秸秆利用与现状

1、雾霾来源之一秸秆的综合利用现状 摘要：我国是秸秆产量大国，合理利用秸秆资源对于保护环境、缓解能源危机、促进社会发 展具有重要意义。本文介绍了我国秸秆综合利用的几种方式，以及各种利用方式存在的优缺 点，为我国秸秆资源的合理利用提供了一些参考。 关键词：作物秸秆；综合利用；利用方式 引言 秸秆是农作物子实收获后剩余的茎秆和残留的叶片。我国是产秸秆大国，秸 秆种类有近30种。秸秆中隐藏着巨大的资源，作物吸收的养分有将近一半会留 在秸秆中。高利伟等研究表明20RR年中国作物秸秆资源数量超过 7.6亿t，其 中蕴含的氮（N）、磷（P2Q）、钾（K2O养分资源数量分别达到776万t、249万 t、1342

2、万t。但是一直以来人们都没能充分合理的利用它，大量的秸秆被丢弃、 焚烧，不仅浪费资源还造成环境污染。近年来随着化石能源的日益枯竭和环境条 件的日益恶化，秸秆资源的综合利用成为人们日益关注的话题。 我国各类农作物秸秆资源的综合利用方式， 可归纳为4个方面：肥料、饲料、 燃料、其它。 1秸秆还田 1.1秸秆还田的方式 一般来说，秸秆还田的方式主要有以下几种： 1.1.1秸秆机械化还田 农作物秸秆机械化还田技术就是利用秸秆粉碎机将摘穗后的小麦、水稻、玉 米、大豆、油菜、高粱等农作物秸秆就地粉碎，均匀地抛洒在地表，随即耕翻入 土，使之腐烂分解，达到大面积培肥地力的一项农机化适用技术。 1.1.2堆沤还

3、田 堆沤还田就是指将农作物的秸秆制成堆肥或者是沤肥等，等待农作物的秸秆 发酵到一定的程度以后，再将其施入土壤之中。 1.1.3过腹还田 过腹还田，顾名思义，就是指借助于牛、马、猪或者羊等这些常见的家畜作 为特殊的“中介”，将小麦、玉米、水稻秸秆等进行简单如切割之类的处理之后， 作为饲料喂给家畜，然后将这些家畜的粪便施入种有农作物的土壤之中。这种方 式最大的优点优点就是省时、简单，而且也是目前发现的最为科学和最具生态性 的秸秆还田方式。 1.2秸秆还田的优缺点 秸秆还田具有一定的优势，但是如果在实际应用中不注意的话， 效果可能不 明显，甚至会对农作物造成不良影响。 1.2.1对土壤肥力的影响 秸

4、秆中含有氮、磷、钾、镁、钙及硫等元素，这些正是农作物生长所必需的营养 元素。李继福2等研究表明，短期秸秆还田条件下，高钾和中钾土壤田块，秸秆 还田钾素可不同程度地替代部分化学钾肥施用。张静 3等研究表明，玉米秸秆还 田可以增加土壤有机质和缓解土壤氮流失。陈冬林 等研究表明，秸秆还田显著 提高土壤有效磷和速效钾含量，对土壤碱解氮含量的提高体现在水稻生育后期。 秸秆还田不均匀，易引发由秸秆转化来的微生物与农作物之间的争夺养分现象， 应及时补充施加相应肥料。秸秆直接还田的时候，一定要适当补充施加氮肥和磷 肥，以保证农作物幼苗的健康成长。 1.2.2对土壤结构的影响 秸秆还田可以增加土壤的孔隙度， 改

5、良土壤结构。同时可形成地面覆盖，具有抑 制土壤水分蒸发，储存降水和提高地温的作用。李传友 5等研究表明，粉碎并氨 化秸秆施入土壤后，能显著降低耕层土壤的体积质量，增加土壤孔隙度，但对耕层 以下土壤体积质量及孔隙度改善效果不明显。张鹏 等研究表明，在宁南半干旱 区采用秸秆还田对提高土壤团聚体含量具有明显作用。田慎重等研究表明，免 耕秸秆还田措施能显著提高土壤的水稳性团聚体的比例和稳定性。秸秆翻压或者 压碎还田以后，就会导致土壤松弛，土壤孔隙的大小不均匀，尤其以大孔隙居多。 土壤孔隙的增大往往会导致种子与土壤间的接触减少，从而在很大程度上会影响 到种子的发芽与生长，尤其会对农作物根系的生长产生影响

6、，严重的话会出现吊 根现象。 1.2.3对土壤中微生物的影响。 秸秆中含有大量的能源物质，还田后生物激增，土壤生物活性强度提高，接触酶 活性可增加47%随着微生物繁殖力的增强，生物固氮增加，碱性降低，促进了 土壤的酸碱平衡，养分结构趋于合理。杨滨娟 等研究表明，秸秆还田配施化肥 各处理能够增加根际土壤总细菌、放线菌、真菌、氨氧化细菌、好气性自生固氮 菌、亚硝酸细菌、磷细菌和好气性纤维素分解菌的数量。秸秆还田后，由于秸秆 本身吸水和微生物分解吸水，会降低土壤含水量，因此要做好的秸秆还田后的水 分补充工作。由于秸秆还田会在一定程度上增加土壤微生物的活性， 这种活性的 增加不仅会对农作物的生长发挥积

7、极的效用， 同时也会大大加快除草剂等在土壤 中的降解速度，最终导致除草剂有效期的大大缩短。 秸秆直接还田，秸秆中携带 的虫卵、菌体、杂草种子等就会留在土壤里，导致杂草和病虫害的发生。 2秸秆作饲料 秸秆中的粗纤维含量高，粗蛋白、粗脂肪、糖类含量低，直接饲喂期消化率 低且营养价值差。一般在饲喂动物前要进行一定的处理，一般的处理方式主要分 为物理法、化学法和生物法。 2.1物理法 秸秆的物理处理主要是通过机械、水、热等的作用，使饲料变碎、变柔软， 便于家畜咀嚼和采食，同时清除其中混杂的泥土、沙、石等物质。目前常用的物 理方法主要有切碎与粉碎、浸泡、蒸煮、碾青等。随着农业机械化程度的增加， 近年来利

8、用机械压粒（压块）和热喷处理在秸秆上的应用越来越多。还看到一些 利用辐射来处理秸秆的报道。然而,利用物理方法将秸秆颗粒的减小，加快了秸秆 在动物肠胃通道内通过的速度，以致动物肠胃没有足够的时间去收秸秆中的养分 造成秸秆中养分的白白流失。因此，要在秸秆颗粒的大小与其通过动物肠胃的速 度之间寻求平衡，以使秸秆中的营养物质被动物高效吸收利用。而利用机械处理 秸秆又会增加投入，在小型的养殖户中不适用。 2.2化学法 秸秆的化学处理主要包括碱化处理、氨化处理等。 2.2.1秸秆的碱化处理 碱化处理主要是利用碱性化合物处理秸秆，打开纤维素、半纤维素与木质素之间 对碱不稳定的酯键，溶解半纤维素和一部分木质素

9、，使纤维素膨胀，从而使瘤胃 液易于渗入。这样处理，可以提高秸秆的适口性，增加家畜的采食量，同时也提 高了秸秆的消化率和含水量。 常用的碱化剂有：熟石灰、KOH NaOH NaHCO等。湿法碱处理需要大量的水冲 洗，会造成养分流失。干法碱处理更易应用于实践，但处理的秸秆中钠离子含量 高，家畜饮水量大，且排除的粪尿中含有大量钠离子会污染环境。 2.2.2秸秆的氨化处理 氨化可提高秸秆的消化率、营养价值和适口性。常用的氨化剂有：氨水、液态氨、 尿素、硫酸铵、碳酸氢铵等。由于氨有毒，饲喂前应充分挥发，以免产生毒害作用。 但挥发氨会造成氨的损失和一定的环境污染。 2.3生物法 生物处理是利用乳酸菌、酵母

10、菌等有益微生物和酶，在适宜的条件下，分解 秸秆中难于被家畜消化吸收的部分，增加菌体蛋白、维生素及其它对家畜有益的 物质，并软化秸秆，改善味道，提高适口性。张立霞9等研究表明，用合理的微 生物组合处理玉米秸秆可以有效提高其利用率。秸秆的生物处理法主要包括青 贮、酶解和微生物分解等。青贮除了具有上诉优点外，还可以解决饲料作物和牧 草季节性生产与全年稳定供应的矛盾，在生产中已经得到广泛的应用。 3秸秆能源化 农作物秸秆纤维中的碳占绝大部分， 主要粮食作物小麦、玉米等秸秆的含碳 量约占40沖上。秸秆中的碳使秸秆具有燃料价值，目前对秸秆这一特性的应用 主要集中在如下方面。 3.1秸秆直接燃烧。 我国农村

11、长期以来利用秸秆做生活燃料。直接燃烧具有经济方便、成本低廉、易 于推广的特点，可以为中小型企业、政府机关、巾小学校等提供生产、生活热水 和用于冬季供暖。秸秆还可以替代部分煤来发电。 3.2秸秆气化。 秸秆气化是在气化炉内完成的。秸秆是由碳、氢、氧等元素组成，其中含有一定 量的水分。当秸秆被燃烧后，随着温度的升高，燃烧产生的气体通过还原区赤热 的炭层反应，转换成含 CO H2、CH等组分的可燃气体。秸秆气化经济方便、清 洁卫生，但也存在着投入较高、燃气热值偏低和燃气中氮气和焦油含量偏高等问 题。 3.3秸秆发酵制沼气 秸秆发酵制沼是多种微生物在厌氧条件下， 将秸秆降解成沼气，并产生副产沼液 和沼

12、渣的过程。沼气含有 50% 70%的甲烷，为清洁燃料。秸秆可直接投入沼 气池，也可用做牲畜饲料转化成粪便投进沼气池。秸秆发酵后的沼渣可以用作肥 料，产生的沼气无色无味且抗爆性能好。但是前期需要先修筑沼气池，并且常常 后期的维护也跟不上。 3.4秸秆固化成型及炭化 将秸秆粉碎后，送入成型机械中，在外力作用下，压缩成块状、棒状或颗粒状等 需要的形状，即可直接用作燃料直接燃烧。也可再利用炭化炉将其进一步加工处 理便成为具有一定机械强度的“生物煤”秸秆成型燃料。 秸秆固化成型燃料比重大、热值高，可替代部分煤炭。同时其硫含量低、灰 分小且可再生，是一种清洁能源。其还具有体积小便于储存和运输， 应用范围广

13、 等优点。但其缺点也很明显，生产设备价格高，配件使用寿命短，缺少专用高效 户用炉具等。 3.5秸秆液化。 秸秆液化是指通过物理、化学或生物学方法，使秸秆中的木质素、纤维素等转化 为醇类、可燃性油或其他化工原料。根据生物质液化方式的不同，主要分为直接 液化、咼温咼压液化、微波液化 3种形式。 直接液化是指在中低温、高压并有催化剂参与情况下，将生物质转化为液体 的热化学反应过程，通常有还原性气体参与反应。 根据液化目的不同，可将直接 液化细分为两大类：一类是反应产物保留植物纤维原料的大分子结构，主要目的 是制备天然高分子材料；另一类是破坏原料的大分子结构，将植物纤维原料转化 成小分子后再加以利用，

14、如生产乙醇等。 高温高压液化是指在高压下发生热化学反应的过程，典型的液化工艺是在较 高的压力和温度以及在催化剂存在下进行的。 此方式需要消耗大量的能量，同时 对设备耐压要求较高，目前研究较多的主要有秸秆制柴油等技术。 微波液化是指利用微波辐射使小分子极性物质产生物理效应，从而加速反 应、改变反应机理或启通新的反应通道的一项技术。 秸秆液化优点明显，但缺点也同样显著。目前国内外对秸秆液化机理和数学 模型的研究还很欠缺，秸秆预处理技术有待发展，高效催化剂的筛选方面有待提 高，液化产物的分离、提纯技术有待发展。 4其它应用 秸秆除被用作肥料、饲料、燃料之外，还有很多其它用途，如用作工业原料、 用作基

15、料、用作生产和建筑材料等。 4.1工业原料。 秸秆用作工业原料，主要利用了如下几个原理。利用微生物分解秸秆中的纤维素 等大分子物质，并转化成小分子物质再加以利用，如生产乙醇、丁二酸等物质； 还可以利用微生物分解秸秆但保留秸秆中的大分子结构，如利用麦秆制聚氨酯多 元醇和利用玉米秸秆制备高吸水树脂等；也可以直接利用秸秆中的纤维素等结构 物质，如造纸等。 4.2用作基料。 将秸秆粉碎并添加其它原料可以作为部分微生物的营养基质。 目前生产中最常见 的是栽培食用菌。除此之外，秸秆还可以作为其它一些微生物的基料， 王月明10 【MeiWei_81重点借鉴文档】 等利用玉米秸秆制备饲用乳酸菌培养基。 4.3

16、生产和建筑材料。 人类使用农业秸秆纤维建造房屋至少有上百年的历史，近年来随着人们环保意识 的不断加强，秸秆作为生产和建筑材料应用再次被重视。传统的秸秆利用，一般 作为墙体和屋面的建筑材料。现在对秸秆的利用方式更加多样，周定国11报道了 关于稻秸人造板的一些问题，郑凤山12等进行了关于玉米秸秆制造刨花板的实验 研究。这些秸秆人造板具有无醛环保的，但是也存在成本高、价格高的缺点。， 可以制造无醛家具、建筑和室内装饰。陈海涛13等研究了秸秆纤维地膜覆盖栽培 作物性能，发现秸秆纤维地膜覆盖栽培哈椒的植株高度和产量显著高于裸地，与 传统塑料地膜无显著差异。李霞14等总结了秸秆绿色环保餐具与传统的一次性餐

17、 具的比较优势。无论是秸秆纤维地膜还是秸秆绿色环保餐具，都具有无毒无害、 绿色环保、易被环境降解的优点，可减少生产和生活中白色污染的产生。 中国是世界第一秸秆大国，由于人们的认识不足和秸秆综合利用成本高等原 因，我国的秸秆表现为过剩，造成秸秆的焚烧污染环境和资源浪费的现象。 近年 来随着人们对秸秆资源关注度的日益提高， 我国的秸秆资源综合利用工作开始全 面展开。随着工作的深入，我们一定会做到既有效利用资源，又保护好环境，实 现经济和环境的双丰收。 参考文献 1 高利伟，马林，张卫峰，等，中国作物秸秆养分资源数量估算及其利用状况J.农 业工程学报，20RR 25(7) : 173-178. 2

18、李继福，鲁剑巍，任涛，等，稻田不同供钾能力条件下秸秆还田替代钾肥效果J. 中国农业科学，20RR 47(2) : 292-302. 3 张静，温晓霞，廖允成，等，不同玉米秸秆还田量对土壤肥力及冬小麦产量的影响 J.植物营养与肥料学报 4 陈冬林，易镇邪，周文新，等，不同土壤耕作方式下秸秆还田量对晚稻土壤养分与 微生物的影响J.环境科学学报 李传友，杨立国，熊波，等，秸秆还田方式对农田土壤结构及冬小麦产量的影响J. 中国生态农业学报 张鹏，贾志宽，王维，等，秸秆还田对宁南半干旱地区土壤团聚体特征的影响J. 中国农业科学，20RR 45(8) : 1513-1520. 7 田慎重，王瑜，李娜，等，耕作方式和秸秆还田对华北地区农田土壤水稳性团聚体 分布及稳定性的影响J.生态学报，20RR 33(22) : 7116-7124. 8 杨滨娟，黄国勤，钱海燕，等，秸秆还田配施化肥对土壤温度、根际微生物及酶活 性的影响J. 土壤学报，20RR 51