農(nóng)作物秸稈資源利用技術(shù)現(xiàn)狀及其展望研究

桂思琪+黃碧捷+陶元+岳琳

摘要：指出了農(nóng)作物秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的附屬品，作為可再生能源，具有廣闊的應(yīng)用前景。以農(nóng)作物秸稈資源化利用相關(guān)文獻(xiàn)及報(bào)道為基礎(chǔ)，綜述了目前我國(guó)秸稈資源化利用技術(shù)現(xiàn)狀、并對(duì)其未來(lái)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望性研究。

關(guān)鍵詞：農(nóng)作物秸稈；利用現(xiàn)狀；技術(shù)展望

中圖分類(lèi)號(hào)：X32

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2017）14-0077-03

1 引言

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)的發(fā)展使其附屬產(chǎn)生農(nóng)作物秸稈的資源量也非?？捎^。秸稈是我國(guó)大部分農(nóng)村地區(qū)主要的牲畜飼料和生活燃料，隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，秸稈逐漸被天然氣等其他產(chǎn)品所代替，而秸稈資源化利用途徑推廣不普遍。同時(shí)，秸稈的大量露天堆積及焚燒，嚴(yán)重的影響到了周邊生態(tài)環(huán)境和人們健康問(wèn)題，不僅造成了資源的浪費(fèi)，還存在潛在的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)問(wèn)題，嚴(yán)重的制約了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

農(nóng)作物秸稈具有分布廣、種類(lèi)多、污染小且熱值含量高等特點(diǎn)。2010年全國(guó)秸稈理論資源量為8.4億t，可收集資源量約為7億t[1]。農(nóng)作物秸稈可利用資源量豐富，若實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈資源化利用技術(shù)，可以有效緩解農(nóng)村能源、工業(yè)原料、肥料和飼料的供應(yīng)壓力，能發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)多層次的綜合利用，從而促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

2 秸稈利用現(xiàn)狀及形成原因

2.1 利用現(xiàn)狀

隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的逐漸發(fā)展，我國(guó)農(nóng)作物秸稈的用途有：飼料、工副業(yè)生產(chǎn)原料、直接還田。由于部分地區(qū)政策法規(guī)的不完善，一些城市郊區(qū)，農(nóng)民對(duì)秸稈的需求減少，為圖方便將秸稈就地焚燒，污染環(huán)境，影響交通，為此國(guó)家有關(guān)部門(mén)做出了禁燒秸稈管理措施，出臺(tái)了一些相關(guān)政策，情況雖有所緩和，但目前仍然存在秸稈資源浪費(fèi)和環(huán)境污染等情況。因此，研究農(nóng)作物秸稈經(jīng)濟(jì)有效的利用技術(shù)有著非常重要的意義。

2.2 形成原因

針對(duì)我國(guó)的秸稈資源產(chǎn)量，結(jié)合我國(guó)目前的發(fā)展形勢(shì)及農(nóng)村居民的生活方式等分析造成我國(guó)農(nóng)作物秸稈得不到較好利用的原因。主要有以下幾點(diǎn)。

一是農(nóng)民環(huán)保的意識(shí)較薄弱，缺乏與外界的技術(shù)交流，對(duì)秸稈綜合利用問(wèn)題存在缺陷。在農(nóng)村，秸稈一般作為燃料生火做飯或就地焚燒。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與農(nóng)村現(xiàn)代化化，農(nóng)村居民對(duì)秸稈的的需求下降，且在秸稈綜合處理技術(shù)成本高的情況下導(dǎo)致秸稈露天焚燒的現(xiàn)象更多，對(duì)大氣環(huán)境造成一定影響。

二是我國(guó)對(duì)秸稈資源利用意識(shí)與技術(shù)形成起步較晚[2]，相關(guān)政策不夠完善，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)脫貧時(shí)期，沒(méi)有經(jīng)濟(jì)實(shí)力發(fā)展可再生清潔能源的利用與重視環(huán)境保護(hù)。

三是秸稈綜合利用技術(shù)的創(chuàng)新性不足，科技轉(zhuǎn)化力度不夠，缺乏秸稈處置技術(shù)導(dǎo)致其經(jīng)濟(jì)價(jià)值難以得到發(fā)揮，這是最核心的原因。這樣大多農(nóng)民都找不到“變廢為寶”的途徑，甚至還需要付出一定的秸稈處理成本，最簡(jiǎn)單的方法必然是讓秸稈“付之一炬”。

3 現(xiàn)有資源化利用技術(shù)及展望

3.1 就地利用技術(shù)

3.1.1 秸稈還田

農(nóng)作物秸稈中富含土壤所需的有機(jī)質(zhì)和微量營(yíng)養(yǎng)元素，是一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值非常高的土壤肥料，可以提高土壤肥力、改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。還田利用還分為直接還田、間接還田、秸稈生化腐熟還田。

秸稈直接還田是將用機(jī)械破碎的秸稈粉末或殘留在田間的秸稈、根莖耕翻掩埋，與土壤混合后漸漸腐爛，將秸稈中的大量有機(jī)質(zhì)和其他一些微量元素釋放于土壤中，從而達(dá)到提高土壤肥力，改善土壤質(zhì)量的目的[3]。秸稈直接還田具有操作簡(jiǎn)單、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，但是部分地區(qū)秸稈在土壤中自行腐爛的速度較慢，反而會(huì)對(duì)次年農(nóng)作物產(chǎn)生影響，無(wú)法大規(guī)模、長(zhǎng)期使用?，F(xiàn)階段和未來(lái)的研究及應(yīng)用主要集中在如何有效的提高秸稈的破碎率上。

秸稈間接還田是將秸稈喂養(yǎng)牲畜過(guò)腹還田或進(jìn)行發(fā)酵，將產(chǎn)生的牲畜糞便和發(fā)酵產(chǎn)生的殘?jiān)┤鲇谔镏校渲械臓I(yíng)養(yǎng)成分更易被土壤吸收。秸稈間接還田改善了直接還田的弊端，但是間接還田還存在多產(chǎn)業(yè)鏈問(wèn)題，只有在當(dāng)?shù)匦纬缮?、發(fā)酵等一系列規(guī)模，才能更加經(jīng)濟(jì)、便捷地實(shí)施秸稈間接還田。現(xiàn)階段和未來(lái)的研究及應(yīng)用主要集中在如何綜合性形成秸稈-牲畜-產(chǎn)業(yè)的模式。

秸稈生化腐熟還田是將粉碎后的秸稈與一定量的生物菌劑和適量的氮肥混合，灑水后堆壓，秸稈中的高分子粗纖維被高溫漚制后產(chǎn)生纖維素酶分解為小分子的糖醇等，有害的寄生蟲(chóng)卵、病源菌等被高溫殺滅，進(jìn)而生成有機(jī)熟肥[4]。其優(yōu)點(diǎn)是秸稈可以完全分解且腐化速度快、相比于前兩種還田方式肥效更高。但操作較于繁瑣，需要有一定的技術(shù)人員，需要產(chǎn)業(yè)化?，F(xiàn)階段和未來(lái)的研究及應(yīng)用主要集中在如何在實(shí)驗(yàn)室篩選有效菌和提高菌體在農(nóng)田里的效率和世代性。

3.1.2 秸稈飼料

我國(guó)秸稈產(chǎn)量大，王亞靜等[5]研究發(fā)現(xiàn)我國(guó)秸稈產(chǎn)量中適宜做牲畜喂養(yǎng)飼料的秸稈占85.67%。但是由于秸稈飼料存在口感差、質(zhì)地硬、不易消化等特點(diǎn)，我國(guó)用做牲畜飼料喂養(yǎng)的秸稈量也不超過(guò)總量的20%[6]，這是限制秸稈過(guò)腹還田的原因之一。研究高質(zhì)量秸稈飼料的方法是秸稈飼料化利用的重要發(fā)展方向。秸稈飼料化方法主要有以下6種。

（1）氨化技術(shù)。該技術(shù)是利用氨的水溶液對(duì)農(nóng)作物秸稈進(jìn)行浸泡處理，秸稈經(jīng)過(guò)氨化后變得柔軟，易于家畜消化吸收，飼料粗蛋白含量增加，含氮量增加。

（2）膨化技術(shù)。該技術(shù)是將秸稈原料經(jīng)過(guò)一連串的調(diào)濕，加熱捏合后進(jìn)入制粒機(jī)主體，在主體內(nèi)物料水人流失迅速蒸發(fā)，體積膨脹，成為膨化飼料。

（3）微儲(chǔ)飼料技術(shù)。將名為秸稈發(fā)酵活干菌的微生物高效活性菌種加入到秸稈中，使之密封儲(chǔ)藏，經(jīng)過(guò)發(fā)酵后變成草食性家畜的主飼料。

（4）青貯及黃貯技術(shù)。青貯是將收割好的鮮秸稈直接粉碎后窖貯，裝袋打包的秸稈儲(chǔ)存技術(shù)，要求含水率不能過(guò)低；黃貯是利用干秸稈做原料，經(jīng)機(jī)械粉碎后加水和生物菌劑，捆壓以后裝袋貯存的技術(shù)。由于秸稈飼料的黃貯技術(shù)不受秸稈含水率的影響，一年四季都可以做，有價(jià)值進(jìn)行廣泛推廣。

（5）顆粒化技術(shù)。將秸稈粉碎后根據(jù)其用途設(shè)計(jì)配方，與其他農(nóng)副產(chǎn)品混搭使用，制成顆粒飼料。該技術(shù)能提高產(chǎn)品質(zhì)量，是飼料達(dá)到各種營(yíng)養(yǎng)元素平衡，改善了其適口，性操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)且效果明顯。

（6）熱噴技術(shù)。用熱力效應(yīng)與機(jī)械效應(yīng)結(jié)合的方法，改善粗飼料適口性。飼料經(jīng)過(guò)熱噴處理后質(zhì)地柔軟，味道芳香，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和利用價(jià)值大大提高。但由于目前熱噴技術(shù)成本較高，在生產(chǎn)實(shí)踐中推廣仍有難度。

3.1.3 能源利用

秸稈生物質(zhì)能可以通過(guò)直接燃燒、氣化、液化和炭化等方式轉(zhuǎn)化為其他能源加以利用[8]。

（1）秸稈直接燃燒供熱及發(fā)電。是最普遍的應(yīng)用方式。這種方式利用效率低，還會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成一定的影響。汪海波等[7]研究發(fā)現(xiàn)秸稈經(jīng)過(guò)固化成型處理后，熱效率提高了50%～70%，同時(shí)秸稈固化有利于秸稈的儲(chǔ)存和運(yùn)輸。將秸稈與煤混合燃燒進(jìn)行發(fā)電也是一個(gè)經(jīng)濟(jì)環(huán)保的技術(shù)方法，在我國(guó)已有多家生物質(zhì)燃燒電廠，主要問(wèn)題在于秸稈的分散收集成本高和燃燒熱值低。

（2）秸稈氣化。通過(guò)熱解或沼氣池發(fā)酵將固體秸稈轉(zhuǎn)化為氣態(tài)燃料的處理技術(shù)。熱解氣化是在缺氧環(huán)境下將秸稈粉末進(jìn)行一系列的處理，將在這一過(guò)程中產(chǎn)生的CO、H2、CH4等氣體加以利用；秸稈發(fā)酵制沼氣是將人畜糞便和秸稈的混合物在厭氧的環(huán)境下發(fā)酵生成沼氣。秸稈氣化技術(shù)提高了秸稈的利用效率，減少秸稈直接燃燒對(duì)大氣環(huán)境帶來(lái)的影響，具有清潔、方便、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，但秸稈發(fā)酵制沼氣對(duì)秸稈的處理量有限。

（3）秸稈液化。通過(guò)物理、化學(xué)和生物的方法利用秸稈降解產(chǎn)燃料乙醇、生物燃料油等，提高了秸稈利用率的同時(shí)，改善了石油化石燃料能源日益減少的壓力。

（4）秸稈炭化。將秸稈粉碎后添加適量粘結(jié)劑和水混合施加一定壓力使其固化成型后再用炭化爐將其進(jìn)一步加工處理成為具有一定機(jī)械強(qiáng)度的生物煤。相較于工業(yè)燃煤具有含硫量低、灰分小等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 異地利用技術(shù)

3.2.1 秸稈造紙

紙是利用植物纖維制成的，造紙的原材料主要有木材和一些植物秸稈。因?yàn)榻?jīng)濟(jì)文化教育等的不斷發(fā)展，紙張已經(jīng)成為了人們生活的必需品。人們對(duì)紙張的需求量也越來(lái)越大，但同時(shí)我國(guó)是一個(gè)森林覆蓋率較低的國(guó)家，木材的大量砍伐也會(huì)給我國(guó)的資源環(huán)境帶來(lái)一定的影響。所以大量的農(nóng)作物秸稈是造紙的主要的原材料。同時(shí)，我國(guó)也提倡紙張循環(huán)回收利用，節(jié)約資源。

3.2.2 可降解包裝材料

我國(guó)是包裝生產(chǎn)大國(guó)。郝素琴等[9]提到我國(guó)年消耗各種包裝材料2000萬(wàn)m³以上，其中絕大多數(shù)是難降解的塑料類(lèi)材料，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。秸稈具有可降解、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，用于生產(chǎn)可降解包裝材料，不僅是大量的秸稈資源得到利用，同時(shí)減少大量塑料包裝對(duì)環(huán)境造成的影響。

3.2.3 輕型建材及家居用品

農(nóng)作物秸稈中的纖維素與一定量的粘接劑和強(qiáng)化材料混合后，可以制成纖維板、復(fù)合板等綠色秸稈建材。其質(zhì)量小，不會(huì)造成嚴(yán)重的安全事故，且成本低、綠色環(huán)保。譚強(qiáng)等[10]研究發(fā)現(xiàn)將秸稈與石灰漿、水和防腐劑按一定比例混合制成秸稈纖維混凝土砌塊，可滿(mǎn)足建筑材料在強(qiáng)度剛度、保溫隔熱等方面的要求。秸稈輕型建材和家居用品已經(jīng)在生活中有一定的應(yīng)用并具有廣闊的前景。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)農(nóng)作物秸稈資源豐富，做為可再生資源可用于肥料、飼料、能源和工業(yè)原料等多方面，具有極廣的應(yīng)用范圍，應(yīng)加大其資源化利用的研究與實(shí)踐。當(dāng)前秸稈綜合利用技術(shù)已獲得相應(yīng)的成效，然而，單純的利用某一種方式將必然會(huì)受到局限。探討在當(dāng)前及未來(lái)制定的政策法規(guī)，并考慮因地制宜的條件下，將多種有效利用技術(shù)糅合，形成多角度、寬層次、有效性的綜合利用模式，以實(shí)現(xiàn)高效的秸稈資源化利用新局面和形成良性產(chǎn)業(yè)化發(fā)展是非常必要的。

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