农作物秸秆的综合利用探讨

摘要：指出了秸秆是农作物生产的副产品,也是可以再利用的资源与能源,分析了综合利用农作物秸秆的未来趋势，从秸秆的主要成分、秸秆的利用途径、如何推进利用工作3个方面详细地探讨了秸秆的综合利用问题。

关键词：农作物秸秆；综合利用；成分；资源；能源

中图分类号：S158文献标识码：A文章编号：16749944(2011)04004803

1 引言

几十年前,农作物秸秆被认为是农业生产的废弃物。露天焚烧秸秆,不仅使土壤散失水分不利于作物的生长发育,秸秆焚烧产生大量的浓烟和灰尘。近几年,随着世界人口的不断增多,资源与能源不断减少,资源与能源的综合利用越来越得到重视。在中国,农业经济与农业科学技术紧跟世界先进技术的步伐,并且不断摸索,自我创新,全力研究农作物秸秆的综合利用方法。

秸秆是农作物生产的副产品,也是重要生产资源,可用作肥料、饲料、生活燃料及造纸、建材、食用菌等生产的原料。据统计,我国每年7亿t秸秆中含氮300多万t,含磷70多万t,含钾近700万t,相当于全国目前化肥施用量的1/4,可作为农业生产重要的有机肥源。4t秸秆的营养价值相当于1t粮食,7亿t秸秆相当于近2亿t粮食,可为畜牧业持续发展提供物质保障。秸秆还是可再生能源的一个重要组成部分,2t秸秆相当于1t标准煤,7亿t秸秆相当于3.5亿t标准煤,可为我国提供宝贵的能源［1］。进一步开发利用秸秆资源,已成为农业生产资源开发和环境保护的新焦点,提高农作物秸秆的综合利用水平,也是实现高产优质高效农业,促进农村经济发展、增加农民收入的重要途径之一［2］。

2 秸秆的主要成分

秸秆纤维细胞壁的主要成分是纤维素(C6H10O5)n,其它还有木质素、半纤维素、果胶质以及单宁、树脂和某些矿物质等［3］。纤维素是于1838年法国农学家Anselme Payen命名的。它是由与葡萄糖单元组成的与淀粉结构相同类型的构成植物细胞壁的多糖。纤维素是天然高分子化合物,经过长期的研究,确定其化学结构是线形巨分子,其化学式为C6H10O5,化学结构的实验分子式为(C6H10O5)n(n为聚合度),由含碳44.44%,氢6.17%,氧49.39%3种元素组成。纤维素的结构式可用Haworth式表示(图1)［4］。

[XC014.TIF][TS(][HT6H]图[ST6HZ]1[ST6BZ] 纤维素的分子链结构式[ST][TS)]

注：n为D财咸烟囚的数目，即聚合度。

纤维素是由葡萄糖基通过1－4－β苷键联接起来的大分子,图2表示纤维素大分子的构象。

[XC015.TIF][TS(][HT6H]图[ST6HZ]2[ST6BZ] 纤维素大分子的构象[ST][TS)]

从上述结构式看出,纤维素分子结构最主要的特征为纤维素二糖是支配其构象的基本单元。相邻2个葡萄糖彼此的位置呈180°扭转,这样才能使1、4碳位联结牢固［5］。在植物细胞壁中除含有纤维素之外,还有木素和半纤维素,它们是互为伴生成分(或称伴生物),常简称为植物体内的“三素”。

半纤维素(Hemicellulose)是1891年由舒尔茨(Schulz)提出的,他发现在细胞壁的成分中有一种介乎于淀粉类和纤维素类的多糖化合物,它能溶解于冷稀碱液、甚至热水之中,当酸水解时可得到多种单糖以及醋酸等。它们的分子链比纤维素分子链要短小得多,其聚合度多数在200以下,这就是半纤维素。木素是1857年舒尔茨(F.Schulz)首次提出的。木素是一个具有芳香族特性的、其结构单体为苯丙烷型的、三度空间立体结构的高分子化合物。

3 农作物秸秆综合利用的途径

3.1 秸秆还田

农作物秸秆还田是补充和平衡土壤养分,改良土壤的有效方法,是优质高产田建设的基本措施之一,对于提高资源利用率,节本增效,提高耕地基础地力和农业的可持续发展具有重要的意义,同时是将来发展有机食品(绿色食品)的主要手段。还田玉米秸秆7 500kg/hm2,相当于碳铵175.5kg,过磷酸钙93.0kg,硫酸钾71.3kg。1年后土壤有机质含量相对提高0.05%~0.23%,全磷平均提高0.03%,速效钾增加31.2×10-6。土壤容重下降0.03~0.16g/cm3,土壤孔隙度提高2%~4%。连续多年秸秆还田的耕地,不仅能提高磷肥利用率和补充土壤钾素的不足,地力亦可提高0.5~1.0个等级。秸秆还田后,平均每亩增产幅度在10%以上［6］。

秸秆还田方法包括秸秆覆盖或粉碎直接还田；利用高温发酵原理进行秸秆堆沤还田；秸秆养畜,过腹还田；利用催腐剂快速腐熟秸秆还田。

3.2 秸秆饲料

用秸秆养畜是一种综合效益较高的生产模式。既解决了养畜的饲料问题,促进了农村畜牧业的发展,又实现了秸秆的间接还田,促进生态良性发展。秸秆饲料的主要方式包括直接粉碎饲喂技术；青储饲料机械化技术；秸秆微生物发酵技术；秸秆氨化技术。

3.3 秸秆能源

生物质是仅次于煤炭、石油、天然气的第4大能源,在世界能源总消费量中占14%。农作物秸秆能源转化首先是秸秆气化。秸秆气化就是将秸秆在缺氧的状态下加热,秸秆首先燥,随温度升高,物料的挥发物质逐步析出,并在高温下发生裂解,热解后的气体和余碳在氧化区与氧化介质空气、氧、水蒸汽等发生反应,产生可燃气体,通过管道将秸秆气输送到各家各户使用。此外还有生产沼气、和利用秸秆气发电等。

加拿大瑞威再生能源(中国)有限公司秸秆发电厂项目正式落户平度市蓼兰镇,总投资额6 600万美元,年处理农作物秸秆29.2万t,可发电约4亿kW•h。城阳区青岛金合养殖有限公司投资300万元建设的沼气发电工程,每年利用养殖废弃物和农作物秸秆制造沼气11.68万m3。

3.4 秸秆基质

秸秆用作食用菌基料是一项与食品有关的技术。食用菌具有较高的营养和药用价值,利用秸秆作为生产基质,大大增加了生产食用菌的原料来源,降低了生产成本。利用秸秆生产平菇、香菇、金针菇、鸡腿菇等技术已较为成熟,正逐步得到进一步推广。目前,利用秸秆培育食用菌的产业已经具有了一定的规模,食用菌生产区每年消耗大量的农作物秸秆,有效地解决了秸秆的综合利用的问题,实现了秸秆变废为宝。

4 加强秸秆综合利用分析

4.1 政府加强管理

各级政府应当加强引导和扶持,抓点带面,梯度推进,设立一批不同层次、不同类型的典型和样板,让农民看到效益,感到实惠,主动参与进来。切实加强组织领导,把秸秆综合利用作为发展现代农业的一项重要工作,纳入议事日程,明确责任,狠抓落实,确保秸秆综合利用工作落到实处。

4.2 做好调查工作,掌握基础信息

认真做好调查工作,及时掌握秸秆资源的各类基础信息,为科学利用秸秆资源提供依据,并积极配合发展改革部门,因地制宜地做好本地区秸秆综合利用规划编制工作。

4.3 推广秸秆利用新技术,提高农业机械化程度

大力推广秸秆综合利用新技术,重点引导发展秸秆覆盖免耕、秸秆收获粉碎还田、秸秆有机肥加工、秸秆饲料、秸秆栽培食用菌、秸秆气化、秸秆工业品加工等秸秆综合利用技术。同时,提高农业机械化应用程度,使秸秆综合利用可便捷高效进行。

4.4 加强舆论宣传力度,抓好秸秆禁烧工作

高度重视,加强舆论宣传力度,坚决抓好秸秆禁烧工作,向农户发放秸秆禁烧告知书,利用广播、黑板报等形式进一步促进村民对秸秆禁烧的认识力度。广泛宣传秸秆综合利用的好处,引导农民群众认识到秸秆是一种宝贵资源,使秸秆禁烧和综合利用成为广大群众的自觉行动,变被动禁烧为主动利用。要采取多层次、多形式的技术培训,提高农民的环保意识和使用技能。

4.5 加强技术与市场的服务体系建设

农机和农口部门要加强联系与协调,建立农机与农艺相配套的种植模式,建立秸秆饲料与畜牧养殖业相结合的互补产业结构。建立以农机协会为纽带,以乡镇农机服务部门为依托,以“三大户”(农机大户、种植大户、养殖大户)为基础的秸秆综合利用推广新体系,加快推广步伐。加强与有关生产企业、科研单位的联系和合作,及时反馈信息,引导他们研制、开发、生产市场需要的,农民群众欢迎的秸秆综合利用新机具。

4.6 加大秸秆利用试点示范力度,培育秸秆利用龙头企业

要进一步加大秸秆综合利用工程的试点示范力度,完善工艺技术、提高装备水平、降低运行成本、创新发展机制,尽快形成规模化推广能力。坚持从实际出发,立足资源优势,培育一批秸秆加工利用的龙头企业。

参考文献：

［1］ 陈晓华.全国秸秆综合利用举措［J］.开营科技,2009（11）：71~72.

［2］ 丁 芳.餐厨垃圾和秸秆混合发酵生产蛋白饲料的研究［D］.上海：华东理工大学,2006.

［3］ 中国科学院植物研究所.细胞壁的结构与植物纤维-草类纤维(禾本科)［M］.北京：科学出版社,1983.

［4］ 杨淑惠.植物纤维化学［M］.北京：中国轻工业出版社,2001.

［5］ 刘仁庆.纤维素化学基础［M］.北京：科学出版社,1985.

［6］ 陈 颖.青岛市农作物秸秆综合利用的探讨［J］.山东农业,2007(11):17~18.

Study on Comprehensive Utilization of Crop Straw

Ding Fang，Qian Baojuan，Jin Linying

（Huacao Town Rural Intergrated Management Center of Minhang District,Shanghai 201107,China）

Abstract:Straw is the byproduct of crop production,and is also the recoverable resource and energy.Thus the comprehensive utilization of crop stalk gets more and more attention.This paper dicusses the comprehensive utilization of crop straw by analysing the main components of straw,the utilization methods and how to promote the work of utilization.

Key words: crop straw；comprehensive utilization；main components of straw；resources；energy