农作物秸秆综合利用技术

摘要：综述了农作物秸秆的利用基础和综合利用技术的最新进展，包括饲料转化技术、能源化技术、肥料化技术等。

关键词：农作物秸秆；综合利用；资源化

秦安县是一个农业县,全县总土地面积1 601.60km²,粮食作物以小麦、玉米、洋芋为主，年均产量分别为66 368t、36 228t、32 782t，每年可生产农作物秸秆187 183.50t。如果全部用来还田，可折合氮素为11 649t，折合碳铵2 757.70t。如全部用来燃烧，可折合约95 087.50t标准煤的热值。如全部用作饲料，折算相当于252 340t粮食。而目前只有一小部分用于纺织、造纸、建筑和饲料，绝大部分农作物秸杆仍露天焚烧或作燃料用，造成资源浪费，污染环境。因此，探索农作物秸秆综合利用对农民生活质量的提高，减少资源的浪费，减少环境污染等有广阔的前景与空间， 目前农作物秸秆开发与利用的主要技术手段分别是农作物秸秆的微生物发酵技术，如沼气发酵、燃料酒精发酵、饲料发酵；农作物秸秆的热化学转换技术，如热解液化技术、气化技术、致密成型及制炭技术；化学转化技术如化学制浆造纸。

1农作物秸秆的利用技术

1.1秸秆饲料化技术

农作物秸秆可以直接用作食草动物的饲料，但适口性较差，采食量少。秸秆氨化处理后，粗蛋白由3～4提高到8左右，有机物的消化率提高10～35个百分点，并含有多种氨基酸，可以代替30%～40%的精饲料。因此，氨化秸秆喂羊、牛等，效果很好。秸秆也可以粉碎成草糠，作动物辅助饲料。秸秆氨化处理实际上是碱处理的一种形式，即NH3溶于水变成NH40H。通过氨化处理的秸秆，将不易溶解的木质素变成较易溶解的羟基木质素，使细胞间的镶嵌物质与细胞壁变得松散，利于纤维素酶和消化液渗透其内。大量研究结果表明：品质越差的秸秆，氨化处理的效果越显著。小麦秸秆氨化处理后，使有机物的消化率提高35%；玉米秸秆氨化处理后，使有机物的消化率提高25%。秸秆青贮主要是利用玉米、豆类、甘薯等优质秸秆进行青贮。通过青贮，既保存秸秆原有的品质、增加醇香味、增强适口性，而且保存时间较长，可把夏秋的青绿饲料保存到冬季利用，特别对促进幼畜生长发育增加母畜产奶量效果好，已逐步成为反刍动物的重要饲料。微生物发酵秸秆饲料是利用高活性微生物菌剂，放入密封的容器(如水泥窖、土窖等)中贮藏，经过一定的厌氧发酵过程，将秸秆饲料的某些成分进一步合成为营养价值较高或适口性较好的物质，使秸秆变成质地松软、湿润蓬松、酸香适口的粗饲料，是解决人畜争粮矛盾的有效途径之一。

1.2秸秆能源化技术

秸秆的能源密度为13～15MJ/kg，作为农村主要的生活燃料，其能源化用量占农村生活用能的30%～35%。现行主要的秸秆能源化利用技术有秸秆直燃、供热技术、秸秆气化集中供气技术、秸秆发酵制沼技术、秸秆发酵生产燃料酒精技术、秸秆压块成型及炭化技术等。

秸秆直燃供热作为传统的能量转换方式，直接燃烧具有经济方便、成本低廉、易于推广的特点，可在秸秆主产区为中小型企业、政府机关、中小学校和相对比较集中的乡镇居民提供生产、生活热水和用于冬季采暖。目前，英国、荷兰、丹麦等国家已采用大型秸秆锅炉用于供暖、发电或热电联产。我国秸秆直燃供热技术起步较晚，适合我国农村特点的、运行费用低于燃煤锅炉的小型秸秆直燃锅炉的研究正加紧进行。

秸秆气化是高品位利用秸秆资源的一种生物能转化方式。经适当粉碎后，秸秆在气化装置内不完全燃烧即可获得理论热值为5 724KJ/m³的燃气，其典型成分为：CO₂0，H₂15，CH₄2，CO₂12，O₂1.50，N₂49.50。燃气经降温、多级除尘和除焦油等净化和浓缩工艺后，由罗茨风机加压送至储气柜，然后直接用管道供用户使用。秸秆气化集中输供系统通常由秸秆原料处理装置、气化机组、燃气输配系统、燃气管网和用户燃气系统等五部分组成，供气半径一般在１km之内，可供百余户农民用气。秸秆气化经济方便、干净卫生、在小康村镇建设中广受欢迎。但大规模推行秸秆制气还需解决气化系统投资偏高，燃气热值偏低，以及燃气中氮气与焦油含量偏高等问题。

秸秆发酵制沼气技术历史悠久，是多种微生物在厌氧条件下，将秸秆降解成沼气，并副产沼液和沼渣的过程。沼气含有50%～70%的甲烷，是高品位的清洁燃料，它可在稍高于常压的状态下，通过PVC管道供应农家，用于炊事、照明、果品保鲜等，或加工成动力燃料和甲醇等做双料发动机燃料。秸秆可直接投入沼气池，也常用做牲畜饲料，转化成粪便进入沼气池，池中秸秆、人畜粪便、和水的配比一般为1:1:8，在产沼过程中，需定期投入发酵基质及清理沼渣。实践表明：一个3～5口人的家庭，建一口8～10m³的沼气池，年产300～500m³的沼气，可满足一日三餐和晚间的照明用能。因此，秸秆制沼不仅可优化农村能源结构，节约不可再生能源的消耗，还具有良好的经济、环境和生态效益。

秸秆发酵生产燃料酒精技术是以秸秆纤维素为原料制备乙醇的研究，早在100多年前就开始了。这一过程包括三个阶段：第一，通过物理的、化学的或酶技术将纤维素聚合物降解为单糖；第二，微生物将糖转化为乙醇；第三，通过蒸馏回收乙醇。其中，第一阶段最为重要。早期的研究主要是采用蒸汽爆破法和浓酸法水解糖化纤维素成葡萄糖。蒸汽爆破法是用蒸汽将原料加热至200～240 ℃。维持30s～20min高温高压造成木质素的软化，然后迅速使原料减压。造成纤维素晶体和纤维束的爆裂，使木质素和纤维素分离。稀酸水解一般采用稀硫酸（0.50%～0.20%），可在较温和条件下进行，水解一般分二个阶段，第一阶段为低温操作，从半纤维素获得最大糖产量。第二阶段采用高温操作，使纤维素水解为六碳糖，糖的转化率一般为50左右。稀酸水解容易产生大量副产物，浓酸法耗酸量大，对设备腐蚀性大，能耗高。

1.3秸秆肥料化技术

目前秸秆肥料的利用技术有秸秆直接还田和秸秆堆沤还田。秸秆直接还田有翻压还田和覆盖还田两种形式。翻压还田指作物收获后，将秸秆粉碎或留高茬直接翻压土中。覆盖还田是将秸秆覆盖于田间地表或作物株行之间，或是残茬覆盖，即当农作物收获时，留高茬还田，采取免耕翻覆盖。秸秆堆沤还田是将秸秆用铡草机切碎堆起来或投入坑中，灌入水，然后用土封起来沤制秸秆。目前，通过选育出分解纤维素的优良微生物菌种或加快秸秆腐熟的化学制剂，解决了传统堆沤形式劳动强度大、堆沤时间长、污染环境等问题。用秸秆与畜禽粪积制堆肥，粪与草隔层堆积、压实。这样可以促进熟化，提高肥效。

1.4秸秆其它应用技术

秸秆除了以上用途之外，还可以利用秸秆发电，造纸，生产可降解的包装材料，制作人造板等。目前我国造纸制浆原料中，1/3来源于秸秆，用其制浆具有成本低廉、成纸平滑度好，容易施胶等优点。用麦秸、稻草、玉米秸、苇秆、棉花秆等生产出的可降解型包装材料，如瓦楞纸芯、保鲜膜、一次性餐具、果蔬内包装衬垫等，具有安全卫生、体小质轻、无毒、无臭、通气性好等特点，同时又有一定的柔韧性和强度，制造成本与发泡塑料相

当，而大大低于纸制品和木制品，在自然环境中，一个月左右即可全部降解成有机肥。

2展望

目前秸秆的综合利用技术，正从早期的直接或堆沤还田、烧火做饭取暖、加工粗饲料，向着快速腐熟堆肥、气化集中供气、优质生物煤、高蛋白饲料和易降解包装材料、有价工业原料及高附加值工艺品等方向发展。从农业生态系统能量转化的角度来分析，单纯采用某一种利用方式，秸秆能量转化率和利用率会受到限制。因此，根据各类秸秆的组成特点，因地制宜，把其中几种方法有机地组合起来，形成一种多层次、多途径综合利用的方式，从而实现秸秆利用的资源化、高效化和产业化是未来生态农业发展的必然趋势。

总之，农作物秸秆资源化技术是一项综合性、边缘性科学技术。各地农业，农机，畜牧等部门要加强领导，制定规章，齐抓共管，与科研部门一道研究优化有地区代表性的实用技术，通过示范村，示范乡，示范县的建设，在一定区域内集中产生秸秆综合利用的规模效益。

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