下面是小编为大家整理的玉米秸秆利用途径及其在农业生态系统中综合利用对策 秸秆在肥料饲料建筑的开发利用方式,供大家参考。
玉米秸秆利用途径及其在农业生态系统中的综合利用对策
农作物秸秆作为农业生产的必然产物，是一种十分宝贵的资源。据统计，我国每年农作物秸秆的产量大约6亿吨，根据玉米籽实的产量推测，2000～2005年间我国玉米秸秆的年产量在1.2~1.48亿吨。目前，全国大约有30%的秸秆直接用作农村生活燃料；10%用于牲畜饲料；23%用做工副业生产；6%直接还田。然而大量的秸秆被就地焚烧，不仅造成了严重的环境污染和火灾隐患，而且还造成了资源的极大浪费。这些秸秆的综合利用可加速畜牧业和轻工业的发展，而且能改善生态环境，促进农村产业结构调整以及生态效益、社会效益、经济效益同步增长，保持现代农业可持续发展。
1 玉米秸秆利用途径及其评价
1.1 玉米秸秆直接还田
当前我国农村的土地普遍存在着地力不足的现象。国际土壤学会提出，肥沃土地含有有机质不少于1.8%，而我国现有耕地含有机质少于1%的占30%，并且多数耕地有机质含量平均每年下降0.03%~0.04%，甚至出现了少量白茬地，严重影响农业生产的后劲，应引起高度重视。存在上述问题的原因与长期对农作物施用化肥且不及时补充有机肥有关，所以，增加土壤肥力成为摆在农业生产面前的严峻问题。
在有机肥料不断减少，化肥用量不断增加的农业生产条件下，作物秸秆直接还田较之堆腐后施用，更有利于更新土壤腐殖质组成；维持土壤有机质平衡；提高土壤微生物学活性；改善土壤的物理性、耕性以及促进土壤养分的循环（赵兰坡,1996）。有关学者进行了深入的研究并提供了充足的证据（吴景贵等，1998、1999；张晋京等，2000、2002；窦森等，2003；王淑平等，2004）。
秸秆还田技术可增加土壤有机质、培肥地力、提高作物产量、减少环境污染，是节本增效、增肥改土工程的有效途径。我国从“八五”以来还田面积逐年增加，到2000年秸秆还田面积已增加到0.5亿公顷。
1.2 玉米秸秆饲料化
玉米秸秆资源丰富，是草食家畜主要的粗饲料来源，由于该类饲料的营养价值低和可利用性差等原因,影响有效利用。关于玉米秸秆等粗饲料的营养价值的改善一直是饲料学者研究的问题，并且研究取得了一定的效果，通常采用物理、化学和生物学等处理方法。
1.2.1 物理加工
机械加工如铡碎、粉碎或揉碎，是粗饲料利用最简便而又常用的方法。揉碎机械是近年来推出的新产品，为适应反刍家畜对粗饲料利用的特点，将秸秆饲料揉搓成丝条状；尤其适于玉米秸的揉碎，可饲喂牛、羊、骆驼等反刍家畜。秸秆揉碎不仅可提高适口性，也提高了饲料利用率，是当前秸秆饲料利用比较理想的加工方法。
秸秆等粗饲料由于体积膨大而不便于运输。所以，近年来一些生产厂家及研究单位开发了秸秆压块、制粒技术，或将秸秆茎叶分离，叶及茎秆内芯用于饲料，其它部分用于制作建筑材料或餐具等。玉米秸秆制块技术（制块机械研制）目前在全国各地开展较为普遍，但推广较慢，主要原因是机械成本高、费用大、原料运输半径大和秸秆损失率高。吉林省农科院在“九五”期间主持省科技厅“玉米秸秆饲料、燃料块的研制与开发”项目，先后与吉林工业大学、辽宁省西丰县机械制造厂、长春新大地饲料有限公司、吉林省禾和农业高新技术有限公司合作研制出4个型号玉米秸秆制块机10台，生产效率0.5～1.0t/h。其中“秸秆燃料、饲料压型机”、“固定式液压秸秆制块机”分别于2001年和2002年获得国家发明专利和国家实用新型专利。另外，由辽宁省农业科学院副产品加工利用研究所研制的玉米秸秆皮瓤分离机已获得国家专利（方正,2004）。该机能将直径15～40mm的农作物秸秆的皮、瓤及叶一次性分离。秸秆的外皮呈筒片状，外皮纤维能完整地保持下来；秸秆内瓤呈小颗粒状；叶片呈碎片状。分离率为95%，分净率为99%。现有机型加工秸秆的生产率为0.5t/h和2t/h。秸秆皮是造纸和人造板的优质材料，秸秆瓤所含的粗蛋白质、粗脂肪比未分离前的秸秆提高65%以上，是牛、羊的优质粗饲料。祁宏伟等（2004）的体外消化试验表明，玉米秸秆瓤饲料较粉碎玉米秸秆的72h干物质消失率提高9.72%，玉米秸秆硬皮的消失率最低。
秸秆膨化技术对秸秆甚至木材都有效果。利用高压水蒸气处理后突然降压以破坏纤维结构的方法，可使木质素低分子化和分解结构性碳水化合物，从而增加可溶性成分。采用热喷处理工艺，麦秸在气压7.8×105Pa 处理 10min，喷放压力为（1.37～1.47）×106Pa时，干物质消化率和动物增重速度均有显著提高。但因
膨化设备投资较大，目前在生产上尚难以广泛应用。
1.2.2 化学处理
利用酸碱等化学物质对劣质粗饲料——秸秆饲料进行处理，降解部分纤维素和木质素，以提高其饲用价值。在生产中广泛应用的有碱化、氨化和酸处理三方面。
氨化处理秸秆饲料始于20世纪70年代，秸秆饲料蛋白质含量低，当与氨相遇时，其有机物与氨发生氨解反应,破坏木质素与多糖（纤维素、半纤维素）链间的脂键结合,并形成铵盐，成为牛、羊瘤胃内微生物的氮源。同时,氨溶于水形成氢氧化铵，对粗饲料有碱化作用。因此，氨化处理是通过氨化与碱化双重作用以提高秸秆的营养价值。秸秆经氨化处理后，粗蛋白质含量可提高100％～150％；纤维素含量降低10％；有机物消化率提高20％以上，是牛、羊反刍家畜良好的粗饲料。杨连玉等（2001）研究认为，采用3%液氨或2.65%的尿素处理玉米秸秆，可有效改善玉米秸秆的瘤胃降解特性和营养价值。由于氨化饲料制作方法简便，饲料营养价值提高显著，近年来世界各国普遍采用。
1.2.3 生物学处理
生物学处理主要指微生物的处理。微生物种类很多，但用于饲料生产真正有价值的是乳酸菌、纤维分解菌和某些真菌。应用这些微生物加工调制的饲料如青贮饲料、发酵饲料和一些微生物制剂。潘锋等（2001）采用酵母、白地霉和产纤维素酶菌共同发酵稻草，可使粗蛋白提高224.98%；纤维素、半纤维素降解率分别为29.4%、17.58%。李日强（2001）用青霉、白地霉等发酵玉米秸秆后粗蛋白提高259.6%；纤维素、半纤维素降解率由38.17%下降到36.07%。陈敏（1999）试验证明康氏木霉和热带假丝酵母发酵稻草，产物的粗蛋白增加量（绝干）达到18.86%；同时粗纤维含量下降14.6%。宋金昌等（2000）报道秸秆生化培养剂发酵稻草，蛋白质可提高2.6%～3.5%；粗纤维可降低12.6%～16.0%；饲喂肉牛后日增重达到500～1 833g。王汝富（2001）曾用发酵活干菌处理秸秆，其粗蛋白提高2.4%，饲喂肉牛日增重提高73.5%。王立新（2000）用多种菌株双重发酵花生壳和麦草，发现粗纤维降解率达46.21%；粗蛋白含量提高16.93%；用其喂育肥猪，可使生长速度提高16.2%（P<0.05）；饲料转化率提高7.86%；但添加量不宜过大（李骅，1998）。生物处理玉米秸秆饲喂绵羊，其表观消化率提高了35.3%（P<0.01）（李秋玫，1999）；采食量也显著增加（P<0.05）；同时提高了增重（P<0.01）（李秋玫，2000）。
秸秆生物学处理技术存在不应忽视的问题，主要是发酵用微生物菌种。如EM菌，是由80种以上的菌组成的混合菌，尽管有些研究认为该类微生物可提高秸秆的营养价值及动物生产性能。但人们忽视的问题是，这些菌中是否存在危害人类和动物健康的微生物尚不明确。中华人民共和国农业部1999年公布的允许使用的微生物饲料添加剂菌种有4类12种左右。所以，秸秆类粗饲料处理的微生物菌种的安全性研究尚需进行，推广该项技术应慎重。
另外，由于商业的诱惑，对秸秆等粗饲料生物学处理的效果及饲用范围有言过其实之嫌。如有些商业广告刻意宣传秸秆等粗饲料用其发酵剂处理之后可代替猪鸡饲料中大部分的精料等，对畜牧生产者进行了不良诱导。实际上，目前粗饲料经加工处理只适于饲喂草食动物。
1.3 秸秆中其它成分的转化
秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。秸秆经蒸汽爆碎后首先用水抽提，可溶物为半纤维素，不溶物为木质素和纤维素。水不溶物再经乙醇抽提，可溶物为木质素，不溶物为纤维素。然后将半纤维素和木质素分别加以利用。分离出的半纤维素等物质可直接发酵成蛋白饲料；或用半纤维素酶将其转化为木糖等戊糖，应用于食品工业。
木质素是植物中仅次于纤维素的第二大天然资源，相对于纤维素来说，木质素的利用研究尚处于起步阶段，而木质素的资源、结构和性质决定了它有巨大的应用潜力。木质素分子中的非极性芳环侧链和极性的磺酸基等使其具有亲水、亲油活性，可用作水泥减水剂（Ragesh k J等,1993）、钻井泥浆调节剂、表面活性剂（杨东杰等，2001）和染料分散剂等。
2 玉米秸秆在生态农业系统中的地位和作用
在我国农业结构的构成要素主要是种植业、畜牧业（养殖业）、渔业和林业。自1970年以来的30余年间，农业结构发生的巨大变化，种植业产值占农业总产值的比重由82.1%下降到2001年的55.20%；畜牧业比重
则由13.40%上升至2001年的30.40%（中国畜牧业协会，2004年7月16日发布）。
在农业生态系统中，畜禽生产体系是其中一个重要组成部分。初级生产者（绿色植物即第一性生产）为次级生产者（动物即第二性生产）提供饲料（草），而后者又为前者提供有机肥料（养分），彼此互为供求关系。一个完整的畜禽生产系统，是由畜禽饲料资源（饲料库）、畜禽结构及其饲养量（基因库）和畜禽产品量（产品库）所组成，其生产效率必然受饲料资源的贫富和基因库品质的优劣所制约，其表现即为数量的多少（邢廷铣,1985）。
在全世界的家畜中，以牛为主的反刍家畜占3/4以上（成广仁,1991）。反刍动物是家畜生产体系中的重要组成部分，在人类饲养的家畜中占有主要地位。反刍动物的瘤胃能利用资源十分丰富的农业纤维素剩余物（纤维质粗饲料）合成蛋白质、氨基酸、多糖和维生素；而且还可利用NPN 合成蛋白（微生物蛋白），将玉米秸秆等农业生产的废弃物通过反刍家畜这个“转换器”形成肉、奶、毛、皮等畜产品；从而提高了初级生产者的产品转化和利用效率，增加了产品种类、产量和产值；同时也对环境起了净化作用，维持生态平衡。
在我国南方以种植水稻和饲养猪、鸡或牛、羊为主，辅以蔬菜和林果等农业生产体系中，稻草作为农业纤维素剩留物在“水稻-牛（猪、鸡）-蔬菜”的综合式农业生产中发挥了重要的作用。
在我国北方，玉米秸秆是主要的农副产物。在传统的农业生产方式中，农民消费或出售的仅是产品中的可使用部分如玉米，大部分玉米秸秆被废弃或用不正确的方式（如燃烧）使用。如果这些秸秆能够得到正确、充分而有效利用，则整个农业生产效率将大为提高，经济收入将显著增加。如前所述，秸秆可作为反刍动物饲料；生产食用菌的基质料；生产单细胞蛋白基质料；作为生活能源或工业原料；秸秆直接还田或用于编织手工艺品的材料等。玉米秸秆的多级综合利用，不仅提高其利用效率和经济效益，也将有利于生态环境建设。
3 玉米秸秆的综合利用对策
从生态系统角度来看，玉米秸秆的综合利用实质上就是生物物质和能量的多级利用和有机废弃物的转化再生。这种多级利用和转化再生技术，目的是提高初级产品的转化和利用效率。因此它对发展生态农业具有重要的作用。而在玉米生产为主要种植作物的农业生态系统中，比较活跃的调节组分是草食动物，特别是反刍动物如牛、羊、鹿等。为此，要解决好玉米秸秆的有效利用问题，应当以土地为基础，反刍动物生产为其调节核心，兼顾猪禽饲料和工业用粮生产，采取多层次、多技术的综合利用对策。
3.1 加大青贮玉米种植面积，提高反刍家畜数量
从最近5年来我国玉米消费情况来看，玉米用于饲料的消费最大，占总产量的73.38%～80.19%（国家粮油信息中心市场监测部，2004年8月发布），而绝对数量有增长的趋势，在这部分玉米消费中主要用于单胃动物饲料生产。因为我国国民对猪肉食品的偏爱，使得猪肉生产一直处于不可动摇的地位，加之家禽生产以及工业生产玉米消费的增加，必然要保持适当的玉米种植并用于收获玉米籽实，这就必然产生大量的营养价值较低的玉米秸秆。
秸秆闲置的最突出原因是草食动物特别是牛、羊的蓄养量不足。玉米秸秆的过腹还田问题，在过去的几年中，人们关注的是干玉米秸秆如何通过牛、羊等反刍动物被很好地利用。然而由于玉米秸秆的营养价值和可利用性较差，和玉米秸秆黄贮饲料比较，干物质的瘤胃降解率低（祁宏伟等,2004）。所以直接利用玉米秸秆喂牛、羊等不仅浪费粮食，而且生产效率也较低。崔淘气（2001）报道，青贮玉米秸与自然风干揉碎秸秆同时饲喂肉牛，青贮组肉牛增重提高了 5.96%。黄应祥等（1991）用玉米秸青贮与玉米秸饲喂晋南育成牛进行比较，结果表明：晋南牛对青贮日粮的采食量低于秸秆日粮，而日增重提高9.85%；饲料报酬降低了19.75%；粗饲料消耗下降了29.37%。这些研究表明对玉米秸秆的利用应在其青绿时期着手进行。
在欧美等国家，玉米青贮饲料早已成为肉牛肥育的强化饲料。美国青贮玉米播种面积已达355万公顷，占玉米种植面积的12%以上；法国青贮玉米的种植面积已超过144万公顷，占玉米播种面积的80%以上，占饲料作物种植面积的25%，在全国的286万个农场中，有36%的农场制作玉米青贮饲料，蜡熟期收割，既保证了青贮饲料的质量，又获得了高产的干物质和籽实；俄罗斯青贮饲料中80%来源于玉米，在粗饲料和多汁饲料的日粮组成中，玉米青贮饲料占40%；日本奶牛和肉牛饲养业过去是以青饲料为主，近年来逐渐改变
为常年利用青贮饲料，不仅提高了青贮玉米产量及土地利用效率，还可全年均衡供应优质饲料，有利于畜产品的生产，提高了养牛业的经济效益（陈自胜等,2000）。
我国长期以来一直将籽实产量水平的提高作为作物品种更换的主要因素，人畜共粮和粮饲共用是主要的饲料供给现状，改变观念是首要问题。一方面对于生产籽实而产生的玉米秸秆，应尽早进行加工处理，目前秸秆的黄贮特别是拉膜黄贮更具可操作性；另一方面应加大青贮玉米种植面积。2004年我国青贮玉米种植面积已达147万公顷。按我国奶牛生产的实际需要，即使我国人均奶用量仅达到发达国家的1/2，也需要至少种植青贮玉米400万公顷。这样可有效减少干玉米秸秆的数量。同时，提高反刍家畜的数量，通过相应的配套措施等可节约粮食并生产出量多质优的畜产品。
3.2 干玉米秸秆饲料化处理技术应以改善营养价值、利于贮藏和运输为前提
在干玉米秸秆饲料化方面应以处理方法简便、效果切实为前提，以玉米秸秆皮瓤分离或制粒和制块技术为首选推广技术，使干玉米秸秆的营养价值得以保持，并有利于秸秆的贮藏和运输以及商品化。生物学处理干玉米秸秆技术尚不成熟，不应刻意宣传和推广。
3.3 重视干玉米秸秆能源的有效利用
据有关部门统计，每年全国仅秸秆直接燃烧就达2亿多吨，这不仅污染了环境，还造成资源无谓的浪费。按丹麦的专家所说“每2吨秸杆就相当于1吨煤”的能量。如果把这种所谓的“废料”利用起来转化为电力和热能，必将给国民产生更大的作用。据悉，我国第一个秸秆燃烧发电厂将在河北省晋州市诞生；第一个利用秸秆发电技术改造老电厂项目将在山东省枣庄市十里泉发电厂进行；第一个秸秆生物发电和超临界锅炉设备研发生产基地正在北京市平谷区筹建。另外，在国内秸秆气化技术已开始得到较大规模的推广应用。建设一套秸秆气化集中供气配套装置，总投资约需50万元，每套装置产生的燃气能解决周围半径1km 内的200～250户农民的日常燃料所需。据测算，每千克秸秆可制气2.2m3，一个四口之家每天用气量为5～6m3，按0.15～0.20元/m3计算，每月需用25～36元，比现在农村烧液化气的成本大为节约，同时干净卫生的燃料也提高了农民的生活质量。这些对增加农民收入、缓解能源短缺、改善生态环境具有重要作用。
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