宋婉萌+孙娜+赵园园+牛思露+高园园

摘 要：目前，中国有大量的秸秆被焚烧，不仅造成了严重的环境污染，而且是资源的浪费。科学研究表明，生物炭的固碳作用对土壤环境有很大的改善作用，增强土壤肥力及减轻全球变暖，从而促进低碳农业的发展和环境的可持续发展。本文通过调查中国秸秆资源产量及利用现状，分析秸秆向生物炭转化的效益，探讨在此过程中可能存在的问题，并在此基础上提出解决秸秆到生物炭转化的对策及建议。

关键词：秸秆；生物炭；增汇减排

现今我们的环境质量每况愈下，雾霾天气越来越多也越来越严重，全球变暖现象不断加剧，很可能在未来对我们的生活产生很大影响。社会的不断进步，工业化进程的步伐加快，增大了碳的排放量。而农业碳排放又占据很大份量，每年产生巨量农作物秸秆，这些秸秆的不合理利用产生了大量碳。秸秆埋藏在土地里产生很多诸如CH4、CO、CO2、等含碳气体，对大气造成严重污染。然而，如果将秸秆华丽地变身为低能耗、低污染、低排放的生物碳，必然会形成一种节约型、效益型、安全型的经济模式，对环境和经济产生很大影响。

1 我国秸秆的利用现状

我国是粮食生产大国，也是秸秆生产大国，每年产生的秸秆约占全世界秸秆总量的20%～30%得到利用，虽然我国秸秆资源非常丰富，但并没有充分利用，只有20%多得到利用[1]。

农作物秸秆资源量一般根据粮食的产量和草谷比计算得到，如式（1）。

（1）

其中，CR—秸秆资源量，Qi—第i种农作物的产量，ri—第i种农作物的谷草比。

秸秆资源量估算的关键是农作物草谷比系数的确定。综合已有研究的草谷比选择方法和中国的秸秆资源情况来确定草谷比系数。根据2014年中国统计年鉴得出中国2013年的秸秆资源量[2]，具体信息详见表1。

根据2014年中国统计年鉴数据，我国稻谷、小麦、玉米等主要粮食总产量达48，074.2万t，可产生秸秆高达85，385.6万t，折合43，068.8万t标准煤（见表1）。

秸秆能源化利用方式有秸秆还田、燃烧发电、制作沼气、气化、作为饲料和作为工业纺织业原料等多种路径。尽管秸秆的利用方式已经多元化，但秸秆的主要利用方式还是被丢弃和燃烧，这样的不合理利用已经对环境及社会产生很多负面影响。首先丢弃秸秆是资源的大量浪费，而且有的人将秸秆随意丢弃在路上，造成交通堵塞等问题。另外，秸秆焚烧的危害更大，其一，严重污染环境，伤害人体健康；其二，降低空气能见度；其三，容易发生火灾；其四，破坏土壤地表结构及环境的污染，秸秆焚烧时一般能烧至地表一二分，造成地表腐殖质、有机质矿化，改变土壤的物理性质及生态平衡，使土地质量下降，降低农作物产量。

究其原因在于：一是人们环保意识不强，没有意识到秸秆的这些利用对环境和社会带来的影响。二是缺乏引导和宣传，环保意识不强说到底是引导宣传力度不够。三是科技转化力度不够，缺乏必要的资金支持，秸秆的经济价值难以发挥。四是没有统一组织的规模性处理，大多处理还是小家小户的规模，对于秸秆的转化利用比较少。

農业秸秆无氧低温热裂解制成的生物炭，不仅可以提高土壤速效养分含量以及土壤有机质含量，增强土壤肥力，还可以改善土壤理化性质，改变土壤氧化还原电位及土壤微生物群落组成等，降低污染物的生物有效性和迁移性。

2 秸秆转化为生物炭带来的效益

2.1 环境效益

如今我们的环境质量日趋下降，一系列的环境问题接如今我们的环境质量日趋下降，一系列的环境问题接踵出现，例如污染严重、温室效应、气候变化异常等。这些环境问题将给我们人类未来在地球的生活带来严重危害。据测算，在不危及人类粮食安全、生存环境及土壤保护的情况下，生物炭每年减排温室气体的潜力可达目前人类温室气体排放量的12%。生物炭的增汇减排效应，可以减缓全球变暖趋势，对全球气候起到调控作用。

2.2 农业效益

（1）改良土壤性质，提高土壤肥力。

生物炭比表面积大且多孔，能够改良土壤结构和理化性质，生物炭含有一定量的矿物质养分，可以增多土壤中矿物质元素，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。

（2）修复土壤污染，改善农业环境。

随着科技发展，农药化肥等农业用品使用得越来越多，重金属和农药等污染土壤修复如今备受关注，土壤是农作物及一切植物生长的地方，解决此问题相当重要，世界各国都面临这个问题。我国是一个农业大国，发展低碳农业是我们努力的方向，以实现改善农业环境，提高土壤肥效，增加农作物产量，促进农业的可持续发展。

2.3 作为新能源

废弃生物质在热裂解产生生物炭的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，氢气可作合成氨的原料，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。

3 秸秆制备生物炭面临的问题及对策

3.1 面临的问题

（1）收集困难

秸秆的出现呈间断且循环的规律，而且秸秆本身容易变质腐烂，全国各地分布着不同的秸秆，这都使得秸秆收集困难。现在也没有完善的体系和规章制度来约束，很多人都没有收集的意识，大家对秸秆的利用还了解尚少。

（2）技术还不成熟

秸秆转化为生物炭的技术目前还不够成熟，只有在很多大城市有转化的设备，该项技术掌握的人不多。设备面积大，成本高，耗费大。且秸秆量大，容易使机器磨损。这样带来的经济效益并不高，不能达到期望的效果。

（3）政策支持力度不够

首先政府没有制定相关的规章制度，另外政府也没有相关的资金投入。有些企业虽然有这方面的意向，但是扶持力度不够，使该技术无法推广发展。

3.2 应对策略

（1）采取便捷有效的服务措施。宣传鼓励人们将秸秆收集，以免造成浪费污染。另外在秸秆集中地方增加生物炭转化点，使收集的秸秆能更快得到转化，减少因运输等带来的问题。

（2）吸引培养科技人才。不断完善该转化技术使其不断趋于成熟，以此减少成本的无故耗费，增大经济效益。

（3）加大扶持鼓励力度。政府应对相关企业增加资金投入，不断鼓励更多企业来做该工作。另外要宣传倡导秸秆生物炭的好处，增强人们废物再用、保护环境的意识。建立一定的奖惩制度。

4 结论

无论环境，农业还是新能源方面，利用秸秆所产生的生物炭的整体效益远远多于秸秆，而且低碳经济已成为世界经济、能源、环境可持续发展的必然趋势。目前全球面临众多问题，将生物炭的价值用在这些问题的解决中，相信会给我们带来成效，只是目前生物炭商业化的生产与农用尚不多见，因此，我国应加强秸秆到生物炭转变的研究及开发，为上述问题的综合解决提供技术和产品。

*本文系2015年南阳师范学院教学研究项目宛院发[2015]232-10；南阳师范学院大学生实践教学活动创新项目，项目编号：ZZ-2015—030；南阳师范学院博士启动基金科研项目（15087）；河南省教育厅重点项目（16B610010）研究成果之一。作者高园园为本文通讯作者。

参考文献

[1] 刘瑞伟：我国农作物秸秆利用现状及对策[J].农业与技术，2009，29（1）.

[2] 中华人民共和国国家统计局：中国统计年鉴[M]，2014.