導(dǎo)言：秸稈是成熟農(nóng)作物莖葉(穗)部分的總稱。通常指小麥、水稻(Oryza sativaL.)、 玉米(Zea may L.)和其他農(nóng)作物在收獲籽實后的剩余部分。農(nóng)作物光合作用的產(chǎn)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(zhì)等，是一種具有多用途的可再生的生物資源。秸稈肥料化生產(chǎn)是控制一定的條件，通過一定的技術(shù)手段，在工廠中實現(xiàn)秸稈腐爛分解和穩(wěn)定，最終將其轉(zhuǎn)化為商品肥料的一種生產(chǎn)方式，其產(chǎn)品一般主要包括精制有機肥和有機-無機復(fù)混肥的兩種產(chǎn)品。

利用秸稈等農(nóng)業(yè)有機原料進(jìn)行肥料化生產(chǎn)的有機肥或有機-無機復(fù)混肥產(chǎn)品在改良土壤性質(zhì)、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量方面具有重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(zhì)變差，且影響了作物的品質(zhì)以及產(chǎn)量的可持續(xù)性提高，而秸稈肥料化生產(chǎn)的產(chǎn)品有增加土壤有機質(zhì)、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，保持作物持續(xù)增產(chǎn)等作用，是解決以上問題的有效方法。

李國學(xué)等利用秸稈堆肥生產(chǎn)的有機肥和有機-無機復(fù)混肥對白菜進(jìn)行了栽培試驗，結(jié)果顯示它們在一定程度上都可提高土壤的有機質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀等含量。此外，有機肥和有機-無機復(fù)混肥營養(yǎng)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(nóng)業(yè)有機原料進(jìn)行肥料化生產(chǎn)的產(chǎn)品 還可以改善土壤環(huán)境，尤其是土壤中各種微生物的組 成和數(shù)量。

眾所周知，土壤微生物(細(xì)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(jìn)行轉(zhuǎn) 化和利用，進(jìn)而使之被植物吸收利用，因此土壤微生物的種類和數(shù)量也是評判土壤肥力的指標(biāo)之一。土壤中有機質(zhì)的含量多少和成分是影響微生物數(shù)量和種類的 主要因素，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用適量的有機肥和有機-無 機復(fù)合肥可有效增加微生物數(shù)量和種類，并提高肥料利用率。農(nóng)作物產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量也會因施用秸稈肥料化生產(chǎn)的有機肥或有機-無機復(fù)混肥而提高。

季云美和任旭琴考察了有機-無機復(fù)混肥對小白菜的品質(zhì)和產(chǎn)量的影響， 結(jié)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(chǎn)168%;劉杰等研究了有機-無機復(fù)混肥對大豆品質(zhì)和產(chǎn)量的影響，結(jié)果顯示較常規(guī)施 肥粗蛋白增加1. 04 %，粗脂肪減少0.2%，產(chǎn)量增加11.1%;谷潔等[4]以秸稈和畜禽 糞便為有機原料生產(chǎn)的有機-無機復(fù)混肥在冬小麥生產(chǎn)上的應(yīng)用試驗也表明其具有良好的增產(chǎn)效果，其增產(chǎn)幅度在17.4%~18.7%，同時水分的利用率也提高了13.8%~15.4%。

一、中國秸稈資源及其利用概述

1. 中國的秸稈資源

中國是農(nóng)業(yè)大國，也是秸稈資源大國。自20世紀(jì)末以來，在農(nóng)業(yè)政策的影響下，中國的糧食產(chǎn)量逐年遞增，秸稈產(chǎn)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(jīng)達(dá)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(qū)。中國的秸稈產(chǎn)生量中稻谷、小麥和玉米3種谷類作物的秸稈產(chǎn)量占總產(chǎn)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(zhì)素、蛋白質(zhì)、脂肪和灰分 等有機物質(zhì)外，還富含氮、磷、鉀、鈣、鎂和硅等礦質(zhì)元素[6]。張夫道等人的統(tǒng)計表明，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(yǎng)分 約占中國有機肥總養(yǎng)分的13%~19%，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重要的有機肥源。

表2和表3分別提供了幾種作物的礦物質(zhì)和有機質(zhì)種類及含量[8]。經(jīng) 測 算 ，6億t秸稈中氮磷、鉀養(yǎng)分含量分別相當(dāng)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。

2. 中國秸稈的現(xiàn)有利用方式概述

當(dāng)今，中國的秸稈大部分已經(jīng)通過不同的方式加以開發(fā)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覆蓋、堆漚還田。它在秸稈肥料化利用中占有重要地位，只是機械化直接粉碎還田一項的利用量就已經(jīng)相當(dāng)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 肥階段有明顯的增產(chǎn)作用，而且后效十分明顯，有持續(xù)的增產(chǎn)作用。

秸稈能源化利用技術(shù)主要包括秸稈固化成型燃料、秸稈發(fā)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(shè)備生產(chǎn)、利用效率等方面還存在很多的問題需要解決。

秸稈飼料化是將秸稈作為牲畜飼料進(jìn)行利用，可以說是秸稈最早的利用方式之一，現(xiàn)代用秸稈生產(chǎn)動物飼料的方法主要有直接飼喂、秸稈氨化、秸稈青貯、 發(fā)酵生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料等幾種。秸稈飼料化在中國 養(yǎng)殖業(yè)大發(fā)展的背景下也是秸稈有效利用的重要方面之一。

秸稈栽培食用菌是指利用秸稈作為培養(yǎng)料生產(chǎn)食用菌，隨著利用技術(shù)的日臻完善，現(xiàn)在生產(chǎn)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(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)。但即使如此，還有相當(dāng)一部分秸稈未 得到合理利用而成了環(huán)境污染的重要因素。肥料化 生產(chǎn)是秸稈較有前景的利用方式之一，下文將著重從其現(xiàn)狀、存在問題和發(fā)展前景等方面進(jìn)行相關(guān)介紹。

二、秸稈肥料化生產(chǎn)現(xiàn)狀

作物秸稈本身養(yǎng)分不均衡、含量偏低和不易腐熟，常常需配合養(yǎng)殖場產(chǎn)生的畜禽糞便、生活垃圾、污水處理廠產(chǎn)生的污泥等物料來共同進(jìn)行肥料化生產(chǎn)，且需 添加一些專用的菌劑。秸稈用量要依據(jù)其他物料的養(yǎng) 分含量、含水率等進(jìn)行調(diào)節(jié)，加入經(jīng)過粉碎加工的秸稈 可以有效的改善發(fā)酵物料的碳氮比和含水量，從而利于接種的菌劑發(fā)揮作用。此外，也有一些研究嘗試對秸稈直接進(jìn)行堆肥化生產(chǎn)，但工業(yè)化生產(chǎn)還未見諸報道。

1. 中國有機肥生產(chǎn)現(xiàn)狀

統(tǒng)計表明，20世紀(jì)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(fā)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(chǎn)業(yè)的 大發(fā)展，至今已發(fā)展出多種生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品，但大體可劃分為精制有機肥和有機-無機復(fù)混肥兩大類。

精制有機肥一般由農(nóng)作物秸稈或禽畜糞便經(jīng)腐熟、發(fā)酵、滅菌、混拌、粉碎等工藝加工而成，其原料多為農(nóng)業(yè)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生產(chǎn);有機-無機復(fù)混肥則是指在生產(chǎn)無機復(fù)混肥料過程中，加入一定量有機質(zhì)而制成的肥料，其產(chǎn)品中既含有大量元素，又含有有機質(zhì)。

該產(chǎn)業(yè)自21世紀(jì)初以來發(fā)展迅猛，全國精制有機肥和有機-無機復(fù)混肥生產(chǎn)企業(yè)分別從156個和294個猛增到現(xiàn)在的687個和615個，相當(dāng)于凈增3倍多和1倍多，同時產(chǎn)量也增長了2倍左右。但有機肥企業(yè)呈現(xiàn)地域性分布和規(guī)模普遍偏小的特點:有機肥生產(chǎn)企業(yè)主要分布于有機肥原料豐富地區(qū)(如山東和河北)和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)(如廣東和江蘇)，且50%以上集中分布在山東、河北、遼寧、廣東和江蘇五省;中國有機肥生產(chǎn)企業(yè)中年產(chǎn)10萬t以上的不到10家，年產(chǎn)5萬t~10萬t的不足總數(shù)的10%，年產(chǎn)1萬t以下的則占半數(shù)以上。

2. 秸稈有機肥化生產(chǎn)的工藝

秸稈的有機肥化生產(chǎn)工藝根據(jù)最終產(chǎn)品的不同而有所差別，對于精制有機肥和有機—無機復(fù)混肥來說，精制有機肥的工藝是有機—無機復(fù)混肥的工藝中的一 部分，而精制有機肥的生產(chǎn)工藝是大體相同的。

1） 精制有機肥的生產(chǎn)工藝

秸稈和畜禽糞便等混 合而成的物料經(jīng)過堆肥化處理以形成精制有機肥制品，生產(chǎn)過程主要包括原料粉碎混合、一次發(fā)酵、陳化 (二次發(fā)酵)、粉碎和篩分包裝幾個部分。精制有機肥現(xiàn)執(zhí)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY 525-2002。

精制有機肥的生產(chǎn)方法主要有條垛式堆肥、槽式堆肥和反應(yīng)器式堆肥等幾種形式，它們各有優(yōu)缺點，需要根據(jù)企業(yè)當(dāng)?shù)氐木唧w情況加以選擇，但它們的生產(chǎn)工藝流程大致相同(見圖1)。秸稈一般不直接作為原料進(jìn)行快速堆肥，而是首先進(jìn)行粉碎處理，前人的試驗研究和實踐結(jié)果顯示秸稈粉碎到1 cm左右是最適合進(jìn)行堆肥的。粉碎好的秸稈和畜禽糞便等其他物料進(jìn)行混合，其主要目的是調(diào)節(jié)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殖和發(fā)揮作用。

據(jù)測算，一般豬糞和麥秸粉的調(diào) 制比例10:3左右、牛糞和麥秸粉的調(diào)制比例3:2左右、酒糟與麥秸粉調(diào)制比例2:1(還需要調(diào)節(jié)含水率)左右 是較為合適的，但生產(chǎn)上對用料的配比需依物料實際 情況再調(diào)整。一次發(fā)酵(歷時約10天)是整個流程中的關(guān)鍵所在，其成功與否直接決定產(chǎn)品的質(zhì)量優(yōu)劣，因此，需要在該過程中實時監(jiān)測物料的溫度、含水率、通氣量等指標(biāo)，以便有效控制堆肥進(jìn)程和產(chǎn)品質(zhì)量，該過程通常需 要及時翻堆操作，其次數(shù)在4~5次左右。對該步中的 翻堆處理要掌握“時到不等溫，溫到不等時”原則，即隔天翻堆時即使溫度未達(dá)到限制的65°C也要及時進(jìn)行，或者只要溫度達(dá)到65°C即使時間未達(dá)到隔天的時數(shù)也要進(jìn)行翻堆。

陳化過程(歷時約4 ~ 5周)主要是對一次發(fā)酵的物料進(jìn)行進(jìn)一步的穩(wěn)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(jīng)粉碎篩分后將合格與不合格的產(chǎn)品分離，前者包裝出售后者作為返料回收至一次發(fā)酵階段進(jìn)行循環(huán)利用?？焖俣逊驶绞缴a(chǎn)有機肥時，物料大致經(jīng)歷了升溫、高溫和降溫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(fā)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(xì)菌)占據(jù)主導(dǎo)地位并使易于分解的糖類和淀粉等物質(zhì)迅速分解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(shù)量，常需要在混合料中加入專門為堆肥生產(chǎn)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(fā)酵結(jié)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(jù)主導(dǎo)地位，其好氧呼吸作用使半纖維素和纖維素等物質(zhì)被強烈的分解并釋放大量的熱。該階段中要及時進(jìn)行翻堆處理(依“時到不等溫，溫到不等時”原則)以調(diào)節(jié)堆體的通風(fēng)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(shù)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，是整個堆肥生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵。

降溫階段對應(yīng)的是生產(chǎn)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(jù)主導(dǎo)地位并分解最難分解的木質(zhì)素等物質(zhì)。該階段微生物活性不是很高，堆體發(fā)熱量減少， 需氧量下降，有機物趨于穩(wěn)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） 秸稈的有機-無機復(fù)混肥生產(chǎn)工藝

有機-無機復(fù)混肥不是簡單的有機肥和無機肥的混合產(chǎn)物，它較單 一生產(chǎn)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(chǎn)品不易達(dá)到國家的有機-無機復(fù)混肥產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)(GB 18877—2002)。有機肥本身性質(zhì)是不易造粒的主要原因，按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，有機肥在整個復(fù)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(yīng)增大。

就現(xiàn)有工藝來說，有機-無機復(fù)混肥的生產(chǎn)工藝有兩個階段，一個是有機肥的生產(chǎn)階段，另一個就是有機肥和無機肥的混合造粒階段。有機肥的生產(chǎn)階段與精制有機肥的生產(chǎn)相同，秸稈等物料也需要通過高溫快 速堆肥處理而成為成品有機肥，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(chǎn)品的包裝等幾個步驟，其中混合料的造粒階段是區(qū)分現(xiàn)有有機-無機復(fù)混肥生產(chǎn)工藝的主要所在，也是研究的重點所在。

根據(jù)生產(chǎn)中選擇的造粒工藝，在造粒前要對有機肥進(jìn)行一定的前處理，如工藝要求物料要細(xì)膩的需對 其進(jìn)行粉碎和篩分處理，工藝要求含水量低的需進(jìn)行 干燥處理等。

目前，成熟的造粒工藝主要包括以下幾種:

滾筒造粒：混合好的物料在滾筒中經(jīng)粘結(jié)劑濕 潤后，隨滾筒轉(zhuǎn)動相互之間不斷粘結(jié)成粒。粘結(jié)劑有水、尿素、腐植酸等種類，可依生產(chǎn)需要而定。本工藝主要特點是:有機肥不需前處理即可可直接進(jìn)行造粒;粘結(jié)劑的選擇范圍廣，工藝通用性強;成粒率低，但外 觀好。

擠壓造粒：有機肥和無機肥按一定比例混合， 經(jīng)對輥造粒機或?qū)X造粒機等不同的造粒機進(jìn)行擠壓 或碾壓成粒。質(zhì)地細(xì)膩且粘結(jié)性好的物料比較適合該工藝的要求，此外必要時還需調(diào)節(jié)含水量以利于成粒。該工藝的主要特點是；物料一般需要前處理;無需 烘干，減少了工序；產(chǎn)品含水量較高;顆粒均勻，但易潰散;生產(chǎn)時要求動力大、生產(chǎn)設(shè)備易磨損。

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(jīng)增濕器噴霧增濕后在圓盤底部由圓 盤和內(nèi)壁相互摩擦產(chǎn)生的力而粘結(jié)成粒，最后再次干燥后篩分裝袋。圓盤造粒工藝現(xiàn)已發(fā)展出連續(xù)型和間 歇型兩種方法。該工藝特點是：有機肥需先行進(jìn)行干 燥粉碎處理，工序繁瑣;對有機肥的含量適應(yīng)性強;顆 粒可以自動分級但成粒率偏低，外觀欠佳;生產(chǎn)能力適中。

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(nèi)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(jié)晶達(dá)到相應(yīng)的粒度。本工藝的特點是:造粒需高溫;成粒率高，返料少;生產(chǎn)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應(yīng)用。其工藝流程大致是：物料混合→圓盤喂料→擠壓造?！w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(yōu)點，產(chǎn)品在成粒性、強度和外觀上都不錯。產(chǎn)品的顆粒性、強度和外觀等關(guān)系到產(chǎn)品的市場競爭力。一般情況下，顆粒均勻、強度適宜和外觀良好 的產(chǎn)品易于得到市場的青睞。

三、秸稈肥料化生產(chǎn)存在的問題

秸稈肥料化生產(chǎn)是秸稈綜合利用的重要方式之一，尤其結(jié)合畜禽糞便共同進(jìn)行肥料化生產(chǎn)的形式，使秸稈和畜禽糞便都得到了有效利用。但是，秸稈肥料化生產(chǎn)中也存在一定的問題需要在以后的生產(chǎn)實踐或研究中進(jìn)一步解決。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(zhì)地松散等原因，造成收集、運輸、儲存、粉碎和發(fā)酵成本偏 高，不利于控制成本。各種物料的收購價格大約為秸稈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(jīng)濟(jì)的發(fā)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(fù)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(zhì)和成分含量等的差別造成產(chǎn)品的各項指標(biāo)不穩(wěn)定。

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

4. 秸稈肥料化有機-無機復(fù)混肥的生產(chǎn)過程中于有機肥本身性質(zhì)以及選擇的造粒工藝不同，使有機-無機復(fù)混肥的產(chǎn)品質(zhì)量有所差別，當(dāng)前還沒有一個足夠成熟的造粒工藝可以兼顧產(chǎn)品生產(chǎn)中的各種問題。

5. 對秸稈肥料化生產(chǎn)的研究不夠全面和深入，使其還未形成國家級的一套生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程，不利于對企業(yè)進(jìn)行必要的生產(chǎn)監(jiān)管。

四、秸稈肥料化生產(chǎn)的前景展望

秸稈肥料化生產(chǎn)的有機肥和有機-無機復(fù)混肥有無機肥所無法比擬的優(yōu)勢，其對土壤物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)的改變、對作物品質(zhì)的提高、保持地力和促進(jìn)糧食持續(xù)增產(chǎn)增收等作用已為世人所公認(rèn)。 雖然秸稈肥料化生產(chǎn)過程中存在各種各樣的問題，但是隨著科技的發(fā)展、人們環(huán)保意識的提高、政府的進(jìn)一步關(guān)注及其相關(guān)支持政策的出臺，它必將成為中國肥料產(chǎn)業(yè)中的一支重要力量，為解決目前大田生產(chǎn)中的有機肥投入過少問題和秸稈不適當(dāng)處理造成的環(huán)境問題等提供有效的解決途徑。

總之，秸稈肥料化生產(chǎn)在中國有巨大的市場潛力。為了加快秸稈肥料化生產(chǎn)有機肥或有機-無機復(fù)混肥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在此建議國家盡早出臺有利于其發(fā)展的相關(guān)鼓勵政策，比如出臺一些相關(guān)的財政補貼政策，加大相關(guān)基礎(chǔ)研究的人力和財力投入，制定和修改更加符合實際生產(chǎn)需要的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，建議相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)加強在工藝、設(shè)備等方面的研發(fā)以及成本的控制研究等。