張婷 張一新 向洪勇

摘要 圍繞農(nóng)作物秸稈綜合利用的內(nèi)涵，綜述了農(nóng)作物秸稈肥料化、飼料化、基料化、能源化、工業(yè)原料化5種利用措施和秸稈綜合利用措施研究進(jìn)展及存在的問題，總結(jié)了未來農(nóng)作物秸稈綜合利用措施研究的重點(diǎn)問題，包括加強(qiáng)秸稈肥料化培肥土壤的機(jī)制研究；重視秸稈綜合利用配套機(jī)械裝置及儲(chǔ)運(yùn)體系的改進(jìn)和開發(fā)；利用秸稈資源產(chǎn)出各種副產(chǎn)品的單獨(dú)過程加“環(huán)”組“鏈”技術(shù)改進(jìn)和開發(fā)；區(qū)域秸稈綜合利用措施開發(fā)和效益評(píng)價(jià)，旨在為秸稈綜合利用措施的開發(fā)提供指導(dǎo)與借鑒。

關(guān)鍵詞 肥料化；能源化；工業(yè)原料化；飼料化；基料化

中圖分類號(hào) S216.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）02-0080-06

Abstract This study explained the content of integrated straw utilization and summarized five ways of straw utilization （i.e.fertilizer，fodder，matrix，energy and industry material） and analyzed the research progresses and problems of the integrated straw utilization.Furthermore，it concluded four questions that needed further studies，i.e.research on the mechanisms of the improvement of soil fertility after straw returning，the improvement and development of agricultural machinery mating to straw utilization，the improvement and development of technology that can match different measures of integrated straw utilization，and the development of regional measures of integrated straw utilization and their benefit evaluation.The aim was to provide guidance and reference for development of measures of integrated straw utilization.

Key words Fertilizer；Energy；Industry material；Fodder；Matrix

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)作物秸稈（以下簡(jiǎn)稱“秸稈”）資源豐富。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來我國(guó)秸稈年產(chǎn)量為7億t左右，列世界之首，占全世界秸稈總量的30%左右[1]。隨著農(nóng)作物單產(chǎn)的提高，秸稈資源量也呈增加趨勢(shì)[1-2]。秸稈中含有農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的碳、氮、磷、鉀、鎂、鈣、硫等多種營(yíng)養(yǎng)元素和畜禽生長(zhǎng)所需的纖維素、木質(zhì)素、半纖維素等非淀粉類大分子物質(zhì)，可以作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的肥料、飼料資源[3]。我國(guó)年產(chǎn)秸稈肥量相當(dāng)于350余萬t氮肥、800余萬t鉀肥、80余萬t磷肥[3]。秸稈是一種重要的生物質(zhì)能源，我國(guó)年產(chǎn)秸稈熱值相當(dāng)于3.91億t煤量[4]。因此，秸稈具有巨大的資源化利用潛力。長(zhǎng)期以來，我國(guó)只注重農(nóng)作物果實(shí)產(chǎn)量，而忽視對(duì)秸稈的資源化利用。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，秸稈主要用于農(nóng)民生火做飯和飼養(yǎng)家畜，進(jìn)而將產(chǎn)生的秸稈灰和家畜糞便作為有機(jī)肥還田。隨著傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變以及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展，農(nóng)村能源、飼料結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化，秸稈利用途徑發(fā)生了歷史性轉(zhuǎn)變，就地焚燒和棄置成為最主要的秸稈處理方式[5]。然而，這種處理方式一方面造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，另一方面會(huì)污染空氣和水體，成為農(nóng)業(yè)面源污染的重要源頭，威脅農(nóng)產(chǎn)品安全和生態(tài)環(huán)境，進(jìn)而危害人體健康；增加CO2排放量，加劇溫室效應(yīng)；秸稈焚燒產(chǎn)生大量煙霧導(dǎo)致大氣能見度降低，引發(fā)交通事故，影響道路交通和航空安全；焚燒過程處理不當(dāng)將引發(fā)火災(zāi)，威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全；破壞土壤結(jié)構(gòu)，造成耕地質(zhì)量下降[6-8]。這些都嚴(yán)重威脅著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程、環(huán)境友好、生態(tài)安全、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展及農(nóng)民生活水平的提高。因此，秸稈就地焚燒和棄置帶來的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問題日益引起全社會(huì)的關(guān)注。

為了實(shí)現(xiàn)秸稈的資源化利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，我國(guó)從1992年開始出臺(tái)了一系列方針政策，以防止秸稈焚燒產(chǎn)生的問題，并充分利用秸稈資源促進(jìn)我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展[9]。相應(yīng)的秸稈利用措施和技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，如秸稈肥料化、飼料化、基料化、能源化、工業(yè)原料化等。這些措施對(duì)于秸稈禁燒政策的實(shí)施起到了較好的促進(jìn)作用，而且促進(jìn)了農(nóng)民利用秸稈的積極性。盡管如此，我國(guó)秸稈利用率仍為15%，與美國(guó)（90%）、英國(guó)（72%）的秸稈利用率相比仍嚴(yán)重不足，秸稈綜合利用的目標(biāo)仍遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)[10-11]。這一方面是由于不同秸稈利用措施和技術(shù)在應(yīng)用中仍存在很多問題，另一方面與區(qū)域不注重優(yōu)化配置不同秸稈利用措施來實(shí)現(xiàn)利用效率最大化有關(guān)。筆者綜述了國(guó)內(nèi)外秸稈綜合利用措施研究進(jìn)展，以期為實(shí)現(xiàn)我國(guó)農(nóng)業(yè)資源高效利用、保護(hù)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境、提高農(nóng)民生活水平及促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展服務(wù)提供指導(dǎo)與借鑒。

1 秸稈綜合利用的內(nèi)涵

防止農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中對(duì)各種資源的破壞和浪費(fèi)，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染，發(fā)展農(nóng)村循環(huán)經(jīng)濟(jì)，做到農(nóng)業(yè)發(fā)展與資源和環(huán)境相互協(xié)調(diào)，是當(dāng)今全球范圍內(nèi)對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。秸稈綜合利用是在保障農(nóng)民基本利益和農(nóng)田生產(chǎn)力的前提下，通過優(yōu)化組合不同的秸稈利用措施，實(shí)現(xiàn)秸稈資源的生產(chǎn)、生活、生態(tài)效益最大化，最終實(shí)現(xiàn)糧食增產(chǎn)，農(nóng)民增收，生態(tài)環(huán)境改善的目標(biāo)，達(dá)到農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求[2]。

秸稈綜合利用要求樹立大農(nóng)產(chǎn)品觀念，把秸稈作為農(nóng)產(chǎn)品的一種類型來看待。以秸稈為紐帶，將秸稈收集與生態(tài)種養(yǎng)、秸稈能源化、秸稈工業(yè)原料化有機(jī)銜接，加固農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的鏈條，促進(jìn)秸稈產(chǎn)業(yè)發(fā)展，拓展農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間，增加農(nóng)民收入和農(nóng)業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性。鼓勵(lì)和引導(dǎo)秸稈產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以提高我國(guó)秸稈綜合利用水平，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，加快農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展[12]。

2 秸稈利用措施

2.1 秸稈肥料化

化肥的過量施用和不合理的耕作措施導(dǎo)致我國(guó)農(nóng)田土壤養(yǎng)分失衡、結(jié)構(gòu)破壞，進(jìn)而導(dǎo)致地力退化，土地生產(chǎn)力嚴(yán)重降低[13]。人口的日益增長(zhǎng)和耕地面積的逐漸減少迫切需要尋找平衡土壤養(yǎng)分、提高土地生產(chǎn)力及確保糧食安全的措施[14]。同時(shí)，隨著環(huán)境、生態(tài)、生物鏈和可持續(xù)發(fā)展的理念逐漸深入人心，營(yíng)養(yǎng)、健康、綠色和無公害農(nóng)業(yè)成為未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，因此迫切需要發(fā)展有機(jī)肥工業(yè)。秸稈含有豐富的有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫等農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的多種營(yíng)養(yǎng)元素，是一種重要的有機(jī)肥源，因而其肥料化是改良土壤結(jié)構(gòu)及提高土壤肥力的有效措施[3]。

目前，秸稈肥料化措施主要包括秸稈直接還田和加工商品有機(jī)肥。研究發(fā)現(xiàn)，秸稈直接還田能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀含量[15-17]，提高土壤團(tuán)聚體和水分含量[18-23]，調(diào)節(jié)土壤溫度[24-26]，增加土壤動(dòng)物數(shù)量和活性[27-29]，提高微生物多樣性和數(shù)量[30-31]，增強(qiáng)土壤酶活性[32-33]，抑制田間雜草[34-36]，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[37-39]。

然而，秸稈直接還田存在很多問題。

一方面，秸稈還田改善土壤肥力的效果不理想，而且還田過程中會(huì)產(chǎn)生一系列的次生危害。如秸稈在分解過程中，土壤微生物消耗部分土壤氮素而發(fā)生與作物爭(zhēng)氮，導(dǎo)致作物氮“饑餓”現(xiàn)象[40]；秸稈分解速度較慢，不利于后季作物生根[41]；水田秸稈腐爛過程中會(huì)產(chǎn)生許多有機(jī)酸，危害作物根系[42]；部分秸稈對(duì)下茬作物產(chǎn)生相克反應(yīng)或自毒作用[43-44]；引發(fā)一些病蟲草害[45]；增加還原氣體的排放，加劇溫室效應(yīng)[46-48]；對(duì)田間全苗、勻苗產(chǎn)生影響[49-50]等。因而，導(dǎo)致秸稈還田提高農(nóng)作物產(chǎn)量的效果嚴(yán)重低于預(yù)期。然而，由于對(duì)秸稈直接還田提高土壤肥力的機(jī)制仍不清楚，目前難以提出合理的秸稈還田配套農(nóng)藝措施，以充分提高土壤肥力、避免次生危害。因此，今后有待深入研究秸稈直接還田提高土壤肥力的機(jī)制，在此基礎(chǔ)上因地制宜地探索合理的秸稈還田配套農(nóng)藝措施。

另一方面，秸稈還田配套機(jī)械不完備也嚴(yán)重阻礙了秸稈直接還田的推廣應(yīng)用[51]。當(dāng)前的秸稈粉碎裝置對(duì)秸稈的粉碎程度較低，粉碎秸稈的裝置成本和功耗均較高；以往的秸稈旋耕、拋撒裝置，使得土壤翻耕深淺程度不同，且粉碎后的秸稈在田間分布不均，嚴(yán)重影響出苗[52]。市場(chǎng)上的秸稈還田配套機(jī)械機(jī)型偏少，產(chǎn)品的可靠性和安全性較差，配套動(dòng)力嚴(yán)重不足，因此秸稈粉碎率、破茬率、掩埋深度等均達(dá)不到農(nóng)藝要求，這不僅延誤農(nóng)時(shí)，還影響秸稈還田效果[53-54]。同時(shí)，單項(xiàng)作業(yè)機(jī)多，復(fù)式作業(yè)機(jī)少，機(jī)器在田間多次作業(yè)會(huì)嚴(yán)重破壞土壤結(jié)構(gòu)[55]。另外，秸稈還田機(jī)械的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)較少，而各廠家對(duì)秸稈還田機(jī)的理論研究少，對(duì)其結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)以及動(dòng)力參數(shù)的配置與選擇缺乏理論和試驗(yàn)依據(jù)，這導(dǎo)致其設(shè)計(jì)比較盲目[56]。秸稈還田配套機(jī)械成本高，使用率低，政府的投資力度小，阻礙了秸稈還田的實(shí)施。未來有待加強(qiáng)秸稈還田配套的低能耗、高效率機(jī)械裝置的研發(fā)，以降低秸稈還田的人力和物力成本，促進(jìn)秸稈直接還田的實(shí)施。

秸稈肥料化加工商品有機(jī)肥主要是采用特殊工藝科學(xué)配比，用高新技術(shù)培養(yǎng)和生產(chǎn)菌種，用現(xiàn)代化設(shè)備進(jìn)行溫度、濕度、數(shù)量、質(zhì)量和時(shí)間控制，將秸稈經(jīng)粉碎、堆腐、生物發(fā)酵等過程轉(zhuǎn)換成優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥[57]。目前，國(guó)內(nèi)利用秸稈生產(chǎn)商品有機(jī)肥的技術(shù)不成熟。其中添加量少和返料率低的新型粘結(jié)劑的開發(fā)研究是該技術(shù)發(fā)展的瓶頸[58]。用秸稈加工的商品有機(jī)肥雖然肥效較高、生態(tài)環(huán)境友好，但秸稈的收集與儲(chǔ)存存在一定的阻礙[59]。由于作物收獲季節(jié)農(nóng)時(shí)較緊，用于秸稈收集的人力不足，且人力收集效率低下，目前尚無高效的秸稈收集打包機(jī)械，因此嚴(yán)重影響秸稈的收集。另外，當(dāng)前我國(guó)缺乏形成秸稈存儲(chǔ)體系，這都會(huì)制約利用秸稈加工商品有機(jī)肥的發(fā)展。

2.2 秸稈飼料化

農(nóng)作物秸稈含有豐富的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等非淀粉類大分子物質(zhì)，是草食性家畜重要的粗飼料來源。研究發(fā)現(xiàn)，1.00 t普通秸稈的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與0.25 t糧食的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值相當(dāng)[60]。秸稈飼料化可大幅度提高牛、羊肉及其奶制品的產(chǎn)量和質(zhì)量，進(jìn)而改善人民群眾的膳食結(jié)構(gòu)；減少飼料用糧，解決人畜爭(zhēng)糧矛盾；發(fā)展畜牧業(yè)的同時(shí)一定程度上解決秸稈的資源化問題，提高秸稈的利用率[61]。

然而，由于秸稈中纖維素、木質(zhì)素含量較高，蛋白質(zhì)、維生素含量很低，導(dǎo)致其適口性差、消化率低、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值低，直接飼喂效果不佳，因此需要對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)娘暳匣庸ぬ幚韀62]。秸稈飼料化常用方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法[63]。物理法設(shè)備能耗高，生產(chǎn)的飼料適口性、消化率、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較低?；瘜W(xué)法雖可在一定程度上提高秸稈消化率，但存在成本高、易污染等問題。生物法主要采用微生物或酶處理秸稈，使秸稈中的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等降解轉(zhuǎn)化為低分子的單糖或低聚糖，最終加工為富含菌體蛋白、維生素等成分的生物蛋白飼料。該方法具有顯著提高秸稈飼料適口性和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及綠色無污染、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)得到的秸稈飼料中還含有豐富的菌體蛋白、酶類、抑菌因子、維生素及促生長(zhǎng)因子等發(fā)酵代謝產(chǎn)物，具有一定的益生保健功效，是當(dāng)前最具應(yīng)用潛力和發(fā)展前景的秸稈飼料化方法[62]。因此，秸稈飼料化的研究主要集中于微生物法。

目前，雖然對(duì)秸稈飼料化的微生物法處理技術(shù)研究取得了一些進(jìn)展，如鑒定并分離了多種降解秸稈的細(xì)菌、真菌、放線菌[64-65]，對(duì)發(fā)酵工藝和菌群構(gòu)成也進(jìn)行了諸多探索和優(yōu)化改進(jìn)[66-68]。但該技術(shù)仍不夠成熟，存在諸多亟需解決的問題。該技術(shù)的核心是秸稈發(fā)酵降解菌株，但至今仍未選育出高產(chǎn)纖維素酶菌株[69]，因此，需繼續(xù)廣泛篩選、分離或采用人工馴化、基因克隆與表達(dá)等方法得到纖維素、半纖維素、木質(zhì)素高效降解菌菌株[62]。同時(shí)，該技術(shù)規(guī)?；a(chǎn)的工藝及技術(shù)非常復(fù)雜，生產(chǎn)放大過程受多種因素影響，如菌株生長(zhǎng)易受雜菌的影響，需要在無菌或雜菌受抑制的條件下生長(zhǎng)，且生產(chǎn)過程易受發(fā)酵溫度、濕度、pH、通氣等條件影響；酶的合成和活性易受降解產(chǎn)物反饋抑制；生長(zhǎng)轉(zhuǎn)化過程中可能還會(huì)有少量有毒物質(zhì)產(chǎn)生[70]。因此，需深入研究秸稈的菌株降解機(jī)理，揭示菌株間以及菌株、發(fā)酵產(chǎn)物、底物間的協(xié)同或拮抗關(guān)系，進(jìn)而開發(fā)出成本低、易操作的配套發(fā)酵工藝及技術(shù)，并加強(qiáng)生產(chǎn)過程中有毒物質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與防控，避免其通過食物鏈對(duì)人體造成毒害[71]。目前，秸稈飼料化多用于牛等反芻動(dòng)物飼料，缺乏用于單胃動(dòng)物的飼料化研究，因此，還需考慮家畜的消化生理特性及生長(zhǎng)發(fā)育階段對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求，選擇適宜飼料化的秸稈種類，對(duì)不同秸稈種類進(jìn)行優(yōu)化組合，開發(fā)適用于不同家畜及其不同生理階段的微生物發(fā)酵飼料[72-74]。

2.3 秸稈基料化

秸稈基料化是利用機(jī)械將秸稈粉碎，以此作為基料栽培食用菌。秸稈富含食用菌所必需的碳源，大多數(shù)秸稈均可作為食用菌的栽培基料[75]。文雯[76]研究發(fā)現(xiàn)，5～8 hm2耕地的秸稈經(jīng)腐熟后可栽培0.07 hm2露地蘑菇，蘑菇產(chǎn)量高達(dá)2 000～3 000 kg，因此其基料化是一種投資小、見效快的秸稈利用方式。

目前，我國(guó)已能夠利用小麥、水稻、玉米等多種作物秸稈生產(chǎn)雙孢蘑菇、平菇、雞腿菇、杏鮑菇等多種食用菌，但仍面臨單產(chǎn)低、品質(zhì)差、產(chǎn)業(yè)效益逐漸下降的問題。秸稈基質(zhì)的優(yōu)化是提高秸稈降解轉(zhuǎn)化效率、提高食用菌產(chǎn)量的基本保障。秸稈基質(zhì)化研究主要包括配方優(yōu)化和工藝優(yōu)化兩大方面。前者包括合理的主輔料搭配、碳氮比、料液比等，是提高轉(zhuǎn)化效率的基礎(chǔ)[77]。后者模式較多，如一次發(fā)酵、二次發(fā)酵、三次發(fā)酵等模式，但各種模式都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)[78-79]。然而，目前我國(guó)關(guān)于溫度、微生物、碳氮比、木質(zhì)素等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)食用菌生長(zhǎng)的影響研究仍十分薄弱，因此，應(yīng)注重各秸稈基質(zhì)化關(guān)鍵參數(shù)及基礎(chǔ)規(guī)律的研究，同時(shí)分析對(duì)比各種工藝模式，探討各參數(shù)與降解轉(zhuǎn)化、產(chǎn)量等的關(guān)系。

2.4 秸稈能源化

秸稈是一種很好的清潔可再生能源，每2 t秸稈的熱值相當(dāng)于1 t標(biāo)準(zhǔn)煤，而平均含硫量只有0.38%，遠(yuǎn)低于煤1.00%的平均含硫量，具有顯著的能源效益和環(huán)境效益[80]。秸稈能源化不僅可以提高能源利用效率，而且其生產(chǎn)能源可替代化石燃料的消耗，使能源的配置更為合理，并減少CO2等有害氣體排放，還可緩解農(nóng)村地區(qū)能源供應(yīng)短缺的狀況，提高農(nóng)民生活質(zhì)量。其能源化的主要方式包括沼氣化、熱解氣化、焚燒發(fā)電、制成固化和液化燃料等[81]。

秸稈沼氣化是秸稈適配人畜糞在厭氧條件下發(fā)酵生產(chǎn)以甲烷為主要成分的可燃?xì)怏w。近年來，關(guān)于秸稈沼氣化措施的研究集中在通過調(diào)節(jié)秸稈碳氮比和改善秸稈質(zhì)地等預(yù)處理優(yōu)化原料發(fā)酵特性、在反應(yīng)器中增加格柵防止漂浮結(jié)殼、時(shí)差進(jìn)料調(diào)節(jié)產(chǎn)氣平衡、變換反應(yīng)器接種物和接種濃度加速反應(yīng)啟動(dòng)以及改進(jìn)發(fā)酵工藝調(diào)控反應(yīng)條件等方面，并取得了一定進(jìn)展[82-85]。但是當(dāng)前秸稈沼氣化的產(chǎn)氣率仍不理想，今后有待加強(qiáng)秸稈預(yù)處理、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)改進(jìn)、產(chǎn)氣發(fā)酵工藝過程改進(jìn)等方面的研究[86]。

秸稈熱解氣化是指在缺氧條件下加熱秸稈，使其中的揮發(fā)性物質(zhì)隨溫度的升高逐步析出，并在高溫下發(fā)生裂解，裂解得到的氣體和余碳在氧化區(qū)與氧化介質(zhì)空氣、水蒸汽等發(fā)生燃燒反應(yīng)，生成的氣體經(jīng)還原區(qū)與碳發(fā)生反應(yīng)生成CO、H2、CH4、CnH2n等混合可燃?xì)?，即秸稈氣[87]。但目前秸稈熱解氣化仍存在燃?xì)鉄嶂档?、焦油量多、熱能利用效率低、?jīng)濟(jì)效益差等亟待解決的問題[88]。

秸稈焚燒發(fā)電技術(shù)也是秸稈能源化的重要方式。丹麥?zhǔn)鞘澜缟鲜讉€(gè)用秸稈焚燒發(fā)電的國(guó)家。丹麥BWE公司率先研發(fā)秸稈焚燒發(fā)電技術(shù)，迄今在該領(lǐng)域仍保持世界最先進(jìn)水平[12]。我國(guó)秸稈焚燒發(fā)電技術(shù)起步較晚，自2004年開始，我國(guó)政府和民間才開始關(guān)注該技術(shù)的推廣和普及。目前，秸稈焚燒發(fā)電技術(shù)成本仍遠(yuǎn)高于燃煤發(fā)電，且不完全燃燒的秸稈焚燒發(fā)電還可能造成新的空氣污染。軟秸稈進(jìn)料堵塞、爐壁腐蝕結(jié)垢等問題仍有待解決[89]。

秸稈的基本組織是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素，在200～300 ℃下會(huì)軟化，此時(shí)施加一定壓力使其緊密粘連，冷卻固化成型后即可得到棒狀或顆粒狀新型燃料，也可經(jīng)過一系列的生物發(fā)酵過程生產(chǎn)乙醇[88]。因此，秸稈還可用來加工固體燃料和乙醇。但該技術(shù)目前仍不成熟，尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

2.5 秸稈工業(yè)原料化

秸稈工業(yè)原料化在我國(guó)的開發(fā)利用起步較晚。但由于秸稈資源量豐富、價(jià)格低廉，因而，其工業(yè)原料化被認(rèn)為是極具潛力的利用途徑[90]。目前，秸稈工業(yè)原料化方式包括造紙、制作工藝品、生產(chǎn)一次性餐具、人造絲、人造棉、糠醛、飴糖、醋酸纖維素、木糖醇等，但這些方面的應(yīng)用由于技術(shù)不成熟、成本高、污染重等，尚未得到大規(guī)模的推廣[91]。

秸稈工業(yè)原料化的主要方式集中于生產(chǎn)人造板，是將經(jīng)切割、粉碎、碾磨處理或未經(jīng)處理的秸稈與膠粘劑混合物經(jīng)擠壓、平壓或模壓加工成各種各樣的纖維板材，再經(jīng)一定的化學(xué)處理制成裝飾板材、墻板、一次成型家具、包裝材料等。這種秸稈人造板的開發(fā)，對(duì)于緩解國(guó)內(nèi)木材供應(yīng)不足和需求趨緊的矛盾、保護(hù)森林資源、生態(tài)環(huán)境具有重要意義[92]。

然而，秸稈人造板產(chǎn)業(yè)化過程中仍存在一些問題。一方面，秸稈的細(xì)胞結(jié)構(gòu)特征和化學(xué)組分與木材不盡相同，采用傳統(tǒng)辦法進(jìn)行秸稈破碎和纖維分離，得率低，形態(tài)差，影響產(chǎn)品的物理學(xué)性能。另一方面，秸稈表面多含不利于膠合的蠟質(zhì)和硅質(zhì)成分，采用傳統(tǒng)的脲醛樹脂或酚醛樹脂膠難以得到滿意的膠合度，尤其是內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度。因此，目前國(guó)內(nèi)外已建成的秸稈人造板幾乎都以異氰酸酯為膠粘劑。但同時(shí)也引起另外兩個(gè)問題：成本問題——異氰酸酯的價(jià)格遠(yuǎn)高于脲醛樹脂和酚醛樹脂，導(dǎo)致秸稈人造板的成本較高；粘板問題——直接采用異氰酸酯膠粘劑會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的粘板現(xiàn)象。

未來有待加強(qiáng)以下幾個(gè)方面研究，以解決秸稈人造板產(chǎn)業(yè)存在的問題。①開發(fā)新的秸稈切割、粉碎、碾磨處理方法和破碎設(shè)備，以增強(qiáng)秸稈人造板的物理學(xué)性能；②秸稈人造板生產(chǎn)工藝的改良，如采用蒸汽加熱處理、生物處理、化學(xué)處理等方法，改變秸稈表面性質(zhì)，消除秸稈表面不利于膠合物質(zhì)對(duì)產(chǎn)品性能造成的不利影響，同時(shí)改良秸稈人造板的物理、化學(xué)性能，如強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、耐腐蝕性、防火阻燃性等；③改進(jìn)異氰酸酯生產(chǎn)工藝，降低異氰酸酯價(jià)格，優(yōu)化施膠工藝以減小膠粘劑的用量和均勻性，積極開發(fā)新的膠粘劑替代產(chǎn)品，降低秸稈人造板的膠粘劑成本；④探索秸稈人造板的復(fù)合方案，將秸稈與木材、竹材、無機(jī)物等原料混合使用或?qū)惽杷狨ヅc酚醛樹脂、無機(jī)膠粘劑混合使用，以降低秸稈人造板的生產(chǎn)成本。

3 秸稈綜合利用措施

秸稈是寶貴的物質(zhì)資源，采用綜合利用措施對(duì)秸稈進(jìn)行系列化開發(fā)、產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)，既可提高農(nóng)產(chǎn)品的綜合加工能力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收，又是加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、維護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)平衡、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

多級(jí)產(chǎn)業(yè)鏈延伸物質(zhì)的多級(jí)利用是提高物質(zhì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益的有效途徑。多級(jí)利用原則要求按照循環(huán)經(jīng)濟(jì)原理開展物質(zhì)的資源化利用，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行多次利用，通過延長(zhǎng)物質(zhì)的使用周期來提高物質(zhì)的資源化利用效率。根據(jù)多級(jí)利用的原則，秸稈綜合利用的最佳途徑是在秸稈資源化利用過程中延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈，利用產(chǎn)業(yè)內(nèi)部各要素間的共生耦合與協(xié)同作用形成相對(duì)完善、閉合的產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)，建立閉路循環(huán)工藝，實(shí)現(xiàn)秸稈資源循環(huán)利用，即將秸稈資源作為原料投入到某一生產(chǎn)過程，該生產(chǎn)過程的廢料或副產(chǎn)品經(jīng)過轉(zhuǎn)化再進(jìn)入下一個(gè)生產(chǎn)過程，最終的廢料返回農(nóng)田，從而產(chǎn)生新的秸稈資源（圖1）[93]。整個(gè)綜合利用過程最大程度地實(shí)現(xiàn)了秸稈中物質(zhì)和能量的資源化，并減少?gòu)U棄物向環(huán)境的直接排放。

目前，關(guān)于秸稈綜合利用措施已有大量研究。這些研究主要集中于以下3個(gè)方面。首先是影響秸稈綜合利用的形成機(jī)制。朱建春等[9]研究發(fā)現(xiàn)，政策、技術(shù)、地域、農(nóng)戶社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況和個(gè)人素質(zhì)通過直接影響農(nóng)戶秸稈綜合利用意愿而間接影響農(nóng)戶秸稈綜合利用行為，并構(gòu)成陜西農(nóng)作物秸稈綜合利用的形成機(jī)制。其次是耦合不同秸稈利用措施，以提高秸稈利用效率。張無敵等[94]研究發(fā)現(xiàn)，添加沼氣發(fā)酵殘留物養(yǎng)豬，育肥1頭豬能節(jié)約成本50元以上，養(yǎng)魚能增產(chǎn)鮮魚10%～30%，沼肥不但是優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥，還是理想的土壤改良劑；沼液既是無污染的廣譜性生物農(nóng)藥，又是良好的種子浸種液；用沼氣發(fā)酵殘留物栽培蘑菇，產(chǎn)菇快且質(zhì)量好，比傳統(tǒng)栽培料增產(chǎn)10%～30%；沼氣貯糧和保鮮水果蔬菜等也均能取得良好的效益。因此，沼氣和殘留物的綜合利用所帶來的效益遠(yuǎn)比秸稈沼氣化本身的價(jià)值高得多。鐘珍梅等[95]運(yùn)用能值理論對(duì)福清星源畜牧場(chǎng)以沼氣為紐帶的種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)農(nóng)業(yè)模式進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，循環(huán)農(nóng)業(yè)模式整體效益優(yōu)于單純的生豬養(yǎng)殖模式，環(huán)境負(fù)載率比后者降低了15.00%，可持續(xù)發(fā)展指數(shù)提高了15.71%，經(jīng)濟(jì)效益提高了18.96%，循環(huán)農(nóng)業(yè)模式是實(shí)現(xiàn)“資源減量化、物質(zhì)再循環(huán)和再利用及提高生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。程云輝等[96]通過將山芋藤、花生秸、玉米秸菌糠添加到肉羊育肥配合飼料中，研究發(fā)現(xiàn)，菌糠可作為較好的山羊育肥飼料。最后是秸稈綜合利用效益評(píng)價(jià)。張燕[97]通過對(duì)比分析我國(guó)秸稈資源肥料、飼料、基料、能源、工業(yè)原料化5種利用方式的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)三大效益，認(rèn)為飼料、肥料及能源的傳統(tǒng)利用方式雖較適宜發(fā)展，但其“合理卻并非有效”，唯有發(fā)展秸稈人造板這樣的“新型環(huán)保+效益”的工業(yè)生態(tài)產(chǎn)業(yè)才符合我國(guó)國(guó)情。楊增玲等[98]采用灰色關(guān)聯(lián)理想解法對(duì)黑龍江地區(qū)的秸稈綜合利用方案效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)秸稈綜合利用效益從大到小依次為飼料化、肥料化、能源化、基料化、工業(yè)原料化。黃春等[99]利用能值生態(tài)足跡方法對(duì)廣漢市和大邑縣水稻和小麥秸稈利用的人均生態(tài)足跡進(jìn)行了評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)廣漢市水稻秸稈不同利用方式的人均生態(tài)足跡從大到小依次為肥料化、原料化、焚燒及其他、飼料化、沼氣化，小麥秸稈不同利用方式的人均生態(tài)足跡從大到小依次為肥料化、焚燒及其他、原料化、沼氣化、飼料化；大邑縣水稻秸稈不同利用方式的人均生態(tài)足跡從大到小依次為原料化、肥料化、沼氣化、焚燒及其他、飼料化，小麥秸稈不同利用方式的人均生態(tài)足跡從大到小依次為肥料化、焚燒及其他、原料化、沼氣化、飼料化。

盡管如此，由于秸稈綜合利用措施尤其是各種利用秸稈資源產(chǎn)出各種副產(chǎn)品的單獨(dú)過程加“環(huán)”組“鏈”技術(shù)不成熟甚至嚴(yán)重缺乏，貯、養(yǎng)、加、銷各環(huán)節(jié)仍難以有機(jī)銜接，很多秸稈綜合利用措施仍停留在實(shí)驗(yàn)室研究或小規(guī)模試驗(yàn)階段，仍未得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用，因而導(dǎo)致我國(guó)秸稈綜合利用率嚴(yán)重偏低，僅以秸稈肥料化為主，秸稈產(chǎn)業(yè)化利用途徑較窄，秸稈綜合利用的目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)。

4 秸稈綜合利用措施的研究重點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)

秸稈綜合利用措施一直是農(nóng)業(yè)研究的熱點(diǎn)問題之一，并取得了很大進(jìn)展，但仍存在一些迫切需要解決的問題。開展秸稈綜合利用是我國(guó)農(nóng)業(yè)資源高效利用、農(nóng)村生態(tài)環(huán)境保護(hù)、農(nóng)民生活水平提高、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。同時(shí)，它還可增加就業(yè)機(jī)會(huì)，繁榮農(nóng)村經(jīng)濟(jì)；增加秸稈附加值，提高農(nóng)民收入，帶動(dòng)農(nóng)戶種糧積極性，提高我國(guó)糧食安全性；增加能源及資源供給，提高我國(guó)能源及資源安全性。因此，大力實(shí)施秸稈綜合利用，利國(guó)利民。未來秸稈綜合利用措施的研究應(yīng)重點(diǎn)集中在以下幾個(gè)方面：

4.1 加強(qiáng)秸稈直接還田，提高土壤肥力的機(jī)制研究

盡管秸稈直接還田能在一定程度上提高土壤肥力，但其提高土壤肥力、增加作物產(chǎn)量的效果仍不理想，且伴隨著一系列次生危害。因此，迫切需要揭示秸稈直接還田，提高土壤肥力的微生物學(xué)、酶學(xué)、動(dòng)物學(xué)、化學(xué)計(jì)量學(xué)機(jī)制，以開發(fā)適宜的秸稈直接還田配套的農(nóng)藝措施，充分發(fā)揮秸稈直接還田提高土壤肥力的作用，同時(shí)避免次生危害的發(fā)生，進(jìn)而達(dá)到充分提高作物產(chǎn)量的目的。

4.2 重視秸稈利用配套機(jī)械裝置和儲(chǔ)運(yùn)體系的改進(jìn)和開發(fā)

進(jìn)一步發(fā)展秸稈粉碎還田機(jī)、深松機(jī)、大功率拖拉機(jī)等機(jī)械，保證秸稈直接還田的順利、高效實(shí)施。加強(qiáng)秸稈利用的配套機(jī)械裝置的開發(fā)和改進(jìn)，尤其要重視秸稈撿拾和打捆機(jī)械，如青貯收獲機(jī)、秸稈打捆機(jī)的開發(fā)。另外，秸稈密度小，占地面積大，堆放需要較大的空間，再加上秸稈資源供應(yīng)的季節(jié)性導(dǎo)致其不能持續(xù)供應(yīng)，這些都迫切需要在不同級(jí)別的行政單元建立不同規(guī)模的秸稈收集站點(diǎn)和儲(chǔ)運(yùn)體系。

4.3 秸稈利用措施單獨(dú)過程加“環(huán)”組“鏈”技術(shù)的改進(jìn)和開發(fā)

隨著秸稈綜合利用概念的提出，新的秸稈利用措施也不斷被開發(fā)，但不同秸稈利用措施均存在一定問題，制約著秸稈利用率和利用層次的提高。因此，有待加強(qiáng)已有秸稈利用措施的改進(jìn)和產(chǎn)業(yè)化。同時(shí)，加強(qiáng)秸稈利用新技術(shù)、新方法的研發(fā)。通過各種加“環(huán)”組“鏈”技術(shù)，將各種秸稈利用措施有機(jī)組合起來，形成多層次、多途徑的綜合利用方式，實(shí)現(xiàn)秸稈資源化利用的產(chǎn)業(yè)化和高效化目標(biāo)。另外，秸稈綜合利用需要先進(jìn)技術(shù)的支撐，相關(guān)的科研單位、企業(yè)要加強(qiáng)交流與合作，結(jié)合我國(guó)農(nóng)時(shí)特點(diǎn)和農(nóng)作物區(qū)域特征共同研究秸稈利用先進(jìn)工藝和技術(shù)。同時(shí)，做好相關(guān)技術(shù)的推廣和培訓(xùn)工作。

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