生态农业中的农作物秸秆综合利用

生态农业中的农作物秸秆综合利用生态农业中的农作物秸秆综合利用我国是农业大国，也是世界第一秸秆大国，每年约产秸秆8亿t。

秸秆主要含纤维、木质素、淀粉、粗蛋白、酶等有机物，还富含氮、磷、钾等营养元素。

秸秆可作饲料、肥料、燃料，还可以用作工业原料，作为基料生产食用菌等。

但目前综合开发利用不多，大部分农作物秸秆尚未得到合理利用，经济效益和社会效益较低，秸秆综合利用仍有很大的发展空间。

1农作物秸秆的种类秸秆即农作物的茎秆，在农业生产中，小麦、玉米、稻谷等农作物收获以后，残留不能食用的根、茎、叶等废弃物统称为秸秆。

秸秆是一种具有多用途的可再生生物资源，从广义上讲，不仅包括农业生产过程中的废弃物，还包括农产品加工过程中的副产品，具体包括：①禾本科作物秸秆，包括大麦秸秆、燕麦秸、小麦秸、黑麦秸、稻草、高梁秸、玉米秸秆以及薯类藤蔓等。

②豆类茎秆，包括黄豆秸、蚕豆秸秆、豌豆秸、豇豆秸秆、羽肩豆秸和花生藤蔓等。

③亚热带植物副产品，包括甘蔗渣、西沙尔麻渣、香蕉秆和叶等。

④农作物加工过程中的副产品，包括玉米芯、各种麦类的糠，水稻的谷壳和米糠等。

2农作物秸秆的综合利用秸秆用途广泛，可转化为饲料、肥料、能源、工业原料，还可作为基料生产食用菌。

2．1秸秆转化为饲料我国有利用农作物秸秆饲养畜禽的传统，由此培育出了高繁、耐粗饲的诸多优良畜禽品种，同时建立了一整套的秸秆饲料化技术。

利用秸秆养殖是发展畜牧业的重要途径，秸秆转化为饲料主要采取物理、化学、生物3种方法。

2．1．1物理方法。

即利用人工、机械、热、水、压力等作用，改变秸秆的物理性状，使秸秆破碎、软化、降解，从而便于家畜咀嚼和消化。

(1)切短与粉碎。

这是处理秸秆饲料最简便的方法之一。

秸秆经切短、粉碎后，体积变小，便于家畜采食和咀嚼。

特别是反刍动物，切短粉碎后能增加饲料和瘤胃微生物的接触面积，便于瘤胃微生物的降解发酵，提高采食量和消化率。

秸秆切短和粉碎的程度，应视家畜种类与年龄而异，切短多用于养牛、羊，而粉碎多用于养猪。

实践证明，秸秆未经切短，家畜只能采食40％-80％，而处理后的秸秆则可以全部被家畜采食，但仍存在消化率低、可利用营养成分少等问题。

(2)揉搓。

即利用秸秆揉搓机，将农作物秸秆切断，揉搓成丝状。

这不仅可以大大改进秸秆适口性，增加家畜采食量，而且可以作为秸秆青贮或氨化的预处理，替代切短和粉碎工序，提高青贮和氨化的效果，为农区秸秆饲料化提供有利条件。

(3)软化。

软化又分浸湿软化和蒸煮软化2种方法。

浸湿软化即用清水或食盐水浸泡切碎的秸秆，蒸煮软化即将切碎的秸秆进行蒸煮处理，使其软化。

研究证明，浸湿软化不但能增加家畜采食量，而且采食速度明显加快。

蒸煮软化虽然改善了适口性，但不能提高其营养价值。

由于秸秆体积大，蒸煮软化需要大量燃料和一定的容器，成本较高，因此在农村使用不多。

(4)热喷。

即利用蒸汽的热效应，在高温下使木质素熔化，纤维素分子断裂，同时高压突然卸压产生内摩擦力，改变粗纤维整体结构和化学链分子结构。

添加尿素的秸秆经热喷处理后，可使秸秆消化率达到75．12％，l kg热喷秸秆的营养价值相当于0．6～0．7 kg玉米。

热喷处理的主要设备是压力罐，需要一定的成本。

(5)膨化。

即将含有一定水分的秸秆原料放在密闭的膨化设备中，经过高温、高压处理一定时间后，迅速降压，使饲料膨胀。

秸秆膨化后可明显增加可溶性成分，提高饲用价值。

但需要有专门的膨化设备，由于投资较高，目前尚难在生产实践中大规模应用。

(6)颗粒化。

这是将秸秆粉碎后制成颗料饲喂家畜的处理方法。

秸秆制成颗粒，由于粉尘减少，体积压缩，大小适中，利于咀嚼，从而改善了适口性。

该方法需要成套的设备和一定的能源，近年来我国在秸秆饲料颗粒化方面有很大进展，成套设备相继问世，秸秆已用于生产肉牛饲料，发展前景广阔。

(7)碾青。

将厚约0．33 m的麦秸铺在打谷场上，上面铺0．33 m左右的苜蓿，苜蓿上再铺一层相同厚度的麦秸，然后用碾子碾压。

流出的苜蓿汁液可被麦秸吸收，被压扁的苜蓿在夏天只要曝晒0．5～l d就可干透。

这种方法能较快制成苜蓿干草，茎叶干燥速度均匀，叶片脱落损失少，而麦秸适口性与营养价值也大大提高，不失为一种多快好省的秸秆饲料调制办法。

(8)射线照射。

即利用射线等照射秸秆饲料，以提高其饲用价值。

被处理材料不同，处理效果也不尽相同，但一般都能提高体外消化率和瘤胃挥发性脂肪酸产量。

其原理主要是照射处理增加了饲料的水溶性部分，后者可被瘤胃微生物有效利用。

以高能辐射与1％氨、5％氢氧化钙共同处理秸秆，在提高秸秆营养价值方面，加性效应及协同效应明显。

但鉴于该项技术及设备普及难度大，在生产上难以推广应用。

2．1．2化学方法。

主要有碱化、氨化、酸化、氧化剂、氨一碱复合及碱一酸复合处理等。

(1)碱化处理。

即利用碱类物质使秸秆饲料纤维内部的氢键结合变弱，促使纤维素膨胀，溶解半纤维素和部分木质素，从而提高秸秆的消化率。

常见的碱化处理主要有氢氧化钠处理和石灰水处理2种方法。

(2)氨化处理。

即在秸秆中加入一定比例的氨水、液氨(无水氨)、尿素等，破坏木质素与纤维素之间的联系，使纤维素部分分解，细胞膨胀，结构疏松。

氨化处理提高秸秆消化率的效果略低于碱化处理，但能增加秸秆的非蛋白氮含量，同时氨还是一种抗霉菌的保存剂，可有效地防止秸秆在氨化期内发霉变质。

过量的氨能自行挥发，不会对土壤造成污染，因此目前氨化处理作物秸秆和低质饲料较为普遍。

(3)酸化处理。

即利用酸类物质破坏秸秆饲料纤维物质的结构。

硫酸、盐酸多用于秸秆和木材加工副产品，磷酸和甲酸则多用于保存青贮饲料。

由于此法成本较高，酸的来源不如碱和氨便捷，故在生产中应用较少。

(4)氧化剂处理。

即利用过氧化氢、二氧化硫、臭氧、亚硫酸盐和次氯酸钠等氧化剂处理秸秆，以除去秸秆中部分木质素，从而提高秸秆消化率。

试验表明，用二氧化硫处理的麦秸体外消化率可提高40％，体内消化率提高19％；用碱性过氧化氢处理秸秆，可使50％～60％的木质素溶解。

(5)氨一碱复合处理。

氨化处理秸秆消化率提高幅度不如碱化处理，为此研究人员提出了尿素氨化加氢氧化钙复合处理的技术方案。

试验结果表明，复合处理技术能显著提高秸秆消化率。

(6)碱一酸复合处理。

为解决碱处理后在秸秆中的残留问题，有研究人员进行了碱一酸复合处理秸秆的尝试，其方法是将切碎的秸秆加碱放入水泥窖内压实，存放1～2 d，然后再将其放入3％的盐酸溶液中浸泡，以中和余碱，沥去多余的溶液，即可饲喂家畜。

但由于成本过高，难以推广。

2．1．3生物方法。

即用有益的微生物和酶等，在适宜的条件下，分解秸秆中难以被家畜消化的纤维素和木质素。

主要的生物处理方法有自然发酵、微生物发酵和酶解技术3种。

①自然发酵法，亦称直接发酵法，其中青贮是最常见的一种。

秸秆青贮主要是利用玉米、豆类、甘薯等优质秸秆进行青贮，既保存秸秆原有的品质，增强醇香味和适口性，而且保存时间较长，可把夏秋的青绿饲料保存到冬季，对促进幼畜生长发育，增加母畜产奶量效果较好。

②微生物发酵法，即微贮。

该方法是在秸秆中加入发酵活干菌，放入密封的容器(如水泥窖、土窖)中贮藏，经一定的发酵过程，使秸秆具有酸香味，成为家畜喜食的饲料。

微贮秸杆粗蛋白含量低于氨化处理，但家畜采食量高于前者，且制作过程简便，可利用农村现有设施，成本较低。

③酶解技术。

酶制剂无毒、无残留、无副作用，是优质的新型促生长类饲料添加剂。

其通过降低反应所需活化能，加快反应速度，促进蛋白质、脂肪、淀粉和纤维素的水解，从而促进饲料的消化吸收。

用于酶解秸秆的酶制剂，主要由康氏木霉、绿氏木霉和黑曲霉等菌种产生。

酶解秸秆能明显提高饲料蛋白质和还原糖含量，降低纤维素含量，提高秸秆饲料的营养价值和饲用效果。

2．2秸秆转化为肥料秸秆含有丰富的有机质和微量元素，氮、磷、钾养分较为均衡，是适宜各种作物和土壤的常见肥料。

将秸秆中的有机质和养分还田，可提高农作物品质，增加产量，显著降低生产成本。

2．2．1直接还田。

凡是未经过养殖转化和肥料加工，而以秸秆原物或直接粉碎后回归土壤的方式都称为秸秆直接还田。

主要有作物根茬残留还田、机械埋压、留高茬收获或实行套种等。

2．2．2间接还田。

主要包括快速腐熟还田、覆盖还田、堆沤还田、过腹还田、秸秆制成有机复合肥等。

①快速腐熟还田。

以秸秆速腐剂将秸秆快速腐熟后再还田利用。

秸秆速腐剂含有大量有益的微生物群体，具有很强的发酵能力，能迅速催化分解秸秆粗纤维，使其在短时间内转化成有机肥，在此过程中产生的酶还可消除土壤中的病原菌。

②覆盖还田。

秸秆丰富的营养物质能增加土壤有机质和养分，1 hm2覆盖2 250 kg稻草和麦秸，其养分含量相当于82．5 kg碳酸氢铵、63．0 kg过磷酸钙、67．5 kg氯化钾。

秸秆中的纤维素经微生物分解后，可降低土壤容重，增加孔隙度，提高土壤水、肥、气、热的协调能力。

此外，秸秆覆盖还田还可以起到抗旱保墒、防寒保温、抑制杂草、增加作物产量的作用。

③堆沤还田。

秸秆堆沤是将秸秆堆放腐熟，待腐熟后施于田块用作基肥的一项技术措施。

该技术可以改善土壤耕性，提高土壤肥力，还可改善生态环境。

④过腹还田。

即通过秸秆养畜，将禽畜粪便作为肥料还田。

如将秸秆经粉碎堆制处理后，用作饵料饲养蚯蚓。

25～30 kg秸秆饵料可以生产1 kg鲜蚯蚓，并可获得蚯蚓粪。

蚯蚓粪富含有机质、腐植酸、氮、磷、钾，并含多种微量元素和氮基酸，是植物生长适宜的养料。

⑤制成有机复合肥。

将植物秸秆干燥后粉碎，与粉碎的尿素、磷酸铵、氯化钾，按一定比例混合并再次粉碎，搅拌均匀并加入粘合剂，经磁选后造粒、干燥筛分、涂膜包装等工序制成有机肥料。

秸秆有机肥一次施肥后不用追肥，明显减少硝态氮在土壤和作物中的过量积累，有效防止对环境和农产品的污染。

2．3秸秆转化为能源我国每年产出的秸秆，约相当于3．5亿t标准煤，如果全部利用可以减排8．5亿t CO2。

秸秆作为农村主要的生活燃料，占农村生活用能的40％左右。

秸秆能源转化技术主要有秸秆直燃、秸秆供热、秸秆发酵制沼气、秸秆发酵生产燃料酒精等。

2．3．1直接燃烧。

作为传统的秸秆利用方式，直接燃烧具有使用方便、成本低廉、易于推广等特点，可在秸秆主产区为政府机关、中小型企业、学校和较集中的乡镇居民提供生产生活热水及冬季采暖。

我国秸秆直燃供热技术起步较晚，目前正加紧研究适合我国农村的、运行费用低的小型秸秆直燃锅炉。

2．3．2秸秆气化。

即以秸秆为原料，利用气化装置，将秸秆中的可燃部分转化为可燃气体的过程。

主要包括生物气化(沼气)和热解气化2种。

①秸秆沼气。

秸秆中含有大量的有机质、氮磷钾和微量元素，分解秸秆产生沼气和沼渣，不仅能充分利用农村秸秆资源，还能解决部分以畜禽粪便为原料的沼气池因缺乏发酵原料而闲置的问题。

以秸秆为主要原料的集中供气技术，通过管网将沼气输送到农户家中，为农村居民提供了高质的清洁能源。