梁 強(qiáng)，梁宏衛(wèi)，胡水鳳，韋淙凱，歐陽(yáng)靜，韋海勇，劉曉燕，李毅杰，林善海，李楊瑞，宋修鵬*

(1 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，廣西南寧 530007；2 廣西博慶食品有限公司，廣西宜州 546300；3 廣西來(lái)賓東糖集團(tuán)有限公司，廣西來(lái)賓 546100；4 廣西博宣食品有限公司，廣西武宣 545900)

0 引言

甘蔗是我國(guó)重要糖料作物，根據(jù)2020/21 年榨季統(tǒng)計(jì)，廣西糖料蔗種植面積超過(guò)73.3 萬(wàn)hm2，如秸稈(蔗葉+尾梢)產(chǎn)量按9 t/hm2計(jì)，總量超過(guò)660萬(wàn)t。大量甘蔗秸稈殘留在蔗田中，由于甘蔗秸稈纖維分含量較高，當(dāng)年不易自然腐化，不僅影響來(lái)年的農(nóng)事管理，而且增加了病、蟲(chóng)、草源的數(shù)量。甘蔗秸稈的傳統(tǒng)處理方式為簡(jiǎn)單的露天焚燒，此種方法雖然簡(jiǎn)單高效，但其向大氣排放的大量二氧化碳?xì)怏w和煙塵顆粒不僅加重全球溫室效應(yīng)，還給人類呼吸健康帶來(lái)危害[1-3]。對(duì)此，國(guó)家相關(guān)部門制定了嚴(yán)格的法律法規(guī)對(duì)露天焚燒加以嚴(yán)控，并要求對(duì)秸稈進(jìn)行科學(xué)、無(wú)害、資源化處理。如《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》第七十六條提出，各級(jí)人民政府及其農(nóng)業(yè)行政等有關(guān)部門應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)和支持采用先進(jìn)適用技術(shù)，對(duì)秸稈、落葉等進(jìn)行肥料化、飼料化、能源化、工業(yè)原料化、食用菌基料化等綜合利用，加大對(duì)秸稈還田、收集一體化農(nóng)業(yè)機(jī)械的財(cái)政補(bǔ)貼力度。在國(guó)家法律的推動(dòng)和政策的指引下，秸稈收儲(chǔ)運(yùn)輸體系日益健全完善，其綜合利用技術(shù)不斷創(chuàng)新和推廣，以秸稈為紐帶的秸稈產(chǎn)業(yè)正在將秸稈收集與生態(tài)種養(yǎng)、秸稈能源化和資源化形成有機(jī)銜接，并朝著高效、環(huán)保、低成本的方向發(fā)展。本文以此為切入點(diǎn)，通過(guò)試驗(yàn)研究和收集整理前人的研究結(jié)果，對(duì)甘蔗秸稈處理良種化、肥料化、飼料化、能源化等技術(shù)措施進(jìn)行整理分析，得出一套較為系統(tǒng)的甘蔗秸稈處理解決方案，為甘蔗秸稈資源化綜合利用處理技術(shù)的深入研究提供理論基礎(chǔ)。

1 良種化從源頭降低秸稈殘留

減少甘蔗生產(chǎn)中的秸稈殘留量是秸稈處理的源頭性問(wèn)題，需要從產(chǎn)量、品質(zhì)、田間性狀等各方面進(jìn)行綜合考量。甘蔗品種眾多、性狀特征差異較大，如部分甘蔗品種葉片可隨著生長(zhǎng)拔節(jié)陸續(xù)脫落，而有些品種在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)莖稈均被葉片緊緊包裹。在高產(chǎn)高糖的基礎(chǔ)上，選用自動(dòng)脫葉且具有高收獲指數(shù)(低秸稈比例)的優(yōu)良品種可在實(shí)際生產(chǎn)中具備諸多優(yōu)勢(shì)。首先自動(dòng)脫葉品種的葉片提前脫落時(shí)期與高溫雨水季節(jié)重疊，蔗葉的自然腐化具有充足時(shí)間和適宜環(huán)境，至收獲季節(jié)時(shí)蔗田中部分枯葉已腐熟軟化；同時(shí)，自然脫葉品種的尾梢生物量較小，從源頭上降低了秸稈殘留量。其次自動(dòng)脫葉品種在收獲時(shí)蔗莖上葉片留存較少，人工砍收模式下只需頭尾兩刀即可打捆，而在機(jī)械化收獲模式下亦能顯著降低原料蔗含雜率，在有效降低人工剝?nèi)~成本的同時(shí)，滿足糖廠對(duì)進(jìn)廠原料蔗較高的質(zhì)量控制要求。再者，葉片自動(dòng)提早掉落，田間通氣性好，從而可減少因高溫高濕引起的病蟲(chóng)害[4-6]。

為了準(zhǔn)確測(cè)定生產(chǎn)上常用品種的甘蔗秸稈留存量，課題組對(duì)生產(chǎn)常用品種的秸稈殘留量進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)查。試驗(yàn)選用桂糖29 號(hào)、桂糖42 號(hào)、桂糖44 號(hào)、桂糖46 號(hào)、桂糖47 號(hào)、桂糖49 號(hào)、桂糖55 號(hào)、桂糖58 號(hào)、桂糖59 號(hào)、桂糖60 號(hào)、柳城05-136、粵糖93-159、粵糖00-236、新臺(tái)糖22 號(hào)等14 個(gè)生產(chǎn)上較常用的品種作為研究對(duì)象，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，行距1.2 m，行長(zhǎng)7 m，小區(qū)面積42 m2，5 行區(qū)，3 重復(fù)，每個(gè)參試品種下種量均為105000 芽/hm2；采用常規(guī)田間管理模式，甘蔗生長(zhǎng)期間不對(duì)蔗葉進(jìn)行任何處理。至甘蔗收獲期每小區(qū)連續(xù)選取20 株健康植株進(jìn)行調(diào)查，于生長(zhǎng)點(diǎn)往下10 cm 砍斷尾梢，之后分別稱取尾梢、蔗葉和莖稈的重量并按照重量比例進(jìn)行計(jì)算，即秸稈占比=(尾梢重+蔗葉重)×100%/(莖稈重+尾梢重+蔗葉重)。結(jié)果如圖1 所示。

圖1 廣西部分甘蔗栽培品種收獲部分與秸稈部分占比

圖1 結(jié)果顯示，廣西生產(chǎn)上主要栽培品種的秸稈占比大部集中于10%～20%之間，其中以桂糖29號(hào)秸稈占比最高，桂糖60 號(hào)秸稈占比最低，而生產(chǎn)上種植面積最大的桂糖42 號(hào)和柳城05-136 秸稈占比分別為14.3%和13.3%。按照當(dāng)前廣西甘蔗生長(zhǎng)種植面積約73.3 萬(wàn)hm2，平均單產(chǎn)75 t/hm2計(jì)算，如僅種植某單一品種，秸稈部分占比最高的桂糖29 號(hào)可產(chǎn)生秸稈921.3 萬(wàn)t，而秸稈部分占比最低的桂糖60 號(hào)僅產(chǎn)生秸稈509.9 萬(wàn)t，可減少秸稈量接近50%；此外，在脫葉性良好的品種桂糖60 號(hào)、桂糖42 號(hào)、桂糖46 號(hào)、柳城05-136、桂糖55 號(hào)中，桂糖42號(hào)和柳城05-136 可產(chǎn)生秸稈量分別為784.3 萬(wàn)、732.1 萬(wàn)t，桂糖60 號(hào)與二者相比亦可分別減少274.4萬(wàn)、222.2 萬(wàn)t。由此可見(jiàn)，自然脫葉品種兼具高產(chǎn)和低秸稈占比的優(yōu)點(diǎn)，可以作為減少秸稈田間留存量的優(yōu)良品種選擇。

2 肥料化實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)利用

2.1 秸稈粉碎原位還田

甘蔗秸稈中含有豐富的有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)，砍收甘蔗之后采用機(jī)械將秸稈物理粉碎原位還田，可將其自身營(yíng)養(yǎng)返還至土壤中，為下一輪甘蔗生長(zhǎng)提供豐富營(yíng)養(yǎng)源。粉碎后的秸稈顆粒物理形態(tài)較小、孔隙度大，與空氣和微生物的接觸面較大，有利于微生物繁殖生長(zhǎng)，為自然腐熟提供良好的環(huán)境條件。當(dāng)前常見(jiàn)的甘蔗收獲后秸稈殘留與粉碎機(jī)械作業(yè)如圖2 所示。

圖2 甘蔗收獲后秸稈殘留與粉碎機(jī)械作業(yè)

圖3 甘蔗尾梢青貯飼料加工流程圖

對(duì)甘蔗秸稈中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，甘蔗秸稈中不僅含有較高的有機(jī)質(zhì)和微量元素，而且N、P、K 也具有較高含量，分別為1.5%、0.26%和3.02%[7]。另有研究表明，單產(chǎn)達(dá)75 t/hm2的甘蔗地，蔗葉粉碎原位還田之后，與施用18.3 kg 氯化鉀、7.6kg 尿素和10.3 kg 鈣鎂磷肥具有同等肥效[8]。連續(xù)3年蔗葉粉碎原位還田實(shí)驗(yàn)表明，土壤中有機(jī)質(zhì)百分含量從1.5%提高到2.7%，堿解氮從63 mg/kg 增加到116 mg/kg，速效磷從3.7 mg/kg 增加到9.7 mg/kg，速效鉀從24.7 mg/kg 增加到55 mg/kg[9]?？梢?jiàn)，甘蔗秸稈中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，將其進(jìn)行原位還田可增加蔗田土壤的有機(jī)質(zhì)含量，減少肥料的施用，其操作簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)、有效。Chandre 等[10]研究發(fā)現(xiàn)在蔗葉粉碎還田后，土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌等微生物數(shù)量較甘蔗葉焚燒均有提高。蔗葉粉碎還田的同時(shí)若能配施酒精廢液，將對(duì)促進(jìn)土壤細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量增加有更顯著的效果[11]。此外，謝金蘭[12]從蔗葉還田對(duì)甘蔗生長(zhǎng)和土壤理化性狀的影響方面進(jìn)行研究，得出蔗葉還田不僅給蔗地增肥，使甘蔗生長(zhǎng)迅速，還可保障甘蔗高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)并提升其抗旱性和品質(zhì)。葛暢等[13]的研究也發(fā)現(xiàn)甘蔗葉原位粉碎還田處理的出苗率、分蘗率、株高均高于原位深埋和原位焚燒。

秸稈原位還田發(fā)揮的積極作用如：①固定營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，減少養(yǎng)分流失，為來(lái)年甘蔗生長(zhǎng)提供豐富的C、N 及礦質(zhì)元素，實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)利用；②增加土壤有機(jī)質(zhì)，改善土壤理化性狀，提高土壤透氣保水能力，減輕化肥過(guò)度施用帶來(lái)的土壤板結(jié)及酸化問(wèn)題，提升作物的增產(chǎn)潛力；③減少表層土壤水分蒸發(fā)和溫度過(guò)快下降，增強(qiáng)宿根蔗的御寒能力，抑制秸稈覆蓋區(qū)域雜草種子的萌發(fā)；④減少化肥施用，實(shí)現(xiàn)節(jié)本增收，減少過(guò)量施用化肥對(duì)農(nóng)業(yè)及生態(tài)環(huán)境的污染；⑤提高土壤中有益微生物種群及數(shù)量。

針對(duì)秸稈還田的優(yōu)勢(shì)和需求，目前國(guó)內(nèi)研究單位研制出較多的蔗葉粉碎還田機(jī)械，如1JFD-2 型雙輥甘蔗葉粉碎還田機(jī)(中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院機(jī)械研究所)；1GYF-120 型、150 型、200 型、250 型甘蔗葉還田機(jī)(廣西貴港動(dòng)力有限公司)；3SY-140 甘蔗田碎片還田機(jī)(廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所)。同時(shí)，也制定了相關(guān)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如DB45/T 561-2008《蔗葉粉碎還田機(jī)械作業(yè)質(zhì)量》。

2.2 腐熟發(fā)酵處理還田

甘蔗秸稈腐熟還田是把甘蔗秸稈進(jìn)行收集之后與有機(jī)肥或腐熟劑相混合，通過(guò)人工干預(yù)把大分子有機(jī)質(zhì)經(jīng)過(guò)微生物發(fā)酵分解成小分子有機(jī)質(zhì)和無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使秸稈營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)重新回歸到土壤中的一種技術(shù)方式。目前常用的腐熟基本方式包括：①收集→直接堆漚；②收集→粉碎→堆漚；③收集→粉碎+有機(jī)肥→堆漚；④收集→粉碎+腐熟劑→堆漚。然而在實(shí)際生產(chǎn)中，蔗農(nóng)在考慮成本因素后多采用收集后直接堆漚的方式。

相對(duì)于直接粉碎還田，腐熟處理過(guò)程中增加人工干預(yù)措施，可加速秸稈有機(jī)質(zhì)發(fā)酵分解。一般秸稈腐熟劑中含有大量能夠強(qiáng)烈分解纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的嗜熱耐熱放線菌和生物酶[14]，在微生物和酶的共同作用下，秸稈有機(jī)物發(fā)生一系列氧化反應(yīng)，釋放出CO2、H2O 和能量。羅文麗[15]研究發(fā)現(xiàn)人工接種加入腐熟劑可加快秸稈的腐熟進(jìn)程，經(jīng)過(guò)腐熟處理后，蔗葉切碎處理腐熟率增加了4.64 個(gè)百分點(diǎn)，切碎之后加入腐熟劑腐熟率處理可增加6.1個(gè)百分點(diǎn)，切碎之后加農(nóng)家肥處理腐熟率可增加9.18 個(gè)百分點(diǎn)。由此說(shuō)明，甘蔗切碎之后加入農(nóng)家肥進(jìn)行堆漚腐熟是在幾種腐熟方法措施中速度最快、效率最高的，農(nóng)家肥堆漚過(guò)程中微生物分解釋放出大量的熱量，加快了腐熟過(guò)程。這種方法簡(jiǎn)單易行，如果具備量大且低成本的農(nóng)家肥料來(lái)源時(shí)可采用該種技術(shù)措施。

2.3 秸稈碳化還田

生物碳作為一種具有高度穩(wěn)定性的富碳物質(zhì)，在其產(chǎn)生和儲(chǔ)存過(guò)程中能將生物質(zhì)中碳素鎖定而避免經(jīng)直接露天焚燒、微生物分解等途徑排放進(jìn)入大氣[16]。近年來(lái)，秸稈碳化還田是一項(xiàng)新興的秸稈還田處理方式，即在缺氧條件下把動(dòng)植物殘?bào)w經(jīng)生物化工技術(shù)緩慢高溫?zé)峤猱a(chǎn)生一類具有難熔、穩(wěn)定、富含碳素特征的固態(tài)物質(zhì)，然后返還農(nóng)田。該方法可對(duì)土壤進(jìn)行有效改良，解決農(nóng)田肥力下降的問(wèn)題，并且可以固定碳源，減少溫室氣體排放，為應(yīng)對(duì)全球氣候變化提供新的解決方案。研究發(fā)現(xiàn)，生物碳的產(chǎn)生能夠留存至少40%的有機(jī)碳，對(duì)氣候變化和全球熱輻射平衡起到積極影響作用。因此，通過(guò)生物碳工藝把甘蔗秸稈中的碳固定下來(lái)，并將其返回到蔗田中，不僅可以有效減少甘蔗生產(chǎn)中因燃燒秸稈而直接向大氣排放碳，而且可以改善蔗田土壤肥力，減少氮肥施用量。

3 飼料化可為畜牧業(yè)提供大量青儲(chǔ)飼料來(lái)源

3.1 甘蔗尾梢鮮飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高

甘蔗在人工砍收之后，收集尾梢部位(尾部綠葉、部分未成熟莖桿)作為家畜牛羊的青飼料，可補(bǔ)充冬季青飼料的短缺。甘蔗尾梢體量巨大，如果按照廣西甘蔗種植面積73.3 萬(wàn)hm2，每年可產(chǎn)生秸稈（蔗葉+尾梢）660 萬(wàn)t，其中新鮮尾梢500 萬(wàn)t，具有巨大的原料儲(chǔ)備。對(duì)于蔗尾梢作為青貯飼料的適應(yīng)性上，前人做了較多研究，王啟芝等[17]2018 年對(duì)比分析了甘蔗尾葉、玉米秸稈、象草3 種主要飼料作物的關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)成分和能量值，發(fā)現(xiàn)甘蔗尾葉粗蛋白質(zhì)含量介于玉米秸稈和象草之間，粗脂肪含量稍低于玉米秸稈和象草，說(shuō)明對(duì)比玉米秸稈和象草，甘蔗尾葉具有較大的飼料應(yīng)用潛力，但也存在一定的不足，如粗脂肪偏低和中性洗滌纖維偏高，降低了作為青飼料的適口性，牲畜偏好性略差，如表1 和表2 所示。

表1 幾種青飼作物的主要營(yíng)養(yǎng)成分 單位：%

表2 幾種青飼作物的能量指標(biāo) 單位：MJ/kg

3.2 尾梢半成品飼料加工發(fā)展迅速

甘蔗尾梢不僅營(yíng)養(yǎng)豐富而且體量巨大，可作為牛羊等反芻類動(dòng)物飼料的重要來(lái)源。作為青儲(chǔ)飼料原料加工，需與甘蔗的砍收同時(shí)進(jìn)行。國(guó)內(nèi)甘蔗砍收基本上處于人工砍收與機(jī)械砍收相結(jié)合模式，人工砍收模式占比遠(yuǎn)超機(jī)械砍收，蔗田中產(chǎn)生的大量尾梢殘留給后續(xù)田間管理工作帶來(lái)較大影響。蔗農(nóng)收集尾梢不僅可直接喂養(yǎng)自家牲畜，也可運(yùn)往青儲(chǔ)飼料加工點(diǎn)銷售，按照2023 年的收購(gòu)價(jià)格280 元/t計(jì)算，還可以增加2100～3000 元/hm2收入。甘蔗尾梢青儲(chǔ)飼料加工流程圖，甘蔗尾梢飼用方式以青貯或氨化為主，還有添加輔料或者采用微生物制劑進(jìn)行改善甘蔗尾梢青貯飼料的品質(zhì)[18]。粗飼料中粗蛋白含量較低、粗纖維含量高，動(dòng)物不易消化吸收，采用精粗結(jié)合發(fā)酵可提高飼料蛋白質(zhì)水平，有助于提高動(dòng)物瘤胃對(duì)飼料干物質(zhì)的消化率，提高飼料轉(zhuǎn)化率；而在青貯飼料中加入益生菌菌株(如酵母菌、芽孢桿菌、乳酸菌等)來(lái)發(fā)酵甘蔗尾梢，促使發(fā)酵飼料的部分粗纖維得到降解，從而改善反芻動(dòng)物的腸道環(huán)境，保障營(yíng)養(yǎng)成分不流失，促進(jìn)轉(zhuǎn)化吸收。同時(shí)精粗結(jié)合發(fā)酵可顯著提高動(dòng)物的日增重和肉品質(zhì)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益[19]。

4 能源化可有效補(bǔ)充我國(guó)能源缺口

4.1 蔗葉直燃發(fā)電

隨著我國(guó)能源需求量不斷增加，煤電、水電已經(jīng)難以滿足人們的日常用電需求，特別是空調(diào)的普及和新能源汽車的興起，對(duì)供電部門提出了更大的挑戰(zhàn)。雖風(fēng)電、光伏電等清潔能源占比逐漸加大，但也很難跟得上對(duì)電能需求的步伐。甘蔗收獲之后殘留的大量枯葉，為生物質(zhì)燃燒發(fā)電提供了大量穩(wěn)定的燃料來(lái)源，不僅解決了露天焚燒蔗田廢棄物的問(wèn)題，也增加了生物質(zhì)電能的燃料來(lái)源渠道，是一項(xiàng)多方受益的生產(chǎn)技術(shù)模式。如圖4 所示。

圖4 蔗葉作為生物質(zhì)電廠燃料

我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)發(fā)展迅速，截至2020 年底，我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量2952 萬(wàn)kW，發(fā)電量達(dá)1326 億kW?h，分別比2012 年增加了超過(guò)6 倍和接近4 倍[20]。前人研究發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)煤、甘蔗渣、甘蔗葉的燃燒值比為1∶3∶6，每年700 萬(wàn)t 甘蔗秸稈可以替代117 萬(wàn)t 的標(biāo)準(zhǔn)煤，減少292.5 萬(wàn)t CO2，2.8萬(wàn)噸SO2，0.82 萬(wàn)t 氮氧化物排入大氣(1 t 標(biāo)準(zhǔn)煤可以形成約2.6 t CO2，SO2約24 kg，氮氧化物約7 kg)[21-22]。

根據(jù)2019～2021 年的行情報(bào)價(jià)，蔗葉為250～300 元/t，蔗渣為300～500 元/t，標(biāo)準(zhǔn)煤為700～1800元/t，蔗葉在這3 類燃料商品中價(jià)格是最低的，煤炭?jī)r(jià)格最高，蔗渣的價(jià)格稍高于蔗葉。與燃燒值比(1∶3∶6)進(jìn)行比較，經(jīng)濟(jì)效益最好的是蔗渣，價(jià)格波動(dòng)幅度比較大，在1∶4 至1∶6 之間，如果煤炭?jī)r(jià)格長(zhǎng)期處于低位的話，經(jīng)濟(jì)效益不如煤炭。因此，對(duì)比這3 類燃料經(jīng)濟(jì)效益之后，糖企多數(shù)采用燃燒燃料充足的蔗渣給自身提供能源，而蔗葉雖然價(jià)格較低，但是燃燒值低，經(jīng)濟(jì)效益不如蔗渣。由此，蔗葉更適合作為生物質(zhì)電廠的燃料，雖其經(jīng)濟(jì)效益無(wú)法與煤和蔗渣相比，但在提供電能的基礎(chǔ)上獲得了巨大的生態(tài)效益，進(jìn)一步解決了燃燒甘蔗秸稈帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。

4.2 甘蔗秸稈灰分農(nóng)林資源化利用

甘蔗秸稈灰分主要包括蔗渣灰分和蔗葉灰分，蔗渣灰分是蔗渣燃燒后產(chǎn)生的灰分，主要來(lái)源于糖廠；而蔗葉灰分是甘蔗葉片燃燒后產(chǎn)生的灰分，主要來(lái)源于蔗葉露天焚燒和生物質(zhì)發(fā)電廠，如圖5 所示。蔗渣灰分中主要化學(xué)成分含量如表3 所示。

表3 蔗渣灰分中主要化學(xué)成分含量

圖5 生物質(zhì)發(fā)電廠的甘蔗秸稈灰分

甘蔗秸稈燃燒之后帶走了大部分有機(jī)物質(zhì)元素(包括C、N、S 等)，而礦質(zhì)元素都?xì)埩袅讼聛?lái)，表3 中顯示糖企制糖過(guò)程中產(chǎn)生蔗渣灰分中所含的大部分物質(zhì)，其中SiO2的含量最高，K2O 次之，還有大量的中微量元素，這些元素是甘蔗生長(zhǎng)過(guò)程中必不可少的組成部分[23-24]。

近年來(lái)，草木灰分在農(nóng)林生產(chǎn)上得到較為廣泛的應(yīng)用。

(1)作為酸性土壤改良劑利用。我國(guó)南方紅壤區(qū)土壤酸化加劇，已經(jīng)成為農(nóng)田土壤質(zhì)量退化的主要形式[25-26]，農(nóng)田土壤pH 在1980～2000 年間顯著下降了0.5 個(gè)單位左右，化學(xué)氮肥大量投入是引起土壤酸化的重要原因[25-27,33-34]。土壤酸化可導(dǎo)致鈣、鎂等陽(yáng)離子含量降低，鋁等作物毒害元素活性增加，嚴(yán)重影響作物的生長(zhǎng)[26]。前人研究發(fā)現(xiàn)，草木灰顯堿性，pH 值可以達(dá)到11.3，在農(nóng)田上使用不僅能提高土壤pH 值，而且能夠有效提高土壤速效鉀含量[24,26-27]。由此，用蔗渣灰或者配合石灰施用對(duì)于改善酸性土壤具有較大應(yīng)用前景。

(2)作為肥料利用。我國(guó)農(nóng)田土壤不僅缺鉀而且極容易流失，每年需要補(bǔ)充大量的鉀肥，鉀肥一直以來(lái)都依賴國(guó)外進(jìn)口，造成種植肥料成本居高不下，而草木灰分含有大量速效鉀，容易被植物所吸收，可作為速效鉀的重要來(lái)源，以減少鉀肥投入并改善土壤營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)作物生長(zhǎng)[27-29]。如王前進(jìn)等研究發(fā)現(xiàn)，秸稈發(fā)電和氣化殘余物作為肥料不僅不會(huì)引起土壤環(huán)境惡化，還可以降低生產(chǎn)成本并提高水稻、煙草等作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[30-31]。甘蔗秸稈灰分中富含各類礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，這些營(yíng)養(yǎng)元素源于甘蔗吸收富集而更有利于植物吸收，若作為肥料使用，有助于解決我國(guó)甘蔗生產(chǎn)中鉀肥使用嚴(yán)重不足的問(wèn)題，還可利用其強(qiáng)大的吸附能力減少速效礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的流失，有效提高肥料利用率。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有使用草木灰與聚天冬氨酸作為原料生產(chǎn)草木灰顆粒復(fù)合肥，解決了運(yùn)輸施用困難、單一施用草木灰肥效低的問(wèn)題[28]。

(3)作為育苗基質(zhì)利用。隨著國(guó)內(nèi)農(nóng)林生產(chǎn)育苗技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)育苗基質(zhì)的需求量也越來(lái)越大，不僅經(jīng)濟(jì)效益高的瓜果蔬菜在使用商品化種苗，連水稻、小麥、玉米等主要糧食作物也采用了工廠化育苗技術(shù)?；|(zhì)育苗技術(shù)已經(jīng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上大范圍推廣應(yīng)用，每年都需使用大量的育苗基質(zhì)，基質(zhì)中的主要原料以木糠、椰糠、泥炭土、稻殼為主，這些基質(zhì)材料不僅成本較高，而且僅提供物理支撐和保水保肥作用，作物苗期所需營(yíng)養(yǎng)均需要另外補(bǔ)充。草木灰不僅具有成本低廉、結(jié)構(gòu)疏松、保水性能好的特點(diǎn)，而且含有植物所需的較為全面的礦質(zhì)元素，可作為優(yōu)質(zhì)的育苗基質(zhì)使用。前人在水稻、蔬菜育苗方面已經(jīng)做了較多研究，研究結(jié)果表明草木灰作為基質(zhì)材料育苗更有利于作物生長(zhǎng)和品質(zhì)提高。如邵文奇等利用農(nóng)作物秸稈草木灰孔隙度大、持水性好、無(wú)菌無(wú)毒等的優(yōu)良特性，復(fù)配出安全、低成本、育苗效果良好的機(jī)插秧育苗基質(zhì)，解決了傳統(tǒng)基質(zhì)存在的用土量大、取土難、對(duì)土壤耕層破壞、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題[32]。孫春梅等將生物質(zhì)電廠草木灰作為黃瓜苗期的育苗基質(zhì)，發(fā)現(xiàn)可以有效促進(jìn)黃瓜幼苗的生長(zhǎng)[29]。用蔗渣灰作為育苗基質(zhì)的研究還鮮有報(bào)道。

5 存在問(wèn)題

我國(guó)甘蔗秸稈資源化利用已經(jīng)取得了較快發(fā)展，特別是隨著全程機(jī)械化生產(chǎn)方式逐漸鋪開(kāi)之后，秸稈處理效率和附加值得到顯著提升，逐漸被蔗農(nóng)和企業(yè)接受。但在技術(shù)層面還存在較多問(wèn)題，包括：①自動(dòng)脫葉低秸稈殘留的甘蔗優(yōu)良品種較少，還需加強(qiáng)具備這類特性的甘蔗新品種選育；②原位還田技術(shù)存在腐熟時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題還未能得到解決，對(duì)來(lái)年機(jī)械化作業(yè)產(chǎn)生影響；③禁止露天燃燒秸稈之后，大量病蟲(chóng)草源還留存在地表和宿根蔗蔸中，給來(lái)年甘蔗生產(chǎn)帶來(lái)較大風(fēng)險(xiǎn)，還增加了農(nóng)藥施用量；④增加了機(jī)械在田間的作業(yè)次數(shù)，碾壓蔗蔸并破壞了宿根蔗生長(zhǎng)的土壤環(huán)境；⑤甘蔗秸稈鍋爐燃燒灰分基本用于高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的作物上，極少返回蔗田，造成蔗田中甘蔗所需礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)嚴(yán)重缺乏。

總之，甘蔗作為C4 高光效作物，不僅為我們提供甜蜜的蔗糖，每年還固定了大量的CO2，為我國(guó)減少整體碳排放貢獻(xiàn)巨大。研發(fā)創(chuàng)建一套更科學(xué)合理的秸稈處理模式，變廢為寶，讓甘蔗秸稈發(fā)揮更大的效能，是我們科研工作者當(dāng)下的一項(xiàng)重要任務(wù)。