秸秆利用与现状分析

精品文档 1欢迎下载 雾霾来源之一秸秆的综合利用现状 摘要 我国是秸秆产量大国 合理利用秸秆资源对于保护环境 缓解能源危机 促进社会 发展具有重要意义 本文介绍了我国秸秆综合利用的几种方式 以及各种利用方式存在的 优缺点 为我国秸秆资源的合理利用提供了一些参考 关键词 作物秸秆 综合利用 利用方式 精品文档 2欢迎下载 引言 秸秆是农作物子实收获后剩余的茎秆和残留的叶片 我国是产秸秆大国 秸秆种类有近 30 种 秸秆中隐藏着巨大的资源 作物吸收的养分有将近一半会 留在秸秆中 高利伟等 1 研究表明 2006 年中国作物秸秆资源数量超过 7 6 亿 t 其中蕴含的氮 N 磷 P2O5 钾 K2O 养分资源数量分别达到 776 万 t 249 万 t 1342 万 t 但是一直以来人们都没能充分合理的利用它 大量的 秸秆被丢弃 焚烧 不仅浪费资源还造成环境污染 近年来随着化石能源的日 益枯竭和环境条件的日益恶化 秸秆资源的综合利用成为人们日益关注的话题 我国各类农作物秸秆资源的综合利用方式 可归纳为 4 个方面 肥料 饲 料 燃料 其它 1 秸秆还田 1 1 秸秆还田的方式 一般来说 秸秆还田的方式主要有以下几种 1 1 1秸秆机械化还田 农作物秸秆机械化还田技术就是利用秸秆粉碎机将摘穗后的小麦 水稻 玉米 大豆 油菜 高粱等农作物秸秆就地粉碎 均匀地抛洒在地表 随即耕 翻入土 使之腐烂分解 达到大面积培肥地力的一项农机化适用技术 1 1 2堆沤还田 堆沤还田就是指将农作物的秸秆制成堆肥或者是沤肥等 等待农作物的秸 秆发酵到一定的程度以后 再将其施入土壤之中 1 1 3过腹还田 过腹还田 顾名思义 就是指借助于牛 马 猪或者羊等这些常见的家畜 作为特殊的 中介 将小麦 玉米 水稻秸秆等进行简单如切割之类的处理 之后 作为饲料喂给家畜 然后将这些家畜的粪便施入种有农作物的土壤之中 这种方式最大的优点优点就是省时 简单 而且也是目前发现的最为科学和最 具生态性的秸秆还田方式 1 2 秸秆还田的优缺点 秸秆还田具有一定的优势 但是如果在实际应用中不注意的话 效果可能 不明显 甚至会对农作物造成不良影响 精品文档 3欢迎下载 1 2 1对土壤肥力的影响 秸秆中含有氮 磷 钾 镁 钙及硫等元素 这些正是农作物生长所必需 的营养元素 李继福 2 等研究表明 短期秸秆还田条件下 高钾和中钾土壤田 块 秸秆还田钾素可不同程度地替代部分化学钾肥施用 张静 3 等研究表明 玉米秸秆还田可以增加土壤有机质和缓解土壤氮流失 陈冬林 4 等研究表明 秸秆还田显著提高土壤有效磷和速效钾含量 对土壤碱解氮含量的提高体现在水 稻生育后期 秸秆还田不均匀 易引发由秸秆转化来的微生物与农作物之间的 争夺养分现象 应及时补充施加相应肥料 秸秆直接还田的时候 一定要适当 补充施加氮肥和磷肥 以保证农作物幼苗的健康成长 1 2 2对土壤结构的影响 秸秆还田可以增加土壤的孔隙度 改良土壤结构 同时可形成地面覆盖 具有抑制土壤水分蒸发 储存降水和提高地温的作用 李传友 5 等研究表明 粉碎并氨化秸秆施入土壤后 能显著降低耕层土壤的体积质量 增加土壤孔隙 度 但对耕层以下土壤体积质量及孔隙度改善效果不明显 张鹏 6 等研究表明 在宁南半干旱区采用秸秆还田对提高土壤团聚体含量具有明显作用 田慎重 7 等研究表明 免耕秸秆还田措施能显著提高土壤的水稳性团聚体的比例和稳定 性 秸秆翻压或者压碎还田以后 就会导致土壤松弛 土壤孔隙的大小不均匀 尤其以大孔隙居多 土壤孔隙的增大往往会导致种子与土壤间的接触减少 从 而在很大程度上会影响到种子的发芽与生长 尤其会对农作物根系的生长产生 影响 严重的话会出现吊根现象 1 2 3对土壤中微生物的影响 秸秆中含有大量的能源物质 还田后生物激增 土壤生物活性强度提高 接触酶活性可增加 47 随着微生物繁殖力的增强 生物固氮增加 碱性降低 促进了土壤的酸碱平衡 养分结构趋于合理 杨滨娟 8 等研究表明 秸秆还田 配施化肥各处理能够增加根际土壤总细菌 放线菌 真菌 氨氧化细菌 好气 性自生固氮菌 亚硝酸细菌 磷细菌和好气性纤维素分解菌的数量 秸秆还田 后 由于秸秆本身吸水和微生物分解吸水 会降低土壤含水量 因此要做好的 秸秆还田后的水分补充工作 由于秸秆还田会在一定程度上增加土壤微生物的 活性 这种活性的增加不仅会对农作物的生长发挥积极的效用 同时也会大大 加快除草剂等在土壤中的降解速度 最终导致除草剂有效期的大大缩短 秸秆 直接还田 秸秆中携带的虫卵 菌体 杂草种子等就会留在土壤里 导致杂草 和病虫害的发生 2 秸秆作饲料 秸秆中的粗纤维含量高 粗蛋白 粗脂肪 糖类含量低 直接饲喂期消化 率低且营养价值差 一般在饲喂动物前要进行一定的处理 一般的处理方式主 要分为物理法 化学法和生物法 精品文档 4欢迎下载 2 1 物理法 秸秆的物理处理主要是通过机械 水 热等的作用 使饲料变碎 变柔软 便于家畜咀嚼和采食 同时清除其中混杂的泥土 沙 石等物质 目前常用的 物理方法主要有切碎与粉碎 浸泡 蒸煮 碾青等 随着农业机械化程度的增 加 近年来利用机械压粒 压块 和热喷处理在秸秆上的应用越来越多 还看 到一些利用辐射来处理秸秆的报道 然而 利用物理方法将秸秆颗粒的减小 加快了秸秆在动物肠胃通道内通过的速度 以致动物肠胃没有足够的时间去 收 秸秆中的养分 造成秸秆中养分的白白流失 因此 要在秸秆颗粒的大小与其 通过动物肠胃的速度之间寻求平衡 以使秸秆中的营养物质被动物高效吸收利 用 而利用机械处理秸秆又会增加投入 在小型的养殖户中不适用 2 2 化学法 秸秆的化学处理主要包括碱化处理 氨化处理等 2 2 1秸秆的碱化处理 碱化处理主要是利用碱性化合物处理秸秆 打开纤维素 半纤维素与木质素之 间对碱不稳定的酯键 溶解半纤维素和一部分木质素 使纤维素膨胀 从而使 瘤胃液易于渗入 这样处理 可以提高秸秆的适口性 增加家畜的采食量 同 时也提高了秸秆的消化率和含水量 常用的碱化剂有 熟石灰 KOH NaOH NaHCO3等 湿法碱处理需要大量的 水冲洗 会造成养分流失 干法碱处理更易应用于实践 但处理的秸秆中钠离 子含量高 家畜饮水量大 且排除的粪尿中含有大量钠离子会污染环境 2 2 2 秸秆的氨化处理 氨化可提高秸秆的消化率 营养价值和适口性 常用的氨化剂有 氨水 液态氨 尿素 硫酸铵 碳酸氢铵等 由于氨有毒 饲喂前应充分挥发 以免 产生毒害作用 但挥发氨会造成氨的损失和一定的环境污染 2 3 生物法 生物处理是利用乳酸菌 酵母菌等有益微生物和酶 在适宜的条件下 分 解秸秆中难于被家畜消化吸收的部分 增加菌体蛋白 维生素及其它对家畜有 益的物质 并软化秸秆 改善味道 提高适口性 张立霞 9 等研究表明 用合 理的微生物组合处理玉米秸秆可以有效提高其利用率 秸秆的生物处理法主要 包括青贮 酶解和微生物分解等 青贮除了具有上诉优点外 还可以解决饲料 作物和牧草季节性生产与全年稳定供应的矛盾 在生产中已经得到广泛的应用 3 秸秆能源化 精品文档 5欢迎下载 农作物秸秆纤维中的碳占绝大部分 主要粮食作物小麦 玉米等秸秆的含 碳量约占 40 以上 秸秆中的碳使秸秆具有燃料价值 目前对秸秆这一特 性的应用主要集中在如下方面 3 1 秸秆直接燃烧 我国农村长期以来利用秸秆做生活燃料 直接燃烧具有经济方便 成本低 廉 易于推广的特点 可以为中小型企业 政府机关 巾小学校等提供生产 生活热水和用于冬季供暖 秸秆还可以替代部分煤来发电 3 2 秸秆气化 秸秆气化是在气化炉内完成的 秸秆是由碳 氢 氧等元素组成 其中含 有一定量的水分 当秸秆被燃烧后 随着温度的升高 燃烧产生的气体通过还 原区赤热的炭层反应 转换成含 CO H2 CH4等组分的可燃气体 秸秆气化经济 方便 清洁卫生 但也存在着投入较高 燃气热值偏低和燃气中氮气和焦油含 量偏高等问题 3 3 秸秆发酵制沼气 秸秆发酵制沼是多种微生物在厌氧条件下 将秸秆降解成沼气 并产生副 产沼液和沼渣的过程 沼气含有 50 70 的甲烷 为清洁燃料 秸秆可直接 投入沼气池 也可用做牲畜饲料转化成粪便投进沼气池 秸秆发酵后的沼渣可 以用作肥料 产生的沼气无色无味且抗爆性能好 但是前期需要先修筑沼气池 并且常常后期的维护也跟不上 3 4 秸秆固化成型及炭化 将秸秆粉碎后 送入成型机械中 在外力作用下 压缩成块状 棒状或颗 粒状等需要的形状 即可直接用作燃料直接燃烧 也可再利用炭化炉将其进一 步加工处理便成为具有一定机械强度的 生物煤 秸秆成型燃料 秸秆固化成型燃料比重大 热值高 可替代部分煤炭 同时其硫含量低 灰分小且可再生 是一种清洁能源 其还具有体积小便于储存和运输 应用范 围广等优点 但其缺点也很明显 生产设备价格高 配件使用寿命短 缺少专 用高效户用炉具等 3 5 秸秆液化 秸秆液化是指通过物理 化学或生物学方法 使秸秆中的木质素 纤维素 等转化为醇类 可燃性油或其他化工原料 根据生物质液化方式的不同 主要 分为直接液化 高温高压液化 微波液化 3 种形式 直接液化是指在中低温 高压并有催化剂参与情况下 将生物质转化为液 精品文档 6欢迎下载 体的热化学反应过程 通常有还原性气体参与反应 根据液化目的不同 可将 直接液化细分为两大类 一类是反应产物保留植物纤维原料的大分子结构 主 要目的是制备天然高分子材料 另一类是破坏原料的大分子结构 将植物纤维 原料转化成小分子后再加以利用 如生产乙醇等 高温高压液化是指在高压下发生热化学反应的过程 典型的液化工艺是在 较高的压力和温度以及在催化剂存在下进行的 此方式需要消耗大量的能量 同时对设备耐压要求较高 目前研究较多的主要有秸秆制柴油等技术 微波液化是指利用微波辐射使小分子极性物质产生物理效应 从而加速反 应 改变反应机理或启通新的反应通道的一项技术 秸秆液化优点明显 但缺点也同样显著 目前国内外对秸秆液化机理和数 学模型的研究还很欠缺 秸秆预处理技术有待发展 高效催化剂的筛选方面有 待提高 液化产物的分离 提纯技术有待发展 4 其它应用 秸秆除被用作肥料 饲料 燃料之外 还有很多其它用途 如用作工业原 料 用作基料 用作生产和建筑材料等 4 1 工业原料 秸秆用作工业原料 主要利用了如下几个原理 利用微生物分解秸秆中的 纤维素等大分子物质 并转化成小分子物质再加以利用 如生产乙醇 丁二酸 等物质 还可以利用微生物分解秸秆但保留秸秆中的大分子结构 如利用麦秆 制聚氨酯多元醇和利用玉米秸秆制备高吸水树脂等 也可以直接利用秸秆中的 纤维素等结构物质 如造纸等 4 2 用作基料 将秸秆粉碎并添加其它原料可以作为部分微生物的营养基质 目前生产中 最常见的是栽培食用菌 除此之外 秸秆还可以作为其它一些微生物的基料 王月明 10 等利用玉米秸秆制备饲用乳酸菌培养基 4 3 生产和建筑材料 人类使用农业秸秆纤维建造房屋至少有上百年的历史 近年来随着人们环 保意识的不断加强 秸秆作为生产和建筑材料应用再次被重视 传统的秸秆利 用 一般作为墙体和屋面的建筑材料 现在对秸秆的利用方式更加多样 周定 国 11 报道了关于稻秸人造板的一些问题 郑凤山 12 等进行了关于玉米秸秆制 造刨花板的实验研究 这些秸秆人造板具有无醛环保的 但是也存在成本高 价格高的缺点 可以制造无醛家具 建筑和室内装饰 陈海涛 13 等研究了秸 秆纤维地膜覆盖栽培作物性能 发现秸秆纤维地膜覆盖栽培哈椒的植株高度和 精品文档 7欢迎下载 产量显著高于裸地 与传统塑料地膜无显著差异 李霞 14 等总结了秸秆绿色环 保餐具与传统的一次性餐具的比较优势 无论是秸秆纤维地膜还是秸秆绿色环 保餐具 都具有无毒无害 绿色环保 易被环境降解的优点 可减少生产和生 活中白色污染的产生 结语 中国是世界第一秸秆大国 由于人们的认识不足和秸秆综合利用成本高等 原因 我国的秸秆表现为过剩 造成秸秆的焚烧污染环境和资源浪费的现象 近年来随着人们对秸秆资源关注度的日益提高 我国的秸秆资源综合利用工作 开始全面展开 随着工作的深入 我们一定会做到既有效利用资源 又保护好 环境 实现经济和环境的双丰收 精品文档 8欢迎下载 参考文献 1 高利伟 马 林 张卫峰 等 中国作物秸秆养分资源数量估算及其利用状况 J 农业工程学报 2009 25 7 173 178 2 李继福 鲁剑巍 任 涛 等 稻田不同供钾能力条件下秸秆还田替代钾肥效果 J 中国农业科学 2014 47 2 292 302 3 张 静 温晓霞 廖允成 等 不同玉米秸秆还田量对土壤肥力及冬小麦产量的影 响 J 植物营养与肥料学报 4 陈冬林 易镇邪 周文新 等 不同土壤耕作方式下秸秆还田量对晚稻土壤养分 与微生物的影响 J 环境科学学报 5 李传友 杨立国 熊 波 等 秸秆还田方式对农田土壤结构及冬小麦产量的影 响 J 中国生态农业学报 6 张 鹏 贾志宽 王 维 等 秸秆还田对宁南半干旱地区土壤团聚体特征的影 响 J 中国农业科学 2012 45 8 1513 1520 7 田慎重 王 瑜 李 娜 等 耕作方式和秸秆还田对华北地区农田土壤水稳性团 聚体分布及稳定性的影响 J 生态学报 2013 33 22 7116 7124 8 杨滨娟 黄国勤 钱海燕 等 秸秆还田配施化肥对土壤温度 根际微生物及酶 活性的影响 J 土壤学报 2014 51 1 150 157 9 张立霞 屠 焰 李艳玲 等 不同微生物菌株及其组合处理对玉米秸秆瘤胃降 解率的影响 J 动物营养学