第1章　秸秆的特性

第1节　概述

1-1-1　什么是作物秸秆？

答：作物秸秆具有狭义和广义概念。一般地，狭义概念即作物的茎秆；广义概念指在农业生产过程中，收获了作物主产品之后所有大田剩余的副产物以及主产品初加工过程产生的副产物统称为秸秆。

秸秆是一种具有多种用途的可再生生物资源，作物光合作用的产物有一半以上储存于秸秆中。作物秸秆是世界上最为丰富的资源之一，据统计全世界每年秸秆产量为29亿多吨。

1-1-2　秸秆有哪些种类？

答：对作物秸秆进行恰当的分类，有助于完整理解和应用秸秆概念的内涵和外延。根据不同产出环节，可以将秸秆分为田间秸秆和加工副产物。田间秸秆指作物主产品收获之后大田地上部分剩余的所有作物副产物，包括作物的茎和叶。加工副产物是指作物粗级加工过程中产生的剩余物，如玉米芯、稻壳、花生壳、棉籽壳、甘蔗渣、木薯渣等，但不包括麦麸、谷糠等其他精细加工的副产物。

另外，按照作物种类对秸秆进行分类也是很重要的。凡是对作物分类的方法，均可用于相应的秸秆分类，如大田作物秸秆和园艺作物秸秆。大田作物秸秆包括禾谷类作物秸秆、豆类作物秸秆和薯类作物秸秆等粮食作物秸秆，以及纤维作物秸秆、油料作物秸秆、糖类作物秸秆和嗜好类作物秸秆等经济作物秸秆。再往下细分可到每一个具体作物的秸秆，如小麦秸秆、水稻秸秆、高粱秸秆、棉花秸秆、油菜秸秆、大豆秸秆、红薯秸秆、芝麻秸秆、甘蔗秸秆、麻类秸秆、花生秸秆等。

1-1-3　我国各类秸秆量有多大？

答：我国的农作物秸秆产量虽然没有精确的统计数据，但一般可以用作物种植面积及其产量推算出来。由于作物种类多且准确评估秸秆量有一定的难度，因此评价我国作物秸秆产量时往往仅指大田作物秸秆。通常田间秸秆的产量由国家农业部门或统计部门发布的作物经济产量，以收获指数或草谷比计算获得。一般说来，多数谷物，其秸秆与籽料产量比为1∶1，玉米为1.2∶1，而高粱为2∶1。据2009年《全国农作物秸秆资源调查与评价报告》显示，全国农作物秸秆理论资源量为8.20亿吨（风干，含水量为15%）。从品种上看，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%，具体见图1-1。

在农作物收获过程中，许多农作物需要留茬收割；在秸秆收集以及运输过程中，会发生部分枝叶脱落而造成损失。考虑到收集过程中的损耗，可收集资源量与理论资源量并不相同，受作物品种、收集方式、气候等原因的影响，与收集技术和收集半径等因素有关。通过对我国各地农作物机械收获和人工收获的留茬高度进行了调查，估算2009年全国农作物秸秆可收集资源量约为6.87亿吨，占理论资源量的83.8%。

1-1-4　作物秸秆主要分布在我国哪些地区？

答：中国地域宽广，因不同地区农业气候、种植制度和社会经济条件不同，作物种类变化很大，因此，各地区的作物秸秆种类分布不同（如表1-1）。我国作物秸秆主要分布于华北、华中、华东和东北地区，其中黑龙江、河北、河南、山东、江苏、湖南和四川7个省是我国农作物秸秆分布的主要地区。

稻草是秸秆资源中占有比例最大的，约占总秸秆量的30.4%，主要分布在华中地区（如湖南、湖北等）和华东地区（如江苏、浙江、安徽等）；其次是玉米秸秆，约占总秸秆量的21.1%，主要分布于东北和华北地区的各省份以及华东和华中的部分省份；小麦秸秆产量为农作物秸秆量的第3位，约占17.9%，主要分布于华北地区（如山东、河南等）、华东地区（如江苏、安徽等）。豆类秸秆以东北地区最多，约占豆类秸秆总量33.09%；棉花秸秆主要分布在西北地区，占棉花秸秆总量的42.3%；油料作物秸秆以华东、中南地区最多，占油料作物秸秆70.84%；甘蔗秸秆主要分布在中南地区，占甘蔗秸秆总量80.44%。

我国秸秆资源的种类和数量是由我国农业资源特别是气候资源和水资源所决定的种植结构来分布的，各地可依据本地区主要秸秆产量开展资源化利用。例如，我国北方地处温带，主要种植作物是小麦、玉米；我国南方地处热带、亚热带，水稻是该地区最重要的作物品种；而西藏处于高寒地区，最主要的作物是棉花、青稞等。

1-1-5　我国粮食主产省农作物秸秆资源如何？

答：我国的粮食生产带有明显的区域性特点，辽宁、吉林、黑龙江、内蒙古、河北、河南、湖北、湖南、山东、江苏、安徽、江西、四川13个粮食主产省（区），提供了全国80%的商品粮。据调查，全国13个粮食主产省（区）的农作物秸秆理论资源量约为6亿吨，占全国农作物秸秆理论资源量的73.2%。其中，河南的秸秆资源最为丰富，为8438万吨；其次为山东、黑龙江和河北，分别为8182万吨、6920万吨和6176万吨。

从品种上看，稻草约为1.3亿吨，占全国稻草理论资源量的63.4%；麦秸为1.3亿吨，占全国麦秸理论资源量的88.0%；玉米秸秆总量为2.2亿吨，占全国玉米秸秆理论资源量的81.5%；棉秆总量为1417万吨，占全国棉秆理论资源量的55.8%；油料作物秸秆总量为2815万吨，占全国油料作物秸秆总量的75.3%。

从分布来看，稻草主要分布在湖南、江苏、湖北、四川、安徽和黑龙江等省份，以湖南资源最为丰富，为2755万吨；麦秸主要分布在河南、山东、河北、江苏和安徽等省份，以河南资源最为丰富，为3798万吨；玉米秸秆主要分布在黑龙江、吉林、河北、山东、河南、内蒙古和辽宁等省（区），以黑龙江资源最为丰富，为4169万吨；油料作物秸秆主要分布在湖北、四川、山东、安徽、湖南和江苏等省份，以湖北资源最为丰富，为511万吨。

1-1-6　为什么要进行秸秆综合利用？

答：农作物秸秆是农业生产的副产品，也是我国农村的传统燃料。过去，农作物秸秆大部分都被用作饲料和直接作为燃料，但随着农村生活水平的不断提高，在较为接近商品能源产区的农村地区或富裕的农村地区，商品能源（如煤、液化石油气、天然气等）已成为其主要的炊事用能，以传统方式利用的秸秆首先成为被替代的对象，致使被弃于地头田间直接燃烧的秸秆量逐年增大，许多地区废弃秸秆量已占总秸秆量的60%以上，既危害环境，又浪费资源。

秸秆是一种宝贵的资源，搞好秸秆综合利用和禁止焚烧，具有重要的意义。从经济方面看，通过机械化还田、保护性耕作等形式利用秸秆，能够有效地改良土壤，提高地力，降低生产成本，提高农产品质量，有利于发展绿色农业；通过青贮、微贮和压块加工，把秸秆转化为优质饲料，有利于促进畜牧业发展；通过发展食用菌转化秸秆，有利于促进农民增收；通过沼气和气化转化秸秆，有利于推进农村新能源建设。从社会方面看，充分利用秸秆资源，抑制秸秆焚烧，可以有效控制污染，优化环境，保证社会经济生活有序进行。总之，秸秆的资源化利用不但能够减少以至消除农业废弃物危害，还为农业生产提供丰富的能源和物质投入，从而减少农业生产过程的外部投入，节约资源，降低生产成本，增加农业收入。因此，加强秸秆综合利用研究，加快秸秆的优质化转换利用势在必行。

1-1-7　秸秆利用的主要途径有哪些？

答：为实现农作物秸秆资源的有效利用，推进农业生物质能产业健康有序发展，目前作物秸秆综合利用已成功的且具有市场潜力技术的主要包括以下几个领域（如图1-2）：

（1）秸秆能源，主要是通过直接燃烧、热解、气化及生物转化等技术将农作物秸秆转化为能源，包括农村直接生活燃料、秸秆发电、沼气、气化、固化成型和炭化。

（2）秸秆饲料，是秸秆过腹还田的前续工程，就是将秸秆通过加工来提高秸秆饲料的质量和利用率。主要指通过氨化、青贮、微贮、揉搓丝化等处理技术，增加秸秆饲料的营养价值，提高秸秆转化率。秸秆饲料化已成为发展节粮型畜牧业的重要途径。

（3）秸秆肥料，包括秸秆直接还田和加工商品有机肥。秸秆直接还田主要包括机械化还田、覆盖还田、快速腐熟还田、稻麦双套还田、堆沤还田、过腹还田等。利用秸秆加工商品有机肥主要是工厂化生产秸秆复合肥等。

（4）秸秆原料，作为工业原料，目前主要应用于板材加工、造纸、建材、编织、化工等领域。在板材加工方面，利用秸秆加工成纤维板材、人造纤维浆粕等。另外，利用秸秆还可提取焦油、木醋酸、木糖醇、燃料乙醇等秸秆化工物质。

（5）秸秆基料，包括食用菌基料和育苗基料、花木基料、草坪基料等。目前主要以食用菌基料为主。秸秆作为良好的食用菌基料，搭配必要的培养基生产食用菌，原料来源丰富、价格低廉，生产食用菌后的基料富含营养，既能加工成饲料实现过腹还田，也可作为优质有机肥直接还田，是延长农业产业链和发展生态农业的重要组成部分。除用作食用菌基料外，秸秆还用作育苗基料、花木基料、草坪基料等，虽处于起步阶段，秸秆利用量不大，但呈加快发展趋势。

1-1-8　我国目前秸秆资源的利用现状如何？

答：长期以来，秸秆一直是农民的基本生产、生活资料，是保证农民生活和农业发展生生不息的宝贵资源，可用作肥料、饲料、生活燃料、食用菌基料以及造纸等工业原料等，用途十分广泛。但是，随着农村经济快速发展和农民收入的提高，秸秆的传统利用方式正在发生转变。农业部组织完成了首次全国农作物秸秆资源专项调查，并发布《全国农作物秸秆资源调查与评价报告》。调查显示：截至目前，我国农作物秸秆利用率达到69%。其中，作为饲料利用2.11亿吨，占30.69%；作为燃料利用（含秸秆新型能源化利用）1.29亿吨，占18.72%；作为肥料利用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%；作为食用菌基料1500万吨，占2.14%；作为造纸等工业原料1600万吨，占2.37%；废弃及焚烧约为2.15亿吨，占31.31%。图1-3显示了我国秸秆利用状况。

但是与发达国家相比，我国秸秆综合利用还存在着水平较粗放、利用范围比较狭隘、秸秆综合利用的政策尚不完善、焚烧和废弃以及流失还十分严重等问题，造成秸秆资源的浪费。

1-1-9　秸秆的主要成分是什么？

答：作物秸秆是由大量的有机物和少量的无机物及水组成的，其有机物的主要成分是纤维素类的碳水化合物，此外还有少量的粗蛋白质和粗脂肪。碳水化合物又由纤维素类物质和可溶性糖类组成。纤维素类物质是植物细胞壁的主要成分，它包括纤维素、半纤维素和木质素等。不同作物秸秆的主要化学成分如表1-2所示。

在常规分析中，纤维素类物质用粗纤维表示；可溶性糖类用无氮浸出物表示，泛指不包括粗纤维的碳水化合物，一般不再进行化学分析测定，而是根据秸秆中其他养分的含量进行计算得出，即：无氮浸出物含量%=100%-（水%+粗蛋白%+粗脂肪%+粗纤维%+粗灰分%）；秸秆中的无机盐用粗灰分来表示，由硅酸盐和其他少量微量元素组成，含量大约为6%，但稻草中的硅酸盐含量较高，达到12%以上。农作物成熟以后，其秸秆中的维生素差不多全被破坏，因此秸秆中很少含有维生素。

纤维素是植物中最丰富的物质，又是细胞壁的主要结构成分，在作物秸秆中的含量达40%～50%。纤维素分子是由许多葡萄糖分子经β-1，4糖苷键结合而成的吡喃葡萄糖单位组成。在家畜消化道中共生的微生物能分泌水解纤维素的酶，可将纤维素分解成为挥发性脂肪酸乙酸、丙酸和丁酸，被家畜吸收利用。

作物秸秆中含有多种可被利用的有效成分，除绝大部分是碳之外，还含有钾、硅、氮、钙、镁、磷等元素（如表1-3）。

1-1-10　焚烧秸秆的主要危害是什么？

答：秸秆露天焚烧的影响主要表现在生态环境效益、经济效益和社会效益上，具体危害有：

（1）浪费了大量资源。

（2）损坏了土壤墒情，破坏土壤结构。

（3）污染了环境。

（4）引发火灾。

（5）严重影响交通安全。

1-1-11　如何认识我国秸秆资源的有限性？

答：近年来，随着秸秆产量增加、农村能源结构改善和各类替代原料的应用，加上秸秆分布零散、体积大、收集运输成本高、综合利用经济性差和产业化程度低等原因，秸秆出现了地区性、季节性和结构性过剩，大量秸秆资源未被利用，浪费较严重，导致种植业和养殖业脱节，制约了循环农业发展。我国秸秆资源的有限性表现在以下几个方面：

首先，人均秸秆资源占有量较低。2005年，青藏高原区、黄土高原区和西南区人均秸秆产量分别为446kg、497kg和335kg，分别比全国人均低30.75%、22.83%和16.93%。

其次，秸秆燃用量占秸秆可收集利用总量的比重高，人（燃用）与畜（食用）争用秸秆的矛盾较突出。在青藏高原区、西南区和黄土高原区，秸秆燃用量占秸秆可收集利用总量的比重分别高达57.25%、52.52%和50.74%，秸秆燃用量和饲用量合计分别占到秸秆可收集利用总量的91.49%、74.87%和74.45%。由于秸秆资源不足，燃料需求和饲料需求皆得不到保障，导致过牧或过樵等资源过度利用和生态破坏问题时有发生。

最后，相对于未来需求，秸秆资源十分有限。首先，在农村能源消费中，相互间可替代性最强的是秸秆与薪柴。有关资料表明，直到2005年，我国农村薪柴消耗量仍然高达23812万吨（折合标准煤13597万吨），其中18055万吨（折合标准煤10310万吨）用于生活，5757万吨（折合标准煤3287万吨）用于生产。造成农村薪柴用量过高原因之一就是秸秆资源总量不足。另外，如果再把城镇居民对畜产品的消费增长、人口增长所带来的对畜产品的消费增长以及我国天然草地保护要求不断提高、禁牧或限牧范围不断扩大等因素都考虑在内，就可以清楚地看出我国现有的秸秆资源相对于未来畜牧业的发展需求而言，资源总量还是十分短缺的。

1-1-12　农作物秸秆综合利用的意义有哪些？

答：秸秆的综合利用是农业生产中的一个重要环节，秸秆的工厂化处理为秸秆的大量合理利用提供了新途径，对广大农民来说，大量的秸秆成了可以出售的商品，对企业来说则是很有潜力的新兴产业。

（1）通过对农作物秸秆的开发利用将秸秆由现在的焚烧或掩埋变为合理有效的利用，增加其价值，使农民从中获得经济收益，增加收入。

（2）利用农作物秸秆气化、固化和气化发电技术，可为广大农村提供生活所需的能源，节约大量的常规能源。通过合理的规划利用，实现集中供电、供气，促进广大农村的城镇化建设。这样，不仅提高了农民的生活水平，也缓解了农村能源紧缺的现状。

（3）通过农作物秸秆综合利用技术，可使秸秆得到统一合理的利用，防止由于随便处置，对土质肥力的影响，防止由于焚烧时所产生的大量有害气体对环境的污染，从而改善农村的生活环境。