叢國政

(白城市農(nóng)牧機械化研究院,吉林 白城 137000)

0 引言

近年來,資源與環(huán)境問題成為影響社會發(fā)展與人類生存的重要問題,如何高效優(yōu)質(zhì)利用資源成為社會發(fā)展的新課題。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中,每年所產(chǎn)生的大量秸稈是十分寶貴的可再生資源,其有序利用對于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、供能產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品加工業(yè)、畜牧業(yè)的發(fā)展具有積極作用。從現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程看,秸稈資源利用的重視度逐漸提升,秸稈資源的利用使其不再被簡單焚燒于田間,通過多種利用方式能夠更好發(fā)揮資源價值并降低污染影響,作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源開發(fā)和環(huán)境保護的新焦點,秸稈利用的落實與新農(nóng)機、新技術(shù)的應用成為促進農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展和幫助農(nóng)民致富的另一個新增長點。

1 秸稈資源價值

我國每年的秸稈資源產(chǎn)量豐富,2020年以來的秸稈資源平均產(chǎn)量約在9.4億～9.7億t,秸稈中含有豐富的氮、磷、鉀、鎂、鈣、硫等營養(yǎng)元素,具有良好的應用價值,總體上看,秸稈資源的價值發(fā)揮主要是以下幾方面。

1.1 土壤增肥

將秸稈資源進行肥料化利用是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的一項傳統(tǒng)農(nóng)藝,利用秸稈中含有的有機質(zhì)、氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素及多種微量元素制作肥料,能夠有效提高土壤肥力[1]。利用秸稈資源增加土壤肥力的形式包括過腹還田、秸稈粉碎還田、秸稈覆蓋還田、秸稈整株還田、根茬粉碎還田等。試驗表明,每年秸稈還田量 3 750～6 000 kg/hm2畝即可顯著提高土壤肥力[2-3]。

1.2 牲畜飼料

秸稈中的營養(yǎng)成分接近于谷物類的20%～25%，其飼用價值十分限制，其中高粱、玉米等作物的秸稈均是優(yōu)質(zhì)的飼料資源。長久以來，秸稈均是牲畜喂養(yǎng)的飼料資源之一，作為牲畜飼料應用，既可以直接飼喂，還可以通過機械加工處理、發(fā)酵處理等多種方式提高飼喂價值和利用率，此外，秸稈過腹還田也是一種綜合效益較高的生產(chǎn)模式。

1.3 能源利用

現(xiàn)階段,我國每年約有25%～30%的秸稈資源用于燃料應用,且該比例還在持續(xù)提高,作為優(yōu)質(zhì)的生物質(zhì)資源,秸稈資源具有可再生、產(chǎn)量大、易獲取等多種優(yōu)勢,應用于能源利用領(lǐng)域能夠有效減少木材、煤炭、石油等資源的消耗,延長不可再生能源的利用周期,解決能源緊缺的現(xiàn)實問題。實踐證實,秸稈資源具有良好的熱能價值,同等質(zhì)量的秸稈燃燒產(chǎn)生熱能可達到煤炭燃燒的45%～50%,且秸稈資源的燃燒污染更低,有利于環(huán)境保護[4]。

1.4 材料利用

秸稈資源中含有的木質(zhì)素等成分是制造紙制品的重要原材料,尤其是稻草、麥秸類的秸稈和枝葉,能有效替代木材,實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的紙制品產(chǎn)出;同時秸稈資源還被應用于編織業(yè),用于制造傳統(tǒng)生活用品和創(chuàng)意手工品,產(chǎn)生更高的經(jīng)濟價值[5]。

2 秸稈綜合利用關(guān)鍵技術(shù)

2.1 機械化還田技術(shù)

秸稈的機械化還田是一種直接在田間處理秸稈的有效方式,其能夠避免秸稈離田的繁瑣過程,并有效提高耕地土壤肥力,秸稈還田包括粉碎還田和整稈還田兩大類,現(xiàn)階段以秸稈粉碎還田為主流形式,分為粉碎還田、免耕播種、根茬粉碎三種機械化作業(yè)形式[6]。

2.1.1 機械化粉碎還田

秸稈粉碎還田主要利用谷物聯(lián)合收獲機、玉米聯(lián)合收獲機的秸稈粉碎功能實現(xiàn),能夠在糧食收獲的同時將秸稈同步粉碎處理,并拋撒在地表;此外,對于部分不適于大型聯(lián)合收獲機作業(yè)的地區(qū),也可通過小型秸稈粉碎機將收獲后的整稈粉碎。在秸稈被粉碎后,隨著翻耕作業(yè)的開展被埋入土中,利用土壤環(huán)境使其發(fā)生物理化學變化,逐漸消融成為土壤的一部分,具有疏松土壤、增加有機質(zhì)、培肥地力、減少環(huán)境污染等多種作用。

秸稈的機械化粉碎還田必須遵守以下農(nóng)藝要求:1)做好肥料補施,對于粉碎還田的耕地,每公頃結(jié)合種植作物的品類和肥力需求補充350～600 kg的氮肥;2)合理開展翻埋,利用機械化耕整地作業(yè)過程進行有效翻埋,將粉碎秸稈深埋于距地表20 cm以下土層;3)合理實施整地,及時開展機械整地,平整耕地表面并壓實土壤表層,為后期播種創(chuàng)造良好條件;4)還應及時利用灌溉設備灌水澆田,以消除土壤架空。

2.1.2 機械化免耕播種

機械化免耕覆蓋的前期工序與秸稈粉碎還田類似,通過機械裝備將農(nóng)作物秸稈粉碎后拋撒于地表,利用秸稈覆蓋保護耕地,開展播種作業(yè)時采用免耕播種機作業(yè),拋撒在地表的碎秸稈可起到保墑調(diào)溫的作用。機械化免耕播種具有以下技術(shù)優(yōu)勢:1)有效減少土壤侵蝕,保護土壤,提高自然降水利用率,減少水土流失;2)減少對土壤的擾動和污染,保護環(huán)境;3)促進土壤有機質(zhì)的積累,提高土壤肥力:4)減少耕作次數(shù),節(jié)省生產(chǎn)時間和勞動力。

機械化免耕播種應注意以下農(nóng)藝要求:1)免耕覆蓋前,應對耕地進行清理,去除雜草和殘留的秸稈;2)粉碎后的秸稈應盡量均勻覆蓋于地表,避免局部過厚過薄;3)根據(jù)作物的生長特性和土壤條件確定播種深度,免耕播種應保證良好的覆土和鎮(zhèn)壓質(zhì)量,確保種子埋入土中;4)合理補施化肥,并在作物生長過程通過噴灑除草劑控制雜草生長。

2.1.3 機械化根茬粉碎

機械化根茬粉碎是利用專用根茬粉碎機和旋耕機,或使用滅茬旋耕機等耕整地機械進行作業(yè),能夠?qū)⒆魑锔钊ソ斩捄笫Ｓ嗟母缬行Х鬯?并將其混于耕層土壤中。根茬粉碎機能夠利用高速旋轉(zhuǎn)的錘片或刀片將根茬切碎,使根茬變得細碎短,根茬粉碎機的粉碎結(jié)構(gòu)能夠適應多種不同尺寸的根茬,達到良好的粉碎效果。根茬粉碎機不僅可以解決農(nóng)作物根茬處理的問題,還可以增加土壤的有機質(zhì)含量,與刨除根茬對比,可以增加3%以上,有效提高耕地質(zhì)量,優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)后續(xù)流程。

機械化根茬粉碎實施過程應注意以下農(nóng)藝要求:1)及時利用犁耕或旋耕設備將粉碎根茬混入耕層土壤中,以保證根茬的腐爛和分解;2)做好根茬粉碎后的機械鎮(zhèn)壓,避免土壤松動造成水土流失;3)注意做好作物生長期的施肥和控制雜草工作。

2.2 秸稈飼料加工

利用農(nóng)作物秸稈加工牲畜飼料能產(chǎn)生良好經(jīng)濟效益,秸稈中富含碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪,對其進行發(fā)酵處理或精細加工處理,能使其轉(zhuǎn)換為高營養(yǎng)牲畜飼料,本文從機械加工秸稈飼料和非機械加工秸稈飼料兩方面進行介紹。

2.2.1 機械加工秸稈飼料

秸稈飼料機械加工方式很多,常見的加工形式包括以下幾類:1)飼料壓塊,利用飼料壓塊機可以將秸稈壓制成高密度餅塊或條狀,壓縮飼料密度可達0.5～0.8 kg/cm3,不僅能夠有效減少飼料的運輸體積,而且利用壓縮時產(chǎn)生的溫度和壓力,有利于促進秸稈飼料熟化,提高牲畜消化吸收率;2)粉末加工[7],利用粉碎機將秸稈進行粉碎,使其加工成為長度0.5～1 cm的細碎小粉粒,后可經(jīng)發(fā)酵或熟化處理,與豆粉或糧食混拌飼喂;3)膨化加工,主要利用膨化飼料加工機械進行飼料處理的加工方式,利用機具的螺桿擠壓結(jié)構(gòu)將玉米秸稈送入膨化機中,并在此過程進行擠壓、攪拌、剪切,隨著壓力逐漸增大,秸稈在高溫、高壓及剪切作用下轉(zhuǎn)變成為疏松、多孔、酥脆的膨化物,是牲畜喜愛的飼料之一;4)顆粒飼料加工,將曬干的秸稈粉碎,并利用顆粒飼料機進行熟化處理,在磨板與壓輪擠壓加工的作用下形成表面光滑的顆粒,顆粒飼料是適宜秸稈飼料產(chǎn)品化的良好形式[8]。

2.2.2 非機械加工秸稈飼料

非機械加工秸稈飼料主要是采用生物或化學處理的方式將秸稈加工成為適宜牲畜食用的優(yōu)質(zhì)飼料,其中采用微生物厭氧發(fā)酵的方式生產(chǎn)的飼料包括秸稈青貯飼料、秸稈微貯飼料等,主要是利用乳酸菌或其他菌種進行厭氧發(fā)酵,通過乳酸的不斷積累,激發(fā)秸稈內(nèi)部營養(yǎng),并使秸稈帶有果香、酒香等氣味,成為牲畜喜愛的飼料;采用化學加工處理的飼料包括氨化飼料、堿化飼料、酸貯飼料、復合化學處理飼料等,化學加工主要是通過化學配料改善粗纖維消化率,提高牲畜對蛋白質(zhì)等養(yǎng)分的吸收率,促進牲畜增重。

2.3 秸稈燃料加工

秸稈制成的燃料是一種良好的傳統(tǒng)能源替代原料,具有可再生和環(huán)保特性。為減少直接燃燒秸稈造成的資源浪費,并提高秸稈燃燒熱能值,通常采用固體成型燃料制造設備進行加工處理,以切碎的秸稈為原材料,加入適量催化劑后在特定壓力和溫度下壓制成固體燃料,并在50 ℃以上環(huán)境中慢速烘干,從而制成良好的多用途燃料[9]。

3 綜合利用機械設備發(fā)展情況

機械設備的技術(shù)先進性和適用性是秸稈綜合利用質(zhì)量的基礎(chǔ)保障,為降低秸稈廢棄、資源浪費和環(huán)境污染等問題產(chǎn)生的不利影響,在大范圍實施秸稈利用的同時,秸稈利用的相關(guān)機械設備也得到了快速發(fā)展,相關(guān)機械的市場種類日漸豐富,秸稈粉碎機、秸稈壓塊機、秸稈顆粒機、生物質(zhì)烘干機等專用設備的應用顯著提高了秸稈利用率和利用效率,并激發(fā)了秸稈實際價值發(fā)揮。但與此同時,秸稈綜合利用機械設備的應用也存在明顯不足,一方面,與現(xiàn)階段主流農(nóng)機產(chǎn)品相比,秸稈綜合利用相關(guān)機械設備的技術(shù)先進性相對落后,機械的自動化程度不高,仍需依靠大量人力勞動才能完成資源收集或處理;另一方面,很多機械設備投入市場的時間不長,機械迭代次數(shù)不足,整體的可靠性和使用性能仍不盡人意,同時設備的制造成本高昂導致售價偏高,部分設備未得到國家補貼政策支持,導致普及推廣緩慢。

4 結(jié)語

秸稈綜合利用在節(jié)約資源和環(huán)境保護方面發(fā)揮了積極作用,通過秸稈資源的利用與回收處理,能夠有效發(fā)揮秸稈資源價值,并緩解土壤退化、能源危機、生態(tài)破壞等問題,同時有利于增加農(nóng)民收入。在農(nóng)機化快速發(fā)展的新時期,秸稈綜合利用設備也成為了農(nóng)機產(chǎn)品的重要組成部分,未來,應進一步加強相關(guān)設備的開發(fā),促進核心技術(shù)提升,使秸稈綜合利用設備具備自動化、智能化特征,并在資源利用與環(huán)境保護方面貢獻更大力量。