黄进、李斌、石杨：引起病害的秸秆是“害”仍是 “宝”？ -

【文/ 观察者网专栏作者 黄进、李斌、石杨

观察者网日前以《山东：小麦茎基腐病害已突破1200万亩，严重粮食安全》为题，报道了山东因秸秆还田引发大规模病害的消息，并且山东省农业厅相关部门也就秸秆还田提出了相关建议，以减轻病虫害的发生。

既然秸秆还田有这么多问题，那为什么还是要以这种方式处理秸秆？难道就没有更合理的处理方式秸秆了吗？要回答这个问题，我们还是要从人类社会和农业的发展说起。

人类农业不同发展阶段下秸秆的处理方式

农作物秸秆是指农作物收获后留下的茎、叶等部分。人们对秸秆的处理方式反映了人类社会和农业系统的发展和变迁。

说起原始农业，大家可能首先想到的一个词就是“刀耕火种”，这指的是在几千年前人们用火烧掉荒地上的植物残枝，然后在上面进行播种的迁移农业生产方式。那时，人们种过一季之后就会换一个地方重新烧荒、播种，然后下一季再换个地方继续。而经火焚烧后形成的“草木灰”因富含钾等无机原素，不但是优质的肥料，在缺少医疗技术落后的年代还被用于消炎止血。在这个时期，作物秸秆是燃料、肥料和医疗资源。

但由于该时期生产力低下，农业能够维持的人口数量也远低于现代社会；农业产生的秸秆量较小，烧秸秆产生的温室气体及固体颗粒物对空气和生态的影响似乎也并不是个大问题。但也有现代学者的研究表明，几千年来人们烧荒生成的二氧化碳，对气候也会产生影响，甚至可能一直持续到现在。

为什么秸秆烧不得了？

在社会发展的早期，由于农耕技术不发达，秸秆产量较少。而秸秆可用于制作草鞋、处理后饲料喂马、家中烧火取暖，因此供不应求。但在约1990年前后，随着时代和我国农用技术的进步，农作物产量大量增加，秸秆数量猛增，供大于求。虽然少量的秸秆仍然用作饲料或工业用途，但大量秸秆堆积在农田中，而焚烧，似乎是解决这个问题最方便的手段，因此一个魔盒被打开了。

2014年5月27日晚，江苏无锡地区的空气骤然恶化，大量烟雾出现在城市上空，导致空气能见度降低。在此后的几个小时中，无锡空气质量上升为严重污染级别，AQI（Air Quality Index，空气质量指数）数据甚至超过500，而低于50才是正常值。

2015年，黑龙江农民在10月、11月秋收后，大量秸秆就地焚烧，导致11月1-4日出现重污染天气，尤其11月4日各污染物浓度严重超标，PM 2.5高达647.8μg/m3。此外，南京、大连、辽宁等地都发生过因秸秆燃烧造成空气质量骤然恶化。

2015年11月3日，吉林部分地区仍有露天焚烧秸秆现象（图片来源：新华网）

而且，燃烧带来的不仅是空气污染，更带来了人员伤亡、财产损失。如2015年6月9日，日照高速路被秸秆燃烧产生的烟雾笼罩，造成连环车祸多人受伤。2011年6月13日，南通某地仲某某于自家麦田里焚烧秸秆而引火上身，不幸被烧伤，抢救无效死亡。2019年4月，沈阳市棋盘山突发大火，全省七千余名消防救援、公安警力和武警官兵紧急出动，八百多台消防车和救援车辆火速上线，多驾救援直升机和无人机从旁协助，共同参与灭火。

科学研究表明，露天环境焚烧秸秆首先会产生的大量二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等有害气体及烟尘。这些有毒气体也会导致居民轻则咳嗽、流泪、胸闷，甚至于诱发支气管炎等疾病，对老年人及儿童影响更大。这种在春秋两季因燃烧秸秆导致空气质量“爆表”的新闻屡屡见诸报端。

近年来秸秆还田引发的问题

因此，为了解决焚烧带来的危害，从开源的角度来解决问题，我国在1996年提出秸秆还田这一政策。

秸秆中包含大量的干物质（有丰富的有机质），还有氮、磷、钾及其他多种植物营养成分，通过还田不仅可以解决焚烧带来的环境污染问题，还可以促进农作物生长，因此秸秆还田对于农民来说，是一种经济实用的处理方案。据此也发展了一系列技术，如秸秆直接还田、机械粉碎还田、发酵熟化还田等。

但秸秆的产量终究是太多了，大量的秸秆还田后，反而导致土壤受损、农作物减产。

首先是秸秆还田对土壤的影响，当过量秸秆碎片被埋入土壤，会导致分解速度减缓，并不能快速分解成农作物可以利用的形式。当春耕来临时，秸秆还未完全降解，大量秸秆降解微生物依然存在，与作物争夺氮素，致使农作物缺氮，作物减产。

徐国伟等的试验表明，随着麦秸还田量增加，水稻产量表现出先增加后降低，秸秆还田量在6吨/公顷时，水稻增产17.9%，而过高的秸秆还田量（7.5吨/公顷）结实率明显减少，进而导致减产4.2%。

大量秸秆碎片还会导致土壤结构松散，土壤之间存在很大的间隙。这种松散的结构不能够支撑农作物，导致农作物易倒伏，也会影响农作物产量。

其次是秸秆还田导致病虫害的增加。通常农作物生长的过程中会伴随各种有害虫类、病原微生物，而秸秆粉碎的过程、或者腐熟不完全，秸秆中幼虫卵以及带病的菌体难以被清除。还田之后便被埋在土壤之中，为害虫提供了良好的越冬环境，导致滋生害虫和疾病，影响农作物生长。

刘凤艳等调查表明，空育163水稻秸秆还田与不还田比较，叶瘟病、穗颈瘟、叶鞘腐病、纹枯病发病率对比分别为99.1%和86.6%、87.7%和78.8%、39.5%和26.8%、82.9%和0，表明秸秆还田导致水稻病害加重明显，尤其是纹枯病。并且直接用携带病稻草和未腐熟的病稻草的水稻秸秆还田，第2年复种水稻发生各类病害的概率和比例都较高。调查表明河南南阳、安徽淮北、江苏徐州等地，只要有秸秆还田，病虫害高发，导致农作物减产三成左右。

除直接焚烧外的秸秆处理技术

秸秆焚烧即破坏环境，又对人身体健康造成危害，而直接还田则破坏土壤，影响农作物生产。那么除了秸秆直接还田，是否还有更合理的处理方式呢？带着这个问题，全球各地的科学家也在在探索不同的解决方案，并且也找到了一些方法。

1）国内外秸秆处理技术

意大利的一家工厂以秸秆为原材料生产生物燃料——乙醇，仅2013年产量就达到7500万升乙醇，成为当时世界上最大的先进生物燃料精炼厂，而巴西的一家乙醇工厂，2014年投产后的年生产能力更是达到了8300万升。

除了作为生物燃料的原料，秸秆还可以用来发电。丹麦最大的Aved re发电站，自2001年来一直将稻草秸秆作为燃料，驱动蒸汽轮机发电，发电厂提供高达35兆瓦的电力和50兆焦耳/秒的热量。

丹麦的Aved re Power Station世界是最高效的热力发电厂之一（图片来源：https://ramboll.com/projects/re/avedore_power_station）

而在国内，也有如安徽的发电厂利用秸秆发电，山东将秸秆作为造纸的原料，包括江苏连云港在内的多地将秸秆用作食用菌培养的基质，也有企业将秸秆作为青贮饲料的原料，或将秸秆和牲畜粪便一起发酵转化为沼气和固态有机肥料（沼渣），这也较适用于我国农村。

2）当前前沿的相关研究

如前所述，当前解决秸秆过剩主要是与不同的生物方法结合，并且这种结合处理在秸秆生物能源和生物资源回收方面显示出巨大的潜力。但是，在如何更快速降解产生可生物降解有机物方面还存在问题。

虽然为了加快生物处理秸秆的反应时间，人们已经开发了一体化的化学—生物方法，通过酸/碱与微生物对秸秆进行处理从而缩短处理时间。但化学品的添加与生态环保的理念相违背，因此在实际应用中是还是受到了一定的限制。

针对这种情况，最近科研人员正在开发一种集成的微生物降解—酶水解处理工艺，这种工艺因微生物和酶的协同降解作用，可有效地提高秸秆中木质纤维素的糖化效率，据报道，从糖溶液到生物甲烷气的总处理时间仅为3-5天左右，生物甲烷气产量高达320升/公斤糖，相当于理论转化效率的91.5%，被认为是一种有前途的秸秆无害资源化的处理方法。

它的另外一个优点就是在微生物降解—酶水解处理工艺中所用的酶可以从废弃秸秆中提取，从而进一步提高其工程可行性和经济性，为未来秸秆管理向全球循环经济方向发展提供了一条有前景的途径。

笔者的研究团队正在尝试通过对牛瘤胃中与木质素、纤维素降解相关微生物的鉴定、分离、驯化，分离筛选具有高效降解木质素、纤维素的微生物及高活性酶，并将其推广应用于废弃秸秆的资源化利用。

作者们在屠宰场从牛瘤胃中取样（图片来源：作者供图）

作者们将瘤胃微生物的相关基因在酵母中表达，图为观察酵母培养情况（图片来源：作者供图）

3）秸秆资源化面临的挑战

秸秆综合、高效利用是当前农业、环保发展的必然需求。但当前秸秆利用的技术尚有待完善、提高，而秸秆资源化产业仍然处于规模小、产业化程度低的状态。其中最关键的技术问题是利用生物降解纤维素的整体效率和效益均偏低。虽然上文提出的微生物降解和酶解一体化方法可能为未来秸秆管理提供新的思路，但目前来年仍存在一些技术限制和难题。在实际处理中，如预处理时间长、处理速度慢、碳水化合物大量损失等仍是亟需解决的技术问题。

而就秸秆资源化的产业来说，直接焚烧已经被国家明令禁止，而且禁令的整体执行基本到位。面对大量秸秆，直接还田是当下最简单、成本最低，技术要求也最低的处理方式，而无论是用来生产生物燃料、用于火力发电、抑或是作为饲料或者是生物酵解，不管是从技术的要求、投入的成本，还是原料、生产和市场需求的协调来看，均有较高的要求。如秸秆多产自各个农户，其数量、质量均存在不稳定、不统一的问题，不利于产业化发展，而利用新技术对秸秆进行资源化处理对技术要求高、投入大则加大相关企业进入和发展的难度。

因此，如何实现秸秆“绿色”、高效的资源化，不但需要相关科研机构的积极参与及相关企业的大力投入，更需要各级政府部门通过对相关技术的鼓励，并对相关企业给予一定的支持和政策倾斜，结合各地的优势、特色，大力引导整个秸秆处理由粗放、低效益模式向高效、高收益的产业化模式转型。

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