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表2-12007年中国主要作物产量及作物秸秆量
作物种类经济产量/亿吨经济产惫/秸秆®
秸秆量/亿吨所占比例/%
稻谷186.030.97180.4527.56
小麦109.31-03112.5817,19
玉米152.31.37208.6531*86
花生13.031_5219.83.02
油菜10.573.0031.724.84
芝麻0,560.640,360.05
豆类17.21.7129.414,49
薯类28.080’6117.132,62
棉花7_623.0022.873‘49
麻类0.731.701.240.19
甘蔗112.950.2528.244.31
烟叶2,41.002*40.37
总计640.77654.49100
①数据来源:
韩鲁佳等,中国农作物秸秆资源及其利用现状。
②态环境的负面影响,又是发展有机可持续农业不可替代的有效途径。
二、主要农作物秸秆的利用途径
(一)秸秆肥料化利用
秸秆肥料化利用主要包括秸秆机械粉碎还田、保护性耕作、快速腐熟还田、堆沤还田等方式。
机械化粉碎还田主要是将收获后的农作物秸秆刈割或粉碎后,翻埋或覆盖还田;
保护性耕作是以保护生态环境、促进农业可持续发展和节本增效为目标,以秸秆覆盖留茬还田、就地覆盖或异地覆盖还田、免(少)耕播种施肥复式作业、轮作、病虫草害综合控制等为主要内容的先进农业技术;
快速腐熟还田主要利用微生物菌剂对农作物嵇秆迸行发酵腐熟直接还田;
堆沤还田主要是在田间地头挖积肥凼,将农作物秸秆堆成垛,添加适量的家畜粪尿或污泥等,调整碳氮比和水分,或者添加菌种和酶,使秸秆发酵生成有机肥料。
(二)秸秆用作畜牧饲料
利用化学、微生物学原理,使富含木质素、纤维素、半纤维素的稻秆降解转化为含有丰富菌体蛋白、维生素等成分的生物蛋白饲料。
目前国内巳开发出精秆青贮、微贮、氨化、盐化、碱化等饲料转化技术。
秸秆饲料适口性强,纤维降解率可达20%〜35%,蛋白质含量增加50%以上,并含有多种氨基酸,可代替40%〜50%的精饲料,用于饲喂猪、牛、鸡、鸭、鱼等畜禽,效果十分显著。
饲喂牛、马、羊等大牲畜,并将其粪便还田,即为过腹还田。
(三)秸秆作为工业原料
秸秆作为工业原料在国内的开发利用起步较晚,但由于其来源丰富、价格低廉,且经济效益显著,目前巳成为极具潜力的发展领域。
造纸原料采用特殊的加工工艺,使秸秆在高温髙浓度状态下相互挤压摩擦,从而破坏木质素对纤维的粘合力,以纯机械方式使秸秆纤维得以分解,经过疏解、磨浆、筛选,最后使其成为纸浆。
木材替代品经碾磨处理后的秸秆纤维与树脂混合物在金属模中加压成型处理,可制成各种各样的低密度纤维板材。
再在其表面加压和化学处理,可用于制作装饰板材和一次成型家具,具有强度髙、耐腐蚀、防火阻燃、美观大方及价格低廉等特点。
秸秆还可代替木材和棉花生产高质量的人造纤维浆粕,可作为化纤制品和玻璃纸生产的主要原料。
秸秆工艺品通过手工或草帘编织机、草绳编织机将秸秆编织成草帘、草绳或草帽等工艺品,可丰富农产品市场。
秸秆还可以用来制作一次性餐具,具有用后易于回收利用、成本低等特点。
(四)秸秆作为能源材料
秸秆能源化利用主要包括秸秆沼气(生物气化)、秸秆固化成型燃料、秸秆热解气化、直燃发电和秸秆干馏等方式。
秸秆沼气(生物气化)是指以秸秆为主要原料,经微生物发酵作用生产沼气和有机肥料的技术;
秸秆固化成型燃料是指在一定温度和压力作用下,将农作物秸秆压缩为棒状、块状或颗粒状等成型燃料,从而提高运输和贮存能力,改善秸秆燃烧性能,提高利用效率,扩大应用范围;
秸秆热解气化是以农作物秸秆、稻壳、木屑、树枝以及农村有机废弃物等为原料,在气化炉中,缺氧的情况下进行燃烧,通过控制燃烧过程,使之产生含一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体作为农户的生活用能;
秸秆直接燃烧发电技术是指秸秆在锅炉中直接燃烧,释放出来的热量通常用来产生高压蒸汽,蒸汽在汽轮机中膨胀做功,转化为机械能驱动发电机发电;
秸秆干馏是指利用限氧自热式热解工艺和热解气体回收工艺,将秸杆在一个系统上同时转化为生物质炭、燃气、焦油和木醋酸等多种产品,生物质炭和燃气可作为农户或工业用户的生产生活燃料,焦油和木醋酸可深加工为化工产品,实现秸秆资源的髙效
利用。
(五)秸秆作为食用菌栽培的基质
食用菌栽培已逐渐成为21世纪的新型农业。
秸秆经热蒸、消毒、发酵、化学处理后,可用来种植姬菇、平菇等,成本低,经济合算。
充分利用作物秸秆、籽壳筛选优良菌种,提高转化率和食用菌产量,进行高裆食用菌周年生产,是秸秆利用的有效途径之一。
目前,利用秸秆栽培食用菌品种较多,有平菇、姬菇、草菇、鸡腿菇、毛木耳等十几个品种,而且有些品种的废弃菌帮(袋)料可以作为另一种食用菌的栽培基料,不仅提髙了生物转化率,延长了利用链条,而且减少了对环境的污染。
(六)利用秸秆加工活性炭
利用桔秆为原料生产活性炭技术,因秸秆的软、硬不同,可分为两种生产加工方法。
(1)软秸秆如稻草、麦秸、稻壳等,可采用高温气体活化法,即把软质秸秆粉碎后在高压条件下制成棒状固体物,然后进行炭化,破碎成颗粒,通过转炉与900X:
左右水蒸气进行活化造孔,再经过漂洗、干燥、磨粉等工艺制成活性炭。
(2)硬度较强的秸秆如棉柴、麻秆等,可采用化学法。
即把硬质秸秆粉碎成细小颗粒状,筛分后烘干永分控制在25%左右。
经过氯化锌、磷酸、盐酸等,配制成适合的波美度和pH值溶液浸泡4〜8h,进行低温炭化(250〜350X:
)和高温活化(360〜450D,再经回收(把消耗的原料析出再经过煮、漂洗、烘干、筛分、磨粉等工艺)制成活性炭。
三、秸秆是重要的有机肥资源
秸秆是重要的有机肥源,是当前我国农田唯一可靠的潜在有机肥源。
秸秆中含有大量的氮、磷、钾、钙、镁、硫、硅等中、微量元素,是物质、能量和养分的载体,是宝贵的自然资源。
秸秆还田后,具有改善土壤的物理、化学和生物学形状,提高土壤肥力,增加作物产量等作用。
2007年我国主要农作物秸秆养分量如表2-2所示。
按2007年我国秸秆产量计算,6,54亿吨秸秆中含氮、五氧化二磷、氧化钾量分别为:
651万吨、103万吨和942万吨,折合1416万吨尿素、858万吨过磷酸钙和1570万吨氯化钾。
2007年全国秸秆中的氮磷钾养分含量约占当年化肥施用量的一半左右。
我国秸秆直接焚烧和废弃的量按21%计算,秸秆每年估计损失的养分量折合137万吨氮、22万吨五氧化二磷和198万吨氧化钾。
因此,如何合理充分利用秸秆的养分资源对提高肥料利用率及保护生态环境都将具有十分重要的意义。
表2-22007年我国主要农作物秸秆养分量
秸秆种类秸秆量/万吨氮(N)磷(P205)钾(k2o)
含量/%数量/万吨含量/%数量/万吨含量/%数量/万吨
稻草180450_91164,210.1323.461.89341.05
小麦秸112580.6573.120.1820.231.05118.21
玉米秸208650,92191.96,0.1225-251.18246,21
花生秸1980L8236.040-1633.231-092L58
油菜秸31720.8727.590*144.44-1.9461.54
豆秸29411,852.940,4613‘531.441.17
薯蔓蘼17132.37140.600.284.803.0552-25
棉花秆22871.2428.360_153*431.02»
23.33
麻秆1241.311.620_060.070.50;
62
甘蔗梢28241-131.060.143.951.131.06、
烟秆2401.443.460.190.46L854,44
总计65449651.02102.88941.46
注:
氮磷钾养分含量来源:
全国农业技术推广中心编著.中国有机肥料养分志中国农业出版社,1999。
四、秸秆还田的重要作用
(一)补充土壤养分
1.秸秆还田是补充和平衡土壤养分、改良土壤的有效法秸秆还田是高产田建设的基本措施之一,对于提高资源利用率,有机肥料力口工与施用节本增效,提髙耕地基础地力,维持农业可持续发展具有重要意义。
据研究,每亩还田玉米秸秆500kg,一年后土壤有机质含量相对提高0.05%〜0.23%,全磷含量平均提髙0.03%,速效钾丨含量增加31.2mg/kg。
土壤容重下降0.03〜0.16g/cm3,土壤?
L隙度提高1.75%〜7%。
连续多年秸秆还田的耕地,不仅可提高磷肥的利用率,补充土壤钾元素的不足,地力亦可提高0.5〜1等级。
秸秆还田后,配合其它措施,平均亩增产幅度在15%〜20%。
2.秸秆还田对钾元素的循环利用尤其重要随着我国农业生产的发展,单位面积产量的不断提高,作物从土壤中带走的钾量也随之增加。
钾肥在农业生产中的作用日益明显,一些地方因为缺钾限制了农业生产的发展。
我国钾资源有限,目前我国投人农田的肥料中,90%以上的钾来自有机肥,而秸秆是有机肥中含钾量最多的,如果能把大多数秸秆通过多种方式归还到土壤中去,使钾元素得到自然循环利用,’可以起到减缓土壤钾元素的大量亏损,增加作物产量,提髙产品质量,稳定农业生产的作用,是解决我国钾肥资源不足的一项重要措施。
(二)改良土壤理化与生物性状
1.秸杆还田对土壤有机质、容重和总孔隙度的影响
秸秆还田可以提高土壤有机质含量。
稻草含有机碳42.2%,腐殖化系数为30%,每亩施200kg稻草提供的腐殖质为25.3kg。
新鲜有机质的加人对改善土壤结构有重要作用。
有关研究表明:
秸秆还田后能够增加土壤有机质含量,降低土壤容重,增加土壤孔隙度。
其增减的数值依不同地区、不同耕作方式、不同秸秆还田量及秸秆还田年限有很大差别。
农民反映秸秆还田后土壤疏松,易耕作,说明秸秆还田有良好的改土作用。
2.秸秆还田对土壤微团聚体和结合态腐殖质的影响
土壤中>
0.25mm的微团聚体被认为对土壤物理性状和营养条件具有良好的作用。
稻草还田有利于1〜0.25mm团聚体的形成(见表2-3),连续3年试验后,1〜0.25mm团聚体由18.60%提髙到32.28%,增加了73.5%,增加数为对照处理的1.1倍,化肥处理的7倍。
而<
0.01mm的团聚体则减少50%。
表2-3各处理土壙微团聚体变化单位:
%团聚体
处理I〜0_25mm0.25〜0.01mm<
C0.01mm
第一年第三年第一年第三年第一年第三年
CK20.4829.3222.2225.7920*1116.79
化肥18.4218.6422.1221.0521.1615.79
稻草18.6032.2821.0716.9520,0210.02
猪粪25.1434-8722.8318.9121.079,45
摘自全国农业技术推广服务中心《秸秆还田技术》。
新鲜有机质的加人对改良土壤有重要作用,据测定,稻草还田后土壤水稳性团粒结构占表土层重量比例,两种土壤分别比对照增加8%和8.9%,随着土壤团粒组成的改善,土壤三相比也相应的改善,气相液相增加,固相减少,通透性改善有利于根系生长和微生物活动。
3.秸秆还田对土壤有机质平衡和腐殖质组成的影响
玉米秸秆还田对土壤有机质平衡的研究表明,华北地区土壤有机质的年矿化量每亩为54〜95kg,年积累量每亩为28〜96kg,年矿化量大于年积累量,要想维持土壤有机质现状,必须每年补充54〜95kg的有机碳源,若要再提高土壤有机质含量,则需补充更多的有机物质,才能提高土壤有机质数量和质量,从表2-4看出,秸秆还田对土壤有机质平衡有重要作用,每亩还田500kg玉米秸秆,或配合施用化肥,土壤有机碳有盈余。
秸奸不还田,0〜20cm耕层土壤有机质则要亏损12.45〜17.6kg,约占原有机质的0.98%〜1.39%。
表2-4玉米秸秆还田对土壤有机质平衡彩响单位:
kg/亩栽培
类型处理土壤有机碳理论值0〜20cm实测值
年矿化量年积累量盈亏量占原含量/%盈亏量占原含量/%
不施肥58.6327.67-30.96—2.43-17,60一1,39
覆膜玉米稻95.0796.27+1.20+0.09+62,15+4.88
玉米格+NP91.7195.47+3‘76-f0.30+61*95+4.78
不施肥57.5827.65-26.06-2_05-12.45-0.98
露地玉米猪94.1195‘72+1.61+()•13+54.35+4.27
玉米秸+NP88.8395.63+6、80+0,53+76,95+6.04
摘自全国农业技术推广脤务中心《秸秆还田技术》。
秸秆还田不仅能显著提高土壤有机质含量,而且能提高有机质的质量。
土壤腐殖质化程度,常以胡敏酸与富里酸比例关系确定。
国外的研究认为,富里酸含量标志腐殖化作用强弱。
稻草还田对土壤腐殖质组成的影响表明,腐殖酸总量和富里酸含量与秸秆还田量呈正相关,HA/FA比值(胡敏酸与富里酸含量的比值)大小次序则相反。
单施稻草腐殖酸总量提高20.8%,而稻草与猪粪和化肥配施可提髙23%。
富里酸中氮素的矿化率最髙可达38.1%〜52.0%,而且固定土壤氮素的活性较大。
试验表明,旱耕季节富里酸生成量大,水解氮也高于水耕季节,分解髙峰期水解氮与富里酸含量成正相关(见表2-5)。
表2-5分解离峰期水解氮与富里酸含量
处理旱耕季(3月23日)水耕季(7月4日)相关系数
水解氮/(mg/kg)富里酸/%水解氣/(mg/kg)富里酸/%
稻草82,50*3357,80.24R=0.872
猪粪100.50.6765.30.28R=0.913
4.秸秆还田对土壤微生物数量的影响
秸秆还田为土壤微生物提供了充足的碳源,促进了微生物的生长、繁殖,提髙土壤的生物发酵。
有资料表明,秸秆还田后,肥土细菌数增加0.5〜2.5倍,痩土增加2.6〜3.0倍。
在土壤水分含量约为20%时,细菌数量最多,肥土和瘦土分别增加3.5倍和3倍。
在江苏水旱轮作区的盖草研究还证明,盖草降低了土壤中的还原物质总量,有效地改善水稻田的氧化还原状态。
盐碱地盖草后,可以减少地表径流,有利于雨水下渗,使盐分随水排走,同时,还田的秸秆分解时产生多种有机酸,在一定程度上亦可中和土壤碱性,有明显的洗碱效果。
邳县中盐碱地和丰县重盐碱土上的试验表明,连续三年盖草,耕层土壤的全盐量分别由原来的0.151%和0.210%下降至122%和0.130%,平均下降了0.03%,土壤pH值也分别由8.8和9.0下降至8.2和8.4,明显减轻了盐碱危害。
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