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1、我国农业废弃物资源化利用现状与发展趋势分析(精)我国农业废弃物资源化利用现状与发展趋势分析刘振东1,李贵春2,杨晓梅1,尹昌斌1*(1中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京100081;2中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,北京100081摘要阐述了我国农业废弃物的特点和资源化综合利用的现状,分析了农业废弃物的资源潜力以及在资源化经过中的限制因素和技术瓶颈,并结合中国社会、经济发展的目的,提出农业废弃物循环利用思路及其政策建议。从农业废弃物资源化利用入手,推进生物基质产业化对于进一步解决环境污染和资源短缺、加快农业产业化进程和促进社会-义新农村具有重要意义。关键词农业废弃物;资源化
2、利用;基质化;循环利用理论中图分类号S1813文献标识码A文章编号05176611(2021261306803StatusandDevelopmentTrendofResourceUtilizationWaysofAgriculturalResiduesinChinaLIUZhen-dongetal(InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,CAAS,Beijing,100081AbstractThepaperfirsltydiscussedthecharacteristicsofagriculturalresiduesandits
3、resourceutilizationinChina,andthenanalyzedthere-sourcepotentialofagriculturalresiduesandtheconstraintsandtechnicalbottlenecksintheprocessofresourceutilizationAccordingtoChinase-conomicandsocialdevelopmentgoals,theconceptsandsuggestionwereproposedontherecyclingutilizationofagriculturalresiduesStartin
4、gfromtheresourceutilizationofagriculturalresidues,thebiologicalmatrixindustrializationwaspromotedtosolveenvironmentalpollutionandresourceshortages,acceleratetheprocessofagriculturalindustrializationandpromotetheconstructionofnewsocialistcountrysideKeywordsAgriculturalresidues;Resourceutilization;Mat
5、rix;Recyclingtheory基金项目公益性行业(农业科研专项(202003011B。作者简介刘振东(1985,男,山东济南人,硕士研究生,研究方向:农业生态学,E-mail:lzhd1006163com。*通讯作者,研究员,博士,博士生导师,从事环境经济与农业区域发展研究。收稿日期2021-04-24农业废弃物(agriculturalresidue是指在整个农业生产经过中被丢弃的有机类物质,主要包括农林生产经过中产生的植物残余类废弃物,牧、渔业生产经过中产生的动物类残余废弃物,农业加工经过中产生的加工类残余废弃物和农村城镇生活垃圾等13。我国种植业正在向省工、高效的方向转变,以大量
6、化肥代替原有农家肥的使用;养殖业正在向集约化、城郊化靠拢,以人工饲料代替农业废弃物饲料的使用4。这些转变已经打破了传统农业中副产品的循环利用环节,造成农业废弃物堆积和利用率降低,进而产生了较为严重的环境问题和资源浪费问题1,5。因而,实现农业废弃物变“废为“宝,对改善农村生态环境3,5、提高“三农建设质量和实现农业可持续发展具有重大战略意义。1农业废弃物的分类和资源化潜力11农业废弃物的分类我国农业废弃物的种类繁多。按其来源可分为4种类型(图1:第1性生产废弃物,主要是指农田和果园残留物,如作物的秸秆、蔬菜的残体或果树的枝条、落叶、果实外壳等种植业废弃物;第2性生产废弃物,主要是指畜禽粪便和栏
7、圈垫物等养殖业废弃物;第3性生产废弃物,主要指农副产品加工后的剩余物;第4性生产废弃物,主要指农村居民生活废弃物,包括人粪尿及生活垃圾等。12农业废弃物的特点由于农业产品的品种和来源的不同,农业废弃物的理化性质存在很大差异,但有其共同特点:在元素组成上,除C、O、H三元素的含量高达65%90%外,还含有丰富的N、P、K、Ca、Mg、S等多种元素。从化学组成上可分为天然高分子聚合物和天然小分子化合物。高分子聚合物如纤维素、半纤维素、淀粉、蛋白质、天然橡胶、果胶和木质素等。小分子化合物如生物碱、氨基酸、单糖、抗生素、脂肪、脂肪酸、激素、黄酮素、酮类、甾体化合物、萜烯类和各种碳氢化合物6。在物理性质
8、上,普遍具有外表密度小、韧性大、抗拉、抗弯、抗冲击能力强的特点。植物类废弃物枯燥后对热、电的绝缘性和对声音的吸收能力较好,且具有较好的可燃性7。图1我国农业废弃物的分类13农业废弃物的资源化潜力由表1可知,我国农作物秸秆年产生量70?109t左右,其中稻草23?108t,玉米秸秆22?108t,豆类和杂粮作物秸秆10?108t,花生、薯类藤蔓和甜菜叶等蔬菜残体18?108t1。畜禽粪便年产生量约为186?108t,其中牛粪107?108t,猪粪27?108t,羊粪34?108t,家禽粪18?108t1,5。乡镇生活垃圾和人粪便25?108t,肉类加工厂和农作物加工废弃物15?108t,林业废弃
9、物05?108t,其他类有机废弃物约有05?108t,约合7?108t的标准煤12。并且随着工农业生产的迅速发展和人口的增加,这些废弃物以年5%10%的速度递增。农业废弃物被称为“放错位置的资源,具有宏大的资源容量。按目前我国沼气技术的转化水平,农业废弃物可转化沼气31115亿m3,户均达12752m3,可弥补农村能源供给缺乏的问题;以农作物秸秆为例,将目前的65亿t秸秆转化为电能,按1kg秸秆产生电1千瓦时计算,就具有产生65亿千瓦时电能的潜力;用作肥料可提供氮约22644万t、磷4591万t、钾27157万t;制作饲料,仅玉米秸秆就能提供责任编辑张彩丽责任校对卢瑶安徽农业科学,Journa
10、lofAnhuiAgriSci2021,40(26:1306813070,1307619亿22亿t。因而,农业废弃物成为最大的搁置资源之一9。表1中国农业废弃物资源化潜力分析1,8当前位置：文档视界我国农业废弃物资源化利用现状与发展趋势分析(精)我国农业废弃物资源化利用现状与发展趋势分析(精)畜禽粪便186273991470029401109032049784112农业秸秆7036386430057065101000154680384蔬菜废弃物1017486907337012017780040生活垃圾2562501200720249023034671078林业废弃物05320534055550
11、007311113025加工废弃物153040848173101822032893074其他0520015661156796710224023合计390800292264445912715720303111507002农业废弃物资源化利用的途径近年来,农业废弃物的资源化利用向能源化、基质化、饲料化、材料化利用等几个方面迅速发展。21农业废弃物能源化利用农业废弃物的能源化利用主要分为发酵及热解两个方向。厌氧发酵制沼气技术是指农业废弃物经多种微生物厌氧降解成高档次的沼气燃料及副产品沼液和沼渣的经过10。沼气除了可供日常生活外,还能够进行大棚温室种菜、发电、孵化雏鸡、车用燃气供给等。研究表明,农作物
12、秸秆、蔬菜瓜果残体和畜禽粪便都是制沼气的好原料1112,并且废弃物混合处理比单独处理生物气产量有显著提高13。到2007年底全国沼气工程总数到达26871处13,多以养殖业畜禽粪便为主要原料10,1415,将部分废弃物转化为清洁能源加以利用。农业废弃物通过热解技术可转化为清洁气体燃料与热解油等产品。富氢燃料气体部分可进入锅炉燃烧,进行城镇集中供热供气、供燃料电池等。热解液体经过加工制备生物柴油、生物汽油等有机化工产品。目前,关于生物质能方面的研究较多,成为重要研究热门之一16。梁新等通过对生物质热裂解制得热解油并进行热解油的精制研究17;唐兰等对生物质在高频耦合等离子体中的热解气化行为的研究表
13、明,该技术能大幅度提高生物质气的热值及产率18。22农业废弃物饲料化利用农业废弃物中含有大量的蛋白质和纤维类物质,经过适当技术处理便可作为畜禽饲料应用12,19,可分为植物纤维性废弃物的饲料化和动物性废弃物的饲料化。植物纤维性废弃物的饲料化处理技术归纳为:机械加工、辐射、蒸汽等物理处理,氨化、Ca(OH2尿素、氧化等化学处理,青贮、发酵、酶解等生物学处理,另有多种方法复合处理。动物性废弃物饲料化主要指畜禽粪便中含有未消化的粗蛋白、消化蛋白、粗纤维、粗脂肪和矿物质等,经过热喷、发酵、枯燥等方法加工处理后掺入饲料中饲喂利用9,20。如枯燥鸡粪含粗蛋白230%313%,粗脂肪8%10%,还有氨基酸、
14、维生素,用于喂猪、养鱼,效果良好。23农业废弃物材料化利用高蛋白、纤维素是材料利用的有效成分,是农业废弃物材料化利用的重要领域,有着广阔的应用前景。利用农业废弃物中的高纤维性植物废弃物生产纸板、人造纤维板、轻质建材板等材料;利用甘蔗渣、玉米渣等制取膳食纤维产品,通过固化、炭化技术制成活性炭材料;秸秆、稻壳经炭化后生产钢铁冶金行业金属液面的新型保温材料;利用稻壳作为生产白碳黑、炭化硅陶瓷、氮化硅陶瓷的原料;利用棉秆皮、棉铃壳等含有酚式羟基化学成分制成吸收重金属的聚合阳离子交换树脂等13,21。24农业废弃物的基质化利用基质化利用是指农业废弃物经过适当处理后用作农业栽培的原料。农业废弃物可用作不同
15、基质制作原料。玉米秸、稻草、油菜秸、麦秸等农作物秸秆,稻壳、花生壳、麦壳等农产品的副产物,木材的锯末、树皮,甘蔗渣、蘑菇渣、酒渣等二次利用的废弃有机物,鸡粪、牛粪、猪粪等养殖废弃物都能够作为基质原料22。刘伟等采用炉渣、菇渣、锯末和玉米秸秆混配有机基质,施用有机固态肥,番茄产量最高达3605kg/m3以上23。冯冰在混配基质中用麦秆、玉米秸秆、椰糠、菇渣、豆荚5种有机废弃物无土栽培亚洲百合,研究表明其效果与泥炭基质相比毫无逊色24;孙向丽利用菇渣和锯末作为丽格海棠栽培基质,研究表明,丽格海棠根系生长强健,生长发育综合表现显著优于对照,两个处理的成本分别比对照降低2761%和2723%,茹渣和锯
16、末可作为丽格海棠无土栽培的代用基质25。基质为植物根系提供水、气、肥等营养,并对植物起到支持和固定作用。农业废弃物基质化利用领域宽广,构成如图2的秸秆食用菌基质资源化利用的产业循环链。图2秸秆食用菌基质资源化循环利用3农业废弃物综合利用中存在的问题31农业废弃物统计标准不统一由于我国的农业生产大部分是以农户组织方式展开的,所以生产经过和目的产物的多样使得废弃物的种类繁多、成分复杂,这为农业废弃物数量的统计带来了较大的困难。目前,我国每年到底产生多少农业废弃物,这些废弃物的时空分布状况怎样,对环境会造成多大影响,没有准确的数据和记录。大多数相关数据仅仅9603140卷26期刘振东等我国农业废弃物
17、资源化利用现状与发展趋势分析是根据作物和养殖规模估算3。农业废弃物是怎样处置处理的,各种消纳和利用处径、比例及详细应用情况怎样,没有量化的数据,也没有估算的标准统计数据进而导致了废弃物利用的盲目性,限制了切实可行政策的制定1,8,26。32农业废弃物利用率低、环境承载压力大目前,农业废弃物已经成为中国最大的污染源和潜在资源库。2003年中国畜禽粪便产生量多达21亿t,但其总体有效利用率缺乏10%13。在畜禽粪便排泄物中,氮年产生量约为1597万t,磷年产生量约为363万t,COD年产生量约为6400万t,BOD年产生量约为5400万t,畜禽粪便进入水体流失率高达25%30%,COD排放接近工业
18、废水,COD排放总量,N、P流失量大于化肥流失量1,27。假如这些废弃物不能有效地无害化处理并转化为资源,就是一个宏大的污染源。如畜禽粪便未经处理直接归田,属于一次利用,它严重污染周边的水域、土壤等环境,造成农副产品产量和品质下降,最终影响人体健康。33农业废弃物利用技术水平低,综合利用技术缺乏我国农业废弃物利用创新性技术少,推广价值不高,有效利用率低。大田秸秆多采用直接还田,蔬菜残体多采用直接燃烧的处理方式1,9。而一些成熟技术却无法实现产业链的延伸和配套技术间的兼容。农业废弃物饲料化处理技术施行以后就成为了整个技术的终端。高效的机械设备与生物技术无法有机结合,工艺和工程技术得不到升级,设备
19、水平得不到提高,废弃物无害化、资源化的效率就面临着技术单一、难以为继的窘境9。4农业废弃物循环利用及其政策建议41农业废弃物的循环利用农业废弃物的资源化利用不仅与资源的再利用和环境安全相关,而且与农业的可持续发展和新农村建设都有着严密的关系。随着科技进步以及对废弃物转化技术的提高,有机废弃物的综合利用正在快速发展,逐步树立农业废弃物的循环利用思路。按循环经济理论,由废弃物的生态循环开场,逐级发展到循环农业、循环社会的“三环循环总体发展战略思路;第一个“环是从农业本身发展的层面,根据生态循环原理,以农业废弃物的循环利用为切入点连接种植和养殖业,构建循环农业的发展形式;第二个“环是根据循环经济的原
20、理,构建生产生活生态生命(人一体化协调发展的“四位一体农村发展形式;第三“环为在上述两个循环的基础上,构成具有循环社会特征的农村小康社会1,19。经过近几十年来的研究和实践,我国农业废弃物循环利用已构成较完备的利用体系(图3。秸秆的过腹还田肥料化、热解产气的能源化技术,畜禽粪便的沼气工程技术,植物纤维性废弃物的饲料化等技术都已经日渐成熟,将这些技术组合起来装备成一套完好的农业废弃物循环利用的技术体系,延伸农业产业链条,提高资源化利用效率,减少产业化成本等具有重要的意义。42农业废弃物循环利用政策建议我国还没有完好的有关农业废弃物利用的法律法规,在当前高度关注环境保护和食品安全的大背景下,农业废
21、弃物的综合利用也需要摆在应有的位置。图3农业废弃物循环利用示意421建立健全农业废弃物综合利用的法规和政策。为了又好又快地推动我国农业废弃物的综合利用工作,需要政府对农业废弃物资源化利用给予明确的发展定位,并建立健全相关的政策法规,包括农业大型种植业与养殖业项目的选择、环境影响评价,生产厂家的建立与管理及扶持办法;通过减免税和低利融资等办法,积极鼓励、引导投资;建立综合利用产品的品质标准和生产环境标准,以及鼓励与扶持农民开展生态建设的鼓励政策与惩罚措施1,11等。422建立健全农业废弃物综合利用的监测、预警体系。现有的农业废弃物的管理体制和相关标准可操作性差,没有相关的预警、监测体系19,但水污染、大气污染等环境污染的监控和预警机制已经相对成熟。相当一部分的环境污染是由农业废弃物造成,所以能够通过环境污染预警机制与农业废弃物综合利用的监测体系进行融合或联动,在污染到达超标峰值时,引入综合利用的技术和政策法规体系,在资源化再利用和降低污染成本的基础上进行行政执法,在缴纳罚款和企业创收之间对相关企业进行教育和引导,进而得到更为积极的反应信息和意见以加快农业废弃物综合利用预警体系的建立和完善。423加快推进农业废弃物综合利用的产业化进程。随着社会经济发展和科学技术的进步,农业的当代化和产业化进程将势不可挡。一些规模化、集约化的农