面向温室气体减排的中国秸秆利用优化研究

秸秆利用方式（田间焚烧、秸秆还田和生物质能）的改变直接关系到农村能源利用结构、农田生态系统碳氮循环和相关温室气体排放以及土壤质量。目前我国每年有大量秸秆在田间被直接焚烧，造成大量温室气体排放、环境污染和资源浪费，同时破坏了农田生态系统养分循环。本研究拟选取秸秆田间焚烧、秸秆还田、用作生物质能（直接用作燃料、秸秆气化、秸秆固化和秸秆发电）等秸秆利用方式，通过数据收集、实地调查以及实验分析相结合的方法，分析不同秸秆利用方式的温室气体排放-减排-固持量，结合生物地球化学循环过程模型（DNDC）和自主开发的"秸秆还田-焚烧"模型（SRBM），构建优化秸秆利用的温室气体净减排模型，并根据农村的实际情况提出有效的管理措施，提出我国不同地区最优秸秆利用模式及其温室气体净减排潜力，以期为我国温室气体减排目标的实现和农村秸秆资源的管理提供科学依据。

采用农田管理措施问卷调查，文献调研和Meta分析等方法，本项目调查了我国各地区秸秆资源量及其利用现状，得出了秸秆还田、焚烧和用于生物质能源（家庭燃料、压块燃料和直燃发电）涉及的非CO2温室气体（GHG）排放、额外化石燃料消耗GHG排放、化石燃料替代减排以及土壤固碳这四类过程的GHG排放-减排-固持相关参数，采用作物增产、秸秆还田油料消耗和农民支出的碳收支-经济耦合关系，建立了优化秸秆利用的温室气体净减排（及经济可行性）评估模型。模型结果和可行性分析表明：当前我国主要农作物（水稻、小麦、玉米等9种作物）秸秆总量达到7.78亿吨，其中秸秆还田2.97亿吨，田间焚烧2.04亿吨，用于燃料1.34亿吨，其余部分包括饲料和收集用作工业等。在当前用于农民家庭燃料的秸秆在推广秸秆成形燃料，省柴灶全面推广，和以上两条件同时存在时将实现GHG减排8.69 TgCe/yr, 12.17TgCe/yr和16.31 TgCe/yr。而将当前田间焚烧的秸秆全部制成压块燃料可替代1.44亿吨煤炭，并具有63.01 TgCe/yr的净减排潜力。当前焚烧的秸秆用于直燃发电的GHG净减排潜力为30.25TgCe/yr，每吨当前田间焚烧的秸秆用于直燃发电，都可获得149 (139~164) kgCe/yr的减排效果。秸秆还田在我国农田具有可观的固碳能力，固碳速率可达656(107~848)kgC/ha/yr。但秸秆还田引起的稻田甲烷排放增加等泄漏因素，基本上抵消了全部土壤固碳，将当前焚烧的秸秆还田在全国尺度上没有明显温室气体减排，南方13省份秸秆还田将导致更多GHG排放，而在其余省份秸秆还田的净减排潜力为6.69TgCe/yr。然而，在这些省份推广秸秆还田需要农民支付94.8亿元还田费用，在大部分省份超过了秸秆还田的收益，经济可行性值得商榷，仅黑龙江、河南两省可行，净减排潜力2.53TgCe/yr。当前田间焚烧的秸秆造成的大气污染物排放（PM、SO2、NOx等）541万吨，推广秸秆还田和生物质能利用有利于污染物减排或避免农忙时节集中排放，有助于雾霾等污染事件的治理和控制。此外，项目还分析了秸秆还田后病虫害对固碳效果的抵消作用。研究结果可为我国不同地区通过优化秸秆资源利用方式开展节能减排，有针对性地推广秸秆还田和高效生物质能源提供科学依据和决策支持。本项目同时建议进一步研究秸秆相关的生态补偿和碳交易政策