加利福尼亞州水稻秸稈禁燒的成功經驗

和玉米大豆比起來水稻是美國的“小作物”了。 2019年美國水稻種植面積大約1800萬畝。美國從事水稻生產的約有1.5萬人，平均每人種植1300多畝水稻。人均這么大的種植面積，他們是怎么處理水稻秸稈的?要知道美國在1990年前幾乎所有的水稻秸稈也是被焚燒掉的。而且以前農場主也普遍認為秸稈焚燒益處多多。到今天美國一些水稻生產州也還沒有完全杜絕焚燒水稻秸稈的行為。但是在日益增加的環(huán)保壓力下，他們如何解決這個難題的呢?

首先大致了解一下美國水稻種植的基本情況。美國水稻主產區(qū)有南方和加州兩個產區(qū)。南方產區(qū)是個跨越阿肯色、密蘇里、路易斯安那、得克薩斯和密西西比等五個州的狹長地帶，其水稻種植面積占全美的83%，其中阿肯色州是美國水稻種植州之王，一個州的種植面積就占了全美的49%。加州產區(qū)排名第二，占全美水稻種植面積的17%。

美國2019年水稻種植面積

美國的水稻生產具有大面積、高成本、高產量、高補貼、高出口的特點。水稻種植主要集中在一些大型的農場中，從事水稻種植的人員少，戶均生產面積大，機械化程度高，勞動生產效率高，水稻產量高。

1988-2018年美國水稻的平均產量變化圖

美國水稻栽培始于17世紀，只有300多年歷史，但水稻育種頗有成就。令人刮目相看的是，美國竟然是全球水稻單產最高的國家，達到8.48噸/公頃，比第二的中國高出23.6%。1980年，雜交水稻作為我國第一個農業(yè)技術轉讓給美國，成功對美國實現(xiàn)技術輸出，美國每年需提供數(shù)百萬美元用于使用中國的雜交水稻技術。但之后一直到2017年，美國水稻單產幾乎一直高于中國。以1998年為分界點，之前是差距縮小，之后是差距變大，并在2001年美中水稻單產差異超過66公斤/畝，2013年差異高達126公斤/畝，近兩年在100公斤/畝左右。對比之下，中國的水稻種植在面積上占有先天優(yōu)勢，然而單產相差甚遠。

1980-2017年中國和美國水稻單產走勢圖

究其原因，美國水稻主產區(qū)水土優(yōu)越，農業(yè)機械化水平高，采用大規(guī)模的旱地直播技術進行生產，且很都與大豆實行輪作，品種豐富，有利于稻谷生產。

美國還是世界上第五大水稻出口國，是除東南亞國家以外最大的大米出口國，在國際稻米市場具有重要的地位。主要出口市場是東北亞、中東(包括地中海東部)、加勒比海地區(qū)、撒哈拉地區(qū)、加拿大。盡管美國只生產世界上2%的大米，但其大米交易卻占全球的近10%。

加利福利亞一家水稻農場俯視圖， 水稻田按照等高線筑埂

切入正題，人均1300多畝的水稻田面積，美國農場是怎么處理水稻秸稈的呢?在上世紀九十年代以前幾乎所有美國稻農在收獲后都會焚燒水稻秸稈。農場主認為這是必要的，因為冬季的低溫會抑制秸稈的分解，留在地里的任何物質都會成為病菌的溫床，從而降低下一季作物的產量。但是隨著民眾對空氣污染擔憂不斷增加，在環(huán)保壓力之下美國各州紛紛出臺了禁止或減少水稻秸稈焚燒的法規(guī)。各州的法規(guī)有所差異，到現(xiàn)在為止美國水稻主要的種植區(qū)也還沒能實現(xiàn)百分百禁燒。在全美控制水稻秸稈焚燒做的最成功的當屬西部的加利福利亞州了。

2017年10月阿肯色州奧西奧拉地區(qū)(Osceola)，水稻秸稈被焚燒以幫助清理田地。在阿肯色州田間焚燒水稻秸稈還是合法的，農民不需要許可證。圖片來源：https://www.arkansaspublicmedia.org/post/fields-burn-and-tempers-flare-harvest-fires-set-health-concerns-complaints

然而，在加利福尼亞州的秸稈禁燒的法律最嚴格，稻農必須遵守1991年的康納利-阿雷利亞-錢德勒減少水稻秸稈焚燒法案(Connelly-Areias-Chandler Rice Straw Burning Reduction Act of 1991)。從2000年起加州逐步淘汰了露天焚燒水稻秸稈的做法。該州的立法是多項投訴的結果，其中包括許多兒科醫(yī)生對秋季煙霧造成相關健康問題的投訴。薩克拉門托山谷是水稻的主要種植地，特殊的地形造成它很容易受到秋季天氣變化的影響，煙霧易停留在較低的大氣層中不易擴散。(小編想加州水稻秸稈禁燒實施成功是不是和人口密度高、投訴多有關。而其它州地廣人稀，投訴少政策就松)

加州1991年的法案要求從1992年開始，在十年內逐步減少薩克拉門托山谷的水稻秸稈焚燒。加州水稻種植總面積大約50萬英畝(300萬畝)，自2001年9月以來，有條件的水稻秸稈焚燒許可計劃將水稻秸稈焚燒限制在個人種植面積的25%以內，薩克拉門托山谷盆地的水稻秸稈焚燒面積不超過12.5萬英畝(75萬畝)。最初，只允許為了控制病蟲害而焚燒秸稈，這需要農場證明稻田存在嚴重的疾病，以便獲得有條件的水稻秸稈焚燒許可證。然而，在百分百的稻田始終被發(fā)現(xiàn)有“嚴重”的病蟲害后，這一要求被取消了。

在任何焚燒秸稈的地方，農場主必須證明焚燒的秸稈數(shù)量在法律允許的范圍內，并且已獲得所有必要的許可證。焚燒水稻秸稈被認為是一種偶爾會發(fā)生的活動，是病害蟲管理戰(zhàn)略。此外，應該指出的是，焚燒水稻秸稈不是一項獲批準的項目活動。雖然增加焚燒稻草可以減少甲烷的排放，但在本議定書下，即使在法律允許增加焚燒水稻秸稈的情況下，這也不是一項合格的活動。

該法案規(guī)定了農民焚燒水稻秸稈的條件，比如哪些病蟲害可允許焚燒，以及規(guī)定焚燒秸稈是必須有良好的氣象條件不會產生殘留煙霧。政策要求農業(yè)生產者必須提前獲得焚燒許可，限制允許焚燒的天數(shù)，并規(guī)定了須在焚燒前將秸稈晾干的具體天數(shù)。

現(xiàn)如今，替代焚燒的水稻秸稈處理方法主要有三種：一是收獲后打茬耙混后放水淹沒稻田過冬，二是收獲后打茬耙混后直接旱地過冬，三是秸稈打包離田。

普遍的做法是收獲水稻后用打茬機加將水稻秸稈焚燒，而后用液壓重耙進一步將秸稈和土壤碎混，隨后放水淹沒農田過冬。

第一種水淹稻田過冬的方法政府最為支持也最環(huán)保，因為這為200多種野生動物提供了濕地作為棲息地，有利于自然保護。由于加州水鳥棲息地干涸，環(huán)保組織和稻農合作，在加州稻田提供水鳥棲息地接近50萬英畝。美國農業(yè)部自然資源保護服務處每年提供700萬美元以上的補貼，幫助農民一起承擔成本，用于保證水稻的生長與水鳥的需求。根據位置和土壤類型等因素的不同，參與活動的稻農將收到每英畝5-100美元的資金補貼。

加利福利亞水稻是保護野生動物的環(huán)保作物

事實上，加州大部分水稻田現(xiàn)在被水淹沒過冬，這種做法還可促進水稻秸稈腐爛降解，是主要的替代秸稈焚燒的處理方法。冬季被水淹沒的稻田已經成為每年秋冬季數(shù)百萬太平洋遷徙飛行路線上的水鳥的重要棲息地。

加州水稻產業(yè)委員會公布的數(shù)據：加州稻田里5英寸高的水就可以生產價值18億美元的水稻以及養(yǎng)活價值20億美元的野生動物，可謂一舉兩得!

這些被淹沒的棲息地也會排放甲烷，這是一種強效的溫室氣體(GHG)。加利福尼亞的水稻種植每英畝排放約3噸溫室氣體(二氧化碳當量)。但是這不到加利福尼亞州每年排放的溫室氣體排放量的百分之一。即便如此，加州水稻產業(yè)委員會正在與加州空氣資源委員會以及環(huán)境保護基金合作，采用”自我水稻協(xié)議”(voluntary rice protocol)來鼓勵減少水稻生產中甲烷排放的做法?？諝赓Y源委員會于2015年初采用了該做法，加州水稻產業(yè)委員會開始努力推廣讓農場獲得更多溫室氣體減排信用額的機會。

為了幫助恢復鮭魚種群的環(huán)境，前幾年加州水稻產業(yè)委員會組織了一個由科學家、水稻種植者和項目資助者組成的強大聯(lián)盟。他們耗資140萬美元進行的試驗項目將測試和改進水稻種植方法，為魚類提供棲息地和食物。該項目的目標是將以前在冬季水淹的稻田中養(yǎng)殖鮭魚的試驗改進為標準化養(yǎng)殖管理，期待著通過使用“替代濕地”來幫助增加薩克拉門托山谷的魚類，保護魚類遺產。

這是加州水稻產業(yè)聯(lián)盟設計的稻田改造方案圖，鋪設特殊的專門用于讓魚類輕松進出稻田的溝渠和管道。

當1991年《水稻秸稈焚燒減少法》通過時，加州政府官員曾希望開發(fā)一個水稻秸稈市場，以抵消生產成本。加州政府還建立了網站信息平臺，幫助秸稈需求企業(yè)和水稻農場進行買賣水稻秸稈。然而，由于水稻秸稈離田回收相關的成本較高，這個市場到現(xiàn)在還沒有實現(xiàn)成功運營。水稻秸稈碎混全量直接還田還是主流秸稈處理方式。

此外，加州農場主們正在應對加州嚴重的干旱問題。干旱可能會使水淹農田比焚燒秸稈的成本更高。一些農場可能有資格獲得聯(lián)邦和非營利性項目基金，這些基金將季節(jié)性閑置的土地用作遷徙水禽的“濕地”。農業(yè)部最近還調查了使水稻作物有資格獲得碳減排信用的可能性，這將減少部分被淹沒的農田的數(shù)量。

加州水稻產業(yè)聯(lián)盟還與該州和地方的環(huán)保部門合作，嚴格管理數(shù)量非常有限的病蟲害控制稻草秸稈焚燒(現(xiàn)在每年也就不到10%)。他們實施一個名為薩克拉門托谷煙霧管理計劃(Sacramento Valley Smoke Management Program)，該計劃的主要組成部分是一個由大約14個氣象監(jiān)測站組成的網絡，加州水稻產業(yè)擁有和運營這些監(jiān)測站。來自這些站點的數(shù)據與地區(qū)環(huán)保官員共享，這對于確定薩克拉門托山谷的所有農業(yè)廢棄物焚燒如何被監(jiān)管以最大限度地減少煙霧影響至關重要。

加州農業(yè)局公布的1998-2010年加州水稻秸稈不同處理方式面積的走勢圖，藍色線條：焚燒秸稈，紫色線條：秸稈碎混還田，綠色線條：秸稈打包離田。

從以上這張統(tǒng)計圖表可以看出，在1991年《水稻秸稈焚燒減少法》實施之前95%的水稻秸稈被焚燒。只有大約5%的秸稈是被碎混還田。法規(guī)實施后，秸稈焚燒田的面積呈斷崖式下降，到2010年也就大約8%左右的水稻秸稈被焚燒，而碎粉還田的面積達到了90%以上。水稻秸稈打包離田的量非常小，到如今也就2%左右，主要原因是因為離田的成本太高，不是可持續(xù)的。

從1980年到2010年，水稻種植區(qū)排放的空氣污染物顯著減少。對水稻生產過程中造成空氣污染物主要是露天焚燒水稻秸稈產生的污染物排放以及用于種植、運輸和加工稻米的設備燃料燃燒產生的污染物排放。不受控制的焚燒所產生的排放物占了其他排放物來源的絕大部分。以下兩個圖表顯示了30年期間每單位水稻生產的標準污染物的總體減少水平，包括氮氧化物(氮氧化物、臭氧和微粒前體)、VOC(揮發(fā)性有機化合物、臭氧前體)和PM(微粒物質、直接污染物)。在過去的30年里，這些污染物已經減少了80-90%。加州用了十年的時間成功實現(xiàn)了秸稈禁燒，有效改善了空氣質量保護了環(huán)境。

1980-2010 VOC Emissions from California RiceProduction.

加州水稻生產揮發(fā)性有機化合物VOC排放(紅色： 焚燒秸稈， 藍色： 燃料燃燒)

1980-2010 straw Management Practices inCalifornia Rice.

加州水稻秸稈管理措施PM排放量走勢圖(紅色：焚燒秸稈，藍色：燃料燃燒)

圖表來源：http://calrice.org/industry/air-quality/

加利福利亞州在十年內成功實現(xiàn)了水稻秸稈禁燒，如此卓越的成效在美國也是領先于其它幾個水稻生產州。加州政府制定實施合理有效的政策法規(guī)和補貼制度鼓勵和引導農場轉變耕作模式，這是加州成功解決水稻秸稈焚燒問題的關鍵因素。