农业废弃物资源化利用技术的应用进展

摘要:农业生产水平和农民生活水平的提高，对原本为燃料和肥料的农业废弃物的利用越来越少， 农业废弃物数量越来越多，种类越来越多样。大量农业废弃物累积，对环境构成了极大的污 染并威胁着农业可持续发展和人类的健康，因此如何充分有效地利用将其加工转化对合理利 用农业生产和生活资源、减少环境污染、改善农村生态环境、应对日益严峻的能源危机成为 了当前世界大多数国家面临的问题，本文综述了近年来国内外综合多样新型利用农业废弃物 的应用进展情况，对其资源化利用进行总结分为5个方向:即肥料化、饲料化、能源化、基质 化及工业原料化，并进行分析究竟采用何种利用方式，应根据具体条件因地适宜的综合选择 ，使技术上向机械化、无害化、资源化、高效化、综合化发展，产品上向廉价化、商品化、 高质化、多样化和多功能化靠拢。物尽其用、变废为宝、高效利用废弃物达到消除污染、改 善农村生态环境、促进农业可持续发展的目标。

关键词 农业废弃物；肥料化；饲料化；能源化；基质化；工业原料化

中图分类号 F303.4 文献标识码 A文章编号 1002-2104(2010)12-0112-05doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2010.12.023

农业废弃物也称为农业垃圾，是指农业生产和农村居民生活中不可避免的非产品产出， 具有数量大品种多形态各异、可储存再生利用、污染环境等特性，主要包括植物性纤维性废 弃物（农作物秸秆、谷壳、果壳及甘蔗渣等农产品加工废弃物）和动物性废弃物(畜禽粪便 、冲洗水、人粪尿)。中国是世界上农业废弃物产出量最大的国家，据统计，我国每年产生 放入畜禽粪便量26亿t，农作物秸秆7亿t，蔬菜废弃物1.0亿t，乡镇生活垃圾和人粪便25亿t ，肉类加工厂和农作物加工场废弃物1.5亿t，林业废弃物（不包括薪炭柴）0.5亿t，其 它类有机废弃物约有0.5亿t，折合7亿t的标准煤^［1，2］。从资源经济学上讲 ，它是一种特殊形态的农业资源，如何充分有效地利用将其加工转化不仅对合理利用农业生 产和生活资源、减少环境污染、改善农村生态环境具有十分重要的影响，而且对能源日益枯 竭的今天具有重大意义。近年来，国内外农业废弃物的资源化利用技术与研究得到较大的发 展，其资源化利用日益多样，从总体来看，国内外农业废弃物的资源化利用主要分为肥料化 、饲料化、能源化、基质化及工业原料化等几个方向。

1 肥料化

农业废弃物肥料化利用是一种非常传统的用方式，分为直接利用和间接利用。直接利用是一 种最直接最省事的方法，在土壤中通过微生物作用，缓慢分解，释放出其中的矿物质养分， 供作物吸收利用，分解成的有机质、腐殖质为土壤中微生物及其他生物提供食物，从而一定 程度上能够改善土壤结构、培育地力、增进土壤肥力、提高农作物产量，但自然分解速度较 慢，尤其是秸秆类废弃物腐熟慢，发酵过程中有可能损害作物根部^［3］。

间接利用是指废弃物通过堆沤腐解（堆肥）、烧灰、过腹、菇渣、沼渣、或生产有机生物复 合肥等方式还田。堆沤腐解还田是数千年来农民提高土壤肥力的重要方式，传统的堆沤腐解 具有占用的空间大，处理时间较长等缺点^［4］，随着科学技术水平的提高，利用催 腐剂、速腐剂、酵素菌等经机械翻抛，高温堆腐、生物发酵等过程能够将其高值转化为优质 的有机肥，具有流水线生成作业、周期短、产量高、无环境污染、肥效高、宜运输等优点； 烧灰还田主要指秸秆通过作为燃料、田间直接焚烧的方式，由于田间直接焚烧损失肥力、污 染空气、浪费能源、影响交通等缺点^［5］，现政府已出台相关禁止焚烧的法律法规 ；过腹还田具有悠久历史，是一种效益很高的方式，是适当处理的废弃物经饲喂后变为粪肥 还田，对保持与促进农牧业持续发展和生态良性循环有积极作用；菇渣还田是指培育食用菌 后，菇渣进行还田，经济、社会、生态效益兼得；沼渣还田是指厌氧发酵后副产品沼液、沼 渣还田，其养分丰富、肥效缓速兼备，是生产无公害农产品良好选择；生产有机生物复合肥 是能够进行工业化制作、商品化流通、高效利用方式。

农业废弃物的饲料化主要包括植物纤维性废弃物饲料化和动物性废弃物饲料化。植物纤维性 废弃物主指秸秆类物质，秸秆中的木质素与糖结合在一起使得瘤胃中的微生物及酶很难分解 ，并且蛋白质低及其他必要营养缺乏，导致直接饲喂不能被动物高效吸收利用，需要对其进 一步的加工处理改进其营养价值、提高适口性和利用率^［6］。归纳为：机械加工、 辐射、蒸汽等物理处理，NaOH、氨化、Ca（OH）2-尿素、氧化等化学处理，青贮、发酵、 酶解等生物学处理，还有就是多种方法复合处理。各种处理方法对于改进营养价值、提高利 用率均有不同程度的作用，究竟采用何种方法好，应根据具体条件因地适宜的综合选择^［7］。例如孙清等^［8］采用黑曲霉、白地霉组合菌株对榨汁后的甜高粱茎秆渣及 发酵残渣进行发酵，所得蛋白饲料的粗蛋白含量由2.01%提高到21.43%，粗纤维由12.37%降 为2.34%；英国Aston大学的研究者从农作物秸秆中筛选出一种白腐菌属真菌,它能降解木质 素,但不能降解纤维素,用这种真菌发酵农作物秸秆 ,能最大限度地提高农作物秸秆的消化率 ,使农作物秸秆的消化率从9.63%提高到41.13%,效果极为明显。据粗略测算，如果我国秸秆 资源的40%用于发酵饲料，就会产生即相当于112亿t粮食的饲用价值。

而动物性废弃物饲料化主要指畜禽粪便中含有为消化的粗蛋白、消化蛋白、粗纤维、粗脂肪 和矿物质等，经过热喷、发酵、干燥等方法加工处理后掺入饲料中饲喂利用^{［9，10］ ，该技术需要特别注意灭菌彻底消除饲料安全隐患。有试验表明利用米曲霉和白地霉接入 鲜鸡粪与麸皮等混合料中进行固态发酵，并在发酵过程中添加氮源制的饲料适口性较好，可 替代部分配合饲料，添加40％鸡粪饲料喂猪后,猪日增重比单喂配合饲料增加10.83%［11］。}

3 能源化

农业废弃物的能源化利用主要分为厌氧发酵及直燃热解两个方向。厌氧发酵分为制沼气和微 生物制氢技术；厌氧发酵制沼气技术是指农业废弃物经多种微生物厌氧降解成高品位的清洁 燃料—沼气（甲烷含量50%-70%）及副产品沼液和沼渣的过程。研究表明，农作物秸秆、蔬 菜瓜果的废弃物和畜禽粪便都是制沼气的好原料^{［12，13］}，并且混合废弃物共处理 比单独处理时生物气的产量有显著提高^［14］。沼气除了可供日常生活（如烧饭、照 明、取暖）外，还可以进行大棚温室种菜、孵化雏鸡、增温养蚕、发电上网、车用燃气供应 等，副产品沼液沼渣含有丰富的氮、磷、钾等营养物质，可作为优质的有机肥，采用热电肥 联产模式，实现资源高效利用，废物零排放^［15］。据报道，截至2007年底，全国沼 气工程总数到达26871处^［16］，并且主要以畜禽养殖业的废弃物为原料工程居多^{［17，18］}。而微生物制氢技术是指利用异养型的厌氧菌或固氮菌分解小分子的有机物 制氢 的过程，具有微生物比产氢速率高、 不受光照时间限制、可利用的有机物范围广、工艺简 单等优点，是农业废弃物利用非常具有潜力的方向^［19］，目前对其有较多的实验研 究^［20-24］，但该技术至今没有被广泛的利用,工程实例较少，只在哈尔滨有世界首 例发酵法生物制氢^［25］。