玉米秸稈綜合利用現(xiàn)狀和發(fā)展前景

王立新

（榆樹市農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)與農(nóng)村能源管理站，吉林榆樹 130400）

0 引言

我國每年秸稈燃燒越來越嚴(yán)重，由此產(chǎn)生的煙塵已經(jīng)成為嚴(yán)重的社會危害。隨著全球能源和環(huán)境問題的緊迫性越來越高。農(nóng)業(yè)秸稈作為生物資源的開發(fā)和利用在我國受到了廣泛關(guān)注，可再生秸稈資源的使用越來越廣泛。秸稈可以代替木材用于造紙，可以生產(chǎn)纖維板、復(fù)合板、輕質(zhì)墻體、復(fù)合門窗、隔熱板、包裝盤、還可以替代一次性餐具，包裝緩沖板等。因此，秸稈資源的綜合利用已成為重要的產(chǎn)業(yè)。

1 國內(nèi)外玉米秸稈綜合利用現(xiàn)狀

1.1 飼料處理

玉米秸稈的主要成分包括木質(zhì)素，纖維素和半纖維素。玉米秸稈作為動物飼料已有很長的歷史，但粗纖維含量高，體積大，質(zhì)地粗糙，營養(yǎng)成分少，可口性差。因此，需要對秸稈進(jìn)行處理以提高其消化率并減少粗纖維含量。當(dāng)前，處理秸稈飼料的成熟的方法主要有一下幾種：

1）青貯：秸稈青貯飼料可以有效地使秸稈保持綠色，以便牲畜在冬天可以食用綠色飼料。青貯飼料后的秸稈不僅改善了消化率，還添加了各種維生素、氨化基酸、胡蘿卜素和其他營養(yǎng)成分，使奶牛的產(chǎn)奶量提高了10%～20%。青貯飼料的方法包括塑料袋青貯飼料和窯式青貯。

2）氨化：氨化的作用是切斷粗飼料中纖維素和木質(zhì)素的緊密結(jié)合，分離纖維素和木質(zhì)素，從而達(dá)到動物消化吸收的目的。此外，氨化還有效地增加了秸稈的粗蛋白含量。通常，氨化處理后秸稈的消化率可提高約20%，飼料消耗可提高約20%。經(jīng)過氨化處理后，秸稈粗蛋白也增加了1～1.5倍，還改善了其口味和進(jìn)料速度。營養(yǎng)總值可以翻倍至0.4～0.5飼料單位，即1 kg氨化秸稈的營養(yǎng)價值相當(dāng)于0.4～0.5 kg燕麥。

3）熱噴：原理是使用熱噴來熔化飼料中的木質(zhì)素。降低纖維的結(jié)晶度，使飼料顆粒變小，增加總面積，以達(dá)到增加飼料采食量，提高畜禽消化吸收率以及高溫殺蟲和殺菌的目的。使用該技術(shù)對秸稈粗飼料進(jìn)行熱噴，可使整株植物的采食量從0%～50%增加到95%以上，消化率高達(dá)50%。將這兩個階段結(jié)合起來可以使整個工廠的利用率提高2～3倍此外。

1.2 秸稈還田

秸稈富含有機(jī)質(zhì)和氮，磷，鉀，鈣和硫等營養(yǎng)物質(zhì)，秸稈還田可以增加土壤有機(jī)質(zhì)，使養(yǎng)分的結(jié)構(gòu)更合理，然后改善土壤的理化特性，使土壤疏松并增加滲透性。此外，將秸稈還田還可以優(yōu)化農(nóng)田的生態(tài)環(huán)境。目前，將秸稈還田的主要方法有一下幾種：

1）機(jī)械直接還田：該技術(shù)可分為兩種：田間切碎還田和田間整稈還田。采用設(shè)備在田間時直接將秸稈切碎還田，這使得多個步驟可以同時執(zhí)行，生產(chǎn)效率可以提高40～120倍。田間切碎還田還可以整合破碎，旋耕，加速秸稈在土壤中的分解和吸收，改善土壤結(jié)構(gòu)及其理化特性，提高土壤肥力，并促進(jìn)作物連續(xù)增產(chǎn)。

2）覆蓋栽培還田：用秸稈覆蓋種植時，分解后的秸稈可以增加土壤有機(jī)質(zhì)，增加氮，磷，鉀和微量元素，改善土壤的理化特性，并減緩?fù)寥赖纳镏芷?。此外，用玉米秸稈覆蓋可以提高土壤的保水能力，調(diào)節(jié)土壤水供應(yīng)，提高用水效率，促進(jìn)土地植物生長。

3）堆漚腐解還田：秸稈堆肥返田是解決目前我國有機(jī)肥短缺的主要途徑，也是改善土壤，提高中低產(chǎn)田肥力的重要措施。秸稈還田的主要目的是使用一種快速堆肥劑來生產(chǎn)大量的纖維素酶。在較短的時間內(nèi)，由各種農(nóng)作物的秸稈形成有機(jī)肥料，使秸稈可以立即返田，易于實施，具有良好的經(jīng)濟(jì)，社會和環(huán)境效益。

1.3 工業(yè)生產(chǎn)原料

首先，玉米秸稈是造紙的重要原料。用它制成的紙性能好，不易斷裂，紙板箱和包裝箱美觀耐用，還可以加工各種手工藝品和日用品。由玉米秸稈制成的人造板與刨花板相比具有表面質(zhì)量好，外觀漂亮，靜態(tài)抗彎強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度均勻的優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。下面詳細(xì)描述了秸稈和非木質(zhì)面板的研究現(xiàn)狀。

1）植物秸稈制餐具的研究現(xiàn)狀：植物秸稈餐具是由植物秸稈纖維制成的餐具，例如玉米秸稈、小麥秸稈、甘蔗皮和椰子殼。由于它結(jié)合了紙張和塑料餐具的優(yōu)點，因此在市場上有極好的發(fā)展機(jī)會。秸稈餐具的優(yōu)點：①與紙餐具（尤其是紙板）相比，它不消耗木材，并且在造紙和制漿過程中不被黑液污染。但是，它的降解速度比紙要快；②與塑料餐具相比。包括可降解塑料，它具有更徹底的可降解特性；③利用農(nóng)業(yè)資源，增加農(nóng)產(chǎn)品附加值。一次性秸稈餐具在資源和環(huán)境保護(hù)方面具有明顯的優(yōu)勢，在其他類型的一次性快餐餐具中是無法比擬的。

2）非木質(zhì)人造板的研究現(xiàn)狀：隨著木材短缺成為日益嚴(yán)重的國際問題，各國正在積極尋求木材替代品，例如使用毛竹和農(nóng)業(yè)殘留物開發(fā)木材替代品。許多國家、地區(qū)已經(jīng)建立了許多工廠，這些工廠使用非木材材料生產(chǎn)人造板。近年來，國外刨花板的生產(chǎn)發(fā)展迅速，生產(chǎn)越來越成熟。根據(jù)國外經(jīng)驗，竹編織膠合板可以代替木膠合板作為輕型飛機(jī)機(jī)體，紙漿板可以用作吸音板。德國使用棉稈生產(chǎn)纖維板和刨花板，同時還在進(jìn)行麥秸刨花板生產(chǎn)線的研究。日本制造的竹切單板用于地板和家具表面的裝飾。由于竹纖維堅固，因此具有良好的耐磨性。當(dāng)前，有超過1 000個制造商，山東、河北、河南、陜西、四川等省份使用棉秸稈生產(chǎn)濕纖維板和刨花板。但由于木材供需之間的緊張關(guān)系是一個長期問題，因此非人造板的發(fā)展前景非常廣闊。

2 玉米秸稈綜合利用發(fā)展前景

隨著人們生活質(zhì)量的提高旅游業(yè)的迅猛發(fā)展，戶外用餐變得越來越普遍，這極大地刺激了快餐業(yè)的發(fā)展。實際上，一次性餐具為人們帶來了健康和生活便利的保證。但是，傳統(tǒng)的一次性餐具主要是聚苯乙烯（EPS）為原材料制作，由于聚苯乙烯（EPS）暴露在空氣中或埋在地下數(shù)十年不會降解，而且重量輕，尺寸大難以回收，這帶來了眼中的環(huán)境污染問題。聚苯乙烯（EPS）泡沫塑料還會導(dǎo)致土壤退化、水污染。由于這種“白色污染”，人類賴以生存的空間付出了巨大的不可逆轉(zhuǎn)的代價。綠色包裝的發(fā)展是快餐包裝領(lǐng)域的技術(shù)革命，也是快餐包裝發(fā)展以適應(yīng)環(huán)境和保護(hù)自然的必然趨勢。主要的措施有三種：①加強(qiáng)回收，建立回收網(wǎng)絡(luò)；②可降解塑料的研究；③積極開發(fā)使用綠色植物纖維為原料。當(dāng)前，回收存在這回收成本高、分離和分類困難以及尚未形成可靠和有效的再循環(huán)通道等問題。我國塑料廢物的回收才剛剛開始，回收率很低，因此，近年來，關(guān)于可降解塑料的研究引起了廣泛的關(guān)注，并且其應(yīng)用變得越來越廣泛。鼓勵使用天然植物纖維和其他可持續(xù)材料作為包裝材料，只有以植物纖維為原料大力開發(fā)真正的綠色快餐餐具才是解決我國白色污染的有效途徑。

在這種情況下，資源豐富的農(nóng)作物的玉米秸稈無疑是一個有吸引力的目標(biāo)。根據(jù)數(shù)據(jù)，全世界每年收集超過20億t農(nóng)作物秸稈。我國每年生產(chǎn)7億多t秸稈，其中1.2億多t玉米秸稈用于造紙，飼料，化肥，酒精飲料等行業(yè)。因此，在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的背景下，如何充分利用農(nóng)作物秸稈，如何將資源效益轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益，是十分重要的社會，經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的項目，玉米秸稈的綜合利用具有廣闊的前景。目前主要有一下幾種途徑：

1）使用玉米秸稈生產(chǎn)燃料乙醇：相關(guān)的研究已經(jīng)證實，在用稀硫酸處理玉米秸稈并將大量的半纖維素直接水解為葡萄糖、木糖和阿拉伯糖等混合液體后，其余的纖維素會受到纖維素酶的影響?？梢灾苯愚D(zhuǎn)化為所需的葡萄糖，并且可以將相應(yīng)數(shù)量的酵母水解混合糖溶液直接發(fā)酵成燃料乙醇。

2）以玉米秸稈的氣化為能源：如果將玉米秸稈用作傳統(tǒng)能源，其效率將大大降低，并會污染環(huán)境。在熱解和氣化之后，可以獲得相對清潔的能源，這也是進(jìn)一步促進(jìn)農(nóng)村節(jié)能環(huán)保的主要途徑。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，秸稈氣化技術(shù)在秸稈處理中的作用將越來越明顯。該技術(shù)正在逐漸成熟，值得大力推廣應(yīng)用。

3）覆蓋玉米秸稈并返回田間：大量的玉米秸稈覆蓋可以更好地調(diào)節(jié)土壤溫度，從而減少土壤溫度的持續(xù)和突然變化，并影響作物的生長。另外，秸稈覆蓋降低了土壤表面的可溶性鹽含量，從而增加了土壤有機(jī)質(zhì)并有效降低了土壤的pH。覆蓋著大量的玉米秸稈，可以使土壤水分保持一定水平。當(dāng)秸稈總覆蓋量為3 000 kg/hm2時，與未覆蓋的玉米秸稈相比，0～200 cm土壤的蓄水量將增加約5%。同時，這也將增加農(nóng)作物的產(chǎn)量，這也是有效解決我國淡水資源嚴(yán)重短缺的關(guān)鍵途徑之一。當(dāng)前有三種主要的將玉米秸稈還田的方法：直接返回田間，間接返回田間以及生化分解后返回田間。其中，直接返回田地便宜，方便，快捷，是一種廣泛使用的將秸稈還田的方法。

3 結(jié)語

本文在分析了諸如氧化玉米秸稈和秸稈飼料等玉米秸稈的綜合利用之后，探索了玉米秸稈的未來發(fā)展方向，包括使用玉米秸稈覆蓋田地和使用玉米秸稈氣化作為能源，利用玉米秸稈生產(chǎn)燃料乙醇等。詳細(xì)介紹了玉米秸稈在當(dāng)前國內(nèi)農(nóng)業(yè)發(fā)展中的綜合利用和建立農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的好處，為進(jìn)一步促進(jìn)玉米秸稈的可持續(xù)發(fā)展提供重要參考。