秸稈利用及現(xiàn)狀

1、.霧霾來(lái)源之一秸稈的綜合利用現(xiàn)狀摘要：我國(guó)是秸稈產(chǎn)量大國(guó),合理利用秸稈資源對(duì)于保護(hù)環(huán)境、緩解能源危機(jī)、促進(jìn)社會(huì)發(fā)展具有重要意義。本文介紹了我國(guó)秸稈綜合利用的幾種方式,以及各種利用方式存在的優(yōu)缺點(diǎn),為我國(guó)秸稈資源的合理利用提供了一些參考。關(guān)鍵詞：作物秸稈；綜合利用；利用方式引言秸稈是農(nóng)作物子實(shí)收獲后剩余的莖稈和殘留的葉片。我國(guó)是產(chǎn)秸稈大國(guó),秸稈種類(lèi)有近30種。秸稈中隱藏著巨大的資源,作物吸收的養(yǎng)分有將近一半會(huì)留在秸稈中。高利偉等1研究表明20XX中國(guó)作物秸稈資源數(shù)量超過(guò)7.6億t,其中蘊(yùn)含的氮N、磷P2O5、鉀K2O養(yǎng)分資源數(shù)量分別達(dá)到776萬(wàn)t、249萬(wàn)t、1342萬(wàn)t。但是一直以來(lái)人們都沒(méi)能

2、充分合理的利用它,大量的秸稈被丟棄、焚燒,不僅浪費(fèi)資源還造成環(huán)境污染。近年來(lái)隨著化石能源的日益枯竭和環(huán)境條件的日益惡化,秸稈資源的綜合利用成為人們?nèi)找骊P(guān)注的話題。我國(guó)各類(lèi)農(nóng)作物秸稈資源的綜合利用方式,可歸納為4個(gè)方面：肥料、飼料、燃料、其它。1 秸稈還田1.1 秸稈還田的方式一般來(lái)說(shuō),秸稈還田的方式主要有以下幾種：1.1.1秸稈機(jī)械化還田農(nóng)作物秸稈機(jī)械化還田技術(shù)就是利用秸稈粉碎機(jī)將摘穗后的小麥、水稻、玉米、大豆、油菜、高粱等農(nóng)作物秸稈就地粉碎,均勻地拋灑在地表,隨即耕翻入土,使之腐爛分解,達(dá)到大面積培肥地力的一項(xiàng)農(nóng)機(jī)化適用技術(shù)。1.1.2堆漚還田堆漚還田就是指將農(nóng)作物的秸稈制成堆肥或者是漚肥等

3、,等待農(nóng)作物的秸稈發(fā)酵到一定的程度以后,再將其施入土壤之中。1.1.3過(guò)腹還田過(guò)腹還田,顧名思義,就是指借助于牛、馬、豬或者羊等這些常見(jiàn)的家畜作為特殊的中介,將小麥、玉米、 水稻秸稈等進(jìn)行簡(jiǎn)單如切割之類(lèi)的處理之后,作為飼料喂給家畜, 然后將這些家畜的糞便施入種有農(nóng)作物的土壤之中。這種方式最大的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)就是省時(shí)、簡(jiǎn)單,而且也是目前發(fā)現(xiàn)的最為科學(xué)和最具生態(tài)性的秸稈還田方式。1.2 秸稈還田的優(yōu)缺點(diǎn)秸稈還田具有一定的優(yōu)勢(shì),但是如果在實(shí)際應(yīng)用中不注意的話,效果可能不明顯,甚至?xí)?duì)農(nóng)作物造成不良影響。1.2.1對(duì)土壤肥力的影響秸稈中含有氮、磷、鉀、鎂、鈣及硫等元素,這些正是農(nóng)作物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素。李

4、繼福2等研究表明,短期秸稈還田條件下,高鉀和中鉀土壤田塊,秸稈還田鉀素可不同程度地替代部分化學(xué)鉀肥施用。張靜3等研究表明, 玉米秸稈還田可以增加土壤有機(jī)質(zhì)和緩解土壤氮流失。陳冬林4等研究表明,秸稈還田顯著提高土壤有效磷和速效鉀含量,對(duì)土壤堿解氮含量的提高體現(xiàn)在水稻生育后期。秸稈還田不均勻,易引發(fā)由秸稈轉(zhuǎn)化來(lái)的微生物與農(nóng)作物之間的爭(zhēng)奪養(yǎng)分現(xiàn)象,應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充施加相應(yīng)肥料。秸稈直接還田的時(shí)候,一定要適當(dāng)補(bǔ)充施加氮肥和磷肥,以保證農(nóng)作物幼苗的健康成長(zhǎng)。1.2.2對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響秸稈還田可以增加土壤的孔隙度,改良土壤結(jié)構(gòu)。同時(shí)可形成地面覆蓋,具有抑制土壤水分蒸發(fā),儲(chǔ)存降水和提高地溫的作用。李傳友5等研究表

5、明,粉碎并氨化秸稈施入土壤后, 能顯著降低耕層土壤的體積質(zhì)量, 增加土壤孔隙度, 但對(duì)耕層以下土壤體積質(zhì)量及孔隙度改善效果不明顯。張鵬6等研究表明,在寧南半干旱區(qū)采用秸稈還田對(duì)提高土壤團(tuán)聚體含量具有明顯作用。田慎重7等研究表明,免耕秸稈還田措施能顯著提高土壤的水穩(wěn)性團(tuán)聚體的比例和穩(wěn)定性。秸稈翻壓或者壓碎還田以后,就會(huì)導(dǎo)致土壤松弛,土壤孔隙的大小不均勻,尤其以大孔隙居多。土壤孔隙的增大往往會(huì)導(dǎo)致種子與土壤間的接觸減少,從而在很大程度上會(huì)影響到種子的發(fā)芽與生長(zhǎng),尤其會(huì)對(duì)農(nóng)作物根系的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響,嚴(yán)重的話會(huì)出現(xiàn)吊根現(xiàn)象。1.2.3對(duì)土壤中微生物的影響。秸稈中含有大量的能源物質(zhì),還田后生物激增,土壤生

6、物活性強(qiáng)度提高,接觸酶活性可增加47%。隨著微生物繁殖力的增強(qiáng),生物固氮增加,堿性降低,促進(jìn)了土壤的酸堿平衡,養(yǎng)分結(jié)構(gòu)趨于合理。楊濱娟8等研究表明,秸稈還田配施化肥各處理能夠增加根際土壤總細(xì)菌、放線菌、真菌、氨氧化細(xì)菌、好氣 性自生固氮菌、亞硝酸細(xì)菌、磷細(xì)菌和好氣性纖維素分解菌的數(shù)量。秸稈還田后,由于秸稈本身吸水和微生物分解吸水,會(huì)降低土壤含水量,因此要做好的秸稈還田后的水分補(bǔ)充工作。由于秸稈還田會(huì)在一定程度上增加土壤微生物的活性,這種活性的增加不僅會(huì)對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)揮積極的效用,同時(shí)也會(huì)大大加快除草劑等在土壤中的降解速度,最終導(dǎo)致除草劑有效期的大大縮短。秸稈直接還田,秸稈中攜帶的蟲(chóng)卵、菌體、

7、雜草種子等就會(huì)留在土壤里,導(dǎo)致雜草和病蟲(chóng)害的發(fā)生。2 秸稈作飼料秸稈中的粗纖維含量高,粗蛋白、粗脂肪、糖類(lèi)含量低,直接飼喂期消化率低且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值差。一般在飼喂動(dòng)物前要進(jìn)行一定的處理,一般的處理方式主要分為物理法、化學(xué)法和生物法。2.1物理法 秸稈的物理處理主要是通過(guò)機(jī)械、水、熱等的作用,使飼料變碎、變?nèi)彳?便于家畜咀嚼和采食,同時(shí)清除其中混雜的泥土、沙、石等物質(zhì)。目前常用的物理方法主要有切碎與粉碎、浸泡、蒸煮、碾青等。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度的增加,近年來(lái)利用機(jī)械壓粒壓塊和熱噴處理在秸稈上的應(yīng)用越來(lái)越多。還看到一些利用輻射來(lái)處理秸稈的報(bào)道。然而, 利用物理方法將秸稈顆粒的減小, 加快了秸稈在動(dòng)物腸胃通

8、道內(nèi)通過(guò)的速度, 以致動(dòng)物腸胃沒(méi)有足夠的時(shí)間去 收秸稈中的養(yǎng)分, 造成秸稈中養(yǎng)分的白白流失。因此, 要在秸稈顆粒的大小與其通過(guò)動(dòng)物腸胃的速度之間尋求平衡, 以使秸稈中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被動(dòng)物高效吸收利用。而利用機(jī)械處理秸稈又會(huì)增加投入,在小型的養(yǎng)殖戶(hù)中不適用。2.2 化學(xué)法秸稈的化學(xué)處理主要包括堿化處理、氨化處理等。2.2.1秸稈的堿化處理 堿化處理主要是利用堿性化合物處理秸稈,打開(kāi)纖維素、半纖維素與木質(zhì)素之間對(duì)堿不穩(wěn)定的酯鍵,溶解半纖維素和一部分木質(zhì)素,使纖維素膨脹,從而使瘤胃液易于滲入。這樣處理,可以提高秸稈的適口性,增加家畜的采食量,同時(shí)也提高了秸稈的消化率和含水量。常用的堿化劑有：熟石灰、KO

9、H、NaOH、NaHCO3等。濕法堿處理需要大量的水沖洗,會(huì)造成養(yǎng)分流失。干法堿處理更易應(yīng)用于實(shí)踐,但處理的秸稈中鈉離子含量高,家畜飲水量大,且排除的糞尿中含有大量鈉離子會(huì)污染環(huán)境。2.2.2 秸稈的氨化處理氨化可提高秸稈的消化率、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和適口性。常用的氨化劑有：氨水、液態(tài)氨、尿素、硫酸銨、碳酸氫銨等。由于氨有毒, 飼喂前應(yīng)充分揮發(fā), 以免產(chǎn)生毒害作用。但揮發(fā)氨會(huì)造成氨的損失和一定的環(huán)境污染。2.3 生物法生物處理是利用乳酸菌、酵母菌等有益微生物和酶,在適宜的條件下,分解秸稈中難于被家畜消化吸收的部分,增加菌體蛋白、維生素及其它對(duì)家畜有益的物質(zhì),并軟化秸稈,改善味道,提高適口性。張立霞9等研

10、究表明,用合理的微生物組合處理玉米秸稈可以有效提高其利用率。秸稈的生物處理法主要包括青貯、酶解和微生物分解等。青貯除了具有上訴優(yōu)點(diǎn)外,還可以解決飼料作物和牧草季節(jié)性生產(chǎn)與全年穩(wěn)定供應(yīng)的矛盾,在生產(chǎn)中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。3 秸稈能源化農(nóng)作物秸稈纖維中的碳占絕大部分,主要糧食作物小麥、玉米等秸稈的含碳量約占 40 % 以上。秸稈中的碳使秸稈具有燃料價(jià)值,目前對(duì)秸稈這一特性的應(yīng)用主要集中在如下方面。3.1 秸稈直接燃燒。我國(guó)農(nóng)村長(zhǎng)期以來(lái)利用秸稈做生活燃料。直接燃燒具有經(jīng)濟(jì)方便、成本低廉、易于推廣的特點(diǎn),可以為中小型企業(yè)、政府機(jī)關(guān)、巾小學(xué)校等提供生產(chǎn)、生活熱水和用于冬季供暖。秸稈還可以替代部分煤來(lái)發(fā)電

11、。3.2 秸稈氣化。秸稈氣化是在氣化爐內(nèi)完成的。秸稈是由碳、氫、氧等元素組成,其中含有一定量的水分。當(dāng)秸稈被燃燒后,隨著溫度的升高,燃燒產(chǎn)生的氣體通過(guò)還原區(qū)赤熱的炭層反應(yīng),轉(zhuǎn)換成含CO、H2、CH4等組分的可燃?xì)怏w。秸稈氣化經(jīng)濟(jì)方便、清潔衛(wèi)生,但也存在著投入較高、燃?xì)鉄嶂灯秃腿細(xì)庵械獨(dú)夂徒褂秃科叩葐?wèn)題。3.3 秸稈發(fā)酵制沼氣。秸稈發(fā)酵制沼是多種微生物在厭氧條件下,將秸稈降解成沼氣,并產(chǎn)生副產(chǎn)沼液和沼渣的過(guò)程。沼氣含有5070的甲烷,為清潔燃料。秸稈可直接投入沼氣池,也可用做牲畜飼料轉(zhuǎn)化成糞便投進(jìn)沼氣池。秸稈發(fā)酵后的沼渣可以用作肥料,產(chǎn)生的沼氣無(wú)色無(wú)味且抗爆性能好。但是前期需要先修筑沼氣池

12、,并且常常后期的維護(hù)也跟不上。3.4 秸稈固化成型及炭化。將秸稈粉碎后,送入成型機(jī)械中,在外力作用下,壓縮成塊狀、棒狀或顆粒狀等需要的形狀,即可直接用作燃料直接燃燒。也可再利用炭化爐將其進(jìn)一步加工處理便成為具有一定機(jī)械強(qiáng)度的生物煤秸稈成型燃料。秸稈固化成型燃料比重大、熱值高,可替代部分煤炭。同時(shí)其硫含量低、灰分小且可再生,是一種清潔能源。其還具有體積小便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸,應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)也很明顯,生產(chǎn)設(shè)備價(jià)格高,配件使用壽命短,缺少專(zhuān)用高效戶(hù)用爐具等。3.5 秸稈液化。秸稈液化是指通過(guò)物理、化學(xué)或生物學(xué)方法,使秸稈中的木質(zhì)素、纖維素等轉(zhuǎn)化為醇類(lèi)、可燃性油或其他化工原料。根據(jù)生物質(zhì)液化方式

13、的不同,主要分為直接液化、高溫高壓液化、微波液化3種形式。直接液化是指在中低溫、高壓并有催化劑參與情況下,將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體的熱化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,通常有還原性氣體參與反應(yīng)。根據(jù)液化目的不同,可將直接液化細(xì)分為兩大類(lèi): 一類(lèi)是反應(yīng)產(chǎn)物保留植物纖維原料的大分子結(jié)構(gòu),主要目的是制備天然高分子材料; 另一類(lèi)是破壞原料的大分子結(jié)構(gòu),將植物纖維原料轉(zhuǎn)化成小分子后再加以利用,如生產(chǎn)乙醇等。高溫高壓液化是指在高壓下發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程,典型的液化工藝是在較高的壓力和溫度以及在催化劑存在下進(jìn)行的。此方式需要消耗大量的能量,同時(shí)對(duì)設(shè)備耐壓要求較高,目前研究較多的主要有秸稈制柴油等技術(shù)。微波液化是指利用微波輻射使小分子

14、極性物質(zhì)產(chǎn)生物理效應(yīng),從而加速反應(yīng)、改變反應(yīng)機(jī)理或啟通新的反應(yīng)通道的一項(xiàng)技術(shù)。秸稈液化優(yōu)點(diǎn)明顯,但缺點(diǎn)也同樣顯著。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)秸稈液化機(jī)理和數(shù)學(xué)模型的研究還很欠缺,秸稈預(yù)處理技術(shù)有待發(fā)展,高效催化劑的篩選方面有待提高,液化產(chǎn)物的分離、提純技術(shù)有待發(fā)展。4 其它應(yīng)用秸稈除被用作肥料、飼料、燃料之外,還有很多其它用途,如用作工業(yè)原料、用作基料、用作生產(chǎn)和建筑材料等。4.1工業(yè)原料。 秸稈用作工業(yè)原料,主要利用了如下幾個(gè)原理。利用微生物分解秸稈中的纖維素等大分子物質(zhì),并轉(zhuǎn)化成小分子物質(zhì)再加以利用,如生產(chǎn)乙醇、丁二酸等物質(zhì)；還可以利用微生物分解秸稈但保留秸稈中的大分子結(jié)構(gòu),如利用麥稈制聚氨酯多元醇和利

15、用玉米秸稈制備高吸水樹(shù)脂等；也可以直接利用秸稈中的纖維素等結(jié)構(gòu)物質(zhì),如造紙等。4.2用作基料。 將秸稈粉碎并添加其它原料可以作為部分微生物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。目前生產(chǎn)中最常見(jiàn)的是栽培食用菌。除此之外,秸稈還可以作為其它一些微生物的基料,王月明10等利用玉米秸稈制備飼用乳酸菌培養(yǎng)基。4.3生產(chǎn)和建筑材料。 人類(lèi)使用農(nóng)業(yè)秸稈纖維建造房屋至少有上百年的歷史,近年來(lái)隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng),秸稈作為生產(chǎn)和建筑材料應(yīng)用再次被重視。傳統(tǒng)的秸稈利用,一般作為墻體和屋面的建筑材料。現(xiàn)在對(duì)秸稈的利用方式更加多樣,周定國(guó)11報(bào)道了關(guān)于稻秸人造板的一些問(wèn)題,鄭鳳山12等進(jìn)行了關(guān)于玉米秸稈制造刨花板的實(shí)驗(yàn)研究。這些秸稈人造

16、板具有無(wú)醛環(huán)保的,但是也存在成本高、價(jià)格高的缺點(diǎn)。,可以制造無(wú)醛家具、建筑和室內(nèi)裝飾。陳海濤13等研究了秸稈纖維地膜覆蓋栽培作物性能,發(fā)現(xiàn)秸稈纖維地膜覆蓋栽培哈椒的植株高度和產(chǎn)量顯著高于裸地,與傳統(tǒng)塑料地膜無(wú)顯著差異。李霞14等總結(jié)了秸稈綠色環(huán)保餐具與傳統(tǒng)的一次性餐具的比較優(yōu)勢(shì)。無(wú)論是秸稈纖維地膜還是秸稈綠色環(huán)保餐具,都具有無(wú)毒無(wú)害、綠色環(huán)保、易被環(huán)境降解的優(yōu)點(diǎn),可減少生產(chǎn)和生活中白色污染的產(chǎn)生。結(jié)語(yǔ)中國(guó)是世界第一秸稈大國(guó),由于人們的認(rèn)識(shí)不足和秸稈綜合利用成本高等原因,我國(guó)的秸稈表現(xiàn)為過(guò)剩,造成秸稈的焚燒污染環(huán)境和資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。近年來(lái)隨著人們對(duì)秸稈資源關(guān)注度的日益提高,我國(guó)的秸稈資源綜合利用

17、工作開(kāi)始全面展開(kāi)。隨著工作的深入,我們一定會(huì)做到既有效利用資源,又保護(hù)好環(huán)境,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的雙豐收。參考文獻(xiàn)1 高利偉,馬 林,張衛(wèi)峰,等,中國(guó)作物秸稈養(yǎng)分資源數(shù)量估算及其利用狀況J.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2009,25 ：173-178.2 李繼福,魯劍巍,任 濤,等,稻田不同供鉀能力條件下秸稈還田替代鉀肥效果J.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,47 ：292-302.3 張 靜,溫曉霞,廖允成,等,不同玉米秸稈還田量對(duì)土壤肥力及冬小麥產(chǎn)量的影響J. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào).4 陳冬林,易鎮(zhèn)邪,周文新,等,不同土壤耕作方式下秸稈還田量對(duì)晚稻土壤養(yǎng)分與微生物的影響J. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào).5 李傳友,楊立國(guó),熊 波,等,秸稈還田方式對(duì)農(nóng)田土壤結(jié)構(gòu)及冬小麥產(chǎn)量的影響J. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào).6 張 鵬,賈志寬,王 維,等,秸稈還田對(duì)寧南半干旱地區(qū)土壤團(tuán)聚體特征的影響J. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,45 ：1513-1520.7 田慎重,王 瑜,李 娜,等,耕作方式和秸稈還田對(duì)華北地區(qū)農(nóng)田土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體分布及穩(wěn)定性的影響J. 生態(tài)學(xué)報(bào),2013,33 ：7116-7124.8 楊濱娟,黃國(guó)勤,錢(qián)海燕,等,秸稈還田配施化肥對(duì)土壤溫度、根際微生物及酶活性的影響J. 土壤學(xué)