我国农作物副产品总论,农作物副产品的种类与特点

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  核心提示:一、农作物副产品总量1.农作物副产品种类和产量农作物副产品是农作物经初级加工所获得的副产品,包括粮食作物副产品(稻草、麦秸

  一、农作物副产品总量

  1.农作物副产品种类和产量

  农作物副产品是农作物经初级加工所获得的副产品,包括粮食作物副产品(稻草、麦秸、玉米秸、薯藤、豆类荚壳等)、经济作物副产品(棉花秆等)、油料作物副产品(花生蔓藤、油菜秆荚壳、芝麻秆等)、糖料作物副产品(甘蔗秆、甜菜渣等)、麻类作物副产品和烟秆等。中国作为世界粮食、油料、棉花生产大国,农作物副产品资源十分丰富,各种农作物副产品资料来源广泛、数量巨大。

  2.秸秆的种类和产量

  农作物秸秆是最主要的农作物副产品,是农作物茎、叶、穗等植物地上部分的总称,通常包括农作物在收获籽实后的剩余部分。农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆中,秸秆中蕴藏着巨大的养分资源,秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等,是一种具有多用途的可再生的生物资源,并可以作为反刍动物牛、羊等牲畜的饲料原料。

  中国的农作物秸秆种类繁多,主要作物秸秆就有近20种。农作物秸秆的种类主要包括粮食作物(包括水稻、小麦、玉米、谷子、高粱、大豆、豌豆、蚕豆、红薯、土豆等)、油料作物(包括花生、油菜、胡麻、芝麻、向日葵等)、棉花、麻类(包括黄红麻、苎麻、大麻、亚麻等)和糖料作物(主要包括甘蔗和甜菜)等五大类。

  秸秆数量以水稻、小麦和玉米三大作物居多,占秸秆总量的77.2%,而其他秸秆资源数量只有1/3左右,其中以油料作物秸秆居多,比例在8.7%,其次是豆类、薯类、棉花和杂粮。由于秸秆产量未列入国家有关部门的统计范围,其产量通常是依据农作物产量计算得到。我国作物秸秆资源总量估算从秸秆还田、焚烧、畜牧业利用和农业有机废物利用等不同角度有不同的计算方法和结果。总体来说,我国每年的秸秆总产量约为6亿~8亿吨。

  3.秸秆资源的分布和变化趋势

  我国秸秆资源分布各地区差异较大,其分布格局基本与农作物的分布相一致。我国作物秸秆主要分布于东部农区,从东北平原、华北平原、到江南和西南各省是我国作物秸秆的主要分布区,秸秆产量均超过4000万吨,其中黑龙江、河北、河南、山东、江苏和四川6省是我国作物秸秆的集中分布区。据报道,2006年秸秆资源量最高的前3个省分别是河南、山东和黑龙江,秸秆拥有量以2000万~5000万吨的省(市)居多,遍及中国的13个省(市),见表2-1。

  表2-1 2006年中国不同地区秸秆养分资源分布

  

  

  注:修改自高利伟等(2009),中国作物秸秆养分资源数量估算及其利用状况(农业工程学报)。

  由于不同地区气候条件、社会文化、传统习惯的不同,各地区的作物秸秆结构组成有所不同。在地处热带、亚热带的江南,大米是当地群众传统饮食的主要食品,水稻成为该地区最重要的作物品种;地处温带的我国北方地区,小麦、玉米是当地种植的主要作物;而位于高寒地区的西藏,藏族群众习惯于以青稞酒、藏粑为主的藏族饮食文化形成了西藏特有的以青稞为主的种植结构。不同的种植结构,带来各地区之间作物秸秆品种和类型结构的差异。东北地区(黑龙江)以玉米和大豆为主,占67.01%;在华北(河北)以玉米秆和麦秆为主,占77.25%;在华东(江苏)以稻草和麦秆为主,占68.41%;在华南(广东)以稻草和甘蔗为主,占75.61%;在西北(新疆)以玉米秆、麦秆和棉花为主,占82.97%。

  从我国作物秸秆资源总量的变化趋势来说,由于我国作物秸秆资源主要为粮食作物秸秆,因此,作物秸秆总量的动态变化与粮食作物秸秆的变化趋势保持一致,其他经济类作物秸秆的动态呈波动式发展趋势。其中油料和糖料作物秸秆在20世纪80年代以后呈线性稳步增长,棉花作物秸秆产量在80年代初期随着农业种植结构的调整和棉花种植技术的提高得到了迅速发展,而麻类作物秸秆生产在1985年达到了其最高产量,随后麻类作物秸秆生产在不断萎缩。

  二、农作物副产品的利用

  全世界每年秸秆产量约为29亿吨,其中小麦秸占21%、稻草占19%、大麦秸占10%、玉米秸占35%、黑麦秸占2%、燕麦秸占3%、谷草占5%、高粱秸占5%。全世界农作物秸秆有66%直接还田或作为生活能源而被烧掉,19%作为房屋建筑材料或蔬菜生产覆盖材料等,仅12%作为草食家畜的粗饲料,另有3%左右作为手工艺品的原料。而我国约有70%的秸秆作为生活能源、就地焚烧或直接还田等,约有2%的秸秆作为造纸工业及手工业的原料,仅有28%左右的秸秆作为草食家畜的粗饲料。长期以来,秸秆中蕴藏的巨大养分资源没有得到充分利用,我国广大农村随意丢弃和无控焚烧的处理方式不仅造成了资源浪费、地力损伤、环境污染,还可导致火灾及交通事故的频发,并对人类健康和周围动植物的生态环境造成严重危害(图1-1)。对秸秆进行充分、高效的利用,是关系到资源、环境以及农业的可持续发展的重大问题。

  

  图1-1 秸秆焚烧

  随着我国农作物产量的逐年提高、传统农业向现代化农业的转变以及经济、社会的发展,农村能源、饲料结构等发生了深刻变化,传统的秸秆利用途径发生了巨大的改变。农作物秸秆逐渐向综合利用的方向转变,主要的利用途径包括如下类型。

  1.秸秆还田

  秸秆含有丰富的有机质和微量元素,氮、磷、钾养分较为均衡,是适宜各种作物和土壤的常见肥料。农作物秸秆还田作肥料可以补充和平衡土壤养分,改善土壤结构,提高农作物品质,增加产量,显著降低生产成本。

  2.秸秆能源

  农作物秸秆作为清洁的可再生能源,现行主要的能源化利用方式有秸秆直燃供热、秸秆气化集中供气、秸秆发酵制沼、秸秆压块成型等。

  3.秸秆的工业应用

  秸秆可以作为建材、轻工和纺织原料等工业原料。秸秆不仅可以制成保温材料、板材、包装材料、纺织材料、编织原料、人造丝、人造棉、可降解餐具和装饰品等,部分代替砖、木等材料,有效保护耕地和森林资源;还可以作为培养基生产草菇、香菇、凤尾菇等20多种食用菌;还可用于酿酒制醋,制取木糖醇、糖醛、饴糖等;秸秆加酸水解后,可以使纤维素水解为糖,用于制备工业酒精和乙醇汽油。这些综合利用技术,不仅利用了大量的废弃秸秆、减少了环境污染,而且获得了良好的经济效益,实现了资源的可持续发展。

  4.秸秆饲料

  秸秆是一种来源广、产量大的粗饲料原料,但由于秸秆富含纤维素、木质素、半纤维素等物质,适口性和消化率很低,限制了秸秆在单胃动物中的应用。用于反刍动物也必须对其进行加工处理,以提高其营养价值、采食量和利用率。在实践中,秸秆的加工调制方法主要包括物理、化学和生物等方法。

  (1)物理方法 即利用人工、机械、热、水、压力等作用,改变秸秆的物理性状,使秸秆破碎、软化、降解,从而便于牛咀嚼和消化。

  ①切短与粉碎。这是处理秸秆饲料最简便的方法之一。秸秆经切短、粉碎后,体积变小,便于牛采食和咀嚼。切短粉碎后能增加饲料和瘤胃微生物的接触面积,便于瘤胃微生物的降解发酵,提高采食量和消化率。秸秆切短和粉碎的程度,应视牛年龄而异。

  ②揉搓。即利用秸秆揉搓机,将农作物秸秆切断,揉搓成丝状(见图1-2)。这样做不仅可以大大改进秸秆适口性,增加牛的采食量,而且可以作为秸秆青贮或氨化的预处理,替代切短和粉碎工序,提高青贮和氨化的效果,为农区秸秆饲料化提供有利条件。

  

  图1-2 揉搓稻秸和麦秸

  ③软化。软化又分浸湿软化和蒸煮软化2种方法。浸湿软化即用清水或食盐水浸泡切碎的秸秆,蒸煮软化即将切碎的秸秆进行蒸煮处理,使其软化。研究证明,浸湿软化不但能增加牛的采食量,而且采食速度明显加快。蒸煮软化虽然改善了适口性,但不能提高其营养价值。由于秸秆体积大,蒸煮软化需要大量燃料和一定的容器,成本较高,因此在农村使用不多。

  ④热喷。即利用蒸汽的热效应,在高温下使木质素熔化,纤维素分子断裂,同时高压突然卸压产生内摩擦力,改变粗纤维整体结构和化学链分子结构。添加尿素的秸秆经热喷处理后,可以提高秸秆的消化率和营养价值。热喷处理的主要设备是压力罐,需要一定的成本。

  ⑤膨化。即将含有一定水分的秸秆原料放在密闭的膨化设备中,经过高温、高压处理一定时间后,迅速降压,使饲料膨胀。秸秆膨化后可明显增加可溶性成分,提高饲用价值。但需要有专门的膨化设备,由于投资较高,目前尚难以在生产实践中大规模应用。

  ⑥颗粒化。这是将秸秆粉碎后制成颗料再饲喂的处理方法。秸秆制成颗粒,由于粉尘减少,体积压缩,大小适中,利于咀嚼,从而改善了适口性。该方法需要成套的设备和一定的能源,近年来我国在秸秆饲料颗粒化方面有很大进展,成套设备相继问世,已用于生产肉牛饲料,发展前景广阔。

  ⑦碾青。将厚约0.33米的麦秸铺在打谷场上,上面铺0.33米左右的苜蓿,苜蓿上再铺一层相同厚度的麦秸,然后用碾子碾压。流出的苜蓿汁液可被麦秸吸收,被压扁的苜蓿在夏天只要曝晒0.5~1天就可干透。这种方法能较快制成苜蓿干草,茎叶干燥速度均匀,叶片脱落损失少,且麦秸的适口性与营养价值也大大提高,不失为一种多快好省的秸秆饲料调制办法。

  ⑧射线照射。即利用射线等照射秸秆饲料,以提高其饲用价值。被处理材料不同,处理效果也不尽相同,但一般都能提高体外消化率和瘤胃挥发性脂肪酸产量。其原理主要是照射处理增加了饲料的水溶性部分,后者可被瘤胃微生物有效利用。

  (2)化学方法 主要有碱化、氨化、酸化、氧化剂、氨-碱复合及碱-酸复合处理等。

  ①碱化处理。即利用碱类物质使秸秆饲料纤维内部的氢键结合变弱,促使纤维素膨胀,溶解半纤维素和部分木质素,从而提高秸秆的消化率。常见的碱化处理主要有氢氧化钠处理和石灰水处理两种方法。

  ②氨化处理。即在秸秆中加入一定比例的氨水、液氨(无水氨)、尿素等,破坏木质素与纤维素之间的联系,使纤维素部分分解,细胞膨胀,结构疏松。氨化处理提高秸秆消化率的效果略低于碱化处理,但能增加秸秆的非蛋白氮含量,同时氨还是一种抗霉菌的保存剂,可有效地防止秸秆在氨化期内发霉变质。过量的氨能自行挥发,不会对土壤造成污染,因此目前氨化处理作物秸秆和低质饲料较为普遍。

  ③酸化处理。即利用酸类物质破坏秸秆饲料纤维物质的结构。硫酸、盐酸多用于秸秆和木材加工副产品,磷酸和甲酸则多用于保存青贮饲料。由于此法成本较高,酸的来源不如碱和氨便捷,故在生产中应用较少。秸秆的酸化可用甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、稀盐酸、稀硫酸及稀磷酸等。

  ④氧化剂处理。即利用过氧化氢、二氧化硫、臭氧、亚硫酸盐和次氯酸钠等氧化剂处理秸秆,以除去秸秆中部分木质素,从而提高秸秆消化率。试验表明,用二氧化硫处理的麦秸体外消化率可提高40%,体内消化率提高19%;用碱性过氧化氢处理秸秆,可使50%~60%的木质素溶解。

  ⑤氨-碱复合处理。氨化处理秸秆消化率提高幅度不如碱化处理,但氨-碱复合处理技术能显著提高秸秆消化率。

  ⑥碱-酸复合处理。为解决碱处理后在秸秆中的残留问题,采用将切碎的秸秆加碱放入水泥窖内压实,存放1~2天,然后再将其放入3%的盐酸溶液中浸泡,以中和余碱,沥去多余的溶液,即可饲喂。但由于成本过高,难以推广。

  (3)生物方法 即用有益的微生物和酶等,在适宜的条件下,分解秸秆中难以被家畜消化的纤维素和木质素。主要的生物处理方法有自然发酵、微生物发酵和酶解技术3种。

  ①自然发酵法。亦称直接发酵法,其中青贮是最常见的一种。秸秆青贮主要是利用玉米、豆类、甘薯等优质秸秆进行青贮,既能保存秸秆原有的品质,增强醇香味和适口性,又能使保存时间较长,可把夏秋的青绿饲料保存到冬季,对促进小牛生长发育,增加母牛产奶量效果较好。

  ②微生物发酵法。即微贮。该方法是在秸秆中加入发酵活干菌,放入密封的容器(如水泥窖、土窖)中贮藏,经一定的发酵过程,使秸秆具有酸香味,成为牛喜食的饲料。微贮秸秆粗蛋白含量低于氨化处理,但牛的采食量高于前者,且制作过程简便,可利用农村现有设施,成本较低。

  ③酶解技术。酶制剂无毒、无残留、无副作用,是优质的新型促生长类饲料添加剂。其通过降低反应所需活化能,加快反应速度,促进蛋白质、脂肪、淀粉和纤维素的水解,从而促进饲料的消化吸收。用于酶解秸秆的酶制剂,主要由康氏木霉、绿氏木霉和黑曲霉等菌种产生。酶解秸秆能明显提高饲料蛋白质和还原糖含量,降低纤维素含量,提高秸秆饲料的营养价值和饲用效果。(乡村三农小书屋)

  关键词: 中国农林科技网

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