秸稈肥料化加工的現狀、問題及發展前景

秸稈是成熟農作物莖葉(穗)部分的總稱。通常指小麥、水稻(Oryza sativa L.)、 玉米(Zea may L.)和其他農作物在收獲籽實后的剩余部分。農作物光合作用的產物有一半以上存在于秸稈 中，秸稈還富含氮、磷、鉀、鈣、鎂和有機質等，是一種具有多用途的可再生的生物資源。 秸稈肥料化加工是控制一定的條件，通過一定的技術手段，在工廠中實現秸稈腐爛分析和穩定，最終將其轉化為商品肥料的一種加工方式，其產品一般主要 包括精制有機肥和有機-無機復混肥的兩種產品。利 用秸稈等農業有機原料進行肥料化加工的有機肥或有機-無機復混肥產品在改良土壤性質、改善農產品品質和提高農產品產量方面具有緊要的意義和顯著的效果。近些年來化肥大量投入使土壤的理化性質變差，且影響了作物的品質以及產量的可繼續性提高，而秸稈肥料化加工的產品有增加土壤有機質、氮、磷、鉀和 各種微量元素的含量，減小土壤的容重和增加總空隙 度，保持作物繼續增產等作用，是處理以上問題的有效 辦法。

李國學等利用秸稈堆肥加工的有機肥和有機-無機復混肥對白菜進行了栽培實驗，結果顯示它們在一定程度上都可提高土壤的有機質、全氮、速效磷、速效鉀等含量。此外，有機肥 和有機-無機復混肥營養元素的逐步釋放減少了淋溶 損失并提高了利用率。利用秸稈等農業有機原料進行肥料化加工的產品 還可以改善土壤環境，尤其是土壤中各種微生物的組 成和數量。眾所周知，土壤微生物(細菌、真菌和放線 菌)通過自身的生理作用對土壤中的各種元素進行轉 化和利用，進而使之被植物吸收利用，因此土壤微生物的種類和數量也是評判土壤肥力的指標之一。土壤中有機質的含量多少和成分是影響微生物數量和種類的 主要因素，在農業加工中施用適量的有機肥和有機-無 機復合肥可有效增加微生物數量和種類，并提高肥料利用率。農作物產品的品質和產量也會因施用秸稈肥料化加工的有機肥或有機-無機復混肥而提高。季云美和任旭琴考察了有機-無機復混肥對小白菜的品質和產量的影響， 結果是較不施肥降低硝酸鹽含量11.5%和提高可溶性糖含量42.1%，增產168%;劉杰等研究了有機-無機復混肥對大豆品質和產量的影響，結果顯示較常規施 肥粗蛋白增加1. 04 %，粗脂肪減少0.2%，產量增加11.1%;谷潔等[4]以秸稈和畜禽 糞便為有機原料加工的有機-無機復混肥在冬小麥加工上的使用實驗也聲明其具有良好的增產效果，其增產幅度在17.4%~18.7%，同時水分的利用率也提高了13.8%~15.4%。

1中國秸稈資源及其利用概述

1.1中國的秸稈資源

中國是農業大國，也是秸稈資源大國。自20世紀末以來，在農業政策的影響下，中國的糧食產量逐年遞增，秸稈產量也隨之大增。至2007年，中國的秸稈總量除去其他雜糧外已經達到7.47億t約占全球秸稈總量的20%~30%，且50%以上主要分布在四川、河南、山東、河北、江蘇、湖南、湖北、浙江等省區。中國的秸稈萌生量中稻谷、小麥和玉米3種谷類作物的秸稈產量占總產量的85%以上(2007年)。秸稈是一種具有多用途的可再生的生物資源，除 含有纖維素、半纖維素、木質素、蛋白質、脂肪和灰分 等有機物質外，還富含氮、磷、鉀、鈣、鎂和硅等礦質元素[6]。張夫道等人的統計聲明，豆科作物秸稈含氮較多，禾本科作物秸稈含鉀較豐富，作物秸稈提供的養分 約占中國有機肥總養分的13%~19%，是農業加工緊要的有機肥源。

表2和表3分別提供了幾種作物的礦物質和有機質種類及含量[8]。經 測 算 ，6億t秸稈中氮磷、鉀養分含量分別相當于400萬t尿素，700萬t過磷酸鈣，700萬t硫酸鉀，而2005年中國的氮肥、磷肥和鉀肥的施用量也不過2229.3萬t、743.8萬t和489.5萬t。由上可見，中國的秸稈資源是異常豐富的，只要加以合理利用就能變廢為寶。

?1.2中國秸稈的現有利用方式概述

當今，中國的秸稈大部分已經通過不同的方式加以開發利用。這些利用方式主要包括秸稈還田、秸稈能源化、秸稈飼料化、秸稈栽培食用菌等。 秸稈還田主要包括機械化粉碎還田和傾覆、堆漚還田。它在秸稈肥料化利用中占有緊要地位，只是機械化筆直粉碎還田一項的利用量就已經相當于秸稈總量的15%左右，而秸稈還田面積也占到總播種面積的15%左右[9]。研究證實，堅持常年秸稈還田不但在培 肥階段有分明的增產作用，而且后效十明顯顯，有繼續的增產作用。

秸稈能源化利用技術主要包括秸稈固化成型燃料、秸稈發電、秸稈沼氣(生物氣化)、秸稈熱解氣化秸稈干餾等方式，但是中國在設備加工、利用效率等方面還存在很多的問題需要處理。

秸稈飼料化是將秸稈作為牲畜飼料進行利用，可以說是秸稈最早的利用方式之一，現代用秸稈加工動物飼料的辦法主要有筆直飼喂、秸稈氨化、秸稈青貯、 發酵加工單細胞蛋白飼料等幾種。秸稈飼料化在中國 養殖業大發展的背景下也是秸稈有效利用的緊要方面之一。

秸稈栽培食用菌是指利用秸稈作為培養料加工食用菌，隨著利用技術的日臻完善，今朝加工的品種已有 二十多種，主要包括各種平菇)、香菇、木 耳和靈芝等。此外，部分秸稈還用于酒精、板材、造紙等工業產品的加工。但即使如此，還有相當一部分秸稈未 得到合理利用而成了環境污染的緊要因素。肥料化 加工是秸稈較有前景的利用方式之一，下文將著重從其現狀、存在問題和發展前景等方面進行相關解析。

2秸稈肥料化加工現狀

作物秸稈本身養分不均衡、含量偏低和不易腐熟，經常需配合養殖場萌生的畜禽糞便、生活垃圾、污水解決廠萌生的污泥等物料來共同進行肥料化加工，且需 添加一些專用的菌劑。秸稈用量要根據其他物料的養 分含量、含水率等進行調節，加入經過粉碎出產的秸稈 可以有效的改善發酵物料的碳氮比和含水量，從而利于接種的菌劑發揮作用。此外，也有一些研究嘗試對秸稈筆直進行堆肥化加工，但工業化加工還未見諸報道。

2.1中國有機肥加工現狀統計聲明，20世紀50年代中國的肥料投入中99%

是有機肥，至70年代萎縮到施肥總量的2/3，90年代則已不足1/4。近年來，隨著綠色食品、有機食品等需求的發展和長期不施、少施有機肥帶來的問題，人們又 開始重視對有機肥的投入，促使了中國有機肥產業的 大發展，至今已發展出多種加工工藝和產品，但大體可劃分為精制有機肥和有機-無機復混肥兩大類。

精制有機肥一般由農作物秸稈或禽畜糞便經腐熟、發酵、滅菌、混拌、粉碎等工藝出產而成，其原料多為農業廢棄物，其主要功能成分有機物的含量多在50%以上，主要用于有機食品和綠色食品加工;有機-無機復混肥則是指在加工無機復混肥料過程中，加入一定量有機質而制成的肥料，其產品中既含有大量元素，又含有有機質。

該產業自21世紀初以來發展迅猛，全國精制有機肥和有機-無機復混肥加工企業分別從156個和294個猛增到今朝的687個和615個，相當于凈增3倍多和1倍多，同時產量也增長了2倍左右。但有機肥企業呈現地域性分布和規模普遍偏小的特點:有機肥加工企業主要分布于有機肥原料豐富地區(如山東和河北)和經濟發達地區(如廣東和江蘇)，且50%以上聚集分布在山東、河北、遼寧、廣東和江蘇五省;中國有機肥加工企業中年產10萬t以上的不到10家，年產5萬t~10萬t的不足總數的10%，年產1萬t以下的則占半數以上。

2.2秸稈有機肥化加工的工藝

秸稈的有機肥化加工工藝依據最終產品的不同而有所差別，對于精制有機肥和有機—無機復混肥來說，精制有機肥的工藝是有機—無機復混肥的工藝中的一 部分，而精制有機肥的加工工藝是大體相同的。

2.2.1精制有機肥的加工工藝

秸稈和畜禽糞便等混 合而成的物料經過堆肥化解決以形成精制有機肥制品，加工過程主要包括原料粉碎混合、一次發酵、陳化 (二次發酵)、粉碎和篩分包裝幾個部分。精制有機肥 現執行行業標準NY 525-2002。

精制有機肥的加工辦法主要有條垛式堆肥、槽式堆肥和反應器式堆肥等幾種形式，它們各有優缺點，需要依據企業當地的詳盡情況加以選擇，但它們的加工工藝流程大致相同(見圖1)。秸稈一般不筆直作為原料進行快速堆肥，而是首先進行粉碎解決，前人的實驗研究和踐行結果顯示秸稈粉碎到1 cm左右是最適合進行堆肥的。粉碎好的秸稈和畜禽糞便等其他物料進行混合，其主要目的是調節原料的碳氮比(25~30):1和含水率60%左右，使之適合接種菌劑中的微生物迅速繁衍和發揮作用。據測算，一般豬糞和麥秸粉的調 制比例10:3左右、牛糞和麥秸粉的調制比例3:2左右、酒糟與麥秸粉調制比例2:1(還需要調節含水率)左右 是較為適宜的，但加工上對用料的配比需依物料實際 情況再調整。一次發酵(歷時約10天)是整個流程中的關鍵所在，其成功與否筆直決定產品的質量優劣，因此，需要在該過程中實時監測物料的溫度、含水率、通氣量等指標，以便有效控制堆肥進程和產品質量，該過程通常需 要及時翻堆操作，其次數在4~5次左右。對該步中的 翻堆解決要掌握時到不等溫，溫到不等時原則，即隔天翻堆時即使溫度未達到限制的65°C也要及時進行，或者只要溫度達到65°C即使時間未達到隔天的時數也要進行翻堆。

陳化過程(歷時約4 ~ 5周)主要是對一次發酵的物料進行進一步的穩定化，期間需插通氣孔以滿足微生物的氧氣所需。陳化后的物料經粉碎篩分后將合格與不合格的產品分離，前者包裝出售后者作為返料回收至一次發酵階段進行循環利用。快速堆肥化方式加工有機肥時，物料大致經歷了升溫、高溫柔降溫3個階段，而以上工藝中各個步驟所 采取的措施即是為了滿足堆肥不同階段需的條件。

升溫階段大致是混合物料開始堆垛到一次發酵中溫度上升至45°C前的一段時間(2~3天左右)，期間嗜溫微生物(主要是細菌)占據主導地位并使易于分析的 糖類和淀粉等物質迅速分析釋放大量熱而使堆溫上升。為了快速提高堆體中的微生物數量，常需要在混 合料中加入專門為堆肥加工而研制的菌劑。

高溫階段主要是堆體溫度上升到45°C后至一次 發酵結束的這段時間(1周左右)，該階段中嗜熱微生物(主要是真菌、放線菌)占據主導地位，其好氧呼吸作 用使半纖維素和纖維素等物質被強烈的分析并釋放大量的熱。該階段中要及時進行翻堆解決(依時到不等溫，溫到不等時原則)以調節堆體的通風量、溫度50~ 6 5°C(最 佳5 5°C)，但是絕對不可讓堆體的溫度增高到70°C，因為此溫度下大多數微生物的生理活性會受到抑制甚至死亡。實際上本階段也是有效殺滅病原微物和雜草種子的階段，是整個堆肥加工過程中的關鍵。

降溫階段對應的是加工工藝中的陳化過程(約4~ 5周)，溫度降低到50°C以下，嗜溫微生物(主要是真 菌)又開始占據主導地位并分析最難分析的木質素等物質。該階段微生物活性不是很高，堆體發熱量減少， 需氧量下降，有機物趨于穩定。為了保持微生物生理活動所需的氧氣需要在堆體上插一些通氣孔。?

2.2.2秸稈的有機-無機復混肥加工工藝有機-無機復混肥不是簡單的有機肥和無機肥的混合產物，它較單 一加工有機肥或無機肥要難，主要在于兩者造粒不易， 或者是造粒產品不易達到國家的有機-無機復混肥產品標準(GB 18877—2002)。有機肥本身性質是不易造粒的主要原由，按國家標準規定，有機肥在整個復混 肥的原料中占比重不小于30%，而隨著有機肥占的比 重增加其成粒難度也會相應增大。

就現有工藝來說，有機-無機復混肥的加工工藝有兩個階段，一個是有機肥的加工階段，另一個就是有機肥和無機肥的混合造粒階段。有機肥的加工階段與精制有機肥的加工相同，秸稈等物料也需要通過高溫快 速堆肥解決而成為成品有機肥，造粒階段的流程主要 包括有機肥和無機肥的混合、混合料的造粒、顆粒的篩 分、產品的包裝等幾個步驟，其中混合料的造粒階段是區分現有有機-無機復混肥加工工藝的主要所在，也是研究的重點所在。

依據加工中選擇的造粒工藝，在造粒前要對有機肥進行一定的前解決，如工藝要求物料要細膩的需對 其進行粉碎和篩分析決，工藝要求含水量低的需進行 干燥解決等。

目前，成熟的造粒工藝主要包括以下幾種: (1)滾筒造粒:混合好的物料在滾筒中經粘結劑濕 潤后，隨滾筒轉動相互之間不斷粘結成粒。粘結劑有水、尿素、腐植酸等種類，可依加工需要而定。本工藝主要特點是:有機肥不需前解決即可可筆直進行造粒;粘結劑的選擇范圍廣，工藝通用性強;成粒率低，但外 觀好。

(2)擠壓造粒:有機肥和無機肥按一定比例混合， 經對輥造粒機或對齒造粒機等不同的造粒機進行擠壓 或碾壓成粒。質地細膩且粘結性好的物料比較適合該工藝的要求，此外必要時還需調節含水量以利于成粒。該工藝的主要特點是;物料一般需要前解決;無需 烘干，減少了工序;產品含水量較高;顆粒平均，但易潰散;加工時要求動力大、加工設備易磨損。

(3)圓盤造粒:干燥和粉碎后的有機肥配以適量無 機肥送入圓盤，經增濕器噴霧增濕后在圓盤底部由圓 盤和內壁相互摩擦萌生的力而粘結成粒，最后再次干燥后篩分裝袋。圓盤造粒工藝現已發展出連續型和間 歇型兩種辦法。該工藝特點是:有機肥需先驅進行干 燥粉碎解決，工序繁瑣;對有機肥的含量適應性強;顆 粒可以自動分級但成粒率偏低，外觀欠佳;加工能力適中。

(4)噴漿造粒:有機肥和無機肥按一定比例混合后 投入造粒機內被揚起，然后噴以熔融尿素等料漿，在干 燥和冷卻的過程中逐步結晶達到相應的粒度。本工藝的特點是:造粒需高溫;成粒率高，返料少;加工能力強。

除此之外，一些如擠壓拋圓造粒的新型造粒工藝也已使用。其工藝流程大致是:物料混合→圓盤喂料→擠壓造粒→顆粒拋光整形→烘干、冷卻和篩分→計 量包裝。該工藝兼具擠壓造粒和滾筒造粒的優勢，產品在成粒性、強度和外觀上都不錯。產品的顆粒性、強度和外觀等關系到產品的市場競爭力。一般情況下，顆粒平均、強度合適和外觀良好 的產品易于得到市場的酷愛。?

3秸稈肥料化加工存在的問題

秸稈肥料化加工是秸稈綜合利用的緊要方式之一，尤其結合畜禽糞便共同進行肥料化加工的形式，使秸稈和畜禽糞便都得到了有效利用。但是，秸稈肥料化加工中也存在一定的問題需要在以后的加工踐行或 研究中進一步處理。這些問題可以歸納如下:

(1)秸稈雖然來源廣泛，但是由于其分布廣、質地松散等原由，造成收集、運輸、儲存、粉碎和發酵成本偏 高，不利于控制成本。各種物料的收購價格約莫為秸稈200元/ m3(鮮基)、豬糞100元/m3(鮮基)、牛糞50元/m3(鮮基)、酒糟160元/m(3干基) ，但是由于地域和經濟的發展情況不同，各種物料的價格也有所不同。一般來說，有機肥出廠時的價格要在500元/t左右才能有一定利潤，而有機無機復混肥則要在1000元/t以上。2)秸稈的成分由于作物品種、施肥量、施肥品種、收獲時期、晾曬程度等以及使用的畜禽糞便的種類、性 質和成分含量等的差別造成產品的各項指標不穩定。

(3)秸稈肥料化過程中的一次發酵過程條件不易精確控制，容易造成發酵產物質量不合格。

(4)秸稈肥料化有機-無機復混肥的加工過程中于有機肥本身性質以及選擇的造粒工藝不同，使有機-無機復混肥的產品質量有所差別，當前還沒有一個足夠成熟的造粒工藝可以兼顧產品加工中的各種問題。

(5)對秸稈肥料化加工的研究不夠全面和深入，使其還未形成國家級的一套加工標準和規程，不利于對企業進行必要的加工監管。

4秸稈肥料化加工的前景展望

秸稈肥料化加工的有機肥和有機-無機復混肥有無機肥所無法比擬的優點，其對土壤物理結構和化學 性質的改變、對作物品質的提高、保持地力和促使糧食 繼續增產增收等作用已為世人所公認。 雖然秸稈肥料化加工過程中存在各種各樣的問題，但是隨著科技的發展、人們環保意識的提高、政府 的進一步關注及其相關支持政策的出臺，它必將成為 中國肥料產業中的一支緊要力量，為處理目前大田生 產中的有機肥投入過少問題和秸稈不適當解決造成的環境問題等提供有效的處理途徑。 總之，秸稈肥料化加工在中國有巨大的市場潛力。為了加快秸稈肥料化加工有機肥或有機-無機復混肥產業的發展，在此提議國家盡早出臺有利于其發 展的相關鼓勵政策，比如出臺一些相關的財政補貼政策，加大相關基礎研究的人力和財力投入，制定和修改更加符合實際加工需要的標準和規范，提議相關加工企業增強在工藝、設備等方面的研發以及成本的控制研究等。

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