农作物秸秆资源利用技术现状及其展望研究

２Ｏ１７年７月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｒｅ绦色料技　ｅｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　第１４期　农作物秸秆资源利用技术现状及其展望研究　桂思琪，黄碧捷，陶元，岳琳　（江汉大学化学与环境工程学院，湖北武汉４３００５６）　摘要：指出了农作物秸秆是农业生产的附属品，作为可再生能源，具有广阔的应用前景。以农作物秸秆资　源化利用相关文献及报道为基础，综述了目前我国秸秆资源化利用技术现状、并对其未来技术发展趋势进　行了展望性研究。　关键词：农作物秸秆；利用现状；技术展望　中图分类号：Ｘ３２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—９９４４（２０１７）１４—００７７—０３　１　引言　作为燃料生火做饭或就地焚烧。随着经济的发展与农　村现代化化，农村居民对秸秆的的需求下降，且在秸秆　我国是一个农业大国，农业的发展使其附属产生农　综合处理技术成本高的情况下导致秸秆露天焚烧的现　作物秸秆的资源量也非常可观。秸秆是我国大部分农　象更多，对大气环境造成一定影响。　村地区主要的牲畜饲料和生活燃料，随着现代经济的发　二是我国对秸秆资源利用意识与技术形成起步较　展，秸秆逐渐被天然气等其他产品所代替，而秸秆资源　晚　］，相关政策不够完善，在发展经济脱贫时期，没有经　化利用途径推广不普遍。同时，秸秆的大量露天堆积及　济实力发展可再生清洁能源的利用与重视环境保护。　焚烧，严重的影响到了周边生态环境和人们健康问题，　三是秸秆综合利用技术的创新性不足，科技转化力　不仅造成了资源的浪费，还存在潜在的社会、经济和生　度不够，缺乏秸秆处置技术导致其经济价值难以得到发　态问题，严重的制约了农业的可持续发展。　挥，这是最核心的原因。这样大多农民都找不到“变废　农作物秸秆具有分布广、种类多、污染小且热值含　为宝”的途径，甚至还需要付出一定的秸秆处理成本，最　量高等特点。２０１０年全国秸秆理论资源量为８．４亿ｔ，　简单的方法必然是让秸秆“付之一炬”。　可收集资源量约为７亿ｔ＿】］。农作物秸秆可利用资源量　丰富，若实现系统产业链资源化利用技术，可以有效缓　３现有资源化利用技术及展望　解农村能源、工业原料、肥料和饲料的供应压力，能发展　３．１就地利用技术　循环经济，实现多层次的综合利用，从而促进现代农业　３．１．１　秸秆还田　的发展。　农作物秸秆中富含土壤所需的有机质和微量营养　２秸秆利用现状及形成原因　元素，是一种营养价值非常高的土壤肥料，可以提高土　壤肥力、改善土壤团粒结构、提高农产品的产量和质量。　２．１利用现状　还田利用还分为直接还田、间接还田、秸秆生化腐熟　随着农村经济的逐渐发展，我国农作物秸秆的用途　还田。　有：饲料、工副业生产原料、直接还田。由于部分地区政　秸秆直接还田是将用机械破碎的秸秆粉末或残留　策法规的不完善，一些城市郊区，农民对秸秆的需求减　在田问的秸秆、根茎耕翻掩埋，与土壤混合后渐渐腐烂，　少，为图方便将秸秆就地焚烧，污染环境，影响交通，为　将秸秆中的大量有机质和其他一些微量元素释放于土　此国家有关部门做出了禁烧秸秆管理措施，出台了一些　壤中，从而达到提高土壤肥力，改善土壤质量的目的　］。　相关政策，情况虽有所缓和，但目前仍然存在秸秆资源　秸秆直接还田具有操作简单、能耗低等优点，但是部分　浪费和环境污染等情况。因此，研究农作物秸秆经济有　地区秸秆在土壤中自行腐烂的速度较慢，反而会对次年　效的利用技术有着非常重要的意义。　农作物产生影响，无法大规模、长期使用。现阶段和未　２．２形成原因　来的研究及应用主要集中在如何有效的提高秸秆的破　针对我国的秸秆资源产量，结合我国目前的发展形　碎率上。　势及农村居民的生活方式等分析造成我国农作物秸秆　秸秆间接还田是将秸秆喂养牲畜过腹还田或进行　得不到较好利用的原因。主要有以下几点。　发酵，将产生的牲畜粪便和发酵产生的残渣施撒于田　一是农民环保的意识较薄弱，缺乏与外界的技术交　中，其中的营养成分更易被土壤吸收。秸秆间接还田改　流，对秸秆综合利用问题存在缺陷。在农村，秸秆一般　善了直接还田的弊端，但是间接还田还存在多产业链问　收稿日期：２０１７—０７—１０　基金项目：湖北省教育厅科研指导性项目（编号：Ｂ２０１　５２２５）　作者简介：桂思琪（１　９９８），女，江汉大学化学与环境工程学院学生。　通讯作者：黄碧捷（１９８２一），男，博士，副教授，高级工程师，主要从事大气污染与环境生物学方向的教学与研究工作。　７７　桂思琪，等：农作物秸秆资源利用技术现状及其展望研究　题，只有在当地形成牲畜、发酵等一系列规模，才能更加　经济、便捷地实施秸秆间接还田。现阶段和未来的研究　及应用主要集中在如何综合性形成秸秆一牲畜一产业　的模式。　环境与安全　个经济环保的技术方法，在我国已有多家生物质燃烧电　厂，主要问题在于秸秆的分散收集成本高和燃烧热　值低。　（２）秸秆气化。通过热解或沼气池发酵将同体秸秆　秸秆生化腐熟还田是将粉碎后的秸秆与一定量的　转化为气态燃料的处理技术。热解气化是在缺氧环境　下将秸秆粉末进行一系列的处理，将在这一过程中产生　生物菌剂和适量的氮肥混合，洒水后堆压，秸秆中的高　分子粗纤维被高温沤制后产生纤维素酶分解为小分子　的ＣＯ、Ｈ　、ＣＨ　等气体加以利用；秸秆发酵制沼气是将　人畜粪便和秸秆的混合物在厌氧的环境下发酵生成｝＝ｆｊ　的糖醇等，有害的寄生虫卵、病源菌等被高温杀灭，进而　生成有机熟肥　。其优点是秸秆可以完全分解且腐化　气。秸秆气化技术提高了秸秆的利用效率，减少秸秆直　速度快、相比于前两种还田方式肥效更高。但操作较于　繁琐，需要有一定的技术人员，需要产业化。现阶段和　未来的研究及应用主要集中在如何在实验室筛选有效　菌和提高菌体在农田里的效率和世代性。　３．１．２　秸秆饲料　我国秸秆产量大，王亚静等　研究发现我国秸秆产　量中适宜做牲畜喂养饲料的秸秆占８５．６７　。但是由　于秸秆饲料存在口感差、质地硬、不易消化等特点，我国　用做牲畜饲料喂养的秸秆量也不超过总量的２０　］，　这是限制秸秆过腹还田的原因之一。研究高质量秸秆　饲料的方法是秸秆饲料化利用的重要发展方向。秸秆　饲料化方法主要有以下６种。　（１）氨化技术。该技术是利用氨的水溶液对农作物　秸秆进行浸泡处理，秸秆经过氨化后变得柔软，易于家　畜消化吸收，饲料粗蛋白含量增加，含氮量增加。　（２）膨化技术。该技术是将秸秆原料经过一连串的　调湿，加热捏合后进人制粒机主体，在主体内物料水人　流失迅速蒸发，体积膨胀，成为膨化饲料。　（３）微储饲料技术。将名为秸秆发酵活干菌的微生　物高效活性菌种加入到秸秆中，使之密封储藏，经过发　酵后变成草食性家畜的主饲料。　（４）青贮及黄贮技术。青贮是将收割好的鲜秸秆直　接粉碎后窖贮，装袋打包的秸秆储存技术，要求含水率　不能过低；黄贮是利用干秸秆做原料，经机械粉碎后加　水和生物菌剂，捆压以后装袋贮存的技术。由于秸秆饲　料的黄贮技术不受秸秆含水率的影响，一年四季都可以　做，有价值进行广泛推广。　（５）颗粒化技术。将秸秆粉碎后根据其用途设计配　方，与其他农副产品混搭使用，制成颗粒饲料。该技术　能提高产品质量，是饲料达到各种营养元素平衡，改善　了其适口，性操作简单，实用性强且效果明显。　（６）热喷技术。用热力效应与机械效应结合的方　法，改善粗饲料适口性。饲料经过热喷处理后质地柔　软，味道芳香，营养价值和利用价值大大提高。但由于　目前热喷技术成本较高，在生产实践中推广仍有难度。　３．１．３　能源利用　秸秆生物质能可以通过直接燃烧、气化、液化和炭　化等方式转化为其他能源加以利用　］。　（１）秸秆直接燃烧供热及发电。是最普遍的应用方　式。这种方式利用效率低，还会对大气环境造成一定的　影响。汪海波等　研究发现秸秆经过固化成型处理后，　热效率提高了５０　～７Ｏ　，同时秸秆固化有利于秸秆　的储存和运输。将秸秆与煤混合燃烧进行发电也是一　７８　接燃烧对大气环境带来的影响，具有清洁、方便、经济等　优点，但秸秆发酵制沼气对秸秆的处理量有限。　（３）秸秆液化。通过物理、化学和生物的方法利用　秸秆降解产燃料乙醇、生物燃料油等，提高了秸秆利刚　率的同时，改善了石油化石燃料能源日益减少的压力。　（４）秸秆炭化。将秸秆粉碎后添加适量粘结剂和水　混合施加一定压力使其固化成型后再用炭化炉将其进　一步加工处理成为具有一定机械强度的生物煤。相较　于工业燃煤具有含硫量低、灰分小等优点。　３．２异地利用技术　３．２．１　秸秆造纸　纸是利用植物纤维制成的，造纸的原材料主要有小　材和一些植物秸秆。因为经济文化教育等的不断发展，　纸张已经成为了人们生活的必需品。人们对纸张的需　求量也越来越大，但同时我国是一个森林覆盖率较低的　国家，木材的大量砍伐也会给我国的资源环境带来一定　的影响。所以大量的农作物秸秆是造纸的主要的原材　料。同时，我国也提倡纸张循环回收利用，节约资源。　３．２．２　可降解包装材料　我国是包装生产大国。郝素琴等　提到我国年消　耗各种包装材料２０００万ｍ。以上，其中绝大多数是难降　解的塑料类材料，对环境造成严重的污染。秸秆具有叮　降解、经济、环保等优点，用于生产可降解包装材料，不　仅是大量的秸秆资源得到利用，同时减少大量塑料包装　对环境造成的影响。　３．２．３　轻型建材及家居用品　农作物秸秆中的纤维素与一定量的粘接剂和强化　材料混合后，可以制成纤维板、复合板等绿色秸秆建材。　其质量小，不会造成严重的安全事故，且成本低、绿色环　保。谭强等　。。研究发现将秸秆与石灰浆、水和防腐剂　按一定比例混合制成秸秆纤维混凝土砌块，可满足建筑　材料在强度刚度、保温隔热等方面的要求。秸秆轻型建　材和家居用品已经在生活中有一定的应用并具有广阔　的前景。　４结语　我国农作物秸秆资源丰富，做为可再生资源可用于　肥料、饲料、能源和工业原料等多方面，具有极广的应』ｆｊ　范围，应加大其资源化利用的研究与实践。当前秸秆综　合利用技术已获得相应的成效，然而，单纯的利用某一　种方式将必然会受到局限。探讨在当前及未来制定的　（下转第８３页）　２Ｏ１７年７月　绿　色　科　技　第１４期　理及算法ＩＤＩ　实现ⅢＪ］．遥感信息，２００９（２）：９１～９７．　７结论与讨论　本研究利用ＭＯＤＩＳ热异常数据对２０１７年４月１５　［４］张彦，刘１５４．　婷，李冰，等．基于ＭＯＤＩＳ数据的河南省秋季作物　秸秆焚烧火点监测研究［Ｊ］．河南农业科学，２０１６，４５（１１）：１４９　～日全国范围内的秸秆焚烧火点进行提取分析和定位。　结果表明，相比于传统的人工排查等手段，卫星遥感技　术监测秸秆焚烧具有范围广、速度快、成本低等巨大优　［５］何立明，王文杰，王［６］张丽娟，厉青，陈桥，等．中国秸秆焚烧的遥感监测与分析［１『］．　辉，等．２Ｏ１４～２０１５年夏秋收期间全国秸秆　中国环境监测，２００７，２３（１）：４２～５Ｏ．　势。另外，结合ＧｏｏｇｌｅＥａｒｔｈ高清卫星地图软件，对每　一焚烧遥感监测结果对比分析［Ｊ］．环境与可持续发展，２０１６，４１（６）：　６１～６５．　个焚烧火点进行精准定位，可为相关监管部门提供及　［７］张树誉，李登科，李星敏，等．卫星遥感在秸秆焚烧监测中的应用　［Ｊ］．气象，２００５，３１（９）：８３～８６．　时准确的火点监测数据，便于执法和治理，对建设绿色　环保社会、生态文明社会具有显著的意义。　参考文献：　［１］王子峰，陈良富，顾行发．基于ＭＯＤＩＳ数据的华北地区秸秆焚烧　监测ＥＪ］．遥感技术与应用，２００８，２３（６）：６１１～６１７．　［８］成思敏．秸秆焚烧遥感监测［Ｊ］．民营科技，２Ｏ１４（９）：５２～５２．　［９］胡梅，齐述华，舒晓波，等．华北平原秸秆焚烧火点的ＭＯＤＩＳ影　像识别监测［Ｊ］．地球信息科学，２００８，１０（６）：８０２～８０７．　［１ｏ］张树誉，李登科，景毅刚．“３ｓ”技术在关中地区秸秆焚烧遥感监　测中的应用［Ｊ］．环境监测管理与技术，２００５，１７（２）：１７～２Ｏ．　［１１］江苏开展秸秆焚烧卫星遥感监测工作［Ｊ］．环境监测管理与技术，　２００９（３）：４０～４Ｏ．　［２］刘婷，王来刚，范虎，余磊．基于ＥＯＳ／ＭＯＤＩＳ数据的河南省小麦秸　涛，等．基于ＭＯＤＩＳ的秸秆焚烧火点识别原　秆焚烧监测分析［Ｊ］．河南农业科学，２０１１，４０（１１）：１５８～１６０．　［３］杨珊荣，李（上接第７８页）　［４］李海亮，汪春，孙海天，等．农作物秸秆的综合利用与可持续　政策法规，并考虑因地制宜的条件下，将多种有效利用　技术糅合，形成多角度、宽层次、有效性的综合利用模　发展［Ｊ］．农机化研究，２０１７，８（８）：２５６～２２６．　［５］王亚静，毕于运，高春雨．中国秸秆资源可收集利用量及其适宜　式，以实现高效的秸秆资源化利用新局面和形成良性产　业化发展是非常必要的。　性评价ＦＪ］．中国农业科学，２０１０，４３（９）：１８５２～１８５９．　［６］韩鲁佳，闫巧娟，刘向阳，等．中国农作物秸秆资源及其利用现　状［Ｊ］．农业工程学报，２００２（３）：８７～９１．　［７］汪海波，秦元萍，余康．我国农作物秸秆资源分布、利用与开发　策略［Ｊ］．国土与自然资源研究，２００８（２）：９２～９３．　［８］石磊，赵由才，柴晓丽．我国农作物秸秆的综合利用技术发展　艳．我国农作物秸秆综合利用概况［Ｊ］．中国环境管　［Ｊ］．中国沼气，２００５，２（２３）：１１～１９．　［９］郝素琴，刘理干部学院学报，２００７，３（１）：６５～６７．　参考文献：　［１］常～蕊．农作物秸秆综合利用技术［Ｊ］．农业工程，２０１５，５（２）：３９　４１．　［２］刘玉华．天津秸秆固化燃料技术现状与应用前景［Ｊ］．资源节约与　环保，２０ｉ２（３）：４１～４２．　［３］李金红．新时期推动农作物秸秆综合利用方式转变的思考［Ｊ］．天　津农业科学，２０１３，１９（１２）：８Ｏ～８３．　［１ｏ］谭　强，阎慧群，王　可．新型环保节能建材秸秆纤维混凝土砌　块的研究进展［Ｊ］．生态经济，２０１３（４）：１２１～１２４．　（上接第８Ｏ页）　源化利用综合技术的方法。笔者也将继续进行这方面　的研究。　不可小觑，应在其局部地区加以管理及合理利用　。　４结论　“十二五”期间湖北省秸秆资源总量逐年增加，２Ｏ１５　年突破４０００万ｔ，预计在“十三五”期间，秸秆资源量将　会继续持续增长。　“十二五”期间，荆州、襄阳、鄂州、荆门、孝感、黄冈、　仙桃和潜江的年秸秆耕地产生强度和区域产生强度均　大于省平均值。应加强对秸秆资源量的管理与利用，控　制秸秆随地焚烧的现象。同时，不可忽视天门市这类秸　参考文献：　［１］亢银霞，宋柱亭，郭俊先．农作物秸秆综合利用技术研究综述　［Ｊ］．新疆农机化，２０１３（２）：４８～５１．　［２］张　珂．秸秆综合利用率将提高——解读《“十二五”农作物秸秆　综合利用实施方案》［Ｊ］．农村新技术，２Ｏ１２（５）：４９～５Ｏ．　［３］李新芸，江波．农作物秸秆综合利用现状及对策＿Ｊ］．湖南农　机，２００６（２）：１６～１８．　［４］ＨＵＡＮＧ　Ｂｉ　ｊｉｅ．Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ　ｏｆ　ｖｏｌａｔｉｌｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ　ｆｒｏｍ　ｆｉｅｌｄ　ｂｕｒｎｉｎｇ　ｏｆ　ｃｒｏｐ　ｒｅｓｉｄｕｅｓ　ｉｎ　Ｈｕｂｅｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ［Ｊｌ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２０１４，６（１２）：１２８Ｏ～ｌ２８４．　秆产生强度在“十二五”期间变化较大的城市，将秸秆资　源产量稳定地控制在限值内。而对于随州市，其秸秆资　Ｅｓ］王雨辰，陈浮，朱伟，等．江苏省秸秆资源量估算及其区域　分布研究［Ｊ］．江苏农业科学，２０　１３，４１（６）：３０５～３１０．　源总量控制较好，值得注意的是其单位耕地秸秆资源产　量较高，应在其局部地区加以管理及合理利用。　应根据各市产业特点，加强秸秆资源量的管理与利　用，因地制宜。探讨制定符合湖北省秸秆资源管理和资　［６］谢海燕，周玉新．江苏省农作物秸秆资源化利用及产业化发展研　究［Ｊ］．安徽农业科学，２Ｏ１３，４１（７）：３１Ｏ５～３１０８．　［７］李金红．新时期推动农作物秸秆综合利用方式转变的思考［Ｊ］．天　津农业科学，２０１３，１９（１２）：８ｏ～８３．　８３