我國(guó)糖料甘蔗葉有效處理與利用

樊保寧，游建華，周秋惠

（1.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，南寧 530007；2.廣西上林縣木山鄉(xiāng)農(nóng)林水利綜合服務(wù)中心，廣西上林 530511）

0 引言

甘蔗是我國(guó)重要的糖料作物。2017/2018 年榨季，全國(guó)甘蔗種植面積120.06 萬(wàn)hm2。按照甘蔗葉（含葉梢）產(chǎn)量為6～10 t/hm2計(jì)[1]，我國(guó)的糖料甘蔗葉年產(chǎn)量為720萬(wàn)t～1 200萬(wàn)t。以往每年榨季甘蔗砍收后，大多將棄于蔗田的蔗葉用焚燒的方式處理。近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，人們對(duì)空氣質(zhì)量的要求不斷提高，甘蔗主產(chǎn)區(qū)各地市、縣政府根據(jù)《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》出臺(tái)了禁止焚燒蔗葉等相關(guān)規(guī)定，積極引導(dǎo)蔗農(nóng)，多措并舉開展禁止蔗葉焚燒工作。在一些糖料蔗主產(chǎn)區(qū)，由于蔗農(nóng)缺乏蔗葉綜合利用的技術(shù)措施，將甘蔗葉棄于田間地頭。不僅浪費(fèi)蔗葉資源，而且影響宿根蔗的栽培管理。因此，綜述有效處理利用甘蔗葉的技術(shù)和方法，為糖料甘蔗生產(chǎn)利用蔗葉，變廢為寶，提供參考。

1 甘蔗葉的化學(xué)營(yíng)養(yǎng)成分

據(jù)檢測(cè)分析，甘蔗成熟期葉片氮、磷、鉀含量約為1.5%、0.23%和0.55%[1]?；瘜W(xué)成分主要有氨基酸、多糖、還原糖、酚類、苷類、有機(jī)酸、植物甾醇、黃酮類、香豆素或內(nèi)酯等多種物質(zhì)[2]。甘蔗葉梢的營(yíng)養(yǎng)成分更高，甘蔗梢粗蛋白含量為8.53%，粗脂肪含量為4.55%，中性洗滌纖維（NDF）含量為69.61%，酸性洗滌纖維（ADF）含量為42.10%[3]。甘蔗梢風(fēng)干物中含7%的粗蛋白，略高于油菜秸[4]。每千克甘蔗葉稍(干物質(zhì))含消化能約5.68 MJ、粗蛋白質(zhì)3%～6%，大約3.5 kg 甘蔗葉稍與1 kg 玉米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值相當(dāng)[5]?？梢姡收崛~有很高的綜合利用價(jià)值。

2 甘蔗葉的綜合利用

2.1 甘蔗葉還田

2.1.1 甘蔗葉還田的增肥增產(chǎn)效果

蔗葉還田可明顯改善土壤的物理性狀，提高土壤保水保肥和供應(yīng)養(yǎng)分能力，從而促進(jìn)甘蔗生長(zhǎng)，提高甘蔗產(chǎn)量[6]。據(jù)測(cè)定，鮮蔗葉（干物計(jì)）的氮、磷、鉀含量分別為0.7%、0.31%、2.2%，按每公頃蔗田約有15 t 鮮蔗葉計(jì)，如全部粉碎還田，相當(dāng)施用尿素110 kg、鈣鎂磷肥150 kg、氯化鉀275 kg[7]。試驗(yàn)結(jié)果表明，蔗葉過(guò)腹（牛糞）還田能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和全氮、速效磷含量[8]。甘蔗葉在大田環(huán)境下埋入土壤中180 d，碳、氮、磷、鉀的累積釋放率均在95.0%以上[9]。粉碎還田處理中的有機(jī)質(zhì)含量在甘蔗伸長(zhǎng)期達(dá)到了最高值，比對(duì)照（不還田）高0.79 g/kg[10]。黃春紅等[11]的試驗(yàn)結(jié)果表明，微生物催腐劑對(duì)甘蔗葉有較好的腐熟效果，可縮短甘蔗葉的腐熟時(shí)間，促進(jìn)蔗葉還田。崔雄維等[12]試驗(yàn)表明，蔗葉還田處理的甘蔗總苗數(shù)極顯著高于蔗葉焚燒處理（對(duì)照），小區(qū)有效莖數(shù)顯著高于蔗葉焚燒處理（對(duì)照）。蔗葉粉碎還田還有利于天敵的生存和繁殖，甘蔗螟蟲發(fā)生量明顯低于蔗葉焚燒還田[13]。通過(guò)機(jī)械破碎蔗頭，蔗葉還田，能增加土壤有機(jī)質(zhì)，對(duì)蔗頭、蔗葉害蟲及蛹、卵的殺傷率達(dá)50%以上，甘蔗增產(chǎn)10%～15%[14]。據(jù)廣東省湛江勇士、南華、幸福等農(nóng)場(chǎng)近60 hm2土地的對(duì)比試驗(yàn)，甘蔗葉粉碎回田后新植蔗平均增產(chǎn)12%以上[15]。廣西金光農(nóng)場(chǎng)試驗(yàn)表明，蔗葉還田可增產(chǎn)9.6%～27.27%，增產(chǎn)效果十分顯著[16]。

2.1.2 甘蔗葉粉碎還田機(jī)械的研發(fā)應(yīng)用

多年來(lái)，隨著蔗糖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，甘蔗種植面積不斷擴(kuò)大，為了避免大量焚燒蔗葉造成的環(huán)境污染，使蔗葉有機(jī)質(zhì)及氮、磷、鉀等多種營(yíng)養(yǎng)元素有效利用，農(nóng)機(jī)研究部門和一些大型農(nóng)場(chǎng)一直致力于甘蔗葉粉碎還田機(jī)械的研發(fā)應(yīng)用。1990年，湛江勇士農(nóng)場(chǎng)成功研制了牽引式FZ-100型甘蔗葉粉碎回田機(jī)。蔗葉粉碎率達(dá)90%以上，碎段長(zhǎng)度小于25 cm的占80%以上，鋪撒均勻，作業(yè)速度用慢二檔（0.99m/s），生產(chǎn)率每臺(tái)班2～2.3 hm2。對(duì)需要翻犁的宿根蔗地，粉碎蔗葉后用深翻二樺犁耕作，覆蓋蔗葉達(dá)90%；濕度75%左右的蔗葉，覆蓋7天即可腐爛成有機(jī)肥[15]。廣西農(nóng)機(jī)研究所與廣西金光農(nóng)場(chǎng)合作，研制成功的3SY 系列蔗田碎葉機(jī)，2001年通過(guò)省級(jí)鑒定，經(jīng)過(guò)2 年多的大田生產(chǎn)應(yīng)用證明，該機(jī)各項(xiàng)性能穩(wěn)定可靠，受到蔗農(nóng)歡迎[16]。中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所針對(duì)宿根甘蔗管理專門研制的1GYF-200 型甘蔗葉粉碎還田機(jī)，2011 年10月通過(guò)海南省農(nóng)機(jī)新產(chǎn)品鑒定。該機(jī)采用專用仿形集葉器，將占地的甘蔗葉集合和提升至一定高度后再由動(dòng)刀抬撿與粉碎，使動(dòng)刀統(tǒng)一離開地面一定距離，從而大大減少塵土飛揚(yáng)，且不損傷甘蔗頭，作業(yè)效率高[17]。廣東國(guó)營(yíng)友好農(nóng)場(chǎng)研制一種能把蔗葉就地挑撿起來(lái)進(jìn)行粉碎還田的新型機(jī)械，該機(jī)具有后置式撿拾器、小質(zhì)量刀片等獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，與目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用的其他同類機(jī)型相比，有撿拾效果好、粉碎質(zhì)量好、動(dòng)力消耗較小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維修方便等特點(diǎn)，具有推廣應(yīng)用價(jià)值[18]。盡管各種機(jī)型性能良好，但大田生產(chǎn)中只有一些大型農(nóng)場(chǎng)使用。直至如今，要在廣大的農(nóng)村蔗區(qū)推廣應(yīng)用，仍舉步維艱。

2.2 甘蔗葉作為飼料資源的研究應(yīng)用

糖料蔗的砍收期為每年11月至翌年4月，正是北方乃至南方地區(qū)的枯草期。甘蔗梢葉作青粗飼料可有效解決肉牛冬季缺糧的難題[19]。馬俊南等[20]用體外產(chǎn)氣法估測(cè)甘蔗梢葉對(duì)肉牛飼用的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，結(jié)果表明，120 h 甘蔗梢葉的產(chǎn)氣量為43.18 mL，高于竹葉、麻葉、油菜秸和毛豆秸等飼料資源；甘蔗梢葉培養(yǎng)24 h 總揮發(fā)性脂肪酸為45.30 mmol/L，氨態(tài)氮為17.52 mg/100 mL，體外干物質(zhì)消化率達(dá)26.8%。認(rèn)為甘蔗梢葉作為飼料資源利用，有很大的開發(fā)價(jià)值。

甘蔗葉可通過(guò)青貯、微貯、氨化處理等方式加工成飼料[21]。黎庶凱等[22]研究甘蔗葉梢加工成干粉飼喂山羊效果。結(jié)果表明，山羊平均日增重可達(dá)125.2 g/只，與對(duì)照組（花生藤干粉）相比差異不顯著，且對(duì)山羊正常生長(zhǎng)發(fā)育無(wú)不良影響。證明甘蔗葉梢可作舍飼山羊飼料，能代替山羊日糧中的部分粗飼料。楊雙鼎等[23]用氨化甘蔗葉飼喂肉牛，其采食量、口增重均有提高，如按單位增重成本計(jì)，每千克牛體增重降低飼料費(fèi)0.22～0.55 元，平均每頭肉?？晒?jié)約飼料成本44～110 元，經(jīng)濟(jì)效益顯著，且肉牛毛色亮澤、皮膚彈性好，可提高牛肉品質(zhì)。辛明等[24]用甘蔗尾梢顆粒飼料對(duì)育肥牛和馬山黑山羊進(jìn)行飼喂試驗(yàn)表明，飼喂甘蔗尾梢顆粒飼料后，牛和羊的平均日增質(zhì)量、總增質(zhì)量和毛利潤(rùn)等各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)顯著提高。綜上所述，在蔗區(qū)利用甘蔗易于集中收購(gòu)的特點(diǎn)，將甘蔗葉，特別是甘蔗葉梢進(jìn)行工廠化加工，生產(chǎn)飼料成品調(diào)運(yùn)往北方，喂養(yǎng)牛、羊，也是處理利用甘蔗葉的有效途徑之一，有著很大的市場(chǎng)前景。

2.3 甘蔗葉在其它方面的利用研究

粉碎還田、飼料加工是處理利用甘蔗葉的兩大主要途徑。除此之外，甘蔗葉還有許多用途，特別是在栽培食用菌方面。據(jù)報(bào)道，甘蔗葉可用于栽培鳳尾菇[25]、平菇[26]、大球蓋菇[27]、竹蓀[28]、雞腿菇和香菇[29]、毛木耳[30]等。另外，周開法[31]通過(guò)多次研究試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利用甘蔗葉作為原料生產(chǎn)木糖是可行的。錢朋智等[32]以硫酸為酸化劑水解蔗葉，經(jīng)過(guò)多步分離純化，制備出外觀潔白、晶體均勻、流動(dòng)性好的木糖晶體，產(chǎn)品得率為7.14%、純度99.93%，符合GB/T23532-2009要求，成為甘蔗葉有效利用的最新亮點(diǎn)。我國(guó)首個(gè)利用甘蔗葉進(jìn)行直燃發(fā)電項(xiàng)目已在廣西投產(chǎn)。電廠按每噸120元左右的價(jià)格收購(gòu)甘蔗葉，每年將給當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增加2 000萬(wàn)元以上的收入[33]。李群良等[34]提出保碳發(fā)酵技術(shù)，通過(guò)生物化工將有機(jī)物料中的有機(jī)質(zhì)控制性降解或分解在植物或微生物可吸收利用階段，即控制分解生成大量生物質(zhì)碳，實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢棄物處理及資源化利用，變廢為寶，生產(chǎn)具有良好肥效的環(huán)境友好型高碳有機(jī)肥，為利用蔗葉生產(chǎn)有機(jī)碳肥提供了參考。

3 甘蔗葉有效利用存在的問(wèn)題

3.1 甘蔗葉粉碎還田存在的問(wèn)題

目前研制的甘蔗葉粉碎機(jī)都是與大、中型輪式拖拉機(jī)配套完成作業(yè)的。我國(guó)糖料蔗大部分種植在丘陵旱坡地帶，地塊面積小而不平整，且土壤性質(zhì)差別大，給甘蔗葉機(jī)械化還田帶來(lái)了不利因素[35]，加之千家萬(wàn)戶的種植方式。不適合蔗葉粉碎機(jī)與大、中型輪式拖拉機(jī)配套作業(yè)，這是制約蔗葉粉碎還田的主要原因。其次是蔗葉粉碎還田機(jī)械作業(yè)費(fèi)用450 元/hm2（廣西金光農(nóng)場(chǎng)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)）[36]，增加了甘蔗生產(chǎn)成本，蔗農(nóng)缺乏使用蔗葉粉碎還田處理的主動(dòng)性。甘蔗葉的有效處理利用，還有待拓寬渠道，多頭并進(jìn)。蔗葉還田后，對(duì)蔗地土壤理化性狀變化規(guī)律方面有待深入研究。

3.2 甘蔗葉作為飼料資源存在的問(wèn)題

由于蔗葉數(shù)量體積大且分散于蔗地中，收集比較困難，且不易運(yùn)輸和儲(chǔ)藏，是甘蔗葉作為飼料加工的較大障礙。甘蔗葉田間收集機(jī)械、物理加工的工藝設(shè)備、化學(xué)加工、生物加工的技術(shù)有待研發(fā)提高。

3.3 甘蔗葉在其它方面的利用存在的問(wèn)題

在利用甘蔗葉栽培食用菌方面，在蔗區(qū)沒(méi)有形成規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化，消耗利用的蔗葉數(shù)量有限。利用甘蔗葉作為原料生產(chǎn)木糖的試驗(yàn)雖然可行，但僅是試驗(yàn)階段，要實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，尚需時(shí)日。

4 結(jié)語(yǔ)

甘蔗是我國(guó)重要的糖料作物，蔗糖生產(chǎn)關(guān)系我國(guó)食品安全和保障食糖的有效供給。每年甘蔗砍收后在田間留下大量的蔗葉（葉梢）。在田間就地焚燒蔗葉因污染環(huán)境已被明令禁止。如不處理又會(huì)嚴(yán)重影響新植蔗耕整地、開溝和宿根蔗破壟松蔸、培土等后續(xù)作業(yè)。蔗葉含有各種豐富的營(yíng)養(yǎng)成分。目前，生產(chǎn)上進(jìn)行蔗葉還田最主要的方式有機(jī)械粉碎還田和隔行集中自然覆蓋還田兩種方式[37]。隔行集中自然覆蓋還田不僅需要投入一定的勞力，且蓬松繁亂的蔗葉覆蓋操作難度大，蔗葉腐爛需要時(shí)間長(zhǎng)，很難大面積推廣應(yīng)用。因此，蔗葉機(jī)械粉碎還田是最直接簡(jiǎn)單最有效可行的處理方法。通過(guò)研究開發(fā)小型實(shí)用多用途的蔗葉粉碎機(jī)械設(shè)備，解決甘蔗葉粉碎機(jī)與大、中型輪式拖拉機(jī)配套難以完成作業(yè)的問(wèn)題。政府相關(guān)部門應(yīng)疏堵結(jié)合，提供政策支持和資金補(bǔ)貼，激勵(lì)涉農(nóng)企業(yè)或農(nóng)戶購(gòu)機(jī)。形成農(nóng)機(jī)專業(yè)服務(wù)組織，為蔗農(nóng)提供蔗葉粉碎還田作業(yè)服務(wù)。研發(fā)推廣蔗葉回收機(jī)械，擴(kuò)大利用蔗葉處理加工飼料、栽培食用菌、生產(chǎn)木糖、生物質(zhì)發(fā)電等生產(chǎn)規(guī)模，形成工廠化、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，多頭并進(jìn)，有效處理利用甘蔗葉，以促進(jìn)蔗糖產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展。