農作物秸稈資源利用技術現狀及其展望研究

桂思琪+黃碧捷+陶元+岳琳

摘要：指出了農作物秸稈是農業生產的附屬品，作為可再生能源，具有廣闊的應用前景。以農作物秸稈資源化利用相關文獻及報道為基礎，綜述了目前我國秸稈資源化利用技術現狀、并對其未來技術發展趨勢進行了展望性研究。

關鍵詞：農作物秸稈；利用現狀；技術展望

中圖分類號：X32

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）14-0077-03

1 引言

我國是一個農業大國，農業的發展使其附屬產生農作物秸稈的資源量也非常可觀。秸稈是我國大部分農村地區主要的牲畜飼料和生活燃料，隨著現代經濟的發展，秸稈逐漸被天然氣等其他產品所代替，而秸稈資源化利用途徑推廣不普遍。同時，秸稈的大量露天堆積及焚燒，嚴重的影響到了周邊生態環境和人們健康問題，不僅造成了資源的浪費，還存在潛在的社會、經濟和生態問題，嚴重的制約了農業的可持續發展。

農作物秸稈具有分布廣、種類多、污染小且熱值含量高等特點。2010年全國秸稈理論資源量為8.4億t，可收集資源量約為7億t[1]。農作物秸稈可利用資源量豐富，若實現系統產業鏈資源化利用技術，可以有效緩解農村能源、工業原料、肥料和飼料的供應壓力，能發展循環經濟，實現多層次的綜合利用，從而促進現代農業的發展。

2 秸稈利用現狀及形成原因

2.1 利用現狀

隨著農村經濟的逐漸發展，我國農作物秸稈的用途有：飼料、工副業生產原料、直接還田。由于部分地區政策法規的不完善，一些城市郊區，農民對秸稈的需求減少，為圖方便將秸稈就地焚燒，污染環境，影響交通，為此國家有關部門做出了禁燒秸稈管理措施，出臺了一些相關政策，情況雖有所緩和，但目前仍然存在秸稈資源浪費和環境污染等情況。因此，研究農作物秸稈經濟有效的利用技術有著非常重要的意義。

2.2 形成原因

針對我國的秸稈資源產量，結合我國目前的發展形勢及農村居民的生活方式等分析造成我國農作物秸稈得不到較好利用的原因。主要有以下幾點。

一是農民環保的意識較薄弱，缺乏與外界的技術交流，對秸稈綜合利用問題存在缺陷。在農村，秸稈一般作為燃料生火做飯或就地焚燒。隨著經濟的發展與農村現代化化，農村居民對秸稈的的需求下降，且在秸稈綜合處理技術成本高的情況下導致秸稈露天焚燒的現象更多，對大氣環境造成一定影響。

二是我國對秸稈資源利用意識與技術形成起步較晚[2]，相關政策不夠完善，在發展經濟脫貧時期，沒有經濟實力發展可再生清潔能源的利用與重視環境保護。

三是秸稈綜合利用技術的創新性不足，科技轉化力度不夠，缺乏秸稈處置技術導致其經濟價值難以得到發揮，這是最核心的原因。這樣大多農民都找不到“變廢為寶”的途徑，甚至還需要付出一定的秸稈處理成本，最簡單的方法必然是讓秸稈“付之一炬”。

3 現有資源化利用技術及展望

3.1 就地利用技術

3.1.1 秸稈還田

農作物秸稈中富含土壤所需的有機質和微量營養元素，是一種營養價值非常高的土壤肥料，可以提高土壤肥力、改善土壤團粒結構、提高農產品的產量和質量。還田利用還分為直接還田、間接還田、秸稈生化腐熟還田。

秸稈直接還田是將用機械破碎的秸稈粉末或殘留在田間的秸稈、根莖耕翻掩埋，與土壤混合后漸漸腐爛，將秸稈中的大量有機質和其他一些微量元素釋放于土壤中，從而達到提高土壤肥力，改善土壤質量的目的[3]。秸稈直接還田具有操作簡單、能耗低等優點，但是部分地區秸稈在土壤中自行腐爛的速度較慢，反而會對次年農作物產生影響，無法大規模、長期使用。現階段和未來的研究及應用主要集中在如何有效的提高秸稈的破碎率上。

秸稈間接還田是將秸稈喂養牲畜過腹還田或進行發酵，將產生的牲畜糞便和發酵產生的殘渣施撒于田中，其中的營養成分更易被土壤吸收。秸稈間接還田改善了直接還田的弊端，但是間接還田還存在多產業鏈問題，只有在當地形成牲畜、發酵等一系列規模，才能更加經濟、便捷地實施秸稈間接還田。現階段和未來的研究及應用主要集中在如何綜合性形成秸稈-牲畜-產業的模式。

秸稈生化腐熟還田是將粉碎后的秸稈與一定量的生物菌劑和適量的氮肥混合，灑水后堆壓，秸稈中的高分子粗纖維被高溫漚制后產生纖維素酶分解為小分子的糖醇等，有害的寄生蟲卵、病源菌等被高溫殺滅，進而生成有機熟肥[4]。其優點是秸稈可以完全分解且腐化速度快、相比于前兩種還田方式肥效更高。但操作較于繁瑣，需要有一定的技術人員，需要產業化。現階段和未來的研究及應用主要集中在如何在實驗室篩選有效菌和提高菌體在農田里的效率和世代性。

3.1.2 秸稈飼料

我國秸稈產量大，王亞靜等[5]研究發現我國秸稈產量中適宜做牲畜喂養飼料的秸稈占85.67%。但是由于秸稈飼料存在口感差、質地硬、不易消化等特點，我國用做牲畜飼料喂養的秸稈量也不超過總量的20%[6]，這是限制秸稈過腹還田的原因之一。研究高質量秸稈飼料的方法是秸稈飼料化利用的重要發展方向。秸稈飼料化方法主要有以下6種。

（1）氨化技術。該技術是利用氨的水溶液對農作物秸稈進行浸泡處理，秸稈經過氨化后變得柔軟，易于家畜消化吸收，飼料粗蛋白含量增加，含氮量增加。

（2）膨化技術。該技術是將秸稈原料經過一連串的調濕，加熱捏合后進入制粒機主體，在主體內物料水人流失迅速蒸發，體積膨脹，成為膨化飼料。

（3）微儲飼料技術。將名為秸稈發酵活干菌的微生物高效活性菌種加入到秸稈中，使之密封儲藏，經過發酵后變成草食性家畜的主飼料。

（4）青貯及黃貯技術。青貯是將收割好的鮮秸稈直接粉碎后窖貯，裝袋打包的秸稈儲存技術，要求含水率不能過低；黃貯是利用干秸稈做原料，經機械粉碎后加水和生物菌劑，捆壓以后裝袋貯存的技術。由于秸稈飼料的黃貯技術不受秸稈含水率的影響，一年四季都可以做，有價值進行廣泛推廣。

（5）顆粒化技術。將秸稈粉碎后根據其用途設計配方，與其他農副產品混搭使用，制成顆粒飼料。該技術能提高產品質量，是飼料達到各種營養元素平衡，改善了其適口，性操作簡單，實用性強且效果明顯。

（6）熱噴技術。用熱力效應與機械效應結合的方法，改善粗飼料適口性。飼料經過熱噴處理后質地柔軟，味道芳香，營養價值和利用價值大大提高。但由于目前熱噴技術成本較高，在生產實踐中推廣仍有難度。

3.1.3 能源利用

秸稈生物質能可以通過直接燃燒、氣化、液化和炭化等方式轉化為其他能源加以利用[8]。

（1）秸稈直接燃燒供熱及發電。是最普遍的應用方式。這種方式利用效率低，還會對大氣環境造成一定的影響。汪海波等[7]研究發現秸稈經過固化成型處理后，熱效率提高了50%～70%，同時秸稈固化有利于秸稈的儲存和運輸。將秸稈與煤混合燃燒進行發電也是一個經濟環保的技術方法，在我國已有多家生物質燃燒電廠，主要問題在于秸稈的分散收集成本高和燃燒熱值低。

（2）秸稈氣化。通過熱解或沼氣池發酵將固體秸稈轉化為氣態燃料的處理技術。熱解氣化是在缺氧環境下將秸稈粉末進行一系列的處理，將在這一過程中產生的CO、H2、CH4等氣體加以利用；秸稈發酵制沼氣是將人畜糞便和秸稈的混合物在厭氧的環境下發酵生成沼氣。秸稈氣化技術提高了秸稈的利用效率，減少秸稈直接燃燒對大氣環境帶來的影響，具有清潔、方便、經濟等優點，但秸稈發酵制沼氣對秸稈的處理量有限。

（3）秸稈液化。通過物理、化學和生物的方法利用秸稈降解產燃料乙醇、生物燃料油等，提高了秸稈利用率的同時，改善了石油化石燃料能源日益減少的壓力。

（4）秸稈炭化。將秸稈粉碎后添加適量粘結劑和水混合施加一定壓力使其固化成型后再用炭化爐將其進一步加工處理成為具有一定機械強度的生物煤。相較于工業燃煤具有含硫量低、灰分小等優點。

3.2 異地利用技術

3.2.1 秸稈造紙

紙是利用植物纖維制成的，造紙的原材料主要有木材和一些植物秸稈。因為經濟文化教育等的不斷發展，紙張已經成為了人們生活的必需品。人們對紙張的需求量也越來越大，但同時我國是一個森林覆蓋率較低的國家，木材的大量砍伐也會給我國的資源環境帶來一定的影響。所以大量的農作物秸稈是造紙的主要的原材料。同時，我國也提倡紙張循環回收利用，節約資源。

3.2.2 可降解包裝材料

我國是包裝生產大國。郝素琴等[9]提到我國年消耗各種包裝材料2000萬m³以上，其中絕大多數是難降解的塑料類材料，對環境造成嚴重的污染。秸稈具有可降解、經濟、環保等優點，用于生產可降解包裝材料，不僅是大量的秸稈資源得到利用，同時減少大量塑料包裝對環境造成的影響。

3.2.3 輕型建材及家居用品

農作物秸稈中的纖維素與一定量的粘接劑和強化材料混合后，可以制成纖維板、復合板等綠色秸稈建材。其質量小，不會造成嚴重的安全事故，且成本低、綠色環保。譚強等[10]研究發現將秸稈與石灰漿、水和防腐劑按一定比例混合制成秸稈纖維混凝土砌塊，可滿足建筑材料在強度剛度、保溫隔熱等方面的要求。秸稈輕型建材和家居用品已經在生活中有一定的應用并具有廣闊的前景。

4 結語

我國農作物秸稈資源豐富，做為可再生資源可用于肥料、飼料、能源和工業原料等多方面，具有極廣的應用范圍，應加大其資源化利用的研究與實踐。當前秸稈綜合利用技術已獲得相應的成效，然而，單純的利用某一種方式將必然會受到局限。探討在當前及未來制定的政策法規，并考慮因地制宜的條件下，將多種有效利用技術糅合，形成多角度、寬層次、有效性的綜合利用模式，以實現高效的秸稈資源化利用新局面和形成良性產業化發展是非常必要的。

參考文獻：

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[7]汪海波， 秦元萍， 余 康. 我國農作物秸稈資源分布、利用與開發策略[J]. 國土與自然資源研究， 2008（2）：92～93.

[8]石 磊， 趙由才， 柴曉麗. 我國農作物秸稈的綜合利用技術發展[J]. 中國沼氣， 2005， 2（23）：11～19.

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[10]譚 強， 閻慧群， 王 可. 新型環保節能建材秸稈纖維混凝土砌塊的研究進展[J]. 生態經濟， 2013（4）：121～124.