农作物秸秆综合利用机械化技术探讨

    金荣圣

    摘 要：农作物秸秆作为生物质资源没有被很好地利用，反而因焚烧给社会带来很大的危害，加大禁烧力度不如帮农民找到切實可行、行之有效的秸秆利用办法，变废为宝使之服务于农业、效力于社会。概述了我国目前秸秆综合利用的现状，及秸秆综合利用机械研制开发应用情况，对农作物秸秆综合利用存在的问题提出了建议。

    关键词：农作物；秸秆；综合利用；机械化技术

    中图分类号：S38 文献标识码：A

    doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.03.010

    我国作为农业大国，生物质资源十分丰富，农业农村部的相关数据显示，2016年全国主要农作物秸秆总产量为9.84亿t。长期以来，农作物秸秆主要用作燃料、饲料和堆沤积肥，少量用于副业原料和建筑材料。近几年，随着农业生产的发展，农村生活逐步改善，秸秆剩余量日益增加，焚烧秸秆的现象普遍严重。每到秋收之后和春播之前，各地因焚烧秸秆引发的火灾就会不断发生，焚烧秸秆带来的空气污染让每个人都深受其害。秸秆焚烧不仅会引发火灾、污染空气环境、危害人体健康、浪费资源，还会引发环境、卫生、交通、安全等一系列社会问题。因此，开展秸秆的综合利用，扩大其应用范围，挖掘其潜力，使之服务于农业、效力于社会，具有深远意义。

    1 农作物秸秆综合利用概述

    1.1 秸秆还田肥料化利用

    玉米秸秆还田黑龙江省一农机合作社走出了一条新路。他们用秸秆粉碎机将秸秆粉碎长度达到5～8 cm左右，均匀抛撒在地表，然后采用大马力拖拉机配套大型五铧翻转犁翻埋，翻深达到30 cm以上，秸秆翻埋地下20 cm，地表平整，第二年采用免耕播种不受影响，而秸秆1～2年就能腐烂变成肥料。这样做既解决了秸秆还田问题，又不影响第二年耕种。辽宁省锦州义县秸秆还田采用的也是秸秆翻埋模式取得了很好的效果，即深翻扣埋秸秆，耙地起垄，采用深翻犁，翻深在25～30 cm扣垡严密，不出现回垡现象，不重不漏，翻地后地表平整，地表残茬不超过10%，提高深翻作业质量，确保农机深翻作业高效推进。

    近两年吉林省部分地区秸秆还田采取的是玉米秸秆全覆盖宽窄行平作免耕栽培技术也取得了很好的效果。使用秸秆分离处理机，把当年的休闲带（宽行），也就是第二年的播种带田面上覆盖的秸秆，分离拨开到两边，形成一个约50 cm宽基本没有秸秆覆盖的播种带，为后续免耕播种创造条件。创造一个秸秆全部留田不用移走，又能播好种的条件，使玉米秸秆全量覆盖带来的问题迎刃而解。

    辽宁省对秸秆还田项目给予大力支持，将符合条件的秸秆机械化还田机具全部纳入农机补贴范围，补贴资金重点向大中型拖拉机、免耕播种机、秸秆粉碎还田机、捡拾压捆机、联合整地机等农机具设备倾斜。2016年辽宁省实施秸秆机械化还田面积超过600万亩，2017年超过800万亩，2018年超过1000万亩。

    1.2 秸秆饲料化利用

    （1）氰化饲料：利用碱、尿素等含NH的物质，经与秸秆混合发生化学变化，使秸秆中的纤维素、木质素细胞壁膨胀疏松，便于牲畜消化吸收。氨化后的秸秆有机物消化率可提高8%～12%，采食率提高20%，含氮量提高8～10 kg，粗蛋白含量增加1～2倍，相当于中等质量的牧草，适口性大大改善。由于氨化工艺简单易行，投资少，见效快，受到普遍欢迎。

    （2）微贮饲料：在秸秆中加入微生物高效活性菌，放入密封的容器（如水泥地、土窖等）中贮藏，经一定的发酵过程，使之变成略带酸、香、酒味的家畜喜食的饲料。这项技术是近年来研究成功的加工利用秸秆的新方法，发展前景广阔，具有许多优点。青贮和微贮等生物处理法可以提高秸秆的营养价值，但要求技术较高，处理不好，容易发生腐烂变质。

    （3）秸秆生物处理技术：利用微生物培养基、酵母真菌、氨基酸、酶制剂等生物和矿物质使秸秆饲料转化成蛋白饲料，可取代玉米饲料，比普通饲料营养价值更高，成本更低，为饲料蛋白来源开辟了新途径。

    1.3 秸秆燃料化利用

    目前焚烧秸秆的锅炉主要有，生物质颗粒环保节能锅炉、秸秆直燃锅炉。辽宁省政府提出结合农村环境治理，大力推广秸秆固化成型燃料和高效低排户用秸秆炉具。全省秸秆燃料化利用量，2016年超过100万t，2017年超过150万t，2018年超过200万t。辽宁省铁岭县大力推广秸秆直燃锅炉，目前已改造了11台锅炉，年可消化秸秆5000 t。

    1.4 秸秆能源化利用

    （1）秸秆发电。在我国自2006年国家颁布的《中华人民共和国可再生能源法》后，生物质发电产业加快了发展速度。截至2017年9月底，我国秸秆发电项目装机规模约为725万kW。山东莱西市一家生物质发电公司用农作物秸秆发电，年消耗农作物秸秆、枯树枝等生物质燃料30多万t，增加农民收入6000多万元。辽宁省也建成了几个秸秆生物质发电企业，国能黑山、国能昌图、台安威华等。国能昌图生物发电公司年可利用玉米秸秆13万t，替代7万多吨标准煤。

    （2）秸秆制油。北京三聚环保生物质直接液化技术研发取得重大突破，利用秸秆可以生产液化油，用约2.1 t秸秆可以生成1 t初级液化油产品。我国可以生态利用的秸秆资源量应该不低于2亿t。这意味着至少有1亿t的油品储藏在秸秆之中，市场可开发空间巨大。

    （3）秸秆生物制碳。生物碳是生物质在缺氧或者无氧条件下低温裂解制备的富碳固体，即为黑碳。研究人员研制出新型高效连续式循环秸秆碳化系统，开发出不同作物秸秆碳化工艺，探索秸秆碳化产物的资源化利用，已经初步研制出秸秆碳化的相关下游产品，有水稻、玉米、大豆、马铃薯、蔬菜等作物专用碳基有机肥、碳基有机无机复合肥和碳基掺混肥；针对退化黑土、白浆土和盐碱土的土壤改良剂等，以及水稻专用壮秧剂和育秧基质。该技术不仅为我国秸秆综合利用开辟了一个新的绿色能源通道，实现了低碳运行，防污染、零排放的总体要求和秸秆处理无害化、减量化、资源化、能源化的目标。

    （4）沼气发酵。原料（秸秆、人畜粪便等）在厌氧条件下，经多种微生物的作用，降解成简单而稳定的物质，最终得到沼气和有机肥料，还可进一步由此制取工业产品。这样就使生物资源得到多次利用和综合利用。

    2 机械化技术在农作物秸秆综合利用中的应用

    2.1 秸秆粉碎还田机

    传统的小麦秸秆还田方法有在前茬作物收割时，人为提高留茬高度；前茬作物收获后，将脱净的整秸秆人工铡切成段，均匀铺放在田地上；联合收割机作业后留下的碎秸秆等，用普通旋耕机耕作。由于这几种秸秆还田方法都有不尽人意之处，高留茬给耕作和后茬种植带来麻烦；人工铡切堆放费工费力，而且易出现短秸秆漂浮和裸露现象；联合收割机作业留下的碎秸秆易缠在旋耕机上等。

    玉米秸秆机械化直接还田的工艺路线分为玉米联合收割机收割和人工摘收玉米。玉米联合收获机收获，是利用机上自带的秸秆粉碎装置，在收获玉米时，将秸秆直接粉碎进行还田。人工摘收，是人工摘收玉米之后，再用玉米秸秆粉碎机进行作业，将粉碎的玉米秸秆覆盖于地表。目前使用较多的秸秆粉碎还田机有锤爪式和甩刀式两种，作业时由拖拉机牵引。

    2.2 麦草秸秆捡拾打捆机

    秸秆在进行能源化利用或饲料化利用时，需要从田间运出，就需要先打成捆再运出。由于秸秆打捆机的推广，使秸秆的回收效率得到了提高，回收途径更为广泛。我国目前的麦草秸秆捡拾打捆机种类比较丰富，包括小方捆、小圆捆秸秆捡拾打捆机，大方捆和大圆捆秸秆捡拾打捆机，且大型秸秆捡拾打捆机在我国的使用和销售量在不断提升，基本能适应我国农业生产的特点。打捆机配套动力一般在30～80马力的拖拉机，适合我国的小块分散种植的特点。打捆机打捆的密度和长度都是可以调节的。

    2.3 重型缺口圆盘耙和翻转犁

    秸秆入土翻埋利用带有粉碎机的自走式玉米收获机收获，在收获后到播种前期间利用重型缺口圆盘耙耙地，耙片入土深度不低于20 cm，通过耙片将秸秆切压入土。重耙作业后，地表松软，颗粒细碎，苗床结构较好，播种作业质量得到保障。

    翻转犁是与拖拉机配套使用的，由双联分配器控制犁的升降和犁的翻转。

    3 农作物秸秆综合利用存在的问题与建议

    3.1 秸秆综合利用率低

    由上面所述，秸秆有很高的利用价值，可通过机械化粉碎还田覆盖地表保护耕地，增加土壤有机质含量，也可经过处理后加工成饲料，还可以用来发电，提取液化油等。但是，目前我国秸秆利用率不高，每年农作物秸秆约有1/3得不到利用。遗弃在田间地头的秸秆焚烧产生的浓浓烟雾污染大气和环境，严重威胁机场飞机起降和车辆行驶，也是构成雾霾天气的因素之一，已经引起了广泛关注。秸秆还田直接将秸秆抛于田地，但要增加粉碎和翻埋作业，增加机具作业成本；用于发电、制做饲料、燃料等需要打捆运输贮放，成本高，粮秸争抢农时、人力和机具，收贮机制尚未形成；政府支持力度也不够。对此，建议政府加大对秸秆还田作业补贴（深松）的支持力度；探索收贮运机制，为除还田外的秸秆综合利用提供帮助；研发先进适用的还田机、播种机和打捆机等。

    3.2 秸秆综合利用设备缺少

    秸秆肥料化利用现行设备不配套，缺少秸秆专用粉碎机，不能处理秸秆。而新技术设备开发滞后导致秸秆处理困难，传统堆沤还田投工多，没人搞。湖南碧野通过多年努力，研制的农业废弃物生化处理制肥机，可达到改良土壤、防止病害蔓延、改善环境的目的。该技术设备通过了国家科技成果和农机鉴定，技术达国内领先水平。在湖南、安徽、宁夏、海南等地区的21个单位进行了应用，效果良好。农技、农机、畜牧部门要进一步做好秸秆综合利用的相关技术工作，不断研究和推广秸秆综合利用的先进技术，并制定相应的配套方案和技术规程。

    3.3 农民对秸秆综合利用的认识有待提高

    强化宣传提高农民的综合利用秸秆的积极性。“三秋”期间，召开秸秆综合利用现场会，并利用网络、报纸、电视等媒体，宣传了解政府的政策、秸秆利用的好处，让农民群众真正认识到秸秆还田是节本增效、废旧资源循环利用，实现农业良性发展的重要路子，营造秸秆综合利用的良好氛围。充分发挥种植大户的示范引领作用，加大秸秆收贮和机械还田力度，确保所有秸秆都能得到充分利用。

    4 结束语

    给秸秆找出路，为农民找到切实可行、行之有效的秸秆利用的好办法，将是秸秆禁烧的灵丹妙药和最佳路径。将农作物秸秆资源化、产业化开发提高到战略高度，有效调动社会力量，加上政府政策推進促进秸秆资源化开发利用产业的快速发展。

    参考文献：

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