吉林西部地區(qū)農作物秸稈飼料化利用研究進展

李景玉賴憲明李達徐亞杰李延族王笛潘慶君徐宏

(1.白城市畜牧科學研究院，吉林 白城 137000；2.白城市洮北區(qū)動物疫病預防控制中心，吉林 白城 137000；3.白城市動物衛(wèi)生監(jiān)督所，吉林 白城 137000)

前言

秸稈飼料化可以將秸稈的生態(tài)價值轉化為經濟價值和社會價值，將不能回收的少部分秸稈及作物殘茬還田，可以增加土壤的有機質含量，在秸稈飼料化利用的同時又提高了耕地質量。伴隨國家碳達峰、碳中和“雙碳”目標的提出和實施[1]，減排、降碳成為最受關注的問題之一，國家加強禁止焚燒和拋棄秸稈的“雙禁”政策，使國內農作物秸稈飼料化利用備受重視，展現(xiàn)出極大的發(fā)展?jié)摿ΑＪ艿讲菰痢⒊珜犸暋⑦M口干草價格升高、國產羊草易受寄生蟲和布魯氏桿菌污染等一系列因素的共同作用，揉絲除塵后的秸稈飼料市場已供不應求，以白城地區(qū)為例，平均裝車價格達650元·t-1左右。秸稈飼料化利用利國利民，結合政府的扶持政策，從而探索建立政府-企業(yè)-農戶秸稈飼料化利用鏈接機制，可以實現(xiàn)秸稈飼料化利用水平的全面提升，達到三方共贏的目的，以此促進農民增收、環(huán)境改善和農業(yè)可持續(xù)發(fā)展[2]。因此，本文在吉林西部白城市開展秸稈飼料化利用的調查研究，分析總結了秸稈飼料的合理回收、加工技術和注意事項，以期為白城地區(qū)提高秸稈飼料化利用率提供一定的技術支持。

1 農作物秸稈的組成成分

農作物秸稈通常是指玉米、水稻、小麥、油菜和其他農作物收獲之后的剩余部分[3]，是由大量有機物和少量無機物及水分組成，其有機物的主要成分是纖維素類的碳水化合物[4]，此外還有少量的粗蛋白質和粗脂肪。碳水化合物又由纖維素類物質和可溶性糖類組成。纖維素類物質是植物細胞壁的主要成分，其包括纖維素、半纖維素和木質素等[5]。纖維素(cellulose)是由葡萄糖分子經β-1，4糖苷鍵結合而成大分子多糖，纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖，占植物界碳含量的50%以上[6]，反芻動物對纖維素的消化率為50%～90%。木質素(lignin)主要位于纖維素纖維之間，是一類復雜的有機聚合物，不能被動物消化，是植物界中儲量僅次于纖維素的第2大生物質資源[7]，工業(yè)利用其制作生產樹脂等化工產品。半纖維素(hemicellulose)是戊糖、己糖和多糖醛酸及其甲酯的縮合物，其主要成分是戊聚糖。在家畜消化道中，只有共生的微生物分泌的酶才能水解半纖維素，分解的最終產物是乙酸、丙酸和丁酸等低級揮發(fā)性脂肪酸。反芻動物對半纖維素的消化率一般為60%～80%[8]。作物秸稈中的粗蛋白質含量很低，且變化很大，據我國《奶牛飼養(yǎng)標準和典型日糧配方》：干物質中粗蛋白含量玉米秸為7.7%、燕麥為7.5%、粟秸為5%、小麥秸為4.7%、稻草為3.9%。粗蛋白主要分布在秸稈的細胞壁中，故其消化率一般也較低。禾本科作物秸稈中含有少量的低分子碳水化合物，這些低分子碳水化合物的消化率均很高，幾乎為100%[9]。農作物秸稈對反芻動物具有很高的飼料利用價值。

2 焚燒秸稈的危害

焚燒秸稈不僅浪費資源，還會造成環(huán)境污染[10]。國內外研究結果表明，焚燒秸稈產生的污染物是空氣污染的主要來源之一，會導致大氣中的二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)等污染物指數直線上升，對人體和生物產生危害；同時焚燒過程中的滾滾濃煙對地區(qū)的能見度也會產生嚴重影響，輕則影響交通的正常運行，重則有可能引發(fā)交通事故[11-13]。同時焚燒秸稈對土壤有機質和微生物活性都有非常顯著的負面影響，會造成各項指標下降或呈降低的趨勢[14]，焚燒秸稈留下的草木灰呈堿性，將會使土壤堿度升高，自然肥力和保水性能下降，土壤水分損失65%～80%，使土壤易板結不耐旱，進而影響作物對土壤中養(yǎng)分的吸收，直接降低農作物的產量和質量。另外，焚燒秸稈時，農田地表溫度會快速上升，會導致土壤中的一些有益微生物死亡，因地表溫度升高反而會促進地下害蟲加速孵化，使生物群落的多樣性降低[15]，影響耕地生物圈微循環(huán)。焚燒秸稈易引發(fā)火災，造成經濟損失，嚴重時甚至會造成人畜傷亡。我國多次頒發(fā)有關禁止焚燒秸稈的法律條例[16]，如《中華人民共和國大氣污染防治法》第119條、《中華人民共和國農業(yè)法》第65條等。盡管如此，近來年仍屢屢出現(xiàn)因焚燒秸稈產生火災、交通事故等負面新聞事件，可以看出，我國對焚燒秸稈的監(jiān)管在實際落實中仍有一定的難度。

3 農作物秸稈飼料化利用的加工方法

農作物秸稈飼料化利用主要有3種加工方式，分別為物理加工、化學加工和生物加工。物理加工法一般是通過將秸稈切碎、高溫高壓蒸煮、揉絲處理、膨化和壓塊等技術[17]，將體積過大的秸稈加工成易于牲畜咀嚼的外形，再混入飼料添加劑、營養(yǎng)劑，使秸稈飼料達到飼養(yǎng)標準[18]。化學加工法主要是利用酸、堿等化學試劑破壞秸稈飼料的纖維素、半纖維素、木質素，主要包括酸化、堿化、氨化和氨堿復合等技術[19]。生物加工法主要有酶解、青貯和微貯等技術，青貯和微貯是利用微生物發(fā)酵制作，兩者的區(qū)別是青貯利用秸稈及周圍環(huán)境自帶的微生物發(fā)酵，而微貯是需要添加微生物菌劑[20]；酶解是利用纖維素酶、果膠酶、漆酶等生物酶，破壞秸稈飼料中的纖維素、木質素等物質的結構，達到降解秸稈中不易消化成分的目的[21]。近年來也有研究表明，秸稈飼料化利用單一加工方式難以達到有效糖化的效果，建議使用多種技術復合使用[22]，如蒸汽爆破技術是結合物理、化學的方法[23]，其原理是破壞秸稈的纖維素結晶度，以促進半纖維素水解[24]和降解木質素[25]的作用。與生物加工方式相比，目前在吉林西部白城市物理、化學加工法是秸稈飼料化利用應用最廣泛的處理方式，尤其是物理加工法，因成本低廉，關鍵技術易掌握而使農戶受用。

4 吉林西部地區(qū)秸稈飼料的回收、加工及注意事項

根據不同種類秸稈所處的生長環(huán)境不同，兼顧作物殘茬還田及不影響次年耕種，應該采用不同的機械和回收方式，才能達到理想效果。目前秸稈加工的機械種類和回收方式比較多。需要注意的是，草捆的重量取決于機械設備的設置，草捆單個重量越大，越容易導致機械損壞，因此，工人作業(yè)時會將設備的重量裝置調低，甚至會將重量設置在標準范圍之下，單個草捆重量低，就會導致所需儲藏空間的增大以及運輸車輛滿載時草捆總重量低，造成儲藏和運輸成本提高，所以在草捆收購時應對草捆的重量提出明確要求。草捆長期儲藏水分含量應在15%以下，最高不宜超過17%～18%，通常秸稈打捆完成時測量水分若為15%，次日再次測量會上升約2%，若當時測量為20%，則次日測量會提高約4%～5%，因此測量草捆內水分應在打捆2d后，或考慮到次日增加數值。根據2a以上的實地調研，現(xiàn)將吉林西部白城市農作物秸稈飼料目前所使用的回收方式及注意事項總結如下。

4.1 玉米秸稈

4.1.1 大圓包打捆式

玉米籽粒收獲時，對玉米秸稈根部不進行切割，秸稈根部留茬高35cm左右，打包前使用摟草機將秸稈收集成秸稈趟，再進行打包，但打包后遺留在地表的玉米秸稈會比較多，大圓包打捆式比較粗糙，玉米秸稈離田不干凈留有很多半截殘茬，如不進行保護性耕作，農民在春耕時需要清理干凈才能耕種，調研中幾乎所有種植戶都反對采用該種方式。大圓包打捆式回收的玉米秸稈多數用于生物質發(fā)電廠使用，標準草捆重約450～500kg。

為解決上述秸稈收獲不干凈的問題，在玉米秸稈趟收集成之前應采用機械對秸稈根部進行切割，然后再打包。由于玉米地有壟溝和壟臺，摟草機耙子會接觸地面，致使玉米秸稈會與很多土混雜在一起，而打包機彈尺無法接觸到壟溝內秸稈，打包過程中機械篩出的土又會覆蓋在其上面，所以在秸稈草捆的后方，會形成與打包機同寬、約10cm厚的碎秸稈與土的混雜物，并覆蓋在地表壟溝內，由于碎秸稈和土混雜在一起，風吹不走秸稈，會一直保持到春耕，雖然整體上秸稈回收比較干凈，但仍會影響第2年耕種。

玉米圓捆秸稈包的加工儲藏注意事項。玉米秸稈莖較粗，外皮較硬，含糖高，所以玉米秸稈貯藏時內芯容易霉變，形成黑色的霉變點。打圓包捆的玉米秸稈含土量大，圓捆玉米秸稈粉碎除塵后，除雜率可高達40%，在收儲加工時應計算好成本。玉米秸稈粉碎加工，目前比較好的方式是無篩片2次粉碎，可將秸稈結節(jié)部完全粉碎，動物采食時剩草率低。

4.1.2 粉碎、吸入式

為改善大圓包打捆式所造成的地面秸稈收獲不干凈的問題，可以采用拖拉機連接秸稈粉碎吸入設備的方式，收獲時可將粉碎后的秸稈直接噴入牽引車內，待牽引車內裝滿后，再進行更換，裝滿秸稈的牽引車由拖拉機遷往秸稈存儲場，進行粉碎加工，粉碎、吸入式收獲的優(yōu)點是農田地表比較干凈，噴入裝載車內時隨風篩掉很多土，秸稈內含土率低，缺點是所需存儲場地大，容易發(fā)生火災，需進行二次粉碎除塵加工。

4.1.3 粉碎、吸入、除塵、打包一體式

粉碎、吸入、除塵、打包一體式是目前最好的玉米秸稈飼料化利用的回收方式，一次性完成粉碎、除塵、打包，形成的小方包重量大約45kg。該方式減少了回收存儲原料環(huán)節(jié)，使玉米秸稈在地里直接完成了加工至成品，可直接發(fā)往養(yǎng)殖場使用，降低了秸稈堆放場地堆放管理的成本及減少了堆放原料產生的火災等風險。回收時設備錘片只接觸秸稈并將其打碎，處在壟溝、壟臺散落的秸稈會被吸入機械，而地面的石子較重不能被吸入飼料中，這樣可以避免飼料中留有石子。

4.2 水稻秸稈

以白城市為例，水稻秸稈平均可回收4t·hm-2以上，相對玉米秸稈5t·hm-2要少些，回收草捆有圓捆和大方捆2種方式，圓捆多為就地存貯加工，大方捆則多數直接裝車運往養(yǎng)殖場作為墊料等使用。北方水稻秸稈質量好，因為是一季稻，收割時在10月以后，氣候涼爽，進入到11月氣溫就降低0℃以下，因此有北方的稻草是凍干的說法，相較于南方高溫潮濕的環(huán)境不容易發(fā)生霉變，北方氣候溫差大、水質好、土壤肥沃，因此稻草呈金黃色，自帶芳香，柔絲后是很好的動物粗飼料。

4.2.1 不同類型耙子摟草效果的區(qū)別

稻草回收打包前都要采用摟草機收集成草趟，然后再機械打包，普通的摟草機耙子，機車前進時彈尺著地使其旋轉，把稻草收集成趟，由于彈尺著地，會在作業(yè)時將地表土及土塊彈進草內，尤其比較濕潤的地塊，會有很多土塊混雜在草捆內。高級的動力耙摟草機彈尺不接觸地表，旋轉的動力來自于牽引機車，此類摟草機收集成的草趟含土量少，是收割稻草、小麥秸稈、燕麥草等的首選設備，但價格比較貴，大約在5萬元左右，相比而言，普通的摟草機價格很低，因此受價格的影響，使用動力耙摟草機的人比較少。

4.2.2 水稻秸稈回收留茬高度

水稻茬高度在10cm左右為理想高度，稻秸回收量大，稻茬還田不影響次年耕種，耕種前翻地、靶地時將稻茬壓在地下，可以增加土壤有機質含量。注意的是在翻地、靶地作業(yè)時稻茬堆積面積不要超過2m2，否則稻茬堆積在一起會發(fā)酵，產生甲烷(CH4)氣體會影響稻苗生長。有的水稻田收獲時土壤水分大，無法將稻茬控制在10cm左右，稻茬較高約35cm，需采用割茬機進行二次割茬，再進行收獲稻秸，水稻秸稈回收多數打成圓捆重量約為450～500kg。

種植戶為提高水稻田產量，會進行秋翻地，將稻秸摟至農田邊，秋翻的農田可增加水稻產量近1t·hm-2，這為種植戶帶來了十分可觀的經濟效益。水稻離田后，剩余不到10cm的殘茬，直接還田會增加農田有機質，為農田持續(xù)高產穩(wěn)產也打下了基礎。部分水稻茬根系未能留在土中而漂浮于水面，也要將其摟至農田邊。

4.2.3 稻草捆的運輸和堆放

稻草捆短距離運輸多采用自制的托板車，運到堆放場地后進行稱量。進入場地后如無防雨棚，則采取金字塔型向上堆放草垛，底層5捆，草捆長度和直徑多為145cm，草垛5層后，可達到一般叉車舉臂的最大高度，草垛長度不限，選址在夏季不存水處，有利于排水，用塑料布苫蓋防雨。庫房內儲存稻草，夏季應注意通風，不能封閉環(huán)境，夏季空氣濕度高，稻草吸潮，容易發(fā)霉，水泥地面涼，水汽凝聚，通風不良會導致接觸水泥地面的稻草發(fā)黑變質。

4.2.4 稻草飼料化加工

稻草飼料化加工處理有2種，將稻草揉絲、除塵打成大包，揉絲后的稻草呈柔軟的細絲狀，既可以刺激瘤胃反芻，還可增加消化液與粗飼料接觸的面積，提高消化率[26]，每包重600kg左右；使用的稻草，必須是整草進行鍘段、除塵，打成小包，加工后稻草長5～7cm，稻草十分柔軟，可以使用網袋包裝，該種加工方式的稻草多進行蒸汽高溫處理后出口其他國家。

4.2.5 稻草加工機械

稻草揉絲機目前有2種，無篩片揉絲機，進草方向與錘片旋轉方向垂直，也叫軸向進料，錘片旋轉直徑約140cm，錘片頭運行約140m·s-1，轉速1400r·min-1，粉碎玉米秸稈的多為1組粉碎單元，進行2次粉碎，該機械有不同類型，一般使用的是可加工稻草8t·h-1以上的型號，該機械為當前主要使用設備；帶篩片揉絲機，進草方向與錘片旋轉方向在一個平面，可根據篩片的網眼大小生產出不同細度的產品，錘片旋轉直徑約70cm，錘片頭運行約70m·s-1，轉速1800～2200r·min-1。2種加工機械在使用時要注意隨時檢查和保養(yǎng)，若有鐵塊等異物進入機械，會使機械在運轉情況下摩擦生熱引起火災。因此機械旁要設置好滅火裝置。

4.3 麥秸、燕麥草

麥秸是飼喂反芻動物很好的粗飼料，深受大型養(yǎng)殖場所喜愛，麥秸一般在7月進行收獲，在北方正值雨季，收獲時如果水分超標，會導致麥秸無法保存，麥秸收獲后會種植二茬作物，需要麥秸快速離田為下茬作物種植爭取時間。因此若要快速準確地收獲麥秸，小麥被收獲后，要先等地面晾干，才能將蓋在地面上的麥秸收集成草趟，如過早將麥秸聚集到一起則不宜晾干，再將草趟上面的麥秸晾干后再進行翻曬，并將兩趟并成一趟，將上面干燥的麥秸翻到下面，下面潮濕的麥秸翻到上面，等麥秸全部晾干后就可以打成大方包，每捆重750～850kg，裝卸草捆叉車要安裝3根叉針，一次性可以叉舉3捆。麥秸收獲后在地邊要存放到高處，防止雨天被水浸泡，收集成草趟、翻曬及打包時也要注意天氣，尤其是早晨和傍晚，早晨地面潮濕，傍晚氣溫降低地面又開始變潮，因此最佳作業(yè)時間為9:00—16:00，防止潮濕的地表造成麥秸包水分過高。麥秸水分的判斷可以使用測水儀，也可用手搓麥秸，即拿起1縷麥秸握在兩手間，握麥秸的兩手相互搓動，如搓動3下，麥秸即斷，說明已達到打包水分15%左右，判斷麥秸草趟是否已晾干，可用腳踢麥秸，如發(fā)出清脆的響聲，證明已經晾干。麥秸晾干后，有時草捆內水分超標，是因為小麥地里長有青草，收獲小麥時被同時割倒，摻雜在麥秸內，所以在麥秸收獲時要考慮到混雜青草的情況，水分不達標的草捆1d后內部就會產熱，這時測水儀探入后拔出，尖端溫度會表示過高。草垛晾曬時地面可以鋪上零散的麥秸或塑料薄膜，如有被雨水淋過不嚴重的草捆，可以采取暫時通風的模式堆垛，草垛防雨可以采取用塑料膜苫蓋，上面蓋壓草捆，四周用繩子纏繞的方式，簡單實用。若收獲后的麥秸水分不達標，可以銷售給生物質發(fā)電廠。

在北方收獲完小麥后，大約7月20日可種植燕麥，11月收割，2021年測算種植燕麥總費用為2200元·hm-2(種子、化肥、整地、種植費等)，可收獲燕麥干草8t·hm-2，11月收獲，北方已經過雨季，燕麥牧草質量比較好。

4.4 青貯飼料

全株青貯玉米可收獲做成裹包青貯，裹包青貯自用時包膜可以包裹3層，如果銷往外地必須包裹7層，防止運輸途中不宜破損。青貯包平地擺放時，每個青貯包之間要留5cm左右的空隙，留給老鼠通過，否則老鼠就會嗑包。很多利用非青貯玉米秸稈生產的青貯包，達不到大型奶牛場青貯飼料“雙30”的要求，青貯玉米“雙30”的要求，即干物質含量達到30%以上，淀粉含量達到30%以上，利用普通玉米秸稈生產青貯包要計算好成本與產品價值是否經濟。

5 秸稈飼料化利用的應用價值

我國秸稈資源儲量豐富，2019年全國農作物秸稈總量為8.76×108t，飼料化2.2×108t，秸稈飼料化利用率僅為25.11%[27]。吉林省作為大國糧倉之一，年產農作物秸稈4000多萬t[28]，可產生大量秸稈資源，因此加強秸稈飼料化利用的技術創(chuàng)新和產業(yè)化進程，可以積極有力地促進吉林省草食畜牧業(yè)快速發(fā)展。通過調研發(fā)現(xiàn)，在吉林西部地區(qū)，夫妻2人擁有7hm2耕地，按照可回收6t·hm-2計算可產生42t玉米秸稈，則秸稈飼料化可產生的效益為按照每只羊年飼喂0.5t粗飼料計算，可以養(yǎng)殖84只基礎母羊；42t玉米秸稈加工成粗飼料，銷售價格為560元·t-1，可獲得凈利潤200元·t-1，共獲利8200元。秸稈飼料化利用不僅可以解決農村3個剩余增加農民收入，還可以為健康生活提供優(yōu)質畜產品，符合國家和地方的產業(yè)政策。

目前，隨著經濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們的肉食消費理念已經呈現(xiàn)出崇尚有機綠色健康的趨勢，高蛋白、低脂肪、低膽固醇的優(yōu)質牛、羊肉越來越受到消費者的青睞[29]。“十三五”期間我國牛肉、羊肉、牛奶消費量年遞增率分別為5.8%、2.8%、4.8%，明顯高于畜產品整體消費增速，“十四五”期間預計草食畜牧業(yè)將持續(xù)快速發(fā)展，進一步帶動秸稈飼料化利用水平快速提高[30]，也將有助于解決“人畜爭糧”的矛盾。有研究學者進行調研，遼寧省將秸稈轉化為肉奶，按照糧食與秸稈0.3∶1的換算關系，每年可節(jié)約200t以上的糧食[31]；甘肅省在2000—2018年，小麥、玉米、馬鈴薯秸稈節(jié)糧潛力總體呈上升趨勢[32]。因此，加快推進秸稈飼料化利用，對于深化畜牧業(yè)供給側結構性改革、從更高層次上保障國家糧食安全均具有十分重要的意義。

6 展望

應大力發(fā)展更有利于人民健康的草食畜牧業(yè)，形成以秸稈加工銷售企業(yè)為主體、產學研相結合，確立秸稈種植、收獲、加工、養(yǎng)殖一體化的產業(yè)發(fā)展機制，是推進農牧業(yè)綠色發(fā)展，助力鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要手段，以期確保農民持續(xù)增收，改善生態(tài)環(huán)境，保護黑土地，助推農村全方位振興。