农作物秸秆是植物光合作用的主要产物，包括玉米秸秆、水稻秸秆、豆秸、花生秧及其它农业生产的副产物，数量十分巨大，我国每年产出的可收集秸秆约7亿吨。秸秆结构十分稳定，主要是不易被降解的纤维类物质，由于秸秆直接利用的价值比较低，一直被视为废物而随意丢弃，或采用焚烧等简单方法进行处理。这样不仅对自然资源是极大的浪费，而且还会造成环境污染等社会问题，焚烧秸秆产生的浓烟，极易造成严重的交通事故。所以中央及各级地方政府都十分重视秸秆资源的开发利用，投入大量的人力物力财力拓展研究秸秆综合利用新途径。

采取高新集成技术进行全方位多方式进行综合充分利用，秸秆就能变废为宝，将其加工成生物饲料、生物有机肥料、高效生物基料和新的生物能源。利用生物技术方法进行发酵，做成粗饲料，减少人畜争粮带来的压力；利用生物菌剂进行处理，与禽畜粪便进行一定比例混合，做成生物有机肥料，能生产出优质绿色果蔬；利用秸秆做食用菌培养基料，可生产出高品质食用菌；如果能有效地利用生物降解技术将秸秆中的纤维类物质转化成简单糖类，再进一步发酵生产生物乙醇，即可获得新的清洁能源，不仅可以提供新的能源途径，而且还可以避免由于化石燃料燃烧所带来的环境污染，更重要的是可以缓解或解决化石能源短缺乃至枯竭所带来的世界性能源危机。

一、农作物秸秆高值化利用的必要性

秸秆等纤维类生物质是地球上产量最大的可再生资源，主要包括林木、作物秸秆、农副产品加工下脚料等，在自然生态系统的能量流与物质循环流中占有重要位置，既是获得生物粗饲料、生产生物有机肥料、食用菌生产基料等非常好的原料，也是生产燃料乙醇的重要资源，对解决未来能源问题有着巨大的开发潜力。科学利用农作物秸秆，是保护生态环境，人类可持续发展的有效手段和必要方法，是农业生产可循环利用的重要原料和中间物质，更是未来获得燃料乙醇的主要途径。

先进的生物处理新技术，将形成具有自主知识产权的生物秸秆综合利用新工艺，也是引领未来洁净能源产业化趋势、发展循环经济的关键节控点。

二、农作物秸秆高值化利用的可行性

辽宁省酶工程技术中心自20世纪80年代后期就一直从事产纤维素酶微生物的选育、生产工艺的优化及其用于降解纤维素类生物质的研究，已获得低成本生产纤维素酶的工艺技术，掌握了秸秆类纤维素的物理和化学预处理技术，摸索到一条切实可行、实用性较强的以秸秆类纤维素为原料的系列产品生产工艺。该工艺实现了纤维类原料充分利用和产品价值最大化，就是所谓的“吃干榨净”。可以对秸秆进行有效综合利用，生产出系列产品，如生物发酵粗饲料、生物有机肥料、多种食用菌、纤维素酶等产品。这些产品的产出，为秸秆综合利用创造了可行性路径和工艺，进而提升整个工艺产品的经济附加值，同时取得了良好的经济效益、社会效益和生态效益，实现资源价值的最大化。

三、农作物秸秆高值化利用的重大意义

天然纤维素是地球上第一大可再生资源，广泛存在于各种农作物秸秆中，是农业生产的重要副产物，同时也是工农业生产的重要生产资料，农作物秸秆可用作肥料、饲料、生活燃料、培养基基料及工业原料等多种用途。但是，由于近些年农业生产生活方式的改变，传统的秸秆利用方式逐渐被弱化和淘汰，大量剩余秸秆的处理成为农业生产中凸显的问题，一些农民采取了最简单的处理方式——焚烧或随意堆弃，不仅浪费了宝贵的资源，而且带来的各种危害，令人难于预料，造成了大气污染、土壤矿化、火灾和交通事故等大量的社会经济和生态问题，成为政府关心、社会关注、舆论关切的热点和难点。而辽宁省还没有一个专项以生物秸秆综合利用示范化的工程技术，因此将现代生物技术用于秸秆综合利用多项技术集成，加快将秸秆充分利用，变废为宝，以形成具有自主知识产权的生物饲料配方、生物肥料配方、生物基料配方等专利，尽早实现以生物降解技术为核心的生物质综合利用产业化发展目标是非常必要的，在秸秆综合利用、促进生态环境良性循环、建设社会主义新农村、促进乡村振兴等方面发挥重要作用。

四、农作物秸秆高值化利用的途径和用途

秸秆是农作物成熟后茎叶部分的总称，常见的作物秸秆有水稻、玉米、小麦、薯类、大豆、棉花、花生等作物的茎叶都是秸秆，在东北地区常见的秸秆以水稻秸秆和玉米秸秆为主，作物一生中不断进行光合作用，一部分存储在果实部分，成熟后收获加工或贮存，为人和动物所用，其余的光合作用产物就存储在了茎叶中，即秸秆，这一部分的太阳能没有充分的利用起来，要么收获后就地焚烧或一部分运回家中当作取暖做饭的燃料，还有一部分是粉碎后，喂养牛羊等。因为秸秆富含纤维素、半纤维素，可以被反刍动物消化利用，其次秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁等微量元素和有机质，秸秆是一种多用途可再生生物资源，但部分地区，秸秆在作物收获后，没有被充分的利用起来，导致大量可再生资源的极大浪费和造成环境污染，甚至引起火灾和严重的交通事故，给人类的生命带来严峻的威胁。

秸秆作为一种可再生能源，有着多方面的用途，可以饲料化、肥料化、基料化、材料化、燃料化、原料化（实用工具、观赏工艺品）和能源化等的利用。

1.秸秆的饲料化利用

秸秆可以简单的粉碎处理或者用生物菌剂发酵处理，作为饲料，喂养牛和羊等反刍动物，其中的纤维素可被动物消化利用，还有糖类、蛋白质都被牲畜利用后，其余的成分变为排泄物收集在一起，经过一段时间的腐熟，施入土地中是特别好的生物有机肥，没有任何的害处，此外秸秆喂养还可以提高牲畜的肉、奶的质量，这样既解决了秸秆的处理问题，还提高了畜牧业产品的质量和产量，实现双赢。

2.秸秆的肥料化利用

秸秆还田的类型有很多，粉碎翻压还田、覆盖还田、堆沤还田、焚烧还田、过腹还田等。秸秆还田的优点有：改善土壤理化性状和结构；将秸秆一生的光合产物与吸收的养分保留在土地中；提高了肥料的利用率；提高作物的抗旱与抗盐碱性。

3.秸秆的基料化利用

秸秆的基料化指的就是食用菌栽培所用的培养基，食用菌的接种与后续生长都在菌棒上，自然界中菌类分为木生菌、草生菌、土生菌、粪生菌（草食动物粪便），人工栽培的食用菌的菌棒都是以碎木屑为主要材料，加上麦麸、石膏等材料。

木屑都是用砍伐来的木材经机械粉碎得到的，但是从环境方面考虑树木的生长周期长，从栽培树苗到可用年限需要数十年，并且大兴土木，恢复成原样也需要数十年的时间，在还原的过程中发生强降雨，轻则水土流失，重则山体滑坡，或泥石流，危害周边生态与民生，不符合可持续发展战略，而且有很多菌棒接种后，有被感染杂菌而废弃，大多数都被遗弃，没有得到妥善处理，废弃菌棒直接丢弃浪费太大，废弃菌棒可以经过再次处理，重新接种栽培新的食用菌，还可以脱去外面的塑料包裹，铺洒在花园中当作花卉的肥料，也可以将菌棒做成火炭或是木炭，当作燃料使用，大大减少了能耗。

如果用粉碎的秸秆替代木屑，可以大大减少木屑的使用量，秸秆碎渣可以替代木屑，进行栽培食用菌，比较树木，秸秆生长周期短，而且树木对水土保持有着很重要的作用，秸秆每年都有产出，且很多地方没有利用起来，秸秆资源浪费很多，单从这一方面来讲，秸秆的效益力压木材，秸秆代替木屑，减少了木材的过度砍伐，还防止了水土流失，且保护了生态环境，同时秸秆资源也得到了更好的有效利用。

4.秸秆的材料化利用

当年在和好的黄泥中加入切断的水稻秸秆，加强了泥土之间的链接性，增加了房屋的安全性和稳定性，可以理解为早期水泥的替代品，也可以叫简易混凝土。现今在此基础上衍生出很多以秸秆为材料的建筑材料，秸秆纤维混凝土砌砖，就是将秸秆纤维与混凝土混合或是嵌入混凝土中心制作出的砌砖，造出的砌砖与常规砌砖相比，有更好的性能，轻巧、隔热性好、保温性更佳、隔音性好、材料来源广泛，任何作物秸秆都可以。经压实烧制得到成品砖块，几乎没有孔隙，具有不被雨水或雪水渗入侵蚀，既防火又防水。除了秸秆混凝土砌砖，还有稻壳水泥混凝土、聚乙烯与秸秆粉再生板材、稻草板材等建筑材料。

5.秸秆的燃料化利用

秸秆的燃料化，户外燃烧秸秆不可取，一是容易引发山火，二是造成大气污染，细小漂浮物危害人体健康，三是浓烟影响周边交通，容易造成交通事故。

秸秆可以做成生物颗粒，用作锅炉等燃烧材料，可以替代煤的使用。但是有一个缺点，就是燃烧值不够，焦油也不好处理。

6.秸秆的原料化利用

秸秆可以工具化、商品化与观赏化。秸秆原料化的用途数不胜数，例如高粱秆拼接的盖帘、刷锅的炊帚是用高粱糜子捆扎一起的、玉米秸秆穿插制成的简易栅栏、稻草编成的鸡窝、草帘等，除了工具外，还有用秸秆做的手工艺品，如草鞋、坐垫、草帽、盖帘等手工艺品，但是现代工业技术不断发展，这些东西可能会被金属塑料等材料替代，并且这些手工制作的物件的手法在淡化人们的视野，可能面临着失传。

7.秸秆的能源化利用

秸秆可以转变为生物能源，为人类的生产与生活提供动力的资源，我们的日常生活离不开能源，能源的类型有很多，按性质来分有两种，一种是可再生能源，包括太阳能、水能、风能、波浪能、潮汐能、地热能、海洋温差能、生物质能，该种能源的特点是可以不断从自然界中得到补充，取之不尽，用之不竭；另一种就是不可再生能源，包括煤炭、石油、天然气、矿石资源，经开采后，在很长时间内不可能恢复的资源，蒸汽机与内燃机的出现，煤炭与石油逐渐成为主要的能源，偏偏这两种能源是不可再生能源，并且迟早有耗尽的那一天。

生物能则是生物用生物质作为媒介，储存太阳能，秸秆就是利用作物将太阳能转变为生物能源，储存起来，可以燃烧取暖做饭，也可以经过加工生产沼气、生物乙醇等清洁能源。

秸秆乙醇，秸秆的成分是木质纤维素，有纤维素、半纤维素、木质素构成，生产酒精的原理是将纤维素分离出来，再经纤维素酶水解成单糖，之后接入酵母发酵成乙醇。我国纤维素乙醇发酵起步晚，部分环节处在瓶颈阶段，核心技术部分依赖进口技术。

五、农作物秸秆高值化利用的优势与好处

作物生长过程中大量产出的秸秆亟需有好的高效处理方法，合理加以利用。秸秆的多种用途方式为全方位利用秸秆提供了很好的应用基础，并为秸秆的综合利用指明了方向。

秸秆饲料化，可以大大减少人畜争粮的压力，让秸秆变肉、变奶成为现实；秸秆的肥料化，可以大大改善土壤结构，改良土壤成分，增加土壤肥力；秸秆基料化，使生产食用菌的培养基减少对木屑的依赖，改善生态环境，减少水土流失；秸秆材料化，为建筑提供新型优质材料；秸秆燃料化，提供必要的燃料，生物颗粒可以代替部分煤炭；秸秆原料化，保持传统工艺，留住美好回忆；秸秆能源化，降低化石能源带来的危机，提供清洁能源，利于人类可持续发展。

以下仅举三例相关企业在秸秆高值化利用和乡村振兴中所做的贡献和所起的作用。

辽宁汇博科贸有限责任公司成立于2002年7月，在农作物秸秆生物发酵剂、秸秆饲料化利用、秸秆肥料化利用等方面积累了宝贵经验和丰富的有价值的数据。其产品销往全国各地，主要以辽宁、吉林、黑龙江和内蒙古为主，在秸秆综合利用方面，做出了较大贡献，2kg一套的秸秆发酵剂和促进剂能处理1吨秸秆，每年大约能处理500万吨秸秆，辐射东北及周边。依据多年积累的技术对其所用秸秆生物发酵剂进行优化改良，将形成具有独立知识产权的饲料发酵剂配方、秸秆生物有机富硒复合肥料的配方，将对振兴东北经济起到巨大作用。

沈阳隆源新能源科技开发有限公司在秸秆采收、生物颗粒、生物肥料、生物饲料等方面为康平县的秸秆利用做着较大贡献，但是缺口还是非常大，仅利用当地的秸秆不到30%，所以对于秸秆的进一步综合利用依然有较大空间，仍有较大开发潜力，公司将在原有的基础上加大推进力度，进而对康平县的秸秆充分利用，争取利用率达到90%，并带动周边老百姓和农业合作社、家庭农场加入到秸秆综合利用项目中来，能解决当地部分农民工就业问题，带动老百姓致富，平均每个劳动力年收入增加在3000元左右，各项收入累积可达千万元，而且还有潜在的经济效益、生态效益和社会效益。

康平县大鹏农机专业合作社在秸秆打包、秸秆粉碎、秸秆深翻还田中也做着一定贡献，但是其设备需要进一步改进，让收割茬口更低，粉碎效果更好，深翻更加合理，腐熟更加充分，以减少病虫害的发生。

先进的生物处理高新技术集成，将形成具有自主知识产权的生物秸秆综合利用新工艺和产业化趋势及发展循环经济的关键节控点,为实现社会经济可持续发展奠定良好的理论基础和技术保障。

六、农作物秸秆高值化利用的技术和方法

农作物秸秆高值化利用可以大大促进乡村振兴，采用多种技术集成，可以将秸秆“吃干榨净”，减少环境污染，防止资源浪费，增加农民收入，促进经济发展，大大提高秸秆产品附加值。

采用多种新技术，全方位利用秸秆，使其变废为宝，获得多个产品，增加秸秆产品产值。

采用先进的收割机收获秸秆，留的茬口低，有利于秸秆的充分利用，避免老百姓在秋季和春季的焚烧，进而减少对环境和大气的污染。

康平县大鹏农机专业合作社通过改进秸秆作业收割机，留茬高度不高于10公分，回收秸秆主要用于牲畜饲料、秸秆有机生物富硒复合肥和秸秆生物基料等，通过秸秆综合利用作业，平均每年达到8000亩以上，另外将留余的茬口或者相应的秸秆进行深翻，深埋在地下25公分以下，有利于土壤透气性，秸秆腐熟后，还可以增加土壤内的有机质，起到肥地的作用，且在乍暖还寒的初春，起到增加地温的作用，减少倒春寒对种子的冻害，深翻面积达到3000亩以上，加上秸秆打包利用，共计可达10000多亩。

辽宁汇博科贸有限责任公司采用生物技术手段和方法，对秸秆进行处理，发酵生产成生物粗饲料，获得秸秆饲料发酵新配方专利，生物高精饲料，供牛、羊、猪等牲畜饲用，减少牲畜与人争粮的压力和矛盾，将秸秆变成优质的肉和奶。采用先进生物发酵剂配方和先进发酵方法，获得优质饲料，每年生产粗饲料和精饲料可达200万吨，大约可供50万头育成肉牛所需。

沈阳隆源新能源科技开发有限公司采用高效生物菌剂发酵处理秸秆，与禽畜粪便按一定比例混合，获得生物有机肥料的发酵新配方，生产出高效有机富硒复合肥料，进而达到满足和生产优质绿色果蔬的标准和条件，生产富硒蔬菜和水果，增加和拓展人们保健食品新渠道。采用新技术，每年可生产生物有机富硒复合肥可达100万吨，可施用60万亩土地。

利用粉碎的秸秆做培养基，生产赤松茸（大球盖菇）等优质食用菌，获得食用菌生物基料最佳配方比例，其菌基棒进一步可作为生物有机肥料，生产有机马铃薯、水果萝卜等。1亩地可获得优质赤松茸10000斤，亩产效益约80000元；马铃薯5000斤，亩产效益约10000元；水果萝卜5000斤，亩产效益约15000元。

七、结语

尽管秸秆类纤维素原料非常廉价，但由于纤维素自身结构的稳定性，导致目前纤维素的生物降解效率较低。采用最有效的微生物发酵剂配方，系统解决纤维素降解较难问题，获得性价比较优的生物饲料、高效生物有机富硒复合肥料、最佳配比食用菌生物基料等，实现原料充分利用和产品价值最大化。这种系统集成技术体系，对促进我国秸秆类生物质的综合利用，开发新型饲料、新型肥料、新型基料，对建设美丽乡村，促进乡村振兴，生态可持续发展，都具有十分重大意义。

科学高效地利用秸秆纤维素资源，不仅可以提高农业生产的科技水平，促进农村循环经济发展，保护生态环境，还可以变废为宝，增加农民收入，提供就业机会，农作物秸秆高值化综合利用具有十分明显的经济效益、社会效益和生态效益。

参考文献：

1.陈雪芳等.秸秆高值化综合利用研究现状,新能源进展：2018年10月，第6卷第5期.

2.高海龙等.农作物秸秆的综合利用及高值化利用的发展现状,黑龙江造纸：2019年第4期.

3.刘银秀等.农作物秸秆"五化"综合利用现状与前景展望,浙江农业科学：2020年第61卷第12期.

注：此项目受沈阳市科技特派团“沈阳市康平县农作物秸秆高值化综合利用产业项目”的资金资助。

阚国仕，马镝，曹松屹，曹冬煦，胡桂鹏，陈红漫(通讯作者)