——可行性与限制因素分析
朱德文 农业部南京农业机械化研究所
中图分类号：S816.35 文献标识码：A 文章编号：1002－2813（2003）02-003-03
农作物秸秆在世界上每年产量大约有20～30亿t，相当于全世界一年煤产量的一半。在作物秸秆中大约有65％～80％的干物质能够向动物提供能量的，如秸秆中的可溶性糖类和蛋白质等；另外大约还有20％～35％的干物质是不能被动物吸收利用的，如秸秆中的木质素和单宁酸等。就理论而言，若作物中的能量100％被动物吸收利用，每千克干物质能产生10MJ（ME）能量，但是，只有60％的能量能被动物吸收利用，因为秸秆的消化率一般在狠抓40%～50
％之间，还因作物秸秆的种类不同而有所变化。对未经处理的秸秆消化率和能量利用率低的原因分析，主要是因为秸秆中的木质素与糖类结合在一起，使得瘤胃中的微生物和酶很难分解这样的糖类，此外，还因为秸秆中的蛋白质含量低和其他必要营养物质缺乏导致秸秆饲料不能被动物高效吸收利用。我们做过这样的试验，将木质素从与糖类的复合体中分离出来，使得秸秆中碳水化合物糖类能被瘤胃中的微生物和酶分解，从而提高了秸秆的消化率和能量的释放。为此，要想提高秸秆的高效利用率，就必须提高秸秆的消化率和营养吸收率以及动物的适口性。我们采用了物理处理方法、化学处理方法和微生物处理方法或由其两种以上联合处理方法，试验结果如表1所示。
l利用物理方法处理秸秆综合因素分析
常用物理处理秸秆的方法主要有：碾磨、捣碎、切碎、r一射线照射、浸泡、制成小颗粒和蒸气挤压等处理方法。使用物理处理秸秆主要是增加秸秆的适口性，减少动物咀嚼时间和帮助瘤胃微生物分解木质素与糖类的复合体。最不利因素是由于秸秆颗粒的减小，增加了秸秆在动物肠胃通道内通过的速度，以致动物肠胃没有足够的时间去吸收秸秆中的养分，造成秸秆中的养分白白流失。因此，要在秸秆制成颗粒的大小与其通过动物肠胃的速度之间寻求平衡，以使秸秆中的营养物质被动物高效吸收利用。通过试验显示，用水浸泡能增加秸秆饲料的口感；用r一射线照射能大大提高秸秆的消化率，但对该项技术设备要求较高，且增加了处理秸秆的成本，故此种处理方法不易推广应用；用蒸气挤压处理秸秆虽然处理过程简单，但需要消耗能量，在处理过程中发现稻草秸秆被分解为纤维素、半纤维素、木质素和糖类，此试验所用的蒸气压力为15Pa，湿度为30％～70％，时间大约为5
min；将秸秆制成颗粒导致其消化吸收率降低，是由于增加了秸秆通过动物肠胃的速度，但可使动物对秸秆饲料的摄入量增加（比未处理秸秆高38％），由于动物摄入量的增加可使动物体重增长21％，如表1所承。
表1 不同处理方法对秸杆的消化率、摄入量和小牛体重增量的影响
处理方法消化率
（％）秸秆
摄入量能量
摄入量体重
增加量
切碎45100a100b100c
磨碎4510710697
制成颗粒（20mm）43138／136121
切碎的湿秸秆53145168153
+4％的尿素
切碎的湿秸秆53119148154
+3％氨水
切碎的湿秸秆52921060
与尿混合(1﹕1)
A切碎的湿秸秆59118153135
+5％NaO（1﹕1）
切成丝的秸秆58130166153
+4％NaOH溶液（1﹕1）
颗粒状的秸秆59192244188
+2％NaOH溶液
注：每天每头牛喂2kg小麦秸秆 a100＝3。43kgDM/动物／d
b100=31.8MJ/动物／d c100=479g/动物/d
0表示无试验数据
2利用化学方法处理秸秆综合因素分析
可用来提高秸秆的消化率和营养价值的化学物质有NaOH、KOH、Ca（OH）2、尿素和尿，这些化学物质可用来单独处理秸秆或与物理方法联合使用效果都非常好。在使用不同化学物质处理秸秆试验如表1所示，试验结果表明：用NaOH、尿素和尿处理秸秆的消化率可大大提高，除用尿素处理的秸秆动物摄入量减少外，用其他单独使用化学方法处理或与物理方法联合处理的秸秆，动物的摄入量都有所增加，这是因为用尿素处理的秸秆有股难闻的味道，这就使动物的摄入量大大减少的缘故。当用尿素或碱处理过秸秆的味道有所改善和秸秆的消化率有所提高后，动物喂养该秸秆饲料后体重就有了明显增加，试验结果如表2所示，该表还显示了使用上述化学物质处理秸秆后，会给人类健康造成不同程度的影响；增加处理时的温度对秸秆处理过程和秸秆处理后的营养以及处理秸秆的成本都会产生不同程度的影响。
用碱处理可使秸秆内的木质素破坏，我们用干、湿两种不同的方法处理秸秆试验结果表明：在用湿法处理秸秆中，采用挤压的方法处理秸秆，可使秸秆中大量的营养物质随着水分流失，显然用这种处理方法不经济，但使用这种方法要比用干法处理的秸秆更易被动物消化吸收，这有以下两个方面原因：一是因为在用湿法处理秸秆中水的水解作用；二是处理后的秸秆中的木质纤维素被分解，从而提高秸秆的消化率（木质素会抑制动物胃中的微生物活性）。用碱处理（干法处理）过的秸秆没有清洗就喂动物，会导致动物摄人过多的钠，当动物摄入钠超过一定限度时，就会对动物造成不利影响，但可以通过喂动物含钠低的草料来消除。动物在喂养用NaOH处理过的秸秆时，每千克饲料钠的含量不应超过10g，为了避免碱性物质或酸性物质对动物造成不利影响，可用洁净的水适当冲洗，控制秸秆饲料酸碱度，使其符合动物饲养标准。
动物喂养过多碱处理过的秸秆饲料，还会降低秸秆的消化率，这是因为过多碱不仅降低了秸秆中纤维素的降解，而且还会使动物肠胃内的酸碱度发生变化。因此，最好喂养用尿和NaOH（4％的尿和1％的NaOH）混合处理过的秸秆，这种处理效果比较好而且其营养价值也比较高。
用氟水和尿处理秸秆不仅能减轻过多NaOH引起钠和碱的危害，而且还能向秸秆饲料提供蛋白质的氮素，这种物质能被动物当作营养吸收利用，但这种处理方法也有其不足之处：l）当将处理过的秸秆暴露在露天时，秸秆中过多的游离的氨就会释放到空气中污染环境；2）这种处理过程需要在一个封闭的环境中进行几小时到几天，而且还要取决于处理时的温度。在秸秆的处理中尿素的使用是很广的，尿素水解后氮被秸秆保留量是不同的，他们分别为33、36、57和51％～80％不等，其余的氮随着氨挥发了，因而动物是不可能利用所有加在秸秆饲料中的氮。我们做了以下试验，将秸秆堆成三层一堆，最底下一层用4％～5％的尿素处理，中间一层用2％～2．5％的尿素处理，最上面一层用4％的硫酸处理，玉米与麦秸（重量比）的比按80﹕20混合堆放，结果中间一层和上面一层粗蛋白的含量明显提高，在迅速干燥后，秸秆中的可降解物没有受到多大的影响，而最下面一层在迅速干燥后，秸秆中物质的降解比没有处理过的秸秆大大提高了。
表2 不同的化学物质处理秸秆的利与弊
化学物质利用率对人的危害湿度的影响需要设备成本营养价值
NaOH低高有利很高设备高很高
Ca(OH)2相对较低相对较高有利需设备低长期贮藏比NaOH低
氨水很低无害有利需设备高比NaOH低可提供氮素
尿素相对较低不高有利不需设备不高比NaOH低可提供氮素
尿较低、难以藏有益有利不需设备低比NaOH低可提供氮素
表3 不同处理方汗对小牛的影响
试验
次数处理
方法消化率
提高（％）摄入秸秆
量（kg）体重增
加量(kg)每千无氮
增重（kg）每增重1kg
耗氮能（MJ／kg）
1氨（3﹕2）+7.50.54+740.7679
2氨(3﹕2)+10.2+0.69+2902.927
3尿素3.0+2.3-+551.553
4尿4.0+3.41.45+2595.116
5a尿2.5+8.4+1.87+1907.011
5b尿5.0+10.4+1.87+2453.026
用化学物质处理秸秆喂养动物具有较好的效果。使用氟水或尿处理秸秆喂养小牛试验结果如表3所示，用氟水或尿处理秸秆其消化率和动物摄入量都会提高，对动物体重具有明显增加。喂养含1kg氮的秸秆饲料，可使动物体重增加
0．8－7．0
kg不等，动物的体重增加是非常明显的，但动物体重增加量之所以会发生这么大的变化，主要是因为处理过的秸秆暴露在空气中的时间长短不同，造成秸秆中氮的损失量大小不同所致。
用处理过的秸秆用作肥料对谷物产量和品质的影响，可以与在肥沃的土地上长出的谷物产量和品质相比。氮素对谷物产量的影响结果是：1kg氮可使（在不肥沃土地上）谷物增产16一20kg和增加秸秆32－40kg，土地每生产1kg谷物它的肥力水平会大大降低。下列表4显示了每千克氮肥转化为谷物和再从谷物转化为牛肉这个潜在的关系。用氟水或尿素处理秸秆效果比较好，如表4中阴影部分的那一块。
表4 氮肥对牛肉产量的影响（每千克氮能转化多少千克牛肉）
谷物的转化（kg谷物/kg牛肉）增加的谷物（kg谷物/kg氮肥）
10 203040
4∶12．5 5．07．510．0
5∶12．0 4．07．510．0
6∶11．7 3．3 5．06．7
7∶11．4 2．9 4．25．7
阴影那块用NH3一处理秸秆比用其他氮肥更好
3利用生物方法处理秸秆综合因素分析
用微生物方法处理秸秆，在实验室已做了大量的试验研究，但至今在生产应用上还没有取得实质性的进展，主要原因是微生物菌种较多和分解秸秆时有诸多不利因素影响，它们在降解秸秆中的木质素时，同时也消耗秸秆中的营养成分，从而降低了秸秆的营养价值。另外利用微生物处理秸秆需要很长的时间。菌株在秸秆中生长不仅消耗秸秆中的干物质等营养物质，而且还降低了秸秆的消化率。但也并非所有的菌分解秸秆的机理都相同，按其分解秸秆的成分不同分为三类，一类是降解秸秆中的纤维素和半纤维素；二类是只降解秸秆中的木质素；三类是同时降解秸秆中的纤维素、半纤维素和木质素。在生产实际应用中，第二类苗种降解木质素是主要的，因此，在实际应用中要把不同菌种分解秸秆的特性区分开来。利用生物方法处理秸秆时不仅要选择适当的菌株，还要处理好发酵规模大、小之间控制的不同以及秸秆接种菌株与微生物杂菌之间的竞争等问题，为保证接种菌株能正常生长，在接种前要对秸秆进行高温消毒或用甲醛熏蒸消毒，以杀死秸秆中的不利杂菌。
4结论
秸秆经处理后用作动物饲料，主要影响因素是秸秆的低消化率、动物的低摄入量和秸秆中的低蛋白质含量，这些影响因素可通过上述处理方法得到解决或部分得到解决，在处理秸秆时还要考虑另外影响因素，如处理秸秆时所需的费用、能耗、造成的环境污染、风险、处理的时间和化学物质的毒性，等等，为了克服以上不利因素，在处理秸秆时要依据自身的实际情况，采用相应的处理方法，以获得秸秆饲料的最佳处理效果，对提高秸秆的营养价值、动物的摄入量和体重的增加都至关重要，为农作物秸秆用作动物饲料提供了广泛的应用基础和推广前景。
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