農(nóng)作物秸稈復(fù)合處理技術(shù)的研究進(jìn)展

王 凱，謝小來(lái)

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150030）

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)作物秸稈資源十分豐富，年產(chǎn)量可達(dá)8億t。農(nóng)作物秸稈主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成。木質(zhì)素雖然含量不高，但其包在纖維素的外面，并與纖維素、半纖維素有著較牢固的化學(xué)連接，阻礙纖維素和半纖維素的降解，因而大幅影響秸稈的降解速率。

合理開(kāi)發(fā)利用秸稈飼料資源、大力發(fā)展反芻動(dòng)物的節(jié)糧型畜牧業(yè)、減少畜牧業(yè)生產(chǎn)對(duì)糧食的依賴(lài)是目前研究者的一項(xiàng)重要課題。傳統(tǒng)單一的處理方式不能充分提高秸稈的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，因此采用了多種方法聯(lián)合應(yīng)用來(lái)彌補(bǔ)各自的缺點(diǎn)，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。按照加工方式可以將復(fù)合處理技術(shù)分為物理和化學(xué)聯(lián)合法、化學(xué)復(fù)合處理法、化學(xué)和微生物聯(lián)合法、微生物聯(lián)合法。

1 物理化學(xué)聯(lián)合法

傳統(tǒng)的物理方法只能增加反芻動(dòng)物對(duì)秸稈的采食量，而化學(xué)方法一直是提高秸稈和其他低質(zhì)粗飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的最有效方法。物理化學(xué)聯(lián)合法是將這兩種方法聯(lián)合起來(lái)取得更好的效果，此法可以分為大型機(jī)械加工設(shè)備法和常規(guī)法。

1.1 大型機(jī)械加工設(shè)備

20世紀(jì)90年代，人們對(duì)氨化方法進(jìn)行改進(jìn)，研究了許多新的氨化方式和機(jī)械。楊雪霞等在較低的溫度和壓力下，將秸稈置于氨溶液中處理一定時(shí)間，然后突然釋壓使氨蒸發(fā)，造成的溫度劇變使秸稈原有的結(jié)構(gòu)被破壞，從而增加秸稈纖維素與微生物或酶的接觸概率。結(jié)果表明，氨化汽爆可使秸稈中的半纖維降解，并使玉米秸稈的酶解率提高42．97%，同時(shí)可使秸稈的有機(jī)氮含量提高127%。此外，利用氨化汽爆秸稈進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，還可將蛋白質(zhì)含量提高到23．45%[1]。汝醫(yī)等研究了一種快速氨化秸稈處理機(jī)，先用甩刀式切碎機(jī)切碎秸稈，用雙螺桿推進(jìn)揉搓法擠開(kāi)莖節(jié)，揉搓秸稈內(nèi)層蠟質(zhì)膜，同時(shí)注入氨化液，最后利用高壓壓捆處理秸稈，然后放入黑色塑料袋密封保存[2]。陳繼福等對(duì)高蛋白整秸稈氨化飼料進(jìn)行研究，整秸稈氨化飼料的蛋白質(zhì)含量為11．06%，比對(duì)照組（蛋白質(zhì)含量4．15%）提高了145%，牲畜采食量提高15%，消化率提高45%[3]。謝小來(lái)研制出快速高壓密封氨化秸稈系統(tǒng)，利用液氨，先將秸稈原料進(jìn)行前處理，再將原料添裝進(jìn)入罐內(nèi)，然后將處理罐密封、抽真空，通入液氨，調(diào)節(jié)相關(guān)的處理?xiàng)l件，氨化處理后對(duì)殘余氨氣進(jìn)行回收，開(kāi)罐取出樣品，結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠快速大幅度提高蛋白質(zhì)（CP）含量，提高幅度為109．5%～129．9%，降低中性洗滌纖維（NDF）含量（6．68%～3．66%），降低酸性洗滌纖維（ADF）含量（2．47%～1．67%）[4]。

1.2 常規(guī)方法

王永樹(shù)等研究表明，在高溫條件下堿化處理麥秸可以在較大程度上改變麥秸的物理、化學(xué)和組織結(jié)構(gòu)特性，提高麥秸的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和消化率[5]。但高溫條件下堿化處理改善麥秸營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和消化率的確切作用機(jī)制還不清楚，由于機(jī)理的研究是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，除了涉及到麥秸本身的物理、化學(xué)和組織結(jié)構(gòu)方面的特性外，還與麥秸在動(dòng)物胃內(nèi)的消化特性密切相關(guān)；另外，過(guò)濾速度的快慢與消化、吸收之間有何關(guān)系尚未了解。因此，完全理清在高溫條件下石灰堿化麥秸、提高麥秸營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和消化率的機(jī)理仍有許多工作需要做。綜上所述，適宜的秸稈復(fù)合處理技術(shù)從營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、飼喂效果和經(jīng)濟(jì)效益等方面都有很高的應(yīng)用價(jià)值。

2 復(fù)合化學(xué)處理法

單一的化學(xué)處理方法各有缺陷，單獨(dú)使用氫氧化鈣堿化處理后的秸稈容易發(fā)霉變質(zhì)，不易保存，而單一使用氨化處理秸稈成本較高，且氨氮損失較大?；瘜W(xué)復(fù)合法通常是將化學(xué)方法中常用的堿化法和氨化法相結(jié)合以取得更好的效果。有研究表明，采用尿素4%處理秸稈，其DM瘤胃48 h消失率提高23．03%，再添加石灰5%復(fù)合處理秸稈，其DM瘤胃48 h消失率提高70．86%。毛華明等用不同比例的氫氧化鈣和尿素結(jié)合處理稻秸，結(jié)果顯示，在不同氫氧化鈣水平下添加尿素，使稻秸干物質(zhì)降解率提高[6]。賀永惠等采用尿素與石灰復(fù)合處理秸稈，其DM瘤胃48 h消失率提高45．00%，NDF和ADF瘤胃48 h消失率分別提高49．09%和40．14%[7]。張文舉等用尿素4%+NaOH4%處理芨芨草，可極其顯著地提高粗蛋白含量（P＜0．01），極顯著地降低中性洗滌纖維含量（P＜0．01），同時(shí)使芨芨草中鈣含量大幅度提高，從0．95%提高到處理后的2．78%。用尿素單獨(dú)處理芨芨草只極顯著地提高粗蛋白質(zhì)含量（P＜0．01），鈣含量不變[8]。魯琳等利用尿素2%與氫氧化鈣復(fù)合處理小麥秸稈，結(jié)果表明，氫氧化鈣＞6%時(shí)，氮保留率可達(dá)到98%；氫氧化鈣為6%時(shí)，提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值效果與NaOH 4%處理相當(dāng)；氫氧化鈣為4%時(shí)，效果與單純尿素6%處理相當(dāng)[9]。單一的堿化法或是尿素氨化能夠提高DM、ADF和NDF的瘤胃降解率，但如果將兩種方法相結(jié)合會(huì)取得更加明顯的效果。曹玉風(fēng)等用尿素、氫氧化鈣和食鹽（簡(jiǎn)稱(chēng)“三化”）復(fù)合化學(xué)處理稻草、麥秸，其N(xiāo)DF降低11．6%～12%[10]。陳艷珍報(bào)道，使用“三化”復(fù)合化學(xué)處理稻草能夠明顯改善了秸稈纖維結(jié)構(gòu)，提高了秸稈的可消化率和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[11]。秸稈“三化”復(fù)合處理質(zhì)地柔軟、氣味芳香，改善了適口性、增加了采食量。同時(shí)提高了增重速度和飼料轉(zhuǎn)化率，經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。王利華等研究表明，與未添加任何物質(zhì)的對(duì)照組相比，復(fù)合處理玉米秸稈的NDF和ADF分別下降9%～18%和8%～14%，粗蛋白質(zhì)含量平均提高了100%，鈣、磷含量也有升高的趨勢(shì)；微量元素對(duì)秸稈營(yíng)養(yǎng)價(jià)值無(wú)顯著影響，但添加微量元素有防止霉變的作用[12]。通過(guò)“三化”試驗(yàn)可以得出，同時(shí)使用尿素、石灰、鹽類(lèi)，通過(guò)“三化”復(fù)合處理玉米秸稈，充分發(fā)揮氨化、堿化、鹽化的綜合作用，以提高秸稈的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

3 微生物聯(lián)合法

在我國(guó)秸稈的處理過(guò)程中，微生物處理技術(shù)占很大一部分，近年來(lái)也有很大的進(jìn)展。李大鵬等采用復(fù)合處理技術(shù)使得玉米秸稈中纖維含量由原來(lái)的40．2%降低至3．6%，粗蛋白質(zhì)由2．8%提高至28．8%，同時(shí)，無(wú)氮浸出物及粗灰分也有一定的提高[13]。趙林果等研究了白腐菌及纖維素復(fù)合酶對(duì)稻草秸稈的協(xié)同生物降解，結(jié)果表明，利用黃孢原毛平革菌固態(tài)發(fā)酵稻草秸稈的過(guò)程中，LiP和MnP的最大活力可以達(dá)到28．3和12．6 U·g－1，同時(shí)，秸稈中的木質(zhì)素能被有效降解，但纖維素、半纖維素降解率較低[14]。添加黑曲霉所產(chǎn)的纖維素復(fù)合酶能有效地促進(jìn)秸稈腐熟程度。在接入白腐菌培養(yǎng)10 d后，稻草中添加纖維素酶液3 U·g－1并酶解48 h可以使稻草秸稈中纖維素降解53．8%，半纖維素降解57．8%，木質(zhì)素降解44．5%，干物質(zhì)損失46．3%。此時(shí)細(xì)胞壁出現(xiàn)大范圍破損，整個(gè)組織變得松散，秸稈完全腐熟。陳合等利用菌和酶共降解處理玉米秸稈，木質(zhì)素、纖維素、半纖維素的降解率分別達(dá)到67．0%、60．4%、33．0%，秸稈還原糖含量達(dá)0．507%[15]。任克寧等報(bào)道，利用白腐菌5．776和黑曲霉3．3148對(duì)玉米秸稈木質(zhì)纖維素進(jìn)行降解，白腐菌液體菌種和黑曲霉孢子懸浮的接種比例為5∶1，白腐菌接種2 d后再接入黑曲霉孢子懸浮液，發(fā)酵10 d，所得產(chǎn)物NDF的含量為52．07%，真蛋白質(zhì)為7．89%，干物質(zhì)損失率為 18．75%[16]。

4 生物化學(xué)聯(lián)合法

對(duì)秸稈先進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理，再利用篩選的一些特異性菌株進(jìn)行秸稈的發(fā)酵，以堿化和微生物發(fā)酵同時(shí)處理秸稈是化學(xué)處理與生物學(xué)處理法的結(jié)合，此法多用于生物學(xué)方法中的青貯法。我國(guó)已研制出一些利用化學(xué)與生物學(xué)處理方法調(diào)制秸稈的制劑。秸稈經(jīng)簡(jiǎn)單地粉碎后，其木質(zhì)素、纖維素在機(jī)械作用下被部分切斷，再經(jīng)過(guò)堿化作用，使秸稈的粗纖維發(fā)生轉(zhuǎn)化，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值有一定的提高。部分長(zhǎng)纖維素被打斷，木質(zhì)素表面的蠟質(zhì)被破壞，微生物利用提供的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在纖維素或木質(zhì)素的斷面、破損面大量繁殖，不斷增加細(xì)胞數(shù)，提高菌體蛋白含量，另外，微生物在生長(zhǎng)代謝過(guò)程中，釋放了大量的酶類(lèi)物質(zhì)，這樣不但提高了秸稈的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，而且使之易于消化。這種一起處理得到多種效果的復(fù)合處理法將是今后的發(fā)展趨勢(shì)。徐勇等報(bào)道，經(jīng)化學(xué)處理和微生物混合培養(yǎng)，水稻秸稈纖維和半纖維素降解率均有大幅度提高，秸稈中的難分解組分經(jīng)化學(xué)處理后朝著易被微生物分解和利用的方向轉(zhuǎn)化[17]。穆曉峰等試驗(yàn)結(jié)果表明，玉米秸稈經(jīng)石灰和益生菌發(fā)酵劑同步處理后，其干物質(zhì)消失率、粗蛋白質(zhì)降解率、NDF降解率均有提高[18]。陳合等利用復(fù)合酶在其最優(yōu)條件下降解高溫蒸煮玉米秸稈，然后接入混合酵母同步發(fā)酵產(chǎn)菌體蛋白，結(jié)果表明，玉米秸稈粗蛋白質(zhì)含量為27．125%，是原秸稈蛋白質(zhì)含量的413%，效果顯著，酶用量降低，發(fā)酵周期 短[19]。呂文龍等用益生菌與石灰復(fù)合處理玉米秸稈能夠維持東北細(xì)毛羊瘤胃液pH，提高瘤胃液NH3－N水平，增加瘤胃微生物蛋白（MCP）產(chǎn)量，提高采食后2、4 h瘤胃總揮發(fā)性脂肪酸（TVFA）濃度，且表現(xiàn)出良好的一致性，在一定濃度上改善了東北細(xì)毛羊瘤胃內(nèi)環(huán)境，提高了對(duì)秸稈類(lèi)飼料的利用率[20]。

5 小結(jié)

提高秸稈營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的方法多種多樣、效果不一，但單一化學(xué)處理不能充分提高秸稈的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，為進(jìn)一步提高秸稈的利用效率，彌補(bǔ)單一處理的局限性，應(yīng)采用將多種處理方法組合起來(lái)的復(fù)合處理方法來(lái)處理秸稈。從畜牧業(yè)的發(fā)展情況來(lái)看，研究方便、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的秸稈復(fù)合處理技術(shù)仍將是反芻家畜營(yíng)養(yǎng)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)內(nèi)容。

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