秸稈簡(jiǎn)介
中國(guó)農(nóng)民對(duì)作物秸稈的利用有悠久的歷史,只是由于從前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平低、產(chǎn)量低,秸稈數(shù)量少,秸稈除少量用于墊圈、喂養(yǎng)牲畜,部分用于堆漚肥外,大部分都作燃料燒掉了。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,中國(guó)自20世紀(jì)80年代以來(lái),糧食產(chǎn)量大幅提高,秸稈數(shù)量也多,加之省柴節(jié)煤技術(shù)的推廣,燒煤和使用液化氣的普及,使農(nóng)村中有大量富余秸稈。同時(shí)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的提高,使秸稈的利用由原來(lái)的堆漚肥轉(zhuǎn)變?yōu)榻斩捴苯舆€田。中國(guó)的廣大科技工作者對(duì)秸稈還田進(jìn)行了卓有成效的研究。秸稈還田有堆漚還田、過(guò)腹還田、直接還田等多種方式。[1]
秸稈還田現(xiàn)狀
秸稈顆粒
根據(jù)1995年中國(guó)公布的統(tǒng)計(jì)資料,糧食播種面積16.5億畝,糧食總產(chǎn)量4.67億噸,按粒稈比1∶1.2估算,再加上其他作物秸稈,全國(guó)年生產(chǎn)秸稈近6億噸,秸稈中含有大量的有機(jī)質(zhì),氮磷鉀和微量元素,據(jù)張夫道等人的統(tǒng)計(jì),豆科作物秸稈含氮較多,禾本科作物秸稈含鉀較豐富,作物秸稈提供的養(yǎng)分約占中國(guó)有機(jī)肥總養(yǎng)分的13%~19%,是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重要的有機(jī)肥源。從現(xiàn)有的秸稈產(chǎn)量計(jì)算,6億噸秸稈中氮磷鉀養(yǎng)分含量相當(dāng)于400多萬(wàn)噸尿素,700多萬(wàn)噸過(guò)磷酸鈣,700多萬(wàn)噸硫酸鉀。10年之間,秸稈還田發(fā)展迅速,1987年秸稈還田面積僅2億多畝(次),到1996年突破5億畝(次),年平均增長(zhǎng)10%以上。全國(guó)年秸稈還田量超過(guò)一億噸,約占秸稈總量的20%。秸稈直接還田方式主要有秸稈粉碎還田,覆蓋還田和高留茬還田。目前推廣面積的高留茬還田,約占秸稈直接還田總面積的60%,機(jī)械粉碎翻壓和覆蓋還田分別占22%和18%。秸稈還田已經(jīng)成為中國(guó)沃土工程和豐收計(jì)劃的重要內(nèi)容,秸稈覆蓋已成為以山西為代表的干旱、半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收的重要技術(shù)措施。
秸稈還田的增產(chǎn)效果
把作物秸稈進(jìn)行翻壓還田或覆蓋還田是一項(xiàng)有效的增產(chǎn)措施。”八五”期間中國(guó)農(nóng)科院,西南農(nóng)業(yè)大學(xué),湖北農(nóng)科院等單位進(jìn)行的秸稈還田試驗(yàn)結(jié)果表明,實(shí)行秸稈還田后一般都能增產(chǎn)10%以上,統(tǒng)計(jì)全國(guó)60多份材料,增產(chǎn)范圍在-4.8~83.4,平均增產(chǎn)15.7%。堅(jiān)持常年秸稈還田,不但在培肥階段有明顯的增產(chǎn)作用,而且后效十分明顯,有持續(xù)的增產(chǎn)作用。
秸稈增產(chǎn)機(jī)理
麥秸
農(nóng)田生態(tài)環(huán)境即作物生長(zhǎng)環(huán)境,它包括農(nóng)田小氣候,土壤結(jié)構(gòu)和水熱狀況,植物養(yǎng)分及其循環(huán),雜草生長(zhǎng),植物病蟲害等因素。生態(tài)環(huán)境之優(yōu)劣直接影響作物生長(zhǎng),而秸稈覆蓋及翻壓在不同程度上改善了農(nóng)田生態(tài)環(huán)境。曾木祥等總結(jié)了中國(guó)秸稈還田增產(chǎn)機(jī)理方面的研究認(rèn)為;秸稈還田的養(yǎng)分效應(yīng),改土效應(yīng)和改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境效應(yīng),是秸稈還田的增產(chǎn)機(jī)理。
對(duì)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的影響
⒈保墑和調(diào)控田間溫濕度
秸稈覆蓋地面,干旱期減少了土壤水的地面蒸發(fā)量,保持了耕層蓄水量;雨季緩沖了大雨對(duì)土壤的侵蝕,減少了地面徑流,增加了耕層蓄水量。覆蓋秸稈隔離了陽(yáng)光對(duì)土壤的直射,對(duì)土體與地表溫?zé)岬慕粨Q起了調(diào)劑作用。
⒉抑制雜草
農(nóng)田覆蓋秸稈有很好的抑制雜草生長(zhǎng)的作用。秸稈覆蓋與除草劑配合,提高了除草劑的抑草效果。播麥后3天,每畝噴施750倍丁草胺乳油后蓋草,比單噴丁草胺處理,小麥生長(zhǎng)后期每畝雜草減少12.4萬(wàn)苗。
秸稈建材
秸稈是高效、長(zhǎng)遠(yuǎn)的輕工、紡織和建材原料,既可以部分代替磚、木等材料,還可有效保護(hù)耕地和森林資源。秸稈墻板的保溫性、裝飾性和耐久性均屬上乘,許多發(fā)達(dá)國(guó)家已把“秸稈板”當(dāng)作木板和瓷磚的替代品廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)。此外,經(jīng)過(guò)技術(shù)方法處理加工秸稈還可以制造人造絲和人造棉,生產(chǎn)糠醛、飴糖、酒和,加工纖維板等等。
傳統(tǒng)石棉瓦不僅含致癌成份,而且因使用壽命短,易腐爛污染、不美觀等缺點(diǎn)被禁止使用,而如今興起的彩鋼瓦使用成本高,壽命短、不隔音隔熱、易生銹等問題難以解決。針對(duì)傳統(tǒng)建筑材料存在的諸多難以解決的問題,生態(tài)秸稈再生彩瓦憑借自身品質(zhì)超群的優(yōu)勢(shì)和得益于國(guó)家政策的支持,生態(tài)秸稈再生彩瓦、生態(tài)無(wú)機(jī)復(fù)合麥秸板產(chǎn)品強(qiáng)度高、不變形、不起殼、抗老化,可釘、可鋸、可創(chuàng)、可鉆、握釘力強(qiáng)、可加工性能好,并有其自身優(yōu)良的物理性,成本低、無(wú)污染、無(wú)放射性、不含甲醛、防火、防水、的環(huán)保性,廣泛的適用性,決定著無(wú)限的發(fā)展前途。國(guó)內(nèi)的建筑業(yè)對(duì)彩瓦的需求量急劇攀升,強(qiáng)勢(shì)推動(dòng)了這個(gè)新興產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,市場(chǎng)空間大,是傳統(tǒng)瓦、裝飾板材的換代產(chǎn)品。
秸稈再生使用
秸稈可再生生物油
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)可再生潔凈能源實(shí)驗(yàn)室宣布,由朱錫鋒、郭慶祥教授等研制的一項(xiàng)成果可以從根本上解決這一老大難問題。他們將木屑、稻殼、玉米稈和棉花稈等多種原料進(jìn)行熱解液化和再加工,可變廢為寶,將它們轉(zhuǎn)化為生物油,其中木屑產(chǎn)油率60%以上,秸稈產(chǎn)油率50%以上,生物油熱值16~18兆焦/千克。這項(xiàng)成果已經(jīng)過(guò)中試,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化已指日可待。
據(jù)介紹,中國(guó)每年僅農(nóng)作物秸稈和農(nóng)產(chǎn)品谷殼等就有7億多噸,就地焚燒不僅浪費(fèi)資源,還導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染。采用這項(xiàng)技術(shù),可將秸稈等生物質(zhì)直接轉(zhuǎn)化為生物油,作為燃料可以直接在燃油鍋爐和工業(yè)窯爐中燃燒使用,精制提煉后可作為車用燃料使用,還可以分離提取高附加值的化學(xué)產(chǎn)品。
中國(guó)科大的專家們根據(jù)多年研究經(jīng)驗(yàn),提出了該技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的路線:首先在原料產(chǎn)地將生物質(zhì)規(guī)模適度地分散熱解,轉(zhuǎn)化為便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存的初級(jí)液體燃料——生物油,然后將各地?zé)峤獾玫降纳镉褪占筮M(jìn)行再加工,這樣可從根本上解決生物質(zhì)資源分散和受季節(jié)限制等大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸問題。
據(jù)介紹,熱解液化單機(jī)規(guī)模為每小時(shí)處理2噸秸稈(秸稈收集半徑約為10公里),產(chǎn)出1噸生物油,生產(chǎn)成本大約為790元/噸。生物油經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的品質(zhì)改良后,熱值約增至為18~20MJ/kg,銷售價(jià)格假設(shè)為1000元/噸,用它替代柴油和重油,提供同樣的熱量,價(jià)格分別相當(dāng)于柴油和重油現(xiàn)有價(jià)格的43.2%和63.1%。
秸稈發(fā)酵飼料
含有水分和糖分較多的秸稈是很好的飼料原料,尤其是玉米秸稈、小麥秸稈等。
發(fā)酵秸稈飼料要有以下步驟(以青貯為例):
1.把握好收割時(shí)間:制作青貯的玉米秸稈既不能收割太早也不能收割過(guò)晚。收割早時(shí)秸稈水分大,糖分少,發(fā)酵效果不好;收割過(guò)晚,秸稈水分和營(yíng)養(yǎng)流失,青貯適口性差。一般密植青刈玉米在乳熟期,豆科植物在開花初期,禾本科牧草在抽穗期,甘薯藤在霜前收割。
2.快速運(yùn)輸:玉米秸稈收割后要及時(shí)運(yùn)至青貯地點(diǎn),以防耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)造成水分蒸發(fā),細(xì)胞呼吸及物料氧化作用造成營(yíng)養(yǎng)損失。
3.料長(zhǎng)合適:一般將原料切成2~3厘米,以利于裝窖時(shí)踩實(shí)、壓緊、排氣,同時(shí)沉降也較均勻,養(yǎng)分損失少。此外,切短的植物組織能滲出大量汁液,有利于乳酸菌生長(zhǎng),加速青貯過(guò)程。
4.撒料裝窖:5噸青貯物料用發(fā)酵劑1公斤。將青貯飼料發(fā)酵助劑用米糠(麥麩皮或玉米粉)按1:10左右的比例稀釋,噴水,物料水分調(diào)至60~70%,備用。水分合適與否判斷辦法:手抓一把物料,見水印不滴水,落地能散開卻可。將青貯原料的水分含量調(diào)至60~70%,然后開始裝窖,隨裝隨踩,一邊裝原料,一邊撒發(fā)酵菌劑,每裝30厘米左右踩實(shí)1次,尤其是邊緣踩得越實(shí)越好,盡量1次裝滿全窖。
5.蓋草封土:裝填量需高于邊緣30厘米,以防青貯料下沉。周圍用木板等圍好,2~3天下沉后除去木板,蓋上一層切短至5~10厘米,厚度約20厘米的青草,然后蓋土踩實(shí),蓋土的厚度為60厘米,堆成饅頭形狀,拍平表面,并在窖的周圍挖排水溝。最初幾天應(yīng)注意檢查,發(fā)現(xiàn)蓋土裂縫及時(shí)修好。采用塑料薄膜覆蓋法制作青貯時(shí),其他步驟與一般青貯相同,但應(yīng)注意最后覆蓋塑料薄膜后壓土或壓上其他重物,薄膜應(yīng)嚴(yán)格密封,防止漏氣。
一般青貯飼料發(fā)酵40天左右就可以飼喂了,要從上直下垂直分層取料,每次取10厘米左右,取完密封。初喂牛羊不習(xí)慣不愛吃,經(jīng)過(guò)一段試喂調(diào)整,牛羊習(xí)慣后進(jìn)行正常飼喂。[1]
秸稈氨化過(guò)程
選擇地勢(shì)較高、貯取方便、便于管理的地方建池。池的大小可根據(jù)需要確定。本項(xiàng)目氨化池為半地下式,磚砼池。選用尿素氨化劑。將尿素按要求配成溶液,分?jǐn)?shù)次噴灑在秸稈上拌勻,邊裝池邊壓實(shí),裝滿后用薄膜覆蓋密封,再用鎮(zhèn)壓物壓好。
氨化飼料的品質(zhì)鑒定:氨化的秸稈在飼喂牲畜之前應(yīng)進(jìn)行品質(zhì)鑒定,一般來(lái)說(shuō),經(jīng)氨化的秸稈顏色應(yīng)為杏黃色(氨化的玉米秸稈為褐色),質(zhì)地變軟,釋放余氨后,氣味糊香。如果氨化秸稈變?yōu)榘住⒒疑l(fā)黏或結(jié)塊等,說(shuō)明秸稈已經(jīng)霉變,不能再飼喂牲畜。如果氨化秸稈的顏色同氨化前基本一樣,雖然可以飼喂,但說(shuō)明沒有氨化好。
秸稈固化成型
秸稈固化成型燃料
秸稈固化成型技術(shù)是采用稻草秸稈、麥秸稈、玉米秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物作為原材料,通過(guò)專用設(shè)備秸稈壓塊機(jī)經(jīng)過(guò)粉碎處理、壓縮處理等工藝,壓制成一種可直接燃燒的固體生物質(zhì)燃料。
將準(zhǔn)備壓制的秸稈進(jìn)行鍘切或揉絲,其長(zhǎng)度50mm以下,含水率控制在10~25%范圍內(nèi),經(jīng)上料輸送機(jī)將物料送入進(jìn)料口,通過(guò)主軸轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)壓輥轉(zhuǎn)動(dòng),并經(jīng)過(guò)壓輥的自轉(zhuǎn),物料被強(qiáng)制從模型孔中成塊狀擠出,并從出料口落下,回涼后(含水率不能超過(guò)14%),裝袋包裝。
固化成型后的生物質(zhì)顆粒燃料比重大、體積小,便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸,是優(yōu)質(zhì)固體燃料,其熱值可達(dá)3200-4500大卡,具有易燃、灰分少、成本低等特點(diǎn),可替代木柴、原煤等燃料,廣泛應(yīng)用于取暖、生活爐灶、工業(yè)鍋爐、生物質(zhì)發(fā)電廠等。
秸稈壓塊燃料作為新的商品能源已在各個(gè)行業(yè)得到了大量的使用。而且因其密度高、熱值高、形狀規(guī)則、流動(dòng)性好,很方便的可以實(shí)現(xiàn)燃燒自動(dòng)控制,可以為企業(yè)節(jié)省大額的能源成本。
秸稈堿化處理方法
火堿溶液處理法。火堿又叫苛性鈉,每100公斤秸稈用4~5公斤火堿,溶解在80公斤至100公斤的水中,在常溫下放置,停8小時(shí)至10小時(shí)即可使用。也可以用火堿溶液將粉碎的秸稈噴灑、濕潤(rùn)、拌勻、堆積壓制成塊狀飼料,供長(zhǎng)期使用。
石灰溶液處理法。每100公斤鍘碎的秸稈用1公斤~2公斤生石灰,加水200公斤~300公斤,再加入0.5公斤~1公斤食鹽,拌勻后在水泥地面上堆放24小時(shí)~36小時(shí)即可使用。
混合液處理法。將完整的秸稈鋪放成15厘米~20厘米厚一層,噴灑1.5%的火堿和同樣濃度的生石灰混合液,使秸稈的含水量達(dá)到70%左右,壓實(shí)后再一層一層地鋪放噴灑,每100公斤秸稈噴80公斤混合液,經(jīng)過(guò)7天~10天堆放即可使用。
氨水處理法。先將秸稈鍘碎,裝進(jìn)窖內(nèi)壓實(shí)。然后按照每100公斤秸稈澆灌12公斤25%濃度的氨水溶液,或19公斤15%的氨水溶液,窖內(nèi)溫度不要低于20攝氏度,密封貯存5天后取出晾曬,待氨水氣味消失后即可使用。[2]
秸稈燃燒危害
很多大城市明令禁止燃燒秸稈,原因是因?yàn)槿紵斩捤傻臍怏w對(duì)大氣有極大的危害。
1.增加空氣中CO2的含量,其CO2的提高比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于燃燒普通樹木的比例。
2.增加空氣中的可吸入顆粒物,此顆粒物為白色粉末狀固體。
3.降低空氣的能見度,燃燒時(shí)秸稈生成大量的白色固體煙霧。由于固體極小,所以成粉末狀飄散,極其影響城市、高速公路、機(jī)場(chǎng)等地的能見度。
1998年四川雙流縣的農(nóng)民燃燒秸稈,導(dǎo)致成都雙流機(jī)場(chǎng)數(shù)十個(gè)航班不能正常起降,造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。
注:如果使用節(jié)能秸稈燃?xì)鉅t,即可大大降低秸稈燃燒對(duì)空氣的危害,并且相關(guān)規(guī)定是允許用秸稈燃?xì)鉅t來(lái)燃燒秸稈的。
秸稈研究成果
2022年6月26日,中國(guó)林學(xué)會(huì)發(fā)布了“十三五”期間林草科技進(jìn)展。其中,人造板產(chǎn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型升級(jí)技術(shù)加快推進(jìn),突破植物纖維承載單元力學(xué)體系構(gòu)建與秸稈資源材料化利用等重大關(guān)鍵技術(shù)及核心裝備。[3]