康海燕

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，哈爾濱 150081)

0 引言

在資源日益緊缺的今天，社會(huì)各界都更加重視新能源的應(yīng)用，政府也大力支持能源的循環(huán)利用技術(shù)研究。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，糧食產(chǎn)出的同時(shí)還產(chǎn)出了大量的秸稈資源，這些農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所剩余的資源已經(jīng)逐漸被發(fā)達(dá)國(guó)家通過(guò)多種途徑進(jìn)行利用，而對(duì)于我國(guó)，近年來(lái)隨著環(huán)境問題凸顯和能源開發(fā)工作的推進(jìn)，秸稈再利用工作也受到了人們的重視。玉米秸稈是大宗糧食作物中高產(chǎn)的秸稈資源，玉米秸稈的產(chǎn)量幾乎能達(dá)到我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)秸稈資源總量的三分之一[1]。為加快秸稈資源的處理與再利用，減少玉米秸稈處理不當(dāng)造成的環(huán)境污染和破壞，通過(guò)先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備對(duì)玉米秸稈進(jìn)行回收和再利用處理具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義，且能有效推動(dòng)秸稈循環(huán)利用工作的開展。

1 玉米秸稈回收的現(xiàn)狀與難點(diǎn)

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)技術(shù)的不斷提升，農(nóng)作物產(chǎn)量逐年增加，秸稈的處理需求也日益迫切，圖1為近年來(lái)玉米秸稈產(chǎn)量的變化情況，可見玉米秸稈的年產(chǎn)量逐年增加，亟需探索可行的回收利用方案。就現(xiàn)階段玉米秸稈回收與再利用情況而言，相關(guān)工作的開展還不完善，沒有形成系統(tǒng)的體系鏈條，很多先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展存在較大阻礙。

圖1 近年來(lái)我國(guó)玉米秸稈產(chǎn)量情況(億t)

(1)受到傳統(tǒng)思想觀念和生產(chǎn)習(xí)慣的影響，我國(guó)農(nóng)民對(duì)秸稈回收利用的重要性理解不夠深入，認(rèn)為傳統(tǒng)的秸稈焚燒處理簡(jiǎn)單便捷，且焚燒后的草灰還能作為肥料。卻不知焚燒秸稈不僅浪費(fèi)了資源，污染了環(huán)境，還同時(shí)破壞了土壤表層的微生物結(jié)構(gòu)，會(huì)導(dǎo)致地力下降，得不償失。

(2)由于沒有形成系統(tǒng)的秸稈回收利用途徑，導(dǎo)致玉米秸稈回收后的再處理工作難以實(shí)施，很多秸稈在打捆后因回收價(jià)格低、運(yùn)輸價(jià)格高導(dǎo)致仍然被遺棄在農(nóng)田中。玉米秸稈回收對(duì)農(nóng)民沒有創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)利益，農(nóng)民積極性不高。

(3)玉米秸稈回收利用的配套技術(shù)仍不完善。就目前而言，玉米秸稈的回收利用技術(shù)研究多以回收、粉碎的前期工作為主，后期的秸稈處理、產(chǎn)品制造等再利用技術(shù)配套較少，現(xiàn)有秸稈產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)勢(shì)不明顯，使秸稈回收利用的利潤(rùn)價(jià)值不易凸顯。

2 玉米秸稈的機(jī)械化收獲技術(shù)

2.1 直接收獲

玉米秸稈的直接收獲主要有兩種形式，一是在玉米收獲機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)秸稈收獲和處理的機(jī)械結(jié)構(gòu)，這需要自走式玉米收獲機(jī)具有更高的動(dòng)力性能，通常情況下，自走式玉米收獲機(jī)包括底盤上部的割臺(tái)、剝皮機(jī)等裝置，而秸稈處理裝置位于收獲機(jī)下層，包括切茬裝置、秸稈揉切裝置和莖稈收集傳送機(jī)構(gòu)等裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)玉米秸稈的切斷、破碎、揉搓、輸送和收集；二是玉米的飼料化果穗秸稈混合收獲，多通過(guò)青貯飼料收獲機(jī)完成，能夠?qū)⒂衩捉斩捄凸胪瑫r(shí)收集、粉碎、混合，直接作為牲畜飼料使用。

2.2 撿拾打捆收獲

玉米秸稈的打捆收獲主要通過(guò)撿拾打捆機(jī)完成，現(xiàn)階段使用的撿拾打捆機(jī)包括小方捆打捆機(jī)、大方捆打捆機(jī)、圓捆打捆機(jī)幾大類。工作時(shí)，打捆機(jī)在拖拉機(jī)牽引下行駛，首先將玉米秸稈撿拾并喂入到機(jī)具內(nèi)部，通過(guò)制捆室的機(jī)械結(jié)構(gòu)將秸稈壓制成為高密度的方塊或圓柱體，再經(jīng)捆扎后形成秸稈捆，以便于集中運(yùn)輸和再利用。

3 玉米秸稈的“五化”利用模式

“五化”利用模式是玉米秸稈分化利用的大方向，“五化”利用包括飼料化、肥料化、燃料化、基料化、原料化。從總體來(lái)看，我國(guó)近年來(lái)對(duì)玉米秸稈的利用率呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，圖2為2019年我國(guó)玉米秸稈平均利用水平，可見玉米秸稈的綜合利用率接近75%，“五化”利用的工作已取得初步效果，且隨著技術(shù)的進(jìn)步，秸稈的利用率還將進(jìn)一步提升[2]。

圖2 我國(guó)玉米秸稈平均利用水平

3.1 玉米秸稈飼料化利用

玉米秸稈具有良好的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，其中淀粉、有機(jī)物、脂肪、礦物質(zhì)很適合作為牲畜喂養(yǎng)的飼料，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，在秸稈被大批量回收后，利用先進(jìn)的批量生產(chǎn)線技術(shù)，將其加工后作為飼料利用，是玉米秸稈再利用的良好途徑。飼料化利用過(guò)程中，對(duì)打捆的秸稈進(jìn)行機(jī)械化松散，并利用切割機(jī)進(jìn)行切割，使秸稈成為特定長(zhǎng)度的顆粒，再經(jīng)烘干、熟化處理，制造成袋裝成品秸稈飼料。這種飼料具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值好，適口性強(qiáng)，易于消化吸收的優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)于傳統(tǒng)的青貯飼料更適合于養(yǎng)殖場(chǎng)使用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)化的應(yīng)用價(jià)值。

3.2 玉米秸稈肥料化利用

玉米秸稈的肥料化利用主要有兩種方式，一是直接還田或過(guò)腹還田，直接還田就是將收獲后的秸稈進(jìn)行粉碎處理，然后采用深松作業(yè)將玉米秸稈翻入土壤中，使其與土壤充分混合，腐敗后與土壤融合，并有效提高土壤中的養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量；還可以將粉碎后的秸稈進(jìn)行覆蓋形式的免耕播種，即將玉米秸稈碎渣覆蓋在耕地表面，起到減少水分蒸發(fā)，保護(hù)水土的作用，同時(shí)還能將秸稈部分降解，為土壤提供養(yǎng)分，一舉多得；此外過(guò)腹還田就是通過(guò)牲畜在田間食用秸稈或收集后在棚圈中食用后，再將排出的糞便作為肥料還田。二是將玉米秸稈集中處理，加入腐敗添加劑，使其加速腐敗成為適宜的肥料，再進(jìn)行還田使用，這樣能夠更直接的為農(nóng)作物提供所需要的養(yǎng)分和有機(jī)元素，更直接的培肥地力，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的長(zhǎng)久運(yùn)營(yíng)。

3.3 玉米秸稈的燃料化利用

玉米秸稈中的淀粉、木質(zhì)素、有機(jī)質(zhì)具有很高的熱量值，據(jù)統(tǒng)計(jì)，單位重量的玉米秸稈燃燒所能產(chǎn)生的熱量可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)燃煤燃燒熱量的0.6～0.7倍，且由于其可再生性特點(diǎn)，已成為未來(lái)重點(diǎn)開發(fā)的環(huán)保、清潔能源。且通過(guò)現(xiàn)代化的機(jī)械加工，玉米秸稈能夠被制造成為比重大、熱值高、易于燃燒、成本低、環(huán)保衛(wèi)生的良好燃料。同時(shí)，也可將玉米秸稈集中用于沼氣發(fā)酵，所產(chǎn)生的沼氣是清潔的綠色能源氣體，現(xiàn)階段很多地區(qū)都建立了沼氣站，為農(nóng)村地區(qū)提供生活燃?xì)夤┙o，并創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 玉米秸稈的基料化利用

玉米秸稈經(jīng)過(guò)機(jī)械化粉碎后可以作為良好的種苗和食用菌栽培基質(zhì)，玉米秸稈中所含有的營(yíng)養(yǎng)在一定程度上優(yōu)于傳統(tǒng)的木材基質(zhì)，且易于獲取、成本更低，其加工成為基料的成本僅為傳統(tǒng)基料成本的50%，通過(guò)玉米秸稈栽培的杏鮑菇、木耳、香菇、金針菇等往往具有更好的品質(zhì)，經(jīng)濟(jì)價(jià)值更高，市場(chǎng)前景更為廣闊。

3.5 玉米秸稈的原料化利用

原料化利用主要是將玉米秸稈提取加工成為工業(yè)生產(chǎn)的原材料，一是由于玉米秸稈中含有豐富的木質(zhì)素，能夠作為復(fù)合材料的增強(qiáng)材料，用于生產(chǎn)辦公用紙、生活用紙和一次性餐具等；二是通過(guò)對(duì)秸稈的化學(xué)處理，能夠通過(guò)秸稈制造酒精試劑，用于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)和生活使用；三是秸稈中的淀粉、木質(zhì)素可以用來(lái)替代部分塑料制品添加劑，用于生產(chǎn)秸稈餐具、菜板、筷子等；四是可以通過(guò)對(duì)秸稈的粉碎處理，用以加工木質(zhì)板材，用于居民生活使用。

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