秸秆资源化

​中国农作物秸秆年产量约为7亿t左右，列世界之首。每年收获的秸秆除去用于造纸的2800万吨秸秆和作为饲料或饲料原料的2.13亿t秸秆，造肥还田及收集损失的1.089亿t，可作为能源加以利用的秸秆总量为3.761亿t(见表1)。尽管中国秸秆资源丰富，但由于人口众多，人均占量相对于发达国家较少，还不到0.6t／(人·a)。中国的农村主要有水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆，其中玉米秸秆占36.7％，稻草秸秆占27.5％，小麦秸秆占15.2％。其粮食作物秸秆占了总量的90.5％。50％以上的秸秆资源集中在四川、河南、山东、河北、江苏、湖南、湖北、浙江等9省，西北地区和其它省份秸秆资源分布量较少。稻草主要在长江以南的诸多省份，而小麦和玉米秸秆分布在黄河与长江流域之间，以及黑龙江和吉林等省份。

中国秸秆资源化技术呈现多元化发展。如秸秆还田、制有机肥料、秸秆气化及压块燃料、动物饲料、作造纸业和纺织业的原料及秸秆培养食用菌等等。但与西方某些国家相比还有相当大的差距，相当多的一部分农作物秸秆仍被弃置在田间地头和河沟，或者焚烧。

宏观秸秆还田可以草养田、以草压草，达到用地养地相结合，培肥地力。

微观秸秆还田能提高土壤有机质含量；改善土壤理化状况，增加通透性；保存和固定土壤氮素，避免养分流失，归还氮、磷、钾和各种微量元素；促进土壤微生物活动，加速土地养分循环。

1.秸秆直接还田

（1）机械直接还田

（2）覆盖栽培还田

（3）机械旋耕翻埋还田

2.秸秆间接还田

（1）堆沤腐解还田

（2）烧灰还田

（3）过腹还田

（4）菇渣还田

（5）沼渣还田

注意：秸秆覆盖量，一般每亩300~400kg；

配合施用氮、磷肥，施N0.6~0.8kg/100kg；

减少病虫害传播。

3、秸秆生化腐熟快速还田

采用先进技术培养能分离粗纤维的优良微生物菌种，生产出可加快秸秆腐熟的化学制剂，并采用现代化设备控制温度、湿度、数量、质量和时间，经机械翻抛、高温堆腐、生物发酵等过程，使秸秆→有机肥。

1.催腐剂堆肥技术

2.速腐剂堆肥技术

3.酵素菌堆肥技术

实例：由工业废液生产高浓缩秸秆复合肥

造纸黑液→工业化沤制发酵→氨化处理→磷化处理→高温高压处理→颗粒型复合肥。

4.配套的农艺技术和机具

(1)技术：为秸秆腐解创造条件；调解土壤水分和C/N比、C/P比（土壤湿度要求在田间持水量的60~80%、每亩应补施7~10kg尿素和20~25kg过磷酸钙；加强后续田间管理；因地制宜，采取不同的还田时间和方法；避免有病秸秆还田。

（2）机具：秸秆还田旋耕机；甩刀式碎土灭茬机；装有覆土器的深耕犁、高架深耕犁；秸秆粉碎抛撒机。

秸秆的主要成分是粗纤维，包括纤维素、半纤维素和木质素等，一般约占秸秆干物质的20~50%。

未经处理的秸秆消化率和能量利用率较低，因为秸秆中的木质素和糖类结合在一起，很难分解；蛋白质含量低和其他必要营养物质缺乏。

处理目的：为动物的消化吸收创造条件；提高秸秆饲料的营养价值。

处理方法：物理；化学；生物。

1.物理处理

（1）切短、粉碎机软化

简单有效，采食量增加20~30%。

（2）粉碎后压块成型

铡切（5cm段）→烘干（含水16%）→压制成型（圆柱或块状）。

优点：密度大，含水量低，便于运输、贮存和饲喂；高温挤压使消化率提高25%；有浓郁糊香味和轻微甜度感，适口性提高；卫生条件好；可实现工厂化生产，全年进行加工。

设备：挤压式环模压块机、平模压块机和压缩式压块机等。

（3）秸秆挤压膨化技术

原理：将秸秆加水调质后输入专用挤压机的挤压腔，依靠秸秆与挤压腔中螺套壁及螺杆之间相互挤压、摩擦作用，产生热量和压力，当秸秆被挤出喷嘴后，压力骤然下降，使秸秆体积膨大。

主要设备：螺杆式挤压膨化机。

工艺流程：秸秆→清选→粉碎→调质→挤压膨化→冷却→包装。

膨化后易吸收的无氮浸出物含量提高，粗纤维与酸性洗涤纤维下降；且适口性好；便于运输贮

（4）热喷处理

原理：铡碎的秸秆（8cm），混入饼粕、鸡粪等，装入饲料热喷机内，在一定的热饱和蒸汽下，保持一定时间，然后突然降压，使物料从机内喷爆而出，从而改变其结构和某些化学成分，并消毒、除臭，使物料可食性和营养价值提高。

设备：饲料热喷机，实质为一种间歇式蒸汽膨化机。

2.化学处理

利用化学制剂作用于作物秸秆，破坏秸秆细胞中半纤维素与木质素形成的共价键，以利于瘤胃微生物对纤维素与半纤维素的分解，从而达到提高秸秆消化率与营养价值的目的。

方法：碱化、氨化、氧化还原、复合化学处理。

（1）碱化处理

原理：在一定浓度的碱液的作用下，打破粗纤维中纤维素、半纤维素、木质素之间的醚键或酯键，并溶去大部分木质素和硅酸盐，从而提高秸秆饲料的营养价值。

方法：①湿法：每吨秸秆需NaOH8~10kg，水3~5L浸泡、冲洗；②干法：将20~40%浓NaOH溶液喷于粉碎或切断的秸秆上（30ml/100g），然后用酸中和。

用碱量大，须用大量水冲洗，易造成环境污染。

（2）氧化剂处理

主要指利用SO2、O3及碱性过氧化氢（AHP）处理秸秆，破坏木质素分子间的共价键，溶解部分半纤维素和木质素，使纤维基质中产生较大孔隙，从而增加纤维素酶和细胞壁成分的接触面积，提高饲料消化率。

效果较好，但成本太高。

（3）氨化处理

原理：用氨水、液氨、尿素或碳铵等含氨物质，在密闭条件下处理秸秆，氨与秸秆发生碱化作用（打破木质素和纤维素的酯键和镶嵌结构，溶解半纤维素和部分木质素与硅酸盐，纤维素部分水解与膨胀）；氨化作用（氨吸附在秸秆上，增加了粗蛋白含量，延缓氨的释放速度，促进瘤胃微生物的活动）；中和作用（与有机酸中和，形成适宜瘤胃微生物活动的微碱性环境）。

要点：氨用量3~4%；处理时间随温度提高而缩短，一般4~8周；最佳含水量15~20%。饲草秸秆揉搓机（三）秸秆饲料利用技术

秸秆资源化.。是指采用物理，化学或生物技术等方法将秸秆进行加工处理，将其制成伺料或乙醇等，使它们更好被人类利用。

常用秸秆氨化操作方法：

①小型容器法

②堆垛法

③氨化炉法

饲喂方法：喂前1~2天要将秸秆取出，摊在地上放氨；初次饲喂数量不能过多，逐渐提高饲喂量。

（4）复合化学处理

融合了碱化处理对木质素分解效果好和氨化处理增加瘤胃微生物蛋白合成量的优点，克服了碱化处理残留碱量高和氨化处理对木质素软化作用差的缺点。可使采食利用率提高10~40%；含氮量提高1~2倍；粗蛋白含量达到7~15%。

根据不同秸秆和牲畜选择不同的化学处理剂配方，如尿素 氢氧化钙的复合化学处理。将5~7kg生石灰和2~3kg尿素溶于50kg水中，喷洒在切碎的100kg秸秆上，混合均匀后密封，夏天20~30天，春秋40~60天，冬季60天以上，可开封饲喂，适宜的水分为40%，尿素不得低于2%。

3.生物处理

（1）青贮技术

原理：将新鲜植物紧实地堆积在不透气的容器中，通过微生物的厌氧发酵，使原料中所含的糖分转化为有机酸——主要是乳酸菌。当乳酸在青贮原料中积累到一定浓度时，就能抑制其他微生物的活动，并制止原料中养分被微生物分解破坏，从而将原料中养分很好地保存下来。发酵过程中产生大量热能，当温度上升到50℃时，乳酸菌也就停止了活动，发酵结束。

优点：饲料保持青鲜多汁的特点，并具有酸香味，牲畜比较爱吃，贮存时间较长；且技术简单、方便推行。但对纤维素的消化率提高甚微。

青贮添加剂：微生物制剂、酶制剂、抑制不良发酵的添加剂、营养添加物、无机盐

技术要点：①窑的建设：容器有青贮塔、青贮窑和塑料袋；可建成地下式、半地下式和地上式。②原料的收割与切短：适时收割；水分应降至60~70%。③操作步骤：配制菌液；粉碎分层铺实→湿度控制在55~60%→封窑→7~15天后开窑。

喂养注意：只能喂反刍动物。逐步加量。

（2）微贮技术

秸秆微贮是对农作物秸秆机械加工处理后，按比例加入微生物发酵菌剂、辅料及补充水分，并放入密闭设施中，经过一定的发酵过程，是指软化蓬松，转化为质地柔软，湿润膨胀，气味酸香，动物喜食的饲料。

原理：利用微生物将秸秆中的纤维素、半纤维素降解并转化为菌体蛋白。

成本低、适口性好、消化率高、利于工业化生产。

技术要点：复活菌种→配制菌液→切断秸秆→装填入窑→水分控制→封窑→开窑。

用微贮技术制备秸秆菌体蛋白生物饲料

以农作物秸秆、杂草、树叶等为主要原料，将秸秆粉置于人工造就的特定的生态环境中，经过制作剂——秸秆生化饲料发酵剂的生物化学作用，促使微生物的大量繁殖和活动，合成游离氨基酸和菌体蛋白，从而使秸秆转化为富含粗蛋白、脂肪、氨基酸及多种维生素的高效能秸秆饲料。

秸秆气化集中供气技术——山东省科学院研究推广；

生物质气化技术——辽宁省能源研究所设计的固定床气化系统；

干馏热解法秸秆气化技术——大连市环科院；

生物质中热值气化技术——浙江大学热能工程研究所；

湿式净化秸秆气化机组——山东工业大学生物能源技术开发中心；

采用现代技术工厂化处理作物秸杆加工有机肥料

传统利用秸秆堆腐有机肥料办法费工费时，各地应用现代技术总结归纳出一系列新的利用秸秆堆腐有机肥料。

(一）新技术的主要内容

新的堆腐秸秆加工有机肥料技术包括以下内容。

1. 向秸秆中加入现代生物技术研制的微生物发酵菌剂，作为秸秆发酵分解的主体，促进分解作物秸秆优势微生物种群的快速形成。

2. 采用工程、机械措施为微生物活动提供所需的温度、空气等发酵条件。

3.加入其它原料，调节发酵物料的碳氮比、水分、空气等发酵条件。

4.通过新加工工艺、新设备减少加工有机肥料的劳动强度。

(二）具体操作方法

1. 利用现代技术的堆腐秸秆的方法一般包括场地建设、设备配置、原料配方、发酵过程控制等环节，其操作方法与过程如下。

2.在水泥地面上建设秸秆发酵工作间发酵间长6tn、宽3m、高2m，没有顶，在3m宽一端留开口，能够使叉车直接进入发酵间翻堆。发酵间的墙壁带孔，以利通气。

3. 在发酵间地面铺一层作物秸秆，撒上微生物发酵菌剂、调节碳氮比的畜禽粪便或氮肥以及能够吸附分解释放氨气的吸附剂，逐层 堆积，直到堆满整个发酵工作间。

4.向发酵堆中加人水，调节水分、通气状况等发酵条件。使发酵工作间保持一定湿度。

5.当发酵温度超过50°C时，用叉车翻堆，降低发酵温度。

秸秆纤维混凝土砌块具有轻质、隔热、保温、隔音等特点，而且取材容易、制作简单、施工方便、成本低廉，是一种新型的建筑材料，为秸秆资源化利用提供了一种新的途径。

秸秆纤维掺入混凝土之后，由于秸秆密度远远小于混凝土的密度[6]。故在体积一定的条件下，增加秸秆的掺量，可以减小混凝土的质量，即秸秆纤维混凝土砌块的密度随着纤维的掺量的增大而减小，但当骨料粒径大于40mm时，混凝土的密度降低较小，这主要是因为当粗骨料粒径较大时，混凝土内部有可能存在大孔隙，使得掺入的秸秆先弥补颗粒间的孔隙，而不是挤占颗粒存在的空间。

秸秆纤维混凝土砌块作为一种新型的建筑材料，传热系数较小，具有很好的保温隔热性能。秸秆纤维混凝土砌块保温隔热性能远远高于普通墙体，其保温性能是普通粘土砖墙体的近10倍[5]。

我国可制成秸秆纤维的农作物一季生成、且产区广阔，在该产区内建设农宅可直接打制建材，可显著降低运输成本。秸秆的使用不需要额外的加工费用，直接用收割机具打捆即可制成秸秆纤维砌块，施工工艺简单，人工费用低，故秸秆纤维混凝土砌块的生产成本低廉。

秸秆纤维混凝土砌块之所以具有较好的防火性，主要是因为经过压制密实的秸秆纤维砌块内部没有可供燃烧的空气;秸秆纤维受水浸湿后水分并不向内部渗漏，水分的反复循环作用也不会破坏砌块，因此秸秆纤维混凝土砌块墙体的表面具有一定防水特性。总之，秸秆纤维砌块构件的防火安全和防水性能通过一般的建筑构造措施就可以保证。

秸秆纤维混凝土砌块是农业副产品，在生产加工过程中不会产生有毒的副产品，也不会对环境产生污染，并且在砌筑的过程中，也不需要任何化学添加剂，仅需简单的叠垒、固定，手工即可完成，没有污染，废弃的墙体材料易于降解，可作为沼气原料，或农业生产原料，产生的建筑垃圾少。由于秸秆纤维混凝土砌块具有突出的保温隔热的性能，故在使用的过程中可以减小建筑热量损失，节约冬季采暖夏季制冷能耗，实现节能减排的目的。

19世纪末，美国人最早使用秸秆砌块作为墙体材料，将秸秆砌块(用金属网将麦秸秆或稻草捆扎而成)像普通砖一样垒砌起来，直接作为建筑的承重结构[7]。随后在人们在使用的过程中发现用这种砌块建造的房屋坚固耐用，而且冬暖夏凉，保温、隔声效果好，故受到人们的广泛关注。20世纪初期开始，由于普通墙体材料在使用的过程中显露出来一系列实际的问题，比如能源的大量消耗，建筑材料的大量使用。我国也开始对农作物秸秆在建筑材料中的资源化利用问题进行深入的研究，目前开发的主要产品有秸秆水泥条板、秸秆轻质隔墙板、草转、秸秆门以及秸秆瓦等，这些产品已处于推广应用阶段。而对于秸秆墙体材料的研究较少，起步较晚，处于探索阶段。