《中国秸秆产业化》朱立志:关于秸秆资源化利用与秸秆产业的思考

 

关于秸秆资源化利用与秸秆产业的思考

我国既是粮食生产大国,也是秸秆生产大国。然而,长期以来我们只注重农作物果实而忽视农作物的秸秆。我国每年生产有2亿多吨秸秆白白腐烂和焚烧,这其实是白白浪费了生产2亿多吨秸秆的耕地、淡水和其他农业投入品等资源。因此,大力发展秸秆产业,提高秸秆利用率,实质上等于提高了耕地、淡水等资源的产出率。

秸秆产业是一个新兴产业,它以秸秆为纽带,将秸秆收集与生态种养(秸秆肥料化、饲料化、基料化)、秸秆能源化(沼气、直燃发电)和秸秆材料化(作为工业原料)有机衔接,加固了农业循环经济的链条,拓展了农业产业的发展空间,增加了农民收入和农业发展的可持续性。鼓励和引导秸秆产业的发展,对于提高我国农业资源综合利用水平,保护生态环境,加快农业循环经济和低碳农业发展具有重要意义。在现代农业条件下,我们必须树立大农产品观念,把农作物秸秆当作农产品一样看待,在收储运、循环利用以及市场服务等产业链环节上下工夫,把秸秆产业做大做强。

一、我国农作物秸秆发生量及综合利用现状

农业部2009年首次全国性秸秆资源调查与统计显示,2009年中国作物秸秆理论资源量为8.20亿吨(风干,含水量为15%)(农业部,2010)。其中稻草约为2.05亿吨,占理论资源量的25%;麦秸为1.50亿吨,占18.3%;玉米秸为2.65亿吨,占32.3%;棉秆为2584万吨,占3.2%;油料作物秸秆(主要为油菜和花生)为3737万吨,占4.6%;豆类秸秆为2726万吨,占3.3%;薯类秸秆为2243万吨,占2.7%。

农业部全国性秸秆资源调查与统计还显示,2009年中国作物秸秆可收集资源量为6.87亿吨,其中作为肥料使用量约为1.02亿吨(不含根茬还田,根茬还田量约1.33亿吨),占可收集资源量的14.78%;作为饲料使用量约为2.11亿吨,占30.69%;作为燃料使用量(含秸秆新型能源化利用)约为1.29亿吨,占18.72%;作为种植食用菌基料量约为1 500万吨,占2.14%;作为造纸等工业原料量约为1600万吨,占2.37%;废弃及焚烧约为2.15亿吨,占31.31%。

由此可见,我国秸秆废弃与露天焚烧问题仍然相当突出。目前焚烧的作物秸秆主要是小麦、水稻和玉米秸秆三大类。秸秆焚烧的区域主要集中在粮食主产省、经济发达地区和大中城市郊区。大面积露天焚烧秸秆危害很大,滚滚浓烟不仅增加了碳排放,还对大气环境产生巨大的污染和危害。此外,烟雾弥漫亦导致航空交通经常受阻、交通事故增多和火灾事故频繁发生等诸多社会问题,造成了人民生命财产的严重损失。同时,秸秆露天焚烧不仅造成了生物资源的浪费,还破坏了农田微生物群落,导致土壤养分循环不畅、理化性能变坏。

二、我国秸秆资源化利用的效益分析

(一)我国秸秆资源化利用效益的理论评估

根据上面的调查与统计,我国每年生产5亿多吨粮食,同时也生产了7亿多吨秸秆,其中有2亿多吨秸秆白白腐烂和焚烧。如果这2亿多吨秸秆通过农业系统内部的循环重新经过生产过程加以利用,就等于增加了大约2/(5+7)或1/6的农业资源。

一般来说,如果物质单元经过每一级生产后还能为下一级所利用的利用率为r,1个物质单元的原始资源经过n级循环利用后相当于资源量y,那么y的计算公式如下:

y=1+r+r2+r3+…rn=(1-rn)/(1-r)

由于r小于1,当n很大时,可以用1/(1-r)表示y的值。

因此,如果我国目前尚未得到利用的2亿吨秸秆能被充分循环利用,那么通过2亿吨秸秆的多级循环利用,每1个物质单元的原始农业资源相当于1/(1-1/6)=1.2单元的资源量,即2亿吨秸秆充分循环利用后相当于增加了20%的耕地、淡水和其他农业投入品等资源。如果从经济的角度来看,相当于在同样农业资源投入的情况下,原有农业经济系统增值20%。当然,实际情况往往是农业经济系统也会有所变化,因此增值效应不一定就是20%,可能高于这个数,也可能低于这个数。例如简单地秸秆直接还田也许带来不了20%的增值效果,但如果秸秆通过食用菌基料+菌渣肥料、氨化饲料+沼渣沼液等复合模式,带来的增值效果就会大于20%。这类典型案例已经出现在浙江、福建和江苏一带,这些地方的秸秆价格也因此被拉到了每吨几百元,明显地提高了农民的收益。

可以看出,秸秆中的物质单元的循环利用可以带来价值增值,即产生了循环增值效应。物质单元的循环利用率越高,其循环增值就愈为明显。单个循环增加输出的效果未必十分明显,但一个系统中多个子系统的多级循环带来的整体效应就十分突出了。而且,不单是价值得以循环增值,由于秸秆资源化利用产生的替代效应,减少了化肥农药等农业生产资料的施用,进而导致生产化肥农药等农业生产资料的原始资源的开采与加工生产也会大量减少;同时,伴随着废弃物的资源化利用,农业系统内部资源的永续利用性就增大、环境污染就减小,必将有力地推动农业可持续发展。

(二)我国秸秆资源化主要模式的效益分析

2014年12月18日,农业部和浙江省签署了“共建现代生态循环农业试点省合作备忘录”,其中秸秆生态循环农业将作为重要工作内容。2013年本课题组在浙江省进行了秸秆资源化利用调研,本文就以这次的调查资料为依据,对几个秸秆资源化主要模式(由于调查时间的限制,还有一些重要模式尚未调查)的效益进行量化分析。

1.秸秆还田效益

秸秆旋耕还田一般要增加机械操作费用(包括人工费用)每吨大约80元,同时,秸秆还田后需配施秸秆腐熟剂每吨大约40元。这样,1吨秸秆全量还田的费用大约为120元。

秸秆还田的收益主要是秸秆还田所带来的作物增产收益,因为一般化肥施用量很少变动,无需考虑替代化肥的收益。浙江省的调查数据显示,秸秆全量还田模式下水稻增产大约30千克/亩,小麦增产大约15千克/亩,按平均谷草比和2013年市场价格估算,1吨秸秆直接还田带来的作物增收大约为110元。

综上所述,1吨秸秆全量还田模式下成本费用比增产收益高出10元。可以看出,仅从经济效益上看农户是不愿意实施秸秆还田的,这还没有包括农户自家秸秆的市场折价费用成本。但考虑到秸秆全量直接还田是提高耕地质量的有效模式,尤其在常年积温较高的地区,因此政府应出台扶持政策激励农户秸秆全量直接还田。

2.秸秆饲料效益

这次调查以秸秆氨化饲料养牛为案例。秸秆氨化饲料可采用氢氧化铵处理,利用碱和氨与秸秆发生碱解和氨解反应,破坏连接与多糖木质之间的酯键,如纤维素、半纤维素经过化学反应被破坏分解,并增加了氮元素,能够促进反刍畜瘤胃内微生物的大量繁殖,从而提高了秸秆的可消化性。

据调查,1吨秸秆收储运费用(包括秸秆收购费用)大约为200元、粉碎及储存费用大约为16元、人工及设备费用大约17元、氨化所需尿素费用为80元。因此,1吨秸秆在制作氨化饲料过程中的费用大约为313元。

调查数据显示,1吨秸秆通过氨化处理替代饲料可收益大约980元,加上牛粪收益约为50元,氨化处理1吨秸秆可收益1030元。

综上所述,1吨秸秆通过氨化饲料所带来的效益大约为717元。

3.秸秆沼气效益

由于沼气集中供气是未来的发展方向,因此这次浙江省的调查选择集中供气的秸秆沼气项目为对象。

调查显示,1吨秸秆收储运费用(包括秸秆收购费用)大约为200元、投料发酵前粉碎及搅拌处理费用大约为17元、腐熟添加剂大约为12元、人工费用大约为16元。这样,1吨秸秆在制沼气的过程中大约花费245元。

1吨秸秆可产气250立方米,按1.2元/立方米收取沼气使用费,则收益为300元。同时,沼渣和沼液可用来肥田,沼液还可以杀虫,调查显示,1吨秸秆所产生的沼渣和沼液可带来70元左右的收益。这样,1吨秸秆通过制沼气可创收370元。

综上所述,1吨秸秆通过制沼气所带来的效益大约为125元。

4.秸秆发电效益

秸秆直燃发电需经历秸秆收储运、秸秆粉碎、与其他材料混合、燃烧炉燃烧等过程,最终将秸秆的生物质能转化为电能,并产生灰渣等副产物。

调查显示,1吨秸秆的收储运费用(包括秸秆收购费用)大约为200元、机械粉碎及传输费用大约为12元、人员及设备费用大约为95元。这样,1吨秸秆的发电费用大约为307元。

秸秆发电的收益包括发电量收益和副产物(灰渣)收益。调查得知,由于秸秆发电可享受国家优惠政策,其上网电价为0.75元/千瓦时,即1吨秸秆发电的收益大约为450元。另外,1吨秸秆燃烧产生副产物草木灰的收益为30元。这样,1吨秸秆发电的主副产品收益大约合计为480元。

综上所述,每吨秸秆发电所带来的效益大约为173元。

5.各种主要模式综合评价

以上调查的结果大致反映了秸秆还田、秸秆沼气、秸秆饲料和秸秆发电的效益大小。通过比较可以看出,秸秆通过饲料过腹还田的效益最高,因此,秸秆饲料化应该是秸秆资源化的一个高效模式。由于目前这方面的潜力还没有充分发挥,各地还应加大政府扶持力度。调查发现,一些地方已经出台了相关政策,如秸秆青贮氨化池补助70元/立方米,相关机械设备每台补贴在几百元不等。

秸秆能源化的两个模式中,虽然秸秆沼气比秸秆直燃发电的效益偏低一些,但以村为单位的秸秆沼气集中供气工程不存在秸秆直燃发电所遇到的秸秆收集半径过大问题。同时,考虑到沼渣沼液是很好的肥料,沼液还有杀虫效果,如果从农业可持续发展和生态环境效益的角度,应该首选秸秆沼气项目。秸秆沼气应以集中供气工程为主,便于可持续性维持。据调查,一般年产沼气量达40万立方米(可替代290吨标准煤),年消耗秸秆1 500吨,可集中供应农户 500家的秸秆沼气集中供气工程,需建900立方米的储气罐,投入约450万元,包括设备、管网、管理用房等的建设,设计使用年限为30年,折算为每吨秸秆处理的设备费用约为100元。因为秸秆沼气集中供气工程以生物质可再生能源替代煤炭,是低碳环保工程,各地政府应该大力支持。调查中发现,秸秆沼气集中供气工程基本上都由政府全额扶持,有些地方给予80万~100万元的补贴。

秸秆全量直接还田是常年积温较高地区提高耕地质量的有效模式,因此不能仅仅认为是负的经济效益就不提倡,相反,政府应出台扶持政策激励农户秸秆全量直接还田。调查发现,一些地方已经落实了相关政策,对新购买的大中型秸秆还田机补贴0.15万元/台,对新购买的小型秸秆还田机补贴0.05万元/台;对农作物收割低留茬作业(留茬标准低于10厘米,并将秸秆切碎还田,综合利用率达85%以上)的村补贴5元/熟·亩;对新购买的秸秆粉碎装置(与联合收割机配套使用)补贴0.15万元/台。

此外,应该注意的是,我国地域辽阔,每个地方的具体情况千变万化,秸秆资源化模式不能千篇一律。即使是同一地方,模式也要多样化,要积极提倡多途径的网状复合集成模式,达到最高的总体效益。

三、对策建议

秸秆产业的效益可概括为:提高了2个安全性、产生了2个正外部性。提高了2个安全性是指:一是增加了粮食作物秸秆的附加值,增加了农民的收入,进一步带动了农户的种粮积极性,提高了我国的粮食安全性;二是增加了资源及能源供给,提高了我国的资源及能源安全性。产生了2个正外部性可表述为:一是减少了农业废弃物的污染,尤其是秸秆燃烧造成的污染,同时增加了有机肥,减少了化肥的施用造成的面源污染,产生了减污的正外部性;二是增加了清洁能源和资源的供给,替代了化石资源的使用,产生了节能减排的正外部性。同时,秸秆产业为农民带来了新的价值增长点、增加了新的就业机会,繁荣了农业与农村经济。因此,建议政府尽快完善政策体系,加大推动力度。

(1)重视技术集成创新,积极开展示范工程建设。优先安排资金,重点支持秸秆收集储运和综合利用技术与设备的集成创新开发项目;建立秸秆综合利用科技示范基地,通过技术培训、宣传咨询,有组织有计划地加大示范应用力度,提高秸秆资源化的可操作性。要提高技术设备的劳动生产率以减少人工费用,降低技术设备的生产成本以降低购买价格,从而提高农户和企业参与秸秆资源化的积极性。

(2)建立有效的秸秆收集与储运体系,消除秸秆产业化瓶颈。由于秸秆资源相对比较分散,体积大质量小且容易腐烂,秸秆的收集、运输和储存较为困难,加上从事秸秆收集与储运的个人和组织行为不够规范,使得秸秆原材料的质量、数量和价格等方面得不到稳定的保障,从而导致收集与储运的原材料物流环节成为制约秸秆资源化利用的瓶颈。基层政府应尽快引导农民以专业合作组织的形式参与秸秆的物流环节,像对待常规农产品一样,建立秸秆的收集与储运规范体系,为实现农民和企业的利益双赢创造良好的社会环境。

(3)制定并落实秸秆综合利用的扶持政策,建立激励补偿机制。例如,加大秸秆还田补贴、秸秆青贮补贴、秸秆沼气菌种费补贴、秸秆反应堆技术补贴等方面的实施力度;将秸秆还田、打捆、青贮等机具纳入农业机械购置补贴范围,并加大对秸秆机械化还田作业的补贴力度;对秸秆资源综合利用企业按照秸秆利用量进行补贴,以增加秸秆收购价的提升空间,进一步调动农户供应秸秆的积极性。对相关企业给予信贷支持,采取退(免)税等优惠措施;实施秸秆加工用电价格补贴优惠政策,应按照农业用电收费,即减少一半。

(4)全面开展秸秆资源量调查。长期以来,由于对秸秆利用的重视程度不够等原因,尽管有关部门和专家开展了一些调查和分析工作,但仍存在着秸秆资源不清、利用现状不明等问题。应全面开展秸秆资源调查,进一步摸清秸秆资源潜力和利用现状。

(5)编制秸秆综合利用规划,提高秸秆资源化的可持续性。在秸秆资源调查基础上,根据资源分布情况,合理确定适宜本地区的秸秆综合利用方式(饲料、肥料、能源、食用菌基料和工业原料等)、数量和布局,设定发展目标。秸秆综合利用规划要提出相应的保障措施和支持政策,要体现加强秸秆转化利用技术的研发与集成,加快成果转化和推广等具体的科技支撑内容。

(6)注重政策法规的落实,扩大宣传教育。鉴于目前我国秸秆露天焚烧的现象还占一定比例,建议相关部门严抓政策法规的落实。不仅对露天焚烧秸秆的当事人要进行处罚,还要对责任领导进行追究,因为露天焚烧秸秆严重的地区一般都是秸秆利用途径不畅的地方,这与领导干部的组织管理直接相关。政府的引导具有关键作用,应通过各种途径提高全民,尤其是省、市、区级政府官员和企业家的环境意识,把秸秆真正作为资源来看待,增强其参与秸秆产业的能力和投资热情,各方形成合力,使市场的开发潜力形成真正的有效的市场。同时,各级政府要把秸秆综合利用作为推进节能减排、发展循环经济、促进生态文明建设的一项工作内容,纳入政府目标管理责任制,制定、落实政策。

(7)有效利用国际碳基金,充分融入国际资金流。秸秆的资源化利用可以减少露天焚烧,直接降低碳排放;秸秆的能源化利用可以替代化石能源,肥料化利用可以替代化肥,这些都会产生间接降低碳排放的效果;秸秆直接还田和间接还田(通过饲料过腹还田、通过食用菌基料分解、通过沼渣沼液还田等),是增加土壤碳汇的有效手段。因此,有关部门要为秸秆综合利用项目如何申请利用国际碳基金提供支持和方便,尤其是促使其能够尽快得到补贴反馈,增加资金流量,提高企业扩大再生产的积极性。

(8)对接垃圾处理政策,将秸秆资源化利用纳入新农村建设中环境评估奖励体系。秸秆废弃物造成环境污染,秸秆资源化利用大大促进了农田和农村环境的改善,建议参照城市垃圾处理的补贴方式对秸秆资源化利用进行额外补贴;在新农村建设中建立环境评估奖励制度,并依此对秸秆资源化利用村落进行奖励。

朱立志

中国农业科学院农业经济与发展研究所

资源与环境研究室主任、研究员


扫描二维码分享到微信

在线咨询
联系电话

18701093659