偶看新闻善于用人的事例:江苏农作物秸秆综合利用技术浅析
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/04/20 05:46:59
作者：南京农业大学工学院 高翔
摘要：我国是一个农业大国，农作物秸秆资源丰富，但目前大量的秸秆被焚烧或废弃，不但造成严重的环境污染，而且还浪费了宝贵的可再生资源，因此，研究农作物秸秆综合利用技术具有重要的现实和深远意义。分析秸秆的利用价值，探讨秸秆综合利用的途径、技术现状及存在的问题，并提出江苏农作物秸秆综合利用技术发展的建议和对策。
关键词：农作物秸秆；综合利用；技术
0 引言
农作物秸秆是地球上第一大可再生资源，据不完全统计，我国每年农作物秸秆产量约为7亿多吨，居世界第一。江苏每年农作物秸秆产量约4000万吨，位列全国第四。农作物秸秆是农业生产的副产品，农作物光合作用的产物约有一半多存在于秸秆中，秸秆富含有机质和氮、磷、钾、钙、镁、硫等多种养分，也是一项重要的生物质资源，可用作肥料、饲料、燃料及工业生产的原料等。
农作物秸秆作为一种资源，搞好秸秆综合利用可以转化为财富，成为农民增收的重要渠道，否则，就会变成社会负担。近年来，随着我国农村经济的发展，一些城市郊区和粮食主产区，农民对秸秆作为传统生活燃料的需求减少，加之秸秆的分布零散、体积大、收集运输成本高、利用的经济性差和产业化程度低等原因，导致剩余秸秆难处理。为了赶农时、图方便，农民采取了在田间焚烧的方式处理秸秆，不仅浪费了宝贵的资源，而且造成了大气污染、土壤矿化、火灾和引发交通事故等大量的社会、经济和生态问题，成为政府关心、社会关注的热点和难点。农作物秸秆的综合利用，既可缓解农村肥料、饲料、能源和工业原料的紧张状况，又可保护农村生态环境、促进农业农村经济可持续协调发展。因此，研究农作物秸秆综合利用技术具有重要的现实和深远意义。
1 秸秆的组成
1.1 秸秆的组成
农作物秸秆主要由植物细胞壁组成，它含有大量的粗纤维和无氮浸出物，以及粗蛋白、粗脂肪、灰分和少量其他的成分。植物细胞壁包含的纤维素和半纤维素较易被生物降解，而木质素除本身难以分解外，在植物细胞壁中，还常与纤维素、半纤维素、碳水化合物等成分混杂在一起，阻碍纤维素分解菌的作用，使得秸秆难以被生物所分解利用。如何使作物秸秆中的木质纤维素得到有效的分解，是农作物秸秆处理和综合利用的关键之一。秸秆的主要有机组份见图1。
图1 秸秆的主要有机组份及其结构
作为极其特殊的一种“废弃”资源，农作物秸秆具有产量巨大、分布广泛而不均匀、利用规模小而分散、利用技术传统而低效等特点。同时，从作物秸秆的营养特点分析，其蛋白质、可溶性碳水化合物、矿物质和胡萝卜素含量低，而粗纤维含量高，因而其适口性不好，家畜采食量小、消化率低。由于作物品种和产地的不同，农作物秸秆在物质组成、理化性质和利用的工艺技术特性上也有所不同(见表1～表3)。
表1 几种主要农作物作物秸秆的化学组成(干重)
单位：%
秸秆种类
粗纤维
灰分
果胶质
木质素
纤维素
半纤维素
水稻秸秆
35.6
13.39
12.50
32.00
24.00
小麦秸秆
36.7
6.04
0.30
18.00
30.50
23.50
玉米秸秆
29.3
4.66
0.45
22.00
34.00
37.50
单位：%
秸秆种类
N
P
K
Ca
Mg
Mn
Si
水稻秸秆
0.60
0.09
1.00
0.14
0.12
0.02
7.99
小麦秸秆
0.50
0.03
0.73
0.14
0.02
0.003
3.95
油菜
1.52
0.03
0.65
0.42
0.05
0.004
0.18
单位：%
秸秆种类
干物质
粗蛋白
粗脂肪
粗纤维
无氮浸出物
粗灰分
稻草秸秆
85
4.8
1.4
35.6
39.8
12.4
麦秸秸秆
85
4.4
1.5
36.7
36.8
6.0
玉米秸秆
94.4
5.7
16.0
29.3
51.3
6.6
由表1～3可知，不同作物秸秆的有机质成分基本相似，但其化学组成和营养成分有所不同，在后续利用中，应根据各自性质和组成加以区别。例如，用作饲料和食用菌基料的秸秆，要求其粗蛋白、粗脂肪、无氮浸出物的含量要高，而纤维素、木质素和灰分的含量要低；用作建筑材料和能源材料的秸秆，要求其纤维素、木质素的含量和热值要高，而与蛋白质、脂肪、无氮浸出物的含量关系不大；玉米秸秆外皮中所含纤维强度高、韧性好，可用来造纸、制人造板和一次性植物纤维餐具，而其内容物的营养成分较高，可用来加工饲料。
农作物秸秆的综合利用，就是根据其物质组成、结构构造或物理技术特性等特点，通过一定的加工而得以充分利用，来满足人们的某一特殊需求。
按照利用目的不同来说，其价值主要体现在如下几方面：
①利用其含热量和可燃性作为能源使用；
②利用其养分、营养成分制作肥料和饲料；
③提取其有机化合物和无机化合物，生产化工原料和化学制品；
④利用其物理技术特性，生产质轻、绝热、吸声的植物纤维增强材料；
⑤利用其特殊的结构构造，生产吸附脱色材料、保温材料、吸声材料、催化剂载体等。
2 秸秆综合利用技术现状及存在的问题
2.1 充分认识农作物秸秆综合利用的意义
农作物秸秆作为重要的生物质资源，总能量基本和玉米、淀粉的总能量相当。秸秆燃烧值约为标准煤的50%，秸秆蛋白质含量约5%，纤维素含量在30%左右，还含有一定量的钙、磷等矿物质，1吨普通秸秆的营养价值平均与0.25 吨粮食的营养价值相当。
江苏是我国农业大省，主要农作物有水稻、小麦、玉米和油菜等，种植制度以稻麦(油)两熟制为主，农作物秸秆资源丰富。按每年可产农作物秸秆40000万吨计算。如全部用来燃烧，可折合约2000万吨标准煤的热值。如全部用作饲料，折算相当于近1500万吨粮食。经过科学处理，秸秆的营养价值还可大幅度提高。秸秆蕴藏着丰富的能量，含有大量的营养物质，开发利用潜力巨大，发展前景十分广阔。
世界各国普遍重视农作物秸秆的综合利用，利用的途径主要集中在肥料、饲料、能源和工业原料四个方面，这是世界上秸秆资源利用的普遍趋势。
我国自古以农立国，历史上就有着许多优良传统和生产经验。千百年来，我国农民在生产实践中始终强调土地的用养结合，强调“天地人合一”，强调人和大自然结合。在现代农业技术和加工技术条件下，农作物秸秆是发展农村循环经济的重要物质基础。农作物秸秆综合利用是保护生态环境、实现农业可持续发展的需要，是发展农村经济和增加农民收入的宝贵资源。加大秸秆综合利用力度，是提高农业综合生产能力的重要方面，是扩大农村就业、增加农民收入的重要途径，是改善和提高我国农业资源利用效率的重大举措，是开辟新的农业资源和拓宽农业经营领域的战略选择。
2.2 江苏秸秆资源利用技术现状
现阶段江苏农作物秸秆资源的主要利用途径是肥料、饲料、燃料和工业原料。作为肥料的利用方式主要是秸秆还田，包括留高茬、覆盖还田、机翻粉碎还田、堆沤还田等形式。作为饲料的利用方式主要是作为草食家畜的粗饲料，包括物理法、化学法和微生物发酵法处理提高其营养价值。作为燃料的利用方式主要包括传统的秸秆直燃以及秸秆气化、生产工业乙醇、致密成型技术及秸秆发电等新的能源利用途径。作为工业原料的利用方式包括造纸、建材、轻工原料及秸秆基质培养食用菌等。
秸秆还田是目前主要的利用方法之一。秸秆还田的方法分为秸秆直接还田技术、秸秆间接还田技术和秸秆生化腐熟快速还田技术。
秸秆直接还田的方式比较方便、快速，可大大减少用工，且还田数量较多。所以，近几年采用直接还田的方式比较普遍。直接还田又分为高茬还田、覆盖免耕还田、粉碎翻压还田等方式。、
间接还田技术又分为高温堆沤还田、过腹还田、沼渣还田等方式。其中，过腹还田是一种综合效益较高的秸秆利用生产技术模式。
秸秆生化腐熟快速还田技术包括催腐堆肥技术、酵菌堆肥技术等。机械自动化程度高，易实现产业化。腐熟周期短，产量高。采用好氧发酵，无环境污染，肥效高且稳定。
我国的国情是人均占有耕地面积小，机械化程度较低，耕地复种指数高，倒茬时间短，加之秸秆碳氮比值高，给秸秆还田带来困难。如果遇还田数量过大、粉碎程度不高、土壤水分不够、施氮肥不够、翻压质量不好等情况，则秸秆不能充分腐解，会出现妨碍耕作、影响出苗、烧苗、病虫害增加等现象，严重的还会造成减产。另外，秸秆中C/N值较高，一般在60～80，使秸秆在土壤中分解缓慢，微生物与作物争氮，影响苗期生长，进而影响后期产量。因此，秸秆还田要配施一定量的氮、磷化肥，降低C/N值，提高作物产量。
随着生产的发展、人民生活的提高，人民要求有更多的动物食品，而畜牧业的发展又受饲料的制约。目前我国人均粮食占有量不足
农作物秸秆自古以来就是一种畜用饲料，但未经加工处理的农作物秸秆只是一种非常规的粗饲料。农作物秸秆作为饲料的主要影响因素是：秸秆中含量较高的粗纤维，同时秸秆中的纤维素和半纤维素通常都紧密地与木质素聚合在一起，在秸秆细胞壁的表面形成一个木质素保护层，使微生物难以接近纤维层，限制了瘤胃中的微生物和消化酶对细胞壁内溶物的消化作用，导致秸秆适口性差和消化率低。因此，开发和利用秸秆饲料资源，提高其利用率和营养价值势在必行。
根据农作物秸秆转换利用的技术过程，农作物秸秆作为能源的利用方式可以分为三类。一是直接燃烧，其主要目的是为了获取热量。秸秆直接燃烧可以分为传统方式和现代方式。现代方式包括秸秆加工成型燃料、与煤混合燃烧和秸秆高效燃烧发电等。二是将农作物秸秆转化为气体燃料，如沼气、秸秆热解气化燃料气等。三是将秸秆转化为液体燃料，如燃料乙醇等。
秸秆作为农村生活用能占有重要地位。传统的秸秆直接燃烧利用方式是燃料效率低、资源浪费及环境污染的能源利用方式。农作物秸秆含碳量约40%，秸秆直燃热值相当于煤的一半，农村传统直接燃烧热效率最高也仅12%～15%。秸秆热解气化技术可以把秸秆高温裂解生成以CO为主并含H2、CH4等多种可燃成分的煤气，热值为5～12MJ/m3，总效率可达35%～45%，比直燃提高两倍。
这些新型的综合利用技术生产燃气或电力替代了化石燃料的消耗，使能源资源的配置更为合理，还减少了CH4等有害气体排放，提高能源利用效率。
秸秆较多地应用于造纸和编织行业、食用菌生产等，近年又兴起了秸秆制纸质地膜、纤维密度板等技术。利用农作物秸秆等纤维素废料为原料，采取生物技术的手段发酵生产乙醇、糠醛、苯酚、燃料油气、单细胞蛋白、工业酶制剂等，在日本、美国等发达国家已有深入的研究和一定的生产规模，我国在这方面的研究和应用相对落后。
利用农作物秸秆生产食用菌，是将许多农业废弃物或农产品加工过程中生产的废物作为食用菌生产的原料。
2.3 当前农业秸秆综合利用中存在的问题
（1）秸秆废弃不能还田引起土壤有机质降低。据20世纪80年代对我国901个县的土壤普查结果表明，我国的肥沃高产田仅占22.6%，中低产田占77.4%，普遍缺氮、磷的土壤面积占59.1%，缺钾的土壤面积占22.9%，土壤有机质低于0.65%的耕地占10.6%。我国化肥生产氮、磷、钾的比例失调，北方土壤缺磷、南方土壤缺钾的现象十分严重，磷、钾供应不足明显降低了氮肥肥效。由于过多地施用化肥尤其是氮肥，造成了土壤板结、地力下降，并导致农作物病虫害增多，作物品质下降等。但同时，我国大量的农作物秸秆资源却被焚烧，未能还归土壤或进行开发利用。
（2）秸秆资源的开发利用率低。稻草、麦秸这类纤维性副产品少量用于编织、造纸、沤肥或秸秆还田，相当大的部分没有被利用，或堆积任其腐烂损失，或付之一炬，浪费很大。据不完全统计，我国目前秸秆利用率为33%，其中大部分未加处理，经过技术处理利用的仅占2.6%，综合利用的潜力巨大。
（3）秸秆还田等技术推广阻力较大。秸秆还田技术推广阻力大的主要原因与秸秆本身难以降解和推广应用中存在的一些问题有着密切的关系。由于这些限制因素和不良反应，目前农作物秸秆的直接还田和秸秆覆盖等应用推广阻力较大，应用面积较小。
（4）露天燃烧秸秆严重污染。燃烧秸秆是近年来出现的一个新的、越来越突出的环境污染现象。随着农村经济的发展和广大农民群众生活水平的提高，农村对秸秆的传统利用方式正在发生变化，秸秆在一些地区出现大量剩余，近年来这种变化在许多地区呈现加快发展的态势。这一问题的快速发展不仅污染环境，而且影响和干扰了经济的正常秩序，形成了新的安全隐患，直接影响了民航、铁路、高速公路的正常运营，在一些地区造成了巨大的经济损失，已经引起了各级领导、新闻舆论和公众的极大关注。
秸秆作为可再生生物资源具有多种用途，本身是物质和能量的载体，含有碳、氮、磷、钾、镁, 钙等元素。秸秆作肥料、饲料、燃料和工业原料常常存在着矛盾，因此在考虑秸秆资源综合利用技术时，如果只注重肥料、燃料和饲料等单一效益的单项技术常常是顾此失彼。因此综合利用技术将秸秆资源经过加工，分离出能源和养分，实现秸秆资源多级利用，使其具有更高的资源利用效率和更好的生态效益。单项技术通过加环组链可以减少污染，增加附加值，向综合技术转化，提高生态、经济效益。
3 秸秆综合利用问题的原因及建议
3.1 主要问题的原因
目前江苏农作物秸秆利用的主要方式是以秸秆还田、饲料化处理和能源化为主，其次为工业上的利用。秸秆焚烧现象屡禁不止，关键在于没有从源头上解决秸秆的综合利用问题。目前的利用方式还处在一个比较粗放的阶段，其表现为以下三方面：一是现有的综合利用技术往往社会效益大，成本高，经济效益不显著，对农民没有很强和特别的吸引力。二是领导重视、国家投入，情况就相对好些，但形不成规模，成效较小；三是各地采取了一系列强制措施，但“堵”只治标，“疏”方治本，因此，农民焚烧秸秆现象依旧。
目前许多地方和部门将秸秆直接还田和全量还田作为解决秸秆问题的根本途径，但是对植物纤维的综合性的分析分类，对秸秆残体腐解与土壤肥力、植物营养、生理代谢等方面许多内在联系缺乏基础研究。应该指出，我国的国情和种植制度与欧美国家不同，欧美国家的种植制度多为一年一季并采取休耕制度，我国人均耕地少，机械化程度较低，耕地复种指数高，倒茬时间短，加之秸秆碳氮比高，给秸秆还田带来困难。
现有饲料化加工主要利用玉米秸秆、豆类秸秆等经过氨化、青贮和微生物发酵再进行贮存等。秸秆作为饲料的缺陷在于纤维含量高，粗蛋白和矿物质含量低，并缺乏动物生长所必须的维生素A、D、E等，以及钴、铜、硫、钠、硒和碘等矿物元素，能量值很低。由于这些原因，秸秆饲料的动物采食量和营养物质的消化率受到影响。应形成一个将生物学、营养学、动植物学综合交叉的研究方式，以使处理技术多样化。根据不同植物纤维、不同动物的消化特点，获得不同种类的饲料源。
据不完全统计，我国目前已开发研究出3大类200多种秸秆处理设备，主要分为：①秸秆还田设备。包括水田稻草旋耕埋草机、粉碎还田机、灭茬机等。②饲料化加工设备。包括氨化炉(机)、调质机、揉挫机、热喷设备、青贮收获机、压饼机、铡草机等。③其他加工设备。包括制炭机、草绳草袋机、拔棉柴机、皮穰分离机等。这些设备主要以粗放型生产方式为主，其自动化程度、精细加工程度有待提高。急需研制与应用一系列具有较大适应性、适合我国国情的加工设备。
目前，农作物秸秆利用在机械装备方面技术要求较高，而经济效益不显著。例如，在秸秆割茬还田中，采用反转灭茬机旋耕灭茬，秸秆被土覆盖率低于75%，每亩成本在40元左右，农民难以接受。工业化秸秆利用的捡拾打捆及运输成本偏高，难以达到“多赢”的目标。现虽有较成熟的捡拾打捆机械，但因一次性投入大，捡拾成本也偏高，加之机械可利用时间短，难以被农户和企业采用。
3.2 主要结论与建议
发展循环经济是转变经济增长方式、提高经济增长质量的重要途径，是经济与环境的最佳结合，是实现全面、协调、可持续发展的具体要求。农作物秸秆综合利用是采用各种实用技术将农业废弃物开发利用，转变为再生资源的过程，其推广顺应了改变经济增长方式的需要，应通过农作物秸秆综合利用推进循环经济的发展，突破节约资源和环境保护方面的技术瓶颈，增加农业经济增长的科技含最，拉长产业链条，缓解资源短缺的矛盾，实现农业可持续发展。
(1)深化农作物秸秆是宝贵资源的认识。当前要把保护自然资源、防止环境污染、有效利用秸秆资源确立为秸秆综合利用的主导思想，不断提高对秸秆肥料、饲料、燃料和原料价值的认识，强化农民对焚烧秸秆的危害性和秸秆综合利用科学性的认识。
(2)政府要重视采取行政推动措施。各级政府要加强对秸秆综合利用的重视和支持，加大对秸秆直接还田、秸秆过腹还田等大面积应用技术的推广支持力度，重点扶持规模化加工秸秆饲料、燃料和原料的示范基地建设，利用政府信贷、税收政策给予鼓励，尽快建立一批具有代表性的秸秆加工利用企业，尤其重视各类秸秆加工技术中的第一家企业的建立，发挥好示范作用。
(3)科学规划，分类指导，发挥好典型示范作用。秸秆综合利用具有广泛性、系统性、发展性和效益性的特点，要围绕农业、经济等实际情况，制定好秸秆综合利用的中长期规划。典型示范对推动秸秆综合利用的进展至关重要。应因地制宜，巩固扩大和新建各类综合利用示范区、点、企业，选择适宜项目进行技术引进、试验改进、示范推广。建立科研单位、科技人员与技术应用村和乡镇的联系，通过现场会、音像资料等多种形式搞好示范和宣传，以点带面。
(4)重视技术创新，发挥好新技术带动作用。技术创新和应用是秸秆的根木出路，只有科学地利用秸秆这一资源才能够创造财富。农作物秸秆综合利用技术是社会效益明显的技术，政府应在资金上加大投入。建议各级政府以及科技、农业等部门继续加强支持秸秆综合利用农机化技术的科技创新力度，建立专项科研资金，由科技管理部门和研究机构进行立项研究，集中必要的资金，组织各有关专业领域技术较强的科技力量进一步深入研究，并针对项目推广中发现的技术难题进行技术攻关，缩短技术熟化时间。
研究的内容包括：农作物秸秆还田的理论，秸秆还田机具升级换代，秸秆气化中的焦油处理，高效生物有机肥工业化生产设备的引进、消化吸收及国产化问题，秸秆高效饲料的加工技术问题等。建立技术理论支撑，为秸秆综合利用农机化的发展奠定技术基础，增强发展后劲。
(5)市场化运作，发展农作物秸秆综合利用大产业。各级政府应引导农民以科技为依托、市场为导向，实现产业化经营。如建立秸秆饲料加工厂和发展养殖业、秸秆集中气化供气站、秸秆生物肥料制造厂、秸秆发电厂等，市场化运作，企业化管理。因此，要跳出现有秸秆处理方式框架，找到一种新的、技术可行的、适合我国国情的各种利用方式，并把它产(商)品化、工业化，最终推向市场。
总之按照“因地制宜，多能互补，综合利用，讲求效益”的原则，将秸秆利用的技术研究开发作为系统工程来研究，才能提高资源利用效率和经济效益。秸秆资源的开发利用有赖于技术的进步以及资源的市场化、产业化的发展，秸秆回归为“新”的资源，必须纳入不仅仅是农业系统的新的经济循环过程，才能实现中国农业的可持续发展。
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