农作物秸秆机械化综合利用技术

王丽秀

(榆树市农业机械化学校，吉林 榆树 130400)

0 引言

我国是农业生产大国，目前还没有跻身农业生产强国行列，主要是由于我国农业生产机械化程度较低，农作物资源配置不平衡，严重制约了我国农业生产向高效、合理、绿色及可持续方向发展[1]。其中，作物收获后的秸秆回收利用是我国农业生产乃至世界农业生产中面临的巨大挑战。我国农作物秸秆资源丰富，每年产生的农作物秸秆数据巨大，大部分农村地区仍然存在将农作物秸秆就地焚烧，会造成严重的大气污染，造成空气能见度降低，严重还会引发交通事故和火灾，秸秆焚烧时如果不进行人为控制焚烧火势，一旦火势蔓延，必将危及周边房屋及建筑，造成巨大的经计损失和人员伤亡。另一方面，秸秆就地焚烧会破坏土壤环境，秸秆焚烧过程中对土壤中的微生物及腐殖质都会造成威胁，破坏土壤理化结构，影响地力，对后续作物种植也会造成一定的影响[2]。因此，提高秸秆资源化利用迫在眉睫。

秸秆机械化回收利用主要是指秸秆在田间直接粉碎还田和秸秆后续进行加工时的“收储运”机械化流程。秸秆资源化利用主要包括：1)秸秆饲料化利用，包括秸秆经过处理后制备成各种畜禽饲料、肥料及生物饲料等；2)秸秆能源化利用，主要用于工业发电、建材、制备乙醇、汽化等。秸秆资源的高效回收是秸秆后续资源化利用的重要基础和前提条件[3]，因此，提高秸秆机械化及自动化回收程度，是农业生产中的关键优化方向，也是农业生产的重要保障。

1 农作物秸秆综合利用概述

农作物秸秆作为一种可再生资源，富含氮、磷、钾等成分，其中粗纤维高达45%，是一种多用途的物质资源，目前，秸秆主要利用途径为饲料化、肥料化及能源化等。

1.1 秸秆还田肥料化利用

由于秸秆中含有丰富的营养元素，是培肥地力、改善土壤环境的重要养分资源[4]，因此，将秸秆进行直接粉碎还田或后续加工制备成生物肥料是目前世界范围内最为广泛的利用方式。

秸秆还田主要是通过联合收获机在收获作物的同时将秸秆直接粉碎并均匀抛撒在地表，或在作物收获完成后采用秸秆还田机械进行秸秆粉碎还田。秸秆粉碎还田可以优化土壤结构，提高有机质含量，增强土壤充气孔隙度，提高微生物菌群生物量及活性，有助于土壤养分转化，为后茬作物生长提供一个良好的土体环境及肥力状态，提高作物根系对水肥的利用效率，最终实现作物增产。

秸秆经过加工后还田主要是将田间秸秆集中回收后进行发酵腐熟，激发秸秆中的有机物质和速效养分，然后再进行还田。秸秆腐熟后还田，虽然增加了一道作业工序，但是腐熟可以杀死秸秆中含有的虫卵，防止后期作物种植过程中发生病虫害，相比于秸秆直接还田，会显著降低病虫害风险，秸秆腐熟后养分释放更彻底，对于培肥地力效果更为显著。

1.2 秸秆饲料化利用

秸秆中含有粗纤维及木质素，还富含钙镁硫等营养元素，是一种适口性强、营养丰富的畜禽饲料。目前，主要以水稻、玉米及高粱秸秆粉碎后再加工制成纤维饲料。因为秸秆含有丰富的木质素和纤维素，难以消化，因此主要用于反刍动物(如牛、羊、马)的养殖饲料制备。目前，秸秆饲料化的主要方法有：1)自然发酵法,秸秆本身含有丰富的微生物菌群，可以在一定温度、湿度及pH环境下进行自体发酵，缺点是无法分解秸秆中的纤维素，养分释放程度也较低。2)高温酸化法，需要将秸秆晒干研磨成粉状，加入适量的盐酸溶解秸秆中的粗纤维，可以很大程度上改善秸秆的适口性，提高秸秆养分释放，但是该方法属于实验室处理方法，不适宜于处理大批量秸秆，应用成本偏高。3)厌氧发酵法。是将秸秆进行长时间贮存，添加一定的复合活性菌，在改善适口性的同时可以提高养分含量，工序简单，但是处理时间较长。4)氨化法，是在秸秆发酵过程中添加尿素补充氮源，促进秸秆发酵过程中合成新的蛋白，简单方便且发酵速度较快，但是消化程度低，仅适用于牛、羊养殖。随着科技的发展，后续出现更多秸秆制备饲料的方法，如日本科学家提出的EM处理，在保障秸秆充分进行资源利用的同时还可以起到防病的功效，但是成本十分高昂。

1.3 秸秆能源化利用

能源化利用主要包括沼气化、碳化、燃料化等方式。传统的秸秆燃料化利用多是进行燃烧采暖，但是秸秆占地面积大，储存不方便。随着秸秆高效利用技术的推进，逐渐将秸秆进行压块处理(图1)，既保障了秸秆燃烧充分释放热量，又可以减少秸秆储存的占地面积，通过秸秆压块集中储存，实现持续能量供应[5]。目前，秸秆在农村的能源化利用主要是将秸秆进行取暖，在发达国家，如丹麦已经实现了利用秸秆代替传统的燃料进行发电，显著提高了秸秆的利用效率，减少煤炭等能源的消耗。

图1 秸秆压块处理

沼气化是基于沼气发酵设备，以作物秸秆为原料进行厌氧发酵，发酵产生可燃气体用于工业能源消耗，是近几年新兴的资源利用方式，但是由于农户认识不足，政府宣传力度不到位，导致该技术应用辐射面积较小，尚未进行大面积的推广应用，不少地区仍以畜禽粪便为原料进行沼气处理。秸秆碳化(图2)顾名思义就是将秸秆制备成木炭，其工艺较为复杂，需要经过干燥、蒸馏、冷却、粉碎等一系列工艺手段，工序复杂，技术要求高，产品能源价值也更高。

图2 秸秆碳化示意图

2 农作物秸秆机械化综合利用技术研究与发展

2.1 主要研究内容

秸秆机械化设备主要包括：秸秆粉碎机械、秸秆还田机械、秸秆收储运一体化机械。秸秆粉碎机械主要与大型联合收获机整合，在进行农作物收获的同时，完成作物秸秆粉碎后均匀抛撒在土壤表面，既要保障秸秆的粉碎质量，又要保障秸秆粉碎过程中不会发生堵塞现象。我国山东地区自主研发生产的4F和4JQ系列粉碎装置应用推广范围较大，可以匹配多种农机具与拖拉机，通用性较高。秸秆机械化还田机械是在秸秆粉碎机械的基础上，增加秸秆深埋与翻耕技术，将粉碎后的秸秆以翻埋的形式埋入地表，增加秸秆与土壤的混合程度，提高土壤保水保墒能力，有利于养分的释放。目前，我国气候适宜地区针对小麦及水稻秸秆推广了翻耕还田技术，使用较为广泛的机具主要有1GM-65系列和水田1BSQ-230机械等。

由于各地区种植模式不同，秸秆供应与季节有关，存在一定的供需矛盾，因此，对秸秆的高效储存要求较高。秸秆收储运机械是秸秆进行深加工的基础，需要先进行秸秆的整株收获，后进行秸秆压实便于秸秆田间运输及后续储存。目前没有配套的一体化设备，在田间主要采用秸秆粉碎机及秸秆打捆机进行作业，配套设施不完善，生产效率较低。

2.2 发展意义

大力推动农作物秸秆机械化技术具有重要的生态效益、经济效益和社会效益。高效、便捷的秸秆回收有利于提高农户积极性，减少农户私下焚烧带来的大气污染及土壤污染；秸秆资源的高效利用必然会提高整体市场效益，例如秸秆替代煤炭进行发电，实现国家经济的长足发展，减少秸秆焚烧带来的安全及交通隐患，减少人畜伤亡及经济损失；在生态效益和经济效益提高的同时，高效的秸秆利用技术可以提高科技发展力，促进社会可持续发展，秸秆利用体系的完备还可以提高国家竞争力，因此，秸秆机械化高效利用具有十分广阔的前景。

3 农作物秸秆综合利用存在的问题

3.1 缺少机械化回收设备

农户进行秸秆回收利用时缺乏相应的农业配套机械与技术，目前大部分地区只能依靠人工进行秸秆回收，劳动强度大，利润低，农户积极性不高，部分农户会选择直接就地焚烧。尤其是在南方农作物一年多熟地区，秸秆回收效率低、回收不及时会影响下一茬作物的种植，加之田地较为分散，各项农业种植作业技术不配套，都限制了秸秆综合利用技术的应用推广。

3.2 农民认识有待提高

由于农户对秸秆回收利用的整体认知不足，部分农户没有将秸秆作为真正的可再生资源看待，导致农作物秸秆资源综合治理难以推进，加之地区缺乏统筹规划，没有建立完善的秸秆回收利用市场机制，秸秆加工体系不完善，导致秸秆综合发展产业滞后，商品化价值低，限制了地区秸秆综合利用的推进与大面积推广。

4 提高农作物秸秆综合利用的主要途径与建议

4.1 建立秸秆回收及初加工站点

由于不同地区种植的主要农作物不同，作物秸秆种类、特性及后续加工处理也会存在一定的差异，因此，该技术难以在全国范围实现统一推广。在不同农业发展区域，应因地制宜的建立秸秆回收方案，以地区为单位建立完善的秸秆收储运及加工一体化体系，合理布局，实现产业综合利用，激发市场经济，实现地区综合利用率达到85%以上，为其他地区的发展提供参考依据。

4.2 提高政策鼓励与农户补贴

应提高政策鼓励与补贴，并合理落实后期加工的经费保障，参考国内外先进经验，明晰适合当地发展的秸秆加工方法，合理制定地区技术发展路线。秸秆综合利用涉及多个部门，应加强部门联合治理，精心编制工作方式。

4.3 加大惩罚力度

在保障以上工作顺利进行的前提下，依据我国法律法规，如《中华人民共和国林木保护法》《中华人民共和国污染防治法》《中华人民共和国交通安全治理法》等政策共同治理，对私自焚烧作物秸秆，造成林地损坏、大气污染、交通安全及人员伤亡或财产损失要依法追究相关责任，加大惩罚力度，从根源杜绝秸秆田间焚烧情况的发生。

5 结语

以秸秆高效利用为主要研究目标，针对目前限制秸秆综合利用的主要瓶颈进行分析，强调了提高秸秆利用机械化及自动化程度是促进秸秆高效利用的重要途径。针对目前国内外秸秆机械化利用现状及存在的问题，提出我国秸秆机械化利用的主要发展重点与发展难点，为秸秆机械化利用提供技术参考与依据。