秸秆粉碎直接还田利弊分析（提倡农作物秸秆综合利用）

我国农作物秸秆逐年增加，已经超过10亿吨，随着我国农村能源清洁化程度的不断提高，秸秆做饭已经成为遥远的历史，各级政府把秸秆粉碎直接还田作为尚方宝剑在各地进行推广。秸秆还田不仅可以有效地改善土壤结构，明显增加土壤养分，增强土壤保肥、供肥能力。而且大大减轻了秸秆就地焚烧造成的严重环境污染，减少了化肥投入、节约了生产成本，提高了作物产量，产生了很好的经济效益，有效的遏制了秸秆焚烧现象，是各方面皆大欢喜的措施。去年我国秋冬季秸秆粉碎直接还田面积约在3亿亩(0.2亿公顷)以上。但是秸秆还田真的那么好吗？

一、秸秆还田致霾气体。

据文献报道玉米在成熟收获时的青鲜秸秆的数量平均每亩约2吨(T)，其化学成分约为水分70%、糖分10%、纤维等固体物质20%。秸秆粉碎直接还田后，在土壤里产生以下致霾气体：1.植物源挥发性有机化合物(BVOCs)在玉米秸秆砍割晾晒的情况下，青鲜秸秆中的植物细胞失水破裂，细胞中的糖分流出、暴露于空气中，很快被氧化成为二氧化碳散逸于大气中。在秸秆粉碎直接还田的情况下，这些秸秆和秸秆中的糖分被封存于土壤缺氧的环境中，在多种微生物的作用下缓慢降解。降解的产物有：烷烃类、烯烃类、醇类、有机酸类、脂类、醛类、酮类、醚类等植物源挥发性有机化合物(BVOCs)。如葡萄糖果糖可以被野生酵母降解为乙醇、乙酸、丙酮等;木质素可以降解为香豆醇、松柏醇和芥子醇等。这种缓慢缺氧状态下的植物遗体降解，对于改善土壤结构、增加有机质、提高地力等方面具有非常重要的积极作用，在植物(农作物)生长旺期，这些挥发性有机化合物还可以对植物(农作物)的生长起到促进作用。但是，在秋冬季非植物(农作物)生长旺期，这些挥发性有机化合物(BVOCs)大量排放，不仅白白地浪费了资源，更加重了空气雾霾污染!因为这些BVOCs是形成空气悬浮颗粒物(PM2.5～PM10)的重要前体物和参与物。其与工业源挥发性有机化合物如氮氧化物(NOX)、硫氧化物(SO2)、氨气(NH3)或氨根(NH4)等一起凝成二次气溶胶。气溶胶粘结起来形成PM2.5等悬浮颗粒物。在秋冬季时有的冷重高气压、静稳无流动、上热下冷的逆温天气状况下，这些悬浮颗粒物就会越凝结越密、越粘结越大，再与水蒸气(雾)一起，就形成了视线极差、呼吸困难的雾霾!2.秸秆降解使土壤温度升高。秸秆中的糖分、纤维素、半纤维素和木质素降解的过程都是放热的化学反应，这些热量使土壤温度升高，一般可使20厘米(cm)的土壤表层升温2～4度(CO)。土壤温度升高产生三个后果：①微生物活性增强，土壤中有机物降解加速，BVOCs排放更快更多;②土壤里残存的化肥(如碳酸氢铵、尿素等)、农药也加速分解，产生出氮氧化物(NOX)、氨气(NH3)及其他挥发性有机化合物(VOCs);③土壤里的水分吸热，变为气体水分子或水蒸气(液体水分子)排入大气中。3.土壤蒸腾逸出的水分子在空气中遇到悬浮颗粒物，形成类似于“雨核”的“霾核”，液态水包裹着灰霾。像云不是云、似雾不是雾，现在有个专有的名词称呼——“雾霾”!事实上，分析雾霾的化学成分，其水分在90%以上。以上种种，本文把因为秸秆粉碎直接还田产生的、在秋冬季特殊的气候(气温、气压、流动性等)条件下的、能够导致(Zhi)雾霾(Mai)发生发展的各种农田气(Qi)体(Ti)排放物，专称为“秸秆还田致霾气体”,简写为ZMQT。以区别于其他工业源、农业源、生活源的致霾气体。农田致霾气体(ZMQT)的排放，从秸秆粉碎直接还田的当日就开始了，一直持续到来年的3月上旬，其排放强烈期在每年的10月份到来年的元月上旬约100天左右。期内排放最高值每日可达1千克/平方米(1kg/m2),即每公顷(1万m2)每日排放可达10吨。若按平均每日每平方米排放0.5千克即每公顷每日排放5吨计算，则在100天的时间里，3亿亩(0.2亿公顷)的秸秆还田面积共可排放致霾气体(ZMQT)100亿吨。(5×0.2×100=100亿)我国华北地区9月20日左右开始秸秆直接还田，10月1日左右就开始有严重雾霾;东北地区10月10日左右开始秸秆直接还田，10月下旬就开始有严重雾霾!发生严重雾霾的区域和时间与秸秆直接还田的区域时间高度吻合!!

致霾的本质和现象秸秆露天焚烧，向大气中排放烟雾颗粒物污染大气，社会大众和各级政府已充分认识，并采取了严禁焚烧的措施。而目前我国鼓励的秸秆直接还田，其农田污染物的排放具有温和隐蔽性、长期持续性、危害次生性并有“增加土壤有机质”的合理性，因此大家并没有充分认识到其也是秋冬季雾霾的主要元凶之一：①温和隐蔽性。秸秆直接还田的致霾气体(ZMQT)排放，不像工业烟囱排放的烟气、不像秸秆露天焚烧排放的烟雾、不像汽车尾气排放的尾气，这些排放强烈、集中、直观，视觉冲击性强，相反地，秸秆直接还田的致霾气体排放是看不见(隐蔽)的，每天排放不多(温和)的，正因为这种温和隐蔽性才让人们未认识、不重视!②长期持续性。秸秆直接还田的致霾气体排放，从秸秆还田之时开始，一直持续到秸秆全部分解完毕。在华北、东北区域大约需要六个月以上，分解快速期即排放强烈期在始于九月底十月初，终于来年元月上中旬约100天。而此时期正是我国静稳天气多发、秋冬季雾霾严重时期，这不是巧合——在这二百多天的时间里每时每刻都在排放，长时间、大面积的排放，累积起来数量惊人!这些年，我们查遍了工业源排放、生活源排放、也查了农业源排放，唯独没有查“秸秆直接还田的致霾气体”的排放!③危害的次生性。秸秆直接还田排放的致霾气体不是颗粒物而是气体，排放时数量小、看不见。在秋冬季排放，若遇空气静稳而累积起来，与其他工业空气污染物、汽车尾气空气污染物混合，就会凝结成空气悬浮颗粒物，不升不降不解体，致使空气污浊、视距变短、使人如坠地狱，恐慌恐惧!由开始的透明无害的气体，到凝结后才形成霾，所以说它是次生的危害性，是产生(导致)霾的“元凶”之一!为什么在秋冬季我国会突然大尺度地域形成严重雾霾?就是因为我国大面积的推广农作物秸秆粉碎直接还田。2016年秋季农作物秸秆直接还田面积达3亿多亩(0.2亿公顷以上)，其降解(分解)后产生致霾气体的面积广大，在离地面0-300米的空间弥漫。因其开始是透明气体而不是雾霾，所以不引起关注。而一旦条件适合(如逆温、静稳天气)，这些无色气体立即成霾，在三两个小时内突然就填满几百万平方公里范围内的巨大空间——从飞机(6000～10000米)望下看，不见大地城市;从雾霾里望上看，不见天日!这种大面积、大体量、短时间地爆发霾灾，显然是不仅仅是工业污染所能达到的。2016年12月16日，《京华时报》摄影记者潘之望，在北京第一高楼“中国尊”拍摄了北京雾霾形成的多幅照片，从这些照片可以看出，刚才还是秋高气爽、蓝天白云的天气，几乎就在一瞬间被腾起的雾霾吞噬。这些雾霾不是风刮进来的(即不是输入性的)，更像是得到了什么号令(合适的致霾条件)一样，腾地变脸，立即霾锁几千平方公里的大地。

二、碳氮比失衡。作物秸秆的碳氮比较高，超出了微生物生长和活动的最适碳氮比，秸秆还田后过高的碳氮比将在一定时间内影响土壤微生物生长和活动，如果氮肥施用量过小，微生物分解秸秆的作用较弱，将不 利于秸秆的快速腐解与转化，另外，秸秆在腐解过程中 会强烈固定土壤中的有效氮素，在后茬作物生长初期可能发生微生物和作物争夺氮素的情况，不利于作物苗期的生长发育。有研究指出，秸秆还田后导致小 麦减产的原因是秸秆单独还田导致土壤碳氮比失衡。 随着作物产量提高到高产和超高产水平，秸秆生产量增加，长期大量秸秆还田，加之氮肥施用量的不合理，会导致土壤碳氮比失衡现象加重。

三、温室气体排放量增加农田温室气体排放受温度、水分、土壤碳氮比等因素的变化影响较大，因而秸秆还田量和秸秆还田方式对其排放量的影响显著，大量研究表明，秸秆还田显著增加土壤温室气体的排放 量，尤其是甲烷的排放，淹水混施秸秆处理水稻生长期内甲烷平均排放通量显著高于淹水不施秸秆处理，冬季秸秆还田可显著增加冬灌田水稻生长期内的甲烷排放。与秸秆不还田相比，小麦秸秆还田显著增加了土壤的甲烷排放量，但不同秸秆还田方式下其排放量差异显著，秸秆覆盖处理比秸秆均匀翻压混入处理甲烷总排放量减少32%。秸秆还田对N2O 排放的影响结论不一，可能是因为不同秸秆还田条件导致了不同的土壤碳氮比和农田小气候，对硝化和反硝化作用的影响不同。研究表明，与秸秆不还田相比，水稻秸秆覆盖还田处理的N2O 排放量在小麦生长季增加了15%~39%，而秸秆均匀翻压混入还田处理降低了3%~ 18%。

四、后茬作物出苗质量差在秸秆直接还田农田，秸 秆还田质量对整地和出苗质量影响很大，受秸秆的影响，容易出现耕层土壤不实、悬空、漏气、播种过浅或过深、秸秆(或根茬)阻碍、土壤水分不足等现象，影 响 后茬作物的出苗和生长。有研究指出，在华北平原小麦玉米一年两熟保护性耕作条件下，影响小麦出苗率的根本原因与玉米秸秆或根茬有关，秸秆还田在不同程度上降低了小麦出苗率。秸秆还田处理的出苗期比不还田处理相对较晚，出苗质量相对较差，在黄化 和弱苗率上有显著差异。出苗率低、幼苗素质差不仅浪费种子，还将影响最终的作物产量。

五、病虫害加重秸秆还田条件下，后茬作物病虫害多发。首先，一些病菌源和虫卵随秸秆还田在土壤中大量积累，连年的秸秆直接还田，使土壤里积累的病虫越来越多，其次，秸秆还田具有保温、保墒作用，为病 虫繁殖和危害提供了环境条件，从而增加了病虫害大 范围发生的可能。调查分析结果表明，秸秆还田区稻瘟病、鞘腐病、纹枯病的病情指数和发病率均高于对照区，乔玉强等研究指出，秸秆还田提高了小麦赤霉病的病穗率和病情指数。另外，一些病菌源会随着秸秆还田直接侵染后茬作物，出现交互侵染现象，不利于病害的防控和治理。李丽莉等通过田间调查发现，秸秆还田地块的二点委夜蛾被害株率和百株虫量都显著高于对照地块，而且对照田地块药剂处理对二点委夜蛾的防治效果优于秸秆还田地块。此外，还田的秸 秆为地下害虫提供了食料来源，也会造成地下害虫发 生量和危害率的增加。尤其是在免耕秸秆覆盖还田条件下，地下害虫数量增加，危害加大。

六、秸秆直接还田的潜在土壤隐患，秸秆直接还田给农田生态系统带来的负面效应不仅仅是土壤碳氮比失衡、病虫害加重、整地质量差、耕作耗能增加等，这些问题通过一定的农艺和化学技术，可以得到解决或缓减。但令人担忧的是，秸秆全量还田增加土壤的负担，长期的秸秆还田势必将超出土壤本身的承受能力，给土壤埋下潜在的安全隐患。土壤 是农业生产赖以存在和发展的基础和载体，未来粮食 需求的刚性增长和人们生活水平的提高，均需要土壤肥力持续提升和耕地质量稳步提高，然而目前简单的、数量巨大的秸秆直接还田，与此背道而驰。另外值得关注的是，作物秸秆在腐解过程中，特别是在淹水土壤 的厌氧环境中会产生一些低分子量的有机酸等化感物质，这些化感物质会对后茬作物根系和幼苗生长产生不利影响，影响作物生长发育。研究表明，小麦秸秆浸提液和腐解液对水稻均产生化感作用，显著降低水稻种子发芽指数和植株生物量、叶绿素含量以及根系 活力，其作用强度与秸秆腐解方式及腐解时间有关。 虽然在当前秸秆还田量下，产生的化感物质不至于对作物发生大面积毒害作用，但长期的秸秆直接还田将会增加发生危害的可能性。 实践中，秸秆的腐解受土壤水分、温度、碳氮比的 影响很大，一年一熟地区秸秆还田问题并不突出，但在小麦玉米一年两熟制地区，夏玉米季高温多雨，小麦秸秆腐解较快，而在冬小麦季低温干燥，玉米秸秆腐解较慢，研究表明，华北地区至小麦收获为止，玉米秸秆在不同耕作方式下的腐解率为33.7%~43.56%。刘世平等研究指出，在麦稻两熟农田，稻季麦秸还田一季后秸秆残留率有20%~25%，而麦季稻秸还田一季后秸 秆残留率有40%~60%。秸秆在土壤中的腐解和转化 是一个长期的过程，经过一季作物的生长，还田的秸秆腐解率有限，加上现阶段秸秆还田机械对秸秆粉碎不充分，秸秆粉碎过长或者漏切，腐解速率也会受到影响，长此以往，大量未腐解的秸秆在土壤中积累，这无 疑会对农田系统造成威胁，如果未腐解的秸秆累积量 超过了土壤的腐解能力，将严重影响农田的生产能力和农业的可持续发展。

七、解决措施的建议回顾近十几年来，严重雾霾天气不是始于农作物秸秆露天焚烧，而是始于秸秆直接粉碎还田。秸秆露天焚烧始于上世纪90年代，当时并没有发生严重雾霾;而秸秆大规模直接还田在2008年以后，秸秆还田面积越多，雾霾天气时间越长、雾霾严重度(PM2.5浓度)越高。虽然空气污染源有很多，但是我们不得不思考“为什么雾霾越治理越严重”?是不是我们治霾的方向有偏差?我们严打工业污染、机动车限行、停工停课等等，花费的代价不可谓不大，但是却收效甚微、甚至雾霾还更严重!为此，建议国家有关部门停止“农作物秸秆直接粉碎还田”的有关政策，并采取如下措施：

1、将农作物秸秆大部分收集起来。特别是秋季大宗农作物如玉米、水稻的秸秆要做到尽量多的收集起来，不要就地粉碎喷撒田地里。玉米、水稻种植面积大、秸秆产量大并且机械化收获率高，我们采用机械措施、技术措施，在政策支持、金融支持和各级政府的重视下，是可以很快实现“将农作物秸秆大部分收集起来”的良好效果的。2、将收集起来的农作物秸秆中的大部分，制成各种有机肥还田。如：制成牛羊饲料过腹还田、秸秆和人畜粪便混合发酵沼渣沼液还田、秸秆干馏制成活性炭还田、秸秆制成黄腐酸还田、秸秆制成粘胶纤维生产可降解的农用地膜还田等等。在这里需要指出的是秸秆未经处理不是有机肥，我国几千年来提高地力的传统技术是人畜粪便堆沤腐热(发酵)还田、秸秆与人畜粪便混合堆沤还田、秸秆草木灰还田等。当然，农作物秸秆经生物技术处理或工业化处理后还田，耗时费工，提高了还田成本等，有人说秸秆一离田就很难再还田了，比如现在肥效更好的人畜粪便都不能回到田地了，遑论秸秆!现在情况确实如此。但是若在“严重雾霾”和“花些成本探索秸秆工业化生产有机肥还田新模式”之间，我们选择哪个呢?!3、政府有关部门和全社会要转变解决农作物秸秆问题的思路。农业不生产粮食不行，生产粮食就有秸秆问题。全社会都要认识到仅指责、罚款、拘留来强制农民，不如改变思路，为农业提供公共社会化收获服务，为农民解决秸秆出路困难。比如由中央政府主导，各玉米主产大省(区)制订本地《玉米秸秆收储运用规划》，采用PPP模式，由省级政府和专业化的规模化的公司共同建设覆盖全省的玉米秸秆收储运用公共服务网络平台。由过去的政府行政行为转变为公共服务行为，由临时的应急措施转变为长效服务机制，由零星分散的小散乱个体盈利行为转变成专业化、机械化、规模化、集约化的公益化行为。4、在农业现代化的理念下解决农作物秸秆问题。国家强盛、民族复兴，没有农业现代化不行，农业现代化不解决农作物秸秆问题不行!要下决心建设覆盖全国农作物秸秆的收储运用公共服务网络平台，探索中国特色的农业现代化模式。上世纪90年代，我们说秸秆露天焚烧是烧死害虫虫卵、草木灰磷钾肥田;近十几年我们说秸秆粉碎直接还田可以增加土壤有机质提高地力。现在我们认识到了秸秆焚烧污染空气、秸秆直接还田加重了雾霾——这不仅是一个认识的过程，也与当时的农机能力低下有关!目前我国的工业能力增强，农业机械也一定能够将这些海量的秸秆收集起来，经过生物加工或工业加工后再还田。这也是农业现代化的重要组成部分!或许建设覆盖全国农作物秸秆收储运用网络服务平台是实现我国农业现代化的一个重要切入口!5、立即停止玉米秸秆粉碎直接还田。从今年秋季(9月份)开始，将全国(至少是京津冀地区)大部分玉米秸秆收集起来(离田)，严禁直接粉碎还田!大面积开展秋冬季农田(耕地)致霾气体污染物调查并做秸秆还田与不还田的对比试验。我国为了治霾，花费几千亿、(停工)损失几万亿，玉米秸秆离田的费用不用很多，可以由政府和农户分担。2010年至今七年来，我国每年都要发生雾霾天气，有的时段雾霾严重程度令人发指!治理雾霾，关乎人民群众的身体健康、关乎人民群众的幸福指数、关乎国家的科研实力、关乎执政能力、关乎国家形象!因此要严查严禁一切致霾污染源，秸秆粉碎直接还田产生如此巨量的致霾气体(ZMQT)，理当严令禁止!若今年还要继续大面积玉米秸秆粉碎直接还田，秋冬季一定会有更严重的雾霾!使其他的一切治霾措施(如工业停产、汽车限行等)的效果趋于无用;若同时禁止秸秆直接还田三至五年，一定会重现秋高气爽、天高云淡的蔚蓝天空。

来源：捷运环保材料