秸秆利用与现状分析

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[1]研究表明2006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（P

2O

5

）、钾（K

2

O）养分资源数量分别达到776万t、249万

t、1342万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[4]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[6]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[7]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，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[8]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，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、NaHCO3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 % 以上。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、H

2、CH

4

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、高温高压液化、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，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]等利用玉米秸秆制备饲用乳酸菌培养基。

4.3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。

结语

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

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[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

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[6] 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

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