农作物秸秆“五化”综合利用技术

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1、农作物秸秆“五化”综合利用技术农作物秸秆是一类具有丰富氮、磷、钾及有机质养分的可再生生物质资源，是农业生产的主要副产品。随着农业经济快速发展，农民生活条件和农村燃料结构改变，作物秸秆逐渐变为农产品废弃物，秸秆焚烧成为春秋两季农忙时节的标志性现象，同时因其所引发的强雾霾天气等环境问题已成为亟需解决的社会性问题。自1999 年国家环保总局与农业部等部委联合发布秸秆焚烧和综合利用管理办法、 2008年国务院发布关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见、2011 年国家发改委、农业部和财政部联合发布“十二五”农作物秸秆综合利用实施方案，2016年国家秸秆产业技术创新战略联盟发行中国秸秆产业蓝皮书、至 20

2、17 年农业部、国家发展改革委、财政部联合发关于加快发展农业生产性服务业的指导意见等一系列政策及着作相继对作物秸秆禁烧和综合利用进行界定，阐述总体目标、重点任务和技术措施，并将秸秆“五化”综合利用技术分解为20 余项小类技术，这对稳定农业生态平衡、促进农民增产增收、缓解能源、环境压力具有重要作用。目前，中国各科研院校针对秸秆“五化”综合利用技术不断地进行研究，取得了丰硕成果。作物秸秆肥料化利用技术01 寒地玉米秸秆还田东北农业大学以玉米秸秆为原料，根据东北寒地垄作特点，将秸秆粉碎的细一些，春季秸秆绝大部分留在垄沟中，对垄顶（作物播种带）的土壤温度影响较小的原理，构建玉米秸秆还田技术模式。工艺流

3、程如下：玉米秋季机械收获、秸秆粉碎抛撒沿原垄深松、灭茬沿深松灭茬带播种玉米或大豆播后化学封闭除草苗期垄沟深松苗期化学除草中耕追肥秋季机械收获、并粉碎秸秆。 以玉米秸秆还田现场为例，如下图所示：玉米秸秆还田现场图 02 秸秆菌糠生物有机肥南京农业大学以稻草、麦秸、玉米秸、大豆秸、甘蔗渣等农业废弃物作为原料，利用工厂化秸秆栽培食用菌的菌糠， 经过粉碎、 补料、发酵等流程，二次利用秸秆原料，增加了经济效益，减少了秸秆对环境的污染，延长了秸秆循环的链条，促进了秸秆物质的进一步循环利用。该项技术成果已形成秸秆菌糠生物有机肥生产线、可年产万吨秸秆菌渣生物有机肥。现今该项成果已在某市成功示范了 30 个鸡腿

4、菇大棚，生物学转化率达到了 120%，合计示范区应用面值 800 余亩。03 高效生物质腐熟肥料中国农业科学院以麦秸、玉米秸、 稻秸、油菜秆、甜高粱秆等农作物秸秆为原料，在农作物收获后，及时将收下的作物秸秆均匀平铺，配套喷洒机具撒施高效生物腐熟菌剂，使腐熟剂与秸秆充分接触，维持微生物活动适宜的养分和通气条件，调节碳氮比，使秸秆快速腐熟释放有益物质，制成高效腐熟肥料，以利于下茬农作物的播种和定植，实现秸秆还田利用。作物秸秆饲料化利用技术1 揉丝饲料内蒙古农业大学以玉米秸、豆秸、稻秸、麦秸、花生秸、向日葵秆等农作物秸秆为原料，通过对秸秆进行机械揉搓加工，使之成为柔软的丝状物，有利于反刍动物采食和消

5、化的一种秸秆物理化处理手段。通过秸秆揉丝加工不仅分离了纤维素、半纤维素与木质素，而且较长的秸秆丝能够延长其在反刍动物瘤胃内的停留时间，有利于牲畜的消化吸收，从而达到提高反刍动物对秸秆的采食量和消化率的双重功效。 02 青（黄）贮饲料黑龙江省畜牧机械化研究所以玉米秸、高粱秆、 麦秸、高粱秸、 向日葵秸等农作物秸秆为原料，把秸秆填入密闭的设施里（青贮窖、青贮塔或裹包等） ，经过微生物发酵作用，达到长期保存其青绿多汁营养成分的一种处理技术方法。 秸秆青（黄）贮的原理是在适宜的条件下，通过给有益菌（乳酸菌等厌氧菌）提供有利的环境，使嗜氧性微生物如腐败菌等在存留氧气被耗尽后，活动减弱直至停止，从而达到抑

6、制和杀死多种微生物、分解粗纤维、保存饲料营养成分的目的，具有营养损失较少、饲料转化率高、适口性好、保存期长等优点。03 秸秆发酵饲料复合菌剂河北农业大学以玉米秸、豆秸、稻秸、麦秸、枯草等农作物秸秆为原料，通过筛选大量木质纤维素降解菌、产酸菌及无机氮转化功能菌株，经共存性及抑菌试验研制出高效秸秆发酵饲料复合菌剂，大力推动我国秸秆资源的大规模循环利用，促进畜牧业的快速发展。其经济、社会和生态效益巨大，应用前景极为广阔。作物秸秆能源化利用技术1 高清洁汽柴油中国科学院广州能源研究所以玉米、小麦秸、水稻秆、高粱等秸秆为原料，在纤维素丁醇的提取工艺上，采用汽油基础组分直接混入发酵液中进行萃取分离纤维素丁

7、醇、发酵液再直接蒸馏分离丙酮，采用高效油脂分离方法，在利用有机溶剂对酵母细胞进行破壁的同时对微生物油脂进行富集分离，清洁生产生物柴油技术。2 热解气化燃气北京化工大学以水稻、小麦、玉米、棉花、油菜、甜高粱、 甘蔗等秸秆为原料， 通过秸秆热解气化技术，利用气化装置，以氧气（空气、富氧或纯氧） 、水蒸汽或氢气等作为气化剂，在高温条件下，通过热化学反应，将秸秆部分转化为可燃气的过程。该技术已在国内30 多个企业工程化应用，并有10 多套产品出口到东南亚国家，华中科技大学形成生物质燃料生产示范及其在工业锅炉蒸汽生产中的应用示范。03 沼气东北林业大学以玉米、水稻等农作物秸秆为原料，通过对长期保藏关键功

8、能微生物的功能评价、复合菌系构建，形成高密度厌氧微生物多菌种复合生产工艺，研制成功高活性、高生物量的复合菌剂，集成了沼气发酵功能微生物强化技术。加速低温沼气发酵，提高沼气产量 20%以上，解决了我国沼气建设和发展中存在的原料转化率低、启动慢、低温产气难等问题。某地秸秆沼气集中供气工程技术路线图04 炭化燃料南京农业大学以水稻、 小麦、玉米、棉花、油菜、甜高粱、甘蔗等农作物秸秆为原料， 通过把秸秆晒干或烘干、粉碎后，在隔氧或少量通氧的条件下，经过干燥、干馏、冷却等工序，进行高温、亚高温分解，生成炭、木焦油、木醋液和燃气。开发了秸秆黑炭农用还田技术，解决了沼气能滚道窑炉批量秸秆分区控温限氧热解技术

9、难点，并通过以秸秆为原料生产燃气联产黑炭，取得了热解过程焦油等副产品的循环利用及秸秆黑炭农业应用的推行创新点，提高秸秆的处理能力，实现了循环农业产业链。5 燃料乙醇中国科学院过程工程研究所以农作物秸秆为原料，将秸秆切断后进行汽爆梳分分级，得到半纤维素、长纤维和短纤维。发明适于秸秆固相物料特性的固相酶解发酵耦合分离新技术，充分发挥固态发酵节水节能优势及酶解发酵分离三重耦合作用，在工程上为降低纤维素酶用量和乙醇蒸馏成本开创新途径。以下是秸秆燃料乙醇多联产生态产业链工艺原理，如图所示：秸秆燃料乙醇多联产生态产业链工艺原理图作物秸秆原料化利用技术01 人造板材东北林业大学是以麦秸、 稻草和棉花秆等农作

10、物剩余物为主要原材料，经处理后，在热压条件下形成密实而有一定刚度的板芯，进而在板芯的两面覆以涂有树脂胶的特殊强韧纸板，再经热压而成的轻质板材。以年产5 万 m3秸秆人造板项目为例，如下图所示：年产 5 万 m3 秸秆人造板项目图 02 木质素 - 酚醛树脂胶黏剂东北林业大学以玉米、 水稻、甜高粱等农作物秸秆为原料，在碱催化作用下，与甲醛进行亲电加成反应，在苯环上引入羟甲基，通过木质素 - 酚醛 - 甲醛多元共缩聚树脂分子结构的设计，实现共缩聚生物质大分子反应体系的分子量控制，利用生物质基胶黏剂预压、固化及人造板制备技术，实现木质素 - 酚醛树脂胶黏剂在人造板中的应用。如在木塑型材生产线中，通过

11、木质素 - 酚醛树脂胶黏剂来黏合成木塑门窗和功能性地板产品。如下图所示：木质素 - 酚醛树脂胶黏剂的应用过程图作物秸秆基料化利用技术1 生产园艺基质河南农业大学以水稻、小麦、玉米、棉花、油菜、甘蔗、花生壳等多种农作物秸秆及农林废弃物为原料，通过微生物菌种的筛选、发酵配方的研制、发酵培养条件的优化、优良菌种的选育，以农作物秸秆、果渣等作为发酵基质，通过已经筛选出最佳微生物菌株，运用生物工程发酵技术，对其进行发酵处理。已为宁夏某公司建成年产30000m3规模的生态型基质和四川大学建设的总面积5 万岩土渣场秸秆植生带绿化工程。02 栽培食用菌山东省农业科学院以蔬菜（番茄）废弃物、玉米秸秆和畜禽粪便为原料，添加微生物促腐菌剂，调整适宜的物料配比、含水率，采用好氧堆肥技术堆制腐熟，还田到设施菜田（番茄） ，配合追施化肥，保证蔬菜产量前提下，将蔬菜废弃物无害化、资源化，并在菜田循环利用，实现节肥增效、菜田清洁、安全、高效生产。开展了菌渣肥料化、能源化、饲养化及二次种菇研究，建立了多级、循环利用模式，完善了秸秆从田里来到田里去的循环链条，增加了经济效益，减少了秸秆对环境的污染，促进了秸秆物质的进一步循环利用。