杨明岳
摘要 通过以直接将秸秆资源投入工业生产与以秸秆资源作为循环农业的基物这两种模式 以及细分的 8 种方法， 即秸秆发酵生产乙醇， 秸秆热解生产生物油， 秸秆发酵生产饲料肥料 以及秸秆养殖与能源循环型农业模式、 秸秆制炭循环型农业模式、 秸秆沼气循环型农业模式、 秸秆食用菌循环型农业模式和秸秆生物反应堆循环型农业模式的构建， 为高值化利用秸秆资 源做一些方式上的归纳。 关键词 秸秆资源 高值化 循环农业 利用
我国是一个农业大国， 每年生产秸秆约 7亿多吨。近年来， 由于农村生活能源结构发生 了较大的调整， 秸秆正由传统的燃料逐步转变成为一种无用的物质， 同时， 由于秸秆作为有 机肥料的效用被化肥所取代， 作为牲口的饲料被农业机械所取代， 作为传统的建筑材料被现 代建筑材料所取代， 秸秆正作为传统意义上的燃料，肥料，饲料，建材被排除于农业生产的 内部循环之外。
热转印墨水配方另一个方面，秸秆大量直接还田也是不现实的，因为占秸秆总量 15%的秸秆根茬还田即
能达到土壤有机质的平衡， 大量的秸秆直接还田会造成秸秆腐烂不充分， 未腐烂的秸秆未起 到肥田作用，反而会影响作物的出苗率，由此，就地焚烧经济，省事，逐渐成为了大多数人 的选择。
然而， 秸秆的露天焚烧不仅浪费了宝贵的秸秆资源， 也造成了严肃的环境问题和社会危
害，据农业部调查显示， 2009年全国废弃及焚烧秸秆资源的总量达到了 2.12亿t，占当年
秸秆资源可回收量的 31.31%。[1]
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秸秆焚烧污染问题的出现， 表明了我国现有工业方式还无法将解决秸秆的出路问题， 因
此，将秸秆作为一种生产农用品的重要资源，研究其在循环农业以及可持续发展
工业中的转化功用， 可为解决我国秸秆就地焚烧问题提供可行的技术支持。 同时也对农业 增效，农民增收以及地方经济发展带来巨大的推进作用。
以此，笔者对基于循环农业的秸秆高值化利用方式做出分析，归纳并讨论。
1循环农业与秸秆资源高值化利用
1.1循环农业的基本内涵 循环农业是国内学术界在资源与环境的约束背景下研究农业
可持续发展而提出的一种理论， 它是循环经济思想在农业领域的具体应用。 目前， 学术界关
于循环农业没有统一的定义，但对循环农业基本内涵的理解大致相似。尹昌斌 [2] 等认为，
循环农业是一种全新的理念和策略， 其核心是运用可持续发展思想、 循环经济理论与产业链 延伸理念， 通过农业技术创新， 调整和优化农业生态系统内部结构及产业结构， 最大程度地 利用农业生物质能资源， 利用生产中每一个物质及环节， 倡导清洁生产和节约消费， 严格控 制外部有害物质的投入和农业废弃物的产生， 最大程度地减轻环境污染和生态破坏， 以实现 农业生产各个环节的价值增值，实现生态的良性循环与农村建设的和谐发展。
1.2秸秆资源高值化利用 秸秆资源的多级循环利用是秸秆资源高值化利用的一种重要模 式，其特点是将秸秆资源作为一个重要的子系统引入到整个农业生产系统的循环路径当中， 寻求秸秆资源的合理的环境友好的高效的利用方式。 同时， 以秸秆资源为工业生产原料， 综 合开发利用生物质能，目前，我国秸秆资源利用方式单一、产业链条短、经济效益差、产业 化程度低， 严重制约了秸秆综合利用水平的提高。 因此， 按照循环农业的理念，通过发展以 秸秆资源多级循环利用为特征的循环型农业以及秸秆资源为底物的工业生产方式， 从而增加 秸秆资源的附加值， 提高秸秆资源的利用率， 将是未来我国秸秆资源高值化利用发展的重要 方向。
1.3秸秆资源高值化利用的研究思路 根据中国农村的现状以及秸秆资源的生物特性，按 照“适度规模，高值产品，服务三农”的指导原则，以将秸秆资源高效转化为生物油，生物 有机肥料及饲料等高值化产品以及将秸秆资源作为农业多级循环的底物为主要方式， 采用秸 秆组分分离 - 纤维素酶解发酵与热化学转化的方法，解决秸秆资源在分子结构与微生物发酵 过程，新型固态发酵过程以及秸秆资源循环农业产业链系统这三个方面的问题。
1.4秸秆资源高值化利用的主要研究内容 秸秆生物量的全利用的有效途径是分层多级 循环
利用方式， 这有助于解决秸秆资源单一组分利用所造成的资源浪费， 易污染的问题， 秸 秆资源的分层多级循环利用方式主要依靠秸秆资源组分分离机制及其新方法的研究。 纤维素 的酶解是秸秆资源作为工业底物生产时的重要转化途径， 所以纤维素酶解过程的分子结构变 化研究以及纤维素酶分子结构功能的研究也是很重要的， 主要包括氢键酶的研究， 耐热纤维 素酶类的研究等。饮用水净化器
同时， 对于以秸秆资源为底物的循环农业模式的过程探索也是必要的， 可以就秸秆生物 转化过程中设计的微生物菌种进行基因改造， 以提高其与秸秆的亲和度， 就纤维素高浓度发 酵分离微生物油脂耦合过程的基础与工程学研究， 解决高浓度纤维素发酵分离乙醇的有效机 制，为改善秸秆资源能源循环农业模式以一些建议。
1.5秸秆资源高值化利用的基本原则 发展基于循环农业的秸秆资源高值化利用主要坚 持以下三个原则： （ 1）循环利用与资源化原则。秸秆资源本质上是农业生产过程的废弃物， 按照循环农业的基本原理， 可通过微生物发酵技术等手段变废为宝， 使其重新回到农业生产 产业过程中去， 从而实现废弃物的资源化利用。 （ 2）多级利用与产业链延伸原则。 物质与能 量的多级利用是提高农业生态系统能量及物质利用效率的有效途径， 多级利用原
则要求在利 用秸秆资源的过程中， 对秸秆资源及其相关废弃物实现多次利用， 通过延长资源的使用周期 来提高其使用效率， 这需要通过延长产业链来实现。 （ 3）产业化与价值增值原则。依照循环 农业原理， 秸秆资源的循环利用需要联合多个产业， 通过将秸秆资源的利用过程由单独过程 推广至各个产业进而实现循环模式的构建，即秸秆的储运，利用，生态养殖，无公害种植， 加工等多个环节的有机衔接， 推动秸秆资源产业化的构建， 同时大幅提高秸秆资源的产业附 加值，实现其高值化利用。
2秸秆资源的高值化利用方式
2.1作为生产原料的秸秆资源高值化利用方式 秸秆资源是一种广泛分布的，量特别大的 农业废物， 然而不恰当的利用和随意焚烧造成了资源的严重浪费， 资源紧缺的现状推动了秸 秆资源化利用的进程。
2.1.1聚丙烯吸收塔纤维素发酵生产乙醇 世界上已知的石油储量在大约三十年之内将被用尽，所以有 必要开展新能源的研究与开发， 太阳能是取之不尽， 用之不竭的可再生能源， 植物利用太阳 能合成木质纤维素， 是巨大的可再生资源。目前， 我国以开展了乙醇燃料试点工程，旨在研 究如何高效地产出燃料乙醇， 我国是一个木材紧缺的农业大国， 具有丰富的农业
废弃物， 仅 农作物秸秆，皮壳一项， 每年即可达 7 亿多吨，将这些废弃物高效转化为可利用的乙醇，对 保护环境，开发新能源具有重要作用。目前我国主要运用的纤维素发酵技术为（ 1）分步水 解糖化发酵；（ 钢板桩支撑2）直接转化法；（3）同步糖化发酵 超强电磁铁;（4） 固定化细胞发酵； （ 5）酶膜反应器等。 以上发酵技术都存在着或多或少的问题，因此，杨森 [3] 等设计了一种新型工艺，通过固相 酶解来提高底物浓度， 最终提高酶解产物与发酵产物的浓度， 减轻后续分离过程的困难， 同 时在新工艺中通过膜技术将酶解和发酵耦合为一个整体， 这样可解决分布糖化发酵和同步糖 化发酵存在的缺点， 另外将分布糖化发酵， 同步糖化发酵， 固定化细胞发酵的优点结合在一 起。
2.1.2秸秆热解生产生物油 快速热解技术能够将生物质转变成便于储存运输，具有替 代石油的潜力的液体燃料 - 生物油，干基收率为 60~75%（质量比）。目前，国内外相继开发 多种快速热解技术和工艺方法 [4] , 比较成熟高效的热解方法有（ 1）生物质分级处理快速热 解；（ 2）下行循环流化床快速热解脱灰处理。 第一种方法通过蒸汽汽爆，固态发酵分级处理 生物质，使得热解气产率降低， 焦炭产量增加，热解油产量提高， 同时还可使生物油热值提 高，品质得到改善。 后一种方法通过利用下行循环流体床， 在一定温度范围内对秸秆进行快 速热解提取液体产物， 系统操作平稳且连续。
2.1.3秸秆转化生产饲料与肥料 [5] 我国农业增产在发挥农业养分再循环的肥源潜力上 有广阔前景，目前，农村秸秆资源普遍相对过剩，焚烧秸秆已成为较普遍的现象。然而，经 过分拣进行堆肥可以实现资源化， 减量化， 无害化， 据此，可以充分利用秸秆作为有机肥源， 在微生物的作用下， 生成生物肥料， 通过生物肥料的施放来适当减少化肥的使用。 目前一种 比较好的方法是通过气爆秸秆固态发酵来培养出固氮， 固钾， 固磷的细菌， 气爆过后的秸秆 含有大量的糖类物质，更易于细菌生长。同时，秸秆也可以调制出青，黄贮饲料，因为其中 含有大量的木质纤维， 木质纤维经过一定的分解可以得到乳酸等产物， 能够为畜牧业提供充 足的饲料保证。
2.2 作为循环农业底物的高值化利用方式 秸秆资源不仅可以作为单独的生产原料投入到工业化生产中， 同时也可以由秸秆资源为 基物来构建起多种多样的循环农业模式。 [6]
2.2.1 秸秆养殖与能源循环型农业模式 秸秆养殖与能源循环型农业模式的主要特征是将 秸秆利用与畜牧养殖业、 无公害种植、 清洁能源生产结合起来， 以秸秆作为饲料饲喂畜牧为 起点， 通过养殖废弃物的资源化利用延伸产业链条， 实现秸秆养殖、 生态种植与能源生产的 相互耦合与和谐共生。这种模式多级循环利用的基本路径可简要表述如下：秸秆通
过物理、 化学或生物方法加工成饲料，用于畜牧养殖；畜牧粪便一方面可以通过厌氧发酵产生沼气， 另一方面可以进入发酵车间生产生物有机肥； 沼气用于发电或给周边居民供气， 沼液作为沼 肥用于粮食、蔬菜、花卉、水果等种植，沼渣用于饲养蚯蚓；沼气发电用于畜牧养殖的饲料 加工或加工秸秆固体成型燃料， 蚯蚓用于喂养鹅鸭等家禽， 生产有机禽蛋； 秸秆固体成型燃 料一方面可通过与农户交互秸秆的方式， 用于家庭取暖和炊事， 另一方面可通过市场卖给工 业企业或城市集中供暖用户。其多级循环利用的工艺流程可表示为 秸秆一畜牧养殖一后续产业链一农田 （园地 ） 。
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