我國農作物秸稈的綜合利用

薛向磊　黃丙申　初旭宏　劉宇松

摘要：詳細介紹我國的農作物秸稈的利用現狀，總結生物質能源利用的主要方法及應用特點，重點論述生物質能源的工業化利用，對今后我國農作物秸稈能源的利用前景做出展望。

關鍵詞：農作物秸稈；生物質；綜合利用；工業化

中圖分類號：X 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）09-0057-03

農作物秸稈是籽粒果實收獲后留下的含纖維成分很高的作物殘留物，包括禾谷類、豆類、薯類、油料類、麻類、以及棉花、甘蔗、煙草、瓜果等多種作物的秸稈。我國是一個農業大國，秸稈資源十分豐富，每年產生的農作物秸稈總量超過6億t，其中可以作為能源利用的在3億t以上；但受傳統的消費觀念和生活方式的影響，農村秸稈資源完全處于高消耗、高污染、低產出的利用狀況，大部分農作物秸稈被棄置或者焚燒，不僅浪費寶貴的自然資源，而且污染環境。有些地區因焚燒秸稈而造成燒毀樹木和禾苗、引起火災以及影響空中運輸等不良后果。可見，妥善處置農作物秸稈和實現農作物秸稈的資源化利用具有重大意義。

1 我國農作物秸稈利用現狀

2010年統計資料表明，全國年產農作物秸稈量為7.49億t，其中玉米、小麥和稻谷秸稈占總秸稈量的85%。每年用于造肥、機械還田和用作飼料、工業原料及種植基料等的秸稈總量為3.56億t，占總秸稈產量的47.5%；其余52.5%（3.93億t）秸稈用于燃料或被廢棄。其中用于燃料的秸稈量逐年減少，而廢棄量逐年增加。

同時，農作物秸稈利用存在區域不均衡性。秸稈年產量最多為華東地區（1.87億t），其次為華南地區（1.47億t）、東北地區（1.75億t）、華北地區（0.95億t）、西南地區（0.79億t）、西北地區（0.66億t），其中山東、河南、四川、河北、黑龍江、江蘇、吉林、安徽、湖北和湖南省10省的秸稈產生量最多，且河南、河北和山東的焚燒秸稈污染問題最突出。

另外，農作物秸稈利用時間不均衡。焚燒秸稈發生在收獲期與下次播種期之間，時間短，處理量大，有的地方必須在幾天內“處理”掉秸稈。焚燒秸稈地區經濟較發達，農民生活水平較高，寧肯買液化氣也不愿用秸能源做燃料，城鄉結合部和農村規劃小區秸稈廢棄問題尤為嚴重。由此可見，傳統能源利用方式已經難以滿足農村現代化需求，生物質能優質化轉換利用勢在必行。

2 我國農作物秸稈傳統利用方法

2.1 秸稈還田作肥料

秸稈還田方法可細分為秸稈直接還田、機械粉碎還田、堆肥還田、過腹還田。其中過腹還田是一種效益很高的利用方式，即把口感差、消化率低的秸稈進行青貯、氨化和微貯處理，改善秸稈的適口性，提高營養元素的利用率，經過禽畜之腹后變成有機肥還田，形成糧食—秸稈—飼料—牲畜—肥料—糧食的良性循環。

2.2 秸稈飼料化

秸稈中的有機物直接作飼料營養價值極低。因此，有必要對秸稈進行加工處理，將其纖維素、木質素、半纖維素等大分子物質分解為低分子的單糖或低聚糖，改善其適口性，提高營養物質的利用率及飼料采食率。

2.3 秸稈氨化

秸稈氨化基本原理是用氨水堿化處理秸稈，破壞木質素與多糖之間的醋鍵，使纖維素、半纖維素與木質素分離，將不溶的木質素變成較易溶的木質素，進而使得秸稈易于被動物吸收與消化。另外，氨水還可中和秸稈中潛在的酸度，為瘤胃微生物活動創造良好的環境，提高秸稈的利用率。一般來說，氨化秸稈的消化率可提高20%左右，粗蛋白含量也可提高1.0～1.5倍，采食速度提高16%～43%，采食量提高20%～30%。

2.4 秸稈青貯

秸稈青貯是目前秸稈處理量最大的一種方式，它能有效保存青綠秸稈的營養成分和鮮嫩汁液，適口性好，消化率高。秸稈在青貯發酵過程中產生一定濃度的乳酸，既可使飼料的營養成分不受損失，又可使飼料保持青鮮多汁的特點，并具有酸香味，增強適口性。

2.5 秸稈微貯

微貯是近年來推廣的新技術，其原理是在秸稈中加入高效活性發酵菌種，增加分解纖維素、半纖維素和木質素的細菌數，加速纖維素、半纖維素和木質素分解轉化，將秸稈轉化為濕潤膨脹和柔軟酸香的飼料。

2.6 秸稈制作食用菌的培養料

將秸稈（如水稻秸稈、玉米秸稈和大豆秸稈等）用機械粉碎成小段，用作培養食用菌的基料。該方法在我國已大范圍推廣使用，為農村經濟的發展做出了巨大貢獻。秸稈作食用菌培育的基礎材料，是一項投資小、見效快、技術要求不高的技術。在我國，各地利用秸稈栽培平菇、毛木耳、草菇和香菇等食用菌類，既豐富了人們的食物資源，滿足人們對食品多樣化的需求，均衡人們的食物營養，又充分利用了秸稈這一可資源化利用的廢棄物資源。

2.7 秸稈燃料化

農作物秸稈作為農村傳統的能源，直接燃燒具有經濟方便、成本低廉和易于推廣的特點，但存在能量利用率低與污染嚴重等缺點。因此，可以在一定條件下施加壓力，使纖維素、半纖維素和木質素相互緊密粘連，固化成型，改善秸稈的燃燒特性，提高能量的利用率。

秸稈另外一種主要的利用方式是秸稈制沼。秸稈生產沼氣一般有兩種途徑：一是秸稈直接進沼氣池制沼氣；二是秸稈作牲畜飼料，牲畜的糞便入沼氣池制沼氣。從能量利用的角度看，秸稈制沼技術是一種能量利用率較高的途徑，可充分利用秸稈中的能量。秸稈制沼產生的沼氣可用于作燃料或生活照明，沼渣進一步處理后可用作牲畜飼料，沼液是農業生產的優質肥料。以沼氣為主的秸稈綜合利用，不僅具有明顯的節能效益和經濟效益，而且具有長遠的生態效益和社會效益，是解決當前農村能源緊缺矛盾，協調燃料、肥料和飼料三者關系的有效措施。

3 農作物秸稈工業化利用方式

3.1 生產可降解的包裝材料

用麥秸、稻草、玉米秸、葦稈、棉花稈等生產可降解型包裝材料，如瓦楞紙芯、保鮮膜、一次性餐具、果蔬內包裝襯墊等，具有安全衛生、體小質輕、無毒、無臭、通氣性好等特點，同時又有一定的柔韌性和強度。另外，其制造成本與發泡塑料相當，大大低于紙制品和木制品。在自然環境中，這種包裝材料一個月左右即可全部降解成有機肥。

3.2 生產建筑裝飾材料

將粉碎后的秸稈按一定比例加入粘合劑、阻燃劑和其他配料，進行機械攪拌、擠壓成型、恒溫固化，可制得高質量的輕質建材，如秸稈輕體板、輕型墻體隔板、粘土磚、蜂窩芯復合輕質板等，這些材料成本低、重量輕、美觀大方，且生產過程中無污染，因此廣受用戶歡迎。目前，秸稈在建材領域內的應用已相當廣泛，秸稈消耗量大，產品附加值高，又能節約木材，很有發展前景。按膠凝劑分類，用秸稈生產的建筑裝飾材料有水泥基、石膏基、氯氧鎂基、樹脂基等。按制品的類型分，用秸稈生產的建筑裝飾材料有復合板、纖維板、定向板、模壓板、空心板等。按用途分，秸稈生產的建筑裝飾材料有阻燃型、耐水型、防腐型等。

3.3 生產工業原料

玉米秸、豆莢皮、稻草、麥秸、谷類秕殼等經加工制成的淀粉，不僅能制作多種食品與糕點，還能釀醋釀酒、制作飴糖等。玉米秸稈含有12%～15%的糖分，其加工飴糖的工藝流程為：原料—蒸料—糖化—過濾—濃縮—冷卻—成品。李莉等用稻草、玉米秸稈代替棉花、棉短絨制作纖維素，然后經化學改性、提純等工序制得羧甲基纖維素產品，成本可降低20%。張啟峰等采有玉米秸稈經過預處理、水解、凈化、催化氫化、濃縮和結晶等步驟所制取的木糖醇，質量可達到食品級標準。劉俊峰等以稻草和麥稈為原料，用復合添加法制取糠醛，出醛率達理論出醛率的70%～80%，且廢渣全部為中性復合肥料。秸稈酸、堿水解發酵制酒精的工藝條件苛刻，對設備有腐蝕，運行成本高，而秸稈酶解發酵酒精選擇性強，且較化學水解條件溫和，國內外的相關研究已有一定進展。

3.4 生產編織產品

秸稈用于編織業最常見的是稻草編織草簾、草苫、草席、草墊、草編制品等。草簾、草苫等可用于蔬菜工程的溫室大棚中。草席、草墊既可保溫防凍，又具有吸汗防濕的功效。品種花色繁多的草編制品，如草帽、草提藍、草氈、壁掛及其它多種工藝品和裝飾品，由于工藝精巧、透氣保暖性好、裝飾性佳，深受國內外消費者的喜愛，是一條效益很好的創匯渠道。

4 結語與建議

開發利用農作物秸稈能源對于我國新農村建設有著特殊重要的意義，“十五”“十一五”“十二五計劃”一再強調能源的重要作用。在農作物秸稈能源利用中，應優化傳統的利用模式，進一步發揮生物質能源的工業化作用。整合資源配置，實現生物質能源的可持續發展是未來我國農業資源利用的新形勢、新要求。

參考文獻

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