農作物秸稈機械化綜合利用技術

王麗秀

(榆樹市農業機械化學校，吉林 榆樹 130400)

0 引言

我國是農業生產大國，目前還沒有躋身農業生產強國行列，主要是由于我國農業生產機械化程度較低，農作物資源配置不平衡，嚴重制約了我國農業生產向高效、合理、綠色及可持續方向發展[1]。其中，作物收獲后的秸稈回收利用是我國農業生產乃至世界農業生產中面臨的巨大挑戰。我國農作物秸稈資源豐富，每年產生的農作物秸稈數據巨大，大部分農村地區仍然存在將農作物秸稈就地焚燒，會造成嚴重的大氣污染，造成空氣能見度降低，嚴重還會引發交通事故和火災，秸稈焚燒時如果不進行人為控制焚燒火勢，一旦火勢蔓延，必將危及周邊房屋及建筑，造成巨大的經計損失和人員傷亡。另一方面，秸稈就地焚燒會破壞土壤環境，秸稈焚燒過程中對土壤中的微生物及腐殖質都會造成威脅，破壞土壤理化結構，影響地力，對后續作物種植也會造成一定的影響[2]。因此，提高秸稈資源化利用迫在眉睫。

秸稈機械化回收利用主要是指秸稈在田間直接粉碎還田和秸稈后續進行加工時的“收儲運”機械化流程。秸稈資源化利用主要包括：1)秸稈飼料化利用，包括秸稈經過處理后制備成各種畜禽飼料、肥料及生物飼料等；2)秸稈能源化利用，主要用于工業發電、建材、制備乙醇、汽化等。秸稈資源的高效回收是秸稈后續資源化利用的重要基礎和前提條件[3]，因此，提高秸稈機械化及自動化回收程度，是農業生產中的關鍵優化方向，也是農業生產的重要保障。

1 農作物秸稈綜合利用概述

農作物秸稈作為一種可再生資源，富含氮、磷、鉀等成分，其中粗纖維高達45%，是一種多用途的物質資源，目前，秸稈主要利用途徑為飼料化、肥料化及能源化等。

1.1 秸稈還田肥料化利用

由于秸稈中含有豐富的營養元素，是培肥地力、改善土壤環境的重要養分資源[4]，因此，將秸稈進行直接粉碎還田或后續加工制備成生物肥料是目前世界范圍內最為廣泛的利用方式。

秸稈還田主要是通過聯合收獲機在收獲作物的同時將秸稈直接粉碎并均勻拋撒在地表，或在作物收獲完成后采用秸稈還田機械進行秸稈粉碎還田。秸稈粉碎還田可以優化土壤結構，提高有機質含量，增強土壤充氣孔隙度，提高微生物菌群生物量及活性，有助于土壤養分轉化，為后茬作物生長提供一個良好的土體環境及肥力狀態，提高作物根系對水肥的利用效率，最終實現作物增產。

秸稈經過加工后還田主要是將田間秸稈集中回收后進行發酵腐熟，激發秸稈中的有機物質和速效養分，然后再進行還田。秸稈腐熟后還田，雖然增加了一道作業工序，但是腐熟可以殺死秸稈中含有的蟲卵，防止后期作物種植過程中發生病蟲害，相比于秸稈直接還田，會顯著降低病蟲害風險，秸稈腐熟后養分釋放更徹底，對于培肥地力效果更為顯著。

1.2 秸稈飼料化利用

秸稈中含有粗纖維及木質素，還富含鈣鎂硫等營養元素，是一種適口性強、營養豐富的畜禽飼料。目前，主要以水稻、玉米及高粱秸稈粉碎后再加工制成纖維飼料。因為秸稈含有豐富的木質素和纖維素，難以消化，因此主要用于反芻動物(如牛、羊、馬)的養殖飼料制備。目前，秸稈飼料化的主要方法有：1)自然發酵法,秸稈本身含有豐富的微生物菌群，可以在一定溫度、濕度及pH環境下進行自體發酵，缺點是無法分解秸稈中的纖維素，養分釋放程度也較低。2)高溫酸化法，需要將秸稈曬干研磨成粉狀，加入適量的鹽酸溶解秸稈中的粗纖維，可以很大程度上改善秸稈的適口性，提高秸稈養分釋放，但是該方法屬于實驗室處理方法，不適宜于處理大批量秸稈，應用成本偏高。3)厭氧發酵法。是將秸稈進行長時間貯存，添加一定的復合活性菌，在改善適口性的同時可以提高養分含量，工序簡單，但是處理時間較長。4)氨化法，是在秸稈發酵過程中添加尿素補充氮源，促進秸稈發酵過程中合成新的蛋白，簡單方便且發酵速度較快，但是消化程度低，僅適用于牛、羊養殖。隨著科技的發展，后續出現更多秸稈制備飼料的方法，如日本科學家提出的EM處理，在保障秸稈充分進行資源利用的同時還可以起到防病的功效，但是成本十分高昂。

1.3 秸稈能源化利用

能源化利用主要包括沼氣化、碳化、燃料化等方式。傳統的秸稈燃料化利用多是進行燃燒采暖，但是秸稈占地面積大，儲存不方便。隨著秸稈高效利用技術的推進，逐漸將秸稈進行壓塊處理(圖1)，既保障了秸稈燃燒充分釋放熱量，又可以減少秸稈儲存的占地面積，通過秸稈壓塊集中儲存，實現持續能量供應[5]。目前，秸稈在農村的能源化利用主要是將秸稈進行取暖，在發達國家，如丹麥已經實現了利用秸稈代替傳統的燃料進行發電，顯著提高了秸稈的利用效率，減少煤炭等能源的消耗。

圖1 秸稈壓塊處理

沼氣化是基于沼氣發酵設備，以作物秸稈為原料進行厭氧發酵，發酵產生可燃氣體用于工業能源消耗，是近幾年新興的資源利用方式，但是由于農戶認識不足，政府宣傳力度不到位，導致該技術應用輻射面積較小，尚未進行大面積的推廣應用，不少地區仍以畜禽糞便為原料進行沼氣處理。秸稈碳化(圖2)顧名思義就是將秸稈制備成木炭，其工藝較為復雜，需要經過干燥、蒸餾、冷卻、粉碎等一系列工藝手段，工序復雜，技術要求高，產品能源價值也更高。

圖2 秸稈碳化示意圖

2 農作物秸稈機械化綜合利用技術研究與發展

2.1 主要研究內容

秸稈機械化設備主要包括：秸稈粉碎機械、秸稈還田機械、秸稈收儲運一體化機械。秸稈粉碎機械主要與大型聯合收獲機整合，在進行農作物收獲的同時，完成作物秸稈粉碎后均勻拋撒在土壤表面，既要保障秸稈的粉碎質量，又要保障秸稈粉碎過程中不會發生堵塞現象。我國山東地區自主研發生產的4F和4JQ系列粉碎裝置應用推廣范圍較大，可以匹配多種農機具與拖拉機，通用性較高。秸稈機械化還田機械是在秸稈粉碎機械的基礎上，增加秸稈深埋與翻耕技術，將粉碎后的秸稈以翻埋的形式埋入地表，增加秸稈與土壤的混合程度，提高土壤保水保墑能力，有利于養分的釋放。目前，我國氣候適宜地區針對小麥及水稻秸稈推廣了翻耕還田技術，使用較為廣泛的機具主要有1GM-65系列和水田1BSQ-230機械等。

由于各地區種植模式不同，秸稈供應與季節有關，存在一定的供需矛盾，因此，對秸稈的高效儲存要求較高。秸稈收儲運機械是秸稈進行深加工的基礎，需要先進行秸稈的整株收獲，后進行秸稈壓實便于秸稈田間運輸及后續儲存。目前沒有配套的一體化設備，在田間主要采用秸稈粉碎機及秸稈打捆機進行作業，配套設施不完善，生產效率較低。

2.2 發展意義

大力推動農作物秸稈機械化技術具有重要的生態效益、經濟效益和社會效益。高效、便捷的秸稈回收有利于提高農戶積極性，減少農戶私下焚燒帶來的大氣污染及土壤污染；秸稈資源的高效利用必然會提高整體市場效益，例如秸稈替代煤炭進行發電，實現國家經濟的長足發展，減少秸稈焚燒帶來的安全及交通隱患，減少人畜傷亡及經濟損失；在生態效益和經濟效益提高的同時，高效的秸稈利用技術可以提高科技發展力，促進社會可持續發展，秸稈利用體系的完備還可以提高國家競爭力，因此，秸稈機械化高效利用具有十分廣闊的前景。

3 農作物秸稈綜合利用存在的問題

3.1 缺少機械化回收設備

農戶進行秸稈回收利用時缺乏相應的農業配套機械與技術，目前大部分地區只能依靠人工進行秸稈回收，勞動強度大，利潤低，農戶積極性不高，部分農戶會選擇直接就地焚燒。尤其是在南方農作物一年多熟地區，秸稈回收效率低、回收不及時會影響下一茬作物的種植，加之田地較為分散，各項農業種植作業技術不配套，都限制了秸稈綜合利用技術的應用推廣。

3.2 農民認識有待提高

由于農戶對秸稈回收利用的整體認知不足，部分農戶沒有將秸稈作為真正的可再生資源看待，導致農作物秸稈資源綜合治理難以推進，加之地區缺乏統籌規劃，沒有建立完善的秸稈回收利用市場機制，秸稈加工體系不完善，導致秸稈綜合發展產業滯后，商品化價值低，限制了地區秸稈綜合利用的推進與大面積推廣。

4 提高農作物秸稈綜合利用的主要途徑與建議

4.1 建立秸稈回收及初加工站點

由于不同地區種植的主要農作物不同，作物秸稈種類、特性及后續加工處理也會存在一定的差異，因此，該技術難以在全國范圍實現統一推廣。在不同農業發展區域，應因地制宜的建立秸稈回收方案，以地區為單位建立完善的秸稈收儲運及加工一體化體系，合理布局，實現產業綜合利用，激發市場經濟，實現地區綜合利用率達到85%以上，為其他地區的發展提供參考依據。

4.2 提高政策鼓勵與農戶補貼

應提高政策鼓勵與補貼，并合理落實后期加工的經費保障，參考國內外先進經驗，明晰適合當地發展的秸稈加工方法，合理制定地區技術發展路線。秸稈綜合利用涉及多個部門，應加強部門聯合治理，精心編制工作方式。

4.3 加大懲罰力度

在保障以上工作順利進行的前提下，依據我國法律法規，如《中華人民共和國林木保護法》《中華人民共和國污染防治法》《中華人民共和國交通安全治理法》等政策共同治理，對私自焚燒作物秸稈，造成林地損壞、大氣污染、交通安全及人員傷亡或財產損失要依法追究相關責任，加大懲罰力度，從根源杜絕秸稈田間焚燒情況的發生。

5 結語

以秸稈高效利用為主要研究目標，針對目前限制秸稈綜合利用的主要瓶頸進行分析，強調了提高秸稈利用機械化及自動化程度是促進秸稈高效利用的重要途徑。針對目前國內外秸稈機械化利用現狀及存在的問題，提出我國秸稈機械化利用的主要發展重點與發展難點，為秸稈機械化利用提供技術參考與依據。