秸稈田間收集與儲存期間干物質(zhì)變化的試驗(yàn)研究*

□梅自力 易文裕 李江 李淑蘭 熊昌國/

1.農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所 2.四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院3.農(nóng)業(yè)部農(nóng)村可再生能源開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

農(nóng)作物秸稈收儲運(yùn)直接關(guān)系到秸稈作為生物質(zhì)能源大規(guī)模利用及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我國農(nóng)村復(fù)種指數(shù)高，收獲季節(jié)茬口短、時(shí)間緊，田間機(jī)械化收集秸稈十分重要。秸稈儲存的關(guān)鍵要素：一是安全儲存；二是儲存期適度；三是秸稈儲存期間干物質(zhì)（TS）的損失越少越好，其絕干熱值幾乎無變化[1]。秸稈長期儲存時(shí)打捆秸稈易于安全儲存，打捆秸稈比整株秸稈易于儲存[2]。秸稈作為能源材料利用的2個(gè)重要指標(biāo)要求為：秸稈的含水率越低越好（≤20%），秸稈的熱值越高越好(含水率相同)。固體燃料的熱值通常采用氧彈熱值儀直接測定彈筒熱值[3]。秸稈濕儲存是指秸稈從田間收獲后直接儲存在密封地窖等環(huán)境中，儲存期間的干物質(zhì)損耗甚至減少到小于5%[4]。

本試驗(yàn)研究了小麥、水稻、玉米、油菜和棉花5種農(nóng)作物，收獲后接著在田間機(jī)械化收集秸稈捆或人工收集整株秸稈，測試秸稈的田間收獲含水率，并在遮雨通風(fēng)的自然環(huán)境中分別進(jìn)行為期6個(gè)月的儲存試驗(yàn)。儲存前期測試秸稈最高溫度；儲存期間測試適時(shí)含水率；每半個(gè)月測試干物質(zhì)（TS）的損失，即測試絕干熱值的變化，為四川省及南方地區(qū)的農(nóng)作物秸稈能源化大規(guī)模利用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 秸稈田間收集試驗(yàn)

1.1 麥秸稻秸田間機(jī)械撿拾打捆試驗(yàn)

2015年5月18日上午，在廣漢市連山鎮(zhèn)小麥田里采用全喂入和半喂入2種聯(lián)合收獲機(jī)收獲小麥，下午對麥秸進(jìn)行機(jī)械收集和打捆，田間麥秸含水率為42.1%；單個(gè)方形麥秸捆尺寸為74 cm×42 cm×32 cm，麥秸捆重14 kg/捆，麥秸捆密度為140.8 kg/m3；平均每公頃打捆555個(gè)，每公頃麥秸約重7 770 kg。2015年9月18日上午，在廣漢市西高鎮(zhèn)采用全喂入和半喂入2種聯(lián)合收獲機(jī)收獲水稻，下午對稻秸進(jìn)行機(jī)械收集和打捆，田間稻秸含水率為65.5%；單個(gè)方形稻秸捆尺寸為74 cm×42 cm×32 cm，稻秸捆重22.5 kg/捆，稻秸捆密度為226.2 kg/m3；平均每公頃打捆660個(gè)，每公頃稻秸約重14 850 kg。

1.2 油菜秸、玉米秸和棉花秸人工收集試驗(yàn)

2015年9月18日，在簡陽市太平橋鎮(zhèn)收集玉米秸稈，玉米秸含水率為49.5%；采用人工打捆，圓形玉米秸捆直徑在70 cm左右，長度在1.7 m左右。

2016年5月7日在雙流縣大林鎮(zhèn)收集油菜秸稈，油菜秸含水率為42.5%；采用人工打捆，圓形油菜秸捆直徑70 cm左右，長度在1.6 m左右。

2016年10月20日在成都市青白江區(qū)姚渡鎮(zhèn)收集棉花秸稈,棉花秸含水率為53.7%；通過人工打捆，圓形棉花秸捆直徑在60 cm左右，長度在1.3 m左右。

1.3 麥秸稻秸田間收集打捆直接費(fèi)用

本項(xiàng)目機(jī)具實(shí)際打捆作業(yè)中，除去機(jī)器田間轉(zhuǎn)移、加油、維護(hù)等時(shí)間，撿拾打捆的生產(chǎn)率為4 hm2/天。秸稈田間打捆作業(yè)直接成本在不包含機(jī)器購置、折舊、維護(hù)等費(fèi)用前提下，田間打捆費(fèi)用由草捆繩費(fèi)用、燃油費(fèi)、機(jī)手人工費(fèi)、輔助工及田間草捆搬運(yùn)費(fèi)4部分構(gòu)成，每公頃634.2元，具體費(fèi)用見表1。

2 秸稈儲存試驗(yàn)

本試驗(yàn)根據(jù)秸稈田間收集的試驗(yàn)樣品，在遮雨通風(fēng)的自然環(huán)境中分別進(jìn)行了為期6個(gè)月的儲存試驗(yàn)。儲存初期檢測秸稈捆芯部最高溫度；儲存期間定時(shí)檢測秸稈的適時(shí)含水率；每半個(gè)月檢測干物質(zhì)（TS）的損失，測試絕干熱值的變化，當(dāng)絕干熱值偏差值在±2.00%范圍，可視為秸稈干物質(zhì)（TS）無損失。

2.1 麥秸、稻秸捆儲存試驗(yàn)

將麥秸、稻秸捆在遮雨通風(fēng)的條件下進(jìn)行堆碼儲存，堆碼尺寸（長×寬×高）：1.7 m×1.5 m×1.3 m。儲存地點(diǎn)在四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院內(nèi)。

2015年5月～11月對麥秸進(jìn)行了儲存試驗(yàn)。麥秸田間收集打捆的含水率為42.10%時(shí)，麥秸捆芯部初始最高溫度達(dá)到52.5℃，隨著含水率降低芯部溫度也隨之降低；儲存6個(gè)月后含水率降至19.60%。儲存期間麥秸絕干發(fā)熱量偏差值在-1.09%～+0.70%（見表2）。

2015年9月～2016年3月對稻秸進(jìn)行了儲存試驗(yàn)。稻秸田間收集打捆的含水率為65.50%時(shí)，稻秸捆芯部初始最高溫度達(dá)到56.5℃，隨著含水率降低芯部溫度也隨之降低；儲存6個(gè)月后含水率降至26.00%。儲存前期局部捆芯有霉變或滋生菌的現(xiàn)象發(fā)生，影響安全儲存；但儲存期間正常稻秸的絕干發(fā)熱量偏差值在-1.88%～+0.46%（見表3）。

2.2 玉米秸、油菜秸和棉花秸的儲存試驗(yàn)

2015年5月～11月對整株玉米秸稈進(jìn)行了儲存試驗(yàn)。玉米秸的含水率為49.50%，儲存芯部溫度與儲存環(huán)境溫度相一致；儲存6個(gè)月后含水率降至15.09%。儲存期間玉米秸絕干發(fā)熱量偏差值在-2.00%～+1.99%（見表4）。

2016年5月～12月對整株油菜秸稈進(jìn)行了儲存試驗(yàn)。油菜秸的含水率為42.50%，儲存芯部溫度與儲存環(huán)境溫度相一致；儲存6個(gè)月后含水率降至14.80%。儲存期間油菜秸絕干發(fā)熱量偏差值在-1.09%～+0.74%（見表5）。

2016年10月～2017年3月對整株棉花秸稈進(jìn)行了儲存試驗(yàn)。棉花秸的含水率為53.70%，儲存芯部溫度與儲存環(huán)境溫度相一致；儲存6個(gè)月后含水率降至13.19%。儲存期間棉花秸絕干發(fā)熱量偏差值在-1.82%～+1.98%（見表6）。

表1 麥秸稻秸田間機(jī)械化收集打捆直接費(fèi)用表

表2 小麥秸稈儲存期間發(fā)熱量測試匯總表

表3 水稻秸稈儲存期間發(fā)熱量測試匯總表

2.3 稻秸、麥秸、玉米秸、油菜秸和棉花秸儲存試驗(yàn)

麥秸捆、玉米秸、油菜秸和棉花秸這4種秸稈田間收集撿拾后均可安全儲存，且儲存期間秸稈干物質(zhì)（TS）幾乎無損失，其絕干熱值偏差值在±2.00%以內(nèi)。而稻秸儲存前期局部捆芯有霉變或滋生菌的現(xiàn)象發(fā)生，影響安全儲存；但儲存期間正常稻秸的干物質(zhì)（TS）仍無損耗。

表4 玉米秸稈儲存期間發(fā)熱量測試匯總表

表5 油菜秸稈儲存期間發(fā)熱量測試匯總表

3 結(jié)論

3.1 不同農(nóng)作物秸稈發(fā)熱量比較

5種農(nóng)作物秸稈發(fā)熱量的高低排位是：棉花秸大于油菜秸大于玉米秸大于麥秸大于稻秸。

3.2 秸稈收集費(fèi)用

麥秸、稻秸田間機(jī)械化收集打捆、田間草捆搬運(yùn)、運(yùn)輸?shù)? km集中儲存點(diǎn)的費(fèi)用為每公頃634.2元。

表6 棉花秸稈儲存期間發(fā)熱量測試匯總表

3.3 不同農(nóng)作物秸稈儲存期間的變化

麥秸捆、整株玉米秸稈、整株油菜秸稈和整株棉花秸稈在遮雨通風(fēng)的自然環(huán)境中均可安全儲存，且儲存期間秸稈干物質(zhì)（TS）幾乎無損失，其絕干發(fā)熱量偏差值均在±2.00%以內(nèi)。而稻秸捆局部捆芯伴有霉變或滋生菌的現(xiàn)象發(fā)生，影響安全儲存；但儲存期間正常稻秸的干物質(zhì)（TS）仍無損耗。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉建輝,謝祖琪,姚金霞,等.農(nóng)作物秸稈在遮雨通風(fēng)條件下的儲存研究[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2012,25(05):1889-1894.

[2] 田宜水,徐亞云,侯書林,等.儲存方式對生物質(zhì)燃料玉米秸稈儲存特性的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2015,31(09):223-229.

[3] 熊昌國,謝祖琪,易文裕,等.農(nóng)作物秸稈能源利用基本性能的研究[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2010,23(05):1725-1732.

[4] 徐亞云,侯書林,趙立欣,等.國內(nèi)外秸稈收儲運(yùn)現(xiàn)狀分析[J].農(nóng)機(jī)化研究,2014,36(09):60-64+71.