青藏高原地區(qū)油菜秸稈資源化利用模式研究*

孫全平，彭 君

（西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，拉薩 850000）

青藏高原地區(qū)油菜秸稈資源化利用模式研究*

孫全平，彭 君

（西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，拉薩 850000）

從青藏高原油菜的種植現(xiàn)狀和油菜秸稈資源量入手，分析了油菜秸稈的可利用量和油菜秸稈的利用價(jià)值。針對(duì)青藏高原地區(qū)油菜秸稈廢棄物綜合利用和資源化利用的技術(shù)現(xiàn)狀，文章提出了適宜于青藏高原地區(qū)的油菜秸稈資源化利用的4種模式，旨在探索青藏高原地區(qū)油菜秸稈資源高效利用的途徑，為改善青藏高原地區(qū)脆弱的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境提供參考。

青藏高原 油菜秸稈 資源化利用 生態(tài)環(huán)境

青藏高原地區(qū)自然條件獨(dú)特、自然資源豐富，土地利用方面以畜牧業(yè)為主，農(nóng)林業(yè)次之。目前，隨著社會(huì)的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步以及對(duì)自然資源的不合理利用，使得高原的自然環(huán)境正在承受著越來越大的壓力。燃料的缺乏導(dǎo)致農(nóng)牧民大量砍伐冷季牧場(chǎng)的灌木充作薪柴，不僅影響冷季草場(chǎng)的數(shù)量和質(zhì)量，還造成嚴(yán)重的水土流失和風(fēng)蝕現(xiàn)象。飼草的短缺直接影響到牲畜的生長(zhǎng)發(fā)育，尤其是冬春大雪覆蓋草場(chǎng)時(shí)甚至?xí)斐缮笏劳?，從而給農(nóng)牧民群眾帶來不可挽回的損失[1]。

油菜是青藏高原地區(qū)的主要經(jīng)濟(jì)作物，也是該地區(qū)的傳統(tǒng)作物之一，其分布范圍廣，品種資源豐富，非常適宜于本地特殊的氣候條件[2]。因此，油菜秸稈的可利用量也較大，加之其本身養(yǎng)分含量也較高，開發(fā)油菜秸稈資源，實(shí)現(xiàn)油菜秸稈循環(huán)利用，對(duì)當(dāng)?shù)赜筒水a(chǎn)業(yè)乃至整個(gè)農(nóng)牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都具有十分重要的意義。

1 青藏高原地區(qū)油菜秸稈資源概況

青藏高原上現(xiàn)有耕地約占土地總面積的0.5%，但在農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值中它卻與畜牧業(yè)的比重旗鼓相當(dāng)。種植業(yè)在青藏高原上的地位尤為特殊，雖然耕地僅占土地總面積的0.5%，但種植業(yè)的產(chǎn)值卻占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的2/5左右[3]。作為主要經(jīng)濟(jì)作物的油菜主要分布在雅魯藏布江中游谷地和北部的湟水谷地等耕地相對(duì)集中、溫度水分條件較好的地區(qū)。

目前，青海高原油菜播種面積18.33萬hm2左右，約占農(nóng)作物總播種面積的32%，主要分布于高原東北部的黃河、湟水干支流谷地是青藏高原上農(nóng)業(yè)最發(fā)達(dá)的區(qū)域。按照該區(qū)油菜總產(chǎn)量48萬t，谷草比1.5～1.7 t/t計(jì)算，青海高原油菜秸稈的產(chǎn)量約為72萬～81.6萬 t/a。已創(chuàng)建的萬畝以上規(guī)?；N植基地，有利于油菜秸稈的收集和開發(fā)利用；西藏高原油料作物品種單一，全區(qū)油菜生產(chǎn)種植面積在2.67萬hm2以上，油菜秸稈的產(chǎn)量約為10.5萬～11.9萬t/a。從海拔幾百米的墨脫縣到海拔4 630 m的江孜縣龍馬區(qū)都有分布，種植區(qū)域比較廣，多集中在藏南雅魯藏布江中游及其支流年楚河、拉薩河谷地等河谷半干旱農(nóng)區(qū)。

2 青藏高原地區(qū)油菜秸稈利用現(xiàn)狀

由于青藏高原區(qū)冷季草場(chǎng)匱缺畜牧業(yè)經(jīng)營(yíng)粗放、超量過牧、冬春草場(chǎng)退化，再加上燃料、肥料缺乏，油菜秸稈一直以來都是該地區(qū)重要的飼料及燃料來源，但是，近年來隨著電力、天然氣、沼氣、太陽能等能源的普及，油菜秸稈在農(nóng)民生活中的利用率大幅下降，導(dǎo)致出現(xiàn)了就地焚燒、隨意丟棄等現(xiàn)象，造成區(qū)域性環(huán)境污染。

3 青藏高原地區(qū)油菜秸稈資源化利用模式

3.1 油菜秸稈能源化

青藏高原地區(qū)能源資源匱乏，當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧民一直以來都依靠木柴和牛羊糞等生物質(zhì)原料作為生活用能，大量砍伐、采掘樹木、草皮、荊棘、灌叢作為生活能源，使得原本已經(jīng)非常脆弱的高原生態(tài)環(huán)境造成一定程度的污染和破壞[4]。因此，開發(fā)利用油菜秸稈資源作為替代生活能源對(duì)高原生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。目前，適宜于當(dāng)?shù)氐挠筒私斩捘茉椿玫闹饕緩接袃煞N：一是厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，二是固體成型燃料。

厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣是指在厭氧條件下，通過產(chǎn)酸菌、產(chǎn)甲烷菌等多種微生物的共同作用，將秸稈降解成沼氣，并產(chǎn)生沼液和沼渣的過程。沼氣含有50%～70%的甲烷，可作為農(nóng)牧民炊事、照明等生活用能。如果將油菜秸稈作為沼氣發(fā)酵的原料，并將發(fā)酵后產(chǎn)生的沼肥加以利用，可以解決燃料、肥料缺乏的問題，進(jìn)而促進(jìn)高原農(nóng)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展，最終形成良性循環(huán)[5]。一座沼氣池每年產(chǎn)出的沼氣，相當(dāng)于替代605 kg標(biāo)準(zhǔn)煤或1.5 t薪柴，可減少1.45 t二氧化碳的排放，可保護(hù)0.23 hm2林地的生物蓄積量，可減少20%以上農(nóng)藥和化肥施用量。萬楚筠等以油菜秸稈為原料進(jìn)行沼氣發(fā)酵試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)混菌預(yù)處理的100 g油菜秸稈累計(jì)產(chǎn)氣量達(dá)到了 27.7 L，說明油菜秸稈是厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的良好原料，可以推廣使用[6]；固體成型燃料是在一定溫度和壓力作用下，將秸稈壓縮成棒狀、塊狀或顆粒狀等成型燃料，改善秸稈燃燒性能，提高利用效率，將油菜秸稈制成固體成型燃料可以滿足農(nóng)牧區(qū)燃料缺乏季節(jié)及冬季沼氣不夠用時(shí)的炊事、取暖用能，具有巨大的發(fā)展前景[7]。

3.2 油菜秸稈飼料化

油菜秸稈是優(yōu)質(zhì)粗飼料，蛋白、脂肪含量均較高，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富。通過秸稈飼料化改進(jìn)其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值是提高養(yǎng)畜生產(chǎn)效益的主要科技手段，可為畜牧業(yè)持續(xù)發(fā)展提供物質(zhì)保障。在油菜秸稈資源豐富的牲畜養(yǎng)殖優(yōu)勢(shì)區(qū)，鼓勵(lì)農(nóng)牧民采取青貯、微貯、氨化等技術(shù)手段將油菜秸稈加工成飼料，可實(shí)現(xiàn)牲畜養(yǎng)殖由“放養(yǎng)”變?yōu)椤叭︷B(yǎng)”，以農(nóng)牧結(jié)合的方式減輕畜牧業(yè)對(duì)天然草場(chǎng)的依賴，有利于草地恢復(fù)和減緩沙化[8]。

油菜秸稈青貯是指將秋收后尚保持青綠或部分青綠的新鮮油菜秸稈，通過微生物厭氧發(fā)酵和化學(xué)作用，在密閉無氧條件下制成的一種適口性好，消化率高和營(yíng)養(yǎng)豐富的飼料，是保證常年均衡供應(yīng)家畜飼料的有效措施，可解決冬春季節(jié)飼草的不足；油菜秸稈微貯就是在油菜秸稈中加入微生物高效活性菌種秸稈發(fā)酵活干菌，放入密封的容器中貯藏，經(jīng)一定的發(fā)酵過程，使油菜秸稈變成具有酸香味、草食家畜喜食的飼料。該技術(shù)具有技術(shù)處理成本低、作業(yè)季節(jié)長(zhǎng)（大部分地區(qū)除冬季外，春夏秋三季均可制作微貯飼料）、保存期長(zhǎng)和無毒無害等優(yōu)點(diǎn)；油菜秸稈氨化是將油菜秸稈置于密閉的容器中，以液氨、氨水、尿素、碳酸氫銨中的任何一種氮化合物為氮源，使用占風(fēng)干秸稈飼料重2%～3%的氨，使秸稈的含水量達(dá)到20%～30%，經(jīng)過陽光自然加溫或人工加溫處理，保持一定時(shí)間，通過氨對(duì)秸稈的化學(xué)作用和高溫的發(fā)酵熱蒸作用，使秸稈飼料變軟變香。秸稈經(jīng)氨化后，粗蛋白含量和能量利用率可提高近1倍。常用的氨化處理方法有堆垛法、窖氨化法、塑料袋氨化法和爐氨化法等[9]。

3.3 油菜秸稈肥料化

青藏高原大部分地區(qū)耕地較少，單位產(chǎn)量較低，每年畜禽糞便中用作燃料的高達(dá)60%，只有40%返還回了草地、耕地。特別是牧區(qū)目前仍主要以牛糞作燃料，使大量牛糞、草皮、秸稈用于做飯取暖等生活用能上，秸稈和畜禽有機(jī)肥還田數(shù)量相對(duì)較少，導(dǎo)致耕地、草原土壤有機(jī)質(zhì)得不到及時(shí)補(bǔ)償，使高原土壤板結(jié)，土壤肥力下降，耕地單位產(chǎn)量降低，草場(chǎng)覆蓋率下降，加之水土流失和風(fēng)蝕的影響，造成耕地土壤退化。

油菜秸稈還田能改良土壤，培肥地力，緩解氮、磷、鉀肥和微量元素營(yíng)養(yǎng)比例失調(diào)的矛盾。油菜秸稈直接還田或間接還田都可以增加土壤有機(jī)持，釋放出氮、磷、鉀等養(yǎng)分，還能改善土壤理化性狀，提高土壤生物活性。結(jié)合施用適量的速效氮肥，使作物前期生長(zhǎng)出現(xiàn)早發(fā)穩(wěn)長(zhǎng)，中期清秀健壯，后期不早衰，增強(qiáng)作物抗性，減少病害發(fā)生，作物產(chǎn)量明顯提高，同時(shí)又降低生產(chǎn)成本，顯著增加經(jīng)濟(jì)效益[10]。但是，由于油菜秸稈直接還田會(huì)導(dǎo)致下季油菜菌核病傳播，因此，應(yīng)大力提倡油菜秸稈腐熟還田，即在油菜秸稈還田過程中使用腐熟劑，不僅可增加耕地土壤有益微生物的種群數(shù)量和秸稈腐解需要的各種酶類，縮短秸稈腐熟時(shí)間，還可降低秸稈腐爛過程中對(duì)當(dāng)季作物的負(fù)面影響。據(jù)李瑞斌等人的研究，秸稈還田配施不同配比化肥，施油菜秸稈腐熟秸稈200 kg/667 m2，減少肥料用量5%～10%，可提高水稻產(chǎn)量0.59%～3.35%[11]。另?yè)?jù)劉勝毅的研究，若每667 m2產(chǎn)150 kg油菜籽，根、秸稈、花、殼全部還田，可提供純氮8.6 kg、磷素2.72 kg、鉀素11.4 kg[12]。油菜秸稈還田還可以抗旱保墑，改善土壤理化性狀，優(yōu)化農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，達(dá)到提高青藏高原干旱地區(qū)土壤增產(chǎn)潛力的目的。

3.4 油菜秸稈培養(yǎng)食用菌

青藏高原因高海拔、低溫冷涼、干旱等惡劣的生態(tài)條件使多數(shù)農(nóng)作物不能正常成熟，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平有限，基礎(chǔ)落后，傳統(tǒng)的種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)受高海拔生態(tài)氣候及各種自然災(zāi)害制約因素較多，增值空間十分有限。而夏秋季的低溫干旱、日照時(shí)間長(zhǎng)等氣候特點(diǎn)又潛在影響諸多經(jīng)濟(jì)發(fā)展空間及重要的農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)特征和開發(fā)意義。其中，夏季低溫冷涼的氣候?qū)Πl(fā)展特色夏秋季食用菌產(chǎn)業(yè)在全國(guó)具有不可替代的、獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)。加之青藏高原工業(yè)少、環(huán)境污染相對(duì)較少，干燥低溫的氣候條件抑制了多數(shù)病蟲害的發(fā)生與傳播，生產(chǎn)的食用菌產(chǎn)品幾乎沒有農(nóng)藥污染，品質(zhì)優(yōu)良，這就為油菜秸稈提供了作為原材料的可能性[13]。

一般秸稈粉碎后可占食用菌栽培料的75%～85%。油菜秸稈木質(zhì)素及纖維素含量高，加上牛羊等畜禽糞資源十分豐富，稍加處理均能直接栽培食用菌。油菜秸桿與牛、馬、羊等畜禽糞便混合均是生產(chǎn)雙孢菇、雞腿菇等草腐類食用菌最理想的原材料。因此，充分利用當(dāng)?shù)刎S富的油菜秸稈及畜禽糞便原材料資源發(fā)展食用菌生產(chǎn)，促進(jìn)自然界物質(zhì)良性循環(huán)，促進(jìn)農(nóng)牧民增收，豐富青藏高原地區(qū)食用菌鮮菇市場(chǎng)。

4 結(jié)語

青藏高原絕大多數(shù)地區(qū)屬于干旱少雨的高原大陸性氣候，森林覆蓋率低，森林面積少，加上農(nóng)牧區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，燃料、飼料和肥料等三料缺乏。因此，青藏高原地區(qū)開發(fā)利用油菜秸稈資源首先要考慮農(nóng)牧民對(duì)“三料”的需求，積極引導(dǎo)和鼓勵(lì)以油菜秸稈能源化、飼料化和肥料化途徑的資源化利用，并給予一定的資金補(bǔ)貼，對(duì)于在油菜秸稈資源化利用過程中牽涉到的農(nóng)機(jī)具納入農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼計(jì)劃；其次，在有條件的地區(qū)應(yīng)合理發(fā)展油菜秸稈培養(yǎng)食用菌產(chǎn)業(yè)，發(fā)展特色種植業(yè)，這不僅能夠帶來可觀的經(jīng)濟(jì)收入，還能促進(jìn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，推進(jìn)綠色循環(huán)農(nóng)業(yè)推廣，最終實(shí)現(xiàn)油菜秸稈綜合利用產(chǎn)業(yè)的快速健康發(fā)展。

但是需要指出的是，由于油菜秸稈含有較高的蠟質(zhì)、木質(zhì)素和硅酸鹽，細(xì)胞壁的結(jié)晶度較高，纖維素、半纖維素和木質(zhì)素之間極其穩(wěn)定的聚合結(jié)構(gòu)，其利用率和轉(zhuǎn)化率均很低，導(dǎo)致目前其資源化利用技術(shù)還不完善。因此，在油菜秸稈綜合利用的技術(shù)開發(fā)與設(shè)備研發(fā)方面亟需加強(qiáng)。另一方面，還應(yīng)緊緊抓住當(dāng)前青藏高原區(qū)域生態(tài)建設(shè)與環(huán)境保護(hù)的契機(jī)，充分發(fā)揮油菜秸稈資源化利用所帶來的潛在的生態(tài)環(huán)境保護(hù)作用。

[1] 鄭度編．中國(guó)地理叢書：中國(guó)的青藏高原．科學(xué)出版社，1985．94～103

[2] 胡頌杰編．西藏農(nóng)業(yè)概論．四川科學(xué)技術(shù)出版社，1995．128

[3] 溫軍．青藏高原農(nóng)牧結(jié)合的功能、模式與對(duì)策．自然資源學(xué)報(bào)，2000，15（1）：56～60

[4] 楊躍晶，次仁羅布，李金祥，等．淺談西藏牛羊糞、薪柴等傳統(tǒng)生活能源替代．西藏科技，2008，184（7）：32～35

[5] 劉國(guó)歡，鄺繼云，李 超，等．香蕉秸稈資源化利用的研究進(jìn)展．可再生能源，2012，30（5）：64～68，74

[6] 萬楚筠，劉 睿，黃鳳洪，等．油菜秸稈混合發(fā)酵降解菌的篩選．中國(guó)生物工程雜志，2011，31（6）：70～74

[7] 田宜水．生物質(zhì)固體成型燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與展望．農(nóng)業(yè)工程技術(shù)：農(nóng)產(chǎn)品加工，2009，（03）：20～26

[8] 劉 樂，鞠美庭，李維尊，等．秸稈資源化利用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析．現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2011，（8）：243～245，248

[9] Feng We I，Zhang Liqun，He Long juan，et al．A Mode Research of Straw Recycling Based on Circular Agriculture Theory．Agricultural Science ＆ Technology，2011，12（12）：1921～1924

[10] 洪春來，魏幼璋，黃錦法，等．秸稈全量直接還田對(duì)土壤肥力及農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的影響研究．浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），2003，29（6）：627～633

[11] 李瑞斌．油菜秸稈腐熟還田條件下配施化肥對(duì)水稻產(chǎn)量的影響．農(nóng)技服務(wù)，2013，30（5）：490～494

[12] 劉昊．油菜生產(chǎn)全程機(jī)械化已不遙遠(yuǎn)．農(nóng)民日?qǐng)?bào)，2014-06-05（05）

[13] 高淑敏．青藏高原夏秋季食用菌產(chǎn)業(yè)區(qū)域生產(chǎn)模式研究．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（10）：5722～5723

西藏自治區(qū)科技重大專項(xiàng)“青稞農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合技術(shù)研究”（Z2016B01N01-03-03）；西藏自治區(qū)科技計(jì)劃項(xiàng)目“高原旱作農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范—西藏旱作農(nóng)田高效用水關(guān)鍵技術(shù)研究與典型示范”（Z2016B01N10/03）