玉米带秸秆利用与生态环境问题研究

摘要：通过对松辽平原玉米带样本县玉米秸秆基本概况及利用现状的统计，分析阐述玉米秸秆综合利用不合理的影响因素(包括农户认知、成本、玉米秸秆综合利用渠道和补贴因素)，提出推广玉米秸秆食用菌基料化生产规模，建立玉米秸秆离田和收储运体系，利用卫星监控、无人机巡查科技手段助力玉米秸秆禁烧等有效利用的建议，促进农业生态环境实现绿色发展。

关键词：玉米；松辽平原玉米带；秸秆利用；生态环境

松辽平原位于东北地区中部，北纬40°25′～48°40′、东经118°40′～128°。吉林玉米带位于北纬40°～42°、东经125°～128°，与同纬度的美国玉米带和乌克兰玉米带并称为世界三大黄金玉米带。吉林省松辽平原玉米带主要分布于长春地区的九台市、榆树市、德惠市、农安县、双阳区，公主岭市、梨树县、伊通县、双辽市，松原地区的扶余县、前郭县、长岭县、乾安县、宁江区，白城地区的通榆县、大安市、洮南市，辽源地区的东辽县、东丰县，吉林地区的永吉县、舒兰市、磐石市等6市22个县(市、区)。农安县、德惠市、榆树市、公主岭市、梨树县、前郭县是玉米生产大县和国家商品粮基地县，从玉米生产、加工各方面都具有代表性，本文选取这6个县(市、区)作为样本县进行调研，研究松辽平原玉米带由于秸秆利用不合理造成的生态环境问题。

1吉林省玉米带玉米秸秆利用与生态环境问题

1.1吉林省玉米带玉米秸秆利用现状。玉米是吉林省第一大粮食作物，玉米秸秆资源非常丰富。近些年，随着玉米种植面积的扩大和玉米良种大面积推广使用，玉米秸秆产量不断增加。2018年，全省玉米播种面积为423.15万hm2，玉米总产量达到2799.88万t。玉米秸秆和子粒产量比为1.6∶1，按此比例计算玉米秸秆总产量为4479.81万t。按照90%可收集率计算，2018年吉林省玉米秸秆可收集量为4031.83万t。农安县、德惠市、榆树市、公主岭市、梨树县和前郭县的玉米秸秆可收集量依据当地玉米播种面积、总产量计算得出(表1)。从表1可以看出，吉林省玉米带的秸秆资源量非常丰富，是一座潜力巨大的生物质能源的“富矿”。玉米秸秆分布区域差异较大，长春市、吉林市、四平市和辽源市等中部地区占吉林省玉米秸秆总量的62.3%，白城市、松原市等西部地区占吉林省玉米秸秆总量的28.9%，延边州、通化市、白山市等东部地区占吉林省玉米秸秆总量的8.8%。由于吉林省玉米带位于吉林省中部，玉米播种面积及产量较大，所以其玉米秸秆产量占据全省玉米秸秆产量的大部分。目前，吉林省玉米带秸秆的处理途径主要为生活燃料、焚烧废弃和综合利用等3种途径。其中，作为生活燃料的秸秆量约为1400万t，约占秸秆可收集资源总量的35%；焚烧废弃的秸秆量约为800万t，约占秸秆可收集资源总量的20%；秸秆综合利用量约为1800万t，约占秸秆可收集资源总量的45%，主要以秸秆肥料化、饲料化、能源化、工业原料化、基料化利用等为主。秸秆肥料化利用主要以秸秆直接还田为主，包括机械化粉碎还田、覆盖还田、快速腐熟还田、堆沤还田等[1]。秸秆肥料化年利用量约为560万t，占可收集秸秆资源总量的14%。秸秆饲料化主要是以秸秆为原料制作牲畜饲料，目前，主要开发了青贮、黄贮、微贮(纤维素复合酶发酵、EM菌发酵、低水分快速发酵等)氨化、碱化、盐化饲料、颗粒饲料、秸秆粉、压块饲料、柱形饲料、打包饲料、彭化饲料等10多个秸秆饲料品种，年利用量达到715万t，约占可收集秸秆资源总量的17.9%。能源化利用是秸秆综合利用的重要途径和方式，吉林省秸秆用于发电、固化成型燃料、秸秆汽化和炭化等能源化利用，年利用量达到280万t，约占可收集秸秆资源总量的7%。秸秆原料经工业化处理主要应用于造纸、建材、制糖、乙醇、化工、编织、工艺品等，年利用量达到205万t，约占可收集秸秆资源总量的5.1%。目前，秸秆基料化利用以食用菌基料为主，同时，秸秆育苗基料、花木基料、草坪基料等也呈现加快发展趋势[2]，秸秆基料化年利用量达到40万t，约占可收集秸秆资源总量的1%。从玉米秸秆利用结构看，一是农业生产系统内部的玉米秸秆利用量低于系统外部的玉米秸秆利用量，导致此结果有3个方面的原因，秸秆还田的普及率仅为14%，农业机械化水平大幅度提高，农户减少了役畜的养殖数量，目前吉林省役畜的数量已由2002年的200多万头减少到不足80万头，秸秆饲料化利用比例逐年下降间接导致秸秆消耗量减少；化肥的大量施用，农户较少使用农家肥，玉米秸秆直接还田作肥料利用比例仅占4.03%。二是农业生产系统外部的玉米秸秆资源利用仍以效率最低的玉米秸秆直燃为主，用于农村新型能源开发利用的玉米秸秆数量十分有限，用于秸秆固化、气化、炭化、液化和发电的比重仍然较低。玉米秸秆资源利用方式仍以粗放型为主，约25%的玉米秸秆资源任凭风吹雨淋腐烂变质而废弃，对生态环境造成了极大的污染[3]。总体上看，吉林省玉米带的玉米秸秆利用结构不合理，综合利用进程缓慢，资源综合利用率较低，资源化、商品化程度不高，并且产业链较短，玉米秸秆的培肥地力作用没有显现，且不当的处理方式(如废弃焚烧等)对生态环境污染较为严重。1.2吉林省玉米带玉米秸秆处理方式对生态环境的影响。玉米带秸秆综合利用率不高导致大量秸秆剩余，对于这部分剩余的秸秆，农户受外部环境(主要是经济因素)和内部因素(主要是认知因素)的影响，采取最直接、最省时省力的做法，就是田间分时分批焚烧。田间分时分批焚烧秸秆对农业生态环境造成很大的破坏，一是大量焚烧的秸秆不能还田，无法发挥秸秆还田改善土壤结构的作用，造成土壤有机物减少，土壤板结，农田质量下降；二是田间焚烧秸秆造成地表中的微生物被烧死，腐殖质、有机质被矿化，破坏了农田生态系统的平衡，改变了土壤的物理性状，加重土壤板结，破坏地力和加剧了干旱，影响农作物的正常生长。

2吉林省玉米带玉米秸秆综合利用不合理的影响因素分析

2.1农户认知因素。农户是玉米秸秆处理的第一主体，无论哪种秸秆处理方式，都离不开农户。如果抛开农户，任何先进的秸秆综合利用方法，都不可能真正得到实施。可以说，在秸秆综合利用上，调动农户的积极性是首要因素，提高农户对秸秆综合利用的认知水平则是调动农户积极性的主要内因，即农户认知水平是目前吉林省玉米带玉米秸秆综合利用存在不合理的内在因素。具体来说，农户在收获玉米高产的同时，没有将秸秆作为真正的资源来处理。长期以来，农户利用玉米秸秆的主要途径演变为生活燃料和制作饲料。随着经济社会的发展，农户生活方式发生改变，作为重要燃料的秸秆逐步被煤、电、天然气等能源取代，加之役畜养殖量减少和牲畜饲料原料来源的多样化，秸秆用作生活燃料和用作饲料的形式逐渐被取代，导致大量秸秆无法处理。由此可见，农户对秸秆焚烧会造成生态环境污染缺少足够的认知。2.2成本因素。目前，玉米秸秆综合利用途径很多，但由于成本因素的限制，在农村无法大面积推广。农户处理玉米秸秆的成本包括机械成本、劳动力成本和运输成本。机械成本，玉米秸秆用作还田、生物质发电等工业用途都涉及机械设备。梨树县在进行玉米秸秆还田时使用70马力轮式拖拉机，约2h能完成1hm2玉米地的秸秆深翻还田，农户需支付劳务费约为700元；玉米秸秆收集打捆需要用50马力大型机械和打捆机，每公顷收集打捆成本约为1145元。劳动力成本，吉林省农民外出务工日工资为120～180元。运输成本，把收获后的玉米秸秆从农田地运到农户家或企业存在运输成本，按照处理1hm2玉米秸秆需要7.5个工作日进行计算，农村劳动力每日净工资为120元，则需支付工资900元；在半径为10公里以内的运输，需支付运输费为345元，两项支出累计为1245元。农户处置玉米秸秆方式不同，收益也不同。德惠市农民以2000元/hm2的秸秆价格出售给当地电厂，秸秆打捆、运输全过程均由电厂负责完成，农户劳动力成本为0，玉米秸秆的收益约为1950元/hm2；蛟河市农民以450元/hm2的秸秆价格出售给当地以玉米秸秆为原料的企业，劳动力成本为0，玉米秸秆收益为450元/hm2；梅河口市农民将玉米秸秆送到当地打捆站，打捆站以130元/t的价格收购打捆后，再以200元/t的价格出售给当地电厂，如不雇佣劳动力，其收益为1482元/hm2，如雇佣他人或者租用他人车辆运送，玉米秸秆收益为250元/hm2，如农户距离打捆厂的距离超过15公里，处理玉米秸秆的收益就得不偿失了。与30～130元出售玉米秸秆收益相比，农民认为处理玉米秸秆的成本较高，有些劳作得不偿失。因此，农民对玉米秸秆其他利用方式积极性不高，多数选择秸秆焚烧[4]。2.3玉米秸秆综合利用渠道因素。吉林省玉米带秸秆综合利用还处于初级阶段，规模小且分布零散不集中，玉米秸秆利用形式单一，未能形成规模化和产业化。目前，玉米秸秆利用附加值较低，秸秆生产大多数以农用为主，生产比较分散，收集贮运成本较高。吉林省玉米秸秆处理企业收购玉米秸秆成本包括玉米秸秆收购价格为200元/t，玉米秸秆储存价格为60元/t，玉米秸秆运输价格为30元/t，各环节累加总费用为290元，其中玉米秸秆成本占68.9%。企业原料的供应难以保障，大多数企业仍是小规模、低层次的生产水平，玉米秸秆综合利用规模化企业不多、秸秆利用产业化需要进一步提高[5]。2.4补贴因素。目前，国内部分省份制定了补贴政策，以此推进秸秆的综合利用。陕西省采取玉米机械化收割与玉米秸秆还田同时进行模式，采用这种模式的农户可获得450元/hm2的作业补贴，这种补贴方式在提升玉米机收率、提高农户种粮效益、改善生态环境等方面都具有积极作用。江苏省年财政拨款2.1亿元资金扶持玉米秸秆机械化还田工作，地方各级财政配套资金达到1.2亿元，对实施玉米秸秆机械化还田的农机户、农机服务组织和相关农业企业，以及玉米秸秆固化燃料项目、玉米秸秆收贮项目给予补贴，对购置玉米秸秆机械化还田机具给予定额补贴。相比其他省份，吉林省在玉米秸秆综合利用方面得到的政策支持尚处于起步阶段，缺乏玉米秸秆可持续利用的利益激励机制，有待建立健全玉米秸秆综合利用利益驱动机制和政策导向机制。

3吉林省玉米带玉米秸秆综合利用优化建议

目前，废弃焚烧秸秆的数量仍占吉林省玉米带玉米秸秆可收集量的20%。因此，秸秆综合利用优化的主要方向是要树立玉米秸秆是资源的意识，提高秸秆资源综合利用率，从而减少秸秆废弃焚烧的数量，进而降低秸秆废弃焚烧对农业生态环境造成的不良影响。3.1推进玉米秸秆肥料化利用。在种子与土壤充分结合的前提下，增大玉米秸秆还田量，条件具备区域应实施秸秆覆盖还田保护性耕作，提高玉米秸秆利用量，增加土壤有机质，培肥土壤肥力，从而减少化肥投入量，以达到节本增效的目的。玉米带收获以后气温较低、湿度小，秸秆还田后不易腐烂，土壤中仍存留过多秸秆，会影响下茬耕作和种子的正常发芽，因此，应采用离田和还田相结合的模式，“离”与“还”玉米秸秆要因地制宜；其次，加强科技支撑力度，成立农民骨干专业队伍和科技专家团队，加快推广玉米秸秆覆盖还田保护性耕作技术[6]。3.2提升玉米秸秆基料化利用水平。以食用菌基料为主，加速发展玉米秸秆育苗基料、花木基料、草坪基料。积极推广玉米秸秆食用菌基料化生产技术，不断扩大食用菌基料化生产规模；加快发展玉米秸秆基质育苗产业，研发设施农业育苗基质和水稻育秧基质[7]；发展玉米秸秆基质栽培，直接用于西红柿、黄瓜等蔬菜生产，提高玉米秸秆基料化利用水平[8]。3.3大力推进玉米秸秆重点项目建设。加大以玉米秸秆原料化、饲料化项目为重点企业的扶持力度。延边净宇生物质新材料有限公司、汪清环垦生态科技有限公司、吉林蓝湖雄禾环保设备制造有限公司、延边弘川元农新能源开发有限公司等企业，积极帮助其争取相关扶持资金，宣传相关政策，力促企业产能再扩大，进一步推动玉米带秸秆资源化利用效率。3.4利用科技手段助力玉米秸秆禁烧。基于5G互联大数据平台，采取人工巡查与卫星监控、无人机巡查等人工智能相结合的现代化科技手段全时段、全区域监控玉米秸秆露天焚烧火点，提高监控效率[9]。大力推广应用移动式玉米秸秆焚烧炉，通过焚烧炉对禁烧区内离田能力不足的剩余秸秆，特别是城市周边、紧邻国省干道两侧地区剩余秸秆进行科学快速烧除。3.5建立玉米秸秆离田和收储运体系。以行政村为基本区域，结合当地玉米秸秆产量、综合利用能力、玉米秸秆捡拾打捆机械数量，制定秸秆离田与收储运实施方案。支持有条件的县(市)建设玉米秸秆存储基地，培育秸秆收集、运输等专业化合作组织或专业的秸秆收贮经纪人队伍，为农民与秸秆利用企业搭起服务桥梁，培育玉米秸秆收购销售的畅通渠道，形成稳定的玉米秸秆收集、贮存、销售、运输和加工的产业链。推广联合收获、秸秆捡拾打捆全程机械化，拓宽秸秆的收储半径、加工半径、利用半径，逐步打造秸秆捡拾、清运和储存的一体化服务体系[10]。建立需求互补、利益共存的运行机制，既解决生态环境污染和资源浪费，又促进养殖业及企业的发展，还能增加经营实体与农民的收入。

作者:张彬 杜妍 钟晓丽 徐晓红 单位:1.吉林省农业科学院 2.吉林农业大学经济管理学院