我国农作物秸秆的综合利用

薛向磊　黄丙申　初旭宏　刘宇松

摘要：详细介绍我国的农作物秸秆的利用现状，总结生物质能源利用的主要方法及应用特点，重点论述生物质能源的工业化利用，对今后我国农作物秸秆能源的利用前景做出展望。

关键词：农作物秸秆；生物质；综合利用；工业化

中图分类号：X 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）09-0057-03

农作物秸秆是籽粒果实收获后留下的含纤维成分很高的作物残留物，包括禾谷类、豆类、薯类、油料类、麻类、以及棉花、甘蔗、烟草、瓜果等多种作物的秸秆。我国是一个农业大国，秸秆资源十分丰富，每年产生的农作物秸秆总量超过6亿t，其中可以作为能源利用的在3亿t以上；但受传统的消费观念和生活方式的影响，农村秸秆资源完全处于高消耗、高污染、低产出的利用状况，大部分农作物秸秆被弃置或者焚烧，不仅浪费宝贵的自然资源，而且污染环境。有些地区因焚烧秸秆而造成烧毁树木和禾苗、引起火灾以及影响空中运输等不良后果。可见，妥善处置农作物秸秆和实现农作物秸秆的资源化利用具有重大意义。

1 我国农作物秸秆利用现状

2010年统计资料表明，全国年产农作物秸秆量为7.49亿t，其中玉米、小麦和稻谷秸秆占总秸秆量的85%。每年用于造肥、机械还田和用作饲料、工业原料及种植基料等的秸秆总量为3.56亿t，占总秸秆产量的47.5%；其余52.5%（3.93亿t）秸秆用于燃料或被废弃。其中用于燃料的秸秆量逐年减少，而废弃量逐年增加。

同时，农作物秸秆利用存在区域不均衡性。秸秆年产量最多为华东地区（1.87亿t），其次为华南地区（1.47亿t）、东北地区（1.75亿t）、华北地区（0.95亿t）、西南地区（0.79亿t）、西北地区（0.66亿t），其中山东、河南、四川、河北、黑龙江、江苏、吉林、安徽、湖北和湖南省10省的秸秆产生量最多，且河南、河北和山东的焚烧秸秆污染问题最突出。

另外，农作物秸秆利用时间不均衡。焚烧秸秆发生在收获期与下次播种期之间，时间短，处理量大，有的地方必须在几天内“处理”掉秸秆。焚烧秸秆地区经济较发达，农民生活水平较高，宁肯买液化气也不愿用秸能源做燃料，城乡结合部和农村规划小区秸秆废弃问题尤为严重。由此可见，传统能源利用方式已经难以满足农村现代化需求，生物质能优质化转换利用势在必行。

2 我国农作物秸秆传统利用方法

2.1 秸秆还田作肥料

秸秆还田方法可细分为秸秆直接还田、机械粉碎还田、堆肥还田、过腹还田。其中过腹还田是一种效益很高的利用方式，即把口感差、消化率低的秸秆进行青贮、氨化和微贮处理，改善秸秆的适口性，提高营养元素的利用率，经过禽畜之腹后变成有机肥还田，形成粮食—秸秆—饲料—牲畜—肥料—粮食的良性循环。

2.2 秸秆饲料化

秸秆中的有机物直接作饲料营养价值极低。因此，有必要对秸秆进行加工处理，将其纤维素、木质素、半纤维素等大分子物质分解为低分子的单糖或低聚糖，改善其适口性，提高营养物质的利用率及饲料采食率。

2.3 秸秆氨化

秸秆氨化基本原理是用氨水碱化处理秸秆，破坏木质素与多糖之间的醋键，使纤维素、半纤维素与木质素分离，将不溶的木质素变成较易溶的木质素，进而使得秸秆易于被动物吸收与消化。另外，氨水还可中和秸秆中潜在的酸度，为瘤胃微生物活动创造良好的环境，提高秸秆的利用率。一般来说，氨化秸秆的消化率可提高20%左右，粗蛋白含量也可提高1.0～1.5倍，采食速度提高16%～43%，采食量提高20%～30%。

2.4 秸秆青贮

秸秆青贮是目前秸秆处理量最大的一种方式，它能有效保存青绿秸秆的营养成分和鲜嫩汁液，适口性好，消化率高。秸秆在青贮发酵过程中产生一定浓度的乳酸，既可使饲料的营养成分不受损失，又可使饲料保持青鲜多汁的特点，并具有酸香味，增强适口性。

2.5 秸秆微贮

微贮是近年来推广的新技术，其原理是在秸秆中加入高效活性发酵菌种，增加分解纤维素、半纤维素和木质素的细菌数，加速纤维素、半纤维素和木质素分解转化，将秸秆转化为湿润膨胀和柔软酸香的饲料。

2.6 秸秆制作食用菌的培养料

将秸秆（如水稻秸秆、玉米秸秆和大豆秸秆等）用机械粉碎成小段，用作培养食用菌的基料。该方法在我国已大范围推广使用，为农村经济的发展做出了巨大贡献。秸秆作食用菌培育的基础材料，是一项投资小、见效快、技术要求不高的技术。在我国，各地利用秸秆栽培平菇、毛木耳、草菇和香菇等食用菌类，既丰富了人们的食物资源，满足人们对食品多样化的需求，均衡人们的食物营养，又充分利用了秸秆这一可资源化利用的废弃物资源。

2.7 秸秆燃料化

农作物秸秆作为农村传统的能源，直接燃烧具有经济方便、成本低廉和易于推广的特点，但存在能量利用率低与污染严重等缺点。因此，可以在一定条件下施加压力，使纤维素、半纤维素和木质素相互紧密粘连，固化成型，改善秸秆的燃烧特性，提高能量的利用率。

秸秆另外一种主要的利用方式是秸秆制沼。秸秆生产沼气一般有两种途径：一是秸秆直接进沼气池制沼气；二是秸秆作牲畜饲料，牲畜的粪便入沼气池制沼气。从能量利用的角度看，秸秆制沼技术是一种能量利用率较高的途径，可充分利用秸秆中的能量。秸秆制沼产生的沼气可用于作燃料或生活照明，沼渣进一步处理后可用作牲畜饲料，沼液是农业生产的优质肥料。以沼气为主的秸秆综合利用，不仅具有明显的节能效益和经济效益，而且具有长远的生态效益和社会效益，是解决当前农村能源紧缺矛盾，协调燃料、肥料和饲料三者关系的有效措施。

3 农作物秸秆工业化利用方式

3.1 生产可降解的包装材料

用麦秸、稻草、玉米秸、苇秆、棉花秆等生产可降解型包装材料，如瓦楞纸芯、保鲜膜、一次性餐具、果蔬内包装衬垫等，具有安全卫生、体小质轻、无毒、无臭、通气性好等特点，同时又有一定的柔韧性和强度。另外，其制造成本与发泡塑料相当，大大低于纸制品和木制品。在自然环境中，这种包装材料一个月左右即可全部降解成有机肥。

3.2 生产建筑装饰材料

将粉碎后的秸秆按一定比例加入粘合剂、阻燃剂和其他配料，进行机械搅拌、挤压成型、恒温固化，可制得高质量的轻质建材，如秸秆轻体板、轻型墙体隔板、粘土砖、蜂窝芯复合轻质板等，这些材料成本低、重量轻、美观大方，且生产过程中无污染，因此广受用户欢迎。目前，秸秆在建材领域内的应用已相当广泛，秸秆消耗量大，产品附加值高，又能节约木材，很有发展前景。按胶凝剂分类，用秸秆生产的建筑装饰材料有水泥基、石膏基、氯氧镁基、树脂基等。按制品的类型分，用秸秆生产的建筑装饰材料有复合板、纤维板、定向板、模压板、空心板等。按用途分，秸秆生产的建筑装饰材料有阻燃型、耐水型、防腐型等。

3.3 生产工业原料

玉米秸、豆荚皮、稻草、麦秸、谷类秕壳等经加工制成的淀粉，不仅能制作多种食品与糕点，还能酿醋酿酒、制作饴糖等。玉米秸秆含有12%～15%的糖分，其加工饴糖的工艺流程为：原料—蒸料—糖化—过滤—浓缩—冷却—成品。李莉等用稻草、玉米秸秆代替棉花、棉短绒制作纤维素，然后经化学改性、提纯等工序制得羧甲基纤维素产品，成本可降低20%。张启峰等采有玉米秸秆经过预处理、水解、净化、催化氢化、浓缩和结晶等步骤所制取的木糖醇，质量可达到食品级标准。刘俊峰等以稻草和麦秆为原料，用复合添加法制取糠醛，出醛率达理论出醛率的70%～80%，且废渣全部为中性复合肥料。秸秆酸、碱水解发酵制酒精的工艺条件苛刻，对设备有腐蚀，运行成本高，而秸秆酶解发酵酒精选择性强，且较化学水解条件温和，国内外的相关研究已有一定进展。

3.4 生产编织产品

秸秆用于编织业最常见的是稻草编织草帘、草苫、草席、草垫、草编制品等。草帘、草苫等可用于蔬菜工程的温室大棚中。草席、草垫既可保温防冻，又具有吸汗防湿的功效。品种花色繁多的草编制品，如草帽、草提蓝、草毡、壁挂及其它多种工艺品和装饰品，由于工艺精巧、透气保暖性好、装饰性佳，深受国内外消费者的喜爱，是一条效益很好的创汇渠道。

4 结语与建议

开发利用农作物秸秆能源对于我国新农村建设有着特殊重要的意义，“十五”“十一五”“十二五计划”一再强调能源的重要作用。在农作物秸秆能源利用中，应优化传统的利用模式，进一步发挥生物质能源的工业化作用。整合资源配置，实现生物质能源的可持续发展是未来我国农业资源利用的新形势、新要求。

参考文献

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