论文部分内容阅读
摘要 传统的化石能源石油、煤炭、天然气等具有不可再生性，面临着枯竭，农林废弃物作为生物质资源的一部分，不加以利用就是污染源，合理利用就是可以再生的取之不尽的资源，其具有广阔的应用前景。简要阐述了农业废弃物的特性、研究利用现状，并就其发展前景进行了展望。
关键词 农业废弃物；处置；资源化利用；现状；展望
中图分类号 X71 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）20-0209-01
农业废弃物是指农业生产和再生产链中资源投入与标的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和能量流失份额。农林废弃物是农业和林业生产与加工过程中产生的副产品，数量巨大，具有可再生、再生周期短、生物降解、环境友好等优点，是重要的生物质资源[1]。随着农村经济不断发展，农作物产量提高、畜禽养殖量增加、农产品加工产业快速发展以及新农村建设不断展开，农业废弃物总量和种类呈上升趋势，特别是近10年来，随着农村城市化进程的加快，农民生活水平明显改善，农村青壮年劳力的流失和劳动力成本的增加，土地流转已大势所趋，对于可用作燃料和肥料的农业废弃物利用率越来越低，导致农业废弃物随意遗弃的现象日趋严重。
1 农业废弃物的主要特点及处置现状
我国农业废弃物主要由4个部分构成，分别是养殖业废弃物、种植业废弃物、农村生活垃圾和农业加工业废弃物[2]。养殖业废弃物包括畜禽粪便和栏圈垫物等；种植业废弃物包括农田、食用菌种植及果园残留物，如作物的秸秆、菇渣、蔬菜的残体或果树的枝条、落叶、果实外壳等种植业废弃物；农村生活垃圾包括农村居民生活废弃物，如人粪尿和生活垃圾等；农业加工业废弃物包括农副产品加工后的剩余物，例如稻壳、麦麸、玉米芯、锯末、秸秆、树皮、果壳、蔗渣、畜禽粪便、菇渣、酒糟渣、中药渣等，来源于动植物，主要是由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成。
目前，我国每年畜禽粪便产生量约25亿t，农业生产中植物性废弃物排放量逾20亿t，而浙江省畜禽规模养殖巨大，仅生猪饲养量就高达3 150万头，占肉类（畜禽）总量的76%，且规模化饲养量达70%以上，估计畜禽养殖废弃物的排放量高达3 500万t左右，仅浙江省每年农业生产中植物性废弃物总量约1 000万t，仅瓜果蔬菜的设施栽培面积已近13.33万hm2，产生植株残体逾500万t；作为浙江省农业支柱产业之一的食用菌年产约70万t，每年约有50万t食用菌生产废弃物，其中丽水地区食用菌产业产生的菌菇渣约25万t；农产品加工废弃物更是量大面广，各地均有分布。畜禽粪便、农作物秸秆、食用菌栽培菇渣及农产品加工等农业废弃物产生量大且比较集中，其中富含有机物和多种矿质元素，而氮、磷、钾等植物需求的养分较高，并具有一定的持水、透气和吸附能力，这些有机废弃物利用率不到30%。浙江省农林废弃物数量多、利用方式简单、利用效率低，农林废弃物引发的环境问题日益突出主要表现为：传统生产模式的稻油秸秆，由于二茬种植间隔时间短、还田效果差、劳动力成本高等原因，废弃物往往被丢弃在田边河岸或烧掉，近年来蔬菜残体产生量大而集中，既没有专门的场地堆放和处置，又没有简便易行的处理方法，一些农业园区周边田间地埂及河道堆积如山、焚烧非常普遍，造成资源的巨大浪费和环境污染，农林加工废弃物的随意堆放，更易造成病原菌和蚊蝇害虫的滋生繁殖，增加农村生产及生活环境中病原菌和害虫的数量，对农业产业的可持续发展构成威胁，污染周边空气、水体和土壤，导致农村生态环境的恶化，如何有效地充分利用这类庞大的自然资源是值得思考和研究的问题。
2 农业废弃物研究、处置及利用技术
2.1 作为生物质能源材料
农业废弃物作为生物质能源的一部分，其开发和利用已经引起人们的广泛关注，是能源研究和环境领域的新热点。农业废弃物多数为植物光合作用的产物及其衍生物，与化石能源如石油、煤炭、天然气等相比，具有以下特点：一是可再生性，其来源于动植物，可以通过植物的光合作用进行再生，与太阳能、风能、潮汐能等都属于可再生能源；二是通过合理的利用、科学的规划可以实现其可持续性；三是作为农业大国，生物质种类多样、分布广泛、资源丰富；四是利用方式多样性，目前农林废弃物的利用主要是采用热转化、生物转化等方法，将其转化为生物柴油、燃料乙醇等含氧燃料以替代化石燃料；将木质废弃物经高压，压缩成棒状、颗粒状的质地坚硬的成型物，该成型燃料可以用作锅炉、家庭取暖等；还可以通过直接气化，将其转变为电能进行利用。因此，农业废弃物再利用不仅具有可行性也具有必要性。大力提倡农业废弃物的再利用，不仅可以节约化石能源，缓解能源供给矛盾，保障国家能源安全，同时也是保护环境实现环境友好社会的需求。
2.2 农业废弃物通过堆肥化处置回归到农业再利用
2.2.1 畜禽养殖废弃物堆肥化处置生产有机肥及其专用肥。基于农产品安全生产对有机肥的巨大需求、高蛋白饲料源短缺等现实情况，结合畜禽养殖排泄物的特点和特性，通过猪、鸡粪繁殖蝇蛆养殖生物脱水处理工艺、牛粪添加吸水的农林废弃物纤维素类辅料，高温好氧发酵堆肥化处理及有机肥产业化方式，快速使这些废弃物腐熟、稳定，经干燥、粉碎等工艺获得优质的蝇蛆生物蛋白和商品有机肥料（符合NY525-2012），在作物施肥、土壤改良及耕地地力提升、农产品品质提高和中低产田改造中发挥积极作用，并进一步开发多种功能有机肥、多种作物复合专用肥等产品。
2.2.2 农林生物质废物堆肥化生产土壤改良剂、育苗及栽培基质。将山核桃壳、锯末、枯枝落叶、菇渣、药渣等农林废弃材料经过机械粉碎处理，并进一步经堆肥化发酵腐熟和消毒处理，这些废弃材料经发酵腐熟后，具有良好的理化性质，富含有机物、氮、磷、钾及多种矿质元素，并且具有良好的持水、透气和吸附能力，可以改善黏性土壤的团粒结构，使土壤疏松，增强土壤的通透性、透水性和持水能力，利用其吸附作用可以减少养分的流失，作为优良的土壤改良剂；不同农林废弃物腐熟稳定化后按照一定的配比配制成不同配方的育苗及栽培基质，可在原有草炭营养基质配方基础上替代草炭等不可再生资源50%～100%，降低了成本，在多种瓜果、蔬菜及花卉苗木上应用表现良好，是今后城市道路绿化、边坡绿化、市民阳台绿化及屋顶绿化的优质土壤替代品。 2.3 农林废弃物在环保废水、废气处理中的应用
农林生物质废弃物（如花生壳粉、木屑、椰壳、甘蔗渣、玉米芯、树皮、茶叶等）分子结构多样，分子内活性基团选择性大（如壳聚糖、木质素纤维等），易于采用不同的改性工艺来制备结构多样、针对不同废水、废气的吸附剂，吸附废水、废气中的染料、重金属、颗粒及有毒、有害物质等，农业废弃物具有来源丰富、可再生、无毒性、成本低、可生物降解、制备工艺简单等优点，其最显著的特点是环境友好，使用后的生物吸附材料排放到环境前，不用做进一步的处理，可以在吸附操作后进行焚烧而不造成环境污染[3]，是环境保护中一类经济实用、来源广阔、可再生的优选材料。
2.4 农林废弃生物质炭化技术及生物炭开发利用
生物炭在土壤固碳、土壤污染控制与修复中的双重作用成为当前环境领域的研究热点之一[4]。利用农林废弃物进行生物炭开发利用是当前国际农业土壤固碳、废弃物环境治理、资源循环利用和节能减排、应对气候变化的绿色低碳农业核心国际竞争技术。该技术是研究开发各类农林废弃生物质炭化技术并推动生物炭产业化，可有效缓解我国经济快速发展带来的碳排放增加、环境污染加剧和温室气体排放增加等一系列现实生态环境问题。《国家中长期科学与技术发展规划纲要》（2006—2020年）已将农林生物质综合利用技术列入优先发展的研究领域之一。《浙江省农业生物技术科技专题方案》（2011—2015年）指出，农业废料和能源植物等成为产业创新的焦点，生物工程技术成为主导的技术创新路径。以生物质炭化技术及生物炭高效生产及系列生物炭产品开发应用为抓手，生物炭具有多孔性、巨大表面积及羧基基团，因而具有较大的离子交换量（CEC），具有较强持水能力及更高的养分保持能力，能改善土壤理化性质，能改变土壤的生物质种类、生物活性，提供肥料利用率，必将促进土壤固碳减排，提高我国应对气候变化能力，实现人与自然和谐、经济社会的可持续发展。
3 农业废弃物利用的发展前景及展望
近10年来，各级政府对农业废弃物处理利用技术的研究和投入逐年增加，但集中处置的基础设施和技术规范还远没有到位，不仅使大量农业固体废弃物可再利用资源白白的浪费掉，而且还造成了农村环境污染，加大了农业面源污染治理压力，更不能适应当前新农村建设的要求。农业废弃物日益增多与处理技术滞后的矛盾，已经成为制约农村生态建设的瓶颈因素之一。我国还是一个农业大国，开展农林废弃物的再利用，不仅可以减少化石燃料的使用量，减轻农林废弃物对环境的污染，促进农村生态环境改善，还可以增加农民的收入，有助于解决环境问题和“三农”问题，促进农业循环经济的的可持续发展，对建设“美丽中国”具有积极的社会和经济意义，农业废弃物资源化利用的发展潜力巨大、发展前景美好，必将成为21世纪最具发展潜力的行业之一。
4 参考文献
[1] 田赟，王海燕，孙向阳，等.农林废弃物环保型基质再利用研究进展与展望[J].土壤通报，2012，42（2）：497-502.
[2] 陶思源.关于我国农业废弃物资源化问题的思考[J].理论界，2013（5）：28-30.
[3] 李波，赵晖，刘雷，等.废弃农林生物质在废水处理中环境友好利用的研究进展[J].应用化工，2012，41（1）：170-173.
[4] 陈再明，陈宝梁，周丹丹.水稻秸秆生物碳的结构特征及其对有机污染物的吸附性能[J].环境科学学报，2013，33（1）：9-19.
关键词 农业废弃物；处置；资源化利用；现状；展望
中图分类号 X71 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）20-0209-01
农业废弃物是指农业生产和再生产链中资源投入与标的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和能量流失份额。农林废弃物是农业和林业生产与加工过程中产生的副产品，数量巨大，具有可再生、再生周期短、生物降解、环境友好等优点，是重要的生物质资源[1]。随着农村经济不断发展，农作物产量提高、畜禽养殖量增加、农产品加工产业快速发展以及新农村建设不断展开，农业废弃物总量和种类呈上升趋势，特别是近10年来，随着农村城市化进程的加快，农民生活水平明显改善，农村青壮年劳力的流失和劳动力成本的增加，土地流转已大势所趋，对于可用作燃料和肥料的农业废弃物利用率越来越低，导致农业废弃物随意遗弃的现象日趋严重。
1 农业废弃物的主要特点及处置现状
我国农业废弃物主要由4个部分构成，分别是养殖业废弃物、种植业废弃物、农村生活垃圾和农业加工业废弃物[2]。养殖业废弃物包括畜禽粪便和栏圈垫物等；种植业废弃物包括农田、食用菌种植及果园残留物，如作物的秸秆、菇渣、蔬菜的残体或果树的枝条、落叶、果实外壳等种植业废弃物；农村生活垃圾包括农村居民生活废弃物，如人粪尿和生活垃圾等；农业加工业废弃物包括农副产品加工后的剩余物，例如稻壳、麦麸、玉米芯、锯末、秸秆、树皮、果壳、蔗渣、畜禽粪便、菇渣、酒糟渣、中药渣等，来源于动植物，主要是由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成。
目前，我国每年畜禽粪便产生量约25亿t，农业生产中植物性废弃物排放量逾20亿t，而浙江省畜禽规模养殖巨大，仅生猪饲养量就高达3 150万头，占肉类（畜禽）总量的76%，且规模化饲养量达70%以上，估计畜禽养殖废弃物的排放量高达3 500万t左右，仅浙江省每年农业生产中植物性废弃物总量约1 000万t，仅瓜果蔬菜的设施栽培面积已近13.33万hm2，产生植株残体逾500万t；作为浙江省农业支柱产业之一的食用菌年产约70万t，每年约有50万t食用菌生产废弃物，其中丽水地区食用菌产业产生的菌菇渣约25万t；农产品加工废弃物更是量大面广，各地均有分布。畜禽粪便、农作物秸秆、食用菌栽培菇渣及农产品加工等农业废弃物产生量大且比较集中，其中富含有机物和多种矿质元素，而氮、磷、钾等植物需求的养分较高，并具有一定的持水、透气和吸附能力，这些有机废弃物利用率不到30%。浙江省农林废弃物数量多、利用方式简单、利用效率低，农林废弃物引发的环境问题日益突出主要表现为：传统生产模式的稻油秸秆，由于二茬种植间隔时间短、还田效果差、劳动力成本高等原因，废弃物往往被丢弃在田边河岸或烧掉，近年来蔬菜残体产生量大而集中，既没有专门的场地堆放和处置，又没有简便易行的处理方法，一些农业园区周边田间地埂及河道堆积如山、焚烧非常普遍，造成资源的巨大浪费和环境污染，农林加工废弃物的随意堆放，更易造成病原菌和蚊蝇害虫的滋生繁殖，增加农村生产及生活环境中病原菌和害虫的数量，对农业产业的可持续发展构成威胁，污染周边空气、水体和土壤，导致农村生态环境的恶化，如何有效地充分利用这类庞大的自然资源是值得思考和研究的问题。
2 农业废弃物研究、处置及利用技术
2.1 作为生物质能源材料
农业废弃物作为生物质能源的一部分，其开发和利用已经引起人们的广泛关注，是能源研究和环境领域的新热点。农业废弃物多数为植物光合作用的产物及其衍生物，与化石能源如石油、煤炭、天然气等相比，具有以下特点：一是可再生性，其来源于动植物，可以通过植物的光合作用进行再生，与太阳能、风能、潮汐能等都属于可再生能源；二是通过合理的利用、科学的规划可以实现其可持续性；三是作为农业大国，生物质种类多样、分布广泛、资源丰富；四是利用方式多样性，目前农林废弃物的利用主要是采用热转化、生物转化等方法，将其转化为生物柴油、燃料乙醇等含氧燃料以替代化石燃料；将木质废弃物经高压，压缩成棒状、颗粒状的质地坚硬的成型物，该成型燃料可以用作锅炉、家庭取暖等；还可以通过直接气化，将其转变为电能进行利用。因此，农业废弃物再利用不仅具有可行性也具有必要性。大力提倡农业废弃物的再利用，不仅可以节约化石能源，缓解能源供给矛盾，保障国家能源安全，同时也是保护环境实现环境友好社会的需求。
2.2 农业废弃物通过堆肥化处置回归到农业再利用
2.2.1 畜禽养殖废弃物堆肥化处置生产有机肥及其专用肥。基于农产品安全生产对有机肥的巨大需求、高蛋白饲料源短缺等现实情况，结合畜禽养殖排泄物的特点和特性，通过猪、鸡粪繁殖蝇蛆养殖生物脱水处理工艺、牛粪添加吸水的农林废弃物纤维素类辅料，高温好氧发酵堆肥化处理及有机肥产业化方式，快速使这些废弃物腐熟、稳定，经干燥、粉碎等工艺获得优质的蝇蛆生物蛋白和商品有机肥料（符合NY525-2012），在作物施肥、土壤改良及耕地地力提升、农产品品质提高和中低产田改造中发挥积极作用，并进一步开发多种功能有机肥、多种作物复合专用肥等产品。
2.2.2 农林生物质废物堆肥化生产土壤改良剂、育苗及栽培基质。将山核桃壳、锯末、枯枝落叶、菇渣、药渣等农林废弃材料经过机械粉碎处理，并进一步经堆肥化发酵腐熟和消毒处理，这些废弃材料经发酵腐熟后，具有良好的理化性质，富含有机物、氮、磷、钾及多种矿质元素，并且具有良好的持水、透气和吸附能力，可以改善黏性土壤的团粒结构，使土壤疏松，增强土壤的通透性、透水性和持水能力，利用其吸附作用可以减少养分的流失，作为优良的土壤改良剂；不同农林废弃物腐熟稳定化后按照一定的配比配制成不同配方的育苗及栽培基质，可在原有草炭营养基质配方基础上替代草炭等不可再生资源50%～100%，降低了成本，在多种瓜果、蔬菜及花卉苗木上应用表现良好，是今后城市道路绿化、边坡绿化、市民阳台绿化及屋顶绿化的优质土壤替代品。 2.3 农林废弃物在环保废水、废气处理中的应用
农林生物质废弃物（如花生壳粉、木屑、椰壳、甘蔗渣、玉米芯、树皮、茶叶等）分子结构多样，分子内活性基团选择性大（如壳聚糖、木质素纤维等），易于采用不同的改性工艺来制备结构多样、针对不同废水、废气的吸附剂，吸附废水、废气中的染料、重金属、颗粒及有毒、有害物质等，农业废弃物具有来源丰富、可再生、无毒性、成本低、可生物降解、制备工艺简单等优点，其最显著的特点是环境友好，使用后的生物吸附材料排放到环境前，不用做进一步的处理，可以在吸附操作后进行焚烧而不造成环境污染[3]，是环境保护中一类经济实用、来源广阔、可再生的优选材料。
2.4 农林废弃生物质炭化技术及生物炭开发利用
生物炭在土壤固碳、土壤污染控制与修复中的双重作用成为当前环境领域的研究热点之一[4]。利用农林废弃物进行生物炭开发利用是当前国际农业土壤固碳、废弃物环境治理、资源循环利用和节能减排、应对气候变化的绿色低碳农业核心国际竞争技术。该技术是研究开发各类农林废弃生物质炭化技术并推动生物炭产业化，可有效缓解我国经济快速发展带来的碳排放增加、环境污染加剧和温室气体排放增加等一系列现实生态环境问题。《国家中长期科学与技术发展规划纲要》（2006—2020年）已将农林生物质综合利用技术列入优先发展的研究领域之一。《浙江省农业生物技术科技专题方案》（2011—2015年）指出，农业废料和能源植物等成为产业创新的焦点，生物工程技术成为主导的技术创新路径。以生物质炭化技术及生物炭高效生产及系列生物炭产品开发应用为抓手，生物炭具有多孔性、巨大表面积及羧基基团，因而具有较大的离子交换量（CEC），具有较强持水能力及更高的养分保持能力，能改善土壤理化性质，能改变土壤的生物质种类、生物活性，提供肥料利用率，必将促进土壤固碳减排，提高我国应对气候变化能力，实现人与自然和谐、经济社会的可持续发展。
3 农业废弃物利用的发展前景及展望
近10年来，各级政府对农业废弃物处理利用技术的研究和投入逐年增加，但集中处置的基础设施和技术规范还远没有到位，不仅使大量农业固体废弃物可再利用资源白白的浪费掉，而且还造成了农村环境污染，加大了农业面源污染治理压力，更不能适应当前新农村建设的要求。农业废弃物日益增多与处理技术滞后的矛盾，已经成为制约农村生态建设的瓶颈因素之一。我国还是一个农业大国，开展农林废弃物的再利用，不仅可以减少化石燃料的使用量，减轻农林废弃物对环境的污染，促进农村生态环境改善，还可以增加农民的收入，有助于解决环境问题和“三农”问题，促进农业循环经济的的可持续发展，对建设“美丽中国”具有积极的社会和经济意义，农业废弃物资源化利用的发展潜力巨大、发展前景美好，必将成为21世纪最具发展潜力的行业之一。
4 参考文献
[1] 田赟，王海燕，孙向阳，等.农林废弃物环保型基质再利用研究进展与展望[J].土壤通报，2012，42（2）：497-502.
[2] 陶思源.关于我国农业废弃物资源化问题的思考[J].理论界，2013（5）：28-30.
[3] 李波，赵晖，刘雷，等.废弃农林生物质在废水处理中环境友好利用的研究进展[J].应用化工，2012，41（1）：170-173.
[4] 陈再明，陈宝梁，周丹丹.水稻秸秆生物碳的结构特征及其对有机污染物的吸附性能[J].环境科学学报，2013，33（1）：9-19.