秸秆焚烧的危害及其综合利用

研究性学习1秸秆焚烧的危害及其综合利用秸秆是成熟农作物茎叶（穗）部分的总称。通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗和其它农作物在收获籽实后的剩余部分。农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆中，秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，是一种具有多用途的可再生的生物资源,秸秆也是一种粗饲料。特点是粗纤维含量高（30%-40%），并含有木质素等。木质素虽不能为猪、鸡所利用，但却能被反刍动物牛、羊等牲畜吸收和利用。人们现在对秸秆处理方式最直接的印象就是在田里大量焚烧，这种现象在我国东部表现得尤为突出。每年夏收、秋收之后，田野里火光冲天，浓烟笼罩，有时滚滚浓烟几乎使人窒息，由于焚烧秸秆而造成的机场停运、高速公路封闭的情况时有发生，损失难以计数。据统计，我国现有的15亿亩耕地，农作物秸秆年产出量达6亿吨之多，其中稻草1.8亿吨，玉米2.2亿吨，小麦1.1亿吨，还有甘薯蔓、油菜秸、大豆秸、甘蔗梢、高粱秸、花生秧及壳等产出的秸秆量都超过千万吨，而每年其中80％约5亿吨的秸秆都被烧掉了，简直成了一大社会公害。为了解决这一问题，农业部等国家六部委于今年四月联合发文，要求加强秸秆的综合利用和禁烧，如何开发利用秸秆已经成为当代农业发展的重大课题之一。一、焚烧秸秆的危害①污染空气环境，危害人体健康。有数据表明，焚烧秸秆时，大气中二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物三项污染指数达到高峰值，其中二氧化硫的浓度比平时高出1倍，二氧化氮、可吸入颗粒物的浓度比平时高出3倍，相当于日均浓度的五级水平。当可吸入颗粒物浓度达到一定程度时，对人的眼睛、鼻子和咽喉含有黏膜的部分刺激较大，轻则造成咳嗽、胸闷、流泪，严重时可能导致支气管炎发生。②引发火灾，威胁群众的生命财产安全。秸秆焚烧，极易引燃周围的易燃物，尤其是在村庄附近，一旦引发火灾，后果将不堪设想。③引发交通事故，影响道路交通和航空安全。露天焚烧秸秆带来的一个最突出的问题就是焚烧过程中产生滚滚浓烟，直接影响民航、铁路、高速公路的正常运营，对交通安全构成潜在威胁。机场每逢农作物收割季节都深受秸秆露天焚烧的危害，有时机场能见度低于400米，严重影响机场航班正常起飞和降落，航空公司及旅客对此反映强烈，一旦导致事故，将造成极为不良的社会影响。④破坏土壤结构，造成耕地质量下降。影响作物对土壤养分的充分吸收，直接影响农田作物的产量和质量，影响农业收益。在农田焚烧稻草秆焚烧秸秆使地面温度急剧升高，能直接烧死、烫死土壤中的有益微生物，会使土壤的自然肥力和保水性能大大下降，土壤水分损失65％—80％，板结不耐旱。⑤焚烧秸秆所形成的滚滚烟雾、片片焦土，对一个地区的环境形象是最大的破坏。二、焚烧秸秆的原因及相关建议⑴原因：①秸秆没有更好的出处。如没有推广秸杆气化、缺少秸杆粉碎还田的技术和设备、秸杆的工业利用缺少研究性学习2政府的政策性引导和扶持等。现在秸秆的利用价效率和利用价值相对较低，农民觉得拉回来以后也挣不了多少钱，所以干脆烧掉还田。②行政手段力度不够，农业和环保职能部门职责不清，管理不到位。③缺少相关法律法规的严厉约束。④目前农村家庭主要劳动力多在外打工，家里的老人妇女和儿童没有足够的体力对秸杆进行处理，许多村民对焚烧秸秆的危害性认识还不够。⑵相关建议①尽快制定地方条例，严禁焚烧秸杆。就像对城市禁放烟花爆竹一样对农村实行禁焚，同时明确界定政府管理部门，避免部门之间相互推诿。②大力推广秸杆气化站的建设。秸杆气化既清洁又保护了环境，相关部门还应组织专家对已建气化站进行技术指导和跟踪服务。③加强秸杆还田作业的服务体系建设。应将秸杆还田作业列入农村的考核指标，在财政上予以适当补贴。④制定稻麦秸杆工业利用的引导和扶持政策，比如从税收优惠到财政补贴等方面给予扶持。总之，严禁稻麦秸杆焚烧是一件利国利民的大事，应从实行地方条例和明确部门职责，推广秸杆气化、还田技术，制定相关产业政策“三方面”着手，整体推进，方可还群众明朗的天。三、秸秆的综合利用秸秆是一种很好的清洁可再生能源，每两吨秸秆的热值就相当于一吨标准煤，而且其平均含硫量只有3.8‰，而煤的平均含硫量约达1％。在生物质的再生利用过程中，排放的CO2与生物质再生时吸收的CO2达到碳平衡，具有CO2零排放的作用，市场前景非常广阔。⑴秸秆还田农作物秸秆还田技术主要是机械化秸秆粉碎直接还田技术，它是以机械的方式将田间的农作物秸秆直接粉碎并抛洒于地表，随即耕翻入土，使之腐烂分解，从而培肥地力，实现农业增产增收。机械化秸秆还田技术具有显著的经济效益和社会效益。1、秸秆还田技术的优点：①增加土壤有机质，增肥地力。秸秆中含有氮、磷、钾、镁、钙及硫等元素，这些正是农作物生长所必需的营养无素。据测定，秸秆中有机质含量平均为15%左右，如按每公顷还田秸秆15t计算，则可增加有机质2250kg/hm2。据有关资料统计，目前我国每年生产秸秆6亿t，其中含氮300多万t，含磷70多万t，含钾700多万t，相当于我国目前化肥施用总量的四分之一以上。可见农作物秸秆是一笔巨大的财富，付之一炬真是资源的极大浪费。②改善土壤环境，改造中低产田。秸秆中含有大量的能源物质，还田后生物激增，土壤生物活性强度提高，接触酶活性可增加47%。随着微生物繁殖力的增强，生物固氮增加，碱性降低，促进了土壤的酸碱平衡，养分结构趋于合理。此外，秸秆还田可使土壤容量降低，土质疏松，通气性提高，犁耕比阻减小，土壤结构研究性学习3明显改善。③形成有机质覆盖，抗旱保墒。秸秆还田可形成地面覆盖，具有抑制土壤水分蒸发，储存降水和提高地温等诸多优点。据测定，连续六年秸秆直接还田，土壤的保水、透气和保温能力增强，吸水率提高10倍，地温提高1～2°。亩玉米秸秆还田后相当于增施硝氨35kg、磷肥375kg、磷酸钾307.5kg，若连续三年秸秆还田可使小麦、玉米平均增产10%～20%。④降低病虫害的发生率。由于根茬粉碎疏松和搅动表土，能改变土壤的理化性能，破坏玉米螟虫及其它地下害虫的寄生环境，故能大大减轻虫害，一般可使玉米螟虫的危害程度下降30%。⑤省工增产、争抢农时。一般情况下，机械化秸秆还田的作业成本仅为人工还田的四分之一，而工效可比人工还田得高40～120倍，还可增产增收。因此，机械化秸秆还田是大面积实现以地养地、建立高产稳产农田的有效途径。⑥优化环境、防治污染。机械化秸秆还田使秸秆中的有机质得到充分的利用，避免了长期以来农民大量焚烧秸秆而造成的环境污染，有利于生态农业和环保农业的发展。因此，农作物秸秆还田技术作为环保农业的一项重要技术，是目前国家重点推广实施的农业新技术这一。秸秆还田具有良好的经济效益和社会效益，但目前我国的大部分地区没有采用有效的还田措施，致使耕地连年种植不得休闲，土壤养分得不到及时补充，有机质含量逐年下降，农业生产始终处于种大于养、产大于投的掠夺式经营状态。由于化肥的施用量占用肥总量的比例过大，土壤有机质没有得到及时补充，造成土壤板结地力衰退，农作物营养不良和病虫害多的严重后果，因此秸秆还田技术具有很大的发展力和广阔的推广应用前景。2、秸秆还田技术的缺点：尽管秸秆还田具有较好的经济技术和社会效益及广阔的推广应用前景，但仍存在一些不容忽视的问题，如还田后的秸秆不易腐烂，影响下茬播种质量；有些农民对秸秆还田的重要性认识不足，没有长期效益观念；秸秆还田机具价格偏高、利用率低等，使推广该项技术存在一定的难度。3、保证秸秆还田技术可持续发展应采取的措施：①加大宣传力度，提高农民认识。转变农民思想观念，纠正长期单纯依赖化肥的思想，帮助他们树立环保意识，改变落后习惯，逐步建立用地养地相结合的良性循环机制。让农民真正认识到机械秸秆还田带来的好处，提高广大农民开展机械化秸秆还田的自觉性。②加强领导，增加力度，采用强有力的行政和法律措施，对焚烧秸秆现象进行严肃处理。各级政府要把推广秸秆还田纳入当地经济发展的总体规划，把秸秆还田、培肥地力提高到发展质量效益型农业和绿色农业的高度来抓，为大力推广机械化秸秆还田技术，创造良好的社会环境。③加大投入，优化机制。农机部门要积极争取政府大力支持。加大行政推动力度，疏堵结合，以堵促疏。建立以国家为导向，农民和农村集体投资为主体的多层次、多形式、多元化的投资新机制。采取小麦联合收割机、脱粒机、玉米铁茬播种机的发展模式，鼓励个人投资购机，协调有机户为无机户服务，开展跨区作业，这样既节省了大量资金，又大大提高了机械的利用率。④选准机型，加快推广。组织科研和生产等部门联合进行技术攻关，搞好机械的对比试验和选型定型，不断反馈信息，加强机型的研制改进，加快适销对路秸秆还田机的推广应用。研究性学习4⑤改革耕作制度。推广少、免耕技术，使秸秆还田技术成为少、免耕技术的一个组成部分，建立良性发展的农业耕作制度，满足我国农业持续发展的需要。⑵秸秆饲料秸秆的自然密度通常为每立方米30～50公斤，如此“蓬蓬松松”的原料很不利于运输和储存，影响其深加工或二次开发利用。因此对秸秆首先进行就地高密度压缩是解决秸秆综合利用“瓶颈”的关键，只有将秸秆高密度压缩了，才能为下一步的开发利用及流通创造有利条件。近几年，国内部分研究机构与农场协作攻关，采用机械手段对秸秆进行了不同程度的压缩试验，结果表明作为秸秆压缩饲料不但营养水平有所提高，而且还方便了流通。河北省“鹿泉秸秆开发实验场”从1998年起率先承担了“秸秆综合利用”河北省科研攻关课题，以玉米等秸秆为原料，经高压高温压缩成块状饲料，使秸秆压缩到每立方米0.8～1吨的高密度，不仅便于储运，灭菌灭虫，长期保存不变质，而且不易燃烧，营养水平比原来有所提高，保持反刍动物对粗纤维的要求。我国是一个农牧业大国，同发达国家相比，畜牧业的比例偏低。随着人民生活水平的提高，膳食结构将向奶、肉、蛋倾斜，这就对畜牧养殖业提出了更大的要求，而畜牧业的大发展就需要有丰富的饲料资源。面对草原退化沙化严重、牧草供应不足、树叶资源难以采集利用的矛盾，以秸秆为主的畜牧粗饲料开发潜力是巨大的。牛羊等反刍动物对秸秆等粗饲料必吃，以牛为例，按2001年统计，全国牛存栏量为1.5亿头，年需粗饲料4.5亿吨，特别是对规模化、集约化养殖的粗饲料供应缺口很大。在秸秆开发利用领域里，每年有3亿～5亿吨的闲置资源；就市场来讲，存在着百亿元的商机，秸秆综合利用大有可为。据测算，每一万吨秸秆压缩饲料用于养殖业，可供3000～4000头牛粗饲料一年的食用，肉牛可增重增收15％，奶牛可增产增收16％，乳脂率也提高0.2％。与此同时，这些饲料绝大部分将形成粪便，一方面可用于制作沼气，另一方面形成的约一万吨有机肥可替代化肥，成为发展生态农业一个重要的产业链，实践证明秸秆是最广阔、最丰富、最廉价、品质较好的粗饲料资源，加快以秸秆为原料的粗饲料工业化生产和现代化的流通已迫在眉睫。⑶秸秆燃气秸秆燃气，是利用生物质通过密闭缺氧，采用于溜热解法及热化学氧化法后产生的一种可燃气体，这种气体是一种混合燃气，含有一氧化碳、氢气、甲烷等，亦称生物质气。1、技术原理：植物生物质（包括据木、木柴，野草，松针树叶，作物秸秆，牛羊畜粪，食用菌渣）中的碳元素质量分数约为40%，其次为氢、氮、氧、镁、硅、磷、钾、钙等元素。植物秸秆的有机成分以纤维素，半纤维素为主，质量分数为50%。这些生物质原料，在缺氧条件下加热，使之发生复杂的热化学反应的能量转化过程。此过程实质是植质中的碳、氢、氧等元素的原子，在反应条件下按照化学键的成键原理，变成一氧化碳、甲烷、氢气等，可燃性气体的分子。这样植物生物质中的大部分能量就转移到这些气体中。基本反应包括：C+O2=CO22C+O2=2COCO+O2=2CO22H2O+C=CO2+2H2H2O+CO=CO2+H2研究性学习5CO2+C=2COCH4+CO2=2CO+2H2C+2H2=CH4CO+3H2=CH4+H2O2H2+O2=2H2O2、秸秆燃气生产技术发展方向：用生物质替代煤，天然气和重油等化石燃烧来制备合成为甲醇，汽油，或柴油等液体燃料而用于交通工具，这样即可以满足人类对液体燃料日益增长的需求，同时又可有效减轻由于大量使用化石燃料给环境带来的污染。3