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我国是秸秆生产大国，秸秆资源产量丰富。相关统计数据表明，我国每年农作物秸秆产量可达8亿~9亿吨，三大粮食作物产生的秸秆占秸秆资源总量的绝大部分，其中稻草类占32.86%，玉米类占31.42%，小麦类占17.14%，另外还有18.58%为其他农作物（作物）来源的秸秆。
近年来，由于秸秆产量增加、农村能源结构改善和各类替代原料应用，加上秸秆分布零散、体积大、收集运输成本高，以及综合利用经济性差、产业化程度低，秸秆出现了地区性、季节性、结构性过剩，大量秸秆资源未被利用，浪费较严重，导致种植业与养殖业脱节，制约循环农业发展。特别是在部分经济较发达地区和粮食主产区，农民为了抢农时播种，焚烧秸秆现象时有发生。虽然国家已经颁布了秸秆禁烧令，但由于种种原因，秸秆焚烧现象仍然屡禁不止，如在华北平原地区，每逢夏、秋“双抢”季节，由于大量秸秆得不到及时和妥善的处置，最终被付之一炬；在东北地区，由于秋收之后大量秸秆堆积在农田里，为了不影响春播，3—4月农民经常在田间地头焚烧秸秆，造成大气环境污染，严重时威胁到交通运输和农民生命财产安全，影响城乡居民生活。
秸秆资源综合利用是指在农村生产系统中，以秸秆为起点，以解决资源短缺为目标，实现有机物多重循环、多层利用，从而提高农业生态系统综合效率的一种利用方式。
秸秆资源是我国种植业和养殖业可持续发展的重要物质基础，同时也是农村新型能源化重要原料，秸秆资源的综合利用，是利国利民的重要举措，是改善农村生产生活条件的清洁工程，是建立资源节约型社会的能源工程，是减轻大气污染践行低碳理念的环境工程，是优化畜牧业结构、提高耕地综合生产能力、实现农业可持续发展的循环农业工程，是增加农民收入的富民工程 [1] 。
秸秆散装、散运和在庭院内外、房前屋后随意堆放在部分农村仍然是常见现象。这种传统的秸秆收集储藏方式，不仅会造成秸秆资源的大量浪费，而且会成为鼠、虫、蚊、蝇等病虫害的滋生场所，存在重大火灾隐患，不符合当前乡村振兴的总体目标。将秸秆资源综合利用，可美化环境，改善农村公共卫生状况，使广大农民走向清洁、卫生、健康的生活之路。
实现农作物秸秆的高质清洁综合利用是实现我国农村低碳经济发展的重要内容，对实现农村经济可持续发展具有重大意义。低碳理念的核心是低能耗、低排放和低污染，其实现依赖于提高资源利用率，开发清洁能源，更新发展理念和减排技术创新，在全球气候变暖问题不断加剧的大趋势下，低碳经济已经成为我国可持续发展面临的严峻挑战。秸秆资源综合利用属于典型的低碳经济。秸秆属于可再生资源，无论采取何种利用方式，除外部能量外，最终结果都是“零排放”。也就是说，在不考虑外部能量投入的条件下，秸秆资源综合利用可打造“零碳经济”。与此同时，秸秆资源在能源开发（如秸秆发电、秸秆气化、秸秆沼气、秸秆固化成型燃料、秸秆乙醇等）方面可直接替代化石能源，在土壤培肥方面可通过替代化肥投入间接替代化石能源。因此，秸秆资源综合利用，从其替代化石能源的角度而言，如若与秸秆废弃与焚烧相比，还可塑造“负碳经济”。我国秸秆资源丰富，具有较大的新型能源化开发潜力，如果我国现有秸秆的1/3用于新能源开发，不仅可全部替代现有秸秆的直接燃烧，而且可为社会提供约相当于1亿tce的商品能源。但当前仍有很多农村的燃料主要或部分来源于秸秆，有些农村虽然已经较少利用秸秆作为生活燃料，但就地焚烧秸秆现象屡禁不止，大量秸秆低效燃用和就地焚烧不仅造成了严重的资源浪费，而且污染大气环境和家居环境，成为农村落后生活方式的典型表现，也与我国2030年“碳达峰”和2060年“碳中和”的目标背道而驰。秸秆资源的新型能源化开发利用既可显著提高秸秆资源的燃用效率，又可替代煤炭、天然气、液化石油气等化石能源，可为我国农村新型能源化的早日实现做出积极的贡献，是我国建立资源节约型社会的能源工程，也是践行低碳理念、实现国家减排目标、减轻大气污染的环境工程。
秸秆资源循环利用是我国传统农业的精华和现代农业发展的基本途径之一，是在农村实现循环农业的不二之选。随着我国人民生活水平的提高，食物结构也发生了显著改变，人均肉、蛋、奶类食品的需求量大幅提高，由此也引发了饲料用粮短缺的问题。然而我国主要牧区天然饲草载畜量非常有限而且提升空间不大，人工饲草由于会挤占本就有限的耕地资源也没有发展潜力，因此秸秆养畜是解决这些问题的无他选择。秸秆中含有丰富的有机质，同时含有植物必需的所有营养元素，按我国年产秸秆8亿t计算，其中含氮460多万t，含磷125多万t，含钾1100多万t，相当于2005年全国化肥施用量的82%，是农业生产重要的有机肥源，因此秸秆直接或间接还田对于提高土壤有机质和养分含量，改善土壤结构，培肥地力，提高耕地综合生产能力具有重要意义。我国现已创立的秸秆循环利用模式主要有如下几种类型：①秸秆过腹还田模式；②秸秆养畜—畜粪沼气—沼肥还田模式；③秸秆种植食用菌—菌糠还田模式；④秸秆种植食用菌—菌糠沼气—沼肥还田模式；⑤秸秆沼气—沼肥还田模式；⑥秸秆覆盖还田保护性耕作模式；⑦水田免耕秸秆覆盖还田模式；⑧秸秆生物反应堆；⑨秸秆生态养殖模式（如自然养猪法）。因此，秸秆资源综合高效利用上承种植业，下启养殖业，对农业生产系统的物质高效转化和能量高效循环有着最直接的作用，使农业种养一体化水平迈向新高度，显著节约资源，成为循环农业的重要实践途径，是我国农业可持续发展的必由之路，是优化畜牧业结构、提高耕地综合生产能力、实现农业可持续发展的循环农业工程 [1] 。
秸秆资源综合利用是一项兴邦利民的伟大工程，国家和各级地方政府都十分重视秸秆资源化利用，近年来颁布了多部关于秸秆资源综合利用的意见和政策。作者收集整理了自2004年以来国家发布的关于秸秆的利用政策：2004年中央一号文件中指出，各地要从实际出发，因地制宜开展秸秆气化等小型设施建设；2006年中央一号文件要求，各地重点推广废弃物综合利用技术、相关产业链技术和可再生能源开发利用技术，推广秸秆气化、固化成型、发电、养畜等技术，开发生物能源和生物基材料，培育生物质产业；2007年中央一号文件鼓励农民发展绿肥、秸秆还田，在适宜的地区发展秸秆气化，推进农作物秸秆的综合治理和转化利用，加快开发以农作物秸秆为主要原料的生物质燃料、肥料、饲料，启动农作物秸秆生物气化和固化成型燃料试点项目，支持秸秆饲料化利用；2008年中央一号文件提出，促进秸秆等副产品和生活废弃物资源化利用，提高农业生产效益，支持秸秆还田；2009年中央一号文件提出，开展鼓励农民增施有机肥、秸秆还田奖补试点，扩大秸秆固化、气化试点示范；2010年中央一号文件支持秸秆还田农机作业，创建国家现代农业示范区，推进农林废弃物资源化、清洁化利用；2013年中央一号文件指出，加强农作物秸秆综合利用；2014年中央一号文件指出，要大力推进秸秆还田等综合利用，同年，国家发改委会同原农业部编制的《秸秆综合利用技术目录（2014）》（简称《目录》）发布，首次提出了秸秆资源肥料化、燃料化、原料化、饲料化和基料化等“五化”利用途径；2015年中央一号文件指出，要开展秸秆、畜禽粪便等资源化；2016年，国家发改委将农作物秸秆综合利用率纳入《绿色发展指标体系》；2017年中办、国办联合下发《关于创新体制推进农业绿色发展的意见》，严格落实秸秆禁烧制度，推进秸秆全量化综合利用，并对秸秆资源化综合利用制度和目的提出了要求，指出到2020年我国秸秆资源化利用率要达到85%；2018年国务院颁发了《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，也将秸秆禁烧作为蓝天保卫战重要决策部署。因此，推进秸秆禁烧、提高秸秆资源化综合利用率是大气污染防治的需要，是美丽乡村建设的需求，也是发展生态循环农业的必经之路；2019年农业农村部印发《关于全面做好秸秆综合利用工作的通知》，指出秸秆综合利用要坚持因地制宜、农用优先、就地就近、政府引导、市场运作、科技支撑，以完善利用制度、出台扶持政策、强化保障措施为推进手段，激发秸秆还田、离田、加工利用等环节市场主体活力，建立健全政府、企业与农民三方共赢的利益链接机制，推动形成布局合理、多元利用的产业化发展格局，不断提高秸秆综合利用水平；2021年农业农村部和国家发改委在2014年《目录》基础上又联合印发了“关于《秸秆综合利用技术目录（2021）》的通知”，要求地方政府要认真贯彻落实习近平生态文明思想，大力推进秸秆综合利用。为了推动秸秆综合利用高质量发展，农业农村部会同国家发改委编制了《秸秆综合利用技术目录（2021）》，提出秸秆综合利用的方向：秸秆肥料化、饲料化、原料化、燃料化、基料化利用，并且指出上述“五化”技术经过产业化示范已日益成熟。近几年，国家也将秸秆综合利用明确写进了中央一号文件，要求全面实施秸秆综合利用，推进农业农村绿色发展。由于从国家层面上加大了对秸秆综合利用的推进力度，2020—2021年国家相关部门和各地方政府也相继出台了秸秆综合利用相关政策（表1-1）。
表1-1 2020—2021年我国部分秸秆综合利用相关政策（资料来源：华经情报网）
续表
2014年，国家发改委会同原农业部编制的《秸秆综合利用技术目录（2014）》发布，提出了秸秆资源肥料化、燃料化、原料化、饲料化和基料化等“五化”利用途径。在促进各地推广使用成熟的秸秆综合利用技术、推动开展秸秆综合利用工作方面发挥了重要的指导作用。2021年，农业农村部和国家发改委又联合印发了《秸秆综合利用技术目录（2021）》，该《目录》是在2014年发布的《目录》的基础上修订而成的。从总体框架来看，修订版技术目录沿袭已有肥料化、饲料化、原料化、燃料化和基料化5个方面，分门别类地介绍了秸秆利用技术。在每一技术类别中，又根据不同的技术内容细分为若干技术条目。修订版技术目录共收录了五大类、30项秸秆利用技术条目。其中，肥料化利用技术7项、饲料化利用技术6项、燃料化利用技术8项、基料化利用技术2项、原料化利用技术7项。从条目内容来看，修订版技术目录对每个技术条目，分别从技术类别、技术名称、技术内涵与技术内容、技术特征、技术实施注意事项、适宜秸秆、可供参照的主要技术与规范等7个部分逐一进行论述，以便应用者对每一项技术都能有一个简洁而又全面的了解。
与2014年版本相比，修订版技术目录新增了11项技术条目。其中，肥料化利用技术类别中新增了秸秆炭基肥还田技术。此外，考虑到近年来各地秸秆还田力度逐步加大、区域性秸秆直接还田技术内涵和技术要点日益丰富等现实情况，还将2014年技术目录中的秸秆直接还田技术分解为秸秆犁耕深翻还田技术、旋耕混埋还田技术、免耕覆盖还田技术3项逐一进行论述。饲料化利用技术类别中新增了秸秆挤压膨化技术、秸秆气爆技术，由原来的4项调整为6项。燃料化利用技术新增了秸秆打捆直燃供暖（热）技术和秸秆热电联产技术，同时，将原有的秸秆直燃发电技术补充调整为秸秆直燃（混燃）发电技术。基料化利用技术类别中新增了秸秆制备栽培基质与容器技术。原料化利用技术类别中新增了秸秆编织网技术、秸秆聚乳酸生产技术、秸秆墙技术和秸秆膜制备技术等4项技术。考虑到暂时未将玉米芯等副产物纳入秸秆资源统计范围，此次修订将原有目录中以玉米芯为主要原料的秸秆木糖醇生产技术删除。原料化利用技术由原来的4项调整为7项。
秸秆“五化”利用中，燃料化、饲料化发展相对前卫；肥料化应用广泛；原料化是我国现阶段主推项；基料化研究尚浅，但发展前景良好。
秸秆饲料化是将秸秆加工处理后直接用于反刍牲畜养殖基础饲料或者作为饲料添加剂与玉米、麸皮、豆粕等混合加工成养殖业饲料，实现对秸秆的资源化利用，即：秸秆饲料化可用于直接饲喂；提供畜牧业中的粗饲料；密封发酵后食用。秸秆饲料化包括秸秆氨化、黄贮、青贮等，促进农业可持续发展饲料化方式，提高饲料的应用水平与营养价值，是目前秸秆应用中各领域最易于实现的处理技术，受到政策鼓励、宣传。但由于受秸秆处置的政府政策对科研的扶持力度小以及开发所需资金多等条件的约束，导致我国秸秆饲料化转化技术不够完善、秸秆资源转化率低等。随着各地区对秸秆饲料化利用的不懈研发，秸秆饲料化将会越来越完善。我国秸秆产量巨大，研究证明，我国超过85%的秸秆适用于养殖业饲料，随着秸秆饲料化加工技术的发展，秸秆饲料化利用率会不断上升，能够有效缓解养殖业饲料压力。同时，秸秆饲料化是过腹还田的前过程，经过养殖动物消化利用后得到的养殖业粪便可以作为高品质的农业有机肥。因此，秸秆饲料化是当前农业秸秆资源化利用的主要途径之一。
秸秆燃料化当前主要分为固态能源、液态能源、气态能源3种。固态能源是直接燃烧秸秆或将秸秆加工后以燃烧作为生活和生产的能源燃料，随着能源结构的改变目前秸秆已经不再用于生活能源燃料，而目前秸秆用于固态能源的主要方式是用在火力发电厂，即将秸秆收集后代替煤炭作为火力发电燃料使用。然而，秸秆发电手段的发展被种种因素影响，如秸秆发电燃料由于距离因素导致两地对接时间长；由于资源分布广泛，需要收集秸秆资源的范围大，需要超预算的资金设立收储站。还有原料供应受季节性影响很大，导致秸秆发电成本较高。此外，以秸秆为原料制备秸秆煤也是固态能源的一种利用方式，该技术是先将秸秆粉碎干燥或者炭化，再对原料进行升温，入模压制和脱模后制成形状规则的秸秆煤。液态能源是对秸秆中的木质纤维素进行预处理和水解后得到小分子的单糖和多糖，再经过微生物发酵后得到乙醇，对乙醇进行分离提取后得到乙醇燃料。气态能源是以秸秆作为沼气原料，利用厌氧微生物的厌氧发酵作用来制备甲烷作为燃气能源，将秸秆用于沼气原料目前已经得到广泛使用和推广。但是我国在秸秆燃料化利用设备生产、利用效率等方面还存在很多问题需要解决。
秸秆肥料化包括几种利用形式：秸秆直接还田、秸秆生物反应堆、秸秆堆沤肥、秸秆炭化还田。其中，秸秆直接还田技术是在农作物收获后，将秸秆粉碎后直接平铺于土壤表面，结合不同的耕作技术将秸秆归还于土壤，具体的秸秆直接还田技术包括秸秆犁耕深翻还田和秸秆旋耕混埋还田、秸秆免耕覆盖还田和秸秆高留茬还田。另外，在秸秆直接还田的同时可施用促腐菌剂（秸秆腐熟剂），以促进秸秆的腐解，这种还田方式叫作秸秆快腐还田。秸秆直接还田是秸秆肥料化利用的主要利用途径。据统计，2015年我国秸秆可收集资源量为9亿t，用于直接还田的秸秆为3.75亿t，占秸秆可收集资源量的41.7% [2] ，秸秆资源物料化及肥料化利用见图1-1、图1-2。秸秆生物反应堆技术是通过加入微生物菌种，在好氧条件下，将秸秆分解为二氧化碳、有机质、矿物质等，并产生一定的热量。二氧化碳促进农作物光合作用，有机质和矿物质为农作物提供养分，产生的热量有利于提高温度。该技术按照利用方式可分为内置式和外置式生物反应堆：内置式主要是开沟后将秸秆埋入土壤中，适用于大棚种植和露地种植；外置式主要是把反应堆建于地表，适用于大棚种植。秸秆堆沤肥技术是将秸秆与人畜粪尿等有机物进行堆沤腐熟，不仅能产生大量可构成土壤肥力的重要活性物质“腐殖质”，而且能产生多种可供农作物吸收利用的营养物质，如有效态氮、磷、钾等，是秸秆无害化处理和肥料化利用的重要途径。秸秆堆沤肥既可进行就地（田间地头）堆肥还田，也可用于生产高品质的商品有机肥，如利用秸秆堆沤肥生产有机肥或有机—无机复混肥，最终将其转化为商品肥料。秸秆炭化还田技术，是将秸秆（或其他生物质，如食用菌培养基、畜禽粪便、树木枯枝落叶、椰壳等）在相对低温（＜700℃）和限氧条件下热解，将其转化为高度芳香化、富含碳元素（通常含碳40%~75%）的黑色固体物质，称为“生物炭”或“秸秆炭”。生物炭可以直接作为改良剂施用于土壤，也可与化肥或有机肥按照一定比例，通过一定工艺混合造粒，制成复合炭基肥，作为肥料增效剂施用于土壤，实现秸秆还田。
图1-1 2015年全国农作物秸秆资源及其利用与废弃焚烧 [2]
图1-2 2015年全国秸秆直接还田量与秸秆离田利用量及其构成 [2]
秸秆基料化利用技术主要是利用秸秆生产食用菌。秸秆食用菌可以丰富居民食物来源，利用秸秆作为基料可生产多种草腐菌和木腐菌。草腐菌主要包括双孢蘑菇、草菇、鸡腿菇、大球盖菇等。木腐菌主要指香菇、平菇、黑木耳、毛木耳、茶树菇、金针菇、杏鲍菇、白灵菇、滑菇、灵芝等。我国大部分地区都可利用秸秆生产食用菌，没有严格的地域性要求。实践证明，利用各类农作物秸秆、皮壳等资源作为食用菌生产原料，能把大量的农作物秸秆转成可供人类食用的优质蛋白与健康食品，满足人们对食品多样化的需求。生产食用菌后的副产品——菌糠，是一种具有极高饲用价值的畜禽优质饲料，如杏鲍菇菌糠可以按照占日粮中精饲料10%的比例添加作为育肥牛饲料。同时，菌糠也是良好的有机肥源和土壤改良剂，我国每年菌糠的生产量已达500万t以上，资源比较丰富。充分利用菌糠替代饲料和有机肥料，对于节约饲料粮、培肥地力具有积极作用 [3] 。
主要用于造纸、秸秆纤维以及与其他纺织纤维混纺等。秸秆资源回收作为原料、相对使用原材料高收益、易获取，可以保护环境、促进生产生活，还可以促进经济发展，减少企业资金压力。