农作物秸秆资源的开发与利用

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年７月　农机化研究　第７期　农作物秸秆资源的开发与利用　贾昕宇，王宏立，张吉军　（黑龙江八一农垦大学工程学院，黑龙江大庆　ｌ６３３ｌ９）　摘要：我国每年秸秆产量约５．７亿ｔ，这是一项巨大的资源。为此，从燃料、肥料、工业原料和饲料４　个方面论述了秸秆开发利用的方法和原理，指出了秸秆资源利用的出路在于饲料业；同时，强调做好秸秆　资源的开发和利用，对于解决我国饲料粮紧缺状况，缓解能源、林木减产的压力具有重要意义。　关键词：二次能源；农作物秸秆；综述；开发；利用　中图分类号：ＴＫ６；￥２１６．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—１８８Ｘ（２００７）０７－－０２１７—０３　０　引言　所谓秸秆，即某些农作物的茎，如麦秸、玉米　也具有十分重要的社会效益。下面就秸秆在燃料、　肥料、工业和饲料方面的利用进行了总体介绍。　秸、豆秸和高粱秸等等。通常秸秆与果实的质量比　为１：１…。据统计，我国秸秆年产量达到５．７亿ｔ，　占全世界秸秆总产量的２０％～３０％　。这是一项不可　忽视的巨大的资源。秸秆资源如果处理不好，将会　造成资源的浪费和对农业生态环境的污染。因此，　有效地利用秸秆，加工转化，研究出效果好、成本　１　秸秆作为燃料　各类秸秆的热值　（如表１所示），按燃烧热值　计算，平均每千克秸秆相当于０．４９ｋｇ标准煤，５０００　亿ｋｇ秸秆相当于２４５０亿ｋｇ标准煤，因此这是一项　巨大的燃料资源。但是秸秆直接用作燃料会造成严　重的环境污染。为了解决这个问题，人们采取了各　种措施对秸秆进行处理。　低、适合国情的秸秆处理方法，不仅具有经济意义，　表ｌ　各类秸秆的热值（北京市测定结果）　１．１　秸秆固化成形　快速、闪速、真空、流化床、固定床等十几种热裂　解装置。　１．３　生产沼气　针对农作物秸秆体积较大，燃烧值低的特点，　国内外均采用秸秆固化的方法以提高其密度。固化　的原理是利用秸秆的化学组成中，不同程度地含有　木质素和纤维素，木质素在温度为７Ｏ。～１　１０　ｏＣ时软　化，粘合力增加，在２００。～３００℃时可熔融。在一　秸秆经厌氧发酵后产生沼气，作为部分生产、　生活用能。这项技术不但提高了秸秆的利用率，而　且制沼气产生的沼液和沼渣还是很好的猪饲料和有　机肥料，实现了秸秆的综合利用。　定的温度和压力等工艺条件下，松散秸秆中的木质　素塑化和微细纤维相结合，形成具有固定几何形状　的固体燃料。　１．２利用热裂解技术　２秸秆作为肥料　农作物秸秆中含有的氮、磷、钾、镁、钙、硫　等元素是农作物生长必需的主要营养元素。因此，　秸秆也是丰富的肥料资源，对于改善土壤有着积极　的作用。　２．１　秸秆直接还田　热裂解是使秸秆在无氧或缺氧供给的条件下　分解为焦炭、液体及可燃气体３部分。特别是液体　部分，即热裂解生物油具有较高的能量容积密度，　且容易处理、储存和运输，其主要应用于热和电的　场合。目前，美国、加拿大、意大利、荷兰等国家　热裂解技术的开发处于领先地位，已研制出常规、　收稿日期：２００６一ｌ０－２９　直接还田是作物收获后将秸秆立即粉碎直接　还田。其原理是秸秆在耕翻人土后，在分解中进行　矿物化，同时进行腐殖质化，从而改善了土壤的结　作者简介：贾昕字（１　９７７一），女（满族），辽宁海城人，助理实验　构及保水、吸水、粘结、透气、保温等性状，提高　师，（Ｅ－ｉｎａｉ１）ａｉｗｅｎｑｉ２００５＠ｖｉｐ．ｓｏｈｕ．ｃｏｍ。　了土壤本身调节水、肥、温、气的能力。但据英国　一２１７．　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年７月　农机化研究　第７期　《秸秆手册》介绍，秸秆在土壤中潮湿厌氧的条件　下形成大量乙酸，对幼芽有毒，且会抑制根系和幼　苗的生长。另外，秸秆中所含的大量碳水化合物却　被白白浪费掉。因此，秸秆直接还田不是资源的最　４秸秆作为饲料　农作物秸秆是一种非常规饲料资源，其共同特　点是质地粗硬、适口性差、消化率低、营养价值不　高；但经合理加工后，可提高营养价值，增加采食　量和消化率。饲喂草食家畜或作为配制全价饲料的　基础用粮，对家畜的生长和增重，提高饲料报酬和　佳利用方式。　２，２秸秆间接还田　秸秆间接还田是将秸秆粉碎后堆积造肥或垫　圈造厩肥。腐熟的秸秆施入土壤，这种方法效果好，　经济效益有良好的作用。一般秸秆饲料的加工处理　方法可分为３类：物理加工法、化学处理法和生物　处理法。　４．１　物理加工方法　但是存在费用高、时间长、还要占有场地等问题。　２．３秸秆过腹还田　所谓“过腹还田”是指把秸秆作饲料喂牛、羊　等草食动物，生产肉、奶、毛、皮等畜产品供人类　物理方法处理秸秆饲料，即把秸秆切碎、粉碎、　揉搓、压块、制粒、膨化等。它们都是通过改变秸　秆的物理性状来提高秸秆饲料的采食量，进而提高　对秸秆饲料的利用率。　１）切碎处理法。一般的秸秆饲料切碎至２～　消费；而牛羊粪还田作为农作物肥料，与秸秆直接　还田相比可以节约饲料粮和代替部分牧草发展草食　家畜生产，同时可以促使农业生产良性循环，有明　显的生态效益。　３秸秆作为工业原料　近年来，人们开发了秸秆的不少工业用途，如　３ｃｍ长是最适宜的。切碎的目的是使家畜便于咀嚼，　减少在咀嚼过程中过多的能量消耗，还可减少饲料　的浪费，同时也便于与其它饲料进行合理搭配利用。　２）粉碎处理法。秸秆饲料粉碎后与其它饲料　混合配制、加工制成各种颗粒料。这种饲料体积小，　造纸、编织等领域，特别是玉米秸皮穰分离技术及　设备的开发，拓宽了其应用领域，改善了应用性能，　提高了应用价值。　３．１　造纸　利于运输和储藏，适口性好，营养全价高，采食量　和利用率极大地提高，有利于家庭饲养的发展。　３）膨化和热喷处理法。膨化和热喷都是利用　热效应进行处理秸秆。不同的是膨化有机械效应，　由于玉米秸的纤维强度、韧性、资源等方面有　较大的优势，所以被造纸行业所青睐。但直接利用　玉米秸，其出浆率较低，只有２５％左右；利用玉米　设备更为简单，与别的工艺更易联合且造价较低；　秸皮穰分离技术后，其秸皮性能近似芦苇，是制作　纸张的较好原料，且可使出浆率达４１％左右。　３．２　编织　而热喷的工艺复杂，费用高，占用场地大，因此难　以推广使用。　膨化前后秸秆的营养成分　，如表２所示。通　过测试分析证实，膨化可改变秸秆的理化性状和营　随着近年草袋编织机、草绳机的利用，为稻壳　的加工利用开创出一片新天地。由稻草生产出来的　养成分，提高了秸秆的利用率和消化率。目前，秸　秆膨化机械有待于进一步进行开发研制。　％　草绳、草袋、草苫被广泛地用于防汛、建材辅料和　蔬菜、五金零件等包装领域。　表２　膨化和未膨化豆秸、玉米秸营养成分对照分析结果　品名　未膨化玉米秸膨化玉米秸水分　８．４２　８．０７　灰分　粗蛋白　粗脂肪　粗纤维　无氮浸出物　酸性洗涤纤维　未膨化豆秸　膨化豆秸　１０．５　１０．４　４．２化学处理方法　打破粗纤维中纤维素、半纤维素、木质素之间的醚　化学处理方法是利用一些化学物质对秸秆饲　键或酯键，并溶去大部分木质素和磷酸盐、乙酰盐，　溶解与细胞壁多聚糖结合的酚醛酸、糖醛酸和乙酰　基，增加纤维素之间的空隙度，使细胞壁膨胀、疏　松，增大瘤胃微生物附着的数目，提高纤维素的降　解率　。碱化处理最早始于ｌ８９０年德国，到现在已　料进行浸泡或喷洒处理。常用方法有碱化法、氨化　法和氧化法。　１）秸秆的碱化处理。碱化的原理是在一定浓　度的碱液（通常占秸秆干物质的３％～５％）作用下，　．２１８　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年７月　农机化研究　第７期　有贝克曼法、轮流喷洒法、浸泡法等多种处理方法，　秸秆的生物发酵原理是通过选育自然界中某　使之成为简单易行，成本低廉的秸秆处理方法。碱　些特殊的生物酶系和酶种进行适当组合，可将秸秆　化法虽然能够有效地提高秸秆利用率，但是易污染　粗纤维中的纤维素、半纤维素等大分子碳水化合物　环境，因此受到了极大的限制。　降解为低分子的单糖或多糖的过程。　２）秸秆的氨化处理。秸秆氨化处理就是在密　由于生物酶系和酶种改变了秸秆的化学结构，　闭的条件下，用尿素或氨液等对秸秆进行处理的方　转变秸秆中的不可溶性碳水化合物为可溶性碳水化　法。氨化的原理是含氮量较低（小于１％）的低质粗　合物，从而解决了饲料原料问题，拓宽了秸秆的饲　饲料与氨相遇，发生氨解反应，形成铵盐，铵盐则　喂范围，但是秸秆的生物发酵受菌种的筛选、培育　成为牛羊瘤胃内微生物的氮源。获得了氮源后的瘤　与结合以及发酵过程中温度、酸碱度等发酵条件等　胃微生物活性大大提高，对饲料的消化作用增强。　因素的限制。　氨化处理主要有无水氨法、氨水法、尿素法等几种。　氨化秸秆能够改变秸秆组织结构，提高消化率，增　５　结束语　加采食量；但同时也存在污染环境的问题。　秸秆可开发利用的途径是多方面的，作为工业　３）秸秆的氧化处理。秸秆的氧化处理主要包　原料部分，数量很少，但利用上基本合理；作为燃　括秸秆的ｓＯ　处理和秸秆的碱性过氧化氢处理等。　料和肥料部分所占比例最大，但从资源配置的角度　ｓＯ　处理秸秆主要是改进木质素、纤维素、半纤维素　看，利用的很不合理，甚至是一种巨大的浪费。秸　之间的共价键，溶解半纤维素和酚类物质，使纤维　秆作为燃料和作为饲料，从这两者的比较效益来看，　素间的空隙度增加，纤维酶与细胞壁结构型多糖问　饲料的效益要远远高于燃料。因此笔者认为，秸秆　的接触面积增大，从而使秸秆的消化率提高。秸秆　利用的最大出路还在饲料化处理上。因此，做好秸　的碱性过氧化氢处理的原理是通过碱化、氧化打断　秆资源的开发和利用，在我国饲料粮供应日趋紧张、　细胞壁中酚酸、肉桂酸、木质素之间的共价键，从　石油、煤等能源产量降低、林木资源减少的今天，　而使细胞壁的空间结构发生变化，使其变得疏松，　具有重要的经济意义和社会意义。　有利于更多微生物的降解。　４．３生物处理法　参考文献：　４．３．１　青贮法　［１］　徐垫铎，宫庆荣．秸秆综合利用大有可为［Ｊ］．粮食　青贮原理是利用自然界（如青贮原料、空气中）　与饲料工业，１９９４（６）：２５－２８．　的乳酸菌等微生物的生命活动，通过发酵作用，将　［２］　苏绣峡，邱　山．秸秆饲料开发利用的思考［Ｊ］．中　青贮原料中的糖类等碳水化合物变成乳酸等有机　国饲料，１９９６（１２）：５－７．　酸，增加青贮料的酸度，加之厌氧的青贮环境抑制　［３］　郭佩玉．秸秆综合利用的重大发现［Ｊ］．中国饲料，　了霉菌的活动，使青贮料得以长期保存。青贮能够　１９９２（１２）：２０—２４．　有效地保存青绿植物的维生素和蛋白质等营养成　［４］　张祖立．螺旋挤压膨化机加工农作物秸秆的试验研　分，同时还增加了一定数量的能为畜禽利用的乳酸　究［Ｊ］．农业工程学报，２００１（６）：９７—１０１．　和菌体蛋白质。　［５］　晏向华．秸秆饲料资源的开发与应用研究的新进展　４．３．２微生物发酵法　［Ｊ］．粮食与饲料工业，２０００（５）：２２—２５．　Ｔｈｅ　Ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｒｏｐ　Ｓｔｒａｗ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ＪＩＡ　Ｘｉｎ—ｙｕ，ＷＡＮＧ　Ｈｏｎｇ—ｌｉ，ＺＨＡＮＧ　Ｊｉ－ｊｕｎ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｉｌｏｎｇＪｉａｎｇ　Ａｕｇｕｓｔ　Ｆｉｒｓｔ　Ｌａｎｄ　Ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｑｉｎｇ　１　６３３　１　９，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｒｏｐ　ｓｔｒａｗ　ｉｓ　ａｎ　ａｂｕｎｄａｎｔ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ａｎｄ　ｂｅｙｏｎｄ　Ｏ．５７　ｂｉｌｌｉｏｎ　ｔｏｎｓ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　ｅｖｅｒｙ　ｙｅａｒ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　ｃｒｏｐ　ｓｔｒａｗ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｆｕｅｌ，ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ，ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌ，ａｎｄ　ｆｅｅｄ．　Ｐｏｉｎｔｉｎｇ　ｏｕｔ　ｔｈａｔ　ｆｅｅｄ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｏｕｔｌｅｔ　ｏｆ　ｃｒｏｐ　ｓｔｒａｗ　ｕｔｉｌｉｚｅｄ．Ｉｔ　ｈａｓ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ｔｈａｔ　ｃｒｏｐ　ｓｔｒａｗ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｗａｓ　ｅｘｐｌｏｉｔｅｄ　ａｎｄ　ｕｔｉｌｉｚｅｄ，ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｏｕｒ　ｃｏｕｎｔｒｙ’Ｓ　ｆｅｅｄ　ｓｈｏｒｔａｇｅ，ａｎｄ　ｒｅｌｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　ｆｏｒｅｓｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｈｅ　ｓｅｃｏｎｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｏｕｒｃｅ；ｃｒｏｐ　ｓｔｒａｗ；ｓｕｍｍａｒｙ；ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ；ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　一２１９—