我國農(nóng)作物秸稈的綜合利用

薛向磊　黃丙申　初旭宏　劉宇松

摘要：詳細(xì)介紹我國的農(nóng)作物秸稈的利用現(xiàn)狀，總結(jié)生物質(zhì)能源利用的主要方法及應(yīng)用特點(diǎn)，重點(diǎn)論述生物質(zhì)能源的工業(yè)化利用，對今后我國農(nóng)作物秸稈能源的利用前景做出展望。

關(guān)鍵詞：農(nóng)作物秸稈；生物質(zhì)；綜合利用；工業(yè)化

中圖分類號：X 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）09-0057-03

農(nóng)作物秸稈是籽粒果實(shí)收獲后留下的含纖維成分很高的作物殘留物，包括禾谷類、豆類、薯類、油料類、麻類、以及棉花、甘蔗、煙草、瓜果等多種作物的秸稈。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，秸稈資源十分豐富，每年產(chǎn)生的農(nóng)作物秸稈總量超過6億t，其中可以作為能源利用的在3億t以上；但受傳統(tǒng)的消費(fèi)觀念和生活方式的影響，農(nóng)村秸稈資源完全處于高消耗、高污染、低產(chǎn)出的利用狀況，大部分農(nóng)作物秸稈被棄置或者焚燒，不僅浪費(fèi)寶貴的自然資源，而且污染環(huán)境。有些地區(qū)因焚燒秸稈而造成燒毀樹木和禾苗、引起火災(zāi)以及影響空中運(yùn)輸?shù)炔涣己蠊??？梢?，妥善處置農(nóng)作物秸稈和實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物秸稈的資源化利用具有重大意義。

1 我國農(nóng)作物秸稈利用現(xiàn)狀

2010年統(tǒng)計(jì)資料表明，全國年產(chǎn)農(nóng)作物秸稈量為7.49億t，其中玉米、小麥和稻谷秸稈占總秸稈量的85%。每年用于造肥、機(jī)械還田和用作飼料、工業(yè)原料及種植基料等的秸稈總量為3.56億t，占總秸稈產(chǎn)量的47.5%；其余52.5%（3.93億t）秸稈用于燃料或被廢棄。其中用于燃料的秸稈量逐年減少，而廢棄量逐年增加。

同時(shí)，農(nóng)作物秸稈利用存在區(qū)域不均衡性。秸稈年產(chǎn)量最多為華東地區(qū)（1.87億t），其次為華南地區(qū)（1.47億t）、東北地區(qū)（1.75億t）、華北地區(qū)（0.95億t）、西南地區(qū)（0.79億t）、西北地區(qū)（0.66億t），其中山東、河南、四川、河北、黑龍江、江蘇、吉林、安徽、湖北和湖南省10省的秸稈產(chǎn)生量最多，且河南、河北和山東的焚燒秸稈污染問題最突出。

另外，農(nóng)作物秸稈利用時(shí)間不均衡。焚燒秸稈發(fā)生在收獲期與下次播種期之間，時(shí)間短，處理量大，有的地方必須在幾天內(nèi)“處理”掉秸稈。焚燒秸稈地區(qū)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)，農(nóng)民生活水平較高，寧肯買液化氣也不愿用秸能源做燃料，城鄉(xiāng)結(jié)合部和農(nóng)村規(guī)劃小區(qū)秸稈廢棄問題尤為嚴(yán)重。由此可見，傳統(tǒng)能源利用方式已經(jīng)難以滿足農(nóng)村現(xiàn)代化需求，生物質(zhì)能優(yōu)質(zhì)化轉(zhuǎn)換利用勢在必行。

2 我國農(nóng)作物秸稈傳統(tǒng)利用方法

2.1 秸稈還田作肥料

秸稈還田方法可細(xì)分為秸稈直接還田、機(jī)械粉碎還田、堆肥還田、過腹還田。其中過腹還田是一種效益很高的利用方式，即把口感差、消化率低的秸稈進(jìn)行青貯、氨化和微貯處理，改善秸稈的適口性，提高營養(yǎng)元素的利用率，經(jīng)過禽畜之腹后變成有機(jī)肥還田，形成糧食—秸稈—飼料—牲畜—肥料—糧食的良性循環(huán)。

2.2 秸稈飼料化

秸稈中的有機(jī)物直接作飼料營養(yǎng)價(jià)值極低。因此，有必要對秸稈進(jìn)行加工處理，將其纖維素、木質(zhì)素、半纖維素等大分子物質(zhì)分解為低分子的單糖或低聚糖，改善其適口性，提高營養(yǎng)物質(zhì)的利用率及飼料采食率。

2.3 秸稈氨化

秸稈氨化基本原理是用氨水堿化處理秸稈，破壞木質(zhì)素與多糖之間的醋鍵，使纖維素、半纖維素與木質(zhì)素分離，將不溶的木質(zhì)素變成較易溶的木質(zhì)素，進(jìn)而使得秸稈易于被動物吸收與消化。另外，氨水還可中和秸稈中潛在的酸度，為瘤胃微生物活動創(chuàng)造良好的環(huán)境，提高秸稈的利用率。一般來說，氨化秸稈的消化率可提高20%左右，粗蛋白含量也可提高1.0～1.5倍，采食速度提高16%～43%，采食量提高20%～30%。

2.4 秸稈青貯

秸稈青貯是目前秸稈處理量最大的一種方式，它能有效保存青綠秸稈的營養(yǎng)成分和鮮嫩汁液，適口性好，消化率高。秸稈在青貯發(fā)酵過程中產(chǎn)生一定濃度的乳酸，既可使飼料的營養(yǎng)成分不受損失，又可使飼料保持青鮮多汁的特點(diǎn)，并具有酸香味，增強(qiáng)適口性。

2.5 秸稈微貯

微貯是近年來推廣的新技術(shù)，其原理是在秸稈中加入高效活性發(fā)酵菌種，增加分解纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的細(xì)菌數(shù)，加速纖維素、半纖維素和木質(zhì)素分解轉(zhuǎn)化，將秸稈轉(zhuǎn)化為濕潤膨脹和柔軟酸香的飼料。

2.6 秸稈制作食用菌的培養(yǎng)料

將秸稈（如水稻秸稈、玉米秸稈和大豆秸稈等）用機(jī)械粉碎成小段，用作培養(yǎng)食用菌的基料。該方法在我國已大范圍推廣使用，為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。秸稈作食用菌培育的基礎(chǔ)材料，是一項(xiàng)投資小、見效快、技術(shù)要求不高的技術(shù)。在我國，各地利用秸稈栽培平菇、毛木耳、草菇和香菇等食用菌類，既豐富了人們的食物資源，滿足人們對食品多樣化的需求，均衡人們的食物營養(yǎng)，又充分利用了秸稈這一可資源化利用的廢棄物資源。

2.7 秸稈燃料化

農(nóng)作物秸稈作為農(nóng)村傳統(tǒng)的能源，直接燃燒具有經(jīng)濟(jì)方便、成本低廉和易于推廣的特點(diǎn)，但存在能量利用率低與污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)。因此，可以在一定條件下施加壓力，使纖維素、半纖維素和木質(zhì)素相互緊密粘連，固化成型，改善秸稈的燃燒特性，提高能量的利用率。

秸稈另外一種主要的利用方式是秸稈制沼。秸稈生產(chǎn)沼氣一般有兩種途徑：一是秸稈直接進(jìn)沼氣池制沼氣；二是秸稈作牲畜飼料，牲畜的糞便入沼氣池制沼氣。從能量利用的角度看，秸稈制沼技術(shù)是一種能量利用率較高的途徑，可充分利用秸稈中的能量。秸稈制沼產(chǎn)生的沼氣可用于作燃料或生活照明，沼渣進(jìn)一步處理后可用作牲畜飼料，沼液是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)肥料。以沼氣為主的秸稈綜合利用，不僅具有明顯的節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益，而且具有長遠(yuǎn)的生態(tài)效益和社會效益，是解決當(dāng)前農(nóng)村能源緊缺矛盾，協(xié)調(diào)燃料、肥料和飼料三者關(guān)系的有效措施。

3 農(nóng)作物秸稈工業(yè)化利用方式

3.1 生產(chǎn)可降解的包裝材料

用麥秸、稻草、玉米秸、葦稈、棉花稈等生產(chǎn)可降解型包裝材料，如瓦楞紙芯、保鮮膜、一次性餐具、果蔬內(nèi)包裝襯墊等，具有安全衛(wèi)生、體小質(zhì)輕、無毒、無臭、通氣性好等特點(diǎn)，同時(shí)又有一定的柔韌性和強(qiáng)度。另外，其制造成本與發(fā)泡塑料相當(dāng)，大大低于紙制品和木制品。在自然環(huán)境中，這種包裝材料一個月左右即可全部降解成有機(jī)肥。

3.2 生產(chǎn)建筑裝飾材料

將粉碎后的秸稈按一定比例加入粘合劑、阻燃劑和其他配料，進(jìn)行機(jī)械攪拌、擠壓成型、恒溫固化，可制得高質(zhì)量的輕質(zhì)建材，如秸稈輕體板、輕型墻體隔板、粘土磚、蜂窩芯復(fù)合輕質(zhì)板等，這些材料成本低、重量輕、美觀大方，且生產(chǎn)過程中無污染，因此廣受用戶歡迎。目前，秸稈在建材領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用已相當(dāng)廣泛，秸稈消耗量大，產(chǎn)品附加值高，又能節(jié)約木材，很有發(fā)展前景。按膠凝劑分類，用秸稈生產(chǎn)的建筑裝飾材料有水泥基、石膏基、氯氧鎂基、樹脂基等。按制品的類型分，用秸稈生產(chǎn)的建筑裝飾材料有復(fù)合板、纖維板、定向板、模壓板、空心板等。按用途分，秸稈生產(chǎn)的建筑裝飾材料有阻燃型、耐水型、防腐型等。

3.3 生產(chǎn)工業(yè)原料

玉米秸、豆莢皮、稻草、麥秸、谷類秕殼等經(jīng)加工制成的淀粉，不僅能制作多種食品與糕點(diǎn)，還能釀醋釀酒、制作飴糖等。玉米秸稈含有12%～15%的糖分，其加工飴糖的工藝流程為：原料—蒸料—糖化—過濾—濃縮—冷卻—成品。李莉等用稻草、玉米秸稈代替棉花、棉短絨制作纖維素，然后經(jīng)化學(xué)改性、提純等工序制得羧甲基纖維素產(chǎn)品，成本可降低20%。張啟峰等采有玉米秸稈經(jīng)過預(yù)處理、水解、凈化、催化氫化、濃縮和結(jié)晶等步驟所制取的木糖醇，質(zhì)量可達(dá)到食品級標(biāo)準(zhǔn)。劉俊峰等以稻草和麥稈為原料，用復(fù)合添加法制取糠醛，出醛率達(dá)理論出醛率的70%～80%，且廢渣全部為中性復(fù)合肥料。秸稈酸、堿水解發(fā)酵制酒精的工藝條件苛刻，對設(shè)備有腐蝕，運(yùn)行成本高，而秸稈酶解發(fā)酵酒精選擇性強(qiáng)，且較化學(xué)水解條件溫和，國內(nèi)外的相關(guān)研究已有一定進(jìn)展。

3.4 生產(chǎn)編織產(chǎn)品

秸稈用于編織業(yè)最常見的是稻草編織草簾、草苫、草席、草墊、草編制品等。草簾、草苫等可用于蔬菜工程的溫室大棚中。草席、草墊既可保溫防凍，又具有吸汗防濕的功效。品種花色繁多的草編制品，如草帽、草提藍(lán)、草氈、壁掛及其它多種工藝品和裝飾品，由于工藝精巧、透氣保暖性好、裝飾性佳，深受國內(nèi)外消費(fèi)者的喜愛，是一條效益很好的創(chuàng)匯渠道。

4 結(jié)語與建議

開發(fā)利用農(nóng)作物秸稈能源對于我國新農(nóng)村建設(shè)有著特殊重要的意義，“十五”“十一五”“十二五計(jì)劃”一再強(qiáng)調(diào)能源的重要作用。在農(nóng)作物秸稈能源利用中，應(yīng)優(yōu)化傳統(tǒng)的利用模式，進(jìn)一步發(fā)揮生物質(zhì)能源的工業(yè)化作用。整合資源配置，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)能源的可持續(xù)發(fā)展是未來我國農(nóng)業(yè)資源利用的新形勢、新要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 李鵬，孫可偉，柴希娟.秸稈的綜合利用[J].中國資源綜合利用，2006，24：22-24.

[2] 陸文卿，田艷峰.秸稈處理的三種方法[J].河南畜牧獸醫(yī)，2006，2（27）：37.

[3] 李莉，劉瑛.用玉米秸稈制備羧甲基纖維素[J].精細(xì)化工，2001，18（6）：339-340.

[4] 張啟峰，張世平，邵延文，等.玉米秸稈制取木糖醇的研究[J].黑龍江大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，13（1）：102-107.

[5] 劉俊峰，易平貴，金一粟.稻草、麥稈等農(nóng)作物秸稈資源再利用研究[J].資源科學(xué)，2001，23（2）：46-48.