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我国秸秆资源利用现状及其炭化利用展望

更新时间:2009-03-28

我国作为农业生产大国,农作物秸秆数量巨大。据调查,2009年全国农作物秸秆理论资源量为8.20亿t(风干,含水量为15%),可收集资源量约为6.87亿t。自改革开放以来,由于农业机械化及农村生活水平提高,农村能源结构迅速改变,秸秆作为生活燃料和饲料的比重大幅度减少,随着化肥的大量使用,秸秆堆沤还田量也在大量减少,每年农作物秸秆大量剩余。目前处理秸秆的最简便办法是在田里直接焚烧。在焚烧季节,曾多次发生因满天烟雾导致航班无法着陆和高速公路被迫关闭事件,既白白浪费了大量宝贵资源,又给环境带来了严重污染。因此,如何合理利用农作物秸秆资源,真正实现农作物秸秆变“废”为“宝”,对缓解我国能源压力,保护生态环境,促进农业的可持续发展具有重大意义。

随着社会经济发展,现有的法律、体制、机制对社会上新出现的一些“两童”问题还难以完全适应。从少年司法刑事政策层面上讲,存在的主要问题包括:

1 我国秸秆资源量及利用现状

1.1 我国农作物秸秆资源总量

中国作为世界粮食、油料、棉花生产大国,作物秸秆资源相当丰富。农作物秸秆主要包括粮食作物(包括水稻、小麦、玉米、谷子、高粱、豌豆、蚕豆、甘薯、土豆等)、油料作物(包括花生、油菜、胡麻、芝麻、向日葵等)、棉花、麻类(包括黄红麻、苎麻、大麻、亚麻等)和糖料作物 (主要包括甘蔗和甜菜)等五大类。据调查,2009年,全国农作物秸秆理论资源量为8.20亿t(风干,含水量为15%)。从品种上看,稻草约为2.05亿t,占理论资源量的25%;麦秸为1.50亿t,占18.3%;玉米秸为2.65亿t,占 32.3%;棉秆为 2 584万 t,占3.2%;油料作物秸秆(主要为油菜和花生)为3 737万t,占4.6%;豆类秸秆为2 726万 t,占3.3%;薯类秸秆为 2 243 万 t,占 2.7%[1]

1.2 我国秸秆可收集资源量

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,会因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。农业部通过对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年全国秸秆可收集资源量约为6.87亿t,占理论资源量的83.8%。

1.3 我国秸秆未利用资源量

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。调查结果表明,秸秆作为肥料使用量约为1.02亿t(不含根茬还田,根茬还田量约1.33亿t),占可收集资源量的14.78%;作为饲料使用量约为2.11亿t,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t,占18.72%;作为种植食用菌基料量约为1 500万t,占2.14%;作为造纸等工业原料量约为1 600万t,占2.37%;农作物秸秆废弃及焚烧量约为2.15亿t,占31.31%。

2 我国秸秆资源化利用途径

2.1 秸秆肥料化技术

秸秆中含有碳、氮、磷、钾以及各种微量元素。秸秆作为肥料还田后可使作物吸收的大部分营养元素归还给土壤,增加土壤有机质,对维持土壤养分平衡起着积极作用,同时还可改善土壤团粒结构和理化性状,增加作物产量,节约化肥用量,促进农业可持续发展。秸秆覆盖还对干旱地区的节水农业有特殊意义。秸秆肥料利用除可采用直接还田、堆沤还田和过腹还田3种形式外,还可采用特殊工艺和科学配比,将秸秆经粉碎、酶化、配料、混料等工序后堆肥,制成秸秆复合肥,其成本与尿素相接近,施用后对于优化农田生态环境、增加作物产量作用明显。具体堆肥方式有催腐剂堆肥技术、速腐剂堆肥技术和酵素菌堆肥技术[2]

生物炭大多呈碱性,或者具有较大石灰当量值,可以作为石灰替代物,通过提高土壤碱基饱和,降低可交换铝水平,消耗土壤质子而提高酸性土壤pH值,因此,可改良酸性土壤一些养分的有效性。

2.2 秸秆饲料化技术

秸秆富含纤维素、木质素、半纤维素等非淀粉类大分子物质。作为粗饲料营养价值极低,无法被动物高效地吸收利用。因此,开发和利用秸秆饲料资源,提高其利用率和营养价值势在必行。在实践中,秸秆饲料的加工调制方法一般可分为物理处理、化学处理和生物处理3种。这些处理方法各有其优缺点。切段、粉碎、膨化、蒸煮、压块等物理方法虽简单易行,容易推广,但一般不能增加饲料的营养价值。化学处理法可以提高秸秆的采食量和体外消化率,但也容易造成化学物质的过量,且使用范围狭窄、推广费用较高。生物处理法通过微生物代谢产生的特殊酶的降解作用,将其纤维素、木质素、半纤维素等大分子物质分解为低分子的单糖或低聚糖,可以提高秸秆的营养价值,提高利用率、采食率、采食速度,增强口感,增加采食量。但要求技术较高,处理不好,容易造成腐烂变质[3]

生物炭的孔隙结构及水肥吸附作用使其成为土壤微生物的良好栖息环境,为土壤有益微生物提供保护,特别是菌根真菌,促进有益微生物繁殖及活性,增强泡囊丛枝菌根菌(VAM)对植物的侵染。生物炭可作为微生物肥料接种菌的载体,增加接种菌在土壤中存活率及对植物的侵染[8]

2.3 秸秆能源化技术

秸秆能源化利用的主要方式有直接燃烧 (包括通过省柴灶、节能炕、节能炉燃烧及直燃发电)、固体成型燃料技术、气化和液化等。长期以来,秸秆和薪柴等传统生物质能是我国农村地区居民传统炊事和采暖用燃料。但随着农村经济发展和农民收入的增加,农村居民生活用能结构正在发生着明显的变化,煤、油、气和电等商品能源越来越得到普遍的应用,秸秆仅在传统利用地区 (如三北地区)、经济不发达地区(如西部)以及经济发达地区的贫困人群中使用,目前利用量约为1.23亿t,主要为黑龙江、吉林、四川、辽宁等省。

2) 针对1×105 m3以上的大型储罐,泡沫充满密封圈空间至少需10 min,很可能错过火灾初期的灭火时机。

2.4 秸秆材料化技术

由于农作物秸秆中含有丰富的碳、氮、矿物质及激素等营养成分,且资源丰富、成本低廉,因此很适合做多种食用菌的培养基料。农作物秸秆经热蒸、消毒、发酵、化学处理后,可用来种植双孢菇、平菇、草菇、金针菇等三十多个食用菌品种,对食用菌可持续发展具有重大的现实意义。目前我国对利用农作物秸秆栽培草腐类食用菌取得了一定的成效。我国食用菌年总产量约1 800万t,农作物秸秆利用量约1 500 万 t。

比如美国。2015年9月5日举行了第15届国家阅读节,主题是“我的生活里不能没有书”,国会图书馆邀请175位作家、诗人与读者共襄盛举。除了阅读节,美国还把儿童文学作家苏斯(Dr.Seuss)的生日3月2日定为全美诵读日,每年都有数千万人参与阅读与朗诵的活动。

长期以来,为了营造一个良好的社会风气,党中央始终致力于反腐倡廉工作的开展,在这当中,纪检监察工作可谓其中不可或缺的构成部分,有利于制定科学的防范与治理腐败的策略。经历了经济的高速发展阶段之后,我国目前正面临着经济发展的关键转型阶段,而反腐工作一直是党中央总体发展规划中的重要内容之一。通过以基层区队为着手点,依靠纪检监察工作的职能与责任,对各基层单位、基层领导干部的工作表现加以监督和考察,十分有利于及时发现微腐败的现象,将其消灭在萌芽之中,并且据此制定出有针对性的防御和治理措施,从而真正发挥出纪检监察工作的作用。

3 秸秆热解技术与炭化利用

3.1 秸秆热解炭化技术

近年来,生物质热解技术作为公认的解决秸秆焚烧问题的可行技术措施之一,日益受到国内外广泛关注。秸秆含有丰富的养分和能源资源以及本质的有机碳,如果通过适用技术转化并加以分离而分别利用,有机碳和养分资源重回农田补充土壤有机质和养分库,秸秆能源进入农村能源系统利用,则能直接服务于我国耕地质量提升和农村绿色能源供应的国家需求。生物质热解是指在缺氧或厌氧条件下通过热能作用将秸秆生物质裂解的过程:当温度达到30℃以上时,生物质物料强度逐渐减弱并发生凝聚,大量游离水分蒸发出来;当温度加热到150℃以上时,生物质颗粒的复杂结构开始分解;当温度大于260℃时分解加剧,其纤维素、半纤维素、木质素分解成木醋液、木焦油和可燃气体;当温度超过450℃时“C-O”、“C-H”键继续断裂,生物质形成明显的孔隙结构,生成生物炭。

生物炭的综合利用在很大程度上可以解决可持续发展、节能降耗、环境保护与治理等领域面临的复杂问题,有助于构建低碳高效经济发展模式,对保障国家环境、能源、粮食安全意义重大。生物炭应用于生态与环境领域,可以固碳减排,是一种有效的“碳汇”技术,与农、林业相结合,可解决农林废弃物污染与温室气体排放问题。生物炭施入农田,可有效改善土壤理化性质,增加作物产量,促进农业可持续发展。应用于能源领域,可成为替代煤、石油、天然气的清洁能源。生物炭经过特殊工艺改性后,可用于重金属污染吸附、水质净化等。目前,生物炭在解决全球性生态与发展问题中的作用已获得普遍认可,其在能源、农业和环保等领域都具有重要的应用价值,被誉为“黑色黄金”[6]

3.2 生物炭与农业

生物炭具有一定的吸水能力,尤其是氧化后的生物炭可提高沙质土壤的持水量,从而改善土壤持水能力。

生物炭含有一定量的矿质养分,可增加土壤中矿质养分含量,如磷、钾、钙、镁及氮素,特别是畜禽粪便生物炭具有较高矿质养分,生物炭通常对养分贫瘠土壤及沙质土壤的一些养分补充作用较明显[7]

深化水利建设与管理体制改革 为水利改革发展提供坚实保障……………………………………………………… 孙继昌(23.9)

此外,农作物秸秆本身为天然材料,生产的产品对人无毒无害,对环境没有破坏作用,能有效地补充资源短缺和维持生态平衡。以农作物秸秆为原料,发展各种新材料的加工技术及工艺。当前,作物秸秆工业用途广泛,它们不仅可作保温材料、纸浆原料、各类轻质板材和包装材料的原料,还用于编织业、酿酒制醋、生产人造棉、人造丝、饴糖等,或从中提取淀粉、木糖醇、糖醛等。这些综合利用技术不仅转化了大量的废弃秸秆,消除了潜在的环境污染,而且具有良好的经济效益,实现了自然界的物质和能量循环[5]

近年来,我国积极支持开展了秸秆沼气、秸秆气化、秸秆固体成型等技术和产品的研发、标准制定等工作,建立了一批试点。到2008年底,全国农村地区已累计建设秸秆沼气集中供气工程150处,秸秆热解气化站856处,固体成型加工点102处,年产成型燃料30万t。秸秆直燃发电也迈出可喜步伐,已建成投产的生物质直燃发电项目40多个,分布在山东、黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、河北、江苏、河南和新疆等省区,总装机容量约82万kw[4]

生物炭富含有机碳,可以增加土壤有机碳含量,以及土壤有机质或腐殖质含量,从而可提高土壤的养分吸持容量及持水容量。

生物炭具有离子吸附交换能力及一定吸附容量,其可改善土壤的阳离子或阴离子交换量,从而可提高土壤的保肥能力。生物炭对土壤阳离子交换量(CEC)或保肥能力的改善取决生物炭的CEC、pH及生物炭在土壤中氧化。

生物炭具有高的吸附能力、CEC及化学反应性,因此,生物炭可作为肥料缓释载体,可延缓肥料养分在土壤中的释放,降低肥料养分的淋失及固定损失,提高肥料养分利用率。生物炭基肥料在其养分释放完后,仍可发挥土壤改良剂的作用。

传统财务会计是很难快速高效的从非结构数据中过滤出有价值的信息并且对其进行具体分析的。这就直接影响了会计的数据提供,使其无法通过数据帮助企业的对未来发展进行规划。

生物炭用于农业可改良和培肥土壤,提高土壤作物生产率,促进土壤可持续利用及作物增产,促进农业可持续发展。

3.3 生物炭与环境

以废弃生物质热裂解生产生物炭,还可以获得生物油和混合气,并可进一步升级加工为氢气及化学品,增加废弃生物质的附加值,从而可促进废弃生物质利用,实现对废弃生物质的有效管理。

生物炭可延缓肥料养分的释放,增加对土壤养分的吸附交换,可降低土壤养分淋失损失,减轻水域环境富营养化[9]

生物炭可增加对重金属、农药、除草剂及石油污染物的吸附,降低植物的吸收,同时由于生物炭提高微生物活性,活性增强的微生物促进土壤中有害物的降解及失活。

BIM信息化技术把装配式建筑的预制部品部件以图形和数据化信息导入工厂自动生产设备中。设备可以自动生成构件材料清单和下料单等,并通过可视化表达帮助工人更好地理解设计意图。通过BIM技术的应用,可以缩短构件生产循环时间,使“拉动式生产系统”成为可能。通过BIM技术的应用,还可以降低工厂优化和深化设计费用,增加自动化设计和分析软件的使用,加强生产质量控制和设计协调,减少返工。

生物炭可将生物质固定的二氧化碳以生物炭形式固定于土壤,并影响土壤碳、氮转化,降低土壤温室气体(CO2,CH4及N2O)排放,有利于减缓气候变暖[10]

生物炭可以用于处理污水,净化水质,从而改良水质量及水域美观。

3.4 生物炭与能源

废弃生物质热裂解生产生物炭过程中还可获得混合气及生物油,生物油或混合气经过蒸汽催化重整分离可得到氢气副产品,氢气可作合成氨原料,也可作氢能源。生物油精炼可得到生物柴油燃料,生物油也可升级加工为工业化学品。因此,废弃生物质热裂解生产生物炭产生的生物能源及化学品可降低对化石能源或原料的依赖,可降低化石原料的碳排放[11]

4 结论

随着科学技术的进步,人们越来越认识到资源和环境对人类的重要性,农作物秸秆潜在的利用价值正逐渐被人们所认识。事实证明,通过把数量巨大的农作物秸秆热解炭化后加以充分开发利用,变废为宝,是发展循环经济,促进能源消费结构调整,转变经济增长方式,建立资源节约型和环境友好型社会的有效措施;也是从根本上缓解农村肥料、燃料和工业原料紧张状况,保护农业生态环境,减少空气污染,实现社会经济可持续发展的有效措施;同时,还能够拓展农业功能,促进区域经济与农民增收,进一步改善农民生产生活条件,对于实现可持续发展具有十分重要的意义。

适宜的音乐刺激听觉中枢,使人体交感神经系统活动减弱,副交感神经活动增强,从而能让患者在应激下保持平稳状态[17]。音乐疗法可显著降低患者的激素水平[18-19]、心率、呼吸频率和舒张压。研究发现,音乐干预对心率影响较小[20-21],可降低舒张压约 2 mm Hg,但对收缩压没有作用[13]。Ni等[22]观察发现音乐干预对生命体征的影响非常轻微,还有报道指出音乐干预对收缩压和心率没有影响,但音乐有益于安抚待手术患者的情绪,能改善患者的手术体验和提高疗效。

目前,我国经济高速增长,但环境状况日趋严峻,资源相对缺乏。要坚持可持续发展战略,实现经济、社会、环境协调发展,发展循环经济是必然的选择。以农作物秸秆资源化利用为核心的生物炭研究与产业化开发,是一项利国利民的朝阳产业。它取之于田,用之于民,变废为宝,良性循环。对于应对气候变化、固碳减排、改善环境、缓解资源危机以及实现可持续发展,都将具有重要的战略意义。

参考文献

[1]农业部科技教育司.全国农作物秸秆资源调查与评价报告[R].2010(12):3-5.

[2]仁仲杰,顾孟迪.我国农作物秸秆综合利用与循环经济[J].安徽农业科学,2005,33(11):2105-2106.

[3]卜毓坚,屠乃美,刘文,等.我国农作物秸秆综合利用现状及其技术进展[J].作物研究,2006(5):526-529.

[4]王艳锦,王博儒.秸秆资源化利用途径及建议[J].河南农业科学,2009(7):23-25.

[5]陈冬冬,高旺盛,陈源泉.中国农作物秸秆资源化利用的生态效应和技术选择分析[J].中国农学通报,2007,23(10):143-149.

[6]陈温福,张伟明,孟军,等.生物炭与农业环境研究回顾与展望[J].农业环境科学学报,2014,33(5):821-828.

[7]陈心想,耿增超.生物炭在农业上的应用[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2013,41(2):167-174.

[8]何绪生,耿增超,佘雕,等.生物炭生产与农用的意义及国内外动态[J].农业工程学报,2011,27(2):1-7.

[9]何绪生,张树清,佘雕,等.生物炭对土壤肥料的作用及未来研究[J].中国农学通报,27(15):16-25.

[10]刘玉学,刘微,吴伟祥,等.土壤生物炭环境行为与环境效应[J].应用生态学报,2009,20(4):977-982.

[11]陈温福,张伟明,孟军,等.生物炭应用技术研究[J].中国工程科学,2011,13(2):83-89.

 
李应超,赵林青,李辰淼,张成鹏,朱淮琴
《农业科技通讯》 2018年第05期
《农业科技通讯》2018年第05期文献

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