石杨 引起病害的秸秆是“害”还是 “宝”

近日，本站以“山东:小麦茎基腐病已超1200万亩，粮食安全严重”为题报道了山东秸秆还田引发大面积病害的消息，山东省农业厅相关部门也提出了秸秆还田的相关建议，以减少病虫害的发生。

既然秸秆还田有这么多问题，为什么还要这样对待秸秆呢？不是有更合理的处理稻草的方法吗？要回答这个问题，要从人类社会和农业的发展入手。

人类农业不同发展阶段的秸秆处理方法

农作物秸秆是指收获后留下的茎、叶等部分。人们对待秸秆的方式反映了人类社会和农业制度的发展变化。

说起原始农业，人们可能首先想到的一个词就是“刀耕火种”，指的是几千年前人们在荒地上烧掉植物残体再播种的迁徙农业生产方式。那时候人们种了一季后会在另一个地方烧播，下一季再在另一个地方继续。用火焚烧后形成的“草木灰”富含钾等无机元素，不仅是优质肥料，在医疗技术匮乏、落后的时代，还可以用来消炎止血。在此期间，农作物秸秆是燃料、肥料和医疗资源。

然而，由于这一时期生产力低下，农业能够维持的人口远远低于现代社会。农业产生的秸秆量少，焚烧秸秆产生的温室气体和固体颗粒对空气体和生态的影响似乎不是大问题。然而，现代学者的研究表明，燃烧荒地几千年产生的二氧化碳也会对气候产生影响，甚至可能持续到现在。

为什么稻草不能烧？

社会发展初期，由于耕作技术不发达，秸秆产量较少。然而，稻草可以用来做草鞋，处理后喂马，加热房屋，所以供应短缺。但在1990年前后，随着我国时代和农业技术的发展，农作物产量大增，秸秆量猛增，导致供过于求。虽然仍有少量的秸秆用作饲料或工业用途，但大量的秸秆堆积在农田里，而焚烧似乎是解决这一问题最便捷的手段，于是打开了一个神奇的盒子。

2014年5月27日晚，江苏无锡空燃气突然恶化，市内出现大量雾霾，导致空燃气能见度下降。接下来的几个小时，无锡空气体质量上升到严重污染水平，AQI数据甚至超过500，而低于50为正常值。

2015年10月、11月秋收后，黑龙江农民就地焚烧大量秸秆，造成11月1日-4日重污染天气，特别是11月4日污染物浓度严重超标，PM 2.5高达647.8μg/m3。此外，南京、大连、辽宁等地也出现了秸秆焚烧导致空气体质量突然恶化的情况。

2015年11月3日，吉林部分地区仍有露天焚烧秸秆的现象

而且燃烧不仅带来空气体污染，还会造成人员伤亡和财产损失。例如，2015年6月9日，日照高速公路被秸秆焚烧产生的烟雾笼罩，导致多人在一系列车祸中受伤。2011年6月13日，钟某某在南通某处自家麦田焚烧秸秆，导致上身。不幸的是，他被烧伤，获救后死亡。2019年4月，沈阳棋盘山发生火灾，全省消防救援、公安民警、武警官兵7000余人紧急出动。800多辆消防车和救援车迅速上了线，许多救援直升机和无人机被用来帮助灭火。

科学研究表明，在露天焚烧秸秆首先会产生大量的二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮和烟雾等有害气体。这些有毒气体还会引起咳嗽、流泪、胸闷，甚至诱发支气管炎等疾病，对老人和儿童的影响更大。春秋季节焚烧秸秆导致空燃气质量“失控”的新闻经常见诸报端。

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，从开源的角度解决问题，我国在1996年提出了秸秆还田政策。

秸秆中含有大量的干物质、氮、磷、钾等植物养分。秸秆还田不仅可以解决焚烧带来的环境污染，还可以促进农作物的生长。因此，秸秆还田对农民来说是一种经济实用的处理方案。在此基础上，开发了秸秆直接还田、机械粉碎还田、发酵催熟还田等一系列技术。

然而，稻草的产量毕竟太多了。大量秸秆还田后，会导致土壤受损，农作物减产。

首先是秸秆还田对土壤的影响。当过量的秸秆碎片被埋在土壤中时，分解速度会变慢，不能很快分解成作物可以利用的形式。春耕到来时，秸秆还没有完全降解，大量秸秆降解微生物依然存在，与作物争夺氮素，导致作物缺氮减产。

徐国伟等人的试验表明，随着麦秸还田量的增加，水稻产量先增后减。秸秆还田量为6吨/公顷时，水稻产量增加17.9%，而高秸秆还田量显著降低结实率，导致产量下降4.2%。

大量的秸秆碎片还会导致土壤结构松散，土与土之间的空隙较大。这种松散的结构无法支撑作物，导致作物容易倒伏，也影响作物产量。

其次，秸秆还田导致病虫害增多。通常作物生长过程中会有各种害虫和病原微生物，但秸秆被粉碎或分解不完全，难以清除秸秆中的幼虫卵和病菌。返田后埋在土壤中，为害虫提供良好的越冬环境，引发病虫害，影响作物生长。

经等调查，豫163水稻叶枯病、穗颈瘟、叶鞘腐病和纹枯病的发病率分别为99.1%和86.6%、87.7%和78.8%、39.5%和26.8%、82.9%和0。此外，携带病稻秸秆和未熟病稻秸秆直接还田，复种水稻第二年发生各种病害的概率和比例较高。调查显示，在南阳、河南、淮北、安徽、徐州、江苏等地，只要秸秆还田，病虫害就高，导致农作物减产30%左右。

除直接焚烧外的秸秆处理技术

焚烧秸秆不仅破坏环境，还危害人民健康，而秸秆直接还田破坏土壤，影响农作物生产。那么除了秸秆直接还田，还有没有更合理的处理方式呢？带着这个问题，全世界的科学家也在探索不同的解决方案，寻找一些方法。

1)国内外秸秆处理技术

仅在2013年，意大利的一家工厂就生产了7500万升乙醇，成为当时世界上最大的先进生物燃料炼油厂，而巴西的一家乙醇工厂在2014年投产后，年产能将达到8300万升。

除了用作生物燃料的原料，秸秆还可以用来发电。丹麦最大的发电站Avedø re自2001年以来一直使用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Avedø re电站世界是最高效的火力发电厂之一

以中国为例，安徽的发电厂利用秸秆发电，山东利用秸秆作为造纸原料，包括江苏连云港在内的很多地方都利用秸秆作为食用菌栽培的基质。一些企业还利用秸秆作为青贮饲料的原料，或者将秸秆和畜禽粪便一起发酵，变成沼气和固体有机肥，这也适合我国农村地区。

2)当前前沿研究

如前所述，目前秸秆剩余的解决方案主要是结合不同的生物方法，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。然而，如何更快地降解可生物降解有机物仍然存在问题。

虽然为了加快秸秆生物处理的反应时间，人们开发了一种化学-生物一体化的方法，利用酸/碱和微生物处理秸秆，从而缩短了处理时间。但化学品的添加与生态环境保护理念相悖，在实际应用中仍受到限制。

鉴于这种情况，研究人员最近正在开发一种集成的微生物降解-酶水解工艺。该工艺由于微生物和酶的协同降解，可以有效提高秸秆中木质纤维素的糖化效率。据悉，从糖液到沼气的总处理时间只有3-5天左右，沼气产量高达320升/公斤糖，相当于理论转化效率的91.5%。被认为是一种很有前途的秸秆无害化资源

该技术的另一个优点是可以从废弃秸秆中提取微生物降解-酶解过程中使用的酶，进一步提高了其工程可行性和经济性，为未来秸秆管理向全球循环经济发展提供了一条有前途的途径。

作者所在的研究团队正在尝试对牛瘤胃中与木质素和纤维素降解相关的微生物进行鉴定、分离和驯化，分离筛选木质素和纤维素降解效率高的微生物和高活性酶，并将其应用于废弃秸秆的资源化利用。

作者从屠宰场的牛瘤胃中取样

作者在酵母中表达了瘤胃微生物的相关基因。图为酵母培养物

3)秸秆资源化面临的挑战

秸秆综合高效利用是农业发展和环境保护的必然要求。然而，秸秆利用技术还有待完善和提高，秸秆资源产业仍处于小规模、低产业化的状态。关键技术问题是可生物降解纤维素的整体效率和效益较低。尽管上述提出的微生物降解和酶水解的综合方法可能为未来的秸秆管理提供新的思路，但未来一年仍存在一些技术限制和困难。在实际处理中，如预处理时间长、处理速度慢、碳水化合物损失大等。仍是亟待解决的技术难题。

就秸秆回收行业而言，直接焚烧已被国家明令禁止，禁令整体落实基本到位。面对大量秸秆，直接还田是目前最简单、成本最低、技术要求最低的方式。无论是用于生产生物燃料、火力发电、饲料还是生物发酵，在技术要求、投入成本以及原料、生产和市场需求的协调等方面都有较高的要求。比如秸秆多产自各种农户，数量和质量不稳定、不一致，不利于产业化发展。但利用新技术进行秸秆资源化处理，技术要求高、投资大，相关企业进入和发展难度加大。

因此，如何实现秸秆的“绿色”高效利用，既需要相关科研机构的积极参与和相关企业的大力投入，也需要各级政府部门对相关技术的鼓励，对相关企业给予一定的支持和政策倾斜，并结合各地的优势和特点，大力引导整个秸秆处理从粗放低效模式向高效高产产业化模式转变。

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