水稻秸稈機(jī)械化處理與再利用技術(shù)

關(guān)桂娟

(哈爾濱市阿城區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣站，哈爾濱 150300)

0 引言

我國是世界水稻的主產(chǎn)區(qū)之一，近年來水稻的種植面積超過3 500 萬hm2，在大量產(chǎn)出水稻的同時(shí)，還有約2億t的水稻秸稈資源需要得到有效的利用。在資源與環(huán)境問題日益嚴(yán)重的今天，水稻秸稈作為可再生的重要生物質(zhì)資源，具有很高的利用價(jià)值。而從現(xiàn)階段的水稻秸稈利用情況來看，利用率仍相對較低，仍然存在秸稈焚燒或不規(guī)范處理造成的環(huán)境污染與資源浪費(fèi)問題。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)和秸稈加工制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，水稻秸稈的可利用途徑明顯增多，秸稈的價(jià)值能得到更好的發(fā)揮，因此，要求農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)營者和管理部門重視水稻秸稈利用工作，真正使秸稈資源發(fā)揮出最大價(jià)值。

1 秸稈回收工作的開展情況

我國早在1970年就提出了秸稈利用的相關(guān)要求，并同時(shí)加強(qiáng)了秸稈利用和回收相關(guān)的管理、技術(shù)、途徑等研究，在20世紀(jì)末先后頒布了多項(xiàng)涉及秸稈利用、管理的政策和建議，包括《(1996—2000 年)全國秸稈養(yǎng)畜過腹還田項(xiàng)目發(fā)展綱要》《秸稈禁燒和綜合利用管理辦法》等，并頒布了《“十二五”農(nóng)作物秸稈綜合利用實(shí)施方案》，為我國的秸稈回收和有效利用奠定了良好政策基礎(chǔ)[1]。于2009年頒布了《農(nóng)作物秸稈資源調(diào)查與評價(jià)技術(shù)規(guī)范》，有效規(guī)范了秸稈回收工作的評價(jià)體系，尤其在2015年以來，我國各地先后實(shí)施了秸稈回收補(bǔ)貼政策，進(jìn)一步激發(fā)了農(nóng)民參與秸稈回收工作的熱情。我國是世界秸稈產(chǎn)量大國，平均每年的秸稈產(chǎn)量在7～8億t，居世界第一位，但由于地域遼闊，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域相對分散，秸稈回收利用的實(shí)際效果存在較大的差異，對于東北三省、江蘇、上海等地區(qū)，農(nóng)作物秸稈綜合利用率普遍高于70%，秸稈回收利用工作開展較好，而對于甘肅、貴州等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，秸稈回收利用的工作仍需加強(qiáng)，部分地區(qū)的秸稈利用率不足30%[2]?，F(xiàn)階段，我國已經(jīng)建立了多種形式的秸稈利用途徑，例如，制造肥料、飼料、生活用品等，有效增加了秸稈的實(shí)際價(jià)值，但與發(fā)達(dá)國家相比，我國的秸稈回收和再利用工作仍存在很大差距，秸稈的資源和經(jīng)濟(jì)價(jià)值仍需進(jìn)一步開發(fā)[3]。與此同時(shí)，我國用于秸稈回收再處理的相關(guān)設(shè)備數(shù)量不足且技術(shù)相對落后，例如，秸稈還田機(jī)、青貯機(jī)、秸稈氣化爐、深加工設(shè)備等仍需加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)與推廣，從而在政策和能力上實(shí)現(xiàn)合理匹配，為秸稈利用創(chuàng)造更好的條件[4]。

1 水稻秸稈的利用難點(diǎn)

1.1 農(nóng)機(jī)處理方式不利于秸稈回收

隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的不斷發(fā)展，水稻的收獲作業(yè)主要通過水稻收獲機(jī)或谷物聯(lián)合收獲機(jī)來完成，在機(jī)械化作業(yè)提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，也存在收獲機(jī)作業(yè)后不利于水稻秸稈回收的問題。一方面，部分收獲機(jī)收割水稻過程中會對秸稈進(jìn)行粉碎處理，粉碎后的秸稈散落于田間，為后續(xù)的秸稈收集和打捆造成較大的困難；另一方面，部分水稻收獲機(jī)不會對秸稈進(jìn)行粉碎處理，能夠?qū)崿F(xiàn)秸稈的主體保留，但是割斷后的秸稈往往雜亂的散布于田間，也不利于秸稈機(jī)械化回收。

1.2 秸稈的回收利潤率較低

近年來，為響應(yīng)國家的秸稈回收政策號召，水稻秸稈有計(jì)劃的在收割后進(jìn)行了打捆處理，但是對于將秸稈粉碎的全喂入式收獲形式，收獲后粉碎秸稈的收集難度大、成本高，即使是不進(jìn)行秸稈粉碎的半喂入式收獲形式，也仍然存在著較高的機(jī)械和人力雇傭成本，加之秸稈的收售價(jià)格偏低，農(nóng)民進(jìn)行秸稈回收工作實(shí)際得到的利潤并不高，導(dǎo)致很多農(nóng)民對這一工作產(chǎn)生抵觸。

1.3 秸稈的后處理途徑缺失

目前，我國的水稻秸稈資源利用體系還處于發(fā)展階段，盡管近年來秸稈利用的相關(guān)企業(yè)逐漸增多，但仍然不能完全滿足水稻秸稈的產(chǎn)出量需求，造成回收后的秸稈缺乏有效的處理途徑，出現(xiàn)秸稈的堆積和滯留，不利于秸稈回收利用行業(yè)的良性發(fā)展，也削弱了秸稈相關(guān)行業(yè)從業(yè)人員的信心。

2 水稻秸稈的機(jī)械化處理方式

2.1 秸稈粉碎

機(jī)械化粉碎是水稻秸稈最常見的處理方式，通過秸稈粉碎裝置將秸稈切碎成為特定長度的秸稈段，秸稈粉碎主要用于秸稈還田處理。水稻秸稈切碎的合格標(biāo)準(zhǔn)為秸稈段長度超過10 cm的占比不超過5%。目前，秸稈的機(jī)械化粉碎處理主要有三種方式，一是利用收獲機(jī)械在收獲水稻的同時(shí)對秸稈進(jìn)行割斷，并對秸稈進(jìn)行粉碎；二是利用秸稈粉碎機(jī)械配套拖拉機(jī)進(jìn)行專門的田間粉碎作業(yè)；三是利用固定式秸稈粉碎機(jī)在場地中進(jìn)行秸稈的切碎作業(yè)。

2.2 秸稈捆扎回收

秸稈捆扎是秸稈回收再利用的關(guān)鍵步驟，主要通過撿拾打捆機(jī)進(jìn)行水稻秸稈的收集和制捆。機(jī)械化撿拾和捆扎的技術(shù)主要來自于牧草捆扎設(shè)備，在此基礎(chǔ)上，農(nóng)機(jī)廠商結(jié)合秸稈特性進(jìn)行優(yōu)化改良，逐漸形成現(xiàn)階段使用的秸稈撿拾打捆機(jī)。根據(jù)制捆形狀的不同，撿拾打捆機(jī)主要分為方捆打捆機(jī)和圓捆打捆機(jī)，方捆打捆機(jī)能夠?qū)⒔斩捓υ鷫褐瞥蔀榱⒎襟w的秸稈捆，圓捆打捆機(jī)則將秸稈捆制成為圓柱體秸稈捆。秸稈制捆技術(shù)能夠利用制捆室將水稻秸稈壓制成為密度很大的捆形，利于秸稈的高效率收集和運(yùn)輸。

3 水稻秸稈的再利用技術(shù)

從現(xiàn)階段水稻秸稈的再利用情況來看，秸稈的利用途徑主要分為5大部分(圖1)，分別為肥料化利用、燃料化利用、飼料化利用、基料化利用和原料化利用，合理的開展這5種利用工作有利于水稻秸稈價(jià)值的進(jìn)一步發(fā)揮。

圖1 水稻秸稈再利用技術(shù)分類

3.1 秸稈肥料化

秸稈的肥料化利用主要有兩種模式，一是秸稈直接還田，就是將切碎后的水稻秸稈通過耕整地機(jī)械進(jìn)行翻動，使其與耕地土壤充分混合，在微生物的降解下逐漸腐爛變質(zhì)，成為土壤的一部分并為土壤提供大量的氮磷鉀元素及纖維素、有機(jī)質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，秸稈直接還田的優(yōu)勢是就地利用秸稈，省去了秸稈打捆、運(yùn)輸和后期利用的費(fèi)用，且能有效提升地力，但其存在著適用范圍有限，只適合冬季氣候濕潤溫暖的地區(qū)，秸稈處理不當(dāng)可能影響第二年的插秧；二是秸稈的堆漚制肥，就是將秸稈集中存放于制肥室內(nèi)，向秸稈內(nèi)添加適當(dāng)?shù)母迟|(zhì)，促使其在適宜的情況下腐敗，生成天然的綠色肥料，將其施加于田間可有效提升地力[5]。

3.2 秸稈燃料化

秸稈的燃料化利用主要有三種形式，一是秸稈制炭，即將秸稈與部分助燃劑和助粘劑混合，在高溫高壓下加工成為密度很高的秸稈碳(圖2)，也可將秸稈與多種助燃、黏合材料混合，制作成為高密度的生物質(zhì)燃料(圖3)，利用秸稈碳或生物質(zhì)燃料可代替部分煤炭進(jìn)行火力發(fā)電或集中供熱；二是制造沼氣，在堆漚制肥的過程中，會產(chǎn)生大量的沼氣，將沼氣集中利用能有效解決農(nóng)村地區(qū)的生活燃料問題；三是制造植物酒精，采用專門的發(fā)酵工藝，秸稈中的糖分會逐漸轉(zhuǎn)變成為酒精，從而替代傳統(tǒng)的酒精生產(chǎn)途徑，減少資源消耗[6]。

圖2 秸稈炭化而成的秸稈炭

圖3 秸稈制造的生物質(zhì)燃料

3.3 秸稈飼料化

秸稈的飼料化利用包括直接飼喂、機(jī)械輔助加工飼喂和機(jī)械加工成品飼料三種方式，其中直接飼喂是傳統(tǒng)的利用形式，直接飼喂秸稈不利于牲畜對秸稈養(yǎng)分的消化吸收，輔助加工機(jī)械處理后，秸稈會被膨松或熟化，以便于牲畜的食用。此外，利用現(xiàn)代化的工藝和技術(shù)，還能直接生產(chǎn)成品飼料，利用飼料生產(chǎn)線，秸稈顆粒原料經(jīng)過與輔料的混拌、膨化處理后，可生產(chǎn)出適口性良好的成品飼料，并利于長久保存，是傳統(tǒng)成品牲畜飼料和糧食制造飼料的合理替代品[7]。

3.4 秸稈基料化

秸稈基料化利用現(xiàn)階段以食用菌栽培為代表，利用秸稈制作的基料能有效替代傳統(tǒng)的木材原料，并能夠?yàn)槭秤镁纳L提供更充足的養(yǎng)分和基料環(huán)境。

3.5 秸稈原料化

秸稈的原料化利用主要包括紙制品及生活用品的原材料及編織品的原材料。由于水稻秸稈中含有豐富的木質(zhì)素，將其進(jìn)行處理混漿十分適合生產(chǎn)紙制品，能有效減少木材原料的消耗。同時(shí)近年來，利用秸稈制造的餐具、地板、筷子等生活用品逐漸增多，為秸稈的原料化利用提供了更廣闊的思路。此外，利用秸稈進(jìn)行編制筐、籃子等傳統(tǒng)生活用品或藝術(shù)品也成為了水稻秸稈的良好利用途徑[8]。

4 結(jié)語

總而言之，隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)的不斷升級，水稻秸稈的回收和再利用變得更加便捷，秸稈的利用形式與合理性也顯著提升。面對全球資源緊缺的現(xiàn)狀，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員應(yīng)進(jìn)一步重視秸稈資源的合理回收和利用工作，秸稈再利用行業(yè)也應(yīng)不斷提升自身技術(shù)能力，盡快形成科學(xué)的產(chǎn)業(yè)體系，為秸稈資源的合理利用創(chuàng)造更好的條件。