农作物秸秆复合处理技术的研究进展

王 凯，谢小来

（东北农业大学动物科学技术学院，哈尔滨 150030）

我国是农业大国，农作物秸秆资源十分丰富，年产量可达8亿t。农作物秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。木质素虽然含量不高，但其包在纤维素的外面，并与纤维素、半纤维素有着较牢固的化学连接，阻碍纤维素和半纤维素的降解，因而大幅影响秸秆的降解速率。

合理开发利用秸秆饲料资源、大力发展反刍动物的节粮型畜牧业、减少畜牧业生产对粮食的依赖是目前研究者的一项重要课题。传统单一的处理方式不能充分提高秸秆的营养价值，因此采用了多种方法联合应用来弥补各自的缺点，达到优势互补。按照加工方式可以将复合处理技术分为物理和化学联合法、化学复合处理法、化学和微生物联合法、微生物联合法。

1 物理化学联合法

传统的物理方法只能增加反刍动物对秸秆的采食量，而化学方法一直是提高秸秆和其他低质粗饲料营养价值的最有效方法。物理化学联合法是将这两种方法联合起来取得更好的效果，此法可以分为大型机械加工设备法和常规法。

1.1 大型机械加工设备

20世纪90年代，人们对氨化方法进行改进，研究了许多新的氨化方式和机械。杨雪霞等在较低的温度和压力下，将秸秆置于氨溶液中处理一定时间，然后突然释压使氨蒸发，造成的温度剧变使秸秆原有的结构被破坏，从而增加秸秆纤维素与微生物或酶的接触概率。结果表明，氨化汽爆可使秸秆中的半纤维降解，并使玉米秸秆的酶解率提高42．97%，同时可使秸秆的有机氮含量提高127%。此外，利用氨化汽爆秸秆进行固态发酵，还可将蛋白质含量提高到23．45%[1]。汝医等研究了一种快速氨化秸秆处理机，先用甩刀式切碎机切碎秸秆，用双螺杆推进揉搓法挤开茎节，揉搓秸秆内层蜡质膜，同时注入氨化液，最后利用高压压捆处理秸秆，然后放入黑色塑料袋密封保存[2]。陈继福等对高蛋白整秸秆氨化饲料进行研究，整秸秆氨化饲料的蛋白质含量为11．06%，比对照组（蛋白质含量4．15%）提高了145%，牲畜采食量提高15%，消化率提高45%[3]。谢小来研制出快速高压密封氨化秸秆系统，利用液氨，先将秸秆原料进行前处理，再将原料添装进入罐内，然后将处理罐密封、抽真空，通入液氨，调节相关的处理条件，氨化处理后对残余氨气进行回收，开罐取出样品，结果表明，系统能够快速大幅度提高蛋白质（CP）含量，提高幅度为109．5%～129．9%，降低中性洗涤纤维（NDF）含量（6．68%～3．66%），降低酸性洗涤纤维（ADF）含量（2．47%～1．67%）[4]。

1.2 常规方法

王永树等研究表明，在高温条件下碱化处理麦秸可以在较大程度上改变麦秸的物理、化学和组织结构特性，提高麦秸的营养价值和消化率[5]。但高温条件下碱化处理改善麦秸营养价值和消化率的确切作用机制还不清楚，由于机理的研究是一个非常复杂的问题，除了涉及到麦秸本身的物理、化学和组织结构方面的特性外，还与麦秸在动物胃内的消化特性密切相关；另外，过滤速度的快慢与消化、吸收之间有何关系尚未了解。因此，完全理清在高温条件下石灰碱化麦秸、提高麦秸营养价值和消化率的机理仍有许多工作需要做。综上所述，适宜的秸秆复合处理技术从营养价值、饲喂效果和经济效益等方面都有很高的应用价值。

2 复合化学处理法

单一的化学处理方法各有缺陷，单独使用氢氧化钙碱化处理后的秸秆容易发霉变质，不易保存，而单一使用氨化处理秸秆成本较高，且氨氮损失较大。化学复合法通常是将化学方法中常用的碱化法和氨化法相结合以取得更好的效果。有研究表明，采用尿素4%处理秸秆，其DM瘤胃48 h消失率提高23．03%，再添加石灰5%复合处理秸秆，其DM瘤胃48 h消失率提高70．86%。毛华明等用不同比例的氢氧化钙和尿素结合处理稻秸，结果显示，在不同氢氧化钙水平下添加尿素，使稻秸干物质降解率提高[6]。贺永惠等采用尿素与石灰复合处理秸秆，其DM瘤胃48 h消失率提高45．00%，NDF和ADF瘤胃48 h消失率分别提高49．09%和40．14%[7]。张文举等用尿素4%+NaOH4%处理芨芨草，可极其显著地提高粗蛋白含量（P＜0．01），极显著地降低中性洗涤纤维含量（P＜0．01），同时使芨芨草中钙含量大幅度提高，从0．95%提高到处理后的2．78%。用尿素单独处理芨芨草只极显著地提高粗蛋白质含量（P＜0．01），钙含量不变[8]。鲁琳等利用尿素2%与氢氧化钙复合处理小麦秸秆，结果表明，氢氧化钙＞6%时，氮保留率可达到98%；氢氧化钙为6%时，提高营养价值效果与NaOH 4%处理相当；氢氧化钙为4%时，效果与单纯尿素6%处理相当[9]。单一的碱化法或是尿素氨化能够提高DM、ADF和NDF的瘤胃降解率，但如果将两种方法相结合会取得更加明显的效果。曹玉风等用尿素、氢氧化钙和食盐（简称“三化”）复合化学处理稻草、麦秸，其NDF降低11．6%～12%[10]。陈艳珍报道，使用“三化”复合化学处理稻草能够明显改善了秸秆纤维结构，提高了秸秆的可消化率和营养价值[11]。秸秆“三化”复合处理质地柔软、气味芳香，改善了适口性、增加了采食量。同时提高了增重速度和饲料转化率，经济效益显著提高。王利华等研究表明，与未添加任何物质的对照组相比，复合处理玉米秸秆的NDF和ADF分别下降9%～18%和8%～14%，粗蛋白质含量平均提高了100%，钙、磷含量也有升高的趋势；微量元素对秸秆营养价值无显著影响，但添加微量元素有防止霉变的作用[12]。通过“三化”试验可以得出，同时使用尿素、石灰、盐类，通过“三化”复合处理玉米秸秆，充分发挥氨化、碱化、盐化的综合作用，以提高秸秆的营养价值。

3 微生物联合法

在我国秸秆的处理过程中，微生物处理技术占很大一部分，近年来也有很大的进展。李大鹏等采用复合处理技术使得玉米秸秆中纤维含量由原来的40．2%降低至3．6%，粗蛋白质由2．8%提高至28．8%，同时，无氮浸出物及粗灰分也有一定的提高[13]。赵林果等研究了白腐菌及纤维素复合酶对稻草秸秆的协同生物降解，结果表明，利用黄孢原毛平革菌固态发酵稻草秸秆的过程中，LiP和MnP的最大活力可以达到28．3和12．6 U·g－1，同时，秸秆中的木质素能被有效降解，但纤维素、半纤维素降解率较低[14]。添加黑曲霉所产的纤维素复合酶能有效地促进秸秆腐熟程度。在接入白腐菌培养10 d后，稻草中添加纤维素酶液3 U·g－1并酶解48 h可以使稻草秸秆中纤维素降解53．8%，半纤维素降解57．8%，木质素降解44．5%，干物质损失46．3%。此时细胞壁出现大范围破损，整个组织变得松散，秸秆完全腐熟。陈合等利用菌和酶共降解处理玉米秸秆，木质素、纤维素、半纤维素的降解率分别达到67．0%、60．4%、33．0%，秸秆还原糖含量达0．507%[15]。任克宁等报道，利用白腐菌5．776和黑曲霉3．3148对玉米秸秆木质纤维素进行降解，白腐菌液体菌种和黑曲霉孢子悬浮的接种比例为5∶1，白腐菌接种2 d后再接入黑曲霉孢子悬浮液，发酵10 d，所得产物NDF的含量为52．07%，真蛋白质为7．89%，干物质损失率为 18．75%[16]。

4 生物化学联合法

对秸秆先进行化学预处理，再利用筛选的一些特异性菌株进行秸秆的发酵，以碱化和微生物发酵同时处理秸秆是化学处理与生物学处理法的结合，此法多用于生物学方法中的青贮法。我国已研制出一些利用化学与生物学处理方法调制秸秆的制剂。秸秆经简单地粉碎后，其木质素、纤维素在机械作用下被部分切断，再经过碱化作用，使秸秆的粗纤维发生转化，营养价值有一定的提高。部分长纤维素被打断，木质素表面的蜡质被破坏，微生物利用提供的营养物质，在纤维素或木质素的断面、破损面大量繁殖，不断增加细胞数，提高菌体蛋白含量，另外，微生物在生长代谢过程中，释放了大量的酶类物质，这样不但提高了秸秆的营养价值，而且使之易于消化。这种一起处理得到多种效果的复合处理法将是今后的发展趋势。徐勇等报道，经化学处理和微生物混合培养，水稻秸秆纤维和半纤维素降解率均有大幅度提高，秸秆中的难分解组分经化学处理后朝着易被微生物分解和利用的方向转化[17]。穆晓峰等试验结果表明，玉米秸秆经石灰和益生菌发酵剂同步处理后，其干物质消失率、粗蛋白质降解率、NDF降解率均有提高[18]。陈合等利用复合酶在其最优条件下降解高温蒸煮玉米秸秆，然后接入混合酵母同步发酵产菌体蛋白，结果表明，玉米秸秆粗蛋白质含量为27．125%，是原秸秆蛋白质含量的413%，效果显著，酶用量降低，发酵周期 短[19]。吕文龙等用益生菌与石灰复合处理玉米秸秆能够维持东北细毛羊瘤胃液pH，提高瘤胃液NH3－N水平，增加瘤胃微生物蛋白（MCP）产量，提高采食后2、4 h瘤胃总挥发性脂肪酸（TVFA）浓度，且表现出良好的一致性，在一定浓度上改善了东北细毛羊瘤胃内环境，提高了对秸秆类饲料的利用率[20]。

5 小结

提高秸秆营养价值的方法多种多样、效果不一，但单一化学处理不能充分提高秸秆的营养价值，为进一步提高秸秆的利用效率，弥补单一处理的局限性，应采用将多种处理方法组合起来的复合处理方法来处理秸秆。从畜牧业的发展情况来看，研究方便、经济、实用的秸秆复合处理技术仍将是反刍家畜营养研究领域的重点内容。

[1] 杨雪霞,陈洪章,李佐虎．玉米秸秆氨化汽爆处理及其固态发酵[J]．2001,1（1）:86－89．

[2] 汝医,李朝科．氨化秸秆工艺及处理机理的研究[J]．农业机械学报,2001,32（4）:64－67．

[3] 陈继富,张超关,刘金香．高蛋白整秸秆氨化饲料研究及其应用前景[J]．作物杂志,2005（2）:10－12．

[4] 谢小来．秸秆快速氨化系统的研制及其对稻秸氨化效果的研究[D]．哈尔滨:东北农业大学,2007．

[5] 王永树,张忠富,江浩,等．碱化结合高温处理对麦秸特性的影响[J]．黑龙江畜牧兽医,2010,7（1）:96－98．

[6] 毛华明,冯仰廉,邓卫东．复合化学处理与成型加工工艺条件对秸秆营养价值影响的研究[J]．中国饲料,1999（7）:8－9．

[7] 贺永惠,王清华,李杰．北方地区复合碱化和快速氨化玉米秸秆对羊瘤胃消化的影响[J]．中国畜牧杂志,2003,39（5）:29－30．

[8] 张文举,薛正芬,谭守仁,等．氢氧化钙尿素复合处理芨芨草的效果研究[J]．中国草食动物,2005,25（2）:40－42．

[9] 鲁琳,王晓霞,闫贵龙,等．氢氧化钙与尿素复合处理对小麦秸营养品质的影响[J]．新饲料,2007（3）:28－32．

[10] 曹玉风,李英,刘荣昌,等．复合化学处理秸秆对肉牛生产性能的影响[J]．中国草食动物,2000,2（1）:13－16．

[11] 陈艳珍．复合化学处理秸秆饲喂肉牛的效果[J]．中国畜牧杂志,2004（5）:47－49．

[12] 王利华,王光,刘芳．玉米秸秆的复合处理[J]．饲料工业,2008,29（19）:18－20．

[13] 李大鹏,高玉荣．利用生物技术开发玉米秸秆饲料资源的研究[J]．饲料研究,2001（2）:14－16．

[14] 赵林果,金耀光,李强,等．白腐菌及黑曲霉所产的纤维素酶对稻草秸秆的生物降解[J]．中国生物工程杂志,2007,27（3）:71－75．

[15] 陈合,余建军,舒国伟,等．复合酶降解高温蒸煮玉米秸秆的饲料化研究[J]．食品工业科技,2010（12）:176－178．

[16] 任克宁,张福元,王莹莹,等．白腐菌及黑曲霉对玉米秸秆生物降解的研究[J]．中国饲料,2011（1）:39－41．

[17] 徐勇,沈其荣,钟增涛,等．化学处理和微生物湿培养对水稻秸秆腐解和组分变化的影响[J]．中国农业科学,2003,36（1）:59－65．

[18] 穆晓峰,刘顺德,阿依木古丽,等．化学、同步生化复合处理对玉米秸秆营养物质降解率的影响[J]．草业科学,2007,24（5）:79－82．

[19] 陈合,余建军,舒国伟,等．复合酶降解高温蒸煮玉米秸秆的饲料化研究[J]．食品工业科技,2010（12）:176－178．

[20] 吕文龙,李杰,刘彩娟等．益生菌与石灰复合处理玉米秸秆对东北细毛羊瘤胃发酵的影响[J]．动物营养学报,2011,23（2）:316－321．