我国农作物的秸秆处理和利用问题，是随着粮食作物单产水平的大幅度提高而逐渐尖锐起来的。当前，秸秆焚烧和田间任意抛弃腐烂严重污染大气和浪费宝贵的生物质资源的问题，已到了非彻底解决不可的地步。

秸秆多种用途的格局

将长期保持

自从免、少耕技术和机具在上世纪70-80年代取得突破以来，多数发达国家秸秆利用的主要方式是还田。机收时直接还田可大大节省处理秸秆的劳力，有关的水土保持法规也鼓励还田。因基本上为一年一作，秸秆还田后到下年播种出苗季有充足时间腐烂，且免耕直播机械的性能可保证播种的质量。有的国家如美国和丹麦等，近年来秸秆用于生物能源的比例逐渐增大。丹麦是世界上最早利用秸秆发电的，主要方式是煤与秸秆混燃，可以较大幅度地降低温室气体排放量。美国等则投入大量人力和财力研究主要以秸秆为原料的纤维素乙醇，期望到2022年达到120亿加仑(1加仑=3.8公升)的年产量。

我国的国情有很大的不同：一是长期以来秸秆一直有多种用途，而且这种局面还会持续下去。以江苏为例，2014年全省主要粮食作物秸秆4000万吨。全年秸秆收储利用量达1900万吨以上，稻麦秸秆机械化还田达3800万亩以上，秸秆综合利用率达88%，其中肥料化利用(含机械化还田)占45.37%，能源化利用占21.87%，基料化利用占3.28%，饲料化利用占5.18%，工业原料化利用占6.48%，其他途径利用占5.82%。二是多数地区实行一年两熟制。在收获季节，秸秆能否及时收集处理(或就地还田或移出)成为农民的主要关注点。因为它直接关系到下茬作物的产量。在华北中北部地区，小麦收获多在6月上、中旬。我们的实验结果表明，如果因为秸秆不能及时处理而影响到腾地，每推迟1天播种，夏玉米的亩产就会减少7~10公斤;推迟过多时，夏玉米甚至有不能成熟的危险。因此，能解决及时腾地问题的秸秆直接还田具有一定的优势。

秸秆资源化与保持

土壤有机质的关系

然而秸秆直接还田在我国还存在不如人意之处。由于上茬收割和下茬播种之间的间隔时间很短，直接还田的秸秆往往来不及腐烂，会带来影响耕作、播种质量以及虫、草害等问题，包括发生因一次还田量较大、秸秆碳氮比过高而引发的所谓土壤与下茬作物短期“氮饥饿”、下茬作物幼苗的生长受抑制等情况。散落在地表的秸秆，大多因风化而不能转化为有效的土壤有机质成分。且由于地块多数较小，大马力的高效机具能展开的面积有限，影响到秸秆直接还田优点的发挥。在生产实践中，因秸秆还田机械的设计和制作水平不过关、而发生影响整地播种质量的事件也时有发生。尽管如此，不可否认的一点是，在秸秆高值利用的途径没有真正实现商业化之前，秸秆直接还田的规模还将继续扩大。因此，相应的技术和农机具研制应及时跟上。

秸秆长期、大量用作能源等非农利用，会不会影响到土壤的地力?对此需要作具体分析。首先，为了维持土壤有机质所必需的秸秆还田量，若干权威性研究已有明确的结论。国际水稻所的长期定位实验结果显示，在亚热带地区和正常施肥条件下，连作水稻的秸秆全部取走用于生物能源等，以及稻麦两熟制下相当大部分秸秆取走，均不会给土壤的农艺性状造成不良影响。美国农业部2011年发表的关于生物能源原料专题报告指出，在秸秆和根茬残余量因籽粒单产的提高而增产50%左右、用于农田之外的比例占75%以下的前提下，不会因秸秆移出农田而影响到土地肥力。从实际情况看，以农业发达的丹麦为例，当前秸秆还田量占秸秆总产量(1.1亿吨)的比例为37.7%。其余依次为能源利用(29.5%)、粗饲料(20.2%)和用作填圈料(12.5%)。其次，有的生物能源利用方式对土壤有机质起到的作用甚至远优于直接还田。如秸秆作沼气，沼渣、液含有大量未分解的木质素等，在还田后是土壤腐殖质的骨架物;而且其碳氮比已大幅降低，转化为腐殖质的有效率远高于秸秆。必须强调指出，土壤腐殖质而不是笼统的“有机物质”，才是土壤肥力的实质性因素。总之，针对具体的地区，资源化的秸秆究竟占多大比例为宜，应通过科学实验来确定。

秸秆高值化利用的现实途径是生物能源化

要想从根本上杜绝焚烧秸秆，关键是为多余的秸秆找到量大面广的高值化利用途径，以及有稳定和大容量的市场。我们必须要面对的现实是，秸秆数量极大，而秸秆焚烧却久禁不止。加上田间地头随便抛弃的，估计占到每年8~9亿吨总量的三分之一。商品生物能源正是符合上述秸秆高值化和大市场条件的理想对象。目前主要有四类商品能源利用方式：一是制作压缩成型颗粒燃料，可替代燃煤用于被限定必须淘汰的中小型锅炉;二是秸秆热解气化集中供气;三是直燃发电;四是用作制纤维素乙醇和沼气的原料。其中，颗粒燃料和生物质发电已形成有一定规模的新兴产业。但其经济效益仍有待进一步提高。而且秸秆(主要是稻、麦秸等“黄色秸秆”)发电对锅炉的构造和生产工艺有特殊的要求;也不利于物质和矿质营养的循环利用。秸秆制作颗粒燃料和用作直燃发电时，1吨干秸秆的收购价一般是200~250元。每亩地一年收获1~1.5吨秸秆，相当于农民增收300元左右。而如果用于产沼气，1吨干秸秆的沼气理论产量达300立方米，沼气值300元;加上沼渣、液加工以及沼气能源带来的碳减排指标的价值，共可达400~450元，意味着秸秆收购价提高;还提供了在农村就地开展初加工，再集中精加工高品位商品能源的机遇。为农民提供就业岗位。综合效益即便在尚没有财政补贴的情况下也显著高于发电。而且沼渣、液还田对改善土壤肥力和推行有机农作非常有利，还能帮助妥善处理畜禽粪便等面源污染物。显然，秸秆的沼气利用应成为一条重要的利用途径。包括用沼气热电联产和净化提纯后制成与常规天然气同质的车用生物天然气。至于用秸秆制纤维素乙醇，由于成本高的障碍尚未排除。估计还要3~5年后才能进入商业化阶段。

沼气转型升级为秸秆资源化带来前所未有的机遇

沼气在我国已有一百多年的历史。近年来，农户沼气和畜禽场沼气工程数量上有了很大的发展，也取得相当的环境效益。不足之处是在农村社会条件发生大的变化情况下，多有不适应，经济效益也较差。为此，国家主管沼气的部门2015年提出了新的思路：(1)把沼气作为国家能源发展战略和新农村建设的重要内容，逐步提高沼气产品在城乡清洁能源消费中的比重;(2)积极发展规模化沼气工程，推动农村沼气工程转型升级。特别是要优先支持日产1万立方米以上的规模化生物天然气工程;(3)创新项目建设管理机制，提高沼气项目投资效益;(4)完善沼气-生物天然气财政支持政策。今年6月，国家能源局又决定在内蒙古自治区试点建立年产生物天然气2亿立方米的示范区，推进生物天然气技术进步和工程建设现代化。

建设规模化沼气-生物天然气工程需要多项条件的配合。数量足够、稳定、优质的原料供应是重中之重。假定把每年白白焚烧掉和烂掉的约3亿吨秸秆用作制沼气的原料，估计能达到年产550亿立方米生物天然气的理论产出，约占到当前全国天然气年消费量的三分之一。

秸秆作原料是有中国特色

生物天然气的必经之路

在我国，制沼气的传统原料是畜禽粪便。殊不知，作物秸秆是产气潜力大得多的原料。同等重量下，秸秆的理论产沼气率是畜禽粪便的4~8倍。但要真正挖掘出这种潜力，面临着非常大的困难。在我国，对使用秸秆作沼气原料没有经验，也缺少科研积累。特别是由于中国的国情所限，现阶段我们尚无法像欧盟国家那样，将秸秆特别是玉米秸秆连同果穗一起制成青贮，成为沼气厂全年可方便使用的优质原料;短期内也不可能大范围、大面积地收获青贮秸秆。

问题主要出在我国秸秆的形态上。当前，每年数以亿吨计的秸秆资源绝大部分是干秸秆。秸秆在由青绿变黄、干的过程中，水分大量被散发，其内含的容易被微生物降解和利用的碳水化合物，如可溶性糖等，大量转化为很难被微生物降解和利用的半纤维素和木质素，占到秸秆生物量的60%左右;而且还将易降解的纤维素包被起来，形成结晶体，无法与发酵微生物高度接触。这就使得秸秆发酵产沼气或产乙醇等生物能源的价值极大地降低，最终要靠酸解或爆裂进行预处理才有利用价值。增加了生产成本，降低了沼气和乙醇的净能产出。相反，例如玉米秸秆(我国玉米秸秆占作物秸秆总量的四成)制青贮，情况就完全不是如此。在青贮过程中各种成分几乎都经过了乳酸发酵，碳水化合物大量转化为不易腐败的乳酸。乳酸在沼气发酵时很容易转化为沼气(甲烷)的前体乙酸。加以青贮料很容易长期堆积在沼气工厂内，确保工厂周年稳定生产，因此是十分理想的沼气原料。此外，从秸秆饲用即“过腹还田”的角度看，秸秆青贮的效果也远胜于干秸秆。也是要大力提倡的。

欧盟国家生产产业沼气，最早是用生活污水处理产生的剩余污泥作原料的。后来则转为以产气率远远高于粪便的青贮能源作物为主，并与脂肪含量比较多、因而产气率也很高的垃圾、剩余污泥，以及畜禽粪便共同发酵。现已成为年产能接近200亿立方米生物天然气的新兴能源产业。青贮能源作物主要是玉米和牧草。

要在大面积生产上制作青贮秸秆，最终离不开高效的收获机具。目前国内尚不能生产大马力、高生产率(日收400~500亩)的专用青贮收割机。进口机具过于昂贵，而且也不适应地块较小的实际状况，难以推广;一般的收割机不能在收获果穗或籽粒的同时收割青贮。因此，研制适用的收获机具是当务之急。

干秸秆作为沼气的原料在我国曾经是一个“禁区”。即便到了技术设备大有改进的今天，仍旧是个新课题：飘浮结壳，进出料困难易堵塞，原料滞留期过长、产气率低下等等，成为难以逾越的障碍。我们曾做过实验室的比较，即便用尽所有办法对干秸秆进行物理、化学预处理，其最终产气率与青绿的秸秆相比，至少会下降30%~40%。而对实际的工程转化而言，用干秸秆作原料的难度更是太大。但干秸秆制沼气这一难关非攻克不可。

总之，当前在我国秸秆综合利用上，我们面临着三大课题。一是进一步提高秸秆就地还田的质量和受农民欢迎的程度;二是突破干秸秆作沼气原料的障碍，以大幅度提高秸秆的资源化利用率;三是着眼长远，尽早上马秸秆青贮收获利用的育种技术和农机具研究项目。