和玉米大豆比起来水稻是美国的“小作物”了。 2019年美国水稻种植面积大约1800万亩。美国从事水稻生产的约有1.5万人，平均每人种植1300多亩水稻。人均这么大的种植面积，他们是怎么处理水稻秸秆的?要知道美国在1990年前几乎所有的水稻秸秆也是被焚烧掉的。而且以前农场主也普遍认为秸秆焚烧益处多多。到今天美国一些水稻生产州也还没有完全杜绝焚烧水稻秸秆的行为。但是在日益增加的环保压力下，他们如何解决这个难题的呢?
首先大致了解一下美国水稻种植的基本情况。美国水稻主产区有南方和加州两个产区。南方产区是个跨越阿肯色、密苏里、路易斯安那、得克萨斯和密西西比等五个州的狭长地带，其水稻种植面积占全美的83%，其中阿肯色州是美国水稻种植州之王，一个州的种植面积就占了全美的49%。加州产区排名第二，占全美水稻种植面积的17%。
美国2019年水稻种植面积
美国的水稻生产具有大面积、高成本、高产量、高补贴、高出口的特点。水稻种植主要集中在一些大型的农场中，从事水稻种植的人员少，户均生产面积大，机械化程度高，劳动生产效率高，水稻产量高。
1988-2018年美国水稻的平均产量变化图
美国水稻栽培始于17世纪，只有300多年历史，但水稻育种颇有成就。令人刮目相看的是，美国竟然是全球水稻单产最高的国家，达到8.48吨/公顷，比第二的中国高出23.6%。1980年，杂交水稻作为我国第一个农业技术转让给美国，成功对美国实现技术输出，美国每年需提供数百万美元用于使用中国的杂交水稻技术。但之后一直到2017年，美国水稻单产几乎一直高于中国。以1998年为分界点，之前是差距缩小，之后是差距变大，并在2001年美中水稻单产差异超过66公斤/亩，2013年差异高达126公斤/亩，近两年在100公斤/亩左右。对比之下，中国的水稻种植在面积上占有先天优势，然而单产相差甚远。
1980-2017年中国和美国水稻单产走势图
究其原因，美国水稻主产区水土优越，农业机械化水平高，采用大规模的旱地直播技术进行生产，且很都与大豆实行轮作，品种丰富，有利于稻谷生产。
美国还是世界上第五大水稻出口国，是除东南亚国家以外最大的大米出口国，在国际稻米市场具有重要的地位。主要出口市场是东北亚、中东(包括地中海东部)、加勒比海地区、撒哈拉地区、加拿大。尽管美国只生产世界上2%的大米，但其大米交易却占全球的近10%。
加利福利亚一家水稻农场俯视图， 水稻田按照等高线筑埂
切入正题，人均1300多亩的水稻田面积，美国农场是怎么处理水稻秸秆的呢?在上世纪九十年代以前几乎所有美国稻农在收获后都会焚烧水稻秸秆。农场主认为这是必要的，因为冬季的低温会抑制秸秆的分解，留在地里的任何物质都会成为病菌的温床，从而降低下一季作物的产量。但是随着民众对空气污染担忧不断增加，在环保压力之下美国各州纷纷出台了禁止或减少水稻秸秆焚烧的法规。各州的法规有所差异，到现在为止美国水稻主要的种植区也还没能实现百分百禁烧。在全美控制水稻秸秆焚烧做的最成功的当属西部的加利福利亚州了。
2017年10月阿肯色州奥西奥拉地区(Osceola)，水稻秸秆被焚烧以帮助清理田地。在阿肯色州田间焚烧水稻秸秆还是合法的，农民不需要许可证。图片来源：https://www.arkansaspublicmedia.org/post/fields-burn-and-tempers-flare-harvest-fires-set-health-concerns-complaints
然而，在加利福尼亚州的秸秆禁烧的法律最严格，稻农必须遵守1991年的康纳利-阿雷利亚-钱德勒减少水稻秸秆焚烧法案(Connelly-Areias-Chandler Rice Straw Burning Reduction Act of 1991)。从2000年起加州逐步淘汰了露天焚烧水稻秸秆的做法。该州的立法是多项投诉的结果，其中包括许多儿科医生对秋季烟雾造成相关健康问题的投诉。萨克拉门托山谷是水稻的主要种植地，特殊的地形造成它很容易受到秋季天气变化的影响，烟雾易停留在较低的大气层中不易扩散。(小编想加州水稻秸秆禁烧实施成功是不是和人口密度高、投诉多有关。而其它州地广人稀，投诉少政策就松)
加州1991年的法案要求从1992年开始，在十年内逐步减少萨克拉门托山谷的水稻秸秆焚烧。加州水稻种植总面积大约50万英亩(300万亩)，自2001年9月以来，有条件的水稻秸秆焚烧许可计划将水稻秸秆焚烧限制在个人种植面积的25%以内，萨克拉门托山谷盆地的水稻秸秆焚烧面积不超过12.5万英亩(75万亩)。最初，只允许为了控制病虫害而焚烧秸秆，这需要农场证明稻田存在严重的疾病，以便获得有条件的水稻秸秆焚烧许可证。然而，在百分百的稻田始终被发现有“严重”的病虫害后，这一要求被取消了。
在任何焚烧秸秆的地方，农场主必须证明焚烧的秸秆数量在法律允许的范围内，并且已获得所有必要的许可证。焚烧水稻秸秆被认为是一种偶尔会发生的活动，是病害虫管理战略。此外，应该指出的是，焚烧水稻秸秆不是一项获批准的项目活动。虽然增加焚烧稻草可以减少甲烷的排放，但在本议定书下，即使在法律允许增加焚烧水稻秸秆的情况下，这也不是一项合格的活动。
该法案规定了农民焚烧水稻秸秆的条件，比如哪些病虫害可允许焚烧，以及规定焚烧秸秆是必须有良好的气象条件不会产生残留烟雾。政策要求农业生产者必须提前获得焚烧许可，限制允许焚烧的天数，并规定了须在焚烧前将秸秆晾干的具体天数。
现如今，替代焚烧的水稻秸秆处理方法主要有三种：一是收获后打茬耙混后放水淹没稻田过冬，二是收获后打茬耙混后直接旱地过冬，三是秸秆打包离田。
普遍的做法是收获水稻后用打茬机加将水稻秸秆焚烧，而后用液压重耙进一步将秸秆和土壤碎混，随后放水淹没农田过冬。
第一种水淹稻田过冬的方法政府最为支持也最环保，因为这为200多种野生动物提供了湿地作为栖息地，有利于自然保护。由于加州水鸟栖息地干涸，环保组织和稻农合作，在加州稻田提供水鸟栖息地接近50万英亩。美国农业部自然资源保护服务处每年提供700万美元以上的补贴，帮助农民一起承担成本，用于保证水稻的生长与水鸟的需求。根据位置和土壤类型等因素的不同，参与活动的稻农将收到每英亩5-100美元的资金补贴。
加利福利亚水稻是保护野生动物的环保作物
事实上，加州大部分水稻田现在被水淹没过冬，这种做法还可促进水稻秸秆腐烂降解，是主要的替代秸秆焚烧的处理方法。冬季被水淹没的稻田已经成为每年秋冬季数百万太平洋迁徙飞行路线上的水鸟的重要栖息地。
加州水稻产业委员会公布的数据：加州稻田里5英寸高的水就可以生产价值18亿美元的水稻以及养活价值20亿美元的野生动物，可谓一举两得!
这些被淹没的栖息地也会排放甲烷，这是一种强效的温室气体(GHG)。加利福尼亚的水稻种植每英亩排放约3吨温室气体(二氧化碳当量)。但是这不到加利福尼亚州每年排放的温室气体排放量的百分之一。即便如此，加州水稻产业委员会正在与加州空气资源委员会以及环境保护基金合作，采用”自我水稻协议”(voluntary rice protocol)来鼓励减少水稻生产中甲烷排放的做法。空气资源委员会于2015年初采用了该做法，加州水稻产业委员会开始努力推广让农场获得更多温室气体减排信用额的机会。
为了帮助恢复鲑鱼种群的环境，前几年加州水稻产业委员会组织了一个由科学家、水稻种植者和项目资助者组成的强大联盟。他们耗资140万美元进行的试验项目将测试和改进水稻种植方法，为鱼类提供栖息地和食物。该项目的目标是将以前在冬季水淹的稻田中养殖鲑鱼的试验改进为标准化养殖管理，期待着通过使用“替代湿地”来帮助增加萨克拉门托山谷的鱼类，保护鱼类遗产。
这是加州水稻产业联盟设计的稻田改造方案图，铺设特殊的专门用于让鱼类轻松进出稻田的沟渠和管道。
当1991年《水稻秸秆焚烧减少法》通过时，加州政府官员曾希望开发一个水稻秸秆市场，以抵消生产成本。加州政府还建立了网站信息平台，帮助秸秆需求企业和水稻农场进行买卖水稻秸秆。然而，由于水稻秸秆离田回收相关的成本较高，这个市场到现在还没有实现成功运营。水稻秸秆碎混全量直接还田还是主流秸秆处理方式。
此外，加州农场主们正在应对加州严重的干旱问题。干旱可能会使水淹农田比焚烧秸秆的成本更高。一些农场可能有资格获得联邦和非营利性项目基金，这些基金将季节性闲置的土地用作迁徙水禽的“湿地”。农业部最近还调查了使水稻作物有资格获得碳减排信用的可能性，这将减少部分被淹没的农田的数量。
加州水稻产业联盟还与该州和地方的环保部门合作，严格管理数量非常有限的病虫害控制稻草秸秆焚烧(现在每年也就不到10%)。他们实施一个名为萨克拉门托谷烟雾管理计划(Sacramento Valley Smoke Management Program)，该计划的主要组成部分是一个由大约14个气象监测站组成的网络，加州水稻产业拥有和运营这些监测站。来自这些站点的数据与地区环保官员共享，这对于确定萨克拉门托山谷的所有农业废弃物焚烧如何被监管以最大限度地减少烟雾影响至关重要。
加州农业局公布的1998-2010年加州水稻秸秆不同处理方式面积的走势图，蓝色线条：焚烧秸秆，紫色线条：秸秆碎混还田，绿色线条：秸秆打包离田。
从以上这张统计图表可以看出，在1991年《水稻秸秆焚烧减少法》实施之前95%的水稻秸秆被焚烧。只有大约5%的秸秆是被碎混还田。法规实施后，秸秆焚烧田的面积呈断崖式下降，到2010年也就大约8%左右的水稻秸秆被焚烧，而碎粉还田的面积达到了90%以上。水稻秸秆打包离田的量非常小，到如今也就2%左右，主要原因是因为离田的成本太高，不是可持续的。
从1980年到2010年，水稻种植区排放的空气污染物显著减少。对水稻生产过程中造成空气污染物主要是露天焚烧水稻秸秆产生的污染物排放以及用于种植、运输和加工稻米的设备燃料燃烧产生的污染物排放。不受控制的焚烧所产生的排放物占了其他排放物来源的绝大部分。以下两个图表显示了30年期间每单位水稻生产的标准污染物的总体减少水平，包括氮氧化物(氮氧化物、臭氧和微粒前体)、VOC(挥发性有机化合物、臭氧前体)和PM(微粒物质、直接污染物)。在过去的30年里，这些污染物已经减少了80-90%。加州用了十年的时间成功实现了秸秆禁烧，有效改善了空气质量保护了环境。
1980-2010 VOC Emissions from California RiceProduction.
加州水稻生产挥发性有机化合物VOC排放(红色： 焚烧秸秆， 蓝色： 燃料燃烧)
1980-2010 straw Management Practices inCalifornia Rice.
加州水稻秸秆管理措施PM排放量走势图(红色：焚烧秸秆，蓝色：燃料燃烧)
图表来源：http://calrice.org/industry/air-quality/
加利福利亚州在十年内成功实现了水稻秸秆禁烧，如此卓越的成效在美国也是领先于其它几个水稻生产州。加州政府制定实施合理有效的政策法规和补贴制度鼓励和引导农场转变耕作模式，这是加州成功解决水稻秸秆焚烧问题的关键因素。