农业废弃物资源化利用现状概述

农业废弃物资源化利用现状概述

作者：张野 何铁光 何永群 李婷婷 秦芳 苏利荣 李忠义 胡钧铭 韦彩会 来源：《农业研究与应用》2014年第03期

摘 要：通过对我国农业废弃物产出现状、生态环境危害以及目前几种主要的利用途径等进行综合分析，概述了农业废弃物资源化开发利用过程中的限制因素和技术瓶颈，同时结合我国社会、经济发展的目标，提出农业废弃物循环利用的针对性政策建议，以期最大限度地提高农业废弃物资源化利用的效率和整体效益，促进我国循环农业的可持续快速发展。 关键词：农业废弃物 资源化利用 利用途径

目前，随着我国集约化农业和农产品加工业的飞速发展，已经打破了传统农业中对废弃物的循环利用环节和方式，出现了农业废弃物处理不当，利用效率不高以及资源浪费等诸多问题，而大量农业废弃物的过度累积也使其成为生态环境污染的重要来源，不仅造成了农业生态环境质量不断恶化，危害人们的身心健康，同时也导致大量附加值高的有用成分和养分资源流失，极大地削弱了我国现代农业可持续发展能力 [1-3]。而我国农业部关于农业科技发展“十二五”规划（2011～2015年）发展目标中明确指出要显著加强农业资源利用和生态环境保护，主要农作物秸秆综合利用率达到80 %以上，畜禽养殖废弃物资源化利用率达60 %以上，农业生态环境显著改善。因此，切实有效地实现农业废弃物的资源化高效综合利用和无害化处理，同时延长农业生态产业链，促进资源、能源的梯级利用已成为我国循环农业发展过程中亟需解决的紧迫任务 [4-5]。文章拟通过对我国农业废弃物资源化利用现状进行综合分析，以期为实现我国生态农业的可持续发展提供理论参考。 1 我国农业废弃物产出现状

农业废弃物是指农业生产和农村居民生活中必然生产的非产品产出，数量大、品种多、分布广泛、可再利用、易污染环境，从广义上来讲就是农业生产和再生产链环中资源投入与产出在物质和能量上的差额，是资源利用过程中产生的物质能量流失份额 [6]。狭义的农业废弃物是指整个农业生产过程中被丢弃的有机类物质，主要有4种类型：一是农业生产废弃物，如农作物秸秆、杂草、谷壳、果壳、林木枯枝落叶、残留的农药和化肥、废旧农膜等；二是农副产品加工废弃物，如豆饼粕、木屑、糟渣、玉米芯、甘蔗渣、动物皮毛等；三是畜禽的排泄物，即畜禽粪便和畜栏垫料等；四是农村居民生活废弃物，如人类粪尿及生活垃圾等。通常说的农业废弃物主要指前3种 [7]。据统计，中国作为世界上农业废弃物产出量最大的国家，每年大约产出约40多亿t，农作物秸秆7亿t，其中稻草2.3亿t，玉米秸秆2.2亿t，豆类和杂粮作物秸秆1.0亿t，花生、薯类蔓藤和甜茶叶等蔬菜废弃物1.8亿t，废弃农膜等塑料2.5万t；畜禽粪便量26.1亿t，其中牛粪12.7亿t，猪粪4.7亿t，羊粪5.4亿t，家禽粪3.3亿t；乡镇生活垃圾和人粪便2.5亿t；肉类加工厂和农作物加工场废弃物1.5亿t，饼粕类0.25亿t，林业废弃

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物（不包括薪炭柴）0.5亿t，其他类有机废弃物约有0.5亿t，折合7亿t的标准煤 [1，8]。随着农村人口的增加和农村经济的巨大发展，预计到2020年，我国农业废弃物产出量将超过50亿t，这些“放错位置的资源”具有巨大的资源容量和潜力。 2 农业废弃物对生态环境质量的影响

以前，我国农村对农业废弃物的处理方式主要是将其作为有机肥直接还田，这在促进物质能量循环方面和培肥地力方面都发挥了很大的促进作用，但是现在农民开始逐步改变了传统的生活用能和生产用肥方式，使得农业废弃物相对过剩问题日益突出，成为生态环境的重要污染源 [9]。农业废弃物的不断堆积占据了大量的耕地，农民大多采取焚烧的方式来解决问题，但是焚烧会使表层土壤5 cm处温度达65 ℃～90 ℃，这会抑制土壤中微生物生长，阻断农田生态系统的物质循环，影响农作物养分的转化和供应，造成大量有机质流失，土壤结构遭到破坏，肥力减弱。其次，农业废弃物燃烧过程中还产生大量氮氧化物、二氧化硫、碳氢化合物及烟尘，经过太阳光照作用产生的有害物质又进一步造成二次污染，造成大量烟雾，使空气质量下降，PM值升高，严重影响人类生存环境。而没有被焚烧或利用的废弃物被随意的丢弃在村头、路边，长期得不到有效处理，从而腐烂变质，散发出恶臭气招惹蝇蚊，传播病菌，污染生活环境 [10]。尤其是畜禽粪便含有过量矿物元素、致病菌和寄生虫，在嫌气的状态下会产生大量有毒的化学物质，这些有害成分能够直接或间接进入地表水体，导致河流严重污染，水体严重恶化，致使公共供水中的硝酸盐含量及其他各项指标严重超标，而污水会引起传染病和寄生虫的蔓延，传播人畜共患病，直接危害人的健康。 3 农业废弃物的主要利用途径

近年来，国内外农业废弃物的资源化利用技术与研究得到较大的进步，其资源化利用日益呈现多样化趋势。从总体来看，农业废弃物的资源化利用方式主要集中在肥料化、饲料化、能源化、基质化、工业原料化及生态化等几个方向 [11]。 3.1 农业废弃物肥料化应用

农业废弃物肥料化利用是一种非常传统的应用方式，分为直接利用和间接利用。直接利用就是将秸秆或粪便直接还田，该技术优点是易于操作，省工省事。有关研究表明，直接还田的废弃物在土壤中经过微生物作用进行缓慢分解，释放其中的矿物质养分，供植物吸收利用，其分解出来的有机质和腐殖质也可为土壤中的微生物及其他生物提供食物，这在一定程度上起到了改土培肥，提高农作物产量作用。但是其缺点是自然分解速度慢、秸秆腐熟发酵过程中有可能会损坏作物根部，从而影响农作物生长 [12]。间接利用主要是废弃物通过堆沤腐解（堆肥）、过腹、烧灰等方式进行还田，这些也成为几千年来农民提高土壤肥力的重要手段，但是间接利用方式也存在堆放腐解时间长，占据空间大等弊端，使得农业废弃物总量不断增加与环境承载能力不断下降的矛盾日渐突出 [13]。随着科技水平的提高，利用催腐剂、速腐剂、酵素菌等生物制剂，将传统的发酵工艺与现代工业化设备相结合，使得农业废弃物肥料化利用近年

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来迅速朝着机械化、规模化和专业化方向发展，而产业化开发利用废弃物生产有机肥产品具有产量高、周期短、肥效高、污染小、宜运输等诸多优点，但应用时也需解决能耗高、菌剂成本高等问题。

3.2 农业废弃物饲料化应用

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，包括植物纤维性废弃物的饲料化和动物性废弃物的饲料化。植物纤维性废弃物主要指农作物秸秆类物质，其中含有纤维类物质和少量的蛋白质，利用机械加工粉碎、氨化、氧化、青贮、发酵、酶解等理化方法和生物学方法进行复合处理，把动物难以高效吸收利用的秸秆类物质深加工，提高其适口性和营养价值利用率 [14]。动物性废弃物的饲料化主要指畜禽粪便和加工下脚料的饲料化，其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、干燥等方法加工处理后掺入饲料中饲喂利用，但是，动物性废弃物的饲料化技术目前发展还不完善，仍存在太多的安全隐患，所以目前不是农业废弃物利用的主要发展方向。 3.3 农业废弃物能源化应用

目前我国主要将农业废弃物通过生物发酵制备沼气，可有效促进我国生态良性循环、缓解农村能源紧张，但存在技术落后，农业废弃物利用率低等缺点。现在全球科研工作者普遍把目光关注在农业废弃物生物质通过化学、物理、物理化学方法或者生物技术转化成生物乙醇、丁二醇、糠醛、呋喃类产品的研究。农业废弃物生物质的主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，具有产量大、再生周期短、环境友好等优点。利用现代技术分解和转化木质纤维素原料，不仅能使生物资源得到有效利用，而且对缓解环境污染和能源危机具有巨大的现实意义。巴西是利用甘蔗渣制备生物乙醇的主要国家，所产生的生物乙醇与汽油混合物（24 %生物乙醇，76 %汽油）广泛应用于交通运输等行业。能源化利用的另外一个非常有潜力的方向是微生物制氢技术，该技术主要是利用异养型的厌氧菌或固氮菌分解小分子的有机物制氢的过程，具有微生物比产氢速率高、不受光照时间限制、可利用的有机物范围广、工艺简单等优点，目前该技术还没有被广泛利用，只有哈尔滨有世界首个工程实例—发酵法生物制氢 [15]。 3.4 农业废弃物基质化应用

基质化利用是指一些农作物秸秆、农产品副产品、二次利用的有机废弃物以及养殖废弃物等农业废弃物经过适当处理后，可作为农业栽培的基质原料，类似玉米秸、花生壳、甘蔗渣、木薯渣、鸡粪。基质处理重点在于原料的选取及配比，和原料的前处理。优异的基质应具有适宜的理化性质，其中易分解的有机物能大部分分解，施入土壤后不产生氮的生物固定，同时，通过降解去除酚类等有害物质，达到消灭病原菌和病虫卵等标准，达到为植株根系提供稳定的水、气、肥环境，并起到固定、支持植株的作用 [16]。 3.5 农业废弃物工业原料化应用

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3.5.1 秸秆炭化

以碳水化合物为主要成分的秸秆中的木质素由于具有软化点，属于非晶体。对秸秆进行加热时，温度达到70 ℃～110 ℃，木质素就塑化具有黏性，在140 ℃～270 ℃时，则液化成胶黏剂，此时施加一定压力使其与纤维素紧密粘接，并与相邻秸秆颗粒互相胶接，待冷却后即可固化、炭化，然后将生物质压块进一步加工处理，生产出可供烧烤等使用的木炭；通过固化、炭化等技术还可将秸秆做成活性炭材料，可除异味。 3.5.2 制备复合材料

利用植物纤维性废弃物可生产人造纤维板、纸板、轻质建材板等建筑装饰和包装复合材料，如以石膏为基体材料，纤维性废弃物为增强材料，可生产出具有吸音、隔热透气、装饰等特性的植物纤维增强石膏板；利用稻壳作为生产白碳黑、炭化硅陶瓷、氮化硅陶瓷的原料；以秸秆、甘蔗渣等植物纤维性废弃物为原料进行粉碎，加入适量黏合剂、无毒成型剂、耐水剂和填充料等助剂，经搅拌捏合后成型制成可降解快餐具，以替代一次性泡沫塑料餐具。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 [17-18]。从农业废弃物中提取多糖，可作为果蔬的涂膜保鲜剂、可食性的包装材料，已经工业上的絮凝剂、润滑剂和保湿剂等。

4 农业废弃物资源化利用存在的问题

4.1 农业生产者废弃物资源化利用和环保意识淡薄

许多农业生产者在农业废弃物资源化利用方面的意识及环保意识淡薄，往往只看重眼前利益，加之政府、媒体的宣传力度不够，导致他们对农业废弃物资源化利用的认识程度不足，而不愿意对废弃物资源进行深度利用，导致农业废弃物资源的大量浪费和环境的严重污染。其作为农业废弃物资源化利用的主要实施者，只有让他们充分认清农业废弃物资源化和无害化处理的重要性和给他们带来的好处，他们才会自觉行动起来。 4.2 技术不成熟，投入成本高，处理出来的产品附加值低

目前对于农业废弃物的处理技术应用多处于初加工阶段，缺乏专业性、针对性，但是随着产业化进程的发展，这样没有形成完整成熟的技术体系因产业化程度低是很难支撑起整个产业链中数量庞大的农业废弃物。农业废弃物从产生到作为资源使用，中间需要经过多个环节，每个环节需要消耗劳动力、物力等成本，所以农业废弃物实际处理使用成本中主要是中间环节的成本，而目前农业废弃物处理后产品的附加值低，再加之分散经营的企业观察到盈利的渺茫性，经营举步维艰，其主动参与农业废弃物资源化处理行业的积极性不高，使农业废弃物处理技术应用难以实现规模化。因此目前农业废弃物处理主要是依靠政府推动或科技项目支持。

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4.3 资金投入或扶持力度不够

目前，我国虽已出台了农业废弃物资源化利用相关的政策法规，也有了明确的农业废弃物资源化利用的目标，但由于政策扶持和资金支持的不足或缺乏，一些实质性、可操作性的政策措施尚未很好地建立或执行，如鼓励农业生产者进行农业废弃物利用的优惠政策太少或支持力度不够，缺乏有效的激励机制。

4.4 农业废弃物利用的社会化服务体系尚未形成

如废弃物资源的信息服务体系、技术服务体系、加工生产体系、市场服务体系、企业与农户的对接与组织模式等，因此，在一定程度上制约了农业废弃物资源的产业化和规模化发展。 5 相应的政策建议

5.1 建立健全农业废弃物综合利用的法规和政策

为了高效率地推动我国农业废弃物的资源化利用工作，需要政府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。例如：美国在联邦水污染法中的规定侧重于畜禽养殖场建设管理，超过一定规模的畜禽养殖场，建场必须通过环境许可；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激励政策与惩罚措施等。例如：新加坡政府规定，养猪场的污水排放必须小于250 mg/L。为此，养猪场需付出相当高的代价，相当于每销售1头猪分摊7.45美元。 5.2 注重技术创新，加快产业化进程

在未来的废弃物资源化利用过程中，要把新技术、新工艺的研究放在突出位置，注重技术创新，提升产品的技术含量。比如发酵工程中微生物的筛选和高效工程菌的构建，新型酶制剂的选择等。要依据不同经济发展水平和地区资源优势，因地制宜地将现代科学技术与传统农业技术优化结合，构建农业废弃物资源化高效利用生态模式。其次，因为农业的现代化和产业化的逐步发展，规模化、集约化的农场、养殖场日益增多，伴随农业生产的产业化，其废弃物的资源化和无害化利用也必须同步走产业化的发展道路。因此，必须制定优惠政策鼓励和扶持一批农业废弃物资源综合利用的龙头企业，大力发展循环经济，发展相关产业。对农业废弃物的资源化利用和无害化处理逐步由小型化、分散化向工厂化、规模化、标准化、高效化的深度发展，以实现农业废弃物的产业化发展目标。 5.3 积极发展循环农业，加大农村环境治理力度

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以科学发展观为指导，利用现在的农业废弃物利用技术，以示范点带动，改造传统农业生产方式，提高农业资源利用效率。善于结合当地的旅游时机，在农业生产过程中的不同环节恰当的融入科技、包装、栽培等创意元素，以促进物质循环，提高经济效益；普及农村户用沼气和养殖场沼气，因地制宜地发展太阳能小水电等清洁能源，形成“清洁能源”生态农业模式，缓解能源紧缺压力；加快农业废弃物生物质项目的研发，为循环农业提供良好的技术支撑。在发展循环农业的同时，加快建设农村生活垃圾集中收运体系，采取分散收集、集中清运、集中处置方法，提高乡镇农村生活垃圾处理能力加强农村面源污染防治；对新建畜禽养殖场实行严格的环境质量评价，同时，积极推进生物污染治理技术，实现污水和粪便零排放；大力推广使用无毒可降解农用薄膜，加强农用塑料薄膜回收再利用，同时，制定联合农资企业制定适当的返利制定，让农民积极的参与到对肥料包装袋和农药瓶回收处理中，加大农村白色污染治理力度。 参考文献

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