玉米秸稈機(jī)械化收獲技術(shù)與秸稈再利用實(shí)施途徑

康海燕

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，哈爾濱 150081)

0 引言

在資源日益緊缺的今天，社會各界都更加重視新能源的應(yīng)用，政府也大力支持能源的循環(huán)利用技術(shù)研究。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，糧食產(chǎn)出的同時(shí)還產(chǎn)出了大量的秸稈資源，這些農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所剩余的資源已經(jīng)逐漸被發(fā)達(dá)國家通過多種途徑進(jìn)行利用，而對于我國，近年來隨著環(huán)境問題凸顯和能源開發(fā)工作的推進(jìn)，秸稈再利用工作也受到了人們的重視。玉米秸稈是大宗糧食作物中高產(chǎn)的秸稈資源，玉米秸稈的產(chǎn)量幾乎能達(dá)到我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)秸稈資源總量的三分之一[1]。為加快秸稈資源的處理與再利用，減少玉米秸稈處理不當(dāng)造成的環(huán)境污染和破壞，通過先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備對玉米秸稈進(jìn)行回收和再利用處理具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義，且能有效推動秸稈循環(huán)利用工作的開展。

1 玉米秸稈回收的現(xiàn)狀與難點(diǎn)

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)技術(shù)的不斷提升，農(nóng)作物產(chǎn)量逐年增加，秸稈的處理需求也日益迫切，圖1為近年來玉米秸稈產(chǎn)量的變化情況，可見玉米秸稈的年產(chǎn)量逐年增加，亟需探索可行的回收利用方案。就現(xiàn)階段玉米秸稈回收與再利用情況而言，相關(guān)工作的開展還不完善，沒有形成系統(tǒng)的體系鏈條，很多先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展存在較大阻礙。

圖1 近年來我國玉米秸稈產(chǎn)量情況(億t)

(1)受到傳統(tǒng)思想觀念和生產(chǎn)習(xí)慣的影響，我國農(nóng)民對秸稈回收利用的重要性理解不夠深入，認(rèn)為傳統(tǒng)的秸稈焚燒處理簡單便捷，且焚燒后的草灰還能作為肥料。卻不知焚燒秸稈不僅浪費(fèi)了資源，污染了環(huán)境，還同時(shí)破壞了土壤表層的微生物結(jié)構(gòu)，會導(dǎo)致地力下降，得不償失。

(2)由于沒有形成系統(tǒng)的秸稈回收利用途徑，導(dǎo)致玉米秸稈回收后的再處理工作難以實(shí)施，很多秸稈在打捆后因回收價(jià)格低、運(yùn)輸價(jià)格高導(dǎo)致仍然被遺棄在農(nóng)田中。玉米秸稈回收對農(nóng)民沒有創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)利益，農(nóng)民積極性不高。

(3)玉米秸稈回收利用的配套技術(shù)仍不完善。就目前而言，玉米秸稈的回收利用技術(shù)研究多以回收、粉碎的前期工作為主，后期的秸稈處理、產(chǎn)品制造等再利用技術(shù)配套較少，現(xiàn)有秸稈產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)勢不明顯，使秸稈回收利用的利潤價(jià)值不易凸顯。

2 玉米秸稈的機(jī)械化收獲技術(shù)

2.1 直接收獲

玉米秸稈的直接收獲主要有兩種形式，一是在玉米收獲機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)秸稈收獲和處理的機(jī)械結(jié)構(gòu)，這需要自走式玉米收獲機(jī)具有更高的動力性能，通常情況下，自走式玉米收獲機(jī)包括底盤上部的割臺、剝皮機(jī)等裝置，而秸稈處理裝置位于收獲機(jī)下層，包括切茬裝置、秸稈揉切裝置和莖稈收集傳送機(jī)構(gòu)等裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對玉米秸稈的切斷、破碎、揉搓、輸送和收集；二是玉米的飼料化果穗秸稈混合收獲，多通過青貯飼料收獲機(jī)完成，能夠?qū)⒂衩捉斩捄凸胪瑫r(shí)收集、粉碎、混合，直接作為牲畜飼料使用。

2.2 撿拾打捆收獲

玉米秸稈的打捆收獲主要通過撿拾打捆機(jī)完成，現(xiàn)階段使用的撿拾打捆機(jī)包括小方捆打捆機(jī)、大方捆打捆機(jī)、圓捆打捆機(jī)幾大類。工作時(shí)，打捆機(jī)在拖拉機(jī)牽引下行駛，首先將玉米秸稈撿拾并喂入到機(jī)具內(nèi)部，通過制捆室的機(jī)械結(jié)構(gòu)將秸稈壓制成為高密度的方塊或圓柱體，再經(jīng)捆扎后形成秸稈捆，以便于集中運(yùn)輸和再利用。

3 玉米秸稈的“五化”利用模式

“五化”利用模式是玉米秸稈分化利用的大方向，“五化”利用包括飼料化、肥料化、燃料化、基料化、原料化。從總體來看，我國近年來對玉米秸稈的利用率呈現(xiàn)明顯的上升趨勢，圖2為2019年我國玉米秸稈平均利用水平，可見玉米秸稈的綜合利用率接近75%，“五化”利用的工作已取得初步效果，且隨著技術(shù)的進(jìn)步，秸稈的利用率還將進(jìn)一步提升[2]。

圖2 我國玉米秸稈平均利用水平

3.1 玉米秸稈飼料化利用

玉米秸稈具有良好的營養(yǎng)價(jià)值，其中淀粉、有機(jī)物、脂肪、礦物質(zhì)很適合作為牲畜喂養(yǎng)的飼料，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，在秸稈被大批量回收后，利用先進(jìn)的批量生產(chǎn)線技術(shù)，將其加工后作為飼料利用，是玉米秸稈再利用的良好途徑。飼料化利用過程中，對打捆的秸稈進(jìn)行機(jī)械化松散，并利用切割機(jī)進(jìn)行切割，使秸稈成為特定長度的顆粒，再經(jīng)烘干、熟化處理，制造成袋裝成品秸稈飼料。這種飼料具有營養(yǎng)價(jià)值好，適口性強(qiáng)，易于消化吸收的優(yōu)點(diǎn)，相對于傳統(tǒng)的青貯飼料更適合于養(yǎng)殖場使用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和市場化的應(yīng)用價(jià)值。

3.2 玉米秸稈肥料化利用

玉米秸稈的肥料化利用主要有兩種方式，一是直接還田或過腹還田，直接還田就是將收獲后的秸稈進(jìn)行粉碎處理，然后采用深松作業(yè)將玉米秸稈翻入土壤中，使其與土壤充分混合，腐敗后與土壤融合，并有效提高土壤中的養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量；還可以將粉碎后的秸稈進(jìn)行覆蓋形式的免耕播種，即將玉米秸稈碎渣覆蓋在耕地表面，起到減少水分蒸發(fā)，保護(hù)水土的作用，同時(shí)還能將秸稈部分降解，為土壤提供養(yǎng)分，一舉多得；此外過腹還田就是通過牲畜在田間食用秸稈或收集后在棚圈中食用后，再將排出的糞便作為肥料還田。二是將玉米秸稈集中處理，加入腐敗添加劑，使其加速腐敗成為適宜的肥料，再進(jìn)行還田使用，這樣能夠更直接的為農(nóng)作物提供所需要的養(yǎng)分和有機(jī)元素，更直接的培肥地力，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的長久運(yùn)營。

3.3 玉米秸稈的燃料化利用

玉米秸稈中的淀粉、木質(zhì)素、有機(jī)質(zhì)具有很高的熱量值，據(jù)統(tǒng)計(jì)，單位重量的玉米秸稈燃燒所能產(chǎn)生的熱量可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)燃煤燃燒熱量的0.6～0.7倍，且由于其可再生性特點(diǎn)，已成為未來重點(diǎn)開發(fā)的環(huán)保、清潔能源。且通過現(xiàn)代化的機(jī)械加工，玉米秸稈能夠被制造成為比重大、熱值高、易于燃燒、成本低、環(huán)保衛(wèi)生的良好燃料。同時(shí)，也可將玉米秸稈集中用于沼氣發(fā)酵，所產(chǎn)生的沼氣是清潔的綠色能源氣體，現(xiàn)階段很多地區(qū)都建立了沼氣站，為農(nóng)村地區(qū)提供生活燃?xì)夤┙o，并創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 玉米秸稈的基料化利用

玉米秸稈經(jīng)過機(jī)械化粉碎后可以作為良好的種苗和食用菌栽培基質(zhì)，玉米秸稈中所含有的營養(yǎng)在一定程度上優(yōu)于傳統(tǒng)的木材基質(zhì)，且易于獲取、成本更低，其加工成為基料的成本僅為傳統(tǒng)基料成本的50%，通過玉米秸稈栽培的杏鮑菇、木耳、香菇、金針菇等往往具有更好的品質(zhì)，經(jīng)濟(jì)價(jià)值更高，市場前景更為廣闊。

3.5 玉米秸稈的原料化利用

原料化利用主要是將玉米秸稈提取加工成為工業(yè)生產(chǎn)的原材料，一是由于玉米秸稈中含有豐富的木質(zhì)素，能夠作為復(fù)合材料的增強(qiáng)材料，用于生產(chǎn)辦公用紙、生活用紙和一次性餐具等；二是通過對秸稈的化學(xué)處理，能夠通過秸稈制造酒精試劑，用于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)和生活使用；三是秸稈中的淀粉、木質(zhì)素可以用來替代部分塑料制品添加劑，用于生產(chǎn)秸稈餐具、菜板、筷子等；四是可以通過對秸稈的粉碎處理，用以加工木質(zhì)板材，用于居民生活使用。

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