农作物秸秆不落地收集解决方案探索

魏雨缪（中南大学）

禁止秸秆露天焚烧、推进秸秆综合利用是贯彻国家生态环保、绿色循环发展理念的重要举措，也是各级政府当前面临的艰巨任务，对如何打好农业废弃物防治战、打赢蓝天保卫战，加快建设现代农业循环利用具有重要意义。对提高我国农业资源综合利用、加快农业循环经济和低碳农业发展、培肥地力均有重要作用。

一、我国农作物秸秆现状

我国现有耕地约为18亿亩，按照各农作物播种面积、农作物产量、谷草比估算，每年我国农作物产生的秸秆量约为8.2亿吨。从种植的农作物品种上分：稻草约2.05亿吨，约占25%；麦秸约1.5亿吨，约占18.3%；玉米秸秆约2.65亿吨，约占32.3%；其他豆类秸秆等约2亿吨，约占24.4%。全国13个粮食主产省农作物秸秆约6亿吨，占全国秸秆总量的73.2%，主要分布在辽宁、吉林、黑龙江、内蒙古、河北、河南、湖北、湖南、山东、江苏、安徽、江西、四川等省份，其中河南省、山东省、黑龙江省、河北省分别约为0.84亿吨、0.82亿吨、0.69亿吨、0.62亿吨。按照品种划分：粮食主产省主要农作物秸秆为稻草、麦秸和玉米秸秆，分别约为1.3亿吨、1.3亿吨、2.2亿吨。

二、黑龙江省农作物秸秆综合利用情况

黑龙江省地处东北黑土区核心区域，现有耕地2.39亿亩。自20世纪50年代大规模开垦以来，黑土地给予人类很多回报，粮食产量不断增长，2010年突破1000亿斤。近年来，黑龙江省粮食总产、商品量、调出量稳居全国第一。黑龙江省农作物秸秆资源巨大，综合处理仍未形成产业优势。

多年的“重用轻养”让黑土地不堪重负，黑土层厚度在减小，土壤有机质含量在下降。2016年5月，习近平总书记在黑龙江省考察时强调，“要采取工程、农艺、生物等多种措施，调动农民积极性，共同把黑土地保护好、利用好”。2018年2月9日，在黑龙江省委农村工作会议上，原省委书记张庆伟对黑土保护工作提出更加明确的要求，“要保护好黑土地，综合采用工程、农艺、生物、科技等措施，提高有机质含量，培肥和增强地力，让黑土有机成分不断增加并逐渐接近‘母土’，真正实现藏粮于地、藏粮于技”。黑土保护要求提升有机质也为秸秆综合处理、循环利用提供了生态要求。

三、农作物秸秆处理的主要方式

秸秆综合利用是当前各级政府和企业积极探索的重要工作，目前很多企业都在为秸秆再利用寻找解决方案和出口，大致处理方式为秸秆深加工“5+1”模式，即秸秆“五化”——饲料化、肥料化、能源化、基料化、原料化，以及秸秆还田模式。在所有处理模式下，其中厌氧发酵处理模式具有环保、生态、循环利用等特点，生产的沼气可用于发电、提纯压缩燃气，沼液、沼渣可作为有机肥还田，培肥地力、增加土壤有机质含量。然而，目前秸秆综合处理企业大部分依靠补贴维持，微利运营，主要原因体现在秸秆收集运输成本居高不下，政府补贴没有有效促进秸秆收储的市场化。

四、农作物秸秆传统收储模式

目前农作物秸秆传统收储步骤如下（以东北地区采取联合收割机直接收获为例）。

第一步用联合收割机收获农作物后，秸秆直接抛撒在田间。

第二步用搂草机进行搂草聚拢集条。

第三步用打捆机进行打捆。

第四步用捡拾车装捆转运离田。

第五步用装载叉车装到运输车辆上。

第六步运输到工厂。

第七步用抓捆机卸车码垛，集中存放。

由此可以看出，农作物秸秆收集运输储存至少要经历七个步骤，过程复杂，需要大量的人力和物力，收集成本较高。据了解，此种模式下秸秆的收储成本大约在230元/吨。无论何种秸秆综合利用处理，均受秸秆收集成本的制约，成型的秸秆综合处理厂均在微利运营，社会效益大于经济效益。目前主要依靠政府财政补贴进行维持，因此如何降低秸秆的收集成本成为这类企业持续发展的关键因素。

五、农作物秸秆不落地收集的必要性

当前面临生态环保和雾霾治理形势，禁止农作物秸秆露天焚烧。随着环保意识的增强和生态发展要求，秸秆综合利用项目越来越多，然而秸秆收集和运输是导致此类项目原料成本居高不下的主要因素，目前秸秆综合处理企业大部分依靠补贴维持，微利运营，政府补贴尚未有效促进秸秆收储的市场化。农作物秸秆在传统收集过程中含土量大，使秸秆综合利用企业增加了筛土成本，特别是采用厌氧发酵模式无污染处理工艺更需要增加成本。解决秸秆收集和运输成本成为控制秸秆综合利用项目能否盈利的关键一环。

因此，亟待研发一种能降低秸秆收集和运输成本的新型农业机械，在农作物收获作业期内，随收获随收集，让各作业环节顺畅连接，减少作业时间跨度，保证农作物秸秆综合利用项目的长期稳定发展，为改善环境、共建碧水蓝天提供支撑。

六、农作物秸秆不落地收集的解决方案

本文探索农作物秸秆不落地收集方案，减少秸秆收集中间环节，分析可降低收集成本的控制因素，研究在现实生产中必须保留的生产途径。研究一款可减少秸秆收集反复作业的自动化装置，满足秸秆不落地就可直接收集到运输车上，并将秸秆运送到秸秆综合利用厂。想要打破传统，就不能循规蹈矩，本着不破不立的原则，提出农作物秸秆不落地收储解决方案，核心是减少传统秸秆收储环节，将原来的七个步骤减少到一个步骤，只保留收集运输环节。

本文探索拟采用一种农作物秸秆不落地的收集装置，可实现以下两个主要功能：配套收割机在田间随走随集草和可压缩式自动卸车。装置包括牵引机车和可压缩式集草车厢，牵引机车与可压缩式集草车厢之间设有牵引架，牵引机车通过牵引架实现对可压缩式集草车厢牵引，牵引架的前侧设有喂入传送装置，喂入传送装置的上方连接切碎机，切碎机上方设有碎秸秆吹出装置，碎秸秆吹出装置的底端与切碎机连通，碎秸秆吹出装置的顶部设置在可压缩式集草车厢的上方，秸秆经过切碎吹出，落入可压缩式集草车厢中，减少了传统秸秆收集的中间环节，避免了重复多次的农机作业，有利于保护耕地。同时，通过全自动化作业有效地减少了人力工作，降低了收集和运输成本，适宜在社会上推广使用。

七、农作物秸秆传统收集与不落地收集的对比

目前国内秸秆综合利用都需要在收集过程中采取搂草打包作业方式，按照农作物大类主要分为水田和旱田两大类，旱田主要为玉米秸秆，水田则为水稻秸秆。传统的搂草打包作业存在的弊端行为：一是收集的农作物秸秆含土量大。北方旱田耕作以起垄为主，在搂草过程中会夹杂大量泥土，在天气较旱的情况下，搂草会把土块夹杂在玉米秸秆中，如果在阴雨天气条件下，玉米秸秆则粘有大量泥土，在打包成捆时便将泥土一起打包，不仅会带走土壤，还要为下一步秸秆处理增设清土工艺，增加了秸秆综合利用成本。二是收集机械马力大或自重大会轧坏水田。对水田来讲，传统的秸秆收集打包作业要想提高作业效率，基本是打大圆捆或大方包，打包机需要的扭矩大，所以配套的动力机车一般需要大马力拖拉机，而大马力机车自重大，特别是秋季雨天较多，水田不干燥，作业过程中会轧出深深的车辙，不利于秋天翻地，也会将水田的池埂轧坏，无形中增加了第二年修筑田埂的工作量。三是装载和运输机械均为重型机车不利于地力保护。农作物秸秆打包后，每捆重量可达250公斤或更大，人工无法实现装车，必须由装载叉车完成作业，同时为了提高运输效率，传统运输基本由大型挂车承担，不论是旱田还是水田，装载运输都需要重型车辆在田间作业，不仅会导致土壤耕作层受到破坏，也会造成土壤板结。

本文提出的农作物秸秆不落地收集方案是通过对现有收割机加装秸秆不落地集草装置，将秸秆直接收集到运输车厢，运送到工厂后自动卸车，减少了收集的中间环节，降低了成本，避免重复多次的农机作业，其优势为：一是在农作物秸秆收集过程中不落地不仅省去了搂草打包环节，同时因秸秆不在土地上二次停留，不会含土。二是跟随收割机灵活收集，不利用大马力机车，没有大型机械进地作业，不会轧坏耕作层。三是省去了装载车和大型运输车的作业环节，有利于保护耕地。

因此农作物秸秆不落地收集方案能够解决传统秸秆收集中存在的弊端，让秸秆综合利用项目向更深远发展，同时改善了环境，避免焚烧秸秆带来的环境污染，解决了现有传统秸秆收集成本高的问题。

八、效益估算

采用本文提出的农作物秸秆不落地收集方案，秸秆收储成本可由230元/吨降低到80元/吨（拖拉机牵引集草按10元计算，道路运输费按70元估算），成本远远低于传统收储方式。按照单个秸秆综合利用项目需求8万吨秸秆测算，一个项目即可增加效益1200万元。另外，从投入的秸秆收储机械分析，现有传统收储模式一台（套）秸秆收集机械设备至少要投入33万元，其中搂草机3万元、打捆机10万元、离田集草转运车10万元、装载叉车10万元，而秸秆不落地收集装置将大幅减少机械设备投资。

九、发展空间

黑龙江垦区2018年农作物总播种面积4339.5万亩，其中水稻2336.8万亩、玉米1062.9万亩、大豆818.9万亩、小麦11.3万亩、杂粮51.6万亩、薯类20.2万亩，每年产生的秸秆量近2000万吨，市场空间极大，利用3～5年时间探索出完善的打破传统的秸秆收储模式，引领农作物秸秆收储行业，提高秸秆收集效率，为农作物收获和耕地轮作争抢农时，继而推广全国。