寒地农业废弃物资源化利用研究进展

摘要 农业废弃物资源化利用是将大量农业废弃物转化为可用资源与可再生资源。近年来，随着东北地区农业和养殖业生产的不断提高，大量农业废弃物和畜禽粪便对农业环境的污染问题日益凸显，因此农业废弃物的资源化利用是环境保护和农业发展的重要环节，充分挖掘农业废弃物资源的利用价值，对寒地农业可持续发展具有重要意义。综合阐述了寒地农业废弃物资源化利用的现状及存在的问题，包括农业废弃物的主要来源、特性、危害和资源化利用途径方式，对于资源化利用的影响因素及目前存在的问题，提出合理的建议和展望，旨在为保护农业生态环境，加强农业废弃物资源化利用规划提供理论参考依据，为农业废弃物资源化利用提供更加全面的基础信息。

关键词 寒地；农业废弃物;秸秆;畜禽粪便;资源化利用

中图分类号 X71  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2024）14-0011-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.14.003

Research Progress on Resource Utilization of Agricultural Waste in Cold Regions

ZOU Yu，ZHANG Xu，XING Si-wen et al

（College of Biology and Agriculture，Jiamusi University，Jiamusi，Heilongjiang 154007）

Abstract Agricultural waste resource utilization is to transform a large amount of agricultural waste into available resources and renewable resources.In recent years， with the continuous improvement of northeast agricultural and aquaculture production， pollution of agricultural environment caused by a large amount of agricultural waste and livestock manure is becoming increasingly prominent， so agricultural waste resource utilization is an important link of environmental protection and agricultural development， fully exploring the utilization value of agricultural waste resources is of great significance to the cold region agricultural sustainable development.This paper expounds the present situation and existing problems of agricultural waste resource utilization in cold region， including the main source of agricultural waste， characteristics， hazards and resource utilization way， for the influencing factors of resource utilization and existing problems， put forward reasonable suggestions and prospects， aims to provide theoretical reference basis for protecting the agricultural ecological environment， strengthening agricultural waste resource utilization and planning， to provide a more comprehensive basic information for agricultural waste resource utilization.

Key words Cold region;Agricultural waste;Straw;Livestock and poultry manure;Resource utilization

基金项目 黑龙江省教育厅基本科研业务费基础研究项目（2019-KYYWF-1403）。

作者简介 邹玉（1991—），女，黑龙江佳木斯人，助理实验师，硕士，从事生物学研究。*通信作者，副教授，硕士，从事生物学研究。

收稿日期 2023-08-31

农业废弃物资源化利用有助于减少环境污染问题，是处理农业废弃物最有效的方法之一［1］。农业废弃物主要包括秸秆废弃物、畜禽粪便和农产品加工废弃物［2-4］。目前，我国农业废弃物产量巨大，且综合利用率普遍不高，其中可收集农作物秸秆量近9亿t/a，畜禽粪便排放量约38亿t/a［2，5-6］。农业废弃物主要含有无机盐、水、有机物和作物生长发育必需的营养元素，是一种可再生生物质资源。在农业生产中具有很高的应用价值［5，7-10］。

寒地主要指我国东北三省地区，随着东北地区农业和畜禽养殖业的快速发展，大量的农作物秸秆和畜禽粪便残余成为农业废弃物，秸秆直接焚烧和畜禽粪便随处排泄成为普遍的处理方式，严重威胁着生态环境和农业生产安全，是农业面的重要污染源之一［11-12］。由于寒地冬季低温期长，不仅影响秸秆腐熟速率，导致作物秸秆的还田效果不佳，不利于秸秆资源的再利用，而且还增加了畜禽粪便的储存时间、场地和人工成本，这些因素都不利于农业废弃物资源化技术的应用。因此急需研究适配寒地的应用模式与技术，实现农业废弃物资源化利用的有效转化，对控制环境污染具有重要意义［13-14］。

近年来，国内外有关农业废弃物资源化利用的研究更加深入，包括农业废弃物气化技术、液化技术、固化技术、发电技术、生物质成型燃料技术等新型技术［1］。但随着东北地区的农业快速发展，造成不同地区的种植和养殖情况存在明显差异，直接影响农业资源化利用工作的开展，农业废弃物处理不当不仅会造成环境污染，还会浪费大量宝贵的生物质资源［15］。由此，笔者结合相关文献研究，综述了寒地农业废弃物资源化利用的主要途径，重点对其综合利用技术的现状进行分析，并对农业废弃物资源化利用存在的主要问题进行探讨，有针对性地归纳总结寒地配套模式的相关政策，提出合理的建议，以期为未来寒地农业废弃物的应用与发展提供基础理论依据。

1 农业废弃物概况

1.1 农业废弃物的主要来源及特性

农业废弃物是指在农业种植和畜禽养殖过程中产生的废物［14，16］。我国的农业废弃物量产量巨大，据估算，每年畜禽粪便38亿t，综合利用率不足60%，秸秆年产量近9亿t，未使用秸秆约2亿t［5，17-18］。我国农作物秸秆种类包括玉米秸秆、稻草秸秆、麦秆、棉秆和油料作物秸秆等，其中以玉米、水稻、小麦为主，玉米秸秆产量约3.4亿t、稻谷秸秆约2.6亿t、麦秆约1.9亿t［19-20］。秸秆富含多种营养物质，可作为作物生长所需的肥料，其有机含量与粗蛋白含量分别达90%和40%，而禾本科秸秆粗蛋白含量则达12.10%，是一种可再利用的生物质资源［21-22］。

畜禽粪便也称为畜禽排泄物，是一种半固态废弃物，其主要包括畜禽养殖业产生的猪、牛、羊、鸡、鸭、鹅等动物粪便，每年产生超过11亿t的牲畜粪便，主要来源于奶牛场和养猪场，随着我国畜牧养殖业的养殖方式转变，畜牧业产量提高了13.3%［1，23］。据统计我国畜禽出栏量大幅增加，总产值超过4万亿元［17，24］。畜禽粪便中还含有氨气和硫化氢等有毒气体、毒物和细菌等病原微生物、悬浮固体、沉积物等物质［25］。相关数据显示，畜禽养殖业的污染程度已超过工业和生活污染，是影响农业生态环境的主要源头之一［17］。畜禽粪便中的有害物质会沿着地表水流入地下水源，当重金属和抗生素渗透到土壤和地表水中时，难以治理和恢复，同时粪污产生的有害气体对畜禽本身危害极大，严重威胁了人类健康和生态系统的安全［5，26］。

目前，我国政府对农业废弃物利用十分重视，将秸秆和畜禽粪便用分为饲料化、肥料化、能源化和材料化4个方向，其中高附加值产品转化、生物质能源开发的技术领域取得显著成效［2，22，27］。秸秆富含木质纤维素不仅作为生物燃料，还能为生物能源的持续发展提供动力，以缓解燃料短缺和气候变化问题［16］。秸秆作为生物燃料广泛应用于集中式和分布式热电厂，其中热解和生物燃料生产技术，为秸秆和其他可再生能源在未来的能源供应中提供了新的视野。因此，促进农业废弃物资源化的充分利用，对于提高农业生产效益和发展循环经济具有积极意义。

1.2 农业废弃物的分类

依据《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》，按照来源对其进行合理分类，初步了解农业废物的主要类型，有助于管理和处置农业废弃物［28］。按照类型将农业固体废物分为农作物秸秆、畜禽粪便、尾菜、农膜包装物四大类，结合不同类型的农业固体废物的特性，对其处理方法与应用效果进行了总结，具体内容见表1。

2 农业废弃物危害

2.1 对土壤的危害

近年来，世界各地农业废弃物的数量每年以5%～10%的速度增加，而绝大多数农业废弃物被焚烧或掩埋在土壤中，导致水和土壤都会受到污染［16，37］。作物秸秆直接烧毁的处理方式，严重破坏土壤环境和结构，会导致农田土质下降，秸秆超量还田还会造成土壤板结［38］。秸秆焚烧还会引起土壤真菌数量增加，土传病害现象逐渐增多，不利于作物的生长发育，影响作物产量［39］。而畜禽粪便中含有大量的重金属元素、抗生素、病原微生物、病虫卵等有害物质，如未经无害化处理的畜禽粪便直接还田，则会导致农田抗生素沉积和重金属超标，还会引起大量致病菌的繁殖扩增，随着时间的增加在农田中逐渐蔓延，增加畜禽患病的风险，威胁农业生态环境的平衡［14，40］。

2.2 对水体的危害

堆放的秸秆不及时处置，时间越长秸秆霉烂越快，随着雨季降水，部分有害物质随着农田径流进入河流和地下水，会引起水体富营养化，硝态氮和磷营养盐含量大幅增加，造成水体污染［41-42］。而农业废弃物对水体的危害主要来源畜禽养殖业，近年来畜禽粪便污染水体环境的现象也越发严重，这些粪污的主要来源于规模化畜禽养殖场，大量畜禽粪便在堆放过程中，经雨水冲淋后有害物质会沿着地表水流入地下水源，当重金属和抗生素渗透到土壤和地表水中时，难以治理和恢复，长时间会导致水体发臭、水生动物植物死亡，同时粪污产生的有害气体对畜禽本身危害极大，严重影响生态系统的安全［5，26］。畜禽粪便也是变质水体中氮和致病菌的主要来源，大量的氮积累使水体富营养化，为大量的蚊蝇虫卵提供繁殖产所［43-44］。

2.3 对空气的危害

焚烧秸秆会产生大量有害气体和烟尘，是我国空气颗粒物的重要来源，大气颗粒物可吸附大气中的SO2、NOX等有毒有害气体，加剧雾的形成，是引起雾霾天气的原因之一，严重污染空气环境和影响人类呼吸健康［45］。由于我国农作物大面积种植、秸秆集中收割、回收利用率低，大部分农作物秸秆露天焚烧，这就会导致周围城市空气中PM2.5浓度增加，如河北的秸秆焚烧对北京、天津的PM2.5浓度均可提高20%以上，极易促成雾霾天气的发生［45-46］。对畜禽粪便堆肥过程中大气污染物的排放特性研究分析发现，在堆肥过程中会产生温室气体和恶臭气体，产生有害气体的主要因素包括原料及处理方法，其中CH4、NH3、N2O是主要大气污染物［14，47］。

3 寒地农业废弃物资源化利用