烟草农作物秸秆综合利用技术研究与示范

1、 烟草农作物秸秆综合利用技术研究与示范鄂西卷烟材料厂2014年9月19日目录一、农作物秸秆综合利用目标、思路与措施31、技术领域32、发展目标、思路和措施4二、农作物秸秆利用现状61、产业基本情况及在国内外的地位62、面临的机遇和挑战10三、产业技术基础111、科技人才队伍112、科研条件113、科技成果及技术成果工程化水平11四、产业发展需求151、市场需求152、产品需求163、技术需求16五、技术创新重点任务181.主要创新点182.下一步工作计划19六、技术示范内容和实施方式20 烟草农作物秸秆综合利用技术研究与示范一、 农作物秸秆综合利用目标、思路与措施1、技术领域作为烟叶主产区，恩

2、施州每年有10万吨左右的烟草秸秆废弃物。烟叶收获后，烟秆、烟根等烟株残体若不及时清除，根系分泌物和烟株残茬降解物给病原菌提供了丰富的营养和寄主，使病原菌具有良好的繁殖条件，从而助长了烟草病原菌的繁殖，加重了来年根茎部病害、病毒病的危害。若采取大量焚烧的手段会造成了环境的大气污染和资源的浪费。基于此类现象，鄂西卷烟材料厂同湖北省烟草公司恩施州公司以烟草秸秆废弃物利用为突破口，在以烟草秸秆为原料形成生物有机肥关键技术领域实现了重点突破。从而一是有利于充分利用烟叶生产的可再生能源，为有效解决烟田中的烟杆处理找到了出路。二是保护恩施生态环境，降低烟叶种植成本，减少烟田病原基数，实施循环经济促进行业可持

3、续发展。2、发展目标、思路和措施恩施州烟草秸秆从2009年开始利用开发，到目前为止已建立肥料加工基地6处，烟草秸秆有机肥年产量达到30000吨 ，已在全州的烟田进行施肥推广，应用面积约100多万亩，取得了极好的社会效盈及改良土壤效果较好，通过使用充分证明：烟草秸杆有机肥料确实能促进土壤修复改良，肥效好，有促进烟叶生长，改善品质的作用，并且充分发挥循环经济的优势，变废为宝，改善了烟区田间卫生和优化了环境效果较好。为此我们目标市场将继续加大投入烟草秸秆及其它农作物秸秆的生产能力，让农作物秸秆肥料%100推广在烟叶种植和蔬菜、粮食种植领域中。具体思路及措施如下： （1） 采用先进的汽爆加工原材料技术

4、传统的生物质有机肥原料的预加工及处理采用粉碎消毒发酵的工艺，预处理加工时间长，产量低。目前推进采用超音弹射式汽爆技术预处理烟杆、烟筋项目可一次完成肥料的粉碎消毒发酵工序从而降低肥料加工成本，提高肥料生产效率，特别是对烟草废弃物消毒的处理更加到位，有利于肥料在烟草行业内的推广使用，节约了资源，企业及农民受益。 （2）秸秆有机肥生产采用与烟农合作社强强联手的运作模式 根据中央2013年一号文件“引导农民合作社以产品和产业为纽带开展合作与联合，积极探索合作社联社登记管理办法”的意见，积极探索烟农专业合作社开展综合开发，探索联合社建设有较为广阔的研究和探索空间，具有重要的探索价值和现实意义。 秸秆有机

5、肥加工通过吸纳社会优质资源（企业）深度参与，引导烟农开展以烟草秸秆实物为主投资入股，加大行业技术和资金扶持，争取政府政策支持等方式创办“烟草秸秆生物有机肥生产联合社”，将烟农、烟农合作社、养殖合作社、企业、烟草行业和政府紧密联系起来，可实现烟农、合作社、企业、政府的“多赢”效果，具有明显的社会、经济和生态效益。达到“增加烟农收入、稳定烟农队伍、稳定产业发展”的目的。（3）以烟草秸秆为基础原料，大力发展其它农作物秸秆肥料农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆中，秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，是一种具有多用途、可再生的生物资源，是生产有机肥的重要原料来源。根据恩施州农作物种植情况除烟草秸

6、秆外还有大量的玉米杆、豆类杆、稻草、麦草等秸秆可用于生物质有机肥的加工。目前恩施州其他农作物秸秆绝大部分采用的是整杆还田和烧灰还田，对于整杆还田优点在于作业效率高，缺点在于肥效低；烧灰还田优点在于操作方便，缺点为污染环境，损失大量能源。我厂将在利用烟草秸秆的基础上增加玉米杆、豆类杆其它农作物秸秆为原料混合生产生物有机肥。从而促进循环农业经济的发展，农民受益，社会受益。二、农作物秸秆利用现状1、产业基本情况及在国内外的地位我国农作物秸秆资源拥有量居世界首位，年产秸秆6亿吨，其中42直接或过腹还田，30作为农用燃料，8作工业或其他用途，20约1.2亿吨剩余未被利用。山东省是农业大省也是秸秆产出大省

7、，年产各类作物秸秆8000多万吨，全省秸秆综合利用率达到80，仍有约计1600万吨没能被利用，加之历年陈草烂垛堆积，共计有1900万吨。这些剩余的农作物秸秆被废弃于田间地头、场院房头，不仅占压了大量的土地，影响了农村环境卫生，还成为农村火灾的一大隐患。农作物秸秆目前主要有四种利用途径（简称四料）饲料，喂家禽；肥料，施于田；燃料，直接用于燃烧或经气化、沼化集中供燃；原料，用于制作工业纸浆，新型建材板等。主要的综合利用方式及发展状况如下：1）秸秆养畜，过腹还田。这是一种效益很高的秸秆利用方式。秸秆经过青贮、氨化、微贮处理，饲喂畜禽，通过发展畜牧增值增收，同时，秸秆过腹还田。自1992年国家开始实施

8、秸秆养畜示范基地建设以来，秸秆养畜过腹还田工作取得了可喜成绩。全国秸秆养畜示范县大部分集中在中原、东北、华南地区。要把我国建设成为农业强国，畜牧业产值占农业总产值的比重应达到50%左右，因此我国利用农作物秸秆发展畜牧业的潜力还很大。目前从技术上讲，秸秆青贮、氨化及微贮技术比较成熟，需进一步研究的是进一步优化饲料配制和秸秆饲用率高的农作物品种选育。2）秸秆作为有机肥还田利用。秸秆作为有机肥料还田加以利用是目前最普遍的利用方式。还田利用方法有三种：秸秆堆沤还田、机械化秸秆还田和利用生化快速腐熟技术制造优质有机肥施于田。 a)秸秆堆沤还田也称高温堆肥，是一种传统积肥方式，它是利用夏秋季高温季节，把秸

9、秆堆积，采用厌氧发酵沤制，其特点是时间长，受环境影响大，劳动强度高，产出量少，成本低廉。现已发展了推广应用301菌剂、催腐剂、HEM菌剂、酵素菌等快速堆沤秸秆还田技术，缩短了沤制时间。目前农村只少量采用，适用于农户分散小规模应用。 b)机械化秸秆还田。小麦秸秆和玉米秸秆经机械粉碎直接还田，每亩还田量350-500千克。机械化秸秆还田是近年来农业及农机推广部门为解决剩余秸秆的利用问题而大力推广的项目，即采用联合收割机或大马力拖拉机配带的秸秆还田机，在地里直接将作物秸秆粉碎，再用深耕犁翻埋到土壤深处去，其特点是作业机械化程度高，秸秆处理时间短，腐烂时间长，是用机械对秸秆简单处理的方法。从目前的情况

10、看，由于碎秸秆在土壤里不能很快腐烂，影响犁耕和旋耕作业，特别是不利于小麦的播种而难于被农民接受，因此推广效果不佳。近一两年来，农民多使用秸秆还田机将秸秆粉碎之后，再付之一炬，一烧了之，如此既达不到秸秆还田的目的，又增加了农业成本，还污染了环境。所以秸秆直接还田的推广要综合农业生产效率与效益，把握推广程度。 c)利用生化快速腐熟技术制造优质有机肥施于田。这是一种应用国际90年代先进生物技术，使用现代化设备和手段控制生产过程，将秸秆制造成优质生物有机肥的先进方法，在国外已实现产业化，其特点是：用高新技术进行菌种的培养和生产，用现代化设备控制温度、湿度、数量、质量和时间，经机械翻抛、高温堆腐、生物发

11、酵等过程，将农作物秸秆等农业废弃物转换成优质有机肥。具有自动化程度高（生产设备1人即可操纵），腐熟周期短（4-6周时间），产量高（一台设备可年产肥料2-3万吨），无环境污染（采用好氧发酵，无恶臭气味），科学配比肥效高等其它方法无可比拟的优点，是当前利用高新技术，大规模高效率生产有机肥料的最佳途径。利用生化快速腐熟技术制造优质有机肥，是近年来为满足农作物特别是经济作物对有机肥的需求而引进的新技术。近些年来，为追求农业增产，农作物和蔬菜作物大量施用化肥和低品质农杂肥（鸡粪等家禽粪便），严重地影响了农产品的品质和土壤环境，特别是因劣质农杂肥的施用会给农作物带来严重病虫害，而不得不施用大量的农药，造成

12、农产品农药残留严重超标，大大降低了农产品的品质，致使食用后人体素质下降，甚至对人类的繁衍构成威胁，且水源受到严重污染，造成水体富营养化等。将秸秆制造成优质生物有机肥，一方面为绿色农业生产提供大量的有机肥；另一方面，可有效地解决目前剩余秸秆焚烧处理造成的浪费和污染环境这一项亟待解决的问题，一举两得，利国利民。3) 用于农村能源建设。目前主要有两种秸秆转化为燃气的方法：一是秸秆气化。即通过作物秸秆缺氧燃烧，产出以一氧化碳为主要成分的可燃气体；二是秸秆厌氧发酵产出沼气。即通过作物秸秆适配人畜粪在厌氧条件下发酵产生出含甲烷为主要成分的可燃气体。这些气体在稍高于常压的状态下，通过PVC管道送往农户，使用

13、起来类似于城市的管道煤气从目前情况看生物质气化技术有待进一步研究，热解气化炉尚不过关，制约了项目的推广应用。4) 秸秆种菇及作其他工业原料。秸秆种菇既可以丰富城市居民的菜篮子，又可引导农民致富，出口创汇，促进生态农业、高效农业和创汇农业的发展，是处理秸秆一举多得的好办法。这种方法适合于在农户个体经营或农户集体组织产业化经营中推广，但消耗的秸秆量很少。秸秆还可用于建材、化工、养殖、草编等行业。从国外情况看，特别是在发达国家，通过科技进步与创新，为农作物秸秆的综合开发利用找到了多种用途，除传统的将秸秆粉碎还田作有机肥料外，还走出了秸秆饲料、秸秆汽化、秸秆发电、秸秆乙醇、秸秆建材等新路子。在美国，有

14、24个农业州，每年能收集大约4500万吨秸秆，被用作饲料，或者用来盖房，将整捆的秸秆高强度挤压后填充新房的墙壁；此外，美国还积极推动再生能源事业，把秸秆作为新兴的替代燃料特别是生物燃料，从中提取乙醇进行开发利用，使秸秆综合回收利用有了新发展。丹麦是世界上首先用秸秆发电的国家，农民将秸秆卖给电厂发电，满足上万户居民的用电和供热需求，电厂降低了原料成本，居民获得了实惠的电价，而秸秆燃烧后的草木灰又无偿地还给农民作了肥料，从而形成了一个工业与农业相衔接的循环经济圈。在日本，人们主要是把秸秆翻入土层中还田用作肥料，也把秸秆用作粗饲料喂养家畜；此外，对部分难以处理的秸秆，则通过专门组织、采取统一地点和时

15、间进行就地焚烧。现在，日本也在积极挖掘秸秆的燃料转化潜力，已研制出从秸秆所含纤维素中提取酒精燃料的技术，向着秸秆的科学化、实用化迈出了新步伐。2、面临的机遇和挑战通过国内外农作物秸秆综合利用的对比，目前而言，在国内农作物秸秆利用生化快速腐熟技术制造优质有机肥施于田是最好的方法之一。在恩施州，土壤的矿化情况日趋严重，生物有机肥的需求也是与日俱增，具备良好的市场前景。但是，由于恩施州属于山区，地面崎岖，大规模生产面积少，存在收集农作物秸秆困难以及运输费用高的问题。因此，对于我厂而言生物有机肥面临着巨大的机遇同时也有不小的挑战。三、 产业技术基础1、科技人才队伍通过烟杆生物有机肥项目的实施，培养了一

16、批技术人才，培养硕士10人、博士3人、博士后1人、高级农艺师2人，恩施州烟草公司及鄂西卷烟材料厂构建了一支以我为主、依托国家农业微生物重点实验室的农业微生物领域的研发团队和微生物产业开发队伍。2、科研条件2008年，湖北省烟草公司以恩施州公司、省烟草研究院为班底成立了生物技术组，确立了生物技术在特色优质烟叶生产上的应用研究重大专项（鄂烟科【2008】14号），2010年改为烟叶秸秆生物有机肥研制及在烟叶生产上的应用研究（鄂烟科【2010】08号，合同号：027Y2010017），全面开展烟草秸秆生物有机肥领域试验研究和产业化开发工作。为了加强技术攻关力量，华中农业大学、中科院成都生物研究所、河

17、南农业大学、湖北省农科院和恩施州农科院相继受邀参与部分内容研究。鄂西卷烟材料厂开展日常生物有机肥生产任务。3、科技成果及技术成果工程化水平（1）系统开展了烟草秸秆生物有机肥的研制烟草秸秆主要养分分析及田间矿化规律研究。研究表明，烟草秸秆与其它农作物秸秆相比干物质、灰分、钾、氯和氮含量适中，与其它秸秆差异不大；经分析不同烟草类型和不同产地烟草秸秆养分，不同类型和地区烟草秸秆中有机碳含量相近，烟草秸秆矿质元素钾、钙、磷和镁含量较高，硼、铜、铁、锰、钠和锌含量较低，烟草秸秆重金属均在生物有机肥限量标准范围内，适合作为烟杆生物有机肥原料。经田间矿化试验研究，烟秆生物有机肥处理土壤有机碳含量均高于商品有

18、机肥处理，有机肥氮素含量和有机氮矿化率均高于商品有机肥处理和对照处理，说明烟杆生物有机肥较普通有机肥氮素释放迅速，有效性高。（2）、烟草秸秆腐熟发酵菌株筛选。经过发酵菌株初筛，筛选出S1 、C5 、S4、D1 四株菌株，并进行了基因测序鉴定。针对烟草秸秆木质素、纤维素含量高和含有烟碱的特性，筛选了纤维素降解细菌B4、B26、霉菌M1、M90，木质素降解菌S13、S18，烟碱降解菌EA-17，对筛选出的菌株进行了基因测序鉴定，菌株培养试验，形成了菌株生产工艺。（3）、微生物功能菌株筛选。开发了具有不同功能作用的微生物功能菌株，分别是解钾功能菌NG1菌株，青枯病拮抗菌株4株、生防菌株1株，解硒菌株

19、1株，赤星病拮抗菌株1株。（4）、烟草秸秆生物有机肥安全性评价。经过病毒血清学、盆栽传毒试验，证明烟草秸秆生物有机肥原料烟草秸秆经过100高温消毒后，产品不携带病毒，在烟草上应用是安全的。经过对原料、产品的重金属跟踪检测，生产烟草秸秆生物有机肥的原料和产品的重金属含量低于国家限量指标。（5）、烟草秸秆生物有机肥田间应用试验。试验表明，烟草秸秆生物有机肥替代30%的氮量总和效益最好；经与其它生物有机肥综合比较，烟草秸秆生物有机肥可以提高产量和质量，改善土壤理化性状，提高土壤微生物群落活性；经在大豆、魔芋、茶叶上试验，均可以提高产值，改善土壤生态环境。（6）、实现了烟草秸秆生物有机肥的产业化开发。

20、一是根据研究结果，形成了发酵菌株和功能菌株的生产技术参数；二是形成了烟草秸秆生物有机肥的产品质量标准和工艺路线，生产的烟草秸秆有机肥和生物有机肥符合NY884-2012和NY525-2012产品质量标准；开展了中试生产验证，实现了产业化开发。（7）取得了一批具有自主知识产权的核心科技研成果。通过项目的实施，申请发明专利6项，其中已授权1项，公开2项，受理3项；在核心期刊发表论文14篇，SCI收录1篇；取得湖北省农业厅和农业部有机肥料和生物有机肥料登记。表4-7 成果统计表种 类名 称状 态专利一种生物有机肥发酵菌种的制备方法（申请号4.7）授权一种生物有机肥发酵菌种S4的制备方法（申请号6.0

21、）公 开一种烟杆富硒有机肥（申请号3.9）公 开一种烟碱降解菌及其应用（申请号2.1）受 理一种烟碱高效降解菌及培养方法（申请号：4.8）受理一种烟草秸秆快速腐熟剂（申请号：1.4）受理论文烟草秸秆生物有机肥对大豆的影响试验研究（全国生物肥料研究开发与综合应用技术、新设备交流研讨会）发 表烟秆生物有机肥与化肥配施对白肋烟的影响（湖北农业科学，第51卷第2期，2012）发 表3株超耐硒细菌的分离 筛选与鉴定（微量元素与健康研究，第29卷第3期，2012）发表烟田生态系统CO2通量日变化研究（山东植物生理学会第七次代表大会暨植物生物学与现代农业研讨会论文集，2012）发表湖北恩施烤烟平顶期烟田碳通

22、量日变化研究（中国烟草科学，第34卷6期，2013）发表“清江源”现代烟草农业科技园区成果转化与产业发展构想（专著：“清江源”现代烟草农业科技园区建设与实践，2013）发表“清江源”现代烟草农业科技园区循环农业模式实践与探索（专著：“清江源”现代烟草农业科技园区建设与实践，2013）发表富硒生物有机肥研究与开发初探（专著：“清江源”现代烟草农业科技园区建设与实践，2013）发表“清江源”品牌烟叶富硒特色彰显技术研究硒肥的开发与利用（专著：“清江源”现代烟草农业科技园区建设与实践，2013）发表Paenibacillus selenitireducens sp. nov., aselenite-

23、reducing bacterium isolated from aselenium mineral soil (International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology,2014)，SCI发表不同生物有机肥对烤烟生长发育及产质量的影响（中国烟草科学，2014年）发表一株烟草青枯病生防菌的筛选鉴定及其发酵优化（湖北农业科学，2014年）发表烟草赤星病拮抗芽孢杆菌的筛选及培养基优化（中国烟草科学，2014年）发表烟草青枯病生防菌YH-22抗病机制的初步研究（中国烟草科学，2014年）发表肥料登记证有机肥料临时登记证（鄂农肥

24、（2012）临字0042号）生物有机肥临时登记证（微生物肥（2013）临字（2005）号）四、产业发展需求1、市场需求（1）烟草产业恩施州常年种植烟面积在50万亩以上，每亩按施用生物有机（含水率30%）100 公斤计算，共需生物有机肥5万吨。（2）粮食生产绿色、生态、无公害粮食作物生产是有机农业的重要内容，是粮食生产的发展方向，烟秆生物有机肥中固有的烟碱具有杀虫、避虫的功能，并且能够改善粮食作物生长环境，具有良好的市场前景。全州水稻种植面积100万亩，按照每亩施用50公斤计算，需要生物有机肥5万吨。（3）茶叶、蔬菜生产有机食品生产离不开生物有机肥，茶叶、蔬菜生产更加强调安全性，恩施州开展了有机

25、茶园建设、无公害蔬菜生产基地建设等项目，因此生物有机肥在恩施州茶叶、蔬菜生产中具有广阔的发展前景，恩施州有茶叶50万亩、蔬菜40万亩，按照每亩茶园施用100公斤、蔬菜施用50公斤计算，需要生物有机肥7万吨。2、产品需求恩施州有着丰富的原料来源，可利用烟秆生物质、打叶复烤烟筋、农作物秸秆作为烟秆生物肥生产原料。烟秆生物质：按烤烟每亩生产200公斤烟秆，白肋烟300公斤烟秆（含烟根）的标准计算，全州每年可产烟秆生物质10万吨以上，按回收50%计算，每年可利用烟秆生物质5万吨。过去烟秆一般作为废弃物处理，按50元/亩标准收购可以增加烟农收入，促进烟农交售积极性，为原料的收集创造了良好条件。打叶复烤烟

26、筋：恩施打叶复烤生产线每年有打叶复烤的烟筋1400015000吨，部分工业企业进行回收利用后剩余70008000吨烟筋可以利用。农作物秸秆：农作物秸秆主要有稻草、麦秆、玉米秸、豆杂秸秆以及红薯茎叶、洋芋茎叶、花生茎叶等等，大部分用来饲喂家畜。按粮草之比1：1的实测值计算，2008年恩施州粮食作物秸秆总量为稻草38.9万吨、麦秆2.8万吨、玉米秆（芯）55.87万吨、豆杂秸秆4万吨以及鲜红薯茎叶99万吨、鲜洋芋茎叶153万吨和鲜花生茎叶1万吨。这些农作物秸秆资源除部分用作燃料、造纸、就地焚烧或压青沤肥外，约有3040%作为饲草用于牛养、养羊。按回收5%计算，每年可利用农作物秸秆近10万吨。3、技

27、术需求a、加强领导，专班运行。省局（公司）高度重视烟杆生物有机肥研制与开发工作，成立了以省局（公司）副总经理为组长、各市州公司为成员的项目领导小组，同时组建了省局生物技术专课题组，进入中试生产阶段，组建了由省局生物技术课题组、恩施州烟草公司共同组成的中试生产专班，确保了项目的研制与开发内容的顺利推进。b、科学论证，完善方案。2008年4月，为明确项目研究方向，省局组织国内烟草知名专家开展了生物技术在烟叶生产上的应用专题座谈会，初步明确了项目研究方向；2010年9月，根据研究进展，省局组织专家进行了项目阶段鉴评会，总结了项目研究所取得的成绩，明确了下一步的研究思路；2010年12月，为确保研究成

28、果的转化，组织专家进行了烟草秸秆生物有机肥中试生产可行性论证，为烟草秸秆生物有机肥产业化开发提供了保障。c、整合资源，协同攻关。烟草秸秆生物有机肥的研制与开发项目涉及的研究内容较多，根据项目领导小组的总体要求，项目研究专班和中试生产专班充分利用科研院所的技术优势，有针对性的开展研制与开发工作。先后与华中农业大学国家农业微生物重点实验室、华中农业大学植科院、河南农业大学烟草学院、中科院成都生物所等科研院所建立了合作关系，参与了烟草秸秆养分分析、田间矿化规律、发酵腐熟技术、安全性评价等方面的研究。d、经费保障，强化管理。为确保项目正常开展，省、州公司投入项目研究与仪器设备资金600多万元，进入产业

29、化开发阶段后，恩施州公司投入生产厂房、生产设备等资金2000多万元。在项目开展过程中，对项目的开展情况进行定期或不定期的检查，并对课题组和中试专班实行专项考核，确保项目开展有序进行。e、转化成果，突出开发。在项目开展过程中，根据确定的研究思路和技术路线，根据烟草秸秆生物有机肥研制过程中出现的问题有针对性的开展研究，烟杆粉碎设备选型合理、发酵腐熟技术不断优化、消毒技术和效率不断提高。同时，注重项目成果的转化，每一项研究成果都应用于生产实际，做到了研究与开发齐头并进。五、技术创新重点任务1.主要创新点（1）、利用烟草秸秆废弃物为原料成功研制与开发出生物有机肥，构建了以烟草秸秆为物质纽带的循环农业新模式，探索了“低碳烟草、清洁农业、循环经济”的烟区可持续发展之路。（2）、对烟草秸秆组成成分与养分转化规律进行了系统分析，首次分析了湖北省不同烟叶类型、不同产区烟草秸秆成分差异，探究了烟草秸秆生物有机肥作用机理。（3）、针对烟草秸秆特性，筛选出能快速发酵的纤维素降解菌4株，B4（鉴定为龙舌兰芽胞杆菌Bacillus tequilens