农作物秸秆是十分宝贵的生物资源，资源丰富，秸秆“用则利，弃则害”。秸秆的高效综合利用能有效解决秸秆利用率低、转化率低、经济效益低、环境污染严重这“三低一重”的问题，对中国现代农业的可持续发展起重要的作用。本文分析了中国农作物秸秆资源数量及分布，介绍了秸秆资源综合利用技术的最新进展，包括肥料化、燃料化、饲料化、原料化和基料化(“五料化”)这些重点领域的应用。集约、循环、高效、充分利用秸秆资源是保护生态环境、节约可再生资源的需要，也是促进中国农业和农村社会经济实现可持续发展的必然要求。
秸秆是重要的农副产品，也是重要的生物资源。集约、高效、综合利用秸秆资源，是改善农村卫生条件的清洁工程、提高耕地综合生产能力的沃土工程、优化畜牧业结构的节粮工程、减轻大气污染的环境工程、建设资源节约型社会的能源工程、增加农民收入的富民工程和实现农业可持续发展的生态工程。秸秆资源综合有效利用对实现中国全面建设社会主义新农村具有重大的现实意义和深远意义。目前，有关农作物秸秆资源研究主要集中于两个方面：一是秸秆资源数量估算，包括秸秆总产量估算和秸秆资源可收集利用量估算等。以往研究结果表明，不同计算方法间存在很大差异，毕于运等和王亚静等分别确定了全面、准确、合理的秸秆总产量和秸秆资源可收集利用量估算方法;二是秸秆资源综合利用途径，主要包括肥料化、燃料化、饲料化、原料化和基料化这5种利用途径。中国是世界第一秸秆大国，充分、合理和高效利用这类丰富资源，对环境保护和国民经济的可持续发展具有重大意义。本文对中国农作物秸秆的资源量及分布进行了分析和描述，详细介绍了秸秆资源“五料化”利用技术最新进展。
中国农作物秸秆资源量及分布
秸秆是农作物成熟后收获其籽实所剩余的副产品，包括粮食、油料、棉花、麻类、糖类、烟叶、蔬菜瓜果类、药材等农作物的茎、叶、枝、梢、秆、壳、芯、藤蔓、秧、穗及残渣等剩余物，还包括农田青绿饲料，但不包括麦麸、饼粕等副产物和农作物的根部。中国秸秆产量未列入国家有关部门的统计范围，因此，通常利用套算法(草谷比法、副产品比重法和经济系数法)计算出其产量。
本文以农业部和国家统计局2005—2015年度《中国统计年鉴》、《中国农业年鉴》及相关文献中的统计资料为基础数据，对中国2004—2014年度的农作物总播种面积、农作物年总产量及农作物秸秆年总产量变化趋势和全国不同地区间农作物总播种面积进行了比较分析(图1)。由这11年的统计数据结果来看，中国农作物总播种面积不断增加，从2004 年的1.535534×108 hm2 增加到2014 年的1.654462×108hm2，农作物总产量也随之提高，由2004年的12.26亿t提高到2015年的16.41亿t，农作物产量提高幅度高于播种面积，表明中国农业综合生产能力也在不断地提高。随着农业综合生产力的提高，中国农作物秸秆总产量总体上呈现不断增长的趋势(图1(c))，由2004年的8.25亿t到2012年已超过9亿t，平均年总产量8.7亿t，再到2014年已增加到9.81亿t。如图1(d)所示，中国31个省(区、市)农作物播种面积差异很大。位于前三甲的地区依次为河南省(1.41624×107 hm2)、黑龙江省(1.1599.9×107 hm2)和山东省(1.0812.2×107 hm2)，分别占全国农作物总播种面积的8.90%、7.29%和6.79%。目前，在中国农作物播种面积最小的3个地区分别为上海市(3.917×105hm2)、北京市(2.944×105 hm2)和西藏自治区(2.389×105 hm2)，所占全国农作物总播种面积比重均不到0.3%。
图1 2004—2014 年中国主要农作物统计情况
中国秸秆资源主要利用途径及最新进展
农作物秸秆作为一种非竞争性资源，具有数量大、分布广、种类多和价格低廉等优势。现阶段秸秆主要有5个方面的利用途径：作为肥料化利用、作为饲料化利用、作为燃料化利用、作为原料化利用、作为基料化利用，简称“五料化”利用。
“十二五”秸秆综合利用情况终期评估结果显示，2015年全国农作物秸秆总产量10.4亿t，其中可收集利用秸秆量达到9.0 亿t，秸秆综合利用率由2010 年的70.5%提高到80.1%，秸秆综合利用取得明显成效。《中国农业年鉴2014》显示，2014年全国农作物秸秆总产量8亿多t，其中可收集利用秸秆量达到6亿多t，秸秆综合利用率为78%。2014和2015年各种利用途径所占可收集利用秸秆量如图2所示。中国农作物秸秆资源最主要利用途径仍是肥料化和饲料化利用，其次是燃料化利用，与2014年相比，2015年秸秆利用结构有所改变，肥料化利用率从34.8%提高到43.2%，饲料化利用率由24.7%降低到18.8%;肥料化、燃料化和基料化利用分别提高8.4%、0.1%和0.4%，而饲料化和原料化利用分别降低5.9%和0.9%。从秸秆综合利用率来看，2015年比2014年提高了2.1%，但仍有19.9%秸秆资源被焚烧或废弃浪费。
图2 2014 和2015 年中国秸秆资源综合利用情况
目前，中国秸秆资源综合利用仍存在着综合利用不充分、利用结构不合理等问题。在“十三五”期间，中国还将进一步加大秸秆综合利用工作力度，不断加大资金投入力度，不断完善秸秆收储运体系和扶持政策，推动中国农作物秸秆综合利用产业化、规模化发展。下面分别对以上5个利用途径及其技术最新进展进行详细的介绍，为提高秸秆综合利用率提供理论指导。
秸秆肥料化利用
秸秆肥料化利用，即秸秆还田，是最快捷、最能大批量处理剩余秸秆的有效利用途径。秸秆还田具有土壤培肥作用与增产效果，不仅可以增加土壤有机质和养分，改善土壤物理性状、促进土壤团粒结构的形成，调节土壤的氮、磷、钾及微量元素的供应，提高土壤微生物和土壤酶的活性，增强农田保水抗旱能力、改善农田生态环境，减少化肥用量，保护生态环境，增加农作物产量，还可以减少直接焚烧造成的环境污染，有利于资源的循环利用和可持续发展。秸秆还田方式方法很多，如图3所示，秸秆还田可分为直接还田和间接还田两大类，具体有15种秸秆还田方式，每种还田方式具有其配套技术，表1对各类技术的优略势及最新秸秆还田技术进行了比较。
图3 秸秆还田方式
表1 秸秆还田技术进展
秸秆饲料化利用
中国秸秆饲料化利用主要体现在秸秆养畜和过腹还田两种形式。中国粗饲料中最常见的就是农作物秸秆，资源丰富，富含粗纤维，在反刍动物营养中具有不可忽视的作用。秸秆的饲料化高效利用，不仅扩大饲料来源，促进草食家畜业大幅度增产;节约饲粮，保障国家粮食安全;增加就业机会，促进农民增收;还可以改善大气环境，推进农业可持续发展。但是秸秆具有粗纤维含量高，粗蛋白、粗脂肪含量低，容积大，适口性差，消化率低等营养特性。秸秆细胞壁较厚，富含纤维素，半纤维素和木质素等物质，是影响动物对秸秆利用的主要因素。作为非竞争性饲料资源，秸秆资源丰富、廉价，并从其本身的营养成分及瘤胃降解特性(表2、表3)来看，具有一定的饲用价值。通过加工调制能够提高秸秆饲料利用率，主要包括两个方面：1)改善适口性，增大容重，提高反刍动物对秸秆的采食量;2)提高瘤胃微生物对秸秆有机物的降解率。
表2 中国主要农作物秸秆营养成分
表3 中国主要农作物秸秆的瘤胃有效降解率/%
目前，国内外提高秸秆类粗饲料饲用价值的方法主要归纳于物理法、化学法和生物法(表4)。但实际生产中往往将这3种处理法联合应用，即复合法，也是应用最广、最新的秸秆饲料加工调制技术，有效弥补单一处理的局限性，效果更佳。
表4 秸秆饲料加工调制方法
近年来，秸秆发酵饲料的应用与研究比较广，包括秸秆青贮、黄贮、微贮和菌糠饲料等，这也属于复合处理法，具有较高的适口性和消化率。在很长一段时间内，研发更方便、经济、实用、安全的秸秆饲料加工调制技术仍将是反刍动物营养领域的重点研究内容。
秸秆燃料化利用
秸秆燃料化利用，包括直接燃用和新型能源化利用。秸秆作为一种重要的生物质能，含有40%的碳量，其能源密度为14.0~17.6MJ/kg，也就是说，2 t秸秆热能值可代替1 t标准煤，推广秸秆能源化利用可有效减少一次能源消耗，为农村提供高品位的清洁能源，有助于国家的环境建设和CO2减排，同时可带来一系列的生态、社会和经济效益。
目前，中国秸秆资源新型能源化利用主要集中于“四化一电”利用途径，分别为固化、炭化、气化、液化和发电(表5)，这些利用途径具有成熟的技术体系，完善的标准体系和产业模式。
表5 秸秆资源新型能源化利用情况
秸秆原料化利用
秸秆原料化利用是指以秸秆为原材料，采用一系列生产工艺制备各种工业原料的技术，包括秸秆造纸，板材加工(高品质秸秆纤维粉体、纤维塑性材料、树脂强化型复合型材、树脂轻质复合型材、包装制品、新型秸秆合成型材)，生活用品加工(生物质秸秆塑料)，净化功能材料(生物活性功能材料、改性碳基功能材料)，秸秆有机化工(淀粉、木糖醇、羧甲基纤维素、糖醛和木聚糖酶生产等)和秸秆编制等。秸秆纤维作为一种天然纤维素纤维，具有良好的生物降解性，因此以其开发制品也具有良好的环保性能。
目前，很多地方采用新的技术利用秸秆，主要以秸秆中的纤维素、木质素为基本原料，开发多种新型可生物降解的高分子材料来代替木材和塑料。新型秸秆材料具有原料多元化、制备可塑化、产品生态化、应用经济化、再生低碳化等特色，具有节能、减排、安全、便利和可循环等优势，在秸秆资源综合利用中担任着不可忽略的角色。
秸秆基料化利用
秸秆基料化利用，即桔秆用作栽培基料，是指在无土栽培生产中，以秸秆为原料，结合辅料，根据生产配方制成培养基，不仅可用于食用菌栽培，也可用于植物育苗和植物栽培，起到固定、提供养分促进生长和防病驱虫等作用。目前，基料栽培是无土栽培的重要类型，而无土栽培技术作为发展最快的新型技术，具有高产、优质、可避免土传病虫害及连作障碍等优势，能够促进中国农业生产现代化、规模化、集约化发展。
中国是世界第一食用菌生产大国，种类众多，主要包括草腐菌(双孢菇、草菇、鸡腿菇、白灵菇、杏苞菇等)和木腐菌(包括平菇、香菇、滑子菇、金针菇、银耳、猴头菇、黑木耳、真姬菇、灵芝等)，近年中国食用菌年产量约4500万t，基料秸秆年使用量已超过1000万t，秸秆可替全部或部分木材栽培基质进而有效地减少木材消耗量。秸秆基料栽培不仅降低了生产成本，提高秸秆利用率，也解决了资源消耗和环境污染问题。另外，秸秆栽培过食用菌后的菌渣，由于菌体的生物降解作用，氮、磷等养分的含量也显著提高，可作为优质肥料，具有很高的饲用价值，可代替部分精料用于畜禽养殖生产中，并通过畜肥还田形成生态产业链，对中国秸秆资源的循环高效利用具有重要的现实意义。
结论与建议
中国秸秆资源综合利用的总体趋势主要体现在：1)秸秆资源新能源化开发、饲料化、肥料化和基料化的利用量不断增加;2)秸秆废弃、焚烧和直接燃用量不断减少;3)间接还田代替直接还田等。
近年来，中国秸秆资源综合利用工作力度不断加大，成果也显著，但目前仍存在着综合利用不充分、利用结构不合理、产业化、规模化程度不够等问题，并且其相关配套技术与国外先进技术还具有一定差距。对于以上存在问题的，建议：1)加强秸秆资源综合利用工作的组织和管理机制的完善;2)加强秸秆资源化利用技术的研究，并研发出成熟、完善、先进的配套技术;3)加强秸秆利用产业化、规模化、集约化发展;4)加强生态环境保护意识，推动农业可持续循环发展。因此，秸秆资源的集约、循环、高效、充分利用，为中国解决秸秆问题提供了无害化、资源化、变废为宝的合理有效的途径，从根本上解决了秸秆废弃和焚烧的问题，保障农业经济的可持续发展，具有良好的经济效益、生态效益和社会效益。
参考文献(略)
(责任编辑 田恬)
本文作者：王红梅，屠焰，张乃锋，司丙文，马涛，萨茹拉，那亚，刁其玉。
作者简介：王红梅，中国农业科学院饲料研究所，博士，研究方向为秸秆饲料生物转化技术;刁其玉(通信作者)，中国农业科学院饲料研究所，研究员，研究方向为反刍动物营养与饲料科学。
注：本文发表在2017年第21期《科技导报》，欢迎关注。本文部分图片来自互联网，版权事宜未及落实，欢迎图片作者与我们联系稿酬事宜。