第二章农作物秸秆的综合利用案例

第二章农作物秸秆的综合利用一、秸秆的产生和分布农作物秸秆是籽实收获后剩下的含纤维成分很高的作物残留物，包括：——禾谷类作物秸秆，如稻秸，麦秸，玉米秸，高粱秆等——豆类作物秸秆，如大豆秆，绿豆秆，蚕豆秆，豌豆秆等——薯类作物秸秆，如甘薯藤，马铃薯藤，红薯藤等——油料作物秸秆，如花生秆，油菜秆，芝麻秆，胡麻秆等——麻类作物秸秆，如红麻秆，黄麻秆，大麻秆，亚麻秆等——棉花、甘蔗、烟草、瓜果等多种作物秸秆第一节概述农作物秸秆是世界上数量最多的一种农业生产副产品。据联合国环境规划署(UNEP)报道，世界上种植的各种农作物，每年可提供各类秸秆约20亿吨，其中被利用的比例不足20%。由于作物秸秆资源的利用，既涉及广大农村的千家万户，也涉及整个农业生态系统中的土壤肥力、水土保持、环境安全以及再生资源有效利用等可持续发展问题，近年来已引起世界各国的普遍关注，并越来越成为发展可持续农业的重要方面。二、秸秆的组成和特点秸秆作为农副产品，是一种有用的资源。秸秆中有机质含量平均为15%，平均含碳44.22%、氮0.62%、磷0.25%、钾1.44%，还含有镁、钙、硫及其他重要的微量元素，这些都是农作物生长所必需的营养元素。秸秆中含有的碳水化合物、蛋白质、脂肪、木质素、醇类、醛、酮和有机酸等，大都可被微生物分解利用，经过处理后可以加工成饲料供动物食用。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。这主要是由于秸秆细胞壁中纤维素、半纤维素和木质素紧密结合在一起，限制了消化酶对细胞壁内溶物的消化作用。从组成看，秸秆与纺织纤维相类似，但其粗纤维含量较高，密度小于黏胶纤维，堆积密度和断裂强度较小；而自身含有大量的孔隙，吸湿回潮率大于棉纤维，灰分含量较大。不同作物秸秆的有机质成分基本相似，但其中的化学组成和营养成分有所不同，在后续的利用中，应根据各自性质和组成加以区别。——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纤餐具，而内蘖的营养成分较高，可用来加工饲料。三.秸秆焚烧的危害和对策屡禁不止的焚烧秸秆问题，实质上是工业初步改造传统农业，但还没有彻底改造的结果。仅仅将秸秆焚烧问题作为“农业问题”，单纯依靠法规来禁止，或者依靠简单的工业化技术来转化，都不能从根本上解决问题。1.农村秸秆焚烧的原因分析（1）消除秸秆里寄生虫越冬造成的危害；（2）秸秆转变为饲料的难度大；（3）秸秆的综合利用问题尚未得到根本解决；随着经济发展和生活水平的提高，秸秆作为燃料的功能已被替代；而用于饲料和食用菌栽培料的数量有限，不解决根本问题。目前全国用于工业原料的秸秆仅有3000多万吨，不足总量的5%，再加上国家强制关闭一些污染大、净化技术差的小造纸厂，秸秆在工业方面的利用率更是大大降低。（4）农民对焚烧秸秆的危害性认识不足；（5）秸秆直接还田的成本较高，粉碎和熟化技术达不到抑制病虫害、有效利用的要求；（6）农村劳动力价格日益昂贵，外出打工和种田收益比差大，收获季节劳动力不足，农民不愿意为秸秆处理花费更多的时间和劳力。以上一系列实际存在的问题，使得农民在秸秆出路方面大都采用最原始最简单的方法——一烧了之。2.农村秸秆焚烧的危害据有关专家估计，我国秸秆燃烧产生的各类悬浮物有663.1万吨，硫、氮、碳化物的重量分别为18.7万吨、177.5万吨和7.5万吨。其中各类悬浮物的排量占全国总排量的18%。由此造成的巨大危害有：（1）污染空气环境，危害人体健康。焚烧秸秆时释放大量的二氧化碳使大气温度升高，进一步造成冰川融化，海平面上升，暴雨洪水和干旱分布不均，飓风异常。大气中二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物升高后，造成酸雨的同时，对人体造成很大损害。（2）引发火灾，威胁群众生命财产安全。据不完全统计，在秸秆集中燃烧期，火灾增加5%以上。（3）引发交通事故，影响道路交通和航空安全。据统计，在秸秆集中燃烧期间，交通事故增加30%以上。（4）破坏土壤结构，造成耕地质量下降，肥力下降。秸秆露天焚烧能够烤焦3厘米～5厘米厚度土壤，使得土壤中微生物死亡、有机质损失，导致土壤贫瘠，直接影响农作物的产量和质量。（5）浪费大量的宝贵资源。秸秆对作物的平均养分供应量占化肥施用量的2.87%，7亿吨的秸秆中就含有相当于1340.1万吨化肥（相当于250多万吨氮肥、500多万吨钾肥，500多万吨磷肥）的养分，相当于全国化肥施用量的38.9%，如果这些秸秆全部归田，可以为农民节省很大一笔肥料费用。四、秸秆综合利用的现状和途径1.秸秆综合利用现状秸秆的综合利用：是指在农村生产系统中，以秸秆为起点，以解决资源短缺为目标，实现有机物多重循环、多层利用，从而提高农业生态系统的综合效益的一种利用方式。中国秸秆的利用方式很多，主要分为能源化利用、直接还田、饲料化利用、作为工业原料以及食用菌基料等。各地经济发展水平、产业结构不同，其利用方式也不相同。（1）秸秆能源化利用秸秆能源化利用的主要方式有直接燃烧（包括通过省柴灶、节能炕、节能炉燃烧及直燃发电）、固体成型燃料技术、气化（包括生物质燃气、沼气）和液化（包括燃料乙醇和生物柴油）等。到2007年底，全国已累计推广省柴节煤炉灶1.5亿户，节能炉3470万户，节能炕2000万铺，热效率提高了10个百分点，节约了大量的生物质资源，有效缓解了农村能源的紧张局面。秸秆优质能源化利用也取得初步成果，建成秸秆集中供气站734处，秸秆沼气5万余户，秸秆固体成型燃料示范点54处。截至2007年11月，由各级发改委核准秸秆发电项目81处，建成并投产达17处，总装机容量达40万kW。（2）秸秆直接还田秸秆直接还田主要有机械粉碎翻压还田和覆盖还田二种方式。2005年全国秸秆机械化还田总面积为1934万hm2，占当年播种面积的12.9%；免耕覆盖还田面积271万hm2，占当年播种面积1.8%。（3）秸秆作为饲料养畜目前，全国秸秆养畜示范县已发展到30个省区市的485个县，其中秸秆养牛示范县323个，秸秆养羊示范县162个，青贮、氨化秸秆数量以及饲用秸秆量逐年上升。2004年全国青贮秸秆1.7亿t（鲜质量），氨化（含微贮）秸秆5100万t，两项折算节约饲料量3800万t。（4）秸秆作为工业原料秸秆纤维作为一种天然纤维素纤维，生物降解性好，可以作为工业原料。其中，最主要作为纸浆原料。造纸用麦草占麦草总量的30%以上，主要集中在麦草主产区的河南、山东、河北等省。据中国造纸协会对综合信息资料调查，2006年全国纸及纸板生产量6500万t，全国纸浆消耗总量5992万t。其中，禾草浆消耗量约830万t，比2005年有所增加，但所占纸浆消耗总量的比例呈下降趋势。（5）秸秆作为食用菌基料秸秆中含有丰富的碳、氮、矿物质及激素等营养成分，且资源丰富、成本低廉，因此很适合做多种食用菌的培养料。据中国食用菌协会对全国25个省市区统计，2005年食用菌总产量1334万t。其中，产量超过100万t有四个省：河南201万t、福建178万t、山东132万t、江苏100万t。如果按照基料和食用菌1︰1的比例进行推算，秸秆使用量将不超过1000万t。2.秸秆综合利用所面临的问题（1）群众认识还不足秸秆利用推广工作仍存在很多困难，主要表现在农村基层干部缺乏秸秆经济意识，没有从产业化的高度出发，农民群众对秸秆综合利用的长远利益、社会效益以及利用新途径等方面的认识也不到位。（2）资金投入不足尽管这几年国家推进秸秆机械化还田及综合利用的投入在逐年增加，但尚未形成稳定有效的投入机制，仅依靠地方政府补贴扶持，资金量还远远不足，农民和生产企业的积极性也很难充分调动起来。（3）秸秆制炭燃烧新技术亟待研发在秸秆固炭化方面，秸秆原料不同，所产生的燃烧值不同，玉米秸秆炭块目前在生物质燃烧器中燃烧效果不是很成功。（4）秸秆还田技术推广阻力大首先，秸秆直接还田后在土壤中被土壤微生物分解转化的周期较长，不能作为当季作物的肥源，而且一年只能还田一次。其次，还田秸秆数量、土壤水分、秸秆被粉碎的程度等影响秸秆还田的效果。再次，受病虫害危害的秸秆一般不能直接还田，特别是秸秆覆盖为病虫害提供了栖息和越冬场所，加之群众受传统习惯的影响，还不接受大面积还田。3.秸秆综合利用途径从目前秸秆综合利用的一些新发展来看，这些技术对于充分利用秸秆资源、缓解农村饲料、肥料、燃料和工业原料的紧张状况，促进农业持续协调发展都具有显著的效果。但是，从农业生态系统能量转化的角度来看，单纯采用一种利用方式，其能量转化率和利用率均不高。因此，最佳的利用模式应是因地制宜，把其中几种方法有机地组合起来，形成一种多层次、多途径综合利用的方式，这正是当前世界各国在研究如何更有效地利用生物资源时，所提出的一种新的无废、无污染的建设性的生产方式。（1）扩大秸秆生产，增加秸秆来源在保持土地资源持续利用的前提下，应根据各地不同情况，重视和强调发展多熟制，改一熟、二熟为三熟，这有利于大幅度提高秸秆的产量。（2）充分利用秸秆，提高转化效率首先，广为收集，把分散在田头、地角、路边等的作物秸秆全部收集，再以适当的方式开发利用，提高转化效率。（3）扶持龙头企业，实现秸秆利用产业化、规模化一、秸秆还田概述由于我国农业上化肥占用肥总量比例过大，造成土壤板结酸化、地力衰退、农作物营养不良和病害多的严重后果。美国每年生产作物秸秆4.5亿吨，占整个美国有机废弃物总产量的70.4%，秸秆还田量占秸秆生产量的68%，而英国秸秆直接还田量占其秸秆生产总量的73%。第二节秸秆还田技术1.秸秆还田的优势（1）增加土壤有机质和速效养分含量，培肥地力，缓解氮、磷、钾肥比例失调的矛盾。（2）调节土壤物理性能，改造中低产田。（3）形成有机质覆盖，抗旱保墒。（4）增加作物产量，优化农田生态环境。2.秸秆还田的常用方法（1）秸秆粉碎、氨化、青贮、微贮后过腹还田。（2）牲畜垫圈还田。（3）秸秆覆盖直接还田。（4）秸秆综合利用还田。（5）秸秆快速堆沤还田及速腐技术。3.秸秆还田中存在的问题（1）秸秆还田机械化程度不高。（2）秸秆还田技术的理论基础研究力度不够。（3）秸秆还田的配套栽培技术研究薄弱。4.秸秆还田的发展方向（1）走秸秆还田机械化道路。（2）发展生物工程技术。（3）走农机与农艺相结合的道路。二、秸秆还田技术秸秆作为有机肥料还田利用方法有三种:秸秆直接还田、间接还田(高温堆肥)和利用生化快速腐熟技术制造优质有机肥。1、秸秆直接还田秸秆直接还田是近年来的推广项目，采用秸秆还田机作业机械化程度高，秸秆处理时间短，腐烂时间长，是用机械对秸秆简单处理的方法。（1）机械直接还田该技术可分为粉碎还田和整秆还田两大类。采用机械一次作业将田间直立或铺放的秸秆直接粉碎还田使手工还田多项工序一次完成，生产效率可提高40-120倍。秸秆粉碎根茬还田机还能集粉碎与旋耕灭茬于一体，能够加速秸秆在土壤中腐解，从而被土壤吸收，改善土壤的团粒结构和理化性能，增加土壤肥力，促进农作物持续增产增收。采用秸秆还田粉碎机应当注意：——耕地深度要达到28cm以上，大犁铧前要有小犁铧，以便把秸秆埋深埋严；——适当增施氮肥，以调节C/N比，满足土壤微生物分解秸秆所需；——灭除秸秆所带病虫。机械还田是一项高效低耗、省工、省时的有效措施，易于被农民普遍接受。但秸秆机械直接还田存在两方面的弱点：——耗能大，成本高，难于推广；——山区、丘陵地区土块面积小，机械使用受限。整秆还田主要指小麦、水稻和玉米秸秆的整秆还田机械化，可将田间直立的作物秸秆整秆翻埋或平铺为覆盖栽培。（2）覆盖栽培还田秸秆覆盖栽培中，秸秆腐解后