而潮湿，农民不会将它们烧毁，而是：（1）用于菜地作基肥；（2）撒 在稻田作基肥；（3）用于午季作物作盖籽肥。这是一种很好的肥料。 10瓜藤：从严格意义上来说，瓜藤不是秸秆，而只能算作瓜田废弃物。我 县瓜类种植面积约 1.4 万亩，各种瓜藤约有 4.2 万多吨（鲜藤），基本上是全 部还田，并且因瓜田基肥下得较重，所以，算是“ 肥茬”，后季稻单产很高，亩 产量要比一般双季晚稻高 50100 公斤。 11. 绿肥：大面积种植冬 绿肥是我县的一大特色，是 发展无公害食品的重 要基础。我 县种植的冬绿肥主要是紫云英（又称“红花草” ），它不仅可以用作 肥料，增加土壤有机质，提高水稻产量， 还可作为蔬菜，可作为美景观赏，可 作盆景，并且还是优质饲料和蜜源。常年种植面积 20 万亩左右，总量 40 万 吨以上，还 田量占 99%，对肥沃土壤贡献很大。我 县有农谚说：“一年红花草， 三年好地脚。 ”我县还是国家级红花草种子基地，年 产红花草种子约 300 吨， 种子供应到长江流域各省。 三、小结 综上所述，南陵县农作物秸秆，种类多，数量大，大多数农民科学种田意 识、 环保意 识比较强，对作物各类秸秆利用得当。利用的结果是，相当于减 少 CO2排放量 40300 万 m3，节省氮素肥料 4385 吨，磷素肥料 3930 吨，钾素 肥料 13100 吨，使我县土壤越来越肥沃，各类农产品产量逐年提高（见表 5）。 1949 年刚解放时，因水灾，粮食总产仅 6.7 万吨。以后，国家重视农业生产， 加大科技投入，种子不断更新，技术不断创新，使我县农业生产每隔一段时